多尺度的景观空间关系及景观格局与生态效应的变化研究

多尺度的景观空间关系及景观格局与生态效应的变化研究

多尺度的景观空间关系及景观时空变化研究是景观生态规划研究的核心内容,对于揭示景观演替的机制与规律,探寻人类活动与生态环境演变之间的关系具有重要意义。本文借助3S技术研究了长江流域和武汉市不同景观幅度下多尺度的景观空间关系、景观格局及生态效应变化。其中,借助GIS平台研究了长江流域宏观尺度下的景观结构特点及其空间自相关特征；在武汉市Landsat TM遥感影像的景观分类制图方法研究的基础上,分析了1987—2007年单一尺度的武汉市中观景观格局指数变化及景观结构的转移变化。分别应用点格局分析的Ripley's K函数和空隙度分析方法研究了武汉市多尺度景观格局的特征变化和景观结构隔离度特征变化；研究了景观格局与生态支持力的时空耦合关系,并基于生态系统服务价值和空间可达性分析,探讨了提高武汉市城市生态支持力的途径。主要研究结论如下： (1)长江流域的主要景观类型为林地、耕地和草地,三者占流域总面积的90%以上,而水域、城乡建设用地和其它未利用土地等景观类型所占比例较小。各省市之间景观结构差异较大,与一定的空间格局相联系,并形成了景观结构特征不同的4个大的区域。各景观类型比重属性值相似的省市在长江流域全局空间内聚集分布,空间邻接,呈极显著的全局空间正自相关。其中耕地、林地、草地、城乡建设用地和其它未利用土地分布特征的正空间自相关极显著,水域分布特征的空间正自相关显著,但各种景观类型空间分布的重心、格局、空间自相关构成及回归机制不同。各景观类型空间分布的局部空间自相关为高高(H-H)聚集或低低(L-L)聚集,高值为低值所包围或低值为高值所包围的空间孤立点不显著。可见各种景观类型在长江流域的空间分布具有明显的聚集性和区域特征,表现出空间自相关特性。 (2)武汉市Landsat TM遥感影像的景观分类制图方法研究结果表明,知识分类法在一定程度上避免“同物异谱”所造成的分类误差,实现较高的分类精度,是高效、可行的遥感影像景观分类方法之一。在实际操作中变量及阈值的确定是遥感影像知识分类的关键步骤。 (3)单一尺度的武汉市中观景观格局指数及变化研究发现,武汉市1987—200720年间武汉市水体、耕地和草地的面积大幅度下降,分别减少11.74%、12.27%和57,75%；与此同时,林地和城乡建设用地的面积则大幅增加,分别增加146.45%和187.31%。转移矩阵结果表明,水体的减少部分多数转变为耕地,耕地和草地是林地新增部分的最主要来源,而新增城乡建设用地多由耕地转变而来。同时,伴随快速城市化进程,土地利用综合动态变化加快,土地利用程度增加。1987年—2007年20年间武汉市各景观类型斑块分布范围更加广泛并且形状变得更加不规则,景观破碎化程度加重,景观多样性更加丰富,景观总体趋向多样和均匀。 (4)从武汉市多尺度景观格局特征及变化看,耕地是武汉市的景观基质,而林地、水体、草地、城乡建设用地和其它未利用土地等以斑块或者廊道的形式镶嵌其中。基于Ripley's K函数的武汉市多尺度景观格局特征及变化研究结果表明,林地、水体、草地和城乡建设用地等景观类型在所有研究尺度下均呈现出显著的聚集空间格局,但林地、草地和城乡建设用地的空间聚集性要强于水体。景观基质耕地在小尺度下呈现出聚集的空间格局,随着尺度的增大,逐渐变为随机、均匀的空间格局。1987年至2007年,林地、城乡建设用地等景观类型的面积逐次增大,而水体、草地和耕地等景观类型的面积逐次减少。各景观类型的景观空间格局特征也发生了改变,总体表现为林地和城乡建设用地空间聚集度降低,分布的均匀程度增加；草地、水体及耕地的空间分布变得更加不均匀,聚集程度增加。 (5)基于空隙度分析的武汉市各景观类型与其它景观类型的景观结构隔离度特征及变化研究结果表明,武汉市各景观类型的景观隔离度大小依次是草地、城乡建设用地、林地、水体和耕地。耕地呈现一定的随机或均匀的空间格局,景观隔离度较小；水体呈现的空间格局特征与耕地相似,但景观隔离度更高；草地、城乡建设用地和林地呈现一定的空间聚集分布特征,景观隔离度较大；1987—-2007,各景观类型的景观隔离度发生了不同程度的变化。林地和城乡建设用地的景观隔离度不断降低；草地景观类型的景观隔离度在1987年至1996年之间变小,但在1996年至2007年之间急剧变大；水体景观类型的景观隔离度在1987和1996两个年份之间变化不大,而在1996和2007两个年份之间景观隔离度增大；景观基质耕地的空隙度指数20年变化不大,景观隔离度变化不明显。 (6)基于生态系统服务价值全局数量角度和空间可达性角度的武汉市景观格局与城市生态支持力的时空耦合关系研究都表明,以城乡建设用地迅猛增加为特征的快速城市化进程剧烈地改变了城市的景观结构,造成了城市生态支持力的快速逐次下降和城市生态基础设施条件的恶化。空间上,城市中心的生态基础设施条件逐渐恶化,而生态基础设施条件较好的区域趋向于城市周边分布。因此,通过武汉市城市森林资源景观生态规划和湿地资源生态旅游规划等,可有效地保护和发展城市生态资源,为武汉市的快速健康发展提供足够的生态支持条件。