市域是自然保护地整合优化的具体实施单元,揭示市域自然保护区的时空格局演变特征和发展趋势对于全面建设中国特色自然保护地体系具有重要的现实意义.基于1975-2020年间隔5 a的10期中国自然保护区名录,通过标准差椭圆、探索性空间数据分析、空间Markov链等方法首次从市域尺度探讨了中国自然保护区的时空动态演变特征和发展趋势,并引入地学信息图谱构建其变化模式.结果表明:①中国市域自然保护区比例呈现先快速增长后逐步稳定的趋势,但整体仍以低值区为主.市域间自然保护区比例差异明显,逐步形成了"西高东低"的空间格局.重心整体表现为"东南-西北-东北"的迁移过程,重心移动距离和速度逐渐缩小.1990年以后,中国市域自然保护区比例始终呈现"东北-西南"向的空间分布格局.②市域自然保护区比例存在显著的空间相关性且相关性总体呈上升之势,但空间集聚水平的变化逐年缩小.局部空间异质性较强,高高和低低集聚区均呈扩张态势.③从变化模式图谱来看,中国市域自然保护区比例等级以"前期变化-低频-逐步提升"(ESC-LQ-T1)的方式进行,主要图谱类型为"空缺区转为低值区".市域自然保护区比例等级类型转移具有稳定性和显著的时空异质性,后期出现了"俱乐部收敛"现象,且邻域背景在其动态变化过程中发挥着重要作用.未来要加强对空缺区和低值区市域单元的自然资源进行摸底评估,将其最有价值的区域纳入自然保护区,同时推广区域联合保护机制,促进自然保护地体系高质量建设.

在社会经济快速发展背景下,生产、生活和生态用地之间的转化加速,对生态环境和自然资源协调利用产生较大影响.基于2000-2018年的土地利用遥感解译数据,按照"生产-生活-生态"土地利用主导功能分类,通过地学信息图谱、生态环境综合评价指数、土地利用转移矩阵等方法,定量分析了京津冀地区2000-2018年三生用地时空格局变化及其对生态环境的影响.结果显示:(1)在2000-2018年期间,研究区生活用地和生态用地呈增加趋势,生产用地呈减少趋势.三生用地空间变化以生产用地转变为生活用地为主,同时存在生产用地转变为生态用地;(2)从空间分布上看,东部及北部生态环境质量状况较好,西南部状况较差,从数量上看总体呈现转好态势;(3)在生态环境质量变差区,生活用地的增加比率相对较高、生态用地减少;相反,在生态环境质量变优区,生活用地的增加比率相对较低、生态用地面积增加.结果可为京津冀地区土地资源可持续利用、降低生态环境风险提供有益参考.

地形是土地景观格局变化的重要因素.为揭示不同地形梯度下景观格局的时空特征和变化规律,以1995、2005和2015年3期福州市遥感影像和数字高程模型(DEM)数据为基础,运用地形位指数、土地利用分布指数、地学信息图谱分析和景观指数等方法,探讨景观格局的地形梯度效应以及形成原因.结果表明:研究期间,研究区林地主要位于中低、中高和高等级地形位,农地、水体、建设用地和未利用土地主要集中位于低等级地形位.1995-2015年,福州市林地、农地和未利用土地面积减少,建设用地和水体面积增加.景观类型变化以稳定型为主,主要分布于中低、中高及高等级地形梯度区域;景观格局在地形梯度上变化差异明显,低地形位区域景观类型主要转向建设用地,而在中低及中高地形位区域,主要发生农地与林地的交替转变.研究区景观格局破碎化、景观异质性和景观多样性等属性逐年上升,随着地形梯度升高而降低.

以4期Landsat TM/OLI为遥感数据源,采用像元二分模型估算植被覆盖度,运用转移矩阵、地学信息图谱和重心迁移模型分析1993-2016年沁河流域植被覆盖的时空演变特征;并结合地形数据分析海拔、坡度和坡向上植被覆盖度的空间响应规律.结果 表明:沁河流域植被覆盖度呈北高南低的空间分布特征,且高等级覆盖的植被主要由低等级覆盖的植被转化而来;1993-2016年,沁河流域植被覆盖度呈不显著波动上升趋势,显著改善(55.99％)和轻微改善(10.13％)之和远大于显著退化(7.31％)和轻微退化(4.59％)之和,反映了良好的植被状况;沁河流域植被覆盖度重心整体表现为向南偏东迁移2.05 km,其中较高和高植被覆盖迁移最为明显;沁河流域植被覆盖度与海拔、坡度呈显著正相关,显著改善面积占比随高程、坡度的增加呈先增加后减小趋势,坡向在东北、西北和西南方向为优势地形位.研究结果有助于为该流域水土流失治理和生态环境的恢复提供决策依据.

基于2014年10月WorldViewⅡ遥感影像和DEM数据,结合泰山林场同期二类资源调查数据,对泰山世界遗产地的刺槐林(Robinia pseudoacacia L.)进行目视解译.然后通过建立地学信息图谱分析泰山刺槐林在主要地形因子(海拔、坡度和坡向)影响下的分布规律,结论如下:(1)刺槐纯林及其混交林,类型共计30种,投影面积约807.58 hm2,其中刺槐纯林投影面积约454.76 hm2,占刺槐林总面积的56.31％;(2)刺槐林分布在250—1200 m的海拔范围,集中分布在500—900 m的斜坡、陡坡和急坡,其中刺槐纯林在海拔250—300 m全部分布在平坡和缓坡;(3)刺槐林主要分布在半阴坡、半阳坡和阳坡,半阳坡分布最多,其中刺槐纯林在海拔1100—1200 m几乎全部分布在半阳坡和阳坡.

地学信息图谱分析可利用图形语言将复杂的地理现象进行简洁的表达,对开展多时空尺度土地利用变化空间格局与时间过程的集成研究具有重要意义.本研究以新疆玛纳斯河流域为例,基于7期遥感数据(1975、1990、1995、2000、2005、2010和2015年)构建土地利用/覆被变化(LUCC)图谱体系,定量分析流域LUCC过程及趋势.结果表明:1975-2015年,流域土地利用变化幅度逐渐减弱,土地利用结构由复杂趋向单一,后期趋于稳定.1975-1990年,流域内草地涨势最强,主要来源于未利用土地的转入.1990---2015年,耕地增幅最大,主要由未利用土地、林草地转换而来.土地利用变化模式图谱显示,前期变化型、后期变化型及持续变化型仅占流域面积的1.3％,图谱单元总体变化以未利用土地转向耕地、草地和水域占主导,土地利用变化过程较为稳定.土地利用变化频率图谱的稳定不变区域覆盖流域面积的61.2％,土地利用空间格局相对稳定.土地利用转变最频繁的方式为耕地的持续扩张,以沙湾县柳毛湾镇和玛纳斯县六户地镇为左右中心,呈“摊饼式”向两侧扩张,延伸至古尔班通古特沙漠.通过构建土地利用时空变化图谱,丰富了LUCC时空分析方法体系,为今后开展多时空尺度下的LUCC研究提供了有效手段.

植被恢复是黄河流域生态保护和高质量发展的关键,深入研究植被的时空分异特征具有重要的现实意义.本研究以4期Landsat TM/OLI为遥感数据源,采用像元二分模型估算植被覆盖度,运用转移矩阵、地学信息图谱和重心迁移模型分析1988-2018年黄河流域中段延安市植被覆盖的时空演变特征;并结合地形数据,利用地形分布指数分析高程、坡度上植被覆盖的空间响应规律.结果表明:研究期间,延安市植被覆盖呈北低南高的空间分布特征,植被覆盖受政策影响而大幅增高;1988-2018年,延安市植被变化模式以持续向好和稳定不变为主导,有50％的区域植被覆盖情况改善,83％的高植被覆盖区域保持稳定.在各高程和坡度等级上,高植被覆盖的分布优势度随时间变化而增大;在各坡度等级上,植被增加百分比和植被稳定性随坡度增加而增大.延安不同等级植被覆盖的迁移方向与植被覆盖整体的迁移趋势基本一致,总体向北偏西转移.延安植被建设已取得显著成效,但北部植被覆盖状况仍待提高,优化植被类型和结构是未来植被建设的重要方向.

自然气候条件相近但社会经济制度差异显著的深圳与香港为我国制度探索与经济建设提供了重要窗口,两地的景观格局演变规律与发展趋势将深刻影响粤港澳大湾区的生态文明建设进程.以深港两地三期历史土地覆被数据为依据,应用CA-Markov模型预测了2030年景观类型,采用地学信息图谱、景观格局指数等方法对比了深港景观格局的时空分异特征,并通过地理探测器模型、logistic回归模型等方法,探讨了深圳与香港景观格局变化的驱动机制的异同.结果 表明:(1)研究期内,深港两地景观格局变化显著,各景观类型之间互相转移频繁.深圳人造地表景观面积将持续增加,而香港则呈现先减少后增加的趋势;(2)深港两地的优势景观类型仍然是人造地表与林地.两地景观形状将趋于简单,相比于香港,深圳景观在呈现较高多样性的同时具有更为破碎化的特点;(3)夜间灯光所表征的经济发展水平对两地人造地表的扩张影响很大.在政策规划、社会经济水平、自然地理条件等多种因素的综合作用下,两地未来景观发展趋同存异.

明晰社会经济快速转型背景下的"三生空间"演变过程及其生态系统服务效应,对国土空间优化和区域可持续发展具有重要意义.以1980、2000、2018年土地利用遥感监测数据为基础,基于"三生空间"视角,采用地学信息图谱刻画了三峡库区土地利用转型过程,并通过生态系统服务贡献值测度了土地利用转型的生态环境效应.结果 表明:1980-2018年,三峡库区工业生产空间和生活空间面积不断增加,而农业生产空间和生态空间面积逐渐减少;从图谱转移视角分析,1980-2000年间,土地利用格局相对稳定,以未发生转移的图谱单元占主导,而2000-2018年土地利用转型复杂,以农业生产空间与林地、草地生态空间相互转化占主导,城镇化、工业化进程加快是导致农业生产空间、生态空间面积萎缩的主要原因;三峡库区生态系统服务价值在时间上呈先缓慢降低后迅速增加的趋势,在空间上呈"东部高-西部低"的分布特征;生态保护修复工程促进了生态系统服务价值正效应,但经济社会快速发展挤占了大量的农业生产空间、生态空间,加之农田复耕等行为在一定程度上导致了生态系统服务价值负效应.

不同种植模式具有不同的经济学和生态学意义,因地制宜确立合理的种植模式是保护黑土地的重要措施.目前,对东北黑土区的种植模式类型及其空间格局尚缺乏系统的认识.本研究基于东北黑土区2017-2019年作物分类数据,应用地学信息图谱理论和方法构建种植模式图谱,以揭示黑土区种植模式类型及其空间格局,并在此基础上使用分布指数模型和双变量空间 自相关方法分析了种植模式的分布规律.结果表明:1)东北黑土区种植模式主要有玉米连作、水稻连作、大豆连作和米(玉米)豆(大豆)轮作,面积占比分别为38.3％、18.5％、10.3％、26.0％.其中,米豆轮作又包括米豆两年轮作、米米豆三年轮作、豆豆米三年轮作,分别占轮作面积的44.1％、34.5％、21.4％;2)各类种植模式的水平地带性分异规律显著.其中,玉米连作在温度和湿度上的梯度分异特征均非常明显,水稻连作仅在湿度上的梯度分异特征非常明显,大豆连作和米豆轮作在温度和湿度上的梯度分异特征均不明显;3)各类种植模式的空间集聚特征显著,种植模式间存在"大豆连作→豆豆米三年轮作→米豆两年轮作→米米豆三年轮作→玉米连作"的空间过渡特征.东北黑土区种植模式以连作为主,其分布规律可为今后轮作空间优化提供依据.