城市生态环境问题日益突出,如何构建多功能耦合的绿地生态网络格局是促进人居环境可持续发展的重要议题.以成都市为研究区,基于"源-汇"理论,综合运用形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA)、景观连通性指数、电路理论等方法对生物多样性保护、热环境改善、游憩服务构建单因子网络,分析源地、廊道、生态战略点等空间要素特征,形成基于"生态-气候适应性-游憩"多层级、多功能复合生态网络优化格局.结果表明:(1)筛选出"源"-"汇"景观(生态159-29个,气候适应性30-14个,游憩208-40个).生物迁徙廊道在研究区中部、西南部呈团簇状分布;气候适应性廊道呈中部集聚、东西稀疏的分布特征;游憩廊道相对密集,以中心城区为核心向四周扩散.(2)多层级"源-汇"景观网络中,总长度上,游憩廊道＞生物迁徙廊道＞气候适应性廊道;总面积上,生物迁徙廊道＞游憩廊道＞气候适应性廊道.一、二级廊道的适宜宽度为生态廊道200、100m,气候适应性廊道100、60m;游憩廊道60、30m.(3)叠加多目标廊道获得生态关键点753个,干扰点2371个.游憩源地中8.18％的面积应退让给生态廊道和气候适应性廊道.多功能耦合的生态网络优化格局可激活不同景观资源的潜在价值,对协调生态保护与城市发展的双向需求,实现绿地资源在城市空间中的最优配置具有重要意义.

景观格局的定量分析是评价其对生态过程影响的先决条件,也是生态系统规划和管理的重要依据.当前的景观格局分析软件都仅提供基于"斑块-廊道-基质"景观分析范式的格局指数计算,不包含基于"源-流-汇"的范式的指数计算.这不仅无法适应景观生态学理论的发展,也无法满足大数据时代对计算场景和速率的需求.针对该问题,在研发基于"源-流-汇"的范式的指数算法的基础上,开发了景观生态学工具箱(Landscape Ecology Toolbox,LET).不仅同时提供基于两种分析范式下的景观格局指数计算,也提供了图形用户界面和命令行两种运行方式.在对LET主要功能进行介绍的基础上,将LET同现有景观分析软件在操作逻辑、景观指数计算范围、特色功能等方面进行了详细的对比,最后对软件未来的发展方向进行了讨论.

探究空间特征尺度下景观格局与水质的关系,对正确揭示格局如何影响水体污染迁移过程具有重要意义.本研究以福建省闽江流域为例,划分子流域、河岸和圆形缓冲区3种空间尺度,收集流域内26个监测断面的水质数据,基于Landsat-8影像分析景观格局特征.利用半变异函数、冗余分析等手段,识别各空间尺度的特征尺度,探讨在空间特征尺度下景观格局对水质的影响.结果显示:(1)闽江流域水质总体达到Ⅱ类标准,但仍存在超标水质,主要由水产禽畜养殖所致.(2)河岸尺度的特征尺度在1000 m缓冲区,而圆形缓冲区的特征尺度在2000 m.(3)子流域尺度景观格局对水质的总解释最强,达58.4％,其次为河岸(45.2％)、圆形缓冲区尺度(38.4％).(4)林地的聚集程度和城镇最大斑块指数是影响水质的主要景观格局变量.上游汇水单元是未来水资源管理的关键区域,减少污染排放,增大林地优势和聚集程度,打破大面积建成区的连续性,有助于净化水质.

探究城市化对绿地空间碳源/汇的空间分布格局的影响,对评估城市生态系统的碳足迹和制定相应的碳收支管理措施具有重要意义.以净生态系统生产力(NEP)做为碳源/汇的反映指标,基于净初级生产力和土壤呼吸估算杭州市主城区绿地碳源/汇的空间分布格局,关注城乡梯度对不同绿地类型碳源/汇水平的作用.基于净初级生产力和土壤呼吸数据综合获得绿地空间NEP,通过土地利用数据和Fragstats软件进行景观格局分析,采用多元线性回归模型和逐步回归模型筛选影响NEP的景观、植被和气象因子,最后利用广义加性模型探讨NEP与各因子之间的关系.此外,分别比较了相同统计过程在不同城乡梯度和不同绿地类型之间的模型差异.结果表明:杭州市绿地空间NEP分布及其影响因子存在显著的城乡梯度与绿地类型差异.2019-2022 年杭州市主城区绿地空间,整体表现为碳源,年均NEP为-0.277 kg C m-2 a-1;其中表现为碳汇的绿地主要分布在杭州市主城区的西部,而碳源绿地主要分布在中部和东部.整体绿地空间的NEP大小与绿地斑块面积、乔木盖度和灌木盖度呈正相关,与灌木物种丰富度和气温呈负相关.NEP随城区、城郊结合部、郊区的城乡梯度逐步增强;城区NEP与乔木盖度呈正相关,与景观多样性和气温呈负相关;城郊结合部NEP与乔木物种丰富度和灌木盖度呈正相关,与绿地斑块密度和气温呈负相关;郊区NEP则与聚集度指数、乔木盖度和灌木盖度呈正相关.公园、农田、自然植被的NEP依次增大并受到不同因素的调控.公园NEP与聚集度指数、乔木盖度和灌木盖度呈正相关,与景观分割指数、灌木物种丰富度和气温呈负相关;农田NEP与聚集度指数和灌木盖度呈正相关,与气温呈负相关;而自然植被NEP则与乔木盖度呈正相关,与景观多样性指数和气温呈负相关.研究进一步揭示了城市化对绿地空间碳源/汇的影响,为城乡碳收支的差异化管理提供了一定的理论和数据支持.

生态控制区是防止城市建设无序蔓延,保障城市生态安全的重要生态空间.对城市生态控制区进行分级管控能够充分发挥其在维护城市生态安全,促进城市建设与生态保护协同发展等方面的作用.研究基于多源数据融合手段,采用"生态系统服务重要性-生态敏感性-景观连通性"评价结果识别生态源地,采用最小累积阻力模型(Minimum Cumulative Resistance,MCR)判定生态廊道和生态节点,形成了点-线-面交汇的生态安全格局网络,并将其应用于厦门市生态控制区分级划定.研究结果表明,厦门市生态源地共有17处,面积为604.19 km2,约占厦门市陆域面积的35.54％,包括陆域生态保护红线、水源保护地、森林公园等区域;提取主要生态廊道15条,长度为152.84 km,主要为连接生态源地与海洋的山海生态廊道;设置生态节点22个,主要为生态源地范围外的小面积重要保护区域和具有明确生态保护目标的区域.依据生态安全格局将厦门市生态控制区划分为三级管控区域,其中,生态源地、生态廊道以及生态节点划入一级管控区,面积占比为69.48％;一级管控区外的生态重要区和林地划入二级管控区,面积占比为10.15％;生态控制区内的其他区域划入三级管控区,面积占比为20.37％.在此基础上提出了分级管控建议,以期为厦门市实现生态控制区高水平保护与城市高质量发展提供重要参考和借鉴.

人类活动影响下的土地利用及其景观格局会在一定程度上影响流域土壤侵蚀的发生发展.选取位于三峡库区的綦江流域作为研究区,利用2015年航空影像数据、数字高程模型和土壤数据库,进行水文响应单元的划分,以此作为研究区的源汇景观单元.综合景观类型、土壤和坡度对土壤侵蚀影响的贡献,构建源汇景观单元权重,在此基础上,对景观空间负荷对比指数进行修正并进行土壤侵蚀风险格局识别,最后利用修正的通用土壤侵蚀方程进行土壤侵蚀的模拟,以此验证风险格局的合理性,并综合分析了源汇景观空间特征:源汇景观单元组成结构、权重和土壤侵蚀风险.结果表明:(1)源汇景观单元权重大的地区主要分布在中低山区向低丘缓坡区过渡的地带,坡度较大、土壤可蚀性较高,以及水田、旱地和居民点的源汇景观单元也较为集中分布.(2)各子流域的景观空间负荷对比指数与平均土壤侵蚀模数具有显著正相关关系,因此基于源汇景观单元并赋予其权重的景观空间负荷对比指数能较好地反映流域内部土壤侵蚀规律,可作为流域土壤侵蚀风险评价的有效方法之一.(3)依据各子流域的景观空间负荷对比指数特征可将库区綦江流域划分为五大土壤侵蚀景观风险区:北部沿江地区各子流域耕地分布较为集中且相对水流路径较短,以及林草地较少,土壤侵蚀风险大;中部丘陵地区源景观单元分布较为分散,景观空间分布不均衡,存在一定的土壤侵蚀风险;南部中低山区以林地汇景观分布为主,源景观分布相对较小,土壤侵蚀风险较低.

湿地保护边界划定是维护湿地可持续发展的基础前提,也是协调湿地保护与农地利用、城镇发展土地配置与空间布局的必经途径.研究从湿地保护边界的“源-汇”生态景观互动视角着眼,明晰了湿地保护源及保护优先等级,建构了空间约束评价与生态断界来刻画汇景观空间层次分异,借助最小累积阻力模型测度与划分了湿地保护边界及其类型.研究发现:(1)基于多重因素的空间约束评价与湿地生态断界的划分,通过最小阻力模型有效地刻画外部因子集成对湿地保护的限制及差异,以量化方式描绘湿地保护所处阻力最小地带,为湿地保护边界划分提供了新的思路.(2)杭州湾南岸生态断界与中高约束的区域占据研究区52.69％比例,无约束地域仅为12.79％,奠定了综合因素空间约束强势的基本格局.加之低度约束区域占据34.53％,显示杭州湾南岸区域多介于高低空间约束性势转换或过渡阶段,压缩了湿地保护的空间.(3)研究划分湿地保护边界范围与缓冲区带为49.11、24.07km2,面积总和仅占据杭州湾南岸5.47％,湿地保护拓展和弹性调整空间极为有限.除生态断界提供湿地保护的天然边界外,湿地保护界限表现为保育林区、农地延伸型和水源保护型三类.

人为活动的干扰与自然因子的变化共同作用于湿地生态系统,但两者对湿地生态系统作用的贡献率存在差异,目前尚缺乏进一步的研究.本研究基于面向对象分割和目视解译相结合的技术方法,研究了滇西北高原典型湿地纳帕海汇水区内28年来(1987-2015年)的湿地类型、分布及其空间格局的变化特征,并探讨其与当地人为活动的干扰(主要社会经济发展指标)、自然因子(主要气候因子)之间的相互关系.结果表明:(1)湿地总面积共计减少2456.46hm2,其中,原生沼泽、沼泽化草甸和草甸面积分别减少了1152.07,1257.72,202.74 hm2,湖泊面积增加了156.07 hm2;(2)湿地景观多样性发生显著变化,其中,斑块数量(NP)由1987年的221增加到2005年的299,随后减少到2015年的260;香农多样性指数(SHDI)由1987年的1.81增加到1999年的1.84,随后减少到2015年的1.75;聚集度指数(contagion index)由1987年的52.82减少到1999年的52.02,随后增加到2015年的53.49;(3)湿地分布面积和香农多样性指数与第一、二、三产业值,以及年均温度呈负相关,与降水量呈正相关;斑块数量、聚集度指数均与第一、二、三产业值,以及年均温度呈正相关,与降水量呈负相关;(4)社会经济发展主要指标对湿地面积和景观多样性指数变化的解释度为63.50％,气候因子对其的解释度为36.50％.整体上,人为活动的干扰是导致该区域湿地不断萎缩、景观多样性改变的关键驱动力.减缓人为活动对湿地生态系统的过度影响,是当地保护湿地资源、维护湿地生态功能的关键.

生态型市域是随着我国生态文明建设不断深入而产生的一批以生态输出为己任,支撑区域乃至全国生态安全的重要生态型区域,该类区域景观生态安全格局的构建是协调域内社会经济与生态环境保护的基础.选取典型生态型市域张家口市,基于“源-汇”理论构建景观生态安全格局,划定不同保护重点的五大生态功能区,识别重点生态保护区、重点生态修复区和廊道系统,以此作为保障城市生态安全的基础,逐步形成“点-线-面”三位一体的立体保护体系,同时提出了生态安全格局构建的优先次序,为张家口市生态安全格局分步骤建设提供依据.研究结果表明,张家口市景观生态安全格局重点保护区缺失严重,缺失区域总面积达1555.77 km2,占生态保护核心区面积的75.60％,重点生态修复区域比例较大,占全区面积的24.27％,生态廊道存在3个主要缺失区域,针对张家口市生态安全格局建设任务艰巨的现状,提出了分步骤建设的构建思路,即优先进行重点生态修复、重点生态保护缺失区域和生态廊道缺失区域建设,针对重点生态修复区域面积比例较大提出了分步修复的优先次序,即水域修复区＞林草水修复区＞林草修复区＞林水修复区＞水草修复区＞林地修复区＞草地修复区,并提出了优先建设冬奥会场及沿途生态廊道的思路,此外,为实现张家口区域生态系统的支撑作用,需在完成重点区域建设的基础上不断扩大生态保护范围.研究为欠发达生态型市域景观生态安全格局构建及生态环境保护体系建设提供了范例.

近年来,海绵城市建设热潮涌现,这一强调雨洪弹性的领域却极度缺乏对于宏观水平过程的探究,未能系统理解雨洪过程的转变动态.由此,引入用以分析各类型生态过程及景观格局的重要理论——“源-汇”景观理论,以北运河流域洪涝过程的内在作用机制为例,着重强调与探求雨洪过程中“源”景观与“汇”景观的相对性与动态性.研究选取关键的景观因子指标,利用最小累积阻力模型测算雨洪径流动力值与地表景观阻力值,从而分析“源-汇”景观的动态演变特征,结果表明:北运河流域中,作为初始径流“源”的区域集中于蟒山山地以及百望山及阳台山山地,易成为山体径流的源头;在北运河流域范围内,自然排水条件下,产生径流的“源”景观类型比例大小排序为:林地＞公建用地＞道路＞工业及设施用地＞居住用地＞荒地＞绿地＞农田;在5年一遇的重现期状态下,建设用地雨水消纳能力良好,10年以上重现期下其“源”作用偏强.非建设用地中的林用地在5年一遇重现期下“源”作用已很强,农用地一直有很强的“汇”作用.城市绿地在20年一遇的降雨下已有20％变成“源”,其消纳雨水能力有待进一步的观察与实验;在北京城区内涝积水点体现出西多东少、北多南少的特征,径流过程随降雨强度的增大,以由西向东、由北向南的趋势扩散.北京城内洪涝灾害的成因多有缘于山体径流,需尽早探寻合理的手段与对策解决高山林地的径流问题.