陕西省水蚀土壤因子指标插值方法比较研究

基于地统计学原理和半变异理论,采用地理信息系统技术定量研究了陕西省水蚀土壤因子指标的空间变异特征。分析比较了反距离权重法、样条函数法与普通克吕格法对陕西省土壤因子指标空间插值的精度。结果表明,研究区土壤抗冲系数具有中等强度的空间相关性,块金系数为32.29%,而稳渗速率、崩解速率、抗剪强度均表现为强烈的空间相关性,块金系数分别为13.19%,11.61%和12.98%。综合考虑平均相对误差、均方差及插值效果,认为普通克吕格法最好,更能反映土壤参数的空间特征并符合区域水土流失模型对数据的要求。对于普通克吕格法,稳渗速率的Lag步长为30 000 m,半方差理论模型为指数模型;抗冲系数、崩解速率、抗剪强度的Lag步长为55 000,半方差理论模型均为高斯模型。在空间分布上,各指标随土壤类型由北到南呈现明显的地带性规律。

基于等高线的黄土高原小流域地形虚拟

黄土高原地形三维虚拟是"数字黄土高原"的基础,可为区域水土保持生态建设提供科技支撑。针对直接在地理信息系统软件中观察三维场景存在的控制交互能力不足问题,提出综合利用地理信息系统软件的地形插值算法,基于MFC框架下的OpenGL程序设计的思路,实现地形的真实感三维虚拟。以黄土丘陵沟壑区康家沟小流域为例,等高线数据在AutoCAD和ArcView软件中处理,生成ASCII格式的规则网格DEM数据,依据它们绘制三角形带,采用加权平均法求得各点的法向量,设置光照与材质模式,添加动态天空背景,实现了该流域地形的真实感三维虚拟,并增加交互能力,完成自由漫游与多角度观察。

县级尺度土地利用结构特征定量分析

基于土地利用数量和空间结构内涵理解,选取相关定量指标组合并结合GIS技术,以安徽省含山县为例,利用其2002年土地变更数据和2000年1︰50000土地利用现状图,探讨县级尺度土地利用结构特征定量分析方法。研究表明:定量分析结果与县域实际相一致,所选取的定量指标能够充分发挥各自作用,尤其是在表征数量结构总体特征上,多样化指数、集中化指数、洛伦兹曲线和组合系数4个指标之间优势互补,相互验证,最为显著,这说明定量分析具有可行性,其关键在于合理地选取具有明确意义的定量指标组合,包括指标选取以及各指标之间的优化组合。全县土地利用结构总体特征可概括为:以耕地-林地-未利用地-水域为组合类型,以耕地和林地为景观基质,土地利用程度不高,以农用地为主,县域地形地貌格局是土地利用结构形成的自然基础,单位面积土地GDP、人口密度与土地利用程度、建设用地区位优势在一定程度上呈正相关。该研究可为县级,尤其是类似地区土地利用结构特征定量分析提供借鉴和参考。

黄土丘陵区延河流域潜在植被分布预测与制图

潜在植被的分布预测与制图对植被恢复规划具有重要的指导价值.利用广义相加模型(generalized additive model,GAM),结合GIS空间分析技术和环境梯度分层采样技术,为延河流域24个地带性物种建立了分布模型,并在考虑群落内部物种种间关系及其分布概率的基础上,对物种分布进行运算,模拟预测了延河流域37种植物群落的分布状况和延河流域的潜在植被分布.结果表明:研究区植被分布预测值与实际调查值间的差异不显著,预测的植被空间分布较好地反映了延河流域潜在的植被分布状况,表明该模型具有较好的预测能力,对于区域植被恢复的目标设定和恢复规划具有重要意义.

云南西北部四县林地的分布和受威胁程度评价以及该地区鸡形目鸟类的保护状况分析

横断山区拥有独特的生物区系和丰富的生物多样性，成为研究生物和地学许 多重大理论问题的关键性区域。然而该地区复杂的高山峡谷地形不利于大范围实 地考察工作的开展，而传统的调查方法也较难直接地获取野生动物及其生境的一 些量化数据，如某种或某类生物元素的分布、变化情况以及保护状况等，因此长 期以来对于该地区保护网络的规划和管理效果一直缺乏系统地评价，保护工作的 进一步开展依然面临很多难题。近年来地理信息系统（Geographic Information System, GIS）和遥感技术（Remote Sensing, RS）已经广泛应用于野生动物及其 生境保护的各个方面，为横断山区的保护工作拓展了新的研究思路和方法借鉴。 本研究以位于云南西北部横断山区的四个县（德钦、维西、丽江、香格里拉） 作为核心研究地区，以野生动物的主要栖息地——林地为对象，借助RS 和GIS 手段研究该地区内林地的分布、变化以及受威胁程度；并针对鸡形目鸟类的保护 状况进行了分析，为该地区林地和鸡形目鸟类的保护及评价提供科学的方法指导 和建议。具体如下： （1）林地分布以及针叶林的进一步细分。在地面真实数据的辅助下，通过 对Landsat TM/TM+影像的预处理、分类、分类后处理等过程，将研究地区中的 林地与非林地进行划分；针对暖温性针叶林和寒温性针叶林这两种较难区分的类 别，采用导引聚类（guided clustering）的分类方法，进一步对针叶林进行细分。 精度评估的结果显示，林地与非林地的划分总体精度为94.3%，而针叶林细分为 暖温性针叶林和寒温性针叶林的总体精度为74.8%。该方法可以较为准确地划分 该地区不同的生境类型，为野生动物及其生境的保护奠定基础。（2）林地的受威胁程度评价。通过分析研究地区中的林地在40 多年时间跨 度里（1958-2001 年）的变化情况和保护现状，从而评价其受威胁程度，结果反 映出每个县的林地面积都有不同程度的减少，丽江和香格里拉这两个县的林地受 威胁程度相对较高。进一步对丽江和香格里拉两县在不同海拔带的林地分布和变 化情况进行分析，结果表明，丽江的林地主要分布于2000-3500 米的海拔范围内 （占该县全部林地面积的89.7%），而在香格里拉则主要分布于2500 米以上（占 该县全部林地面积的95.2%）；在这两个林地分布较为集中的区域内，都是低海 拔地区林地面积减少程度较高，意味着在开展保护工作时应重点关注这两个县的 低海拔林地。本研究方法可供整个横断山区乃至其他高山峡谷地区借鉴，为保护 网络的完善提供快速的量化参考。 （3）鸡形目鸟类的保护状况分析。借助RS 和GIS 手段描绘研究地区中当 前林地（2001 年左右）以及早期林地（1958 年前后）的分布，针对那些主要以 林地为生境的鸡形目鸟类，在相应限制因子（例如海拔数据）的辅助下对它们当 前和过去的潜在生境进行预测，从而分析它们的保护现状和生境的变化情况。结 果表明研究地区中现有的保护区对这些鸟类的保护尚不完善，并且在过去40 多 年的时间跨度里它们的潜在生境都有不同程度的退化。建议将来的保护工作优先 考虑那些在当前未被充分保护的物种以及潜在生境退化程度相对较高的物种。针 对这些物种，提出在将来的进一步保护工作中的一些建议，为整个横断山区鸡形 目鸟类乃至其他野生动物类群的保护提供参考。

岷江上游景观可持续管理决策预案研究

岷江上游地区是我国一个重要的大尺度、复合型生态过渡带，也是一个生态系统脆弱区和敏感区，它不但影响当地和岷江下游的农业生产、生活用水和生态环境，而且影响长江上游地区生态环境改善，在长江上游生态安全格局中占有重要地位。近几十年来，在强烈的自然变化与人类活动干扰下，该区域景观发生了巨大变化，综合研究影响景观变化的自然、社会因子，制定以生态系统可持续为目标的景观管理决策，从而为改善区域生态环境，构建生态安全格局具有重要的科学意义和现实需求。本论文通过对岷江上游农、林、草复合景观诸多因子的研究，通过NetWaver和CDP（Criterium DecisionPlus）平台，分别建立基于模糊逻辑的景观评价知识库和基于多目标决策的景观管理决策模型，实现了岷江上游3种不同目标的景观管理决策预案。本论文取得了如下结论： (1). 景观格局分析表明，岷江上游景观以草地为基质，森林以及其他景观类型作为斑块镶嵌其中，草地类型影响到整个景观格局的生态过程，包括物质的传输与能量的流动。 (2). 通过建立人类活动强度这一可定量化测度的指标，分析了研究区森林、草地、耕地三种主要景观类型的格局变化，结果显示，人类活动视为信息熵输入，其强度大小对景观类型所起的作用不同，正确引导和控制一定范围、一定强度的人类活动可以实现景观的恢复。 (3). 基于NetWeaver系统，设计景观评价模糊知识库，对研究区进行了景观综合评价，整个流域除了四个子流域支持程度为低或者非常低外，其余子流域支持程度较好，景观管理的可行性和有效性水平较高。评价的结果为景观管理预案的设计提供了重要的数据支持。 (4). 综合研究区社会、经济和生态发展三个子系统，通过层次分析法，建立三层指标体系对研究区可持续能力进行评价。结果表明，岷江上游可持续发展能力综合评价值为0.22（理想值为1），反映出景观可持续能力差，实施区域生态系统管理，制订可持续管理预案具有重要性和紧迫性。 (5). 通过CDP（Criterium DecisionPlus）平台，综合所有对景观管理有潜在影响的因素，构建景观管理的决策模型，设计了三个基于不同管理目标的决策预案；并对所设计的管理预案进行了模型不确定性分析、灵敏度分析和因子贡献量分析，验证了预案模型的鲁棒性（robustness）；最后，结合生态系统管理系统EMDS（Ecosystem Management Decision System）和ARC/GIS的环境实现预案空间表达，并对决策结果进行了分析与讨论。论文的研究结果是研究区实施景观管理规划的关键性参考依据。

大兴安岭林火迹地景观恢复的生态效应与影响因子研究

林火，作为森林生态系统不可或缺的生态干扰因子，通过改变森林景观的组成与结构，影响森林生态系统的物质循环与能量流动，进而影响森林景观生态功能的发挥。火后森林景观结构变化及其生态功能的恢复，不仅是森林经营管理所关注的关键内容，也是景观生态学与火生态学研究的重要课题。本文以1987年大兴安岭“5，6”特大森林火灾的过火区为研究区，利用TM数据、森林资源清查图件资料，结合大量的野外调查，以GIS为核心技术，利用空间代时间、空间分析和多种数学统计方法，对研究区1987年火烧前与2000年的景观格局与主要生态功能的恢复状况进行了多尺度的研究，并探讨了影响森林景观恢复的主要因子，旨在为火干扰后的森林恢复提供科学依据。主要结论如下： ① 从较大尺度上看，整个火烧迹地景观已基本恢复，植被生长状况良好。与未火烧区相比，针叶林所占比重降低，混交林比重升高，阔叶林的比重变化不大，沼泽面积明显增加。以上结果显示，森林景观正处于由初期向中期演替的过渡阶段。沼泽面积的增加应引起重视，应采取相应对策以防止森林的逆行演替。NDVI 值的等级分布显示，针叶林在火烧区的生长状况不如未火烧区，而阔叶林的生长状况则好于未火烧区，这主要是由于喜阳的阔叶林更能适应了火后环境所致。 ② 中等尺度上，森林景观总体格局的破碎化程度明显增加；针叶树种仍是森林景观的基质树种。森林景观质量得到了初步恢复，但由于恢复时间尚短，林龄结构以幼龄林为主，无统计蓄积量的林地比重大幅增加，而郁闭度等级也下降了一位。多变量回归分析显示，火烧强度、更新类型、海拔以及地形因子（坡度、坡位、坡向）对森林郁闭度的恢复均产生了显著影响。海拔与火烧强度影响较大，坡位与坡向影响微弱。其中，海拔梯度与郁闭度恢复状况呈正相关，即海拔越高，恢复越好，这可能与火干扰强度随着海拔的升高而降低有关；而火烧强度与郁闭度恢复则呈显著负相关。 ③ 研究区的森林水文调节能力已得到了基本恢复，平均水平略有提高。从调节能力的等级构成来看，由于恢复时间较短，具有较高调节能力的林地比例仍然较低。湿地面积由火烧前的11544 hm2增加到2000年的20498 hm2，增幅达77.56%；湿地的破碎化程度降低，湿地格局由分散趋向于集中连片分布。将森林水文调节能力分布图与湿地分布变化图叠加发现，95 %以上的新增湿地来源于火前水文调节能力较低的地区，火烧后立地条件的恶化，随着水分截流能力的进一步下降，加之缺乏有效的植被蒸腾作用，使这部分地区演变为湿地。 ④ 通过将火前条件相似的火烧区与未火烧区的冻土活动层厚度进行T检验后发现，两者的均值存在着显著性差异，火烧区平均厚度为102.6 cm，而未火烧区仅为61.9 cm。冻土活动层的变化又对生态环境产生了显著影响。如，冻土融化可能导致低洼地区积水形成新生沼泽，从而改变森林植被的演替方向。 ⑤ 野生动物（以紫貂为例）的适宜生境的规模与质量远未恢复到火前水平，其生存条件不容乐观。火烧区适宜生境的面积比重从火前的37%下降为2000年的29%，而未火烧区仅下降6%。火烧区适宜生境和最适宜生境面积变化幅度不大，而未火烧区则明显降低，降幅达68%和82%，1987年火后采伐集中于未火烧区是出现这种状况的主要原因。相反，火烧区的勉强适宜和中等适宜生境面积明显减少，而未火烧区则有较大幅度增加。火烧区与未火烧区适宜生境破碎化程度均明显加剧。可见，林火干扰与人类活动均对动物生境产生了负面影响。

辽东山区生态分类系统及其在数字林业中的应用

过去五十年，我国的森林资源状况发生了明显变化，森林经营方式也相应出现问题。森林区划中，同时存在二类小班和三类小班两个小班体系，二者在空间上存在不一致性；即使是同一小班体系，先后两次调查结果也不一致。这些问题不利于应用数字技术制定长期的森林管理计划。传统的林业体制和经营方式不能满足生态系统管理的应用，阻碍了我国森林可持续经营管理的发展。生态分类系统是以生态系统内植被、土壤和地形等组分之间的相互关系为基础对土地进行的划分，对实现森林的生态系统管理具有重要意义。本文建立了辽东山区生态分类系统，进而探讨其在数字林业中的作用。 采用TWINSPAN分类和PCA、CCA排序的方法对研究区样方数据进行分析，结果表明，坡度和坡向是控制研究区域内水分梯度和养分梯度的主导因子，决定了植被的空间分布格局。依据这样的关系，进行了生态土地类型（ELT）、生态土地类型相（ELTP）的划分和制图。ELT分类由DEM数据获得，ELTP分类通过叠加ELT和植被图得到。ELTP能同时反映特定地块上潜在的植被类型和现存的植被类型，其分类单元相当于传统林相图中的小班，可应用于森林资源调查和管理中。 生态分类过程中的关键性技术方法也是本文重点解决的问题。通过比较5m分辨率和25m分辨率的DEM数据，得到5m分辨率DEM是绘制ELT分类图的最佳数据源。本文也探讨了地形图矢量化生成DEM的方法，以及根据DEM数据提取ELT分类图过程中的关键技术问题。 在上述基础上，本文着重论述了生态分类系统在数字林业中的作用。生态分类系统为森林资源信息和数据的管理提供了一个具有生态学含义的框架体系。生态分类系统是实现森林生态系统管理的重要过程，空间信息技术是实现森林生态系统管理的有效手段。以生态分类系统和空间信息技术为依托的生态系统管理方法，加上计算机模型和辅助决策界面的支持，构成数字林业的基本框架，是实现林业可持续发展的驱动力。

黑土侵蚀区景观生态建设的水土保持效应

黑龙江省拜泉县是我国黑土侵蚀与综合治理的典型代表。经历了上世纪垦荒初期环境优美、土地肥沃，70年代后期水土流失严重、生态恶化，80年代以来大规模生态治理、环境明显改观的典型发展过程。是人类征服自然——自然报复人类——人类与自然和谐共处等人与环境关系演进的一个小小缩影。本论文以该典型区为研究案例，以景观格局——景观功能——景观生产力关系分析为研究思路，从遥感、统计资料、调查访问和取样实测等获得原始数据，运用景观指数和地理信息系统（GIS）等空间分析方法，结合通用土壤流失方程、地统计学和能值分析，综合评价了黑土侵蚀区景观尺度水土流失治理的区域土壤侵蚀控制效应、区域土壤性质恢复效应及大规模生态建设的农业效应。旨在为区域水土流失治理综合评价探索研究思路，也为该县或同类地区生态建设、环境保护及景观规划决策提供科学参考。本论文取得如下研究成果： (1). 经过多年来的大规模生态建设，拜泉县的生态环境有了明显的改观。区域景观类型数量和空间配置的变化对发挥其水土保持功能起到了很好的调控作用。从1989年到2002年，县域耕地面积减少24731hm2，林草地面积、水体面积分别增加了13568 hm2和1191 hm2，水库和塘坝增加1402座。全县55%的水土流失面积得到治理，82.2%的农田得到林网的防护，43.7%的景观地表超渗径流得到集蓄，土壤侵蚀模数由9.14 下降到6.50 。进一步的景观结构调整要注意增加林草地等类型斑块的聚集度；调节林网连接度、环度及网眼大小；增加水库塘坝的泻洪与灌溉配套设施等。 (2). 通过拜泉县双阳河流域30个子流域景观指数与土壤侵蚀模数的相关性分析，定量研究了景观结构和土壤侵蚀程度的关系。结果表明：农田面积百分比、景观聚集度与土壤侵蚀模数显著正相关，灌木林地和草地面积百分比、香农多样性指数与土壤侵蚀模数显著负相关。梯田、等高垄农田、顺坡垄农田、乔木林地、灌木林地、草地面积百分比，景观分维数、景观聚集度、景观香农多样性9个结构因子与土壤侵蚀模数的复相关系数（R=0.931）大于任一单因子相关系数，景观结构对土壤侵蚀的影响是多因子综合作用的复杂过程，且达到高度相关，9个结构因子与侵蚀模数之间存在线性回归关系。研究区平均土壤侵蚀模数为6.58 ，侵蚀强度较轻，但大于东北黑土区土壤容许流失量标准（2 ）。该流域是典型的农业景观，农田面积占景观总面积的71.8%，而且分布比较集中，它是未来土壤水蚀的主要景观要素，同时也是水土保持的主战场。增加灌草地斑块、实施农田保护性耕作等将是该流域继续控制土壤侵蚀的有效办法之一。 (3). 通过对拜泉县通双小流域土壤性状的空间变异性和空间相关性研究，得到下列结论：全碳、全氮、砂粒、粉粒、粘粒含量和容重具有中度的变异性，而砾石含量变异强烈，它能够表征该流域黑土的侵蚀强度。除砾石外，所有土壤性状之间具有显著的相关性 (P<0.05)。土壤性状主要与坡位、海拔高程和土地类型有关。全碳、全氮、粉粒和粘粒含量具有强度的空间自相关性，而容重和砂粒含量在空间上是中度自相关的。无论在农田，还是在整个流域，均有2/3左右的土地存在氮缺乏，容重和砂粒偏高的现象。地形、土地利用、侵蚀和侵蚀治理综合地影响了土壤性状的空间分异。但过去的土壤侵蚀是最突出的因子。侵蚀治理和土地类型调整在20-30年的尺度上，并没有显著地改善土壤的性质。目前的侵蚀治理对于土壤的移位和流失起到了很好的控制作用，但短期土壤质量恢复并不令人满意。如何提高土壤质量，将是又一迫在眉睫的任务。为了提高土壤质量，保护林地和草地不被破坏，改变农田的耕作方式等是该流域改善土壤性质的有效管理措施。 (4). 在拜泉县农业系统经济特征和生态建设动态分析的基础上，运用能值理论，研究了县域农业生态经济系统在大规模生态建设前后时间序列上的系统生产效率和可持续发展动态。主要结论如下：拜泉县经济发展与生态建设都取得了较大的成绩，但在县域生产生活大环境明显改善的情况下，农业系统自身的环境压力依然存在；农业系统的生产效率不高；农民生活水平较低；但大规模生态治理的农业效应已初步显现；系统的能值可持续发展有良好的趋向。

友好林业局森林采伐对森林景观格局演变的长期影响

人为活动是森林景观变化的主要驱动力之一，采伐又是人类对森林最主要的干扰活动，采伐影响下森林景观的长期变化动态，是森林经理学的重要研究内容。本文以小兴安岭友好林业局为研究区，充分利用林相图，地形图以及采伐等资料，采用GIS作为数据处理的手段，用空间直观景观模型（LANDIS）模拟了500年的时间尺度上森林景观在各种采伐活动影响下的演替动态。本研究选取五个代表树种：红松、云杉、椴树、落叶松、白桦，主要从分布面积、年龄结构和聚集度三个方面进行了分析，揭示了森林景观变化与采伐之间的定量化关系，为森林管理措施的制定提供理论依据。主要结论如下 ①友好林业局过去的森林采伐造成了严重的生态后果：原始林已经所剩无几，而是变成了以过伐林和次生林为主；友好林业局红松的面积仅占6.3%，云、冷杉分别占9%左右，占优势地位的是落叶松和白桦，分别为27%和29%。红松、云冷杉以及落叶松80%以上的都是中幼龄林。②自然演替状态（无采伐）下，红松、云杉和椴树的分布面积逐年升高，500年内红松增加了24%，聚集程度不断升高；而白桦等阳性先锋树种分布面积则大大降低，500年内白桦减少了近15%，聚集程度逐渐降低。③传统经营下的采伐研究表明，采伐是友好林业局森林景观变化的主要驱动力。本研究中由于树种的生活特性和模型本身的特点，红松、云杉分布面积在三种模拟方案下的差异不明显，落叶松和白桦在各种方案下的差异比较明显。采伐明显改变了各树种年龄结构,采伐后树种林龄级下降。采伐还会造成树种聚集度明显差异，而且树种分布格局和采伐分布格局密切相关，红松、云杉、椴树聚集度指数与采伐分布指数显著正相关，落叶松、白桦聚集度指数与采伐分布指数显著负相关。④本研究中由于树种的生活特性和模型本身的特点，与传统经营相比，分类经营下生态公益林内落叶松和白桦的面积变化比较明显，红松、云杉、椴树的面积变化不明显；然而各树种的年龄结构均发生了显著变化，分类经营下成、过熟林的面积明显增加。⑤不同径级择伐一定程度上引起了采伐面积、采伐强度以及采伐空间分布格局的差异。不同树种由于其生活特性的差异对不同径级择伐反应各异，不同径级择伐下树种分布面积和年龄结构差异较明显，但是各树种聚集度指数在不同径级择伐下的差异较小。

岷江上游不同小流域景观结构对水文过程的影响

研究景观格局与水文过程关系不仅有利于人们认识水循环的特点，而且对于景观格局-生态过程相互关系理论具有重要的意义。岷江上游的景观格局与水文过程之间关系的研究一直是人们关注的热点。 本文选取岷江上游的镇江关流域和黑水河流域，从景观尺度上分析了两个流域主要土地覆盖类型的景观格局对水量平衡的影响。模拟两个流域1988-2002多年平均降水量和多年平均蒸散量的空间分布，利用ARCGIS8.3求算镇江关流域和黑水河流域主要土地覆盖类型多年平均降水量和多年平均蒸散量，比较两个流域主要土地覆盖类型的水量平衡。同时利用ARCVIEW3.3进行流域提取，得到黑水河流域内不同景观结构的小流域，结合两个流域1988-2002年多年平均降水量和蒸散量空间分布，在GIS空间分析技术支持下，统计得到不同景观结构小流域1988-2002年多年平均径流系数，进而比较岷江上游不同景观结构小流域的水文效应。主要结论如下： 1.镇江关流域有林地1988—2002年的多年平均蒸散量与同期黑水河流域相差不多，镇江关流域有林地蒸散降水比大于黑水河流域，这是两流域有林地海拔、坡度、坡向因素共同作用的结果。 2.两个流域草地水量平衡对景观格局的响应模式与有林地基本一致。 3.由于黑水河流域的耕地分布在干旱河谷里,其蒸散量远远大于降水量,使黑水河流域的耕地水量平衡与镇江关流域完全不同。 4.对于平均海拔相近纯林流域和纯灌流域，其多年平均径流系数主要受流域多年平均降水量、多年平均蒸散量、平均坡度的影响。 5.对于平均海拔、平均坡度相近林草流域和林灌草流域，其多年平均径流系数主要受流域多年平均降水量、多年平均蒸散量、林草面积比的影响。

沈阳市城市扩展分析与模拟研究

城市扩展及其导致的土地利用/土地覆被变化作为全球环境变化的重要驱动因素，日益引起社会各界的普遍关注。新中国成立以来，沈阳市经历了快速的城市化过程，特别是进入21世纪以来，伴随着人口增长和经济发展，中心城区持续向外扩张，导致基本农田大量流失，区域景观和生态环境质量日益下降，给沈阳市的城市增长管理和可持续发展带来严峻挑战。 利用遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和空间Logistic回归模型对1988-2004年间沈阳市的城市扩展与土地利用变化特征及其驱动力进行深入分析，并在此基础上利用基于细胞自动机(CA)的城市扩展模型－SLEUTH对历史时期(1988-2004年)的城市扩展格局进行模拟与重建，对未来(2005-2030年)不同发展条件下的城市扩展进行模拟与环境影响评估，以期为城市增长管理与区域可持续发展提供决策支持。本论文取得如下研究成果： (1) 1988-2004年间，沈阳市辖区城市面积持续增加，城市扩展强度逐渐增强；2000-2004年城市扩展规模和强度都达到最大；沈阳市城市化进程正在显著加速。城市扩展具有明显的空间分异特征：整个研究时段内，市区西南方向是城市扩展的主方向，中心城区周边(8~10km)及各级经济开发区是扩展的热点区域。 (2) 1988-2004年间，沈阳市辖区土地利用变化最主要的特征是耕地向城乡建设用地的大面积转换。持续的城市扩展导致区域景观日益破碎化和复杂化。城市和其它建设用地的景观影响日益增强，耕地的优势地位减弱，且破碎化程度增加，斑块形状日趋复杂。城市化空间梯度上的土地利用格局变化分析表明，随着城市化水平的提高，景观组成和空间配置发生了明显变化。处在城市化前沿区域的城郊地区，景观格局表现出景观多样性增加、破碎化程度加深和形状日趋复杂等特点。 (3) 1988-2004年间，沈阳市辖区城市扩展主要受到社会经济发展的推动作用和政策因素的激励与导向作用。空间Logistic回归分析显示，开发区建设与行政建制变化、道路与城镇分布、浑河和城市规划是城市空间扩展的主要影响因素。 (4) ROC曲线统计、Kappa统计与多分辨率误差估算以及景观指数从城市扩展总体预测能力、增长数量、空间位置和空间格局上给予SLEUTH模型一个全面、客观的评估。总体上来说，SLEUTH模型具有可信精度，较好地表达了沈阳市1988-2004年间城市扩展的总体趋势，对城市扩展面积的拟合精度很高。但是，与其它城市扩展模型相似，在像元尺度上对城市扩展空间位置的预测和对城市空间格局的表达还有待于提高；随着分辨率的降低，模型对城市发展中空间邻域关系的表达效果趋于提高。SLEUTH模型对城市扩展的总体模拟精度要高于空间Logistic回归模型，但是对城市扩展位置的模拟准确性低于后者。 (5) 通过分析发现，影响SLEUTH模拟准确性的主要因素包括模型结构、地方城市发展特征、模型应用的时空尺度和模型输入数据的获取与误差传递等。通过修改模型组分设置、开展模型敏感性与不确定性分析以及实行城市扩展一体化模拟可以提高SLEUTH模型的模拟效力，而具体实现方法需要深入研究。基于模型评估结果和效力提高的对策，对城市扩展演变的时空格局进行了较为准确的重建，为其相关研究提供了可靠的历史数据资料。 (6) 遵循沈阳市目前和未来的区域开发政策、最新修编的城市总体规划，以及社会对区域生态环境保护的要求，设计了五个城市发展预案，即目前趋势发展预案(CT)、区域开发政策与城市规划预案(PP)、生态可持续发展预案(ES)、紧凑式发展格局预案(CD)和特定增量发展预案(GA)。对不同预案条件下未来(2004-2030年)城市扩展面积和空间格局、城市扩展热点区域、城市景观格局变化及其景观生态效应，以及对其它类型土地资源的消耗四个方面进行了分析和比较，为沈阳市城市规划、生态建设以及可持续增长管理提供了许多有价值的决策信息。

岷江上游景观边界网络格局研究及生态效应分析

景观边界是特定时空尺度下相对均质的景观之间所存在的异质性过渡带，作为景观的一个四维组分，边界动态直接反映景观变化，与基于斑块的研究相比，明确景观边界的生态意义是理解景观过程的一个新的切入点。边界效应是景观边界最显著特征之一，也是当前生态学领域的研究热点，但大部分研究集中在生态系统及其以下尺度，对大尺度上的研究涉及内容尚少。 本文以岷江上游地区为例，利用TM影像数据、林相图、土地利用图和野外实测数据，应用RS、GIS、SPSS、Fragstats等软件的数据处理、分析、运算功能，研究了景观边界网络格局的变化，并分析了与之相关的生态过程；研究了类型水平上森林景观的边界效应以及景观尺度上林农复合景观的边界网络效应。旨在揭示岷江上游景观格局的变化趋势及其驱动因子，以及林农复合景观格局的生态效应，从而为研究区土地利用提供科学参考。研究结果如下： （一）在岷江上游地区的13种景观边界类型中，建筑用地边界和农田边界是人工边界，同时也都是清晰边界；但林地、灌木林地、草地等自然景观之间的边界并不都是模糊边界。冰雪边界是典型的随季节变化的变动型边界，其它边界在年内的变化则相对稳定。 （二）在1974-2000年期间，由于人为干扰强度的加剧，岷江上游景观边界网络结构变得更加复杂，在早期以边界长度增加为主，网络连接度变大，在后期以边界数量和结点数量增加为主，网络连接度变小；森林景观与低坡位景观类型间的边界减少，森林下线上移；农田与林地的边界在早期增加，1986年后减少，而与灌木林地的边界持续增加；基于边界特征的格局分析表明，森林景观结构变得简单化，而农田、灌木林地、草地等景观类型的结构变得更加复杂。 在景观水平上，基于边界和结点特征的格局指数与对应的基于斑块特征的格局指数具有基本一致的变化趋势，但基于边界和结点特征的指数对格局的变化更灵敏，在类型水平上，基于结点的格局指数比基于边界的格局指数具有更大的灵敏性，而且前者能够反映出后者反映不出的格局信息。 （三）研究区的农田边界共有5种类型，分别是农田与林地、灌木林地、草地、水体、建筑用地之间的边界，总长6583.4km；其中林农边界长2473.7km，占37.6%，是除灌农边界（占农田边界总长度的44.9%）之外比例最大的农田边界类型，广泛分布在岷江干流及其支流的河谷中，海拔多在1000-3500m之间。 （1）多元线性回归分析结果表明，农田生物量的边界效应深度与海拔和坡度显著相关，与其它因子相关性不大；林地生物量的边界效应深度与海拔和坡向相关性较大，与其它因子相关性不大；林农边界对农田生物量产生正面效应，对林地生物量产生负面效应，且对农田的影响面积大于对林地的影响面积；根据回归方程计算边界效应的影响面积，2000年有14532hm2林地生物量受到林农边界网络的影响，占研究区林地面积的1.2%，有16659 hm2农田生物量受到林农边界网络的影响，占研究区农田面积的22.6%，由于边界位置、长度的变化，不同年间林农边界网络的生态效应也存在差异。 除了生物量，本文还研究了林农边界网络对林地和农田土壤水分和生物多样性的影响： （2）林农边界减少林地和农田边缘的土壤水分，岷江上游有2103 hm2农田和371 hm2林地其土壤水分受到林农边界效应的影响，分别占研究区农田面积的2.3%和林地面积的0.03%。生物多样性受林农边界网络影响的农田面积为4855 hm2，占研究区农田面积的5.37%；生物多样性受林农边界网络影响的林地面积为3401 hm2，占研究区林地面积的0.29%。 上述研究从景观边界网络的角度揭示了岷江上游近三十年的景观变化特征，在印证斑块类型所反映的景观变化特征的同时，还反映出传统格局研究方法反映不出的格局信息，为景观生态学中格局与过程研究提供了新思路，也丰富了边界效应的理论和案例研究，有关结论还可为高山峡谷区土地利用格局优化和实施退耕还林还草工程提供参考依据。

东北沼泽湿地的潜在分布对气候变化的响应

东北是我国沼泽分布最广泛、类型最多的地区，而该地区也是中国将来气温变化幅度较大的地区，气候趋于暖干化，这些都不利于沼泽的发育和存在。据CGCM3气候变化模型预测：到2100年，温室气体排放浓度增高（排放水平720ppm、大于720ppm和550ppm）的三种排放情景下，气温分别增高3.22℃、4.36℃和2.13℃，年降水量分别平均增长102mm、127mm和74mm，干燥度增大，变化的幅度和排放浓度极为一致。本文将Logistic模型结合CGCM3气候变化数据，以预测未来100年后沼泽湿地的潜在分布。 由于沼泽分布具有地带性和非地带性规律的特点，本文针对整个东北地区、东北山地和东北平原建立了三个Logistic模型，环境因子包括11种地形因子和7种气候因子。三个模型的ROC值分别为0.86、0.92 和0.76，这说明山地区模型的精度最高，平原区精度最低。概率阈值基于ROC曲线设定为0.23、0.24 和0.26。结合CGCM3，预测结果显示：100年后，沼泽分布都趋于减少，尤其在平原地区，沼泽可能会全部消失。在COMMIT模式下，虽然CO2浓度保持不变，但是气候变化造成的后果依然持续进行，平原地区沼泽大量消失，沼泽潜在分布面积将减少34.11%；在SRES B1情景下，沼泽潜在分布面积减少66.46%，南部平原和山地沼泽消失；SRES A1B情景下，沼泽潜在分布面积减少80.11%，松嫩平原、松辽平原、长白山、大兴安岭南部地区沼泽消失，三江平原和小兴安岭地区只有零星存在；SRES A2情景下，沼泽潜在分布面积减少了87.25%，只分布在大兴安岭北部和小兴安岭西部的沟谷地带，其它各地几乎全部消失。通过GIS手段计算沼泽潜在分布与环境因子的相关系数，在东北区域和山地区，影响最大的地形因子和气候因子分别是坡位和寒冷指数；在平原区，影响最大的地形因子和气候因子分别是与河流距离和温暖指数。 MODIS数据是近年来常用的一种适用于宏观区域的遥感数据源。本文利用Logistic模型，多时相数据配合地形辅助数据，对大兴安岭北部地区的沼泽进行提取，分类精度84.63%。利用该数据进行沼泽分布模拟，能取得更高的精度（ROC值为0.957）。模拟结果表明：CO2浓度增高的三种排放情景下，沼泽的潜在分布面积分别减少54.16%、59.62%和73.51%。沼泽分布由南向北、由两侧向中心萎缩，且分布趋于破碎化。

岷江上游干旱河谷景观变化研究

岷江上游干旱河谷是岷江上游地区的生态脆弱带和敏感区，也是存在问题最多，在山区治理中最关键和最困难的一种特殊地域类型，其显著特征是年降水少、蒸发量大、土壤贫瘠、植被稀少，是泥石流、滑坡、崩塌等自然灾害频发的区域，其恶劣的生态环境条件严重影响当地及下游的工农业生产和群众的生活。 基于RS和GIS，本文研究了岷江上游干旱河谷从1974到2000年间的景观变化情况。主要结论如下： 1.岷江上游干旱河谷高程介于1200-3200m之间，干旱河谷在坡度26º-35º之间分布最广，坡度大于25º的陡坡上干旱河谷的分布面积约占59%左右。干旱河谷边界的上限沿垂直方向迅速抬升,1974到2000年间岷江上游干旱河谷边界最高上限沿垂直方向抬升了53m，大约平均每年抬升2m。岷江上游干旱河谷边界的影响域为800米。 2.灌木林地的面积占整个景观面积的60%以上，构成了干旱河谷区的景观基质。耕地是干旱河谷中重要的景观类型,其变化幅度是所有景观类型中最大。耕地和居民用地斑块的平均面积和密度较小，形状简单。耕地大多分布在干旱河谷中海拔1700-3000m的区域，并且陡坡耕种比较严重；居民用地的分布在低海拔地区相对较密，在海拔高的地方分布较分散。 3.干旱河谷的面积在不断的扩大，1995-2000年间干旱河谷面积年变化速率与1974-1995年间相比有所降低。1974-1995年景观的破碎化程度和异质性程度增大，斑块内部的连通性降低；1995-2000年则表现出相反的趋势。具体表现为岷江上游干旱河谷景观的斑块密度、多样性指数先增大后减小，蔓延度指数先减小后增大，而边界密度和分维数一直减小。导致干旱河谷景观变化的驱动因素主要有：自然地理条件、人口增长和政策导向。 4.干旱河谷范围的扩大，对周围景观造成了深刻的影响，如果气候朝着干旱化加剧的方向发展，人为活动强度不断加大，岷江上游干旱河谷的潜在干旱化趋势和潜在次生干旱化趋势将加剧，干旱河谷范围可能进一步扩大。