天水市土地利用景观格局动态及空间幅度效应研究

1.3尺度问题
尺度是景观生态学研究中的一个基本概念，通常人们认为尺度代表研究对象在空间或时间上的量度[1]。从本质上来说，尺度是自然界所固有的特征，然而，基于不同的研究目的和兴趣，生态学家对尺度的理解却不尽相同，如尺度还可以是用于信息收集和处理的时间或空间单位，或者是由时间或空间范围决定的一种格局变化等[21-22]。
专家系统分类也属于人工智能分支，由用户界面、推理器和知识库组成。专家分析方法和经验被事先输入到知识库中，据此对待分类影像地物的多种属性进行分析和判断，并最终确定地物类型。有学者通过分析不同土地利用类型的遥感影像特征，建立起遥感专家分类决策模型库，实现了不同土地利用类型信息的自动分类提取[13]。专家系统的工作主要是利用推理机制进行，因此要充分发挥专家系统的推理判断能力，数据翔实的专家知识库显得尤为重要，这也是建立专家分类系统的难点。
1景观格局研究进展
1.1景观分类
景观组分和要素在景观中是不均匀分布的，从而构成不同的景观生态类型[8]，具有异质性；同时，景观在自然界中不同尺度上有着不同的意义和内容，具有等级性。正是由于景观生态系统的异质性和等级性，使建立景观生态分类系统具有可能性和必要性。景观分类是景观格局及其动态过程研究的基础，景观异质性则是景观分类的基础。在一定的空间尺度上，每一个景观类型是相对均质的，其内部组成和结构具有相对一致性。在景观分类过程中通常将具有显著异质性的部分确定为不同的景观或景观要素类型，而将相对均质的部分确定为相同的景观或景观要素。如在区域尺度上，黄土丘陵区土地利用通常可以划分为森林、灌丛、草地、农用地、建设用地、未利用土地以及水域这几种主要类型。土地利用分类对景观格局有非常重要的影响，如对同一景观采取不同分类方案能够产生不同景观格局，但其影响机制目前尚不清楚[9]，这也是实际工作中应当注意的问题。

景观生态学原理|——景观格局与分析景观的三个特征：1、格局：生态系统的大小、形状、数量、类型及空间配置相关的能量、物质和物种的分布2、功能：景观单元之间的相互作用，生态系统组分间的能量流动、物质循环和物种流3、动态：斑块镶嵌结构与功能随时间的变化3.1 景观发育景观格局的形成，受到生物与非生物两个方面的影响3.2 景观要素景观要素包括景观斑块、廊道、基质，以及附加结构3.2.1 斑块（patch）空间的非连续性以及内部均质性1. 斑块起源主要因素：环境异质性（environmental heterogeneity）自然干扰（natural disturbance）人类活动（human activity）1、环境资源斑块由于环境异质性导致，稳定，与自然干扰无关，由于环境资源的空间异质性和镶嵌规律2、干扰斑块由于基质内的各种局部干扰引起，具有最高的周转率，持续时间最短3、残存斑块是动植物群落受干扰后基质内残留的部分4、引进斑块人们把生物引入某一地区后形成的斑块1）种植斑块2）聚居地2. 斑块面积1、对物质和能量的影响2、对物种的影响1）岛屿，面积效应——生境多样性（habitat diversity）——物种多样性2）陆地，基质异质性高3. 斑块形状斑块的形状和走向对穿越景观扩散的动植物至关重要1、圆形和扁长形斑块，内缘比（interior ratio）2、环状斑块3、半岛4. 斑块镶嵌相似的斑块容易造成扩散不同类型的斑块镶嵌，能够形成对抗干扰的屏障、5. 斑块化（缀块性，patchiness）与斑块动态1、斑块化机制斑块化：斑块的空间格局及其变异，大小、内容、密度、多样性、排列状况、结构、边界特征对比度（contrast）：斑块之间以及斑块与基质之间的差异程度空间异质性（spatial heterogeneity）：通过斑块化、对比度以及梯度变化所表现出来的空间变异性生物感知（organism-sensed）：生物对于斑块化的反应最小斑块化尺度（smallest patchiness scale）：粒度（grain）最大斑块化尺度（largest patchiness scale）：幅度（extent）斑块化动态：斑块内部变化和斑块间相互作用导致的空间格局及其变异随时间的变化斑块化产生的原因：物理的和生物的，内部和外源的2、斑块化的特点1）可感知2）内部结构，时空等级性，大尺度斑块是小尺度斑块的镶嵌体3）相对均质性4）动态特征5）生物依赖性6）斑块的等级系统（patch hierarchy）7）等级间的相互作用8）斑块敏感性（patch sensitivity）9）斑块等级系统中的核心水平：最能集中体现研究对象或过程特征的等级水平，相应的时空尺度称为核心尺度（focal scale）10）斑块化原因和机制的尺度依赖性3、斑块化的生态与进化效应3.2.2 廊道（corridor）廊道是线性的景观单元，具有通道合阻隔的双重作用1. 廊道的起源干扰廊道、残存廊道、环境资源廊道、种植廊道、再生廊道2. 廊道的结构特征1）曲度：廊道的弯曲程度，影响物质、能量、物质的移动速度2）宽度3）连通性：廊道单位长度上间断点的数量表示4）内环境：较大的边缘生境和较小的内部生境3. 廊道分类1）线状廊道：全部由边缘物种占优势的狭长条带2）带状廊道：较丰富的内部种的内环境的较宽条带3）河流廊道：分布在河流两侧3.2.3 基质（matrix）1. 基质的判定1）相对面积2）连通性3）控制程度4）3个标准结合2. 孔隙度和边界形状孔隙度（porosity）：单位面积的斑块数目3.2.4 附加结构（add-on）异常景观特征，在整个景观中只出现一次或几次的景观类型3.3 景观格局特征目的：从无序的斑块镶嵌中，发现潜在的有意义的规律性3.3.1 斑块-廊道-基质模式（patch-corridor-matrix model）3.3.2 景观对比度1. 低对比度结构自然形成的，热带雨林，相邻景观要素彼此相似2. 高对比度结构自然、人工3.3.3 景观粒径（landscape grain）粗粒（coarse grain）和细粒（fine grain）生物体粒径（home range）：生物体对其敏感或利用的区域粒径大小取决于整个景观的尺度3.3.4 景观多样性（landscape diversity）由不同类型生态系统构成的景观在格局、功能和动态方面的多样性或变异性，反映景观的复杂性程度1）斑块多样性：数量、大小、形状的多样性2）类型多样性：景观类型的丰富度3）格局多样性：景观类型空间镶嵌的多样性3.3.5 景观异质性（landscape heterogeneity）多样性——斑块性质的多样化异质性——斑块空间镶嵌的复杂性，景观结构空间分布的非均匀性、非随机性1）空间异质性2）时间异质性3）功能异质性梯度分布镶嵌结构3.4 生态交错带与生态网络3.4.1 边缘效应与生态交错带景观单元之间的空间联系：生态交错带、网络结构1. 边缘效应(edge effect)边缘地带由于环境条件不同，可以发现不同的物种组成和丰富度边缘物种：仅仅或主要利用景观边界的物种内部物种：远离景观边界的物种2. 生态交错带(ecotone)描述物种从一个群落到其界限的过渡分布区，由两个不同性质的斑块的交界及各自的边缘带组成生态过渡带（transition zone）景观边界（landscape boundary）1）特征：生态应力带（tension zone）、边缘效应、阻碍物种分布（半透膜）、2）描述：结构：大小、宽度、形状、生物结构、限制因素、内部异质性、密度、分形维数、垂直性、外形或长度、曲合度功能：稳定性、波动、能量、功能差异、通透性、对比度、通道、过滤、屏障、源、汇、栖息地3）尺度效应：某一尺度上可以明辨的交错带在另一尺度上可能模糊不清4）气候变化：更为敏感，迟滞（lag）5）生态交错带与生物多样性：农业生产把异质的自然景观变成大范围同质的人工景观，消灭了自然生态交错带，扩展了人为生态交错带3.4.2 生态网络与景观连通性生态网络（network）将不同的生态系统相互连接起来两类物种：生活在网络包围的景观要素内部的物种，廊道是一种障碍；生活在廊道内、沿着廊道迁移的物种1. 廊道网络由节点（node）和连接廊道构成，分布在基质上形式：分支网络（branching network）：树状的等级结构环形网络（circuit network）：封闭的环路结构1）廊道网络的结构特征网络交点、网状格局、网眼大小、网络结构的决定因素（历史和文化的）2）廊道网络描述连通性：在一个系统中所有交点被廊道连接起来的程度，指示网络的复杂度，用r指数方法来计算r指数：连接廊道数与最大可能连接廊道数之比r=L/Lmax=L/3(V-2)，V为节点数环度：用α指数衡量，表示能流、物流、物种迁移路线的可选择程度。

１３土 地 利 用 的 空 间 结 构 性 ． 律 方 面 的 总结 较 少 。
由于土地利 用存在 空间关联性 ， 这种关联性 形成 了土地利 ２２土地利 用效益 的空 间性 ． 用 的空 间结构 。不 同学科 对土地 利用空 间结 构有着不 同认识 。 土地利用 效益分 为经 济效益 、 会效 益 和生态 效益 。土 地 社 景 观生 态学从 景观 格局 的角度 来测 算土地 利用 空 间格局 【， ７ 城 利用效 益存 在空 间分 异 ， 】 就经 济效 益来 说 ， 城市 用地 要 大于 农 市 地理 学从 土 地利用 功能 分 区的空 间形态 来分 析土 地利 用 空 村 用地 ； 产业来 分 ， 按 第三 产业用地 效益 最高 ， 次是 第二 产业 其 间结构 ［ 区位论 从土地 利用 的经 济学角 度分 析土 地利用 的分 用 地 ， ８ 】 ， 最低 的是第 三产业 用地。不 同用地 的生 态效 益也存 在差
ｎ ｅ ｆ ｃｏ ｆ ｃｉ ｇ ｏ ｐ ｔ ｌ ａｔｉ ｕｅ ｏ ａ ｄ ｓ ｎ ｌ ｄ ａｕ ａ 。ｈ ｍａ ｔ ｄ ｔ ｆｉ ｎ ｓ ａ ｔｒ ｅ ｅ ｔ ｎ ｓ ａ ａ ｔ ｂ ｔ ｆ ｌ ｎ ｕ ｅ ｉ ｃｕ ｅ ｎ ｔ ｒ ｌ ｕ ｎ ｉ ａ ｒ ｃ ｏ ｅ ．Ａｔ ｒ ｓ ｎ ａ ｄ ｃ ｐ ｅ ｏｏ ｙ ｐ ｔ ｌ ｎ ｉ ｒ ｃｎ ａ ｐ ｅ ｔ ｌｎ ｓ ａ ｅ ｃ ｌ ｇ ，ｓ ａ ａ ｅ ｉ ａ ｔ ｃ ｒｅａｉ ｎ ａ ｄ ｓ ａ ａ ｉ ｌｔ ｎ ｈ ｖ ｅ ｎ ｕ ｅ ｏ ｒ ｓ ａ ｃ ｈ ｐ ｔ ｌａｔ ｂ ｔ ｆｌ ｄ ｕ ｅ ｕ ｏ ｏ ｒ ｌｔ ｎ ｐ ｔ ｌｓｍｕａ ｏ ａ ｅ ｂ ｅ ｓ ｄ ｔ ｅ ｅ ｒ ｈ ｔ ｅ ｓ ａ ｉ ｔ ｕ ｅ ｏ ｏ ｉ ｉ ａ ｉ ｒ ｎ ａ ｓ．

土地利用时空变化特征及驱动力分析土地利用是指人类在土地上进行的各种活动，包括耕作、建筑、采矿、林业、城镇建设等。

而土地利用的时空变化特征及其驱动力则是指土地利用在不同时间和空间尺度上的变化规律及其产生和影响的原因，本文将对此进行分析和阐述。

一、时空变化特征（一）时间变化随着经济、社会、技术等发展的不断推进，土地利用也呈现出明显的时间变化。

一般来说，随着时间的推移，人类对土地的利用方式和目的也在逐渐变化，即从最初的农业、牧业、渔业发展到工业、城市化等现代经济活动的利用方式。

同时，不同时间段内土地利用的主导特征也不尽相同，比如在20世纪初，农业仍是世界各国的主要产业，土地逐步用于农业生产，而到20世纪末，城市化和工业化的发展使得城市和工业用地占据了土地利用的主导地位。

（二）空间变化土地利用的空间变化一般是指在不同区域内的土地利用状态的差异。

土地利用的空间变化对地区经济和社会的发展有着重要影响。

不同地区的土地利用方式受到地理、气候、土地资源等因素的影响，因此各地在土地利用上的差异也显得十分明显，在不同地域内，土地利用的主导产业及其分布情况各不相同。

二、驱动力分析（一）人类活动驱动人类的活动是土地利用变化的关键驱动力。

人类对土地的活动主要通过征地、改造、建设等方式进行，人类在这个过程中主要追求土地利用的经济效益。

人口的增长、经济的发展、城市化的推进等都是人类活动驱动土地利用变化的核心。

同时，人类活动带来的环境压力十分巨大，对自然环境造成了影响，破坏了生态环境，引起了水土流失、土壤污染等问题。

因此，在人类活动中，需要不断强调可持续性发展的理念，引导人类采取合理的土地利用方式。

（二）经济发展驱动经济发展也是推动土地利用变化的重要驱动力之一。

总体来说，经济发展带来了人类活动的快速发展，促进了城市化、工业化、农业生产等方面的变化。

尤其是经济和城市化的发展，直接推动城市用地的大幅增长。

但同时也带来了土地资源有限、污染治理困难等问题，因此革新诸如产业结构、生产方式等经济模式，加大农村、生态、水环境等领域的投资，从而实现可持续发展，也是具有重要意义的。