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为了解释生态过程和生态现象,生态景观格局演变机制是生态领域的热点和难点,如何将生态景观格局与生态过程有效结合是关键,对合理的调控生态景观格局有重要的科学意义。因"源–汇"表达对象的生消过程:促进某对象产生的过程或机制为"源",抑制某对象产生的过程或机制为"汇",故具体生态过程的"源–汇"景观便能有效的将景观格局和生态过程结合起来,为解译生态过程的驱动机制提供了可能性。土地利用/覆被变化(LUCC)表达了人类各个发展阶段人与自然相互作用的过程,不同尺度下的土地利用方式和强度反映在生态系统结构上,生态系统结构变化导致结构性生态系统功能也随之改变。不同的土地利用类型对生态过程表现出或抑制或促进的作用,对具体的生态过程而言,将促进该过程的土地利用类型识别为"源"景观,而抑制该过程的土地利用类型则为"汇"景观。"源–汇"景观不仅表达了生态景观特征,同时具备了生态过程的内涵,基于此,本研究开展以生态过程的"源–汇"景观判别为基础的生态景观格局分析和生态过程机制研究,构建集"’源–汇‘景观识别—’源–汇‘景观格局分析—生态过程的’源–汇‘景观驱动—跨尺度关联特征"一体的生态景观演变机制模型。本研究以人类活动显著的贵阳市为例,利用包括生态系统结构和结构性功能在内的3类数据——1990年以来的土地利用数据、1980年以来的年平均温度和年降水量数据和2000年以来的NPP总量数据,采用数理统计方法和线性回归拟合法,研究了贵阳市域以及各辖区单元(市辖区、开阳县、清镇市(县级市)、息烽县和修文县)县域两个尺度下生态系统结构及结构性生态功能特征、"源–汇"景观判别及其特征和生态过程的驱动机制,并构建了贵阳市生态景观格局演变机制模型。研究结果表明:1)不同土地利用类型对生态过程的作用不同,建设用地主要表现为“源”景观效应,而大部分耕地和林地及部分草地表现为“汇”景观效应,“源–汇”景观因生态过程和尺度而存在差异。热量过程的"源–汇"景观效应更显著,而水分过程则不显著。市域尺度表现为耕地和林地是"汇"景观,其变化率与温度变化率的相关系数范围为-0.64～-0.94;建设用地"源"效应显著,其变化率与温度变化率的相关系数范围为0.71～0.98。县域尺度上,各地热量过程的"源"景观均为县域尺度各单元的建设用地,其变化率与温度变化率的相关系数范围为0.67～0.99,"汇"景观各地热量过程存在差异。2)“源–汇”景观在时间和空间上均存在平衡关系,“源-汇”景观时空特征随时间表现出“源”增“汇”减和集中程度下降的趋势。热量过程的"源–汇"景观面积比率随时间变化存在一定的平衡关系,县域尺度下"源–汇"平衡关系范围为-1.31～-1.73,均值为-1.59;市域尺度下"源–汇"平衡关系为-1.56。"源–汇"景观分布集中程度不同,"源"景观基尼系数约0.5分布相对集中,而"汇"景观基尼系数范围为0.38～0.61集中程度有所差异。"源–汇"景观时间动态以2010年为时间界限,"源"增"汇"减的变化速率2010年以后显著增加,同时基尼系数2010年以后也有显著下降。3)以“源–汇”景观的变化为驱动因子,建立了水热过程的驱动机制。热量过程的驱动机制可分为2类:伴随着尺度转换,热量过程驱动因子不变化及发生变化。前者代表站点为开阳站,后者代表站点为清镇站和贵阳站。在市域和县域尺度下,各气象站热量过程的景观驱动机制分别如下所示,其中dt、dx1和dx2分别表示温度变化率、汇景观面积变化率和源景观面积变化率。仅息烽和修文站水分过程的"源–汇"景观驱动模型通过显著性检验,两地水分过程驱动机制分别如下所示,其中d P、dx1和dx2分别表示降水变化率、汇景观面积变化率和源景观面积变化率。4)伴随尺度变化,“源–汇”景观变化程度决定生态过程的驱动因子变化。尺度转化导致的"源"景观面积不变,"汇"景观变化量<时,生态过程驱动因子在两个尺度上相同;而尺度转化导致的"汇"景观变化量>1时,生态过程驱动因子在两个尺度上不同。本研究构建了"’源–汇‘景观识别—’源–汇‘景观格局分析—生态过程的’源–汇‘景观驱动—跨尺度关联特征"一体的生态景观演变机制模型,确立了不同尺度下人类活动、"源–汇"景观格局变化以及生态过程间的联系,为以调控生态功能为目标的人类活动提供科学依据。"源–汇"景观有效的解决了景观格局指数难以与生态过程结合的问题,然而由于本研究仅在贵阳市范围内展开探索及仅研究了基础结构性生态功能,导致尺度转换关联的共性还需进一步验证,同时LUCC变化对生态系统功能影响的异质性和滞后性需要进一步精确,使基于"源–汇"景观的格局演变机制能进一步完善。
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发表于 2024-5-2 21:18:53