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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 12 期摇 摇 2011 年 6 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
基于植被遥感的西南喀斯特退耕还林工程效果评价———以贵州省毕节地区为例
李摇 昊,蔡运龙,陈睿山,等 (3255)
………………………………
……………………………………………………………………………
扩散对破碎化景观上宿主鄄寄生种群动态的影响 苏摇 敏 (3265)…………………………………………………
湿地功能评价的尺度效应———以盐城滨海湿地为例 欧维新,叶丽芳,孙小祥,等 (3270)……………………
模拟氮沉降对杉木幼苗养分平衡的影响 樊后保,廖迎春,刘文飞,等 (3277)……………………………………
中国东部森林样带典型森林水源涵养功能 贺淑霞,李叙勇,莫摇 菲,等 (3285)…………………………………
山西太岳山油松群落对采伐干扰的生态响应 郭东罡,上官铁梁,白中科,等 (3296)……………………………
长期施用有机无机肥对潮土微生物群落的影响 张焕军,郁红艳,丁维新 (3308)………………………………
云南元江干热河谷五种优势植物的内生真菌多样性 何彩梅,魏大巧,李海燕,等 (3315)………………………
塔里木河中游洪水漫溢区荒漠河岸林实生苗更新 赵振勇,张摇 科,卢摇 磊,等 (3322)…………………………
基于 8hm样地的天山云杉林蒸腾耗水从单株到林分的转换 张毓涛,梁凤超,常顺利,等 (3330)……………
古尔班通古特沙漠土壤酶活性和微生物量氮对模拟氮沉降的响应 周晓兵,张元明,陶摇 冶,等 (3340)………
Pb污染对马蔺生长、体内重金属元素积累以及叶绿体超微结构的影响 原海燕,郭摇 智,黄苏珍 (3350)……
春、秋季节树干温度和液流速度对东北 3 树种树干表面 CO2释放通量的影响
王秀伟,毛子军,孙摇 涛,等 (3358)
…………………………………
……………………………………………………………………………
云南南部和中部地区公路旁紫茎泽兰土壤种子库分布格局 唐樱殷,沈有信 (3368)……………………………
利用半球图像法提取植被冠层结构特征参数 彭焕华,赵传燕,冯兆东,等 (3376)………………………………
黑河上游蝗虫与植被关系的 CCA分析 赵成章,周摇 伟,王科明,等 (3384)……………………………………
额尔古纳河流域秋季浮游植物群落结构特征 庞摇 科,姚锦仙,王摇 昊,等 (3391)………………………………
九龙江河口浮游植物的时空变动及主要影响因素 王摇 雨,林摇 茂,陈兴群,等 (3399)…………………………
东苕溪中下游河岸类型对鱼类多样性的影响 黄亮亮,李建华,邹丽敏,等 (3415)………………………………
基于 RS / GIS公路路域水土流失动态变化的研究———以榆靖高速公路为例
陈爱侠,李摇 敏,苏智先,等 (3424)
……………………………………
……………………………………………………………………………
流域景观结构的城市化影响与生态风险评价 胡和兵,刘红玉,郝敬锋,等 (3432)………………………………
基于景观格局的锦州湾沿海经济开发区生态风险分析 高摇 宾,李小玉,李志刚,等 (3441)……………………
若尔盖高原土地利用变化对生态系统服务价值的影响 李晋昌,王文丽,胡光印,等 (3451)……………………
施用鸡粪对土壤与小白菜中 Cu和 Zn累积的影响 张摇 妍,罗摇 维,崔骁勇,等 (3460)………………………
基于 GIS的宁夏灌区农田污染源结构特征解析 曹艳春,冯永忠,杨引禄,等 (3468)……………………………
底墒和种植方式对夏大豆光合特性及产量的影响 刘摇 岩,周勋波,陈雨海,等 (3478)…………………………
不同施肥模式调控沿湖农田无机氮流失的原位研究———以南四湖过水区粮田为例
谭德水,江丽华,张摇 骞,等 (3488)
……………………………
……………………………………………………………………………
丛枝菌根真菌对低温下黄瓜幼苗光合生理和抗氧化酶活性的影响 刘爱荣,陈双臣,刘燕英,等 (3497)………
外源半胱氨酸对铜胁迫下小麦幼苗生长、铜积累量及抗氧化系统的影响 彭向永,宋摇 敏 (3504)……………
专论与综述
水平扫描技术及其在生态学中的应用前景 胡自民,李晶晶,李摇 伟,等 (3512)…………………………………
研究简报
昆仑山北坡 4 种优势灌木的气体交换特征 朱军涛,李向义,张希明,等 (3522)…………………………………
不同比例尺 DEM数据对森林生态类型划分精度的影响 唐立娜,黄聚聪,代力民 (3531)………………………
苏南丘陵区毛竹林冠截留降雨分布格局 贾永正,胡海波,张家洋 (3537)………………………………………
外来种湿地松凋落物对土壤微生物群落结构和功能的影响 陈法霖,郑摇 华,阳柏苏,等 (3543)………………
深圳地铁碳排放量 谢鸿宇,王习祥,杨木壮,等 (3551)……………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*304*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄06
封面图说: 自然奇观红海滩·辽宁省盘锦市———在辽河入海口生长着大片的潮间带植物碱蓬草,举目望去,如霞似火,蔚为壮
观,人们习惯地称之为红海滩。 粗壮的根系加快着海滩土壤的脱盐过程,掉下的茎叶腐质后肥化了土壤,它是大海
的生态屏障。
彩图提供: 段文科先生摇 中国鸟网 http: / / www. birdnet. cn摇 E鄄mail:dwk9911@ 126. com
生 态 学 报 2011,31(12):3432—3440
Acta Ecologica Sinica
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基金项目:国家自然基金项目(40871084,40701174); 江苏省“青蓝工程冶资助项目(184080H10240)
收稿日期:2010鄄05鄄29; 摇 摇 修订日期:2011鄄03鄄24
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: liuhongyu@ njnu. edu. cn
流域景观结构的城市化影响与生态风险评价
胡和兵1,2,刘红玉1,*,郝敬锋1,安摇 静1
(1. 南京师范大学 地理科学学院,南京摇 210046;2. 池州学院 资源环境与旅游系,池州摇 247000)
摘要:以南京市九乡河流域为研究区域,以 2003、2009 年两期遥感影像数据为基本信息,在构建生态风险指数的基础上,利用
ARCGIS的空间分析功能,揭示了城市化对研究区景观结构的影响,生态风险的时空变化以及城市化与生态风险之间的关系。
结果表明:2003—2009 年,城市化过程使流域的景观结构发生较大变化,建设用地大幅增加,分离度降低,而耕地则大幅减少,
耕地、水域、草地等景观类型的分离度、破碎度增加;流域生态风险程度从中度 /低风险向中度 /较高风险转变,生态风险有增加
的趋势;生态风险的空间差异明显,生态风险较低的区域主要集中在流域南部青龙山一带,较高的区域主要集中在西北部地区,
中度风险区集中在流域中部的平原农业区;城市化对生态风险的正效应明显,生态风险随着城市化水平的增加而升高。
关键词:生态风险;景观结构;空间分析;城市化
The urbanization effects on watershed landscape structure and their ecological
risk assessment
HU Hebing1,2,LIU Hongyu1,*,HAO Jingfeng1,AN Jing1
1 College of Geographical Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210046, China
2 Department of Resources Environment and Tourism,Chizhou 247000,China
Abstract: Regional ecological risk assessment is an intricate, challenging task. Methods of ecological risk estimation have
been recognized in recent years. But most research methods focused on empirical and statistical approaches, which can忆t
exhibit the special differences of ecological risk levels in regional scales. The intrinsic ability of GIS to store, analyze and
display large amounts of spatial data enables it to make a significant contribution to ecological risk assessment. The purpose
of this paper is to develop an integration methodology for regional ecological risk assessment, and to help managers to
analyze and visualize spatial differences in ecological risk levels in the Jiuxiang River watershed for effective eco鄄
environmental protection.
Jiuxiang River watershed in Nanjing city, as a case study area, its two landscape classification maps was conducted
from 2003 and 2009 by remote sensing images interpretation, which were used as the main data source for assessment of
ecological risk levels. Based on landscape ecology, an ecological risk assessment index was firstly constructed, and further
developed by embedding the index into the GIS system. In addition, the spatial distribution map of ecological risk level was
created by using the spatial sample method and the ordinary Kriging interpolator method, which could effectively exhibit the
spatial鄄temporal variation characteristics of watershed ecological risks in 2003 and 2009. Finally, the relationship between
watershed urbanization and watershed ecological risks were analyzed. the conclusions included: (1) There were clear
changes in watershed landscape structure as a result of urbanization, in which the patch numbers of open waters sharply
declined, and the cultivated land, grassland, building land increased. The area of building lands increased rapidly, and its
separation decreased in landscape scale during period of 2003 and 2009. With the area of cultivated land declined
substantially, the landscape fragmentation in cultivated lands, open waters and grasslands increased. As results, the
dominant landscape type in watershed transformed from woodlands / cultivated lands to woodland / building lands. (2) the
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ecological risk assessment showed that the level of ecological risk in watershed developed from the medium / lowest鄄risk to
medium / higher鄄risk during the period of 2003 2009. The peak value of risk level increased from 0郾 1827 to 0郾 2309, and
the mean value increased from 0郾 1137 to 0郾 1204. The ecological risk levels of watershed was showing a tendency of
increasing. (3) Spatial differences of ecological risk levels were also significant in the watershed. The regions with low
ecological risk levels were mainly distributed in the southern Qinlong mountain areas, and regions with high risk levels were
mainly distributed in the northern areas, and the regions with medium risk levels were mainly located at the middle areas of
watershed where were the farming areas during period of 2003 2009. (4) Urbanization had a positive effect on ecological
risk levels, which showed the levels of ecological risk increased with urbanization. So, we should establish a watershed
ecological planning to reduce the ecological risk level by protecting forestlands and croplands, and controlling the density of
building lands strictly in Jiuxiang River watershed.
Key Words: ecological risk; landscape structure; spatial analysis; urbanization
城市化是城市扩展的影响过程,其实质是区域自然生态系统和农业生态系统向城市生态系统不断转化的
过程[1]。 城市化过程通过直接或间接的改变地面形态及原本自然的生物地球化学过程,使生态系统的结构、
过程和功能受到影响或发生不可逆转的变化[2]。 随着城市化进程的不断推进,城市景观格局特征越来越复
杂,受格局影响的生态过程、功能也不断发生变化[3],影响着区域的生态安全。 因此,如何定量表达城市化地
区生态系统风险水平,并对其进行有效、合理的评估正成为众多研究者关注的问题[4]。
生态风险是指一个种群、生态系统或整个景观的正常功能受外界胁迫,从而在目前和将来减少该系统内
部某些要素或其本身的健康、生产力、遗传结构、经济价值和美学价值的一种状况[5鄄6]。 区域生态风险评价是
在区域尺度上描述和评价环境污染、人为活动或自然灾害对生态系统结构和功能等产生不利作用的可能性和
危害程度[7鄄8]。 从 20 世纪 80 年代开始至今,区域生态风险评价内容、范围和方法都有了很大的发展,风险受
体从个体发展到种群、群落、生态系统和景观尺度[9鄄11]。 但区域生态风险评价是大尺度上研究复杂环境背景
下包含多风险源、多风险受体的综合风险研究[12],其作用所影响的范围也都较大,作用时间及其产生的后果
也很难预测[8,13]。
城市中的流域是人为活动占优势的区域,不同土地利用方式和强度产生的生态影响具有区域性和累积性
的特征,并且可以直观地反映在生态系统的结构和组成上,因此,生态风险分析可从景观结构出发,综合评估
各种潜在生态影响类型及其累积性后果[14]。 景观结构还可以准确地显示出各种生态影响的空间分布和梯度
变化特征,使各种空间分析的手段成为可能 [15]。 然而从景观生态学角度来评价城市化过程中生态风险的研
究成果较少,尤其是对城市化与生态风险之间关系的研究更是鲜见报道。
因此,本文从区域生态系统结构出发,构建基于景观结构的综合生态风险指数,利用 ArcGIS 的空间分析
功能,揭示了九乡河流域生态风险的时空变化特征,以及城市化对流域生态风险的影响,以期为流域的生态保
护与开发建设的协调发展提供决策依据。
1摇 研究区域
九乡河流域(118毅52忆—119毅1忆E,32毅1忆—32毅10忆N)位于南京市的东部(图 1),南北长 18. 50 km,东西平均
宽约 5. 74km,总面积 106. 21km2。 地势南高北低,南部丘陵、岗地连绵起伏,北部沿江平原,地势低平,汛期常
受洪水威胁,是南京市重点防洪区之一。 北部的仙林大学城是南京市重要的科技和人才集中区,栖霞山风景
区被誉为“金陵第一名秀山冶。 中部和南部农业基础雄厚,是南京市重要的农副产品生产基地。 2003 年以前,
该地区是比较典型的农业景观,在近几年,随着南京仙林新市区的不断扩展,北部大量的自然和农业景观类型
被改造成非农业景观类型,景观结构逐渐显示出强烈的快速城市化色彩,区域生态系统所承受的人为改造压
力不断增加。
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图 1摇 研究区位置
Fig. 1摇 The location of the study area
2摇 研究方法
2. 1摇 数据来源及处理
采用 2003 和 2009 年两期 Quick bird影像为基础信
息源,首先进行几何校正,以南京市 1 颐50000 地形图为
参考图像,在 ArcGIS9. 2 中分别对 2003 年和 2009 年的
影像进行配准,让其具有相同的的地理坐标,配准时
RMS(配准残差)控制在半个象元之内;然后建立遥感
解译标志并对遥感信息资料进行判译。 根据城市流域
的景观特点,同时参照全国土地利用分类方法,将研究
区的景观类型分为耕地、林地、水域、居民及工矿用地、
草地、交通用地和未利用地 7 种类型。 2 个时期的景观
分类图见图 2。
对 1 颐50000 南京市地形图进行数字化后,获得该区域的 DEM 数据,然后使用 ArcGIS9. 2 的 Hydrology 模
块完成流域分割,获取流域范围。
图 2摇 九乡河流域景观分类图及采样方格
Fig. 2摇 Classification map of landscape and the samples
2. 2摇 采样方法
为了能够将生态风险指数的进行空间化,在考虑研究区空间异质性和斑块大小的基础上,本文将研究区
划分 1. 5km伊1. 5km的采样方格(生态风险小区),共计 57 个(图 2),在 ARCGIS工作平台上,将样方矢量图转
化为栅格图,将栅格图输入到 FRAGSTATS软件,分别计算各生态风险小区的生态风险值,并将这个值作为格
网中心点的值。
2. 3摇 基于景观结构的生态风险指数构建
生态风险的大小取决于区域生态系统所受外部干扰的强弱和内部抵抗力的大小。 区域系统所受的外部
干扰越大,系统对外部干扰的抵抗力越小,区域系统的生态风险越大,反之越小。 而区域生态系统对外界的抵
抗力和生态系统自身的脆弱性成反比,因此,区域生态系统所受的干扰越大,脆弱性越强,区域生态风险越大。
基于上述考虑,本文从区域生态系统的景观结构出发,利用景观组分的面积比重构建了由景观干扰度指数和
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景观脆弱度指数构成的生态风险指数[16鄄18],以建立景观结构与综合区域生态风险之间的经验联系。
2. 3. 1摇 景观干扰度指数构建
景观干扰度指数用来反映不同景观所代表的生态系统受到外部干扰的程度。 区域所受干扰越大,生态风
险越大。 而不同景观类型所受外界干扰的大小可反映在其景观结构的变化上,因此,本文通过 3 个景观结构
指数叠加构建了干扰度指数 E i:
E i =移
3
j = 1
姿 i·U j (1)
式中,U1、U2、U3 分别为景观破碎度、景观优势度和景观分离度,计算公式见文献[19]。 姿 j 为 3 个分指数的
权重,且移姿 j = 1,三者在不同程度上反映出干扰对景观所代表的生态环境的影响,根据分析权衡,认为破碎
度指数最为重要,其次为分离度和优势度。 以上 3 个指数分别赋以 0. 5、0. 3、0. 2 的权值[13,17鄄18]。 而对未利用
地的权重赋值为 0. 3、0. 2 和 0. 5[17]。
2. 3. 2摇 景观脆弱度指数构建
景观脆弱度表示不同景观所代表生态系统内部结构的易损性,以反映不同景观类型对外部干扰抵抗能力
的大小。 生态系统的脆弱度越大,则抵抗力越小,生态风险越大。 而不同的景观类型对外界干扰的抵抗能力
的差异性与自然演替过程中所处的阶段有关[8,18]。 参考相关文献[17鄄18],将 7 类景观类型按其脆弱性的高低依
次进行赋值:未利用地 6,水域 5,耕地 4,草地 3,林地 2,居民及工矿用地 1,交通用地 1,归一化处理后得到各
景观类型的脆弱度 F i。
2. 3. 3摇 生态风险指数
从区域生态系统的景观结构出发,引入景观组分的面积比重,构建了由景观干扰度指数和景观脆弱度指
数构成的生态风险指数[17鄄18],以建立景观结构与综合区域生态风险之间的经验联系:
ERIk =移
n
i = 1
Aki
Ak
(E i 伊 F i) (2)
式中,ERIk 为第 k个采样区生态风险指数,Aki为第 k个采样区第 i类景观的面积,Ak 为第 k个采样区的总
面积,E i 为第 k个采样区第 i类景观的干扰度指数和脆弱度指数。
2. 4摇 空间分析方法
区域生态风险指数作为一种典型的区域化变量,它在空间上的异质性规律,可采用地统计学来分析。 地
统计学是一系列检测、模拟和估计变量在空间上的相关关系和格局的统计方法。 半方差分析是地统计学的一
个重要组成部分。 半方差分析主要有两种用途:一是描述和识别格局的空间结构,二是用于空间局部最优化
插值,即克里格插值[20]。 计算公式为:
酌(h) = 12N(h)移
N(h)
i = 1
[Z(xi + h) - Z(xi)] 2 (3)
式中,h为配对抽样间隔距离,N(h)是抽样间距为 h时的样点对的总数,Z(xi)和 Z(xi+h)分别是景观生
态风险指数在 xi 和 xi+h点的取值。
3摇 结果分析
3. 1摇 九乡河流域景观结构变化
2003—2009 年,九乡河流域的景观格局发生了较大的变化(图 3)。 从面积来看,由于城镇的快速扩展,
至 2009 年居民及工矿用地增长了 39. 02% ,交通用地和未利用地增长接近 2003 年的 2 倍。 建设用地大规模
增长的同时,耕地这一传统优势景观类型的比重则大幅度降低,减少了 43. 86% 。 流域的优势景观类型由林
地+耕地向林地+建筑用地转变。 从斑块的数量来看,尽管研究期间增加了龙尚湖、大城名店等几个中小型湖
泊水库,水域面积有所增加,但散布在耕地间的池塘仍大量的被用作新城镇的建设用地,致使水域的斑块数减
少。 其他各景观类型的斑块数都有所增加。 居民及工矿用地、交通用地、未利用地和水域的破碎度降低,而草
地、林地和耕地的破碎度升高,表明在城市化过程中,居民及工矿用地、交通用地、未利用地和水域的面积增加
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的同时,各景观类型斑块也趋向于连片分布,而草地、林地和耕地趋向于破碎化。 除了耕地的分离度略有增加
外,其他各景观类型的分离度都有所降低,这反映出随着其他各景观类型面积的不断扩展,景观斑块在地域上
的分离程度有所降低,景观的连通性在加强。
图 3摇 九乡河流域主要景观参数变化
Fig. 3摇 Variation of main landscape parameter in the Jiuxiang Rive from watershed from 2003 to 2009
RE: 居民工矿用地,TR: 交通用地,GR: 草地,FA: 耕地,FO: 林地,UN: 未利用地,WA: 水域
3. 2摇 九乡河流域生态风险时空变化
3. 2. 1摇 生态风险时间序列变化
利用公式(2),计算出 57 个风险小区的生态风险值,统计结果发现,2003 年各生态风险小区的生态风险
在 0. 0278—0. 1827 之间,均值为 0. 1137,2009 年在 0. 0278—0. 2309 之间,均值为 0. 1204,从生态风险值的峰
值和均值看,2009 年九乡河流域的生态风险较 2003 年有所增加。 从 2003 年到 2009 年各风险小区的生态风
险有增有减,有 61. 40%的生态风险小区的生态风险值增加,38. 60%的生态风险小区的生态风险值减少。
2003 和 2009 年各风险小区的生态风险值都处在 0—0. 25 之间,作者按照等分法,将风险程度划分为 5 个
等级:臆 0. 05 低生态风险,0. 05—0. 10 较低生态风险,0. 10—0. 15 中生态风险,0. 15—0. 20 较高生态风险,
0. 20—0. 25 高生态风险。 然后统计出各等级风险区的面积。
结果表明,从 2003—2009 年,流域都以中生态风险为主,但各级生态风险面积的变化趋势存在较大差异:
高生态风险从无到有,呈增加趋势;低生态风险和较高生态风险也呈增加趋势;较低和中生态风险则呈下降
趋势。
3. 2. 2摇 生态风险空间变化
利用地统计学方法,在生态风险系统采样的基础上,计算得出实验半变异函数,然后进行理论半变异函数
的拟合,由于球状模型拟合结果比较理想,生态风险空间结构分析主要基于球状模型计算结果。 在半变异函
数分析的基础上,本文利用克里格插值法编制了生态风险程度图(图 4),并统计了各生态风险级别所占的面
积(表 1),以便直观描述研究区内生态风险的空间分布情况。
2003 年较高生态风险区主要分布在流域北部的石埠桥、戴家库以及流域的西部地区。 中生态风险区分
布的面积最大,从北部的九乡河两侧经流域中部一直延伸到南部的坟头、汤山头和龙泉一带。 较低风险区分
布在北部的栖霞山、南部的连山以及青龙山和大龙山之间的区域。 从整体上看,2003 年的流域的生态风险以
中低生态风险为主。
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图 4摇 九乡河流域生态风险空间分布
Fig. 4摇 Spatial distribution of ecological risk for Jiuxiang River watershed
2009 年高生态风险面积增加,由 2003 年的无高生态风险区分布向多点分布转变,主要分布在靠近主城
区的西部区域,面积增加 2. 66% 。 较高风险区的分布面积有所扩展,从北部的石埠桥、戴家库一直延伸到西
部的仙林大学城,占据了整个流域的西北角,由 2003 年占流域面积的 12. 78%增加到 2009 年的 20. 16% 。 中
生态风险区有部分转化为较高生态风险,分布区域有所减少。 较低风险区的分布位置基本没有变化,仅在九
乡河的源头有部分区域转化为低风险区,因此分布面积减少 3. 54% 。 这也使得低生态风险区的面积增加到
6. 82% 。 从整体上看,2009 年的流域的生态风险以中较高生态风险为主。
表 1摇 生态风险级别克里格插值面积统计
Table 1摇 Area from the Kriging interpolation for ecological risk grade
生态风险等级
Ecological risk grade
2003 年
面积 / hm2
Area
面积比例 / %
Area proportion
2009 年
面积 / hm2
Area
面积比例 / %
Area proportion
2003—2009 年
面积变化 / hm2
Area variation
比例变化 / %
Proportion variation
低生态风险
Lowest ecological risk 429. 25 4. 04 724. 25 6. 82 295. 00 2. 78
较低生态风险
Lower ecological risk 2757. 25 25. 98 2391. 00 22. 53 -366. 25 -3. 45
中生态风险
Moderate ecological risk 6071. 50 57. 20 5077. 25 47. 83 -994. 25 -9. 37
较高生态风险
Higher ecological risk 1356. 75 12. 78 2139. 50 20. 16 782. 75 7. 38
高生态风险
Highest ecological risk 282. 75 2. 66 282. 75 2. 66
从各等级生态风险的空间转化来看(图 5),一部分向高等级风险转化,另一部分向低等级风险转化;中生
态风险向较高生态风险转化的面积最大,占转化总面积的 53. 41% ,其次是较低生态风险向低生态风险,较高
生态风险向高生态风险的转化,分别占总转化面积的 15. 78% ,13. 87% 。
3. 3摇 生态风险与城市化的关系
建设用地不断增加是快速城市化地区景观结构变化的最显著标志[21鄄22],城市化发育水平的差异主要体
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图 5摇 九乡河流域各级生态风险的相互转化
摇 Fig. 5 摇 Transition map of different ecological risk types from
2003 to 2009
现在单位面积内建设用地面积比重的差异[23鄄24]。 因
此,城市化水平可用区域内城市建设用地占区域全部用
地面积的比例(建筑用地的密度)来间接表示[24]。 本文
利用这一理论来探讨生态风险与城市化的关系。 为便
于后续分析,首先将居民、工矿用地类型和交通用地合
并为建设用地,然后利用 1. 5km伊1. 5km 的样地对两期
景观分布图进行覆盖全区的系统采样,共计 57 次,分别
计算各样地的城市化水平指数。
从图 5 可见,九乡河流域各采样单元的城市化水平
和生态风险之间具有良好的线性关系,同时 2 个时期的
生态风险值变化的线性拟合方程的决定系数(R2)分别
达到 0. 799 和 0. 657,拟合效果较佳。 可以看出,随着
城市化水平的提升,流域的生态风险呈现出明显的增加趋势,城市化对生态风险的正效应明显。
图 6摇 九乡河流域生态风险与城市化的关系
Fig. 6摇 The relationship between ecological risk and urbanization of Jiuxiang River
4摇 讨论
4. 1摇 生态风险小区(采样方格)生态风险变化的原因分析
研究期间九乡河流域大部分风险小区的生态风险变化不显著(图 2,图 4),变化较大的风险小区主要集
中在西北部的仙林大学城至戴家库,以及南部的九乡河源头一带。 西北部的仙林大学城至戴家库一带风险小
区的生态风险值上升,尤其在仙林大学城,少数风险小区达到高生态风险水平。 一方面这些区域靠近主城区,
受城市化影响最为明显;另一方面随着基础设施的日益完善,以及入住高校的逐渐增多,仙林大学城已逐渐发
展成为仙林新市区的中心区,区域的景观分离度和破碎度在加大,区域系统的抗干扰能力降低,生态风险程度
增加。
生态风险水平下降的风险小区主要集中在南部九乡河的源头地区,由较低生态风险下降为低生态风险。
这是由于 2004 年九乡河上游修建了龙尚湖水库,随着库区居民迁出,区域生态系统受人为干扰的概率降低,
青龙山一带的林地受到了很好的保护,再加上青龙山地势崎岖,人为影响本来就小,植被生长茂盛,景观完整
性好,生态系统的抗干扰能力增强,生态风险降低。
流域的中部区域属平原农业区域,目前受城市化影响较小,其景观结构在研究期没有发生大的变化,因此
各风险小区的生态风险水平只是发生微小波动,基本保持不变。
4. 2摇 城市化过程与生态风险空间变化的关系
城市化过程影响着生态风险的空间分布及其变化。 九乡河流域城市化过程最为明显的是北部(图 2),中
部其次,而南部山区受城市化过程影响最小。 流域生态风险的空间分布及其变化与城市化过程表现相一致
(图 4):在流域的北部,生态风险水平整体较高,研究期间随着城市化过程的推进,区域生态风险也随之升高,
8343 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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面积也在扩张;而在南部青龙山一带,由于受城市化过程影响很小,生态风险水平整体较低,在研究期间基本
没有变化。 总体而言,流域的生态风险的分布格局是:从南北方向看,北部>中部>南部;从东西方向看,西部>
东部。 就东西向而言,随着仙林新市区的建设,其范围在由西向东扩展,较高和高风险分布区域也明显呈现出
从西向东蔓延的趋势,而东部的低风险区域逐渐萎缩,被中风险所代替。 这说明城市化过程影响生态风险的
空间分布和变化。 城市化过程越强烈的区域,建筑用地的面积扩展较快,密度较大,城市化水平往往较高,生
态风险也越高,反之生态风险越低。
本研究中有成片林地分布或处于林地和农田过渡的区域,生态风险都处在较低的水平。 说明以林地为代
表的自然景观和以农田为代表的农业景观是维护景观生态稳定性、降低生态风险的主要生态屏障之一。 而城
市化过程引起建设用地的不断增长,不但对面积较大的农业和自然组分斑块产生强烈的侵蚀作用,还使残存
斑块的分离度增加,破碎化程度不断提高,农业和自然生态系统的稳定性下降,且对整个人工生态系统的调节
能力降低,引起生态风险增加。
4. 3摇 控制生态风险的策略
随着仙林新市区建设的稳步实施,九乡河流域的快速城市化过程将不可避免,为降低流域生态风险,维护
流域整体生态安全,应采取以下措施:(1)制定流域生态规划。 在对流域景观整体结构、格局和动态变化特征
进行系统分析的基础上,根据城市化的进程和目标,确定合理的景观组分构成及功能和空间分布的安全格局。
利用生态规划将这些区域生态建设需求落实到具体的城市建设用地开发过程中[21]。 (2)保护林地和农田。
较低生态风险区都分布在林区(山地)或者林地与农地过渡区,表明林地和农田对维护流域整体生态环境良
好状态起着支撑作用,应作为流域景观格局维护的关键区域。 因此,城市化过程中应严格保护流域内自然分
布的山丘(体)并减少对农田的占用。 (3)控制建筑用地密度。 流域建筑用地密度越高,流域的生态风险将越
大。 因此,在城市化过程中,应合理的安排建筑用地的密度,并在建筑用地之间构建以乔灌木为主的城市绿地
系统,以缓冲建筑用地扩张带来的生态风险。
5摇 结论
本文利用两个时段的遥感影像信息,结合 GIS的空间分析功能,较好的揭示了 2003—2009 年城市化对南
京市九乡河流域景观结构影响、流域生态风险的时空变化以及城市化与生态风险的关系。 本研究可以得出以
下主要结论:
(1)研究期间九乡河流域的景观结构发生了较大的变化 摇 城市化过程致使居民及工矿用地增长了
39郾 02% ,交通用地和未利用地增长接近 2003 年的 2 倍。 耕地减少了 43. 86% 。 耕地、水域和草地破碎度和分
离度增加。 流域的优势景观类型由林地 /耕地向林地 /建筑用地转变。
(2)流域生态风险增加,空间差异明显摇 风险小区的生态风险峰值和均值增加,流域整体的生态风险程
度从中度 /较低风险向中度 /较高风险转变,生态风险有增加的趋势。 生态风险较低的区域主要集中在流域南
部的青龙山一带,生态风险较高的区域主要集中在西北部的仙林大学城,中部广阔的平原农业区以中度风险
为主。
(3)城市化对生态风险的正效应明显摇 城市化水平越高,生态风险也越高。 制定流域生态规划、保护流
域内的林地和农田以及严格控制流域内建筑用地密度,是九乡河流域今后城市化过程中规避生态风险的主要
策略。
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0443 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 12 June,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Effect assessment of the project of grain for green in the karst region in Southwestern China: a case study of Bijie Prefecture
LI Hao, CAI Yunlong,CHEN Ruishan, et al (3255)
………
………………………………………………………………………………
The effect of dispersal on the population dynamics of a host鄄parasite system in fragmented landscape SU Min (3265)………………
The effect of spatial scales on wetland functions evaluation: a case study for coastal wetlands in Yancheng, Jiangshu Province
OU Weixin, YE Lifang, SUN Xiaoxiang,et al (3270)
………
………………………………………………………………………………
Effects of simulated nitrogen deposition on nutrient balance of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) seedlings
FAN Houbao, LIAO Yingchun, LIU Wenfei, et al (3277)
……………………
…………………………………………………………………………
The water conservation study of typical forest ecosystems in the forest transect of eastern China
HE Shuxia, LI Xuyong, MO Fei, et al (3285)
………………………………………
……………………………………………………………………………………
The ecological responses of Pinus tabulaeformis forests in Taiyue Mountains of Shanxi to artificial Harvesting
GUO Donggang,SHANGGUAN Tieliang,BAI Zhongke, et al (3296)
…………………………
………………………………………………………………
The influence of the long鄄term application of organic manure and mineral fertilizer on microbial community in calcareous fluvo鄄
aquic soil ZHANG Huanjun, YU Hongyan, DING Weixin (3308)…………………………………………………………………
Endophytic fungal diversity of five dominant plant species in the dry鄄hot valley of Yuanjiang, Yunnan Province, China
HE Caimei, WEI Daqiao, LI Haiyan, et al (3315)
………………
…………………………………………………………………………………
Seedling recruitment in desert riparian forest following river flooding in the middle reaches of the Tarim River
ZHAO Zhenyong, ZHANG Ke, LU Lei, et al (3322)
………………………
………………………………………………………………………………
Scaling up for transpiration of Pinaceae schrenkiana stands based on 8hm permanent plots in Tianshan Mountains
ZHANG Yutao, LIANG Fengchao, CHANG Shunli, et al (3330)
……………………
…………………………………………………………………
Responses of soil enzyme activities and microbial biomass N to simulated N deposition in Gurbantunggut Desert
ZHOU Xiaobing, ZHANG Yuanming, TAO Ye, et al (3340)
……………………
………………………………………………………………………
Effects of Pb on growth, heavy metals accumulation and chloroplast ultrastructure of Iris lactea var. Chinensis
YUAN Haiyan, GUO Zhi, HUANG Suzhen (3350)
………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of temperature and sap flow velocity on CO2 efflux from stems of three tree species in spring and autumn in Northeast
China WANG Xiuwei, MAO Zijun, SUN Tao, et al (3358)………………………………………………………………………
The soil seed bank of Eupatorium adenophorum along roadsides in the south and middle area of Yunnan, China
TANG Yingyin, SHEN Youxin (3368)
……………………
………………………………………………………………………………………………
Extracting the canopy structure parameters using hemispherical photography method
PENG Huanhua, ZHAO Chuanyan,FENG Zhaodong,et al (3376)
……………………………………………………
…………………………………………………………………
The CCA analysis between grasshopper and plant community in upper reaches of Heihe River
ZHAO Chengzhang, ZHOU Wei, WANG Keming, et al (3384)
…………………………………………
……………………………………………………………………
Community structure characteristics of phytoplankton in argun River Drainage Area in autumn
PANG Ke, YAO Jinxian, WANG Hao, et al (3391)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Spatial and temporal variation of phytoplankton and impacting factors in Jiulongjiang Estuary of Xiamen, China
WANG Yu, LIN Mao, CHEN Xingqun, et al (3399)
………………………
………………………………………………………………………………
Effect of bank type on fish biodiversity in the middle鄄lower reaches of East Tiaoxi River, China
HUANG Liangliang, LI Jianhua, ZOU Limin, et al (3415)
………………………………………
………………………………………………………………………
Study on dynamic changes of soil and water loss along highway based on RS / GIS: an example of Yujing expressway
CHEN Aixia, LI Min, SU Zhixian, et al (3424)
…………………
……………………………………………………………………………………
The urbanization effects on watershed landscape structure and their ecological risk assessment
HU Hebing,LIU Hongyu,HAO Jingfeng,et al (3432)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Assessment of ecological risk of coastal economic developing zone in Jinzhou Bay based on landscape pattern
GAO Bin, LI Xiaoyu, LI Zhigang, et al (3441)
………………………
……………………………………………………………………………………
Impacts ofland use and cover changes on ecosystem service value in Zoige Plateau
LI Jinchang, WANG Wenli, HU Guangyin, et al (3451)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of chicken manure application on Cu and Zn accumulation in soil and Brassica sinensis L.
ZHANG Yan,LUO Wei,CUI Xiaoyong, et al (3460)
………………………………………
………………………………………………………………………………
GIS analysis of structural characteristics of pollution sources in irrigable farmland in Ningxia China
CAO Yanchun,FENG Yongzhong,YANG Yinlu,et al (3468)
…………………………………
………………………………………………………………………
Effects of pre鄄sowing soil moisture and planting patterns on photosynthetic characteristics and yield of summer soybean
LIU Yan, ZHOU Xunbo, CHEN Yuhai, et al (3478)
………………
………………………………………………………………………………
In situ study on influences of different fertilization patterns on inorganic nitrogen losses through leaching and runoff: a case of
field in Nansi Lake Basin TAN Deshui, JIANG Lihua, ZHANG Qian, et al (3488)……………………………………………
Effects of AM fungi on leaf photosynthetic physiological parameters and antioxidant enzyme activities under low temperature
LIU Airong, CHEN Shuangchen, LIU Yanying, et al (3497)
…………
………………………………………………………………………
Effects of exogenous cysteine on growth, copper accumulation and antioxidative systems in wheat seedlings under Cu stress
PENG Xiangyong, SONG Min (3504)
…………
………………………………………………………………………………………………
Review and Monograph
The horizon scanning technology and its application prospect in Ecology HU Zimin, LI Jingjing, LI Wei, et al (3512)………………
Scientific Note
The gas exchange characteristics of four shrubs on the northern slope of Kunlun Mountain
ZHU Juntao, LI Xiangyi, ZHANG Ximing, et al (3522)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of DEM data at different scales on the accuracy of forest Ecological Classification system
TANG Lina, HUANG Jucong, DAI Limin (3531)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
Canopy interception of rainfall by Bamboo plantations growing in the Hill Areas of Southern Jiangsu Province
JIA Yongzheng, HU Haibo, ZHANG Jiayang (3537)
…………………………
………………………………………………………………………………
Effects of exotic species slash pine (Pinus elliottii) litter on the structure and function of the soil microbial community
CHEN Falin, ZHENG Hua, YANG Bosu, et al (3543)
………………
……………………………………………………………………………
The carbon emission analysis of Shenzhen Metro XIE Hongyu, WANG Xixiang, YANG Muzhuang, et al (3551)……………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 12 期摇 (2011 年 6 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 31摇 No郾 12摇 2011
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