發(fā)布時間：2020-05-31 15:11

【摘要】：城市森林是人工景觀與自然景觀的復(fù)合系統(tǒng),闡明城市森林景觀格局有助于了解這一系統(tǒng)中發(fā)生的生態(tài)過程。景觀格局是城市森林質(zhì)量的一個重要組分,是客觀評價城市森林質(zhì)量水平的前提。本研究選取延安城市森林為研究對象,以景觀格局動態(tài)及其驅(qū)動力為主線,結(jié)合黃土丘陵溝壑區(qū)城市森林特點和主導(dǎo)功能,從結(jié)構(gòu)、格局、健康和功能四個維度,構(gòu)建了由17個指標組成的城市森林質(zhì)量評價指標體系,并采用層次分析法綜合評價森林質(zhì)量;運用克呂格插值預(yù)測土壤養(yǎng)分,采用內(nèi)梅羅肥力指數(shù)綜合評價土壤肥力,并闡述土壤養(yǎng)分與綜合肥力的空間分布規(guī)律;采用親和度與景觀格局指數(shù)研究延安城市森林景觀斑塊鑲嵌多樣性和森林景觀格局動態(tài)規(guī)律;采用時間序列分析研究歸一化植被指數(shù)(NDVI)、植被覆蓋度(FV)、遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)、干擾指數(shù)(DI)與集成Z得分森林指數(shù)(IFZ)的年際、季節(jié)變化和空間分異,闡明城市森林植被蓋度、生態(tài)質(zhì)量和森林干擾年際與季節(jié)變化規(guī)律;采用圖式理論與生境可用性指標相結(jié)合的方法,在1852個總面積為168.18 km~2的天然林生境斑塊中開展閾值距離評估、整體評價、組分與斑塊優(yōu)先排序與功能類型分析,闡明城市森林景觀連接度;通過監(jiān)督分類與遙感定量、植物群落調(diào)查和溫濕度測定,依據(jù)相關(guān)遙感指數(shù)和景觀格局指數(shù)研究土地利用/覆被變化(LUCC)與地表溫度(LST)的時空關(guān)系,并在樣地水平上研究綠地的樹種數(shù)目(TSN)、葉面積指數(shù)(LAI)、三維綠量(LVV)和景觀形狀指數(shù)(LSI)與其冷島強度(GSCI)的關(guān)系,探討土地利用/覆被變化(LUCC)對地表溫度(LST)的影響和綠地林分配置結(jié)構(gòu)與綠地冷島強度之間的關(guān)系;以功能區(qū)劃和優(yōu)勢樹種為紐帶,通過1 km×1km空間網(wǎng)格對固碳釋氧、水源涵養(yǎng)、保育土壤、積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境和生物多樣性保護的年均功能價值進行空間分析,闡明延安城市森林主要生態(tài)功能價值的空間分異規(guī)律。主要結(jié)論如下:(1)經(jīng)綜合評價得出,延安城市森林整體質(zhì)量為中等水平。城區(qū)喬灌木覆蓋、城區(qū)降噪和SO_2吸收,郊區(qū)天然林面積、森林地上生物量等方面提升空間較大。(2)Regression Kriging(RK)插值預(yù)測土壤全氮(0-20 cm和40-60 cm)、有機質(zhì)(0-40 cm)和速效磷(20-60 cm)精度較高,其余土壤化學(xué)特性適合Ordinary Kriging(OK)插值;研究區(qū)大部分區(qū)域綜合肥力為貧瘠水平,速效氮、全氮和有機質(zhì)是該區(qū)土壤綜合肥力的限制因子。(3)4個季節(jié)的NDVI、FV、RSEI、DI和IFZ年際均值變化呈現(xiàn)類似的波動規(guī)律。在森林干擾識別上,IFZ較DI敏感,能夠識別較小的干擾,兩者均能識別出干擾增強區(qū)域,這些區(qū)域為延安新區(qū)、延河與杜川河沿岸。顯著增強的森林干擾主要發(fā)生在夏季。1990-2017年4個季節(jié)NDVI中度及以上水平改善的面積均占到85%以上,研究區(qū)北部植被覆蓋度較低。依據(jù)遙感生態(tài)指數(shù)時間序列預(yù)測得到,未來30~100年間,森林生態(tài)質(zhì)量改善比較顯著,春冬季改善程度強于夏秋季。(4)LST與LUCC在時空變化上具有協(xié)同性。高LST值通常分布在低植被度蓋度的建設(shè)用地、農(nóng)業(yè)用地和未利用地。LST與建筑指數(shù)(IBI)呈顯著正相關(guān),與歸一化差值植被指數(shù)(NDVI)、植被覆蓋度(FV)和修正的歸一化差值水體指數(shù)(MNDWI)呈顯著負相關(guān)。城市綠地可以緩解城市表面熱島,并使地表溫度降低0.67~8.57°C,GSCI與LAI、TSN和LVV呈正相關(guān),而與LSI呈負相關(guān),且混交林GSCI高于純林。(5)1990-2015年延安城市森林覆蓋率顯著改善。從森林斑塊類型水平上看,遼東櫟林斑塊、刺槐林斑塊和軟闊葉林斑塊所占面積居前三位,油松林斑塊、側(cè)柏林斑塊、刺槐林斑塊、遼東櫟林斑塊、樺木林斑塊的面積呈增長趨勢,刺槐林斑塊擴張強度較大,蘋果林斑塊、山杏林斑塊、花椒林斑塊和核桃林斑塊等經(jīng)濟林斑塊呈現(xiàn)波動變化,遼東櫟林斑塊和側(cè)柏林斑塊景觀核心面積比例居前兩位,時間變化上呈相反走勢;大部分類型森林斑塊的邊界密度呈不同程度的上升趨勢,表明延安城市森林景觀呈破碎化趨勢;各類型森林斑塊連接度均呈下降趨勢。從景觀水平上看,邊界密度、面積加權(quán)鄰近指數(shù)、分離的核心區(qū)密度、散布與并列指數(shù)和和辛普森多樣性均呈先增后降的趨勢,表明人為活動對森林景觀的干擾經(jīng)歷了由強到弱的變化,景觀連通性指數(shù)呈先降后升的變化,表明森林景觀連接度由弱變強,香農(nóng)均勻度指數(shù)呈現(xiàn)持續(xù)下降的變化,表明景觀優(yōu)勢度在不斷提高,森林景觀受到一種或幾種優(yōu)勢斑塊類型支配。(6)延安城市森林斑塊喬木層物種豐富度低,而灌木層和草本層較高,多數(shù)類型的森林斑塊物種豐富。各類森林斑塊間植物物種鑲嵌多樣性大于3(m=5.54357),表明延安城市森林景觀植被格局較復(fù)雜,不存在明顯的生態(tài)梯度。白樺山楊混交林、白樺純林、油松純林和三角楓山楊混交林這4種類型森林斑塊為中心點,擁有該區(qū)大多數(shù)普遍種,代表了該區(qū)大多數(shù)環(huán)境類型。山杏純林、沙棘灌木林、蘋果林和遼東櫟側(cè)柏混交林4類森林斑塊在景觀中屬于外點。其余12類森林斑塊普遍分布在該區(qū)的森林景觀中,占據(jù)了大多數(shù)生境空間。(7)確定出300 m為天然林生境斑塊組分、斑塊優(yōu)先級和功能分析的最優(yōu)閾值距離。識別出第一組分(C1)是整個景觀中最重要的組分,并在C1中識別出維持整個景觀和關(guān)鍵生境連接度最重要的10個斑塊,其編號分別為:P5、P9、P11、P57、P67、P84、P139、P337、P352和P363,其中P67連接功能最大,P363具有最大面積的內(nèi)部生境,P273具有最大的通量功能。并劃分出重要組分、斑塊和優(yōu)先保護/擴張位點。(8)1990-2015年,LULC和森林景觀類型變化的主要軌跡分別為:農(nóng)田轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地、農(nóng)田轉(zhuǎn)化為林地、農(nóng)田轉(zhuǎn)化為草地和林地草地相互轉(zhuǎn)化,刺槐林與其他灌木林相互轉(zhuǎn)化、刺槐林轉(zhuǎn)化為山楊林和側(cè)柏林轉(zhuǎn)化為刺槐林。林地是LULC的主體,遼東櫟林斑塊、刺槐林斑塊和其他灌叢斑塊則是主要的森林斑塊類型。(9)距道路遠近顯著地影響著建設(shè)用地、農(nóng)田、林地和草地的轉(zhuǎn)化,尤其是鐵路擴建對建設(shè)用地、農(nóng)田和林地擴張有帶動作用。1990-2005年森林斑塊類型變化概率與40-60 cm土層肥力、坡向余弦值、到水體距離呈負相關(guān);2005-2015年森林斑塊類型變化概率與高程、0-20 cm土層肥力和坡向正弦值呈負相關(guān),并與人口密度、GDP和居民點距離呈正相關(guān)。此外,5類土地利用/覆被類型(除未利用地外)的變化面積與宏觀社會經(jīng)濟指標存在顯著的線性相關(guān)。農(nóng)民認知意識、土地管控政策、退耕還林、新區(qū)開發(fā)、強暴雨等對LULC變化的有一定影響。造林樹種的選擇偏好會影響森林類型改變。
【圖文】：

圖 1-1 研究內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)圖Figure 1-1 Logical structure diagram of the research content10

研究技術(shù)路線圖
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S718.5

【參考文獻】

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本文編號：2690049