基于地理探测器的中国农业生态效率时空分异及其影响因素

研究农业生态效率的时空分异及其影响因素对实现中国农业生态高质量发展具有重要意义。基于2000—2018年中国30个省/区/市的面板数据,采用超效率SBM模型测算省际农业生态效率,在时间序列、空间可视化及趋势面分析揭示农业生态效率时空演变规律的基础上,进一步利用地理探测器模型识别影响农业生态效率空间分异的主导因子及其交互作用。结果表明: 2000—2018年,中国农业生态效率整体呈现稳定上升的趋势,但仍然处于较低水平,存在较大提升空间;中国农业生态效率具有显著的空间分异特征,总体上呈现出东西部地区较高、而中部地区较低的空间分布格局;中国农业生态效率的空间分异受到农业资源禀赋、社会经济、自然生态环境等多种因素的影响,不同因子对农业生态效率空间分异的影响存在明显差异且因子间交互作用会增强其空间分异。综上,要关注农业生态效率时空分异的主导因子,并注重区域间的协同合作,以实现农业的高质量发展。     

陕北榆林毛乌素沙地大规模土地整治开发的生态环境问题及其对策

土地整治开发是中国实现耕地占补平衡的重要举措,陕北榆林毛乌素沙地的土地整治开发为陕西全省耕地总量动态平衡做出了贡献。但毛乌素沙地地处生态脆弱区,大规模的土地整治开发有可能导致严重的环境问题。通过对毛乌素沙地土地整治开发项目的调查,发现陕北榆林毛乌素沙地中土地开发面积近10000 hm~2,这种大规模的土地整治开发导致了部分地区地下水位下降,地下水铵态氮、硝态氮和亚硝态氮超标;整治开发的土地缺乏防护林的保护和有效覆盖,有重新沙化的风险。针对陕北榆林毛乌素沙地的自然特点和土地整治开发现状,建议降低土地开发强度、加大土地整理力度。强化土地整治规划的环境影响评价,从规划层面了解该区域土地开发整理的潜力,从宏观上解决其存在的环境问题;对已开发的土地进行环境影响后评价,总结经验教训。在土地整治开发过程中,需要优化土地整治开发模式,提升区域生态系统整体服务功能;合理开采地下水,维护水文生态安全。     

基于TVDI的甘肃省农业旱情特征及其影响因素

为探讨甘肃省农业旱情状况及其影响因素,本文利用归一化植被指数和地表温度构建特征空间,计算温度植被干旱指数(TVDI),对2001—2016年旱情进行评估,并定量分析其影响因素。结果表明:从时间尺度上看,甘肃每年均有干旱发生,且轻旱和中旱面积占比最大;从空间分布上看,干旱分布具有明显的地域分异规律,自东南向西北呈逐渐加重趋势,河西走廊大部分地区旱情较重,祁连山地区和甘南高原区很少有干旱发生;干旱出现区和非干旱出现区的形成是海拔、气温、降水、下垫面、人为干扰等多种因素综合影响的结果,其中海拔低、气温高、降水少、植被类型以荒漠为主、土地利用以沙地和戈壁为主的地区干旱面积大;气温、降水、海拔、坡度、植被类型、土地覆盖类型是甘肃省农业干旱的主要影响因素,其他因素与主要因素共同叠加,造成了甘肃省农业干旱整体上呈"东南润西北旱"的格局;利用基于植被和温度相结合的TVDI指数表征甘肃省农业干旱旱情,其计算过程简单、明了,计算结果科学准确,是今后气象部门进行旱情监测时值得尝试和应用的方法,研究结果可为甘肃省抗旱防旱和农业生产政策的制定提供科学参考。     

基于GIS和Fragstats的土地生态质量综合评价——以湖北省仙桃市为例

借助GIS和Fragstats的分析技术,结合土地利用类型数据,从土地生态系统的景观特征、生境质量的抗干扰能力和社会经济效益3个方面构建土地生态质量综合评价研究模型,采用改进熵权法确定其指标权重。以湖北仙桃为例,探究其三者的空间演变关系,并在此基础上对其土地生态质量进行综合评价。结果表明:(1)仙桃市土地生态质量整体水平偏低,且呈现出中间高,两侧低,且西翼高于东翼的空间分异特征。其中危险、临界安全、较安全和安全各等级,分别占总面积的21.52%、43.48%、27.10%和7.90%。(2)安全区主要分布在经济、政策优势最凸出及景观格局整体规划较好的中北部中心城区。在此区域景观特征、生境质量的抗干扰能力和社会经济效益之间呈现相互增益的协同发展态势。(3)较安全和临界安全区则主要集中分布在土地景观格局较好,开发程度较低的西翼地区。危险区则主要分布在生境质量抗干扰能力水平低的东翼地区。在东西两翼内景观特征、生境质量的抗干扰能力和社会经济效益之间的协同性较差,且两两之间的发展矛盾凸出。研究结果可为仙桃市全域土地综合整治项目的实施提供理论支持和其他类似地区提供案例参考。     

土地利用生态效率测度、时空异质性及优化配置

土地利用生态效率反映土地利用经济活动产生的生态影响,是监测经济发展状态、实现生态成本控制的关键要素。以2005、2010、2015年中国31个省级行政单元为对象,基于数据包络分析方法,借助空间统计及灰靶模型,在明确土地利用生态效率内涵基础上,分析中国省级行政单元效率水平及变化状态,并对其空间分异格局及资源配置有效度和产出能效进行研究。结果表明:(1)中国土地利用生态效率水平除西藏外总体处于较低状态,呈现出西高东低、南北分异的空间分布格局。(2)中国省级土地利用生态效率具有显著的空间自相关性,局部范畴存在明显的"极化"特质,高高聚类在西北地区较为典型,低低聚类主要分布在广东、福建一线的东南沿海地区。(3)东部地区资源配置有效度低于西部,存在明显的投入过剩问题;2005—2015年,各地产出效能有显著提升,低值区域向京津冀、长三角和珠三角为中心的辐射面集聚。     

三江平原建三江地区30年湿地景观退化评价

因高强度农业开发,1975～2004年的30a间,三江平原自然湿地景观发生了剧变.评估该湿地景观面临的各种压力、分析其所处状态、揭示其演变规律,对于三江平原的湿地保护和恢复至关重要.选取1975年、1989年和2004年的三期Landsat TM遥感影像,基于压力-状态-响应的生态评价框架,对黑龙江省建三江地区景观演变进行分析.结果表明,(1)从1975年到2004年,建三江地区自然湿地大幅减少,农田大幅增加,景观多样性和破碎度显著提高;农业开发是自然湿地面临的主要压力,其中草甸和沼泽湿地是主要的开发对象.(2) 1975～1989年的农业开发强度高于1989～2004年.1975～1989年,农田、沟渠面积大幅增加,湿地面积大量减少;通过沟渠排水将湿地开发为旱田,导致该区生态环境质量下降,洪涝灾害频繁;1989～2004年,人们意识到湿地保护的重要性,自然湿地开垦减少,沟渠面积略有增加,并把部分旱田转为水田来达到"以稻治涝"的目的;同时,建立了多个湿地自然保护区并制定了相应的湿地保护条例,使得该区的湿地景观得到了一定的保护.(3) 当前三江平原湿地景观面临的问题依然严峻,尤其是排水沟渠的大量存在和旱田转化为水田后导致的水资源短缺和地下水位下降等问题,还将继续威胁现有湿地的存续,基于沟渠系统的综合性水资源管理势在必行.     

岷山地区大熊猫生境评价与保护对策研究

综合运用大熊猫生物学与行为生态学研究成果、遥感数据分析与地理信息系统技术 ,在系统研究岷山地区大熊猫生境分布、生境质量与空间格局的基础上 ,明确岷山地区保护大熊猫的关键区域 ,分析岷山地区大熊猫保护与自然保护区建设的对策 ,以期为岷山地区大熊猫保护及其与岷山地区资源开发与发展的协调提供依据。遥感数据分析结果表明 ,岷山地区以森林为主 ,各类森林面积 1 91 790 3.4 4 hm2 ,占 5 5 .4 2 % ,将与大熊猫生境密切相关的森林植被分为常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、亚高山针叶林等 ,其中亚高山针叶林面积 5 380 4 9.6 4 hm2 ,占全部森林的占 2 8.0 5 % ,落叶阔叶林面积 4 6 1 35 5 .6 7hm2 ,占2 4 .0 6 % ,针阔混交林面积 4 0 30 36 .2 6 hm2 ,占 2 1 .0 1 %。结果表明岷山地区有大熊猫潜在生境 1 32 3789.1 5 hm2 ,由于森林资源利用、交通、农业活动影响、居民薪柴砍伐 ,以及生境破碎化与生境隔离等导致的生境丧失 5 5 341 3.4 5 hm2 ,目前尚存的大熊猫适宜生境 770 375 .7hm2 ,由于交通等隔离而成为至少 5个相互分隔的生境单元 ,大熊猫种群交流受到严重阻碍。为了有效地保护岷山大熊猫 ,首先应充分注意到各种人类活动 ,尤其交通的建设对大熊猫生境的影响 ;其次要扩大自然保护区范围 ,     

基于植被状态指数的陕西省农业干旱时空动态

特殊的地理位置和气候类型决定了陕西省是旱灾多发区和重发区,利用遥感技术进行高效的农业干旱监测和旱情影响分析显得十分必要。本文以植被状态指数(VCI)作为农业生长季节干旱监测指标,探讨了VCI在陕西省农业干旱监测中的适用性以及与降水的相关性,并利用VCI对陕西省2002年3月—2016年5月农业干旱进行识别与时空分布特征研究。结果表明:VCI指数在监测陕西省农业干旱方面具有一定的优势;月尺度VCI与降水量并未表现出很好的相关性,表明降水只是影响植被覆盖度和长势的因素之一;VCI相对于降水变化存在一定时间的滞后性,其中关中和陕南地区约为1个月,陕北地区小于1个月;近15年来,陕西省全域性农业干旱事件多发生在3月,其次为10月和11月,连续性农业干旱多发生在春季或秋季,其总体干旱状况有所减轻;秋季农业干旱面积占比最大,频率最高;夏季农业干旱面积占比最小,频率最低;春季农业干旱面积处于夏季和秋季之间;空间分布上,陕北大部分区域易发生春旱和秋旱,关中和陕南仅局部地区发生春旱和秋旱,农业干旱频率总体上呈现北高南低的态势。     

基于GIS的秋季连阴雨对农业生产影响的风险评估——以四川省盆地区为例

为探索秋季连阴雨对四川省盆地区农业生产的影响,利用盆地区102个气象台站1961—2014年逐日降水、日照时数、水文地形、作物种植面积等资料,从气象灾害要素、区域环境条件和承灾体特征几个角度构建灾害风险评估模型,进而获得能综合体现风险程度的评估指数,并以此为分区指标将四川省盆地区划分为5个风险区域.结果表明: 四川省盆地区秋季连阴雨风险最高的区域位于西南部的平坝和坡台地区、南部的浅丘地区、东北部的丘陵地区,以及嘉陵江和渠江的沿江地区,这些区域需要加强秋季连阴雨天气及其影响的预测和防御;盆周山区因地势起伏较大,耕地面积较少,连阴雨危害不重,属于低风险区;盆地其余地区大部介于较低风险与较高风险之间.     

景观空间异质性及城市化关联——以江苏省沿江地区为例

空间异质性是揭示地理现象空间分异规律的重要标志.基于高分辨率卫星遥感影像数据,利用景观生态指数和统计学方法,构建景观空间异质性综合模型,定量测度了江苏省沿江地区景观空间异质性特征及城市化关联,并基于二者的相关性将研究区域划分为6个异质性梯度区,提出了应对城市化干扰的景观空间协调对策.结果表明:景观空间异质性综合模型是对景观斑块结构、形态、数量3个组分特征的反映,是揭示景观连通性、稳定性和破碎化的重要依据;景观空间异质性与3个城市化参数之间存在显著的正相关,城镇空间扩张模式和城镇人口的集聚强度对景观空间异质性影响较大;景观空间异质性梯度分异与区域开发强度、开发时序存在显著的耦合关系;同时,面对城市化的干扰,应该实施保护生态景观空间、减少建设空间与其它景观的接触概率和实施差别化的城市化战略等政策协调城市化发展与景观生态保护之间的矛盾.     

矿业废弃地复垦耕地多目标质量评价体系与应用

复垦耕地质量评价是矿业城市管理土地的重要环节, 也是土地复垦监测的关键步骤。采用模糊综合评价、单因子指数、内梅罗指数和灰色关联相结合的方法, 建立了矿业废弃地复垦耕地的多目标评价体系, 并以湖北省某废弃铜矿的复垦耕地为对象进行案例研究。结果表明: (1)案例区复垦耕地生产力总体处于中等水平, 土壤速效磷和土壤有机质的含量为主要限制因素。且速效磷和土壤有机质的变异系数大于40%, 在空间分布上有较大的差异。在复垦后的利用过程中应该注意土壤理化性质的监测和改善; (2)案例区安全利用状况在全区范围内差异较小, 全区均为轻度污染, 主要污染物为重金属砷。各重金属的空间相关性较弱, 表明受人类活动影响程度较大, 需要进一步对重金属污染进行防控; (3)该案例区复垦耕地与参比耕地的关联度均值为0.82, 较接近参比耕地综合质量。关联度的空间分布与耕地生产力的空间格局具有一致性, 耕地综合质量受生产力变化的影响较大。基于以上案例研究结果可以看出, 建立的评价体系可以较好地反映复垦耕地多目标质量, 为矿业废弃地耕地质量评价提供一定的思路。     

不同植物群丛下铜尾矿复垦地土壤线虫的分布特征

对铜陵市凤凰山铜尾矿复垦地禾本科(矛叶荩草AL、白茅IC)和豆科(野豌豆GS)等3类典型植物群丛及外围对照禾本科(毛马唐)植物群丛下的土壤线虫群落进行调查.共分离得到1277 条土壤线虫,隶属于51属,平均密度590条·100 g^-1干土.采用多样性指数和土壤食物网结构指数等分析铜尾矿复垦地土壤线虫群落的分布特征.结果表明： 铜尾矿复垦地3类植物群丛下土壤线虫群落的类群总数和Shannon〖KG-*4〗多样性指数明显小于毛马唐对照组.对比铜尾矿复垦地和邻近自然栖息地不同植物群丛下的土壤线虫群落生态指数,发现野豌豆群丛下土壤食物网结构较成熟,土壤有机质分解以细菌分解通道为主;生态系统较不稳定,低度干扰;表明该豆科植物群丛下的土壤食物网具有较大的发展潜力,从而提高铜尾矿复垦地的生态稳定性.白茅与矛叶荩草群丛下土壤食物网处于结构化状态,土壤有机质分解以真菌分解通道为主;生态系统较稳定,无干扰;表明禾本科植物群丛下的土壤食物网处于较低层次的发展状态.     

铜尾矿废弃地土壤动物多样性特征

土壤动物的恢复、群落演替及其多样性对于铜尾矿废弃地的生态重建具有重要意义.为了解铜尾矿废弃地土壤动物群落多样性特征,在铜陵市铜尾矿区设置4个样地23采样点,共捕获土壤动物4622只个体,隶属5门10纲18目29类.结果表明,铜尾矿自然废弃地与其对照组土壤动物多样性差异明显,自然废弃地土壤动物丰富度指数d、大型土壤动物密度、中小型土壤动物密度、多样性指数H'和D·G指数均小于其对照组且存在显著差异.而复垦废弃地中小型土壤动物密度和D·G指数小于其对照组且存在显著差异,多样性指数H'大于其对照组且差异极显著,其他土壤动物群落指标与其对照组均无显著差异.相似系数q表明,外围林地间土壤动物群落相似性最大,其次是复垦废弃地与外围林地间,自然废弃地与其它3个样地间相似性最小.从垂直分层来看,复垦废弃地土壤动物表聚性强于自然废弃地,尾矿废弃地表聚性强于外围林地.灰色关联分析表明,铜尾矿区土壤理化性质与土壤动物群落结构指标关系密切,其中最重要的因素是土壤含水量和总钾含量,重金属全镉含量也不容忽视,植被因素和土壤全铜含量对土壤动物的影响相对较小.由此可见,土壤含水量、土壤基质的优劣、土壤有机质与营养元素的含量等因素限制了铜尾矿废弃地土壤动物的恢复与重建,而这些因素的改善主要归功于尾矿废弃地的土地复垦和作物种植.所以,尾矿废弃地的复垦与利用有利于土壤动物的恢复与重建.     

煤矿区复垦土壤中有机肥的分解动态及其驱动因素

基于煤矿区不同复垦年限土壤,研究有机肥的分解动态及其驱动因素,可为有机肥合理施用和矿区土壤培肥提供科学依据。本研究以山西煤矿复垦区为试验平台,采用尼龙网袋填埋法,在复垦年限为1年(复垦初期阶段,R₁)、10年(复垦中期阶段,R₁₀)和30年(复垦长期阶段,R₃₀)的土壤中进行有机肥分解试验(有机肥碳量与土壤重量比例为4∶100)。供试有机肥为牛粪和猪粪,以不添加有机肥为对照(CK),填埋深度为15 cm。在填埋后的第12、23、55、218、281和365 d采集尼龙网袋样品,测定有机肥残留量、土壤微生物生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量,采用方差分解分析(VPA)量化土壤性质、有机肥性质和水热条件对有机肥分解的贡献率。结果表明: 猪粪的分解速率显著高于牛粪。猪粪的腐殖化系数(46.3%)显著低于牛粪(71.7%);猪粪在复垦30年的土壤中的腐殖化系数(44.5%)显著低于复垦1年和10年的土壤(47.2%);而牛粪在3种复垦年限土壤中的腐殖化系数无显著差异。猪粪和牛粪的易分解碳库占总碳库的比例分别为52%和26%,易分解碳库分解速率常数分别为0.00085和0.00074 ℃^-1,且差异显著。在0~218 d填埋时间段内,猪粪还田对复垦土壤MBC和DOC的提升作用显著高于牛粪,在281~365 d填埋时间段内,两者差异不显著。有机肥还田下,3种复垦年限土壤中MBC和DOC的增长幅度均表现为R₁ >R₁₀ ≈ R₃₀。在土壤性质、物料性质和水热条件中,有机肥性质是其分解的主要影响因子,对有机肥分解的单独贡献率最大,为17.9%。综上,猪粪的分解受到土壤复垦年限的影响,而牛粪的分解不受土壤复垦年限的影响。在不同复垦年限土壤中,牛粪的腐殖化系数显著高于猪粪,在煤矿复垦区建议选择腐熟的牛粪进行有机肥还田,以提高土壤肥力。     

Microbial activity in reclaimed and unreclaimed post-mining sites near Sokolov (Czech Republic)

Microbial activity reflects soil conditions and degree of development. The aim of this study was to compare microbial properties of reclaimed and unreclaimed post-mining soil. Microbial biomass, microbial respiration, and cellulose decomposition were quantified in two chronosequences of post-mining sites located in the Sokolov brown-coal mining area. The first chronosequence consisted of five sites reclaimed with an alder plantation (Alnus glutinosa, Alnus incana), and the other consisted of five unreclaimed sites naturally colonized by local vegetation (especially Salix caprea, Betula pendula and Populus tremula). The spoil material of all the studied sites consisted of tertiary clays without any topsoil cover.Microbial respiration per unit of soil mass as well as per unit of soil area decreased as site age increased. Microbial biomass, whether expressed as a function of soil mass or area, increased with site age in both reclaimed and unreclaimed sites. When expressed per m², proportion of deeper soil layers (5–10 cm) on overall microbial biomass in 0–10 cm layer increased with site age. This increase was more pronounced in reclaimed than in unreclaimed sites. Cellulose decomposition was highest in 8-year-old sites in the reclaimed chronosequence and in 17–21-year-old sites in the unreclaimed chronosequence. The cellulose decomposition rate was higher in reclaimed than in unreclaimed sites. In reclaimed sites, the decomposition rate depended on air temperature, while in unreclaimed sites other factors, such as moisture deficiency, seemed to drive decomposition rate in some locations. Overall, microbial activity increased faster in reclaimed than in unreclaimed sites, and this difference was most evident in younger sites.     

黄土丘陵区小流域土地利用和植被恢复对土壤质量的影响

土壤质量的维护和提高是全球生物圈可持续发展的重要因素之一．对黄土丘陵小流域持续利用25年后的荒草地、山杏林地、农地、油松林地、灌木林地和撂荒地土壤性状的研究结果表明,不同土地利用方式和植被恢复类型对土壤质量有很大影响;植被恢复重建和农地撂荒将增加土壤有机质含量,提高土壤质量;粗放的农业耕作措施将降低土壤质量并引起土壤退化;灌丛有明显的肥力岛屿作用;撂荒在一定程度上可以培肥土壤。随着“西部大开发”、“退耕还林还草”和生态重建工程的开展,在半干旱黄土丘陵沟壑区,建植灌木、种植牧草、农地撂荒和自然恢复是较好的生态重建和植被恢复方式。     

页岩气开发对植被和土壤的影响研究进展

页岩气开发和生产过程影响水资源与水质、土地利用与植被覆盖、土壤侵蚀与土壤质量。综述了页岩气开发和生产过程可能存在的生态环境影响,并重点评价了国际上不同区域页岩气开发和生产对土地利用和植被覆被变化、景观破碎化的影响,以及对土壤侵蚀和土壤质量的影响。研究发现页岩气开发平台、运输道路和管线占用农田、牧场、森林,造成不同程度的景观破碎化,在坡地开发页岩气会导致土壤侵蚀与沉积风险增大。截止2015年末,在我国重庆涪陵焦石坝页岩气产建区55.8%的面积(146.56 km~2)存在土壤侵蚀和石漠化生态风险。我国页岩气开发区水基钻屑固化填埋未对周边土壤造成污染。建议页岩气开发设计应考虑占地、景观破碎化的影响,并及时开展页岩气开发暂时占地的复垦工作。     

鄱阳湖湿地不同土地利用方式下土壤微生物群落功能多样性

于2011年5月分别采集鄱阳湖围垦92、48a和38a的水稻田,退田还湖25a的退耕地以及自然湿地共5个样地的表层土壤,利用Biolog-ECO板技术对土壤微生物群落的单一碳源利用情况进行了测定,并结合群落指数和主成分分析(PCA)对培养72 h土壤微生物群落功能多样性变化进行了分析。结果表明:退耕地和自然湿地土壤微生物群落利用31种碳源的能力较强,来自不同围垦年限的土壤微生物群落利用碳源能力均较弱;且随围垦时间的增长,土壤微生物对碳源的利用能力呈降低的趋势。自然湿地、退耕地与围垦92、38a样地土壤之间存在显著的微生物功能多样性差异;围垦对土壤微生物代谢糖类、羧酸类、氨基酸类物质的影响最为明显。结果提示,围垦改变了湿地土壤微生物群落结构,退田还湖有助于湿地土壤微生物群落结构的恢复。     

覆盖旱作水稻群体发育特征分析

通过田间试验,研究了不同覆盖旱作水稻处理与水作处理水稻的群体生育特征。结果表明,旱作水稻营养生长期较水作长,叶片变短、变窄,群体LAI变小,光合生产能力下降,最终粒数变少、粒重变轻,不同旱作处理之间表现为地膜覆盖旱作处理分蘖发生多,成穗率低,穗分化和籽粒形成与灌浆时间缩短,半腐解秸秆覆盖旱作和裸地旱作分蘖发生少,成穗率高,穗分化时间缩短,籽粒形成与灌浆的时间延长,产量表现为水作处理>地膜覆盖旱作>半腐解秸秆覆盖旱作>裸地旱作。     

蚯蚓对不同厚度复垦土壤中重金属生物有效性的影响

煤矸石充填复垦土壤理化状态和重金属水平能显著影响后续生态利用.为查明蚯蚓对矸石上不同厚度覆土中重金属(Cr、Cu、Pb和Zn)总量和有效态的影响,采用土柱实验,将蚯蚓接种到矸石上覆土,设置10、20、30、50、70 cm五种覆土厚度,通过测定不同厚度覆土pH、有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)、总钾(TK)和...