基于遥感数据的植被碳水利用效率时空变化和归因分析

植被碳水利用效率是表征生态系统碳水循环的重要指标。采用MODIS数据,利用Google Earth Engine平台计算植被碳利用效率(Carbon Use Efficiency, CUE)与水利用效率(Water Use Efficiency, WUE)。采用趋势分析、变异系数、R/S分析及偏相关分析等方法,对2000—2020年黄河流域植被CUE与WUE的时空动态进行分析,并探究水热条件对碳水利用效率的影响。结果表明：(1)2000—2020年黄河流域植被碳水利用效率年均值分别为0.61和0.68 gC m^-2 mm^-1;研究时限内,植被CUE呈波动下降趋势,而WUE呈波动上升趋势。(2)空间上,植被CUE呈西高东低分布,WUE相反。不同土地覆被类型的CUE表现为草地>农田>灌丛>森林;WUE表现为：农田>森林>草地>灌丛。(3)总体上,黄河流域植被CUE与温度呈负相关,与降水呈正相关;黄河流域北部植被WUE与温度和降水均呈正相关关系,黄河流域西南部植被WUE与降水负相关;(4)不同土地利用类型中,草地...     

鄱阳湖区土地利用的生态效应

在构建鄱阳湖区土地利用地理数据库的基础上,利用区域生态质量指数与土地利用变化生态贡献率对鄱阳湖区土地利用生态效应进行了定量研究.结果表明,鄱阳湖区1990年区域生态质量指数平均值为7.60,2002年为7.62,总体生态质量介于灌木林地、疏林地等土地利用类型之间.1990-2002年鄱阳湖区区域生态质量指数上升的主要动力为水库坑塘、有林地和疏林地的扩大;生态质量指数下降的主要动力依次为水田、中覆盖度草地的减少.在土地利用转移贡献率上,水田转为有林地、旱地转为有林地、水田转为疏林地、水田转为水库坑塘的生态贡献率之和达52.96%,为主导土地利用的正向转移类型.有林地转为水田、有林地转为旱地、水田转为农村居民点的生态贡献率之和达39.89%,为主导土地利用的反向转移类型.     

汶川大地震灾害对区域生态系统的影响——以青川、平武和茂县为例

利用Landsat—TM／CBERS遥感数据和1：25万高程数据,分析汶川特大地震灾害前、后土地利用／土地覆被变化。为了研究地震对区域生态系统的影响,定量对比分析了重灾区青川、平武和茂县主要土地利用／土地覆被的特征,计算不同坡度和坡向影响下土地利用／土地覆被类型变化。得出以下结果：（1）地震后造成区域内有林地、草地和耕地面积减少;疏林地面积增加。有林地、草地和耕地分别减少了92．09、46．98km^2和30．81km^2;疏林地增加了98．81km^2。（2）研究区自然和耕地生态系统受地震影响明显。通过对3县自然和农田生态系统分析,青川林地、草地和耕地生态影响最严重;平武和茂县也存在不同程度影响。（3）在不同的坡度下,土地利用／土地覆被类型在〉35°坡度段受地震影响面积变化最大,依次是0～8°、15～25°、8～15°和25～35°坡段。这与震后诱发的崩塌、滑坡、水土流失等次生灾害,促使大量覆被携带山体、岩石整体或局部的、不规则的运动有关。在不同坡向下,土地利用／土地覆被类型在半阴坡坡向受地震影响面积变化最大,其次是半阳坡、阴坡和阳坡;这与区域内不同坡向上的土地利用／土地覆被类型优势度相关。     

基于SWAT模型的白马河流域土地利用变化的径流响应

以3S技术为依托,在对白马河流域土地利用变化进行分析和预测的基础上,建立了流域SWAT模型,分析了不同土地利用情景下流域径流的响应,并计算了流域主要土地利用类型对径流深的贡献系数.结果表明:1987-2017年,耕地、居民点及建设用地、有林地、灌木林地和疏林地为流域主要的土地利用类型,共占流域总面积的96％以上,草地、水域和未利用地所占比例则较小;在4种主要土地利用类型中,有林地、灌木林地和疏林地、居民点及建设用地对径流深的贡献系数分别为2.61、0.38和0.34 mm·km-2,说明三者有促进产流的作用,而耕地的贡献系数为-0.11 mm·km-2,说明耕地对径流的产生起到一定抑制作用.     

岷江上游小流域景观格局对土壤侵蚀过程的影响

以GIS为平台,利用泥沙输移分布模型模拟了岷江上游黑水流域和镇江关流域的流域侵蚀量、产沙量的空间分布,将模拟结果与土地利用图相结合,分析了各土地利用/覆被类型方式对侵蚀、产沙过程的影响,并利用景观空间负荷对比指数分析了土地利用/覆被类型随空间要素的配置、贡献权重和组成比例对土壤侵蚀的影响.结果表明:不同土地利用方式的土壤侵蚀模数不同,依次为裸岩>居民点>草地>农田>灌木林>林地;不同土地利用/覆被类型的产沙模数没有明显差异.2个流域土地利用/覆被类型随坡度的空间配置较优,随相对高度、相对距离和运移距离的空间配置较差;2个流域土地利用/覆被类型随着空间元素的配置各有优势,考虑土地利用/覆被类型的贡献权重后,镇江关流域的格局优势增加,当进一步考虑土地利用/覆被类型的组成比例时,镇江关流域的格局则优于黑水流域;只有综合考虑空间配置、贡献权重和组成比例,才能全面度量流域景观格局对土壤侵蚀的影响.坡度的景观空间负荷对比指数的构造不能准确地表现土地利用/覆被类型的贡献权重、组成比例对土壤侵蚀的影响,还需进一步改进.     

黄土高塬沟壑区小流域土地利用变化及其生态效应分析

基于王东沟流域1994和2004年两期土地利用图,通过构建土地利用动态变化模型和区域生态环境指标,定量分析了王东沟流域1994--2004年土地利用时空变化特征,并以生态系统服务功能衡量了土地利用类型和土地利用变化类型的生态效应．结果表明,1994—2004年王东沟流域农地大幅度减少,草地和果园大量增加,林地和非生产地变化不大;变化速度依次为草地〉果园〉非生产地〉农地〉林地;土地利用变化类型多样,农地转出和林地转入是其主要类型;土地利用的空间迁移方向为农地和果园向西北方向迁移（塬区）,林地和草地向东南方向（沟壑区）迁移．1994--2004年土地利用变化带来了良好的生态效益,但不同土地类型和不同土地变化类型的生态效应不同,提高和降低生态系统服务功能的作用并存．农地减少对生态环境产生负面作用,林草和果园的增加改善了生态环境,提高了其生态服务价值;土地利用变化类型中,改善生态环境的主要是转为林地和果园的变化类型,降低生态系统服务功能的主要是林地转出类型和农地转为非生产地类型．     

白洋淀流域土地覆被变化及其生态服务价值评价

白洋淀流域处于京津腹地, 经济、生态战略地位显要, 研究其土地覆被变化规律及它引起的生态系统服务价值变化具有重要意义。文章研究了白洋淀流域 2005—2015 年土地覆被的变化情况, 并对其引起的生态系统服务价值的变化进行分析。为此, 收集了该区域 2005 年、2015 年两个时间段 TM/OLI 遥感影像, 解译出相应的土地覆被数据, 从两个时期土地覆被变化的趋势、转换关系及土地利用程度等方面对土地覆被变化规律进行分析, 并进一步分析不同土地覆被类型变化对当地生态服务价值的影响。结果表明: 2005—2015 年间流域内土地覆被显著变化, 草地、未利用地的面积呈减少趋势, 林地、耕地、建设用地、湿地水体呈增加趋势, 土地利用程度增加; 生态服务价值随土地覆被变化有所改变, 林地、耕地、湿地水体的变化导致生态服务价值增加, 草地的变化导致生态服务价值减少。总体而言, 近 10 年来白洋淀流域生态服务总价值增加, 生态环境明显改善。     

土地利用变化与土壤养分的变化——以河北省遵化县为例

土地利用变化可以引起土壤养分的变化,以河北省遵化县为例,研究该县1980年到1999年土地利用变化及土壤养分的变化,结果表明,近20a来,旱地、草地、水田面积大幅度减少,林地和村镇用地大幅度增加,旱地转换为林地,土壤有机质提高了21％,全氮提高了10％,碱解氮提高了65％,速效磷提高了17％,速效钾提高了17％。旱地转换为草地,土壤有机质提高38％,全氮提高了37％,碱解氮提高了71％,速效磷提高了2％,速效钾提高了28％。退耕还林还草不仅改变了土地棉覆被,而且提高了土壤养分。     

三江平原植被水分利用效率时空变化及其对气象因子变化的响应

水分利用效率(water use efficiency,WUE)是陆地生态系统响应全球变化的重要参数,分析区域生态系统WUE的变化特征及其与气象因子之间的响应关系,对于区域生态系统碳水循环研究以及水资源的科学管理具有重要意义。本文以三江平原为研究区,基于MODIS GPP和ET遥感数据、气象数据以及2000年、2014年土地覆盖数据,分析2000-2014年间植被WUE的时空变化特征以及植被WUE与关键气象因子之间的响应关系,并分析了土地覆盖变化下各植被类型WUE的变化特征。结果表明:三江平原WUE年均值变化呈波动式减少趋势,多年平均植被WUE为1.44 g C·kg^-1H2O;WUE年内变化均近似呈"单峰型"曲线,1-3月及11、12月,WUE均处于最低值,在植被生长季(5-9月)期间,WUE均较高;季节WUE均值由高到低依次为夏季>秋季>春季>冬季;各植被类型WUE年内变化呈"双峰型"曲线,峰值主要分布在4-6月和9月;不同植被类型的年均WUE值从大到小依次为:混交林>针叶林>阔叶林>草地>耕地>永久湿地;三江平原植被WUE与降水、相对湿度、水气压呈正相关,与气温、日照时数呈负相关;随着耕地面积的减少,耕地WUE增加了11.1%,随着落叶阔叶林、草地面积的增加,其植被WUE分别增加了12.8%、15.9%。     

云南纵向岭谷区道路网络对生态系统影响的阈值分析

云南纵向岭谷区由于受到人类活动,尤其是道路网络的影响,使得该地区生态系统退化日益严重.通过云南纵向岭谷区路网密度与生态系统转换(1980～2000年期间)的多尺度空间相关分析,研究了路网的对生态系统的影响及其阈值.研究结果表明,路网是导致有林地向疏林地、有林地向中覆盖度草地、灌木林地向疏林地转变的主要影响因子.路网导致有林地向疏林地转变的路网密度均值为0.8381～0.8800 km/km2,导致有林地向中覆盖度草地转变的路网密度均值为0.6984～0.8124 km/km2,导致灌木林地向疏林地转变的路网密度均值为1.2770～3.6426 km/km2.随着尺度的增大,路网密度的变化不显著.路网影响阈值的研究,开始从定量的角度探索道路网络对生态系统的影响,对公路建设、规划和管理具有一定的理论和应用价值.     

植被类型变化对土壤微生物碳利用效率的影响研究进展

植被类型变化强烈影响着土壤碳循环。土壤微生物碳利用效率（CUE）是微生物将从环境中获取的碳分配给自身生长的比例，是土壤碳循环的综合指标。研究植被类型变化对CUE的影响有助于从微生物视角理解该过程中的土壤碳动态，可以为评估植被类型变化对土壤质量及生态系统碳循环的影响提供基础，具有重要的理论及实际价值。通过系统查阅相关文献，综述了植被类型变化导致的CUE变化情况，以及该过程中影响CUE的因子与机制。目前，相关研究主要涉及以林地、草地和农业用地为起点或终点的植被变化类型。天然林（原生林、次生林）变化为人工林、林地变化为草地后CUE普遍下降，随终点植被的发展CUE可能恢复至起点水平。植被成熟度越高，发生转变时CUE变化越剧烈。植被类型变化以农业用地为起点或终点时，CUE变化方向的不确定性及幅度的变异性均增加。植被类型变化导致的CUE变化主要受到植被、土壤、微生物因子及其交互作用的驱动，指示CUE的指标、采样季节和土层也会一定程度上影响CUE的变化。今后相关研究应采用直接的CUE测定方法，拓宽研究气候区及植被变化类型，关注植被变化过程中CUE变化的土层差异及动态监测，深入对植被类型变化导致的生态环境因子变化与CUE的关系及作用机制的研究。     

赣江流域土地利用方式对河流水质的影响

赣江是鄱阳湖的最大支流,是鄱阳湖水污染物的主要来源,查明流域土地利用方式对赣江水质的影响和鄱阳湖的水环境保护具有重要意义。基于2012年对赣江7个主要支流NH+4-N、TP、CODMn和DO浓度的每月测定结果,通过不同空间尺度和土地类型等级划分,利用相关分析和冗余分析研究土地利用方式对赣江流域河流水质的影响。研究结果表明,子流域的土地利用方式对TP的影响大于缓冲区;对CODMn的影响在丰水期大于缓冲区,在枯水期小于缓冲区;对NH+4-N的影响在丰水期与缓冲区接近,在枯水期小于缓冲区;DO受土地利用方式的影响较小。水田中的丘陵水田是赣江水体TP和丰水期CODMn的主要来源;平原水田是枯水期CODMn的主要来源。居民建设用地中的城镇用地是赣江水体TP、NH+4-N和丰水期CODMn的主要来源,农村用地是CODMn的主要来源。水域中的水库坑塘是赣江水体TP和丰水期NH+4-N、CODMn的主要来源。     

Drought-induced dynamics of carbon and water use efficiency of global grasslands from 2000 to 2011

Drought is frequently recorded as a result of climate warming and elevated concentration of greenhouse gases, which affect the carbon and water cycles in terrestrial ecosystems, particularly in arid and semi-arid regions. To identify the drought in grassland ecosystems and to determine how such drought affects grassland ecosystems in terms of carbon and water cycles across the globe, this study evaluated the drought conditions of global grassland ecosystems from 2000 to 2011 on the basis of the remotely sensed Drought Severity Index (DSI) data. The temporal dynamics of grassland carbon use efficiency (CUE) and water use efficiency (WUE), as well as their correlations with DSI, were also investigated at the global scale. Results showed that 57.04% of grassland ecosystems experienced a dry trend over this period. In general, most grassland ecosystems in the northern hemisphere (N.H.) were in near normal condition, whereas those in the southern hemisphere (S.H.) experienced a clear drying and wetting trend, with the year 2005 regarded as the turning point. Grassland CUE increased continually despite the varied drought conditions over this period. By contrast, WUE increased in the closed shrublands and woody savannas but decreased in all the other grassland types. The drought conditions affected the carbon and water use mainly by influencing the primary production and evapotranspiration of grass through photosynthesis and transpiration process. The CUE and WUE of savannas was most sensitive to droughts among all the grassland types. The areas of grassland DSI that showed significant correlations with CUE and WUE were 52.92% and 22.11% of the total grassland areas, respectively. Overall, droughts sufficiently explained the dynamics of grassland CUE, especially in the S.H. In comparison with grassland CUE, the grassland WUE was less sensitive to drought conditions at the global scale.     

江西省生境质量时空演化特征及预测

生境质量关乎区域可持续发展和人类福祉，评估其时空演化特征和预测未来变化对生态文明建设和高质量发展具有重要意义。以江西省为研究区，利用InVEST模型和热点分析方法定量评估2000—2020年生境质量时空演化特征，结合PLUS模型模拟预测2020—2050年土地利用和生境质量变化。结果表明：(1)2000—2020年江西省有林地、灌木林地、疏林地、水田、旱地面积呈减少趋势，减少部分主要位于南昌市等城市边缘，转为城镇用地和其他建设用地。(2)江西省生境质量总体较好，均值呈微幅下降且加速下降的趋势，具有以南昌市等城市为中心、向外辐射提高和中部低、四周高、北部低、南部高的时空分异特点，20年内8.52%的区域生境质量得到改善，44.85%的区域发生退化，退化区域以生境质量低值区域为核心向外辐射。热点分析显示，在乡镇尺度上，生境质量与生境退化度在空间分布上具有相似的集聚特征，但高低值相反。(3)结合PLUS模型预测显示，2020—2050年江西省城镇用地、其他建设用地进一步急剧扩张，时空特征表现为环鄱阳湖扩张圈和萍乡市-宜春市-新余市-南昌市-抚州市-鹰潭市-上饶市东西向扩张带，生境质量均值保持...     

基于MODIS数据的中国三种主要土地类型变化的空间特征分析

人类活动使得土地利用和植被覆盖发生了巨大变化,直接影响着全球气候。本研究通过从2000—2013年对中国三种主要土地利用类型的NDVI变化特征进行了分析,结果表明:(1)14年来,中国三种主要土地利用类型NDVI平均值均有增强的趋势。(2)三种主要土地利用类型中除耕地中的水田,林地中的有林地和草地中的高覆盖草地增长速率不显著外,其他土地类型增长速率均显著。(3)三种土地利用类型均以改善面积大于退化面积,耕地中改善面积占总耕地的64.21%,退化的区域占18.50%;林地改善的区域占总林地的54.21%,退化的区域占20.13%;草地改善的区域占55.53%,退化的区域占18.23%。三种土地类型均有所改善且改善明显的区域主要集中在甘肃以南,陕西以北和东北部分地区。     

长江流域陆地植被总初级生产力时空变化特征及其气候驱动因子

长江流域是我国重要的工农业生产区和生态安全屏障。深入开展长江流域陆地植被总初级生产力（GPP）时空变化特征和驱动因子研究,对了解变化环境下区域植被生长状况和生物固碳能力、掌握生态环境质量具有重要意义。基于MODIS GPP遥感数据产品、土地利用和气象观测数据,采用趋势分析和偏相关分析法,系统研究了2000-2015年间长江流域陆地植被GPP时空变化特征,探讨了不同二级水资源区内气候因子对GPP变化影响的空间差异,揭示了不同土地利用类型GPP变化特征以及气候因子作用。结果表明：1）长江流域陆地植被覆盖区GPP在0.3-2765 gC m^-2 a^-1之间,均值约990.46 gC m^-2 a^-1,多年平均GPP总量为1.735 P gC;2）近年来,长江流域GPP呈不显著上升趋势,趋势率为2.39 gC m^-2 a^-1。空间上,GPP上升区和下降区分别占总流域面积的68%和32%。各二级水资源区内,除了洞庭湖流域和太湖流域GPP呈下降趋势外,其他区GPP均呈上升趋势;3）不同土地利用类型GPP均值在198.50-1276.90 gC m^-2 a^-1之间。各土地利用类型中除水田GPP呈微弱下降外,其他均呈上升趋势,尤其是高、中、低覆盖度草地GPP上升趋势较为显著;4）不同气候因子对植被GPP变化的影响程度在不同二级水资源区、不同土地利用类型间均存在一定差异,但就长江流域整体而言,GPP年际变化受温度影响显著,其次是蒸发,而降水等其他气候因子的影响不大。     

青藏高原植被水分利用效率时空变化及与气候因子的关系

水分利用效率(WUE)是研究陆地碳水循环耦合的有效指标,青藏高原是我国最重要的生态安全屏障,了解WUE的特征以及变化机制,对研究高原生态系统碳水循环和水资源合理利用有重要意义。本研究基于MODIS的总初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)数据,分析青藏高原WUE的时空变化特征以及气候因子对WUE的影响。结果表明: 2001—2020年,在GPP和ET的共同作用下,青藏高原WUE呈上升趋势;WUE平均值较高的区域为高原东南部、东北部,低值区为高原中部。草地、沼泽、高山植被WUE呈增长趋势,灌丛、阔叶林、针叶林呈下降趋势。WUE与年均气温呈显著正相关,敏感性随着气温的升高而增加;WUE与年降水量呈非线性关系,降水量小于700 mm时,WUE对降水敏感性随着降水增加而减小,降水量大于700 mm,降水敏感性随着降水增加而增大。青藏高原超过75%的区域WUE与降水呈负相关,与气温相比,WUE受降水影响的面积更大,未来气候暖湿化将导致WUE降低。     

黑河流域植被水分利用效率时空分异及其对降水和气温的响应

植被水分利用效率(WUE)是衡量植被生态系统碳水耦合关系的重要指标,研究其时空分异特征对区域水资源合理利用及配置有重要意义。基于改进的光能利用率模型CASA,模拟估算了黑河流域2000—2013年植被净初级生产力(NPP),结合ETWatch模型估算的黑河流域2000—2013年蒸散数据ET,进一步估算了黑河流域植被水分利用效率WUE。分析了黑河流域NPP、ET和WUE空间格局和时间变化特征,探讨了WUE变化对降水和气温的相关性。结果表明:1)黑河流域空间上植被NPP在2000—2013年多年平均值为81.05 gC m~(-2) a~(-1),ET平均值为133.38 mm,植被WUE平均值为0.448 gC mm~(-1) m~(-2)。植被NPP、ET与WUE的空间格局基本上类似,均呈现出自上游至下游逐渐减少的分布格局。2)黑河流域2000—2013年间植被平均NPP与平均WUE均呈现显著上升趋势(P0.05),而ET平均值变化不显著。WUE年际变化斜率与其平均值在空间分布上存在一定的对应关系,空间上植被WUE的高值区同时是其呈增长趋势的主要区域,植被WUE平均值较低的区域其年际变化也趋于稳定。3)不同植被类型的WUE差异较为显著,植被自身受环境影响形成的生理生态参数是其WUE差异的主要原因,不同植被类型WUE平均值关系为:灌丛草地森林农田沼泽荒漠。中游绿洲区栽培植被平均WUE仅为0.90 gC mm~(-1) m~(-2),因此应当重视提高其对水资源的利用效率。4)整体上黑河流域植被WUE年际变化主要受降水的影响,植被WUE与降水呈负相关的区域主要分布在中游绿洲灌溉区,表明人为活动干扰会削弱气候因素对植被WUE的影响。