生态安全条件下土地利用格局优化——以皇甫川流域为例

在人类活动导致的生态环境问题中,土地利用格局变化对区域生态安全起着决定性作用。选择我国乃至在世界上都罕见的多沙、粗沙、强烈水土流失的黄河皇甫川流域作为研究区域,针对土壤侵蚀和生态用水这两大影响流域生态安全的关键问题,开展土地利用变化模拟、土壤侵蚀3S监测、适宜植被盖度估算、土壤侵蚀情景模拟、土地利用格局优化等方面的综合研究。结果表明:(1)土地利用格局变化是导致土壤侵蚀变化的重要因素。从1987年到2015年,建筑用地、林地和灌丛面积增加,水域、沙地和裸砒砂岩面积减少,导致流域年平均土壤侵蚀模数由16160.72 t km-2a-1降至9710.72 t km-2a-1。(2)土地利用类型与土壤侵蚀模数密切相关并存在一定规律。6种不同土地利用类型多年平均土壤侵蚀模数的大小顺序为:裸砒砂岩沙地耕地草地林地灌丛,表明灌、林措施是流域植被恢复和土壤侵蚀减少的首选。(3)土地利用结构和空间格局优化有助于提升区域生态安全水平。在优化格局下,2007年和2015年土壤侵蚀模数比优化前分别减少5469.57 t km-2a-1和5432.77 t km-2a-1,优化后2015年土壤侵蚀模数仅为4277.95 t km-2a-1,低于流域自然侵蚀临界值或允许土壤侵蚀模数5300 t km-2a-1,优化土地利用格局成为加强流域生态环境建设的重要途径。     

东北黑土区小流域农业景观结构与土壤侵蚀的关系

以黑土侵蚀区的拜泉县双阳河流域为案例,提取地形和土壤类型相对接近的30个上游子流域作为分析样本。以遥感、GIS和FRAGSTATS软件为平台获得景观格局指数,运用基于GIS的RUSLE模拟土壤侵蚀,通过相关性分析和多元回归研究景观指数与侵蚀模数的呼应关系。从而探讨土地利用调整和流域综合治理下的景观结构特征对土壤侵蚀的影响,为当地或同类地区土地利用规划和侵蚀治理提供科学参考。结果表明：顺坡垄农田面积百分比、景观聚集度与土壤侵蚀模数显著正相关,灌木林地、草地面积百分比、香农多样性指数与土壤侵蚀模数显著负相关。9个结构因子与土壤侵蚀模数的复相关系数（R=0．931）大于单因子相关系数,多个景观结构因子综合地影响了土壤侵蚀,且达到高度相关。研究区侵蚀强度较轻,但大于东北黑土区土壤容许流失量标准。农田是土壤水蚀的主要景观要素,同时也是水土保持的主战场。增加灌草地斑块、实施农田保护性耕作等将是该流域继续控制土壤侵蚀的有效办法之一。     

内蒙古奈曼旗农牧交错区土地利用/覆被变化的区域分异

基于内蒙古奈曼旗1975、1985、1995和2005年4期遥感影像,运用土地利用动态度、土地利用相对变化率对研究区土地利用动态变化的区域分异进行了分析,并选取多度和重要值分析了研究区土地利用/覆被变化的空间分布特征.结果表明：1975—2005年间,研究区土地利用/覆被类型趋于多样化,年变化率较大,区域分异显著.研究区北部冲积平原区以林地面积的大幅增加和沙地面积的显著减少为主要特点,其草地和沙地的变化速度最大,居民地的变化速度最小,沙地转化为耕地和沙地转化为林地这两种变化形式在该区的分布最广泛;中部沙区以沙地分布为主,各土地利用类型的变化相对较小,以耕地和沙地的互相转化为该区的主要变化形式;南部黄土区以耕地面积占绝对优势,且变化速度最小,草地和沙地的变化速度最大,该区以草地转化为耕地和草地转化为林地为主要变化形式.自然因素决定了研究区各区域土地利用结构的主体特征,人为因素决定了区域内各土地利用类型的动态变化趋势.     

内蒙古奈曼旗农牧交错区土地利用/覆被变化的区域分异

基于内蒙古奈曼旗1975、1985、1995和2005年4期遥感影像，运用土地利用动态度、土地利用相对变化率对研究区土地利用动态变化的区域分异进行了分析，并选取多度和重要值分析了研究区土地利用/覆被变化的空间分布特征.结果表明：1975—2005年间，研究区土地利用/覆被类型趋于多样化，年变化率较大，区域分异显著.研究区北部冲积平原区以林地面积的大幅增加和沙地面积的显著减少为主要特点，其草地和沙地的变化速度最大，居民地的变化速度最小，沙地转化为耕地和沙地转化为林地这两种变化形式在该区的分布最广泛；中部沙区以沙地分布为主，各土地利用类型的变化相对较小，以耕地和沙地的互相转化为该区的主要变化形式；南部黄土区以耕地面积占绝对优势，且变化速度最小，草地和沙地的变化速度最大，该区以草地转化为耕地和草地转化为林地为主要变化形式.自然因素决定了研究区各区域土地利用结构的主体特征，人为因素决定了区域内各土地利用类型的动态变化趋势.     

基于土地利用变化的玛纳斯河流域景观生态风险评价

摘要：随着人类活动范围日益扩张和强度增加,景观生态风险评价已经成为预测和衡量生态环境质量和动态演化的重要手段。本文以玛纳斯河流域（简称玛河流域）为研究区,选取2000、2005、2010和2015年4期Landsat TM/ETM遥感影像,运用ENVI软件对研究区土地利用类型进行解译,定量分析流域近15年来土地利用动态变化特征,基于景观格局指数,采用地统计学方法,探究玛河流域景观生态风险程度及时空分异特征。结果表明：（1）2000—2015年,玛河流域景观格局发生了较大变化,耕地景观面积增加最多（2638.31 km^2）,主要由草地和未利用地转入;未利用地景观面积减少最多（2559.99 km^2）,主要转化成了草地、耕地和林地;（2）将流域景观生态风险划分为5个等级,研究期内流域低、中风险区面积增加而较高、高风险区面积减少,整体景观生态风险指数减小,所以研究区生态环境在整体上呈现好转;（3）2000—2005年、2010—2015年玛河流域在景观风险分布格局上发生较小变化,但2005—2010年流域景观风险分布格局发生较大变化,主要是中、较高和高风险区向流域南北方向分散并转移,低风险区向流域北部转移。     

黄河中游砒砂岩地区土地利用对生物多样性的影响评价

作者以长川流域附近的阿贵庙自然保护区的主要植被类型为对照,通过对黄河中游砒砂岩地区长川流域内的各土地利用/覆盖类型之间的生物多样性的比较分析,综合评价了人类土地利用活动对当地生物多样性的影响。结果表明:沙棘(Hippophaerhamnoides)灌丛、草地、油松(Pinustabuliformis)林地和中间锦鸡儿(Caraganainter-media)灌丛等土地利用类型的生物多样性指数较高;进一步运用S?renson指数分析发现,仅中间锦鸡儿灌丛、草地和油松林三类与主要自然植被类型有着较高的相似性,其S?renson指数均在40%左右。综合考虑Shannon-Wiener指数与S?renson指数,草地、中间锦鸡儿灌丛、油松林地等类型对当地物种多样性的影响相对较弱,有利于当地物种多样性的保护,在植被恢复和建设过程中应相对增大种植比例。     

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RS和GIS的科尔沁沙地南缘章古台地区土地利用变化及其驱动力

利用遥感影像,借助于GIS技术以及数理统计方法,对章古台地区近20年间土地利用变化及驱动力进行了分析。结果表明:1988-2009年间,章古台地区土地利用构成以耕地和林地为主;土地利用类型变化以林地、耕地和建设用地面积的增加和草地、水域及未利用土地面积的减少为特征,其中,草地、建设用地和未利用土地的年变化率大于其他土地利用类型;土地利用程度综合指数由1988年的235.34增至2009年的251.65;土地类型间的转化以草地、未利用土地向林地、耕地转化和耕地与林地间转化为主,占总转化面积的95.58%。章古台地区土地利用变化受人口、政策和自然因素的综合影响,虽然自然因素是决定土地利用变化的重要因素,但在20年的时间尺度上,人口增长和政策引导则是加剧这种变化的主导因素。     

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.     

不同河岸缓冲区尺度下土地利用方式对嘎呀河流域水质的影响

土地利用是影响河流水质的重要因素之一，量化不同河岸缓冲区尺度下土地利用方式及空间格局与水质因子之间的关系，对土地利用合理规划及水质改善具有重要意义。本研究以嘎呀河流域为例，基于2021年5月共91个点位的水质调查数据，从河岸缓冲区尺度分析流域土地利用及景观空间分布格局，并采用冗余分析(RDA)和广义加性模型(GAM)探讨土地利用方式及空间分布格局对河流水质的影响。结果表明：总氮是影响嘎呀河水质的首要因素。50、100和500 m河岸缓冲区以耕地为优势土地利用类型，将点位划分为耕地优势组和耕地其他组；1000、1500和2000 m河岸缓冲区以林地为优势土地利用类型，将点位分为林地优势组和林地其他组。100 m河岸缓冲区是对嘎呀河水质指标的最强影响尺度，其次为1000 m河岸缓冲区。林地优势组中，铵氮、电导率、溶解氧、磷酸盐和高锰酸盐指数均受土地利用类型面积占比的显著影响，其中，铵氮浓度随着林地面积占比和耕地面积占比的增加而增大，磷酸盐浓度与Shannon多样性指数(SHDI)显著相关，高锰酸盐指数受SHDI和最大斑块指数(LPI)影响明显。耕地优势组中，总氮浓度受林地面积占比、草地面积...     

皇甫川流域不同尺度景观分异下的土壤性状

皇甫川流域地处我国北方农牧交错带中段,是该地区正在进行的国家重点基础规划(“973”)项目设置的范式点之一。按照区域-小流域-中小地形这样的景观分类的等级体系,通过代表小流域的样带设置、实地调查和取样分析等,对该地区区域尺度、流域尺度和中小地形尺度景观分异下的土壤性状进行了分析。在此基础上,对研究区优化生态-生产范式的空间配置问题进行了探讨。结果表明:(1)总体上该研究区土壤养分含量低、发育程度差。(2)不同地质地貌类型区的土壤特性存在差异,黄土丘陵沟壑区的小流域比沙化黄土丘陵区和砒砂岩裸露丘陵沟壑区的小流域的土壤养分和质地好,相对更适于发展耕地。(3)中小地形尺度下,坡向、坡度和坡位及土地利用与土壤性状的关系为:1阴坡和阳坡的土壤有机质含量存在差异显著,且土壤养分还随着坡的向阳程度的减弱而增加。川地的土壤养分也较高,但土壤偏砂性。2坡度与土壤粒径存在显著相关,坡度不同侵蚀强度也不同。15°是侵蚀加剧的临界值,把它作为当地的退耕坡度标准是合理的。3土壤表层养分总体表现为随坡位的下降而减少的趋势。4综合考虑中小地形条件,景观立地类型可以划分为川台地养分富集区,坡中下部养分严重流失区(坡度>15°)和坡梁缓坡地养分涵养区(坡度<15°)。5中小地形尺度下,样带剖面上土地利用变化对土壤性状的影响较大:乔木林土壤养分积累高、团粒结构好,灌木林由于放牧和沙化的影响,土壤养分最低,砂粒含量最高而粘粒含量最低。撂荒地的土壤养分少而农田和果园的土壤养分较高。荒草地的土壤养分条件较差。但就耕地与非耕地而言,土壤养分和质地并无显著差异。说明耕地熟化作用很弱,广种薄收、靠天吃饭现象十分普遍;(4)不同尺度景观分异下的土壤性状研究是优化生态-生产范式的构建的重要理论基础。     

皇甫川流域大型土壤动物对不同水土治理措施的响应

为了解大型土壤动物对不同水土治理措施的响应,于2008年5～9月,采用手拣法采集大型土壤动物,以内蒙古皇甫川流域人工工松树林、人工杨树林、人工锦鸡儿灌木林、人工沙打旺草地、撂荒地和农田6种不同土地利用方式为采样地,分析了大型土壤动物群落的组成、多样性和季节动态特征.共捕获大型土壤动物1 653只,隶属于1门3纲8目34...     

黄土丘陵小流域土地利用变化的土壤侵蚀效应: 基于137Cs示踪的定量评价

基于¹³⁷Cs示踪技术,结合土地利用变化数据,对黄土丘陵沟壑区羊圈沟小流域土壤侵蚀强度的演变过程进行了研究.结果表明：从20世纪80年代以来,该流域土地利用强度逐渐减弱;1980—2006年间,研究区坡耕地面积急剧下降,从94.9 hm²下降到0.2 hm²,乔木林地面积由0增加到51.1 hm²,灌木林地面积由0增加到19.2 hm²,果园林地面积由0增加到18.0 hm²,荒草地面积趋于稳定,由76.9 hm²增加到80.1 hm².研究期间,不同土地利用类型的土壤侵蚀强度依次为:坡耕地>灌木林地>果园林地>荒草地>乔木林地;1980、1984、1996和2006年流域土壤侵蚀强度分别为6408.9、5362.4、4903.9和3641.4 t·km^-2·a^-1,侵蚀程度由强度变为中度.土壤侵蚀强度降低的主要原因是该区的水保措施和植被恢复措施.     

皇甫川流域中小型土壤动物对不同水土治理措施的响应

2007年9月至2008年9月,选择皇甫川流域人工松树林、人工杨树林、人工锦鸡儿灌木林、人工沙打旺草地和撂荒地等不同水土治理措施植被为采样地,以耕作农田为对照,研究了中小型土壤动物对不同水土治理措施的响应。结果表明,共捕获中小型土壤动物14 747只,隶属于5门7纲10类。优势类群为线虫,占群落总个体数的比例为95.53%,常见类群为螨类和弹尾类。不同水土治理措施样地中,中小型土壤动物群落个体数较农田有提高趋势,但无显著差异（P >0.05）;螨类和弹尾类个体数显著提高（P<0.05）;线虫个体数在人工沙打旺草地中显著高于农田（P<0.05）;中小型土壤动物垂直分布的表聚性较农田增强,并以地表凋落物覆盖显著的人工林最为明显。RDA分析表明,中小型土壤动物群落、螨类和弹尾类个体数与凋落物厚度、树（草）高和土壤有机质的变化之间呈显著正相关。以上结果说明,研究地区采取的几种水土治理植被均有利于中小型土壤动物群落的恢复;相比较,地表凋落物层显著的人工松树林、人工杨树林更加有益于螨类和弹尾类的恢复。     

黄丘区特色治理开发小流域土壤侵蚀变化对景观格局演变的响应

研究土壤侵蚀与景观格局变化的关系对小流域的治理开发具有重要的指导意义。本研究以实施退耕还林草、生态农业、生态旅游及科技示范的黄土高原安塞南沟特色治理小流域为研究对象,基于GIS平台和通用土壤流失方程,分析小流域1981—2018年景观格局和土壤侵蚀量的时空演化特征,并利用主成分回归法,从斑块类型水平和景观水平两个尺度分析土壤侵蚀模数与3类9个景观格局指标的关系。结果表明: 研究期间,在5种景观类型中,耕地和林地面积的时空变化主导了南沟小流域景观格局的演化,并且影响整个小流域的聚集分散程度;南沟小流域的土壤侵蚀量逐年减少,1981—2018年土壤侵蚀面积减少29.7%,侵蚀模数减少61.2%,且有73.4%的区域土壤侵蚀强度减轻;耕地和林地面积的变化决定了整个小流域土壤侵蚀模数的变化,其景观格局指数的变化方向与该景观类型土壤侵蚀的变化方向一致;退耕还林草工程是流域景观格局变化、土壤侵蚀减轻的主要原因,特色开发治理可以减弱局部地区土壤侵蚀强度。景观类型的合理化配置能有效地防治小流域土壤侵蚀,将其与特色治理开发相结合有助于实现小流域可持续高质量发展。     

不同植被类型对土壤水蚀的影响

不同植被类型对土壤水蚀的影响因子是计算土壤水蚀速率以及选择适当土地利用方式的基本参数。本文以土壤侵蚀模型中的植被因子(C因子)为指标，研究不同植被类型对土壤水蚀的影响。根据6个水土保持试验项目33个小区共195个小区年的资料，计算了刺槐、柠条、沙棘、沙棘一杨树，沙棘一油松、沙打旺、红豆草、苜蓿和草木樨等9种林草植被因子值。林地植被因子介于O．004到O．164之间，以刺槐林的C值最低。草地植被因子介于O．071到O．377之间，以第一年的草木樨c值为最高。定量对比说明林草植被的水土保持效益明显优于农作物。本项研究结果可以用于定量比较不同植被类型覆盖下的土壤流失速率，对于北方农牧交错带退耕还林还草政策的实施具有参考价佰。     

基于生态系统评价的山水林田湖草生态保护与修复体系构建研究——以乌梁素海流域为例

山水林田湖草系统保护与修复工程实施的重要目标是维护和提升区域生态系统服务。从乌梁素海流域山水林田湖草的生态现状与功能出发,对乌梁素海流域水土流失、土地沙化等生态敏感性及土壤保持、水源涵养、生物多样性等生态功能重要性进行系统评价,形成基于生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果。以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,以乌梁素海流域生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果为基础,制定了“一中心、二重点、六要素、七工程”的乌梁素海山水林田湖草生态保护与修复体系,并基于此将乌梁素海流域生态保护修复分为6个主要治理区域,形成“四区、一带、一网”的生态安全格局,通过具体工程实施,流域生态环境质量和生态服务能力将取得明显提升,防风固沙能力有效增强,生物多样性持续改善,水环境质量稳定达标,生态系统的稳定性明显加强。通过乌梁素海流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复关键区域的识别提供了定量分析方法,为流域尺度构建生态安全格局、实现山水林田湖草系统保护和修复提供思路和途径。