1975—2015年玛纳斯河流域土地利用变化的地学信息图谱分析

地学信息图谱分析可利用图形语言将复杂的地理现象进行简洁的表达,对开展多时空尺度土地利用变化空间格局与时间过程的集成研究具有重要意义.本研究以新疆玛纳斯河流域为例,基于7期遥感数据(1975、1990、1995、2000、2005、2010和2015年)构建土地利用/覆被变化(LUCC)图谱体系,定量分析流域LUCC过程及趋势.结果表明:1975—2015年,流域土地利用变化幅度逐渐减弱,土地利用结构由复杂趋向单一,后期趋于稳定.1975—1990年,流域内草地涨势最强,主要来源于未利用土地的转入.1990—2015年,耕地增幅最大,主要由未利用土地、林草地转换而来.土地利用变化模式图谱显示,前期变化型、后期变化型及持续变化型仅占流域面积的1.3%,图谱单元总体变化以未利用土地转向耕地、草地和水域占主导,土地利用变化过程较为稳定.土地利用变化频率图谱的稳定不变区域覆盖流域面积的61.2%,土地利用空间格局相对稳定.土地利用转变最频繁的方式为耕地的持续扩张,以沙湾县柳毛湾镇和玛纳斯县六户地镇为左右中心,呈“摊饼式”向两侧扩张,延伸至古尔班通古特沙漠.通过构建土地利用时空变化图谱,丰富了LUCC时空分析方法体系,为今后开展多时空尺度下的LUCC研究提供了有效手段.     

新疆玛纳斯河流域2000—2010年土地利用/覆盖变化及影响因素

在2000年和2010年两期遥感影像解译的基础上,从土地利用类型的结构、变化速率、变化方向及土地利用程度等方面分析了玛纳斯河流域土地利用的变化特征,并分析了影响土地利用变化的主要因素及不同因素之间的交互作用。结果表明:(1)近10年来,流域土地利用程度增强,人工绿洲呈扩张趋势,耕地和城乡工矿居民用地大量增加,林地和未利用地减少;上游地区草地和冰川积雪覆盖地面积增加。(2)耕地向内部外部双向扩张,主要来源于林地、荒漠和盐碱地;新增草地以山地裸地和山前荒漠的转变为主;林地主要转变为中游的耕地和城乡工矿居民用地及上游的草地和裸地;城乡工矿居民用地的增加主要来自荒漠、耕地和林地;未利用地变化以向人工绿洲土地类型的转变为主。(3)上游土地利用变化主要受气候变化的影响,降水量增加可能是冰川积雪面积扩张的主要原因;中游人类活动密集,耕地和城乡工矿居民用地扩张,荒漠植被退化;下游受气候和人类活动共同作用,尾闾湖泊萎缩,河岸和湖周植被退化。     

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。     

基于土地利用/覆被变化的荒漠绿洲碳储量动态评估

以典型的荒漠绿洲区为研究对象,基于不同时期土地利用/覆被类型图,运用Bookkeeping模型,结合土壤、植被碳密度基础资料及调查数据,评估了近30年临泽绿洲土地利用/覆被变化特征及其对碳储量的影响。结果表明:(1)临泽荒漠绿洲区的土地利用/覆被变化特征主要表现为:居民及建设用地、耕地、林地呈增加趋势,增幅分别为90.2%、75%、46.5%;盐碱地、水体、沙地、荒漠草地则呈减少趋势,减幅分别为73.9%、67.8%、46.2%、5.5%。(2) 30 a耕地面积增加了269.38 km~2,其中耕地开垦面积为372.57 km~2,开垦主要来源于盐碱地、荒漠草地和沙地,分别占耕地开垦面积的24.7%、24.4%和21.05%。耕地转变为其他土地覆被类型的面积为103.19 km~2,转变后的主要去向分别是居民及建设用地、盐碱地和荒漠草地,分别占耕地转变为其他土地覆被类型面积的32.78%、17.8%和15.37%。(3)土地利用/覆被变化导致总碳储量增加5.89×10~5t,其中土壤碳储量增加量为4.02×10~5t,植被碳储量增加量为1.86×10~5t;耕地变化使碳储量增加4.91×10~5t,其中使碳储量增加的转变分别是荒漠草地-耕地、沙地-耕地、盐碱地-耕地、耕地-林地,相反的转变则使碳储量减少。总体来看,临泽荒漠绿洲土地利用/覆被面积和结构均发生了变化,耕地开垦为最主要的土地利用/覆被变化,土地利用/覆被变化导致碳储量总体呈增加趋势,耕地变化是影响碳储量变化的主要因素。     

黄河三角洲自然保护区1992～2010年土地覆被变化分析

基于黄河三角洲自然保护区1992年、2000年和2010年三期遥感图像,分析近20年黄河三角洲自然保护区土地利用/覆被变化(LUCC)情况。结果表明,在1992～2010年间,黄河三角洲自然保护区内同种土地覆被类型的空间分布较一致,均以海域、滩涂和旱地为主,但同种土地覆盖类型的比重均发生不同程度的变化。总体上,旱地、河渠、水库、居民地和其他用地类型的变化程度不明显,但年际间有波动变化;草地面积虽持续减少,但总体变化不明显;灌木面积总体变化也不明显,但年际间波动较大;芦苇面积呈减少趋势,尤其是1992～2000年间,大量芦苇覆被地转化为旱地类型;养殖塘面积增加明显,近20年间增加约6.24×103 hm2,主要由滩涂、柽柳、碱蓬等开发形成;海域面积变化剧烈,海域转化为滩涂是造成海域面积减少的主要原因。黄河三角洲自然保护区LUCC改变了自然保护区的生态系统结构,降低了自然保护区的生态服务功能。造成黄河三角洲LUCC的原因既有自然因素,也有人为因素,但在该区LUCC的驱动力主要为人类活动。     

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.     

克里雅河中游土地利用/覆被与景观格局变化研究

干旱内陆河流在维系绿洲形成与发展,连接干旱区绿洲各类生态子系统中具有举足轻重的作用。以克里雅河中游为研究区,基于遥感影像分析了1995年、2005年和2015年3个时期的土地利用/覆被与景观格局变化特征,采用缓冲区分析法,揭示了土地利用/覆被与景观格局的时空变化特征,用土地覆被转移指数模型计算了土地利用转移方向。研究结果表明:1)1995—2015年,克里雅河中游耕地持续增加,草地和水体呈减少趋势,耕地增加和水体减少主要发生在河道附近,草地退化在绿洲边缘较严重。在河道附近,耕地主要由水体和草地转入,水体主要转出到耕地,而在绿洲边缘草地主要转出为其他用地;2)从景观水平看,研究区整体景观具有破碎化趋势,景观多样性降低,分离度变大,整个景观向均匀化发展,此变化在河道附近和绿洲边缘较明显。从类型水平看,耕地斑块数量持续增加,有向连片生成的趋势。草地斑块分离度越来越大,逐渐失去了在绿洲中的优势。水体有破碎化趋势;3)从土地转移指数看,研究区土地覆被总体变差;河道附近土地覆被经历了退化-改善的变化过程,而其他缓冲带则是持续退化,尤其绿洲边缘退化程度最为严重。     

基于CA-Markov模型的漓江流域土地利用模拟研究

土地利用/覆被变化是研究全球范围内的人类活动对土地利用、开发以及对环境变化的影响, 是人类可持续发展研究中必不可少的一部分。选择国家重点保护的漓江为研究对象, 基于2005、2010、2015年Landsat7TM/ETM影像, 利用ENVI对影像预处理, 最大似然进行监督分类, 借助土地转移矩阵, 选取四个(坡度、水域、建设用地、GDP指数)限制性因素作为适宜性图集, 运用CA-Markov模型预测2020年漓江流域土地利用类型。结果表明: (1) 2005-2015年漓江流域土地利用/覆被变化特征显著, 耕地、草地面积减少, 林地、水域、建设用地面积增加, 其中, 建设用地变化最大, 动态度为13.64%。(2)从土地利用转移矩阵知, 耕地向林地, 草地向林地为主要转移流, 各地类的内部转入转出较频繁。(3)模拟预测研究区2020年建设用地持续增加, 耕地、草地持续减少。研究揭示漓江流域土地利用变化的内部机制, 以期为促进研究区土地资源配置的高效性和合理性提供参考依据。     

疏勒河流域中下游LUCC及驱动力分析

借助ArcGIS和ENVI软件,对疏勒河中下游1987、1996、2000、2006和2010年等5期TM遥感影像进行解译,并分9种类型研究其LUCC特征及成因,结果表明:近23年来,人工植被面积不断扩张,共增加900 km2,自然植被不断萎缩,共减少842.9 km2;耕地、灌木林地、城建用地面积净增,无植被区面积先增后减,其他地类面积净减;各地类间相互转换频繁,主要转换方向——草地由高、中、低覆盖度到无植被区依次转换,灌木林地的增加主要由中、低覆盖度草地转化而来,水域湿地主要转出为无植被区和低覆盖度草,耕地的扩张主要得益于无植被区和低覆盖度草地的减少,无植被区向耕地净转出,向低覆盖度草地净转入,城建用地的增加主要由耕地和无植被区转化而来,冰雪主要转出为无植被区;整个区域LUCC速度在1987—1996年间缓慢,1996—2010年间剧烈;灌溉区周边的植被覆盖有扩张的趋势,其他区域的植被处于退化状态;农业人口的急剧增长、大规模农业开发及移民政策是区域LUCC的主要原因,气温、降水和径流量等自然因素对其影响较小。     

基于InVEST模型的黄河流域产水量时空变化及其对降水和土地利用变化的响应

黄河流域是重要的水源涵养和生态屏障区,研究其水源供给服务对实现黄河流域高质量发展和生态环境保护具有重要意义。本研究基于InVEST模型和情景分析法,以土地利用覆被、气象及土壤等数据作为输入,分析了1995—2015年黄河流域产水量的时空格局以及降水变化和土地利用变化对流域产水量的影响,并探讨产水量对二者的响应。结果表明:1995—2015年,黄河流域产水深度增加,增量为24.34 mm,产水高值区集中在西部和西南部,低值区集中在西北区域,产水深度空间格局特征变化不明显;黄河流域三级流域中,龙羊峡以上流域产水量最高,约117 亿m³·a^-1,是黄河流域主要产水区,兰州至河口流域产水量最低,约0.44 亿m³·a^-1;整个流域中永久冰川及雪地的平均产水深度最大,草地是全流域产水总量的主要贡献地类,提供了总产水量的62.6%;降水对产水量的影响比较显著,土地利用/覆被变化对产水量的影响较小。     

LUCC及气候变化对澜沧江流域径流的影响

运用SWAT模型,通过设置不同情景,定量分析了澜沧江流域土地利用与土地覆被变化(Land Use and Land Cover Change,LUCC)和气候变化对径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5两种排放情景对流域未来径流的变化进行预估。结果表明:SWAT模型在澜沧江流域径流模拟中具有很好的适用性,率定期和验证期的模型参数R~2分别达到0.80、0.74,Ens分别达到0.80、0.73;从土地利用变化方面考虑,流域内的农业用地转化为林地或草地,均会导致径流量的减少,而林地转化为草地则会引起径流量的增加,农业用地、林地、草地三者对径流增加贡献顺序为农业用地草地林地,从气候变化方面考虑,流域内的径流量与降雨量成正比,与气温成反比;2006—2015年间澜沧江流域气候变化引起的月均径流减少幅度强于LUCC引起的月均径流增加幅度,径流变化由气候变化主导;在RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下,2021—2050年间澜沧江流域的径流均呈增加趋势,这与1971—2015年间流域实测径流的变化趋势相反。     

黄河流域城市群土地利用及生态效率时空演变分析

黄河流域城市土地资源的合理高效利用和生态环境的治理可加强其生态保护和高质量发展进程,有效测度城市土地利用及生态效率至关重要。基于随机前沿分析（Stochastic Frontier Analysis,SFA）模型测算黄河流域7个城市群59个城市的土地利用效率（Land Use Efficiency,LUE）、生态绩效指数（Ecological Performance Index,EPI）和生态效率（Ecological Efficiency,EE）,探究其时空变化规律并进行空间自相关分析。结果表明：对比分析非约束模型与约束模型的结果可知,加入生态变量后的LUE平均值增加4.43%。黄河流域城市群LUE年平均值为0.89,多数城市LUE呈增加趋势,空间上呈现出西低东高的分布特征;EPI大于0的城市占比90%以上,其对土地利用效率有正向贡献;城市群EE年平均值为0.62,在空间上呈现出西高东低的分布格局,并存在显著正向的空间聚集格局特征;EE与LUE呈U型关系变化,LUE随EE增大呈现出先降低后提升的变化趋势。未来黄河流域应提高资源利用强度,优化资源配置,深化城市群跨区域交流合作,注重城市生态效率提升,构建高质量发展大格局。     

地埂植物篱对大型土壤动物多样性的影响

为了解地埂植物篱作为农田边界对于大型土壤动物多样性的影响,2006年冬季和2007年春季对桑园、桑埂、橘园、橘埂和农田大型土壤动物群落结构进行了调查,共获得大型土壤动物 4533只,隶属于3门、9纲、24类.结果表明,不同土地利用方式大型土壤动物群落的个体密度、类群数和DG多样性指数均存在显著差异.无论在冬季还是在春季,地埂植物篱桑埂和橘埂的个体密度、类群数和DG多样性指数均显著高于农田;冬季桑园和橘园的个体密度、类群数和DG多样性指数也显著高于农田.大型土壤动物群落的个体密度和类群数在垂直分布上与土壤含水量、全N和有机质含量的垂直分布规律一致,均随着土层深度的增加而递减.主成分分析表明,桑埂、橘埂和橘园的大型土壤动物群落组成与桑园和农田存在显著差异,桑园与农田也存在显著差异.地埂植物篱的存在对于大型土壤动物多样性保护具有重要意义.     

Regression Techniques for Examining Land Use/Cover Change: A Case Study of a Mediterranean Landscape

In many areas of the northern Mediterranean Basin the abundance of forest and scrubland vegetation is increasing, commensurate with decreases in agricultural land use(s). Much of the land use/cover change (LUCC) in this region is associated with the marginalization of traditional agricultural practices due to ongoing socioeconomic shifts and subsequent ecological change. Regression-based models of LUCC have two purposes: (i) to aid explanation of the processes driving change and/or (ii) spatial projection of the changes themselves. The independent variables contained in the single ‘best’ regression model (that is, that which minimizes variation in the dependent variable) cannot be inferred as providing the strongest causal relationship with the dependent variable. Here, we examine the utility of hierarchical partitioning and multinomial regression models for, respectively, explanation and prediction of LUCC in EU Special Protection Area 56, ‘Encinares del río Alberche y Cofio’ (SPA 56) near Madrid, Spain. Hierarchical partitioning estimates the contribution of regression model variables, both independently and in conjunction with other variables in a model, to the total variance explained by that model and is a tool to isolate important causal variables. By using hierarchical partitioning we find that the combined effects of factors driving land cover transitions varies with land cover classification, with a coarser classification reducing explained variance in LUCC. We use multinomial logistic regression models solely for projecting change, finding that accuracies of maps produced vary by land cover classification and are influenced by differing spatial resolutions of socioeconomic and biophysical data. When examining LUCC in human-dominated landscapes such as those of the Mediterranean Basin, the availability and analysis of spatial data at scales that match causal processes is vital to the performance of the statistical modelling techniques used here.     

Landscape transformation after irrigation development in and around a semi-arid wetland ecosystem

The objectives of this study are to determine the spatial and temporal land use/cover changes in a semi-arid agricultural basin (Develi Basin) after the implementation of an irrigation project and to understand how these changes affected the wetlands (Sultan Marshes) located in the basin. The changes were determined using multitemporal Landsat Thematic Mapper and Landsat 8 Operational Land Imager imagery taken in 1987, 1998, 2007, and 2013. The images were classified into six information classes (grasslands/shrublands, croplands, permanent wetlands, water bodies, barren, and urban/built-up) using a hybrid classification method. Post-classification change detection was applied to determine the changes between different years. Overall, the accuracy of the classified images ranged from 85 to 94%. Grasslands/shrublands covered the largest area in the basin (63% in 2013), followed by croplands (32% in 2013). The area covered by water bodies, permanent wetlands, barren, and urban/built-up was 5% (in 2013). From 1987 to 2013, croplands expanded by 56%, while grasslands/shrublands declined by 15%. The areas occupied by water bodies decreased by 88% and permanent wetlands decreased by 4%. Urban/built-up areas expanded by 140%. The hydrologic regime of the Sultan Marshes wetland changed, which resulted in declines in water volumes by 85% and in water inflows by 55% from 2000 to 2015. Climatic variations during the 1987–2013 period were low and there was no apparent trend in precipitation and air temperature, which ruled out climatic conditions as one of the drivers of wetland changes. Economic and institutional factors supported the expansion of irrigated agriculture and animal husbandry in the basin and accelerated the expansion of croplands and conversion to industrial and fodder crops and orchards from traditional non-irrigated crops. Expansion of croplands and irrigated agriculture were the major drivers of the changes in the Sultan Marshes.

     

Application of watershed analyses and ecosystem modeling to investigate land–water nutrient coupling processes in the Guadalupe Estuary, Texas

Estuarine nutrient enrichment is thought to be controlled by land use patterns in coastal watersheds. Hence, the objective of this work was to conduct a watershed analysis in two adjacent river basins with different land use characteristics to determine their influence on estuarine ecosystem response in the Guadalupe Estuary, Texas, U.S.A. All data sources for this study were available electronically on the Internet; the data were mined, managed, analyzed and transformed to simulate the estuarine ecosystem response to watershed-derived nutrient loads. Between 1992 and 2001, developed land use/land cover increased the most while forest cover decreased the most in both basins. Two hydrologic units nearest the coast were responsible for the greatest change in land cover. Nutrient concentrations and loads were significantly higher in the San Antonio River Basin than in the Guadalupe River Basin. Both river basins exhibited the highest flows ever recorded in 1992, however the magnitude of difference in loads between the two coastal hydrologic units for a wet and dry year was much greater in the Guadalupe River Basin (GRB) than in the San Antonio River Basin (SARB); this difference supports the concept that the GRB is a nonpoint source dominated system and SARB is a point source dominated system. There was a strong correlation between developed land use and nutrient concentrations in river water; the GRB had less developed land use and lower nutrient concentrations while the SARB had more developed land use and higher nutrient concentrations. Estuarine ecosystem response differed in the timing, duration and magnitude of DIN, phytoplankton and zooplankton when nitrogen loads from the Lower Guadalupe River were used as opposed to the Lower San Antonio. The two basins studied differ in their fundamental characteristics, i.e. precipitation, flow, human population density, etc., resulting in different drivers of nitrogen loading, point sources in the San Antonio River Basin and nonpoint sources in the Guadalupe River Basin, therefore, differing estuarine ecosystem responses.     

Impact of LUCC on landscape pattern in the Yangtze River Basin during 2001–2019

Evaluating the influences of LUCC (Land Use/Land Cover Change) on landscape pattern is significant for understanding and improving ecological environment system management. This study used landscape pattern as an important indicator to estimate the impacts of the LUCC in the Yangtze River Basin from 2001 to 2019. Based on the remote sensing images of LULC (Land Use/Land Cover) in the Yangtze River Basin in 2001–2019, the dynamic attitude and transfer matrix of LULC, and landscape pattern indices were employed to analyze the LUCC and the impact of LULC on the landscape pattern of the Yangtze River Basin. The results of LUCC show that the main LUCC in the Yangtze River Basin during 2001–2019 is mainly manifested by the increase of water body, forest, wetland, crop/natural vegetation mosaic (NVM) and urban, among which the forest increased the most by 62,635 km². The areas of grassland and cropland are decreasing, with the grassland decreasing the most. Forest, crop/NVM and cropland are transformed into grassland, which complements the lack of grassland to some extent. LUCC in the Yangtze River Basin is most intense between grassland and forest. Landscape pattern shows: Grassland occupies an important advantage in the whole landscape structure. Forest, grassland and urban landscapes are seriously fragmented, and their LSI (Landscape Shape Index) is more complex than others. The connectivity between various landscape types is weakened, and the degree of landscape fragmentation is increased, but the LULC structure is becoming more and more abundant. The areas with high landscape fragmentation value have richer landscape diversity and diverse LULC types. There is a strong correlation between grassland and the four landscape pattern indices. The change of landscape pattern in the Yangtze River Basin is influenced by natural factors and LUCC in the Yangtze River Basin, and the change caused by human activities is the main driving factor of LUCC.