1998-2014年艾比湖湿地自然保护区生态系统服务价值及其时空变异

湿地的生态系统服务价值是生态学研究的热点之一。以艾比湖湿地自然保护区为研究区,以1998年的TM影像、2006年的Landsat ETM+影像及2014年的Landsat OLI影像为数据源,采用Costanza生态系统服务价值公式进行生态系统服务价值评估,结合空间自相关模型,定量探讨了艾比湖湿地自然保护区生态系统服务价值时空分异特征。结果表明：（1）近20年来,研究区的土地利用/覆被变化显著,除了水体和裸地面积减少,其它土地覆被类型面积都有不同比例的增加。（2）在生态系统服务价值方面,近20年来ESV（Ecosystem Services Values）整体变化不大,但近年ESV有所降低,生态环境出现恶化趋势。（3）在生态系统服务的时空变异方面,研究区ESV空间正相关显著,空间集聚程度高值区主要集中在艾比湖水域和湿地,并且高值区有增加向减少转变的趋势,低值聚集区在湖区四周,且逐年增加。（4）近20年来,影响研究区生态系统服务价值时空变化的驱动力因素主要包括自然因素和人为因素,人为因素是研究区生态系统服务价值时空变化的主要驱动因素。     

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。     

辽河三角洲湿地生长季蒸散量时空格局及影响因素

蒸散是湿地系统水分损失的重要途径之一,有效量化湿地蒸散量并对其时空格局进行研究具有重要意义。本文以Landsat数据和气象观测数据为基础,利用SEBAL模型估算辽河三角洲湿地1985—2017年共8期植被生长季的蒸散量,并分析其时空格局和影响因素。结果表明:(1)反演得到的蒸散量平均相对误差为9.01%,估测值与实测值相关系数为0.61,基本满足湿地蒸散研究需求;(2)研究区多年日蒸散量均值和相对变化率整体呈双峰态势,极小值出现在2005年,极大值出现在1989年和2014年;(3)日蒸散量具有水陆交界处最低、西部较低、中东部和南部高的趋势,具有显著的空间分异特征;(4)不同土地利用/覆被类型的蒸散量大小依次为:水体区湿地植被区非湿地植被区非植被区(除水体外),多年不同土地利用/覆被类型的蒸散量变化也呈双峰态势,日总蒸散量变化与土地利用转型有关,土地利用/覆被是导致湿地蒸散时空分异的重要因素;(5)平均蒸散量与太阳辐射、气温、风速、相对湿度四个气象因子加权值显著相关,相关系数为0.69,两者年际波动趋势基本一致,蒸散量变化与气象条件变动联系密切。     

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。     

1973—2020年黄河三角洲滨海盐沼湿地景观格局演化模式和驱动因素

明晰滨海盐沼湿地景观格局演化模式和驱动因素,有助于制定合理的盐沼湿地修复策略、维护区域生态系统健康和可持续发展。以黄河三角洲滨海盐沼湿地为例,基于Landsat系列卫星影像获取1973—2020年共十个时期土地利用/覆被数据,得出盐沼湿地时空变化及其与周边土地利用/覆被的相互转化;利用改进的景观格局状态与演化识别模型(SEDMS),分析盐沼湿地景观格局演化模式,并利用地理探测器探究其空间分异驱动因素。结果表明：(1)1973—2020年,盐沼湿地面积减少了252.35 km²,空间范围总体向外海迁移且趋于集中。盐沼湿地转出类型主要为草地、养殖池/盐田和耕地,转入类型主要为滩涂未利用地和水体。(2)盐沼湿地景观格局演化模式呈明显的阶段性特征：1973—1995年为动荡期,演化模式以消失和破碎为主导;1995—2010为过渡期,格局演化模式逐渐由消失和破碎为主导转变为扩张为主导;2010年后为稳定期,格局发生演化的区域较少,总体以新增和扩张为主。(3)36%的盐沼湿地出现了多次格局演变模式的转变,滩涂未利用地、耕地对于景观格局演化频数的影响最为显著,人工表面、养殖池/...     

三江平原土地利用/覆被变化对区域植被碳储量的影响

通过历史时期地图数字化和遥感图像解译得到三江平原1954～2005年的6期土地利用/覆被数据。根据IPCC《2006指南》提供的方法,评估土地利用/覆被变化对三江平原植被碳储量的影响。结果表明:三江平原1954～2005年土地利用/覆被变化显著,农田大面积增加,沼泽湿地、林地、草地面积锐减;土地利用/覆被变化主要发生在农田、沼泽湿地、林地和草地之间;农田是沼泽湿地、林地、草地的主要转出对象,林地的主要转入来源为农田和草地,沼泽湿地的主要转入来源为农田和林地。1954～2005年共有1.07×10³km²林地、5.73×10³km²草地和2.59×10⁴km²沼泽湿地转出为农田。土地利用/覆被变化导致三江平原植被碳储量不断减少,1954～2005年三江平原植被碳储量共减少57.48Tg。林地、沼泽湿地、草地向农田的转化及林地向草地、沼泽湿地的转化导致植被碳储量减少97.06Tg,农田向林地、沼泽湿地、草地的转化及草地、沼泽湿地向林地转化导致植被碳储量增加39.58Tg。     

基于CLUE-S和InVEST模型的南四湖流域生态系统产水功能对土地利用变化的响应

土地利用/覆被变化对水文过程与水资源利用具有重要影响,是流域生态系统产水功能的驱动力之一.以山东省南四湖流域为研究对象,分析1990—2013年土地利用变化,运用CLUE-S模型预测未来土地利用变化趋势,并基于土地利用变化格局,采用InVEST模型的产水模块和空间制图探讨了近25年、未来城市化增长情景以及流域生态保护管理情景下土地利用变化对产水功能的影响.结果表明: 近25年来,随着南四湖流域城市化进程的加快,城市建设用地增加3.5%,耕地面积减少2.4%,城市用地的增加主要来源于耕地转换;InVEST模型模拟显示,城市建设用地的增加会促进产水,由此引起产水功能在过去25年中先降低后升高,2013年最高达到232.1 mm;CLUE-S模型模拟预测现状增长情景下土地利用变化,按照城市化快速发展的速度,城市建设用地将增加6.7%,由此导致2030年产水量显著增长,流域洪水风险亦会相应升高;湖区周围300 m缓冲区实施退耕还林情景模拟表明,这一生态措施会明显降低流域产水量,较2013年减少1.2%.     

内蒙古大兴安岭林草交错带景观动态分析

为加强对林草交错带生态系统的科学管理，进一步促林草资源保护与合理利用，迫切需要摸清交错带景观本底并分析其时空动态演化趋势。以大兴安岭林草交错带为研究对象，选取2000、2010年Landsat 5 TM影像和2018年Landsat 8 OLI影像，利用面向对象的决策树分类算法建立3期土地利用数据集，据此分析土地利用动态变化与景观格局演变特征，然后利用状态转换模拟模型STSM模拟研究区2025年的土地利用数据。结果表明：（1）2010年林地、草地、耕地、湿地、人工表面、盐碱地及荒漠和过火区面积占比分别为46.93%、31.66%、5.02%、13.73%、1.08%、1.55%和0.04%；2018年分别为46.89%、31.69%、4.99%、13.72%、1.15%、1.54%和0.02%。（2）景观尺度上，2010-2018年间林地面积减少43.55 km²，破碎化程度加剧、景观完整性降低、景观构成愈发复杂；草地面积增加38.11 km²，其景观完整性升高。（3）在现行趋势下，预测2025年研究区林地、草地、人工表面和过火区面积分别增加92.27、183.21、66.2 km²和10.25 km²；耕地、湿地和盐碱地及荒漠面积分别减少184.2、2.89 km²和164.84 km²。林火频发是导致研究区林地面积减少的主因，模拟的过火区面积增加提醒森林管理部门要严控林区用火风险并增强火灾扑救能力建设。后期"天然林保护"工程和"退牧还草"政策的实施是生态环境改善的主因。在制定区域发展战略时，需要充分平衡农业生产与城市扩张之间的竞争性，满足区域耕地红线的基本要求。     

基于生态系统服务价值变化的焉耆盆地环境与经济协调发展

运用土地利用/覆被生态系统服务价值估算模型并结合生态与经济协调度,定量分析焉耆盆地1985、1990、1996、2000、2005和2011年土地利用/覆被变化引起的生态系统服务价值变化,并对研究区环境与经济协调发展的水平及区域差异进行评估.结果表明: 1985-2011年,焉耆盆地的湿地、水域、建设用地、耕地和沙地面积均增加;而草地、盐碱地和林地面积均减少;焉耆盆地的生态系统服务总价值呈逐渐增加趋势.其中,水域和耕地对生态系统服务总价值的贡献率最大,草地和林地对生态系统服务总价值的贡献呈明显下降.研究区生态经济的发展总体上处于低度冲突和低度协调水平的状态,对区域水土资源实行合理与有效的利用是实现焉耆盆地生态系统服务功能维持、发展与经济可持续、协调发展的关键.
     

1991—2021年现代黄河三角洲土地利用/覆被时空变化及其对人类活动强度的响应

采用1991、1996、2001、2006、2011、2016和2021年7期Landsat系列遥感影像为数据源,在ENVI和ArcGIS支持下构建黄河三角洲景观类型图,运用土地利用动态度、人类活动强度模型、皮尔逊相关系数等方法对近30年黄河三角洲滨海湿地土地利用类型时空变化、人类活动强度及二者的关系进行评价。研究表明：(1)近30年现代黄河三角洲面积呈小幅度波动变化特征,自然湿地、人工湿地和非湿地面积的年均变化率分别为-1.52%、15.17%和1.95%。(2)黄河三角洲土地利用类型由单一逐渐多样,综合土地利用动态度在2011—2016年最大(3.28%)。(3)研究时段内现代黄河三角洲建设用地当量面积和人类活动强度指数均呈现上升趋势,30年期间建设用地当量面积由212.33 km²增至501.26 km²,人类活动强度由7.93%升高至18.84%。(4)研究期内现代黄河三角洲土地利用/覆被时空变化与人类活动强度变化具有一致性、同步性和显著相关性,说明人类活动与研究区土地利用变化关系密切。     

Analysis of land cover and landscape change patterns in Ebinur Lake Wetland National Nature Reserve,China from 1972 to 2013

For effective monitoring and protection, researchers need to analyze the trends and causes of landscape pattern change in wetlands. The present study used Geographic Information System and remote sensing technology to analyze temporal and spatial dynamics of landscape pattern and related driving forces in the Ebinur Lake Wetland National Nature Reserve (ELWNNR) in China. We used Landsat images from 1972, 1998, 2007 and 2013, and classified the landscape into six types of land cover: water body, wetland, vegetation, salinized land, desert, and other objects (i.e., Gobi and Mountain). Landscape transition matrices and change pattern analysis were used understand wetland dynamics. Our results showed that land cover had changed dramatically during 1972–2013. The spatial extent of much of the wetland areas in the ELWNNR had reduced gradually from 1972 to 2007, and wetland loss occurred more rapidly after 2007. From 1972 to 2013, 415.8 km² of wetland area had been lost and only 250.1 km² wetland area had expanded, which represents a 22% decrease in wetland area in the ELWNNR. At the same time, the landscape pattern experienced diverse changes in the Nature Reserve. The high-density human population of the region has an intensive effect on the region. Wetlands in the nature reserve have also changed with recent rapid development in the region. This study may provide scientific information for developing effective and sustainable conservation plans for the ELWNNR.     

艾比湖区域水质空间分布特征及其与土地利用/覆被类型的关系

为深入了解艾比湖周边水质空间格局的变化,利用2014年5月及2014年10月实测水样采样点研究了艾比湖区域4个水质指标的空间变化趋势,包括p H、电导率、矿化度及全盐。结果表明:(1)探讨2014年内干湿季水质的空间分布趋势,从总体上看,p H表现出明显的交错模式;电导率、矿化度及全盐在干湿季变化差异较大,高值均聚集在艾比湖周围,而在耕种土地、天然梭梭林附近值则较低;(2)分析各水质的空间自相关性,p H的HH主要分布于艾比湖北部,LL则主要集中于艾比湖南部。HL的分布,说明有较高p H值的点被有较低p H值的点所包围,表明了水质在一定程度上存在空间异质性。电导率、矿化度及全盐在沿着艾比湖周边到甘家湖梭梭林自然保护区随着地势的增高呈现出由HH-LH-LL的转变。(3)建立水质参数与各土地利用/覆盖类型之间的关系,研究表明研究区内林草地、盐渍地及耕地对水质的影响相对较为显著。(4)为了研究水质变化因素,选取耕地、林草地、盐渍地和未利用地与水质参数分别建立优选多元线性回归模型,所得到的相关系数R分别为0.58、0.72、0.74、0.71,结果表明优选拟合模型与数据的拟合程度较好。总之,开展艾比湖区域水质空间格局的变化趋势研究,对于干旱区水质的时空分布具有重要的理论和实际意义。     

1998-2013年新疆艾比湖湖面时空动态变化及其驱动机制

采用1998年9月,2002年9月,2007年9月,2011年9月以及2013年9月多期Landsat数据,利用归一化水体指数模型(NDWI)和修正归一化水体指数模型(MNDWI)提取新疆艾比湖水域面积,研究近年来艾比湖湖面的动态变化。以最大似然分类结果作为标准,验证了用NDWI和MNDWI模型提取面积的精度,得出NDWI模型所提取的湖泊面积更符合实际情况,湖泊总面积从1998年的519.26km²减少到2013年的422.73km²,缩小了18.59%,表明目前艾比湖正在退化,从而促使生态环境受到影响。对5期影像中的艾比湖湖面进行了边界的提取和叠加,利用湖泊面积动态模型研究艾比湖湖面积的动态变化,在此基础上分析了影响艾比湖湖面积变化的驱动机制,近年来随着温度的逐渐升高,降水量呈下降的趋势,加上大量的蒸发作用、径流量变化及沙尘日数等综合作用的结果,导致了艾比湖面积的缩小。多年来艾比湖流域内随着人口数量的增加、耕地面积的不断扩张、牲畜的大量增长,导致需水量逐渐增大,因此也是导致湖面面积减少的主要原因之一。开展艾比湖湖面时空动态变化及其驱动机制研究,对于干旱区湖泊来说具有重要的理论和实际意义。     

艾比湖区域景观格局空间特征与地表水质的关联分析

为进一步明确区域土地利用/覆被—景观格局对河流水质影响的空间尺度。选择新疆艾比湖区域为研究对象,以25个水质采样点为中心,建立5种尺度的河流缓冲区并提取不同尺度下的土地利用/覆被-景观格局数据。首先,通过主成分分析获得水环境的主要水质变量。其次,利用冗余分析(RDA)方法探讨研究区不同宽度缓冲区土地利用/覆被—景观格局对河流水质的影响,获得水质管理的有效缓冲区。最后,引入突变点分析方法进一步寻找导致水质变量沿景观梯度突变的特定位置。结果表明:(1)土地利用/覆被—景观格局在不同宽度缓冲区内对河流水质的影响不同。4 km缓冲区土地利用/覆被—景观格局对区域水质有较强的分异解释能力,因此4 km缓冲区的景观格局合理配置对河流水质管理尤为重要。(2)通过偏RDA分析发现4 km缓冲区中,影响区域水质的主要环境变量为景观水平斑块密度、类型水平耕地斑块密度和森林聚集度。(3)在偏RDA分析的基础上,对4 km缓冲区内的景观指数进行突变点分析研究,发现区域景观水平斑块密度为90—105 m/hm~2,类型水平耕地的斑块密度ED值在90—110 m/hm~2、林草地的AI值在70%—90%,是艾比湖区域水质保护的最佳突变值,该值为艾比湖区域水质保护的阈值。本研究从多个角度对新疆艾比区域的土地利用/覆被—景观格局对区域水质的影响进行定量分析,揭示该地区景观生态变化的规律,为区域景观格局优化和土地合理规划提供理论依据,并对改善"丝绸之路经济带"生态环境、实现资源可持续利用具有重要的现实意义和理论价值。     

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。     

鄱阳湖自然保护区生态承载力

为了定量分析自然保护区的生态承载力变化情况,促进自然保护区的可持续发展,以鄱阳湖自然保护区为例,利用RS与GIS技术获取1985、1995、2005年3个年份的保护区土地利用变化情况,计算出相应年份的生态承载力,分析其动态变化和空间分异情况,并结合生态盈亏情况和生态协调情况,对保护区可持续发展进行评价。结果表明:鄱阳湖自然保护区成立以来,土地利用类型相对比较稳定,变化主要集中在草地(增加了15.22%)、水域(增加了7.05%)和未利用地(减少了18.19%);人均生态承载力在不断提高,3个年份的人均生态承载力分别为0.8284、0.8568、1.0534hm2。其中,保护区生态承载力较高的吴城镇、铁河乡、昌邑乡处于生态盈余状态,三角乡、沙湖乡处于生态持平,其他乡镇处于生态赤字。整体上,保护区东南面生态承载力较好,西北面生态承载力较弱,整个保护区生态协调度为1.414,处于可持续发展状态。     

近40年艾比湖湿地自然保护区生态干扰度时空动态及景观格局变化

以新疆艾比湖湿地为研究区,利用1972、1998、2007年及2013年4个时期的Landsat遥感影像作为数据源,并结合湿地的土地覆被状况,参考《全国土地利用分类》建立艾比湖湿地生态干扰类型分类系统。借助生态干扰度指数、景观格局指数以及GIS空间分析方法,探讨艾比湖湿地的生态干扰度的时空动态及景观响应机制。结果表明:(1)1972—2013年,研究区的生态干扰度总体呈现较为稳定的趋势,但其空间分布发生变化。生态干扰度类型之间的转化速率有加快的趋势。(2)1972—2013年,边缘密度指数(ED),平均形状指数(MSI),面积加权的平均斑块分形指数(AWMPFD)及景观分离度(DIVISION)4项景观格局指数大体呈上升的趋势,2013年区域的景观指数较为稳定。(3)景观格局指数与生态干扰程度有密切的一致性。生态干扰度与景观格局指数空间分布相关性大小依次为:边缘密度指数(ED)景观丰度密度(PRD)香农多样性指数(SHDI)平均形状指数(MSI)面积加权的平均斑块分形指数(AWMPFD)景观分离度(DIVISION)。客观系统的认识和评价艾比湖湿地的生态系统及环境,可为干旱区实现自然环境的保护,协调土地利用及环境保护之间的关系提供较为实用的参考。