基于土地利用/覆被变化的流域景观格局与水沙响应关系研究

以黄河流域的2个典型流域为研究对象,借助GIS和Fragstats平台与长系列水沙数据,分析流域景观格局和水沙变化特征,并探讨景观指数与径流输沙的关系。结果表明:(1)两个流域优势景观类型为草地,1985—2010年间变化最大的景观类型分别为未利用土地(25a变幅为453.94 km~2)和耕地(25a变幅为52.85 km~2);(2)秃尾河流域景观均向规则、高连通和高度聚集的方向发展。孤山川控制流域内景观多样性和聚集度逐渐增加,整体向好。秃尾河流域景观稳定性指数高于孤山川流域,两流域草地和未利用土地地稳定性均呈增加趋势,而城乡工矿用地则相反。(3)流域年径流量和泥沙量均呈现逐年同步减小的趋势。秃尾河年径流量明显高于孤山川,但孤山川流域泥沙量与秃尾河流域相近。两流域径流泥沙相关关系显著,秃尾河流域相关系数(0.48)明显低于孤山川流域(0.85)。(4)景观指数与径流量、泥沙量呈显著线性相关,其中景观多样性相关的指数SHDI、SIDI、SHEI和SIEI均与径流呈极显著正相关,而泥沙仅与CONTAG、COHESION呈显著负相关。     

干旱区绿洲土地利用/覆被及景观格局变化特征——以新疆精河县为例

从宏观上运用3S技术,利用1972年MSS、1990年Landsat TM、2001年Landsat ETM+和2005年CBERS 4个时期遥感影像数据,将GIS和景观生态学的数量分析方法相结合,运用ArcGIS以及Fragstats,分析了干旱区绿洲精河县1972～2005年间的土地利用/覆被和景观格局的变化.结果表明:(1)1972～2005年的33a中,精河县LUCC的总体变化趋势是绿洲面积有小幅度扩张,其中人工绿洲面积扩张尤为显著,天然绿洲面积减少.(2)研究区水域面积的变化受艾比湖湖面面积的变化影响较大,变化不显著,但总体上呈缓慢增长的趋势.(3)盐渍地面积的变化经历了先扩张后减小的一个过程.1990年达到最大值,但到2005年面积又有很大程度减少.沙地面积小幅度减小,其他地类的面积始终呈增加趋势.(4)景观在各个研究时段也发生显著变化.总的来说,整个研究区景观的密度持续增大,最大斑块指数先减小后增大,面积加权形状指数减小,形状趋于规则;斑块间的最邻近距离减小.表明1972年时景观中的优势斑块类型的连接性较2005年好,逐渐向具有多种要素的密集格局演变,景观更加破碎.同时不同斑块间的分离度增大,也说明景观破碎化程度加深.从香农多样性指数和香农均度指数的变化可以看出,景观的多样性增加,且均度增强.景观多样性及破碎化程度增加,也反映了土地利用越来越丰富.总之,要实现区域土地资源的可持续发展和景观生态功能的良性发挥,必须注重土地利用格局优化,维护景观生态过程与格局的连续性.     

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。     

晋北地区土地利用覆被格局的演变与模拟

区域土地利用覆被变化及未来发展情景对区域土地管理和可持续发展具有重要意义。以地处农牧交错带、土地利用覆被变化剧烈的晋北地区为研究区,获取其2010、2015年的土地利用覆被(Land use/land cover,LULC)数据,选取高程、人口、经济、气温、降水等9种影响因素作为驱动因子,采用CLUE-S模型拟合研究区2015年的土地覆被格局并判断拟合精度,在此基础上,分别设置了3种社会经济发展情景,模拟这些情景下研究区2020年的土地利用覆被格局演变。结果表明:1)晋北地区土地利用覆被以耕地、林地和草地为主,各类型土地主要呈西北斜向的条带状分布;2)Logistic回归模型可以很好地提取LULC与驱动因子之间的关系,反映不同的驱动因素对不同的土地利用类型分布格局的影响效果及程度;3)CLUE-S模型在晋北地区土地利用覆被格局的拟合上有较好的精度,模拟Kappa系数值达0.89,表明该模型能够很好地模拟晋北地区的土地利用覆被;4)情景模拟结果表明,研究区生态保护情景(c)下的土地利用覆被格局明显优于维持现状情景(a)和经济优先情景(b),建议在未来土地开发利用过程中,应当减缓工矿用地增...     

岩溶地区土地利用/覆被变化的水文效应研究进展

随着国家对西南岩溶地区社会经济发展政策的深入推进和石漠化治理等生态修复工程的建设实施, 西南岩溶地区的土地利用和覆被发生了迅速改变, 加之岩溶水文环境自身的敏感性, 土地利用/覆被变化已对区域水文水循环过程产生了重大影响。在对西南岩溶水文环境特性简要分析的基础上, 从西南岩溶地区地表植被变化、农业生产活动、城镇化进程三个主要方面对土地利用/覆被变化的水文效应研究现状进行了简要评述, 总结概括提出了加强岩溶地区土地利用/覆被变化的水文水循环响应监测、评价及其反馈机制研究、岩溶区土地利用/覆被变化对水文水环境影响的定量化模拟和预警、岩溶区土地利用/覆被变化下的水土资源优化配置研究、气候变化背景下土地利用/覆被变化对岩溶地质碳汇的影响研究、极端气候变化叠加影响下的水文效应与调控机制研究等五个主要发展方向, 并探讨了开展未来研究的重点及难点问题。     

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Google Earth Engine平台与复杂网络的黄河流域土地利用/覆被变化分析

黄河流域在中国社会经济发展和生态安全方面的地位十分重要,过去几十年的自然演变和人类活动对其造成了深远影响,系统科学地认识黄河流域的环境格局变化是实现黄河流域高质量发展的重要前提。基于Google Earth Engine平台和复杂网络分析方法,解译并分析了1986年至2018年黄河流域的连续年度土地利用/覆被变化(LUCC)。基于1000个独立验证点进行的评估显示解译的覆盖黄河流域33年的年度土地利用/覆被数据集的7个一级类的总体准确率为82.6%,15个二级类的总体准确率为74.7%。分析结果显示黄河流域的土地系统在整个研究期间呈现出复杂的时空变化,主要的LUCC模式包括：不变或很小的变化、伴随耕地流失的城市扩张、草地恢复、果园和梯田扩张和森林增加。基于复杂网络方法对黄河流域土地系统的分析表明,土地利用/覆被转移网络中的高覆盖草地、低植被覆盖地表和落叶常绿混交林与其他地类的转移较频繁,地类节点的中介中心性和度值较高,是黄河流域土地系统中的关键地类。另外与人类活动关系密切的果园和梯田、谷物耕地和城市及建设用地节点组成了较为活跃的网络社区结构,它们都有较高的结构多样性、接近中心性,这些地...     

疏勒河中游生态服务价值对土地利用变化的响应

利用ArcGIS 9.2和ERDAS 9.1软件平台和生态经济学方法,采用Costanza等生态系统服务价值计算公式,结合中国陆地生态系统服务单位面积价值,探讨了疏勒河中游1990-2010年土地利用和生态系统服务价值变化特征.结果表明:1990-2010年,疏勒河中游土地利用以未利用地、牧草地、耕地为主,三者面积占研究区总面积的98.2％,20年间土地利用整体特征并未发生重大变化;疏勒河中游主要土地利用变化发生在耕地、建设用地和牧草地,土地利用动态度分别为13.6％、8.0％和7.7％;生态系统服务价值总体呈上升趋势,从344.85亿元增加到485.11亿元,牧草地和水域对研究区总体生态系统服务价值的贡献率最大.研究区生态经济的发展已经处于低度协调水平的边缘,需要加强生态环境保护力度.     

陕北黄土高原土地利用/土地覆被变化中植被固碳释氧功能价值变化

利用陕北黄土高原的土地利用、气象等数据,测算了该区土地利用土地覆被变化(LUCC)引起的植被固碳释氧服务功能价值的变化,结果表明:1996年区域固碳释氧功能价值比1986年增加了9.97718亿元,2001年固碳释氧功能价值比1986年增加了13.61481亿元。这种价值变化反映出实施退耕还林还草政策以及合理控制城镇建设用地的扩张对提高陕北黄土高原生态服务功能有着十分重要的意义。     

河西走廊土地利用/覆盖变化的景观生态效应——以肃州绿洲为例

近来,在土地利用／覆被变化研究中,都纷纷结合景观格局变化分析模型来研究其空间结构变化趋势及其生态效应,以期为土地持续利用规划设计提供依据。景观格局及其变化既是各种干扰因素相互作用的结果,又影响着区域的生态过程。运用景观生态学原理,借助GIS技术(Arc GIS8．1)和Fragstas 3．3软件,基于1988、2000年Landsat5的4、3、2(RGB)波段合成影像解译结果,对河西走廊中西段肃州绿洲LUCC及其景观生态效应进行了研究。结果表明：(1)受自然地理要素的影响,景观类型空间分布表现出明显的区域差异。耕地主要分布于水系两岸和河流冲积扇;草地主要分布于祁连山地及绿洲边缘;林地主要分布于河流两岸、祁连山北坡一带;戈壁、沙漠广泛分布于绿洲之间,景观格局呈现出以戈壁为基质的戈壁、绿洲、沙漠相间分布的态势;(2)各土地利用类型及景观格局指数均发生了重要变化,耕地、水域明显增加,城镇用地和农村居民点也逐步增加,草地、林地和未利用地呈减少趋势,尤其是高覆盖度草地全部消失;(3)斑块破碎化程度在减小,异质性也在减小,但生态环境质量仍在下降,表现为大部分草地、林地被开垦为耕地,降低了绿洲维护生态平衡的能力,加大了干旱绿洲业已超负的水资源载荷;(4)景观中斑块优势度在减小,斑块类型在景观中趋于均匀分布,异质性的减小和均质化发展必然导致景观稳定性的降低;(5)林地和草地边缘效应降低,使其对周围斑块类型的影响相应减小,原有的景观生态功能减弱;相反,水体、盐碱地和裸地边缘效应有所增强,盐碱地和裸地等对景观发展影响的增强则是景观退化的表现。     

内蒙古土地利用变化对生态系统防风固沙功能的影响

土壤风蚀是内蒙古的严重环境问题之一。在对内蒙古2000年到2010年的土地利用变化特征进行分析的基础上,分析了内蒙古土地利用变化的主要特征,以RWEQ模型估算了内蒙古2000年和2010年的固沙物质量,采用空间统计分析评估了固沙功能对土地利用变化的响应,结果表明:(1)2000—2010年土地利用变化以城镇高速发展、草地和湿地面积锐减、林地灌丛有所恢复以及荒漠环境改善为主要特征。(2)2000—2010的十年间内蒙古固沙物质总量增长了17.75%,草地总面积虽有所降低,但是部分区域草地覆盖度的上升增强了草地固沙能力,而林地的固沙物质量则由于农田、草地改为林地的短期内地表保护力的下降而有所降低。(3)十年间农田退耕还草、荒漠环境的改善、草地质量提高等土地利用变化方式有益于生态环境质量的提高,使生态防风固沙功能得以增强,造成固沙物质量提高了约0.25亿t。(4)农田开垦、城镇发展、荒漠化发展、湿地萎缩以及草地的退化等土地利用变化会使生态环境质量降低,生态系统防风固沙功能下降,累计造成的固沙物质量的减少总量约为0.19亿t。从十年间综合来看,内蒙古的土地利用变化对区域固沙功能有一定的增强作用,但是尚存在城镇发展过快、草地湿地转化压力过大、草地退化、荒漠化对固沙功能的弱化问题,需要在今后的土地利用规划和管理工作中予以改进以进一步增强区域固沙功能,构建北方地区生态安全屏障。     

云南省维西县塔城镇土地利用/地表覆盖及其空间格局变化研究

利用遥感和地理信息系统,结合野外实地参与式调查,从土地利用类型和空间格局角度,对滇西北维西县塔城镇1990和1999年的土地利用变化进行综合分析。结果表明,塔城镇10年间土地利用类型和空间结构变化较小,仍以有林地为主。但高覆盖度林地、中覆盖度林地和低覆盖度林地的结构发生了变化,低覆盖度林地从9．93％增加到18．30％,增加8．37％;高覆盖度林地减少5．35％;中覆盖度林地减少5．15％,森林植被质量下降。土地利用／地表覆盖景观变化最大的区域在海拔3400m以上的塔城镇的东南角和西南角。景观多样性、优势度降低,景观破碎化程度加深,严重影响该地区滇金丝猴的栖息地。     

2003-2018年土地利用变化对丹江口市景观格局与生态服务价值的影响

丹江口市是南水北调中线工程核心水源区,通过开展土地利用动态变化、景观格局变化与生态系统服务价值等研究,为丹江口库区生态安全提供科学支撑。以丹江口市2003-2018年4期遥感影像数据为基础,运用ENVI 5.3、ArcGIS 10.5以及Fragstats 4.2等软件,统计了丹江口市土地利用动态变化,分析了景观格局变化指数,计量了生态系统服务价值。结果表明：丹江口市土地利用类型变化显著,水域和林地面积、建设用地面积分别增加了38.07%、19.73%、11.63%,耕地和园地面积分别减少了42.83%、52.40%,除2003年土地利用程度高达25.02%,其余年份均保持在23%左右;景观空间格局变化明显,市域范围内各斑块类型趋于规则,呈均衡趋势分布,斑块类型间形成了良好的连接性,景观聚集程度逐渐提升,空间分布趋向集中;丹江口市生态系统服务价值不断增长,由2003年105.31×10⁸元增长至2018年116.99×10⁸元,其中水源涵养和土壤形成与保护生态价值最高,原材料生产、美学景观和食物生产占比较低。在未来城市建设中,应加大水域和林地的保护力度,优化调整土地利用结构,合理规划建设用地,发展无污染农业生产,适时增设自然景观,稳步提升区域生态系统服务价值。     

基于长时间序列landsat数据的科尔沁沙地土地利用演变分析

以科尔沁沙地沙丘-草甸过渡带区域主要土地覆被类型为研究对象,以1987-2017年多时相Landsat TM/OLI遥感影像解译分类为基础,参考生态学植被演替研究方法,系统分析研究区30年来的土地利用/覆被动态演变规律,研究结果表明：（1）决策树法在复杂下垫面不同覆被类型的同步识别效果较好,所有影像分类精度均达到88%以上,分类效果较好,其中2017年分类精度最高为95.24%,达到了分类研究的要求;（2）研究区存在着"半灌丛-草甸地-灌丛"的植被结构特征,且整体表现为"南进北退"的变化趋势。结合土地利用动态度分析结果表明人类活动干涉下,研究区整体上遵循了半干旱区植被条件改善的一般规律,侧面反映该研究区域生态环境的持续不稳定性和脆弱性;（3）研究区覆被类型发生变化的总面积达到2623.59 hm²,总变化强度为63.76%。其中正向演替的比例为52.61%,以半灌丛面积的持续减小与沙地草甸面积的持续扩张为主要变化特征。但同时,半灌丛转为沙地的面积为184.95 hm²,表明以放牧为主的研究区同时发生着局部的逆行演变;（4）质心迁移结果反映了1987-2017年间,除人为影响较大的林地、草地以及耕地向北迁移外,其他植被类型的质心都有很明显的南迁,主要植被类型重心迁移距离依次由大到小为耕地 > 半灌丛 > 灌丛 > 沙地草甸 > 湿地草甸 > 林地。研究通过记录科尔沁沙地连续扩展的时空模式,展示了遥感-生态和时间序列影像在30 m分辨率下跟踪土地利用/覆被变化的潜力,为提高干旱半干旱区土地利用情况的动态监测效率,开展土地利用/覆被动态演变研究提供参考。     

基于区域城市化LUCC的人类生态过程定量研究——以上海市区典型城市化样带为例

借鉴流域研究的范例,根据上海市1987年、1995年和2003年3期Landsat5 TM遥感影像记录的土地利用／覆被数据和有关的社会经济统计数据,运用Rs和GIS技术在上海市中心西南城市边缘建立典型城市化样带。采用生态足迹法分析该样带内人类的生态供给与需求;提出一城市化区域人类生态过程的新研究方法,得出城市化过程中区域的人类生态质量指数与波动指数,并根据模型计算出的指数值,对样带区域总体及其中城乡区域在城市化中的人类生态状况进行了动态分析,以尝试对区域城市化中人类生态过程进行定量化研究。     

A review of influences of land use and land cover change on ecosystems

随着人口的增长和人类社会的发展, 土地利用与土地覆盖变化已经是不可避免。土地利用与土地覆盖变化不仅对生态系统的要素、结构和功能产生深远的影响, 也会对全球变化产生反馈作用。针对土地利用与土地覆盖变化的过程、驱动机制以及在各个方面可能产生的生态环境效应的科学研究已经全面开展。该文综述了土地利用与土地覆盖变化对气候、土壤、生物地球化学循环、生物多样性以及区域生态环境等影响方面的研究进展, 并提出了相关研究的前沿方向展望。随着新技术的不断发展, 学者们将更多地侧重预测未来全球变化背景下的土地利用与土地覆盖变化趋势、合理性以及适应性, 为可持续发展提供基础资料和理论依据。     

北京城市土地利用/覆盖变化及其对雨洪调节服务的影响

深入认识城市土地利用/覆盖变化对雨洪调节服务的影响对于提升城市生态系统服务和雨洪管理具有重要意义。基于多期Landsat遥感影像,利用混合像元分解与人工目视解译集成的方法提取了北京市1991—2014年的土地利用/覆盖数据,模拟评估了不同降雨情景下的地表产流与雨洪调节服务,并分析了城市建成区的土地利用/覆盖变化对雨洪调节服务的影响。结果表明:1991—2014年,北京城市用地面积增长了1096.53 km²,建成区内不透水面比例上升了9.83%。城市建成区雨洪调节服务总体呈下降趋势,1a、10a、25a和100a一遇降雨情景下平均地表径流调节率分别下降了5.37%、2.40%、1.75%和1.04%,一定程度上加剧了城市的雨洪产流风险。同时,城市新扩张区的土地利用/覆盖变化对雨洪调节服务的影响较老城区更强,贡献度超过84%。建议未来城市新区发展应合理配置不透水地表和绿地空间以提升城市雨洪调节服务。