洋河流域土地利用时空变异及其对生态服务功能价值的影响

洋河流域位于我国北方典型的农牧交错地带,是首都重要水源涵养地和生态保护屏障,也是2022年冬奥会举办地之一。对流域土地利用变化及其生态服务功能价值影响的研究可为首都水源保护以及冬奥会场地环境质量的改善提供重要理论依据和决策支持。利用Arc GIS技术分析了洋河流域1990—2013年间的土地遥感数据,估算了这些变化对流域生态服务价值的影响。结果表明:1990—2013年洋河流域林地和未利用地面积呈增加,而水域、草地则呈减少的趋势。由单一土地类型利用动态绝对值说明,除林地以外2000—2013年洋河流域其他土地类型受人类或自然环境变化的影响明显高于1990—2000年。土地转移主要发生在流域西部的兴和县、阳高县、天镇县和下游的张家口市、宣化县和怀来县。近年来流域土地面积变化幅度和变化范围均增加。1990—2013年间洋河流域土地利用的年总生态服务价值经历先增加后减小、总体减少的过程,但林地和未利用地的生态服务价值却一直增加。由于林地面积增加从而导致1990—2013年流域的原材料生产、气候调节、气体调节、生物多样性保护和提供美学景生态功能占年总价值的比值增加。林地、草地和耕地是洋河流域生态服务的主要贡献者,也是生态服务价值变化的敏感因子。     

三峡库区典型流域聚落变迁的土地利用效应

三峡库区是典型的移民区和生态敏感区,探究其由于聚落变迁所引发的土地利用转移效应对于区域社会经济发展和生态恢复具有重要意义。以库区腹地草堂溪流域为研究对象,基于2000—2018年GOOGLE EARTH高分影像,结合当地自然地理环境和社会经济发展从微观尺度对山区聚落变迁的土地利用效应进行剖析。研究表明:(1)扩张型聚落周边以耕地转为果园为主;衰退型聚落周边土地利用转型主要表现为耕地向果园、有林地转变;自然增长型聚落周边以耕地和灌木林地向有林地,果园转化;消没型聚落周边以耕地,果园转为林草地,撂荒地为主,经济和生态效益均有所提高;且除消没型聚落外,另外3种聚落类型周边土地利用功能逐渐向生产生态功能转变,消没型周边土地利用功能逐渐侧重于生态功能。(2)2000—2010年,聚落变迁劳动力转移是聚落周边用地类型变化的根本因素,政府政策是是造成土地利用转型的直接因素;2010—2018年社会经济发展是土地利用转型的直接驱动因素,而农户生计需求是引发用地类型变化的根本驱动力;(3)聚落的变迁,不仅驱动了土地利用转型而且促使流域内经营主体由农户个体经营向政府、企业为主的经营主体转变。研究结果对于库区生态建设,农户经济发展以及改善人居环境等方面具有一定的积级作用。     

基于GIS和RS的赣江上游流域土地利用动态趋势分析

利用赣江上游流域1990、1995、2000、2005和2010年5期的TM影像以及2010年的SPOT影像资料,通过目视解译方法及GIS软件的空间叠加分析功能,获取了研究区土地利用覆被变化数据。在此基础上,结合1990—2010年赣江上游流域的统计资料利用灰色关联分析和主成分分析法进行分析,找出引起土地利用变化的主导因素。结果表明:研究区20年来林地和建设用地总量增加,耕地、草地、水域和未利用地总量减少。相同时期不同类型的土地利用变化的驱动因子不相同,不同时期同一类型土地利用变化的驱动因子也不相同。再利用GM(1,1)灰色预测模型预测了2015—2030年间研究区驱动因素和土地利用情况,研究表明主导因素对土地利用变化的影响与1990—2010年间变化趋势一致。     

北京市红门川流域森林植被/土地覆被变化的水文响应

根据北京市红门川流域原有1∶1万土地利用图,结合流域1990年、1995年、2000年和2005年4期遥感影像,在GIS支持下,得到4期土地利用图,采用ArcView分析获得空间数据和属性数据。并利用研究区逐日降水量和径流量数据,从年径流量、汛期(6-9月份)径流量和单次径流量3个层次,分析不同土地利用时期的水文响应。结果表明:不同土地利用变化对流域径流具有显著影响。2001-2005年植被条件较好的土地利用较1990-1995年和1996-2000年产流有所减少,多年平均径流系数下降了70%以上。不同土地利用在相同降水条件下的产流仅在生长季节具有明显差异,也就是说土地利用变化对产流的影响具有季节性,在枯水季节无显著影响。2001-2006年的单次产流均小于1990-1995和1996-2000年的单次产流,仅为前期的1/3,降水利用率提高,发生洪涝灾害的可能性减小。     

漫湾水电站库区土地利用变化社会经济因子的多变量分析

使用1991、2001和2004年3 a遥感影像数据,测定了漫湾水电站库区土地利用变化并利用多变量分析法定量分析了引起变化的驱动力。首先应用G IS和RS技术对漫湾水电站库区土地利用变化和社会经济数据进行空间尺度匹配,然后利用典范对应分析法(CCA)对各类型的土地利用变化与社会经济因素的相关性进行分析。研究发现,1991-2001年间,土地利用转移频繁与多个社会经济因子有紧密联系。人口(POP)、粮食总产量(GYC)、农业人口(A-POP)和人均耕地面积(PCAL)与土地利用变化转移之间有显著的相关性。而许多土地利用转移类型都与各个社会经济因素有紧密联系。2001-2004年期间,农业人口(A-POP)、粮食总产量(GYC)和畜牧业产值(LSP)与土地利用变化之间有显著的相关性。但土地利用转移类型中只有少数地类与农业人口(A-POP)、粮食总产量(GYC)和畜牧业产值(LSP)相关性显著;除此之外,其他土地利用变量与社会经济因子的相关性不明显。总的看来,从1991-2004年间土地利用变化都与农业人口(A-POP)和粮食总产量(GYC)有明显的相关性,说明该区域内农业人口(A-POP)和粮食总产量(GYC)的变化是驱动土地利用变化主要因素之一。该研究方法对土地利用变化驱动力的研究具有借鉴作用。     

基于土地利用变化的贵州坝子土地利用功能演变研究

贵州省为典型喀斯特山区,强烈的人类活动主要分布在坝地地区,研究坝子土地利用功能演变对土地可持续利用具有重要价值。基于土地利用变化,根据三生功能理论构建土地利用功能分类体系,以贵州省1990年、2000年、2010年和2016年四期遥感影像为数据源,借助ArcGIS10.2软件平台构建土地利用功能转移矩阵和坝子功能冷热点分布图。研究表明:(1)贵州省坝子土地利用功能已由以传统农业生产功能为主转为以传统农业生产功能-农村居住生活功能为主,坝子土地利用由单一功能向多功能转变;(2)1990—2016年,坝子的功能类型增加10种类型,其中8类是复合类型,坝子功能向多样性转变;(3)单一功能与复合功能坝子比例变化曲线呈"X"型,到2016年,复合功能坝子比例大于单一功能坝子;(4)1990—2000年,坝子土地利用功能变化缓慢,2000年以后坝子土地利用功能变化强烈;(5)传统农业生产功能转移最为强烈,主要转移为城镇居住生活功能、农村居住生活功能、工业生产功能及与之相关的复合功能和自然生态功能;(6)各种功能类型坝子冷热点的空间分布变化复杂,从总体上看各功能的空间分布由集聚变为分散。     

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%.     

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.     

东南诸河流域1990-2015年土地利用时空变化特征及驱动机制

土地利用/覆被变化作为影响全球环境变化的重要因素,是人类活动最直接的反映,其驱动力分析能够很好地揭示人类活动对土地资源的影响机制。运用ArcGIS空间分析和SPSS主成分分析等方法,从整个东南诸河流域片区的尺度上,研究了包含中国台湾地区在内的1990—2015年间的土地利用时空变化特征,并探究其主要驱动机制。研究结果为:(1)全流域各土地类型面积占比为:林地耕地草地城乡建设用地水域未利用土地,林地与耕地的空间分布特征均为"北聚南散,北多南少",城乡建设用地集中分布在经济较为发达的台湾海峡两岸沿海地区以及流域大陆北部靠近长江三角洲的地区。(2)全流域土地类型的面积变化量为:城乡建设用地耕地草地林地水域未利用土地。流域土地利用综合动态度为0.68%,整体用地类型转化程度先降低再增加,并以城乡建设用地和耕地为主要变化类型。流域南部各市的土地利用变化较北部剧烈,台湾地区主要土地利用变化类型为耕地和城乡建设用地。(3)大陆地区城乡建设用地变化的主要驱动力为人口数量及结构、城市化和社会经济发展,台湾地区在此基础上增加了社会工农产业结构调整因素。大陆耕地变化的主要驱动力为人口数量及结构、城市化水平和社会工农产业结构,社会工农产业结构和农业生产水平是台湾地区耕地变化的主要驱动力。本研究为东南诸河流域土地资源规划管理提供科学依据,为自然流域尺度的土地利用变化及其驱动机制研究提供可靠实例。     

泛珠江流域土地利用时空变化特征及驱动因子

泛珠江流域是中国改革开放和海上一带一路的“桥头堡”,在国家经济建设中具有重要的战略地位。本研究基于泛珠江流域1990—2015年土地利用数据,结合气候和社会经济指标,利用ArcGIS空间分析和SPSS因子分析等方法,探索泛珠江流域土地利用时空变化特征及其驱动因子。结果表明: 1990—2015年,泛珠江流域土地利用变化明显。其中,水田和有林地面积明显减少,城镇用地和其他建设用地面积急剧增长。在空间上,草地的减少主要发生在流域西北部,耕地的减少集中在流域中部以及沿海地区,城乡、工矿、居民用地的增加主要集中在粤港澳大湾区。其中,变化最为集中的三大典型区域为粤港澳大湾区＞广西中-东南部＞海南岛北部。1990—2000年是流域内土地利用变化最为明显的时期。社会经济和工业的飞速发展,以及居民消费水平的提高是该流域土地利用变化的主要驱动力。     

Comparison of land use/land cover change and landscape patterns in Honghe National Nature Reserve and the surrounding Jiansanjiang Region,China

Land use and land cover change (LUCC) determines landscape patterns and affects the ability of ecosystems to provide the services and biodiversity on which humans ultimately depend. The Honghe National Nature Reserve is a biodiversity-rich area in the Jiansanjiang region of northeast China. In this study, the LUCC and landscape patterns were compared between the reserve and the Jiansanjiang region. With remote sensing (RS) and geographic information system (GIS) procedures, satellite images from 1989, 2001 and 2010 were used to calculate dynamics of LUCC amplitudes, landscape pattern index, transition matrix. The influence of LUCC on the wetland landscape of the nature reserve was discussed in the context of broader LUCC analyses. The results showed that land uses in the studied regions changed remarkedly over the time period; swamp area declined significantly as arable land increased. The ecological landscape index showed that distinct landscape patches were small, scattered and highly fragmented, moving toward a more monotonous landscape. Anthropogenic activities such as farming directly decreased the wetland landscape diversity. Furthermore, anthropogenic factors diminished wetland areas indirectly through climatic factors, namely air temperature and precipitation levels. National and regional policies on agriculture and water use have been highly influential, and the Honghe National Nature Reserve is highly susceptible to land use changes in the surrounding Jiansanjiang region.     

The Grain for Green Project induced land cover change in the Loess Plateau: A case study with Ansai County,Shanxi Province,China

The Grain for Green Project (GGP) is the largest land retirement/afforestation program in China; it was primarily initiated to reduce the soil erosion and improve the ecological conditions in the Loess Plateau in 1999. If effective, this massive regional effort will induce significant improvement in the vegetation conditions. At this time, the effectiveness of the GGP has not been well documented. Using Ansai County as a case study, we characterized the impact of the GGP on the land covers and landscape characteristics of this area by using multi-temporal Landsat MSS, TM and ETM+ images of 1978, 1990, 1995, 2000, 2005 and 2010. The results indicate that the land cover patterns and landscape characteristics in the county were greatly altered in a considerably short period. The implementation of the GGP increased the newly forested land substantially to 21.4% of the study area by 2010 at the cost of both cropland and shrub–grassland, which decreased by 46.3% and 18.8%, respectively, from 1995 to 2010. Consequently, the coverage of forested land (both older forest and newly forested land) increased from 12.4% in 1995 to 37.7% in 2010. Moreover, the GGP increased landscape fragmentation as indicated by a decreasing mean patch size and changes in class-level landscape indicators varied with land cover categories. The GGP induced improvement in vegetation conditions may benefit soil erosion alleviation and carbon sequestration in the Loess Plateau. However, the potential for the GGP to provide long-term positive ecological effects requires further study.     

南疆生态脆弱区土地利用变化及其生态影响评价--以新疆阿克苏市为例

在城市化速度加快的背景下,研究LUCC对生态脆弱区的生态环境影响过程,对了解区域生态环境变化具有重要意义。利用南疆生态脆弱区———阿克苏市1995、2000和2003年的TM遥感影像,采用景观生态学的空间格局指数对城乡土地利用动态变化特征进行了研究,参照Costanza等对全球不同生态系统类型服务功能价值测算结果的比例关系,分析了阿克苏市城乡土地利用类型的生态价值,定量综合评价了阿克苏市城乡区域LUCC的生态影响。结果表明,阿克苏市域景观总体构成表现为景观破碎度较高,斑块数目较多;农业用地中有近半数不稳定,水土条件差致使农用地和未利用地相互转换。研究时段内市域土地利用变化带来了较好的生态影响,土地利用生态效益持续提高,并表现出了较大空间差异。     

Rural-to-Urban Labor Migration,Household Livelihoods,and the Rural Environment in Chongqing Municipality,Southwest China

Rural migration and its relationship to the rural environment have attracted increasing research interest in recent decades. Rural migration constitutes a key component of human population movement, while rural areas contain most of the world’s natural resources such as land and forests. This study empirically evaluates a conceptual framework incorporating rural household livelihoods as an integrative mediating factor between rural migration and the rural environment in the context of rural-to-urban labor migration in Chongqing Municipality, Southwest China. The analysis draws on data collected through household surveys and key informant interviews from four villages. Results confirm the hypothesis that labor-migrant and non-labor-migrant households differ significantly in livelihood activities including agricultural production, agricultural technology use, income and consumption, and resource use and management. Implications for the subsequent environmental outcomes of rural labor out-migration and corresponding natural resource management and policy in rural origin areas are discussed.     

广州市番禺区土地利用/覆被动态及其驱动力研究

以快速城市化地区广州市番禺区为研究对象,通过解译4期Landsat TM影像得到研究区土地利用/覆被数据,分析研究区土地利用/覆被的数量、类型及时空演化特征。研究结果表明:(1)1990-2008年间,研究区城镇用地从8577 hm²扩大到24244 hm²,扩大了182.6%,农业用地从41014 hm²减少到22868 hm²,减少了44.2%,水域从11620 hm²增加到16253 hm²,增加了39.8%。大量农业用地和低密度植被向城镇用地流转。(2)研究区1990～2000年土地利用变化强度较小,综合土地利用动态度为2.203;2000～2005年和2005～2008年时段土地利用变化强度大,综合土地利用动态度分别为4.315和5.380。(3)土地利用变化与城市化率和GDP增长密切相关。城镇建设用地随城市化进程逐渐上升,农业用地随城市化进程加快急速减少,植被与城市化率和GDP变化呈先下降后上升的趋势。以上分析表明城市化进程的加快是研究区土地利用变化的主要驱动因素,政策因素以及经济利益也是研究区土地利用变化的重要驱动因素。     

土地利用和环境因子对表层土壤有机碳影响的尺度效应——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

土壤表层有机碳对土地利用和环境因子的变化非常敏感,并具有尺度变异特征。研究不同尺度上表层土壤有机碳的空间分布及其与土地利用与环境因子的关系对于评价黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳状况具有重要意义。选择黄土丘陵沟壑区安塞集水区和集水区内典型小流域——沐浴小流域作为研究区,探讨两个尺度上,表层土壤有机碳的分布特征及其与土地利用、环境因子的关系。结果表明:(1)土地利用方式对有机碳的影响在不同尺度上差异明显,对于不同利用方式下的有机碳含量,沐浴小流域从高到低依次是荒草地林地灌木林地耕地,安塞集水区则依次为林地灌木林地耕地荒草地;(2)对于不同利用方式下的土壤有机碳密度,沐浴小流域从高到低依次是荒草地林地耕地灌木林地,安塞集水区则是林地耕地荒草地灌木林地;(3)在沐浴小流域和安塞集水区两个尺度上,坡向、坡度和植被盖度均与有机碳含量和有机碳密度正相关,而相对海拔、土地利用与有机碳密度负相关;(4)在小流域尺度上,海拔高度、坡位、土地利用与有机碳含量负相关,坡位与有机碳密度负相关,但是在集水区尺度上,相关性则与此相反。     

黄土丘陵沟壑区典型流域径流输沙对土地利用/覆被变化的响应

基于动力水文过程测定技术和景观生态学测度方法,对位于黄土丘陵沟壑区第三副区的甘肃天水罗玉沟流域1986—2004年土地利用/覆被变化对流域径流输沙的影响进行了研究.结果表明：研究期间,罗玉沟流域土地利用/覆被变化对年径流输沙有显著影响,1995—2004年的输沙量比1986—1994年减少约63.0%,且随着年降水量的增多,其减沙效应明显;土地利用/覆被变化对流域径流输沙的影响具有季节性特征,相对于1986—1994年而言,研究区1995—2004年的减沙效应主要集中在5—10月,且月降水越多,后期的月均输沙量较前期减少得越多.降雨和洪峰流量频率分析表明,若具有相同频率分布的雨强,则任一重现期下罗玉沟流域1995—2004年的洪水平均含沙量小于1986—1994年.     

A Quantitative Health Evaluation of an Eco-Economy in the Semi-Arid Loess Plateau of China

Understanding the factors that affect the health of a semi-arid region's eco-economy is necessary for its sustainable development. The health evaluation, or diagnoses, of an eco-economy at the small watershed scale requires the integrated analysis of ecological, economic, and social factors, yet few studies have achieved this. The health of an eco-economy comprises three components: vigor, organization, and resilience. We use an analytic hierarchy process to develop a health evaluation index system that evaluates the health of an eco-economy system. We then use this diagnostic method to explore the factors affecting the health status of a semi-arid loess watershed in China in 2007 and 2009. The results show that between 2007 and 2009 the health status of the eco-economy improved from the “better” stage to the “benign circle” stage. The primary productivity of grassland, land productivity, rural per capita net income, number of livestock per household, input–output ratio, commodity rate of farm produce, and labor productivity were the main factors influencing the health of this eco-economy. Furthermore, this study shows that the eco-economy depends on material input from regions outside the watershed.