典型小流域喀斯特石漠化演变特征及其关键表征因子与驱动因素

中国西南喀斯特区域土地石漠化生态灾难已经严重制约了经济和社会的发展,而对石漠化进行治理,其空间分布信息的准确提取是必不可少的。针对现有石漠化信息提取技术存在不可能发生喀斯特石漠化(Impossible to develop karst rocky desertification,IKRD)范围提取不准确,关于石漠化的时空演变分析较少及其驱动因子、表征因子繁杂等问题,本文以典型喀斯特流域后寨河流域为研究对象,基于高精度影像识别提取IKRD范围,利用植被覆盖度、岩石裸露率对研究区域准确提取石漠化信息,揭示该区域不同石漠化等级的时空演变规律,同时探明石漠化分布与地表反照率、坡度的相关性。研究结果表明:(1)2005年至2010年后寨河流域石漠化程度整体在恶化,在后寨河流域西南部分和中部极少区域石漠化程度有所减轻,其余区域基本未发生变化,而在2010年至2015年后寨河流域石漠化程度大部分区域都呈减轻状态,而且石漠化程度减轻强度较大,在南侧大部分区域石漠化程度都呈减轻状态,且强度较大。(2)2005年至2010年后寨河流域石漠化程度减轻、未发生变化以及加重的面积分别为4.23 km~2、25.736 km~2、20.81 km~2,各部分面积占比分别为8.3%、 50.7%、41%。(3)2010年至2015年后寨河流域石漠化程度减轻、未发生变化以及加重的面积分别为31.87 km~2、16.57 km~2、6.85 km~2,各部分面积占比分别为57.6%、30%、 12.4%。(4)石漠化区域的坡度、地表反照率主要集中在2°—22°、0.12—0.21之间,而且随着坡度值的增加,潜在石漠化、重度石漠化面积占比增高,轻度石漠化和中度石漠化面积占比降低,随着地表反照率增加潜在石漠化、轻度石漠化面积占比增高,重度石漠化面积占比降低。综上所述,在2005年至2015年间,后寨河流域石漠化演变因贵州省2008年至2010年开始实施退耕还林还草等石漠化综合治理工程而呈现先恶化,后减轻的状态,同时通过对该区域石漠化分布与地表反照率、坡度的相关分析发现,地表反照率和坡度可以作为石漠化研究的辅助表征因子和驱动因子。     

毕节试验区石漠化时空演变过程和演变特征

基于RS和GIS技术,解译了2000、2005和2010年3期毕节试验区石漠化数据,利用空间分析和数理统计分析方法,在探讨石漠化时空演变总体特征的基础上,选取演变方式、演变方向和演变速率等指标,重点分析了不同石漠化强度之间的内部转移特征,演绎了10年间毕节试验区石漠化演变过程。研究表明:(1)10年间,石漠化总面积呈现先增加后趋稳的演变态势,石漠化扩张趋势虽然初步遏制,但局部地区还在恶化,防治形势仍很严峻;(2)石漠化演变方式以渐变式为主,跳跃式为辅,返变式最少;(3)石漠化演变的方向既存在改善也存在恶化,且轻度改善和轻度恶化的面积均比较大,一边治理、一边破坏的现象还没有根本遏制;(4)非石漠化与石漠化相互转换非常活跃,潜在石漠化虽被定义为非石漠化,但并不稳定,容易转变为石漠化;(5)石漠化演变速率分为转入速率、转出速率和综合速率,中度石漠化综合速率最高,转入速率大于转出速率,潜在石漠化和轻度石漠化是中度石漠化增加的主要来源;(6)石漠化时空演变特征与生态环境建设及社会经济发展具有一定的相关性。该研究成果为喀斯特山区生态环境保护和石漠化防治提供了有益的参考。     

贵州省后寨河小流域地形因子、人为干扰与石漠化定量研究

为定量研究喀斯特区域地形因子、人为干扰和石漠化之间的关系。基于网格法和实地观测,建立后寨河流域石漠化信息数据库并分析。结果表明:后寨河流域石漠化面积为14.43 km~2,不同利用类型石漠化面积呈以下规律:荒地坡耕地乔木林地耕地灌木林地灌草地草地弃耕地园地乔灌木林地水田经果林地;流域内岩石裸露率和土壤厚度主要受到坡度、坡位和人为干扰的制约,而人为干扰具有主观性,主要在岩石裸露率低、土壤较厚和坡度较缓的区域进行农业生产活动。荒地和弃耕地占据了石漠化面积的32.64%,且存在较大潜在石漠化的风险。回归模型发现人为干扰程度对岩石裸露率(负效应-0.286)和土壤厚度(正效应0.264)的直接效应最大,坡向对岩石裸露率(正效应0.067)和土壤厚度(负效应-0.054)的直接效应最小。认清地形因子、人为干扰和石漠化之间的耦合关系有利于喀斯特小流域石漠化治理。     

2004-2016年贵州省石漠化状况及动态演变特征

石漠化是制约我国西南地区社会、经济、生态发展的重要因素之一,及时监测评估其演变状况,对区域石漠化防治及生态环境建设具有重要科学意义。选取2004-2016年间4期TM影像,研究贵州省域尺度上、石漠化时空演变特征和未来发展趋势。结果显示：1）2004-2016年间,贵州省78.3%的区域植被覆盖度上升,平均增加了19.1%,达到63.4%,有55.4%的区域岩石裸露率下降;2）贵州省石漠化空间分布呈现从东北到西南渐次加重的特征,西部毕节市中、重度石漠化面积占该区域面积仍达62.0%-86.4%,而东部黔东南州约为18.4%-33.0%;3）2004-2016年间,贵州省石漠化状况呈现总体持续好转态势,以轻、中度石漠化转入为主体的无石漠化面积增加了1.1倍,轻度石漠化增加了20.0%左右,中度和重度石漠化面积分别减少了40.0%左右;4）截止到2016年,贵州省无石漠化、轻、中、重度石漠化区域分别占比约42.0%、24.1%、23.5%、10.4%;5）未来2020年及2024年,贵州省石漠化仍将持续改善,石漠化面积占比将分别减少8.9%和12.2%。过去十多年间,贵州省石漠化状况得到基本遏制,但局部区域仍存在高度的不稳定性,或趋于恶化的风险,未来在各类政策措施的支持下,贵州省石漠化状况仍将继续好转,但部分重度石漠化区域的治理将更为复杂而艰难。     

南方红壤侵蚀区土壤肥力质量的突变——以福建省长汀县为例

以南方红壤侵蚀区典型区域福建省长汀县为研究区,将土壤肥力质量10个因子作为内部因子,坡度、植被覆盖度、水土流失强度等作为外部因子,构建土壤肥力质量演变的尖点突变模型,并分析土壤肥力质量演变分别与土壤肥力质量等级、水土流失强度、坡度和植被覆盖度的关系.研究结果表明:1)90个样点中,突变的样点共27个,占30％,稳定的样点共63个,占70％;2)突变样点主要对应于土壤肥力质量等级1和等级2(分别占突变样点总数的48.15％和33.33％)、水土流失微度和轻度(分别占37.04％和44.44％)、坡度5-10.和10-15.(分别占37.04％和40.74％)、植被覆盖度＞0.4和0.3-0.4(分别占48.15％和37.04％);分叉集△与土壤肥力质量等级、水土流失强度、坡度和植被覆盖度都呈极显著(P＜0.01)相关关系,皮尔逊相关系数绝对值的大小顺序为:水土流失强度＞植被覆盖度＞土壤肥力质量等级＞坡度;突变主要发生于土壤肥力质量等级较高、水土流失强度较轻、坡度中等、植被覆盖较好的地点;3)土壤肥力质量演变时间相对较长,应根据中间过渡状态来判断是否产生突变;土壤肥力质量处于突变状态时可用较小投入产生较大效益,在关注严重水土流失区生态恢复与重建的同时,不应忽视突变区的治理.     

南昌市植被覆盖度时空演变及其对非气候因素的响应

植被是陆地生态系统的重要组成部分,植被覆盖在空间上的差异是气候和人类活动交互作用的结果。随着城市扩张,人类活动的加剧及不合理的土地利用方式导致了很多生态问题,对植被覆盖有重大影响。基于地形调节植被指数的像元二分模型,利用3期landsat-5 TM影像图分析南昌市植被覆盖度时空演变特征,并结合DEM数据分析植被覆盖度及变化的地形梯度分异规律,利用3期土地利用图量化植被覆盖度变化对土地利用方式转变的响应。结果显示:1)研究区2001—2010年植被覆盖度从0.54下降为0.42,总体上呈退化趋势,2005年之后植被退化有所减缓;2)植被覆盖度的地形梯度变化显著。植被覆盖度与高程呈高度的正相关性,在坡度0—22°梯度带呈现较高的正相关,在坡度22—40°梯度带呈现较高的负相关。80%以上植被覆盖变化集中在海拔30 m以下、坡度4°以下的区域;3)植被覆盖度变化是地形与土地利用综合作用的结果。在平原低丘区,土地利用行为是植被覆盖变化的主导因素。城市的建设和扩张导致占用耕地、林地和草地,以及大面积的撂荒、伐林等土地活动对植被覆盖退化的贡献率为50%以上,是植被覆盖退化的主要原因,而退耕还林还草、废弃地复垦、后备资源开发为植被覆盖增加的主要原因。可为平原低丘区生态环境监测和构建环境友好型土地利用模式提供科学依据。     

青海省东部农业区植被覆盖时空演变遥感监测与分析

基于象元二分模型,利用MODIS植被指数产品定量估算研究区2000—2009年生长季(4—9月)植被覆盖度,采用相关系数法和有序聚类分析方法对植被覆盖度时空变化趋势及突变进行了分析,并结合DEM分析其对地形因子的响应。结果显示:1)研究区2000—2009年整体植被覆盖度在波动中呈不显著增加趋势,其中2001年是显著突变年份,表明研究区植被覆盖度发生比较显著的变化;2)通过对地形因子的响应分析,植被覆盖度在高程2500m和4100m,坡度4°和26°发生突变;对各高程带、坡度带植被覆盖度年际变化趋势及突变年份进行分析,获得了各带的变化趋势及其突变年份。对研究获得的结果进行讨论,结果表明:研究区降水量的变化及退耕还林措施是植被覆盖度变化的重要影响因素,其中退耕还林措施对植被覆盖度变化的影响较大。     

湖北省黄冈市欠发达地区植被覆盖度时空特征分析

运用黄冈市2000、2005 和2010 年3 期的 LandsatTM 和LandsatETM+遥感数据, 采取像元二分模型, 进行植被覆盖度计算并分析其时空特征, 同时将植被覆盖度与坡向、坡度、高程进行叠加, 进一步探讨地形因子对植被覆盖度分布的影响。研究表明: (1)2000-2010 年黄冈市植被覆盖度呈现出先上升后退化趋势, 植被状况整体上表现为趋向恶化; (2)东部植被覆盖空间分布较高, 中南部植被覆盖状况较稳定, 而北部和中西部植被覆盖状况相对较低; (3)植被覆盖度在阴阳坡分布较稳定, 植被覆盖度分布密集区域主要集中在高程为300 米、坡度为15-25的区域内。研究结论对推进黄冈市植被资源可持续利用与管理具有重要借鉴意义。     

西南岩溶山地石漠化近50年演变——基于5个地点的案例研究

探讨岩溶山地长期以来的石漠化变化趋势,对于理解岩溶山地人地关系演变和石漠化的进一步治理具有重要意义。基于此目的,选择了贵州省5个典型岩溶山地区域,基于高分辨率遥感影像和实地调查,对其近50年期间岩溶石漠化的变化趋势进行了实证研究。结果表明:(1)石漠化面积、石漠化综合指数与石漠化面积比重、石漠化变化的幅度和动态度等表明,从1963年到2015年,石漠化演变经历了由增到减的转型,各研究区石漠化变化存在1980年代和2004年两个明显的转折点;(2)2010年以后,强度石漠化成为主要的变化类型,明显下降;(3)5个研究区因自然条件和社会经济背景不同,分别形成不同的石漠化演变模式,体现出石漠化演变在不同时段和不同地域的多样性;(4)石漠化转型演变与退耕还林政策和石漠化治理工程有关。研究结果为阐明中国西南岩溶山地石漠化长期演变趋势提供了参考。     

沁河流域植被覆盖时空分异特征

以4期Landsat TM/OLI为遥感数据源,采用像元二分模型估算植被覆盖度,运用转移矩阵、地学信息图谱和重心迁移模型分析1993—2016年沁河流域植被覆盖的时空演变特征;并结合地形数据分析海拔、坡度和坡向上植被覆盖度的空间响应规律。结果表明:沁河流域植被覆盖度呈北高南低的空间分布特征,且高等级覆盖的植被主要由低等级覆盖的植被转化而来; 1993—2016年,沁河流域植被覆盖度呈不显著波动上升趋势,显著改善(55.99%)和轻微改善(10.13%)之和远大于显著退化(7.31%)和轻微退化(4.59%)之和,反映了良好的植被状况;沁河流域植被覆盖度重心整体表现为向南偏东迁移2.05 km,其中较高和高植被覆盖迁移最为明显;沁河流域植被覆盖度与海拔、坡度呈显著正相关,显著改善面积占比随高程、坡度的增加呈先增加后减小趋势,坡向在东北、西北和西南方向为优势地形位。研究结果有助于为该流域水土流失治理和生态环境的恢复提供决策依据。     

西南喀斯特地区石漠化时空演变过程分析

喀斯特地区石漠化对当地社会经济的可持续发展有严重的阻碍作用，因此，研究喀斯特石漠化时空特征及演变规律，对石漠化治理有着重要的意义。以西南八省为研究区，利用归一化差分植被指数（Normalized Difference Vegetation，NDVI）、净初级生产力（Net Primary Productivity，NPP）、地表反照率（Surface Albedo）和坡度（Slope）数据，借助ArcGIS等软件平台，分析石漠化在不同的坡度、土地利用和生态保护区内的变化。结果显示：（1）轻度和中度石漠化是西南主要的石漠化类型。从空间分布来看，石漠化发生分布面积最广的是贵州，其次为云南和广西。（2）从不同土地利用来看，2000-2015年间无石漠化面积最多，潜在石漠化次之。石漠化主要发生在耕地和林地两种土地类型上，其他用地上石漠化发生面积最少，但是极重度石漠化在其他用地上的发生比例很大，平均在11%左右。（3）从不同坡度来看，石漠化严重程度不随坡度的增加而加剧，在坡度6°-25°之间石漠化发生面积最大。（4）从生态保护区来看，2000和2015年西南喀斯特生态保护区是石漠化面积分布最多的区域，分别为27481.86 km²和21738.65 km²。最少的是大别山山地生态功能保护区，从变化量来看，增加最多的是三峡库区，增加1641.22 km²，减少最多的是西南喀斯特生态功能保护区，减少5743.22 km²。（5）利用NPP、NDVI、地表反照率和坡度能较精准的反演石漠化，其反演权重依次为0.33、0.42、0.15和0.1。研究时段内，西南生态环境逐渐得到改善。     

典型喀斯特地区石漠化景观格局对土地利用变化的响应

土地利用是人类活动最基本的表现形式,探讨石漠化与土地利用变化之间的响应关系,对于石漠化治理和区域的可持续发展是非常重要的。基于贵州道真县2005年、2015年LANDSAT和石漠化数据,再利用ENVI 5.3进行监督分类,将道真县土地利用分为8种类型。通过景观格局空间分析技术和3S技术,对道真县土地利用时空演变和石漠化景观格局进行综合分析,结果表明:(1) 2005—2015年间,道真县建设用地和灌木林地面积增加,大部分灌木林地由水田和旱地转化而来,其面积增加了7.51%,建设用地增加了1.30%。(2)近10年间,研究区石漠化等级间的转移表现为轻、中、重度转化为潜在石漠化,其斑块转移面积分别为11.26、38.79、2.71 km2,表明研究区石漠化景观得到了恢复,低等级石漠化斑块面积增加,降低了原有高等级石漠化斑块的优势度。(3) 2005—2015年间道真县土地利用和石漠化景观格局,多样性指数分别下降了0.6434和2.4309,均匀度指数各减少了0.0552和0.5436,分维度指数各提高了0.0061和0.0801,蔓延度指数各增加0.1751、25.5396和聚合度指数分别增加1.8688和2.9112,景观形状指数分别减少0.9812和4.536,石漠化景观格局的变化对应土地利用景观格局指数的变化,随着人们土地利用方式的改变,石漠化也发生相应的改变。通过该研究的进行,有助于提高人们对石漠化和土地利用景观格局的认识,基于景观生态学背景对石漠化治理成效进行评估,为之后的石漠化治理工作的进行及研究提供了参考。     

不同岩性背景下土壤侵蚀与石漠化关联性分析

喀斯特地区土壤侵蚀与石漠化问题备受关注,为了定量分析不同岩性下土壤侵蚀与石漠化的关联性,为研究区优化生态环境提供决策依据,以贵州省沿河县为例,以Landsat遥感影像、1∶5000地形图、岩性和石漠化为基础数据,采用监督分类方法、表面分析和栅格计算,提取出土壤侵蚀的各项指标因子。对不同岩性背景下土壤侵蚀与石漠化关联性分析,结果显示:(1)沿河县石漠化面积为284.44 km2,占全县国土面积的11.52%。已发生石漠化等级以轻度、中度、强度较显著;土壤侵蚀面积为1838.97 km2,占全县总面积的74.48%,已经发生土壤侵蚀等级以轻度、中度、强度侵蚀为主。(2)灰岩与碎屑岩互层和连续性白云中,石漠化与土壤侵蚀发生面积较显著,分别占石漠化与土壤侵蚀面积的57.99%和50.45%。(3)非碳酸盐岩、灰岩夹碎屑岩、灰岩与白云岩混合、灰岩与碎屑岩互层、连续性白云岩和石灰岩上,石漠化等级与土壤侵蚀程度在潜在和轻度呈负相关、轻度和中度石漠化内呈正相关、中度和极重度石漠化内呈负相关,土壤侵蚀等级与石漠化在微度和轻度侵蚀内呈正相关,在轻度和剧烈侵蚀内呈负相关,其中灰岩与白云岩混合和连续性白云岩上,石漠化等级与土壤侵蚀存在单一的负相关。     

全球主要生态退化区和研究热点区的空间分布与演变

掌握生态退化区和研究热点区的空间分布、退化区生态系统的演变态势是认识生态问题、开展生态治理的基础,但目前缺乏全球主要生态退化区空间分布图等基础数据和相关知识。应用多源数据集成融合、长时序卫星遥感分析、互联网文献大数据建模分析等方法,对以荒漠化、水土流失、石漠化为代表的全球主要生态退化类型区的空间分布、演变态势、研究关注热度等进行了研究。结果表明：（1）全球荒漠化区面积约15.4×10⁶ km²,水土流失区面积约14.3×10⁶ km²,石漠化区面积约1.1×10⁶ km²;这些生态退化区主要分布在非洲撒哈拉沙漠南北边缘,欧洲西部、地中海沿岸、东欧平原南部,南亚印度河流域,中国西北地区、云贵高原,北美洲落基山脉以及南美洲阿根廷等地区。（2）2000年以来,上述退化区中约有3.9%的面积处于退化加重态势,73.3%的面积处于脆弱平衡状态,22.8%的区域出现好转趋势。（3）全球生态退化研究热点区的分布与全球生态退化区的分布总体呈现一致性。但在沙特阿拉伯中部、哈萨克斯坦北部,巴西大部,安哥拉、南非等生态退化区,存在生态系统继续恶化、缺乏研究界足够关注的情况。研究成果深化了对全球主要生态退化区分布格局的认识,对于防范全球发展和建设中出现加重的生态退化等具有参考价值。     

西南喀斯特高原盆地石漠化环境植物群落结构与物种多样性时空动态

为阐明西南典型喀斯特石漠化类型——喀斯特高原盆地石漠化植物群落结构和物种多样性特征及其演变规律,科学支撑喀斯特石漠化治理,选取了喀斯特高原盆地典型石漠化区贵州清镇簸箩小流域为研究区域,对其植被进行广泛的野外勘察,设置典型样方研究其植物群落结构和物种多样性特征;运用空间替代时间方法,研究石漠化演变过程中植物群落结构和物种多样性变化;基于2013—2015连续3 a的监测数据,研究其年际变化。结果表明:研究区群落结构简单,共记录到的植物分布58种,其中草本层18科24属28种、木本层17科25属30种;单种属的比例很高,为82.86%。不同等级石漠化环境植物群落高度、平均地径、平均冠幅、草本层生物量和灌木层生物量均具有显著差异;植物种群密度在不同等级石漠化环境变化依次为轻度石漠化中度石漠化潜在石漠化无石漠化。不同等级石漠化环境植物多样性指数、均匀度指数、丰富度指数和优势度指数均偏低,而且4种指数均与石漠化等级演替无明显耦合关系。不同年份植物群落高度、平均地径、种群密度和灌木层生物量随着时间的推移均呈增加趋势,但相邻年份增加不显著。研究区生态系统人为干扰逐渐减弱,植被呈现出正向演替的趋势,优势种的重要性趋于降低。该研究结果对我国西南喀斯特盆地生态功能恢复和石漠化植被重建具有一定的理论意义和实践指导价值。     

喀斯特石漠化区生态保护红线划定——以贵州省威宁县为例

科学划定喀斯特石漠化区生态保护红线,对于维护区域生态安全,促进经济社会可持续发展具有重要意义。选择水源涵养、水土保持、生物多样性维护3种生态系统服务功能以及水土流失、石漠化2种生态环境敏感性指标,构建喀斯特石漠化区生态保护红线划定方法。以贵州省威宁县为例,结合第二次全国土地调查数据和相关规划等数据,划定生态保护红线,并从生态用地、植被覆盖度与人类扰动指数三个方面评价划定效果。结果表明：（1）威宁县生态系统综合服务功能以极重要为主,占研究区总面积的40.57%。生态环境综合敏感性以敏感为主,占总面积的67.86%。优化调整后生态保护红线面积1496.13 km²,占全县面积的23.75%,红线内生态用地面积占比高于非生态用地面积占比20%以上。（2）近些年贵州省退耕还林、岩溶地区石漠化综合治理和草海自然保护区生态修复等工程的实施,威宁县植被覆盖显著增加,红线内NDVI基本不变区、轻微改善区和明显改善区面积占比达到88.42%,红线范围内植被覆盖呈增加趋势。（3）红线内人类扰动指数低于红线外人类扰动指数,雪山镇、麻乍镇需控制红线范围内人类扰动,确保生态用地性质不改变,加强生态保护和监管。威宁县生态保护红线划定研究可为其他石漠化地区红线划定及划定效果评价提供参考。     

中蒙俄经济走廊荒漠化时空格局变化及其驱动因子

针对如何定量揭示中蒙俄经济走廊荒漠化的时空变化规律及其驱动因子的影响作用,在构建荒漠化程度判别标准和指标体系的基础上,基于Google Earth Engine云计算平台,在对分类回归树(CART)、支持向量机(SVM)、随机森林(RF)和Albedo-NDVI 4个模型精度进行对比分析的基础上,选取精度最高的CART模型实现中蒙俄经济走廊区域2000—2015年的荒漠化的时空变化分析。另外,在拓展线性趋势法的基础上,构建荒漠化驱动因子定量评估模型,实现气候变化和人类活动对荒漠化驱动效应的定量测度。结果表明:1)CART模型在中蒙俄经济走廊区域荒漠化信息提取精度最高,总体精度和Kappa系数分别85%和0.754;2)极重度荒漠化区域主要分布在中国内蒙古自治区西部,蒙古国的南戈壁盟、东戈壁盟和中戈壁盟;3)2000—2015年间,中蒙俄经济走廊荒漠化总体呈扩张趋势,但极重度、重度和中度荒漠化面积呈缩减趋势。其中,中国的荒漠化面积呈明显缩减趋势,荒漠化程度净改善面积为15.18万km~2,而蒙古国和俄罗斯的荒漠化现象在加重。另外,中蒙俄经济走廊荒漠化恢复区域的气候变化驱动贡献率为68.8%;而荒漠化退化区域的人类活动驱动贡献率为69.68%,表明中蒙俄经济走廊荒漠化程度加重区域的驱动作用主要来自于人类活动。