三峡库区典型农林流域景观格局对径流和泥沙输出的影响

以三峡库区秭归县25个典型农林复合小流域作为研究对象,斑块类型水平上选取斑块面积比例指数(PLAND),景观水平上选取斑块丰富度密度(PRD)、双对数回归分维数(DLFD)、Shannon-Weaver多样性指数(SHDI)、聚集度(CONT)等5类景观指数,基于遥感和GIS技术,应用AnnAGNPS(Annualized AGricultural Non-Point Source)模型模拟流域径流和泥沙输出,FRAGSTATS软件计算流域景观格局指数,SPSS19.0分析景观指数和径流、泥沙的相关回归关系,从景观水平探讨景观格局特征对径流、泥沙输出的影响。结果表明：流域径流量与农坡地PLAND、农梯地PLAND、农林梯地PLAND、居民地PLAND、CONT等指数显著正相关,林地PLAND、灌木地PLAND与径流量显著负相关;农坡地PLAND、农林梯地PLAND、居民地PLAND、CONT等与泥沙输出量显著正相关,林地PLAND、灌木地PLAND、SHDI等与泥沙显著负相关。景观指数(因子)与径流和泥沙输出量复相关系数R为0.856和0.962(均高度相关),复相关系数R均大于相对应的单因子相关系数。流域景观水平上,景观格局对径流和泥沙输出影响均显著,景观空间格局是景观功能多样性的反馈,本文是景观格局影响生态过程(径流、泥沙输出)的又一例证。     

无定河流域不同地貌区径流变化归因分析

分析了无定河流域干流与其支流(黄土丘陵区的大理河和风沙区的海流兔河)的年径流变化(1960—2012)及其成因,并预测了其径流的变化趋势。结果表明:无定河及其不同地貌区支流海流兔河和大理河流域1960—2012年径流量均显著下降,但年降水量未发生显著变化;无定河和海流兔河流域年蒸散量未发生显著变化,仅大理河流域年蒸散量在1990s年代后期显著增加。无定河流域径流变化突变点发生在1979年和1996年,海流兔河流域径流变化突变点在1971年和1990年,而大理河流域径流突变点发生在1971年。人类活动对大理河流域1972—2012年径流减少的贡献大约占50%,对海流兔河流域1972—1990年和1991—2012年两个时期径流减少的贡献率分别为44.4%和82.4%。未来,无定河及其支流年径流量均呈持续下降趋势。归因分析表明大规模的水土保持治理措施减少了大理河流域侵蚀产沙量的同时,也在一定程度上减少了大理河流域的径流量,而过度的农田灌溉引水是海流兔河径流量下降的主要原因。因此,未来在大理河流域要优化现有植被建设布局,减少流域蒸散发,减缓径流下降;在海流兔河流域要进一步退耕还林(草),适当控制农田灌溉面积,提高灌溉用水效率,在减少灌溉用水的同时提高流域水源涵养能力。     

新疆玉龙喀什河与策勒河流域胡杨年轮对气象因子的响应研究

在树木年轮学与气候学理论基础上,以新疆和田地区玉龙喀什河与策勒河下游河岸胡杨为研究对象,基于流域对应的气象、沙尘天气日数、策勒河径流量等因子,分析了玉龙喀什河与策勒河流域胡杨年轮对气象因子的响应特征,以明确干旱荒漠区胡杨生长过程中的气候限制因子,为促进胡杨生态修复及沙尘防治提供理论依据。结果显示:(1)1976-2018年期间,两流域的气象条件基本一致,其中年均气温呈明显上升趋势,年均降水量呈波动上升趋势,大气相对湿度呈下降趋势,年均沙尘暴、扬沙、浮尘日数均呈显著下降趋势;玉龙喀什河流域的胡杨年轮指数呈先显著上升后整体平缓变化的趋势,而策勒河流域的胡杨年轮指数从1985年开始呈较显著的上升趋势。(2)策勒河流域胡杨年轮指数对年均气象要素的响应显著高于玉龙喀什河流域,且策勒河流域树木年轮指数与年均气温呈显著正相关关系(P0.01),但两流域胡杨年轮指数对年均降水量和大气相对湿度的响应均不显著。(3)玉龙喀什河流域胡杨年轮指数与2月份的大气相对湿度呈显著负相关关系(P0.05);策勒河流域胡杨年轮指数与3、4、9、10月份的气温呈显著正相关关系,与6月份的大气相对湿度呈显著负相关关系(P0.05),与2、4月份的径流量呈显著负相关关系。(4)玉龙喀什河流域胡杨年轮指数与秋冬季节的沙尘暴日数、扬沙日数均呈显著负相关关系;除1、2月份外,策勒河流域胡杨年轮指数与月沙尘(沙尘暴、扬沙、浮尘)天气日数基本均呈显著负相关关系。研究认为,玉龙喀什河与策勒河流域的降水稀少且蒸发量大,胡杨生长所需水源主要依赖于地下水和地表径流的补给,策勒河流域胡杨年轮指数受气温、径流量以及修建水库的影响比较明显。     

基于随机森林模型的茹河流域水沙变化及其影响因素研究

水沙关系不协调已成为制约黄河高质量发展的关键问题,揭示径流量与输沙量变化的主要影响因素,对适应生态经济发展条件下的水土流失治理工作具有指导意义。以茹河流域为研究对象,采用M-K检验和Pettitt检验分析茹河流域1989—2019年水沙变化趋势,运用双累积曲线法定量研究了降雨和人类活动对茹河流域径流量、输沙量变化的贡献率,通过随机森林回归分析探索了影响水沙变化的主控因子。结果表明：(1)茹河流域径流量和输沙量峰值对应情况良好,但在2012年之后径流量和输沙量呈现出明显分异,径流量逐渐增加,输沙量平稳减小。(2)茹河流域径流量突变点为1996年和2003年,输沙量突变点为1996年和2004年,影响期的两个阶段中,人类活动对径流量的贡献率分别为95.95%和77.52%,对输沙量的贡献率分别为78.31%和77.91%。(3)显著影响径流量的因子为农作物播种面积、耕地面积、草地面积和人口密度,显著影响输沙量的因子为植被覆盖度、水利环境投资占比、人口密度和工业总产值。(4)农作物播种面积和耕地面积的变化对径流量的影响均呈显著正相关,草地面积和人口密度对径流量响应关系为显著负相关;植被覆盖度...     

滦河流域景观格局变化对水沙过程的影响

以滦河流域为研究区域,基于SWAT模型模拟1976—2012年滦河流域的水沙过程,分析2000年京津风沙源治理项目实施前后流域产水产沙时空格局变化;研究1980—2010年流域景观格局变化特征,揭示景观格局变化的水沙响应;应用Spearman相关分析法分析流域景观格局变化对水沙过程的影响。结果表明:与20世纪80年代相比,2010年流域林地和建设用地增加,其他用地类型减小;流域景观集中程度提高、连通性变优、优势斑块显著、形状趋于规则、多样性减少、破碎化程度降低、景观类型向非均衡方向发展;流域年均地表径流减少9mm,产水量增加5.44mm,产沙减小1.59t/hm~2;地表径流减少区域占全流域89.32%,产水量增加区域占76.71%,产沙量减少区域占93.89%;地表径流、产水、产沙与林地面积呈负相关,产水与草地面积呈正相关,地表径流、产沙与农业用地面积呈正相关;地表径流、产水、产沙与景观形状、Shannon′s均匀度、景观分离度呈正相关,与蔓延度、最大斑块指数呈负相关;产水、产沙与斑块密度和Shannon′s多样性指数呈正相关;工程治理后,流域年均径流量与产沙量显著下降,产水产沙高值区显著缩小,产沙关键区域仍需治理。     

渭河源流域源汇景观演变对径流泥沙的影响

探讨源汇景观演变特征与径流泥沙的关系对定量识别源汇景观功能对生态过程的影响具有重要的科学意义。以位于黄土高原和西秦岭山地交错区域的渭河源为例,分析了流域源汇景观格局演变与降雨耦合驱动对径流和泥沙的影响,结果表明:(1)研究区1982—2017年汇景观比例逐渐增加并超过源景观,源汇景观功能演变主要发生在黄土丘陵区,源汇景观负荷比指数呈逐年下降趋势;(2)影响流域径流和泥沙的主要因素不同,洪峰流量与含沙量主要受源景观面积比例和源汇景观负荷比的影响,呈显著的下降趋势,而径流量仅与降水量存在相关性;(3)基于信息理论方法的相对重要性分析表明,降雨对流域径流量的相对重要性高于源汇景观负荷比,而源汇景观负荷比对洪峰流量和含沙量的相对重要性较高,传输距离和海拔分布对径流泥沙和洪峰流量具有重要影响。在长时间尺度上,源汇景观格局演变影响了径流及泥沙特征,并且对泥沙影响的相对重要性高于径流。源汇景观合理的时空分布可以有效调控水土流失过程,对黄土高原生态可持续发展具有重要意义。     

基于“源”“汇”景观指数的定西关川河流域土壤水蚀研究

基于“源-汇”理论,利用“源”“汇”景观指数分析方法,计算甘肃定西关川河流域1995年、2000年、2005年和2010年的“源”“汇”景观指数(LWLI,Location-weighted landscape index),对比分析“源”“汇”景观空间格局变化与土壤水蚀的关系.结果表明:(1)关川河流域从1995年到2010年的LWLIelevation、LWLIdistance和LWLIslope指数呈降低的趋势.在高海拔和距流域出水口较远的区域,“源”景观的贡献逐渐小于“汇”景观的贡献.林地主要分布在坡度较小的地区,而草地主要分布在坡度较大地区.(2)“源”“汇”景观综合指数LWLI从1995年到2005年持续下降,但2010年的LWLI值比2005年又有所提高,说明由于地区人口的扩大和自然资源的限制,某些地区农地扩张的压力依然很大.(3)20年间流域大气降水没有发生显著变化,但河川径流量、径流系数和土壤侵蚀模数逐年减少.LWLI与土壤侵蚀模数(P＜0.05)具有显著正相关关系.LWLI能够较好地反映流域土壤水蚀规律,可作为流域水土流失评价的有效方法.对深入探讨黄土高原“退耕还林还草”工程与流域水文过程的关系,有效控制水土流失,优化黄土高原的治理,具有重要的理论和实践意义.     

黄土丘陵区景观格局对水土流失过程的影响——景观水平与多尺度比较

以黄土丘陵沟壑区河口-龙门区间内42个水文站控制流域土地利用和径流泥沙数据为基础,借助GIS和RUSLE,运用景观格局指数分析法,从景观水平和多尺度上探讨景观格局对流域水土流失过程的影响。结果表明:河龙区间流域景观格局和水土流失过程特征存在明显空间分异和相对差异。在斑块类型水平上草地的连结度(COHESION3)和分维数变异度(FRAC_CV3)、耕地和居民建设用地的丛生度(CLUMPY1、CLUMPY5)、居民建设用地边缘密度(ED5)是影响流域水土流失过程的重要指标,其中草地连结度对流域水土流失过程变异的解释度最高。在景观水平上景观连结度(COHESION)、平均斑块面积(AREA_MN)、景观聚集度(AI)、景观丰富度(PR)是影响水土流失过程的主要因子,其中景观聚集度(AI)对流域水土流失过程变异的解释程度最高。斑块类型水平景观格局对水土流失过程空间变异的解释能力要高于景观水平。景观格局具有明显的嵌套特性并强烈影响着流域水土流失过程,在嵌套水平上草地连结度(COHESION3)和耕地丛生度(CLUMPY1)是控制流域侵蚀产沙的主要格局因子,草地分维数变异程度(FRAC_CV3)可以抑制流域泥沙输移过程。景观格局对水土流失过程的影响机制和景观指数与反应变量间的统计学关系随尺度不同而异。     

濂水流域降雨变化和景观格局演变的径流效应

降雨和景观格局是影响流域径流过程的两大主要因素,开展二者的径流效应研究对流域水资源管理、生态建设等具有重要意义。本研究以赣南红壤丘陵区的濂水流域为对象,基于1958—2020年的降雨、径流和土地利用数据,分析降雨、景观格局和径流的变化特征,以及降雨、景观格局与年径流、洪枯径流的关系。结果表明: 研究期间,流域年降雨量、年径流量、年最大1 d径流量均呈非显著下降趋势,年最小1 d径流量呈非显著上升趋势且年际变化幅度最大;有林地为流域内占比最高的景观类型,其他林地的变化最剧烈;景观水平上,流域的Shannon多样性指数、Shannon均匀度指数、斑块密度、景观形状指数分别由1980年的1.125、0.541、0.667、16.925上升至2020年的1.348、0.614、0.731、18.172,景观蔓延度指数由1980年的68.237下降至2020年的64.293,流域整体景观多样性、破碎化程度、形状复杂程度提高,空间分布趋于均匀,连通性降低。降雨量与年径流、洪水径流、枯水径流的相关系数分别为0.907、0.594、0.558;类型水平上,耕地减少对年径流、洪枯径流的影响均较大,而景观水平上的整体变化促进了年径流和洪水径流减少、枯水径流增加。降雨变化和景观格局演变对年径流、洪水径流和枯水径流变化的贡献率分别为17.8%、82.2%,1.5%、98.5%和-8.8%、108.8%。研究成果可为流域景观格局配置、水土流失综合治理等提供理论参考。     

三峡库区典型流域“源”“汇”景观格局时空变化对侵蚀产沙的影响

以三峡库区王家桥流域为研究对象,基于五期遥感影像(1995、2000、2005、2010和2015)提取流域景观格局,采用马尔科夫模型研究"源""汇"景观格局时空变化,并结合野外多年实测数据建立景观格局指数与产沙量之间的关系,分析景观格局对流域侵蚀产沙的影响。结果表明:1995—2015年,王家桥流域景观格局时空变化明显,呈破碎化发展趋势。"源"景观面积持续下降,"汇"景观面积持续增长。在降雨量时序曲线相似的条件下,斑块类型尺度的景观指数对侵蚀产沙量的解释能力高于景观尺度。斑块类型尺度,"源""汇"景观指数与径流输沙量的复相关系数分别为0.946和0.903,均显著相关。对于"源"景观而言,相似邻近百分比(PLADJ)与斑块结合度(COHESION)是影响流域侵蚀产沙的重要指标。径流输沙量与PLADJ和COHESION指数呈正相关关系,输沙量随指数的增大而增大。对于"汇"景观而言,斑块密度(PD)、边界密度(ED)、景观形状指数(LSI)是影响流域侵蚀产沙的重要指标,径流输沙量与PD和LSI呈负相关关系,输沙量随着指数的增大而减小。斑块类型尺度上,流域景观格局时空变化对泥沙输出影响显著。研究结果可为建立其他流域景观格局变化与土壤侵蚀响应关系提供参考。     

道路建设对西南地区景观格局的影响

为揭示西南地区道路建设对景观格局的影响,基于2015年土地覆被和道路数据,计算了研究区道路核密度与景观指数,在此基础上分析了道路建设的直接、间接和综合影响,探讨了影响的空间异质性和对不同土地覆被影响的特点,指出了各景观指数的适用性。结果表明：(1)道路建设使斑块密度增加,斑块离散化加剧,发生明显的破碎化趋势,同时道路核密度与PD、SHDI、SPLIT变化百分比呈显著正相关,与COHESION、CONTAG、PAFRAC呈显著负相关;(2)道路建设对景观指数的影响程度由大到小依次表现在：破碎化、斑块空间分布形态、聚集连通性,其中PD能很好的表征道路建设对景观破碎化的作用程度,SPLIT在识别破碎化程度高的区域更具优势;(3)不同景观指数具有不同适用性,PAFRAC适用于道路不发达区域,CONTAG适用于道路分布异质性较高的区域,DIVISION适用于人类活动强度不大的区域,COHESION、SPLIT适用于探究道路及伴随的人类活动共同作用的区域,PD、SHDI在探究道路的直接作用时适用性广泛;(4)探究不同土地覆被类型受道路建设的影响,林地优先选取PD、DIVISION;草地优先选取DI...     

黄土高原景观格局与水土流失关系研究

采用DCCA排序法对黄土高原腹地泾河流域12个子流域的景观格局与流域水土流失关系进行了定量分析.结果表明,DCCA排序的前4轴分别与农业用地比率、景观多样性指数、森林比率显著相关.各子流域的水土流失特征具有明显的梯度变异.在森林比率占65%的三水河子流域,景观相对简单、多样性低,流域年径流量大、输沙小、含沙量低,径流相对稳定;随着森林比率减小,农业用地比率增大,景观多样性升高,产流系数增高,径流深度、输沙量和含沙量增大;在森林比率很低、农业用地53.41%的洪河子流域,景观格局复杂、多样性较高,河流含沙量高、输沙率大,月输沙和径流变异极大;在农业用地比率减小,其他景观类型比率增大,景观相对简单的环江上、下游子流域,输沙量和含沙量减小,但输沙和径流的年际变化极大.排序分析结果较清晰地解释了黄土高原典型地区水土流失特征沿景观梯度的变化规律.     

寻乌水流域景观格局演变及其生态环境效应

土地利用变化引起的景观格局演变及其生态环境效应研究已成为诸多学者广泛关注的研究热点。为正确认识和评价土地利用变化对景观格局和生态环境的影响,以寻乌水流域为研究对象,选取1995、2005年Landsat5 TM影像和2015年Landsat8 OLI影像进行遥感解译,得到3期的土地利用数据,借助ArcGIS10.2和Frgstats4.2软件,分析土地利用动态变化与景观格局演变特征。同时运用遥感生态指数(RSEI)对寻乌水流域1995—2015年期间生态环境质量时空演变进行评价。结果表明:(1)近20年寻乌水流域园地(增加40.14%)和林地(减少33.91%)面积占比变化幅度最大,水域(减少0.1%)变化幅度最小。土地利用变化单向转换频繁,园地"涨势"和林地"落势"十分明显,整体处于不平衡状态。(2)景观水平上,流域的香农多样性指数(SHDI)、修正Simpon均匀度指数(MSIEI)分别由1995年的0.7083、0.2423上升至2015年的1.114、0.5247,景观聚集度指数(CONTAG)由1995年的72.93下降至2015年的58.13。流域的景观异质性增强,破碎化程度提高。(3)寻乌水流域1995、2005和2015年RSEI均值分别为0.554、0.544和0.550,呈先下降后上升趋势,生态环境状况恶化后得到改善。寻乌果业发展引起的园地快速扩张对林地的占用是生态环境恶化的主因,后期退果(耕)还林、保护生态林及植树造林等是生态环境改善的主因。研究成果可为流域的土地利用规划、良好的生态格局建立和生态环境保护提供重要科学依据。     

农业景观中环境因素对两栖类生物分布的影响

以黄河下游地区封丘县为研究区,在地理信息系统和R软件的支持下,在栖息地水平和景观水平上,分析了两栖类生物分布与栖息地变量(池塘水体溶解氧DO、电导率COND、浊度TURB、水体氨氮NH₃-N、池塘内植被盖度VEG_interior、池塘内挺水植物盖度EMER、池塘边缘植被盖度VEG_edge、两栖类幼虫捕食者PRE和池塘面积AREA)和采样点池塘250、500、1000、2000 m半径缓冲区内景观变量(池塘面积AP、与最近道路的距离DR、耕地面积AF、林地面积AW、Shannon多样性指数SHDI和蔓延度指数CONTAG)的关系.结果表明: 中华大蟾蜍的分布主要与栖息地变量中的PRE和较大缓冲区半径内的景观变量(AW2000、DR2000、SHDI1000、CONTAG1000)相关;黑斑侧褶蛙的分布与栖息地变量中的EMER和较小缓冲区半径内的景观变量(SHDI500)关系密切;金线侧褶蛙的分布主要与栖息地变量中的VEG_interior和PRE相关;泽陆蛙的分布主要与较大缓冲区半径内的景观变量(AF2000、SHDI2000)相关;两栖类生物总体上主要与栖息地变量中的EMER和较小缓冲区半径内的景观变量(SHDI500)相关.在农业景观中,保护两栖类生物应该保护永久性和半永久性池塘、提高池塘内部植被盖度、增强栖息地池塘之间的功能连通性.     

伊河流域景观格局变化及其驱动机制

以伊河流域1987、2000、2008和2013年4期土地覆被数据、同期气象资料及社会经济数据为基础,综合运用景观生态学原理及ArcGIS 10.2、Fragstats 4.2和SPSS 17等工具,从不同时空尺度分析伊河流域景观格局变化及其驱动机制.结果表明: 1987—2013年,研究区景观空间结构发生明显改变,伊河流域的林地、草地、库塘和建设用地面积增加,耕地、河渠面积呈现“减少-增加-减少”的趋势;1987—2008年,耕地主要转换为建设用地,2008—2013年,耕地、林地和草地之间的转移明显;景观空间格局的变化主要集中在海拔550 m以下的河谷平川和丘陵地带,山地景观格局随人类活动影响的加深也开始发生变化.景观格局指数分析表明:耕地与林地的最大斑块指数和聚集度指数最大;1987—2013年,伊河流域的斑块个数持续快速增长,分离度、Shannon均匀度指数和Shannon多样性指数呈“增大-略有减小-增大”的趋势,说明景观格局趋于不稳定,景观异质性增强.社会经济发展与人口增加是耕地、未利用地等景观类型向建设用地转化的主要驱动力;气温上升与蒸散发量增加是流域水域面积变化的直接原因;政策是流域林地、草地等景观结构发生变化的根本原因.