东北农牧交错带土地利用生态安全模式案例研究

尽管目前学术界对生态安全尚无统一的定义和权威的度量方法、指标 ,生态安全却是任何一个区域进行资源开发必须遵循的可持续发展准则[7] 。关注土地利用过程中出现的生态问题 ,研究扰动敏感区土地利用变化的生态环境效应 ,加强脆弱类型土地生态经济系统生态安全的调控 ,成为国内外关于土地利用变化研究的一个重要趋势。东北农牧交错带位于中国北方农牧交错带的东部三北交接农牧交错区[2 ] ,土地利用上具有农牧交错、时农时牧的特点。因其生态环境组成结构相对不稳定 ,对于干扰因素反应敏感且易发生不利用于人类利用的变化 ,以致在土地利用过…     

3S技术在绿洲土地覆盖变化研究中的应用研究--以新疆于田绿洲为例

土地利用／覆盖变化（LUCC）是全球变化研究的重要核心问题之一,基于区域和地方尺度的绿洲土地覆盖变化信息的定量提取在干旱区生态环境演变研究中具有重要的价值,也是对全球变化研究的重要补充。选择干旱区典型绿洲新疆于田地区为研究靶区,利用2期不同时相的TM卫星影像,结合多年实地调查所获得的大量数据,根据当地实际情况,选择适宜的分类指标体系,利用遥感、全球定位系统以及地理信息系统技术（3S技术）对图像进行了综合技术处理,获得了较高精度的该区域绿洲LUCC不同类型分类精度统计以及土地利用／覆盖转换矩阵。在此基础上,对跨度近10年的于田绿洲LUCC时空变化格局进行了分析,提出了相应的生态环境改良措施,其方法和结论对塔里木盆地南缘绿洲地区生态环境改良及其可持续发展研究具有一定参考价值。     

基于生态系统服务功能的中国北方草地及农牧交错带区划

以北方草地和农牧交错带草地类型区域分异为基础,重点考虑不同草地类型的生态系统服务功能,在综合分析了北方草地和农牧交错带生态环境基本特征的基础上,确定了草地生态功能区划的原则、依据、方法及命名,然后在"3S"技术的支持下,将北方草地和农牧交错带分为北方草原区、北方荒漠区和农牧交错区3个一级区及10个二级区,对各个功能区的区域范围、主要生态环境问题、主要的生态服务功能及为了功能区的保护与可持续发展而需要采取的措施都进行了详细论述。区划结果对认识北方草地与农牧交错带不同草地类型生态系统服务功能的重要价值,对草地资源的合理利用和农业生产的合理布局、对生态环境保护与建设规划及对维护区域生态安全、实现区域的可持续发展都具有重大意义。     

基于土地利用/覆盖变化的浙江大湾区生态安全评价及多情景模拟分析

土地利用/覆盖变化(LUCC)在生态系统问题中起着决定性的作用。中国改革开放40多年来,土地资源得到了最大限度的开发利用,经济社会取得了巨大的发展,但也面临着严重的生态安全问题。人类活动导致土地利用的迅速变化已经威胁到生态安全(ES),通过预测土地利用的变化并模拟ES模式,将LUCC和生态安全评价结合起来对区域生态环境评价和保护具有重要作用。以浙江大湾区为研究区域,采用CA-Markov模型预测土地利用/覆盖变化,模拟2030年3种不同情景下的生态安全格局。基于压力-状态-响应(PSR)模型,对2005年、2010年、2015年和2018年浙江大湾区的生态安全进行了评估,处于一般安全等级及以上面积占比从58.83%先提高至60.02%,后下降至59.42%。同时,通过改变不同土地利用/覆盖变化的转移概率矩阵,设置了惯性发展、过度扩张和生态保护3种情景,结果显示3种情景下生态安全处于一般安全等级及以上面积占比分别为58.61%、57.60%和58.46%。浙江大湾区生态安全的空间分布格局与人口密度、GDP等社会经济数据的空间分布格局相反,平原地区耕地利用率高、生态安全等级较低,多丘陵地区...     

气候和土地利用变化对中国北方农牧交错带植被覆盖变化的影响

基于1986、2000年中国北方农牧交错带的遥感影像及研究区的气象数据,利用植被覆盖度信息提取模型研究了1986—2000年间研究区植被覆盖度的时空变化,并分析了气候和土地利用变化对植被覆盖度变化的影响.结果表明：1986—2000年,研究区高盖度植被的面积缩减,低盖度植被的面积增加;植被覆盖升高区主要位于该区东北段的东部、北段的西部和西北段的西部,其他地段的植被覆盖明显退化;植被覆盖度与降水、干燥度指数呈正相关,与温度呈负相关;不同土地利用类型的植被覆盖度变化方向和程度各异.     

人类活动对西南山地植被覆盖变化的影响——以重庆市为例

植被覆盖变化是生态环境变化的重要指标,定量解析其中的人类活动作用一直是生态领域研究的热点。以重庆市为例,基于遥感、气象以及统计数据,利用GIS技术和残差法,从归一化植被指数(NDVI)和土地利用/覆盖(LUCC)整合分析视角,探究西南山地2000-2020年植被覆盖变化的时空特征,深入解析人类活动影响。 研究表明：(1)近20年间研究区植被覆盖呈整体上升趋势且空间异质性强,渝东南和渝东北地区植被覆盖以及恢复趋势明显优于渝中地区。(2)残差分析表明人类活动对植被覆盖变化同时存在正向和负向两个方面的影响,以正向影响为主导。(3)林地未变区和耕地未变区对植被覆盖变化的贡献程度最大(两者共达到84.18%),退耕还林贡献率仅为1.24%。(4)封禁育林面积与林地未变区植被覆盖变化存在极显著正相关关系(R²=0.82),同时封禁育林生态工程能够较好地解释林地未变区残差变化。研究建立了LUCC对植被覆盖变化影响的贡献率清单,定量揭示封禁育林生态工程对植被覆盖恢复的重要作用,对丰富区域植被覆盖变化驱动研究具有一定参考价值。     

边际生态系统管理的理论与实践--我国北方草原与农牧交错带“优化生态-生产范式”构建

在新世纪国家西部大开发的战略决策实施中,北方大草原及其东南边缘的农牧交错带,是对国民经济和生态环境保育极其敏感和至关重要的前沿阵地.在过去的世纪中,草地与农牧交错带因不合理的土地利用方式,如滥垦、过牧、樵采等,使这一区域的生态系统受损,土地风蚀沙化、水土流失、盐碱化、干旱化加剧,生产力降低,风沙灾害和虫鼠害频发,造成对农牧业生产与人民生活的严重危害和生态环境的重大威胁,成为首都及东部地区沙尘天气的主要沙源地.     

长江三峡库区土地利用/覆盖的长期变化

了解土地利用/覆盖的时空变化有助于揭示气候变化和人类活动对生态系统的影响,是开展生态系统管理的重要前提.长江三峡库区是我国重要的生态脆弱区,环境变化影响的复杂性显著,但目前对此仍缺乏系统了解.本文通过解译Landsat时序遥感影像,获取三峡库区土地利用/覆盖数据,研究土地利用/覆盖构成结构及其分布的长期时空变化特征,以揭示三峡库区土地利用/覆盖的演变规律,为深入了解生态脆弱区生态系统变化复杂性和区域生态系统管理提供科学依据.结果表明: 1990—2015年间,三峡库区土地利用/覆盖结构的空间异质性和变化显著,农田面积比例由66.2%降至40.4%,林地面积比例由31.3%增至53.5%,库区由农业景观转变为以森林、灌木林等为主的林地景观,建设用地和水体逐渐增加;林地逐渐向库区中部扩张,建设用地点状扩张;海拔500～1000 m和坡度15°～25°区域林地面积比例增长最明显,针叶林、针阔混交林和灌木林等植被类型增长最快.研究期间,三峡水库建设和各类生态恢复工程的实施促使区域土地利用/覆盖结构呈阶段性变化,总体表现为生态恢复趋势.积极的生态恢复措施有助于消减工程建设对区域生态环境的负面影响.     

大气颗粒物污染对土地覆盖变化的响应

土地利用-覆盖变化(LUCC)直接或间接影响颗粒物污染。了解颗粒物污染对LUCC的响应,对维护和改善生态环境具有重要的意义。基于卫星遥感技术,从广域的空间尺度分析颗粒物污染对LUCC的响应。使用MODIS数据分别提取与颗粒物污染相关性较高的城市用地、林地等土地利用类型,确定土地利用类型的变化趋势,利用长时间序列MODIS气溶胶光学厚度(AOD,Aerosol optical depth)产品分析颗粒物污染与土地利用类型的变化的相关性。以山东省青岛市、淄博市、济南市3个典型城市为例,研究了AOD随土地利用类型的变化趋势。同时,考虑并分析了颗粒物污染对土地利用变化响应的敏感性,以及城市区域变化对环境的影响。研究结果表明,不同的城市类型,由于决定环境变化主导因素的差异,颗粒物污染对LUCC的响应具有明显的差异。青岛市地区,由于受海洋影响显著,大气颗粒物污染与LUCC的相关性较低,如中度污染天气与林地的相关系数为-0.451;而淄博市和济南市的相关系数分别为-0.473、-0.507。     

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.     

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。     

土地利用与土地覆盖变化对生态系统的影响

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。     

宁夏农牧交错带村域景观演替及驱动机制

人类活动与景观格局的关系及其调控,一直是景观生态学研究的核心领域之一。农牧交错带因其环境波动、土地宜农宜牧和政策摇摆,自然生态和地方文化逐渐式微,保护和恢复现有的半自然景观以及由此产生的生物、生态和文化等功能的任务越来越紧迫。本研究以位于农牧交错带的宁夏盐池县皖记沟村为对象,运用遥感资料和访谈调查、地学考察相结合的方法,分析1964—2019年景观变化特征,探讨其景观演替规律及其自然和社会驱动机制,以及景观类型之间的互作机制。结果表明: 研究期间,皖记沟村由草地、耕地、沙地为主的景观结构演变为以草地、灌木林地、沙地、耕地为主的景观结构,由景观功能分离竞争向初步整合转变,形成了草地-耕地-沙地-灌木林地等确定的演替路径。景观演变的主要驱动机制是政策、人类需求和环境的综合作用。政策往往通过大型的、集中的人类活动促进景观发生改变,而环境通过生态系统内在驱动力,促使景观朝着与本底条件相适应的方向演替。景观演替的主要机理是土壤物理结构变化引起的土壤水分变化以及能适应新环境的植被变化。在资源密度较低的农牧交错带,景观功能分离是引起土地沙化的主要原因之一,景观功能的整合、协同大大缓解了生态恶化的局面。将景观分离竞争转化为景观共生,实现景观类型的互补乃至与外来资源的整合,是维持农牧交错带可持续发展的关键途径。     

新疆焉耆盆地人类活动与气候变化的效应机制

通过对新疆焉耆盆地及其周边近40a(1973—2014)的气候变化趋势检测、LUCC和生物量估算,探讨气候变化和人类活动的生态效应机制,研究区域陆地生态系统演变及其归因。分析结果表明:(1)焉耆盆地山区和平原区降水变化都有明显的突变点,并呈现增加趋势,蒸发量在山区减少,在平原区波动性减少趋势;(2)LUCC分析表明,山区裸地面积减少5.40%,冰川面积减少3.36%,高地植被面积增加8.76%;同时平原区天然绿洲面积增加1.96%,沙漠面积减少1.62%,水域面积减少1.30%,人工绿洲面积增加15.41%,湿地面积增加1.27%;(3)山区陆地生态系统对区域气候变化非常敏感,其中降水变化是决定山区地表植被生存状态和分布的重要因素;(4)人类活动的推动作用和有益气候变化的支撑是绿洲平原区生态系统好转的原因,其中人口急剧增加和社会经济快速发展,导致绿洲平原区生态系统结构及其时空分布的主要因素。焉耆盆地及其周围区域陆地生态系统的演变对气候变化和人类活动有明显的时空尺度效应,其反应程度各不相同。     

北方农牧交错带多伦县生态系统服务权衡与协同关系研究

科学理解生态系统服务的权衡/协同关系,对于正确指导生态系统可持续管理实践具有重要意义。以位于北方农牧交错带的多伦县为研究区,基于土地利用/覆被、气象、土壤类型、归一化植被指数(NDVI)以及社会经济统计资料等多种数据,分析了2000年、2015年食物供给、碳固持、土壤保持、防风固沙及产水量5种生态系统服务的时空变化,识别了5种服务的供给热点区,并基于相关分析法从县域、乡镇及不同地类3种尺度上对生态系统服务间的权衡/协同关系进行分析。结果表明:(1)2000—2015年,食物供给与土壤保持量增幅较大,产水量与碳固持的供给量增幅较小,防风固沙量大幅下降,5种服务的空间格局基本保持不变;(2)多伦县1类热点区面积明显增加,3类热点区面积明显减少;面积占比超过50%的草地提供5种服务的能力强于耕地;(3)多伦县生态系统服务的权衡关系主要存在于产水量与土壤保持、产水量与碳固持、产水量与食物供给三对服务中;由于研究区生态系统环境的空间异质性较强,各乡镇和两种地类(草地和耕地)上分别只有4对和3对生态系统服务的权衡/协同关系与县域保持一致;(4)不同土地利用类型、海拔、土壤类型等因素的组合使多伦县乡镇之间及乡镇与县域之间的权衡/协同关系存在明显差异。因此,在生态环境更为复杂的整个北方农牧交错带,更需选取合适的空间尺度进行生态系统服务的权衡/协同关系分析,以指导决策者制定合理的生态系统管理措施。     

应用遥感技术研究土地利用/土地覆盖变化及其对土壤侵蚀过程的影响--以印度北部Pali Gad山地流域为例

应用遥感技术评估了印度北部Pali Gad山地流域过去几十年里土地利用／土地覆盖变化及其造成的土壤侵蚀程度,并基于摩根参数模型（Morgan Parametric Model）的方法来测定土壤的侵蚀程度;结果表明,由于不同的坡向受到太阳光照的不同可以引起土地覆盖的变迁;海拔和坡度已不再是阻碍人们获取自然资源的因素,人们的活动范围正转移到更高的海拔和更陡峭的坡度;揭示了土地利用／土地覆盖变化对土壤侵蚀进程有着直接的影响。     

北方农牧交错带温性盐碱化草地土壤呼吸对不同形态氮添加和刈割的响应

农牧交错带草地生态系统兼受农业和牧业的影响, 属于脆弱生态系统, 尤其是养分贫瘠的盐碱化草地, 其生态系统结构和功能对外界干扰的响应更加强烈。位于晋西北地区的农牧交错带盐碱化草地, 地理位置独特, 区别于天然牧区草地生态系统。由于毗邻农田, 农业氮肥的过量使用促进了活性氮气体排放, 同时使得农牧交错带草地土壤碳氮循环发生改变。刈割是北方农牧交错草地生态系统的主要管理方式, 为了深入探究氮添加和刈割管理方式对农牧交错带草地碳循环的影响, 进一步厘清该区域草地生态系统的碳动态问题, 该研究设置了一个不同形态氮添加和刈割的裂区实验, 测定土壤呼吸对不同形态氮肥添加和刈割的响应, 为进一步科学管理该区域草地提供可靠的依据。实验样地位于山西省右玉县境内的“山西农业大学农牧交错带草地生态系统野外观测研究站”, 于2017年设置不同形态氮添加和刈割处理, 实验处理包括对照(不刈割和刈割)、尿素添加、缓释尿素添加、刈割+尿素添加、刈割+缓释尿素添加, 每种处理6个重复, 共36个小区。在不同处理条件下测定土壤呼吸速率、土壤温度、土壤水分、土壤微生物生物量、土壤无机氮含量、植物地上和地下生物量, 并计算土壤累积碳排放量及CO₂通量。研究结果表明: (1)短期(2017-2018年)尿素和缓释尿素的添加显著提高了该地区土壤呼吸速率和土壤累积碳排放量。与添加缓释尿素相比, 添加尿素处理下的土壤呼吸速率和累积碳排放量更高; (2)刈割显著降低土壤呼吸速率和累积碳排放量; (3)短期氮添加和刈割的交互作用对土壤呼吸速率没有显著影响。因此, 短期氮添加促进了北方农牧交错带盐碱化草地土壤碳释放, 刈割抑制土壤呼吸, 降低了累积碳排放量, 这可能是由于刈割移除地上植物, 减少了凋落物的输入, 底物减少导致土壤微生物活性降低。但是随着处理时间的延长, 氮添加和刈割对该农牧交错带盐碱化草地土壤碳动态的影响还有待进一步探究和发现。     

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.     

中国典型生态脆弱区生态化学计量学研究进展

在人类活动和自然环境变化的相互作用下,生态脆弱区生态系统随之变迁,荒漠化、盐碱化、水土流失、植被生产力下降等是生态脆弱区面临的重要问题。生态化学计量学作为当前多学科交叉研究的热点领域,强调从生态系统能量与元素平衡角度,揭示元素生物地球化学循环和生态系统对环境变化的调控机制。为了促进对生态脆弱区碳（C）、氮（N）、磷（P）生态化学计量的深入理解,本文重点总结了近年来有关我国典型生态脆弱区植物、凋落物、土壤和土壤微生物量C、N、P生态化学计量及其对环境变化响应的研究成果,并展望未来研究方向,以期促进生态化学计量学的发展和生态脆弱区生态保护与恢复研究。研究表明,植物-凋落物-土壤-土壤微生物系统C、N、P化学计量具有较强相关性,并受土壤因子、气候因子、生物因子和人类活动的显著影响。在生态脆弱区,我国北方荒漠及荒漠化地区由于较高的N∶P比值易受P限制,而青藏高原脆弱区、西南岩溶石漠化地区和黄土高原脆弱区等生态脆弱区更易受N限制;随着植被恢复,养分限制逐渐由N限制向P限制转变。生态脆弱区相对较低的养分含量和C∶N∶P比值或许可在一定程度上解释植被生产力较低的原因,而具有较高N、P化学计量内稳性的植物在贫瘠环境中具有较强竞争力和更高稳定性。今后可加强多尺度、不同生态系统植物-凋落物-土壤-土壤微生物系统生态化学计量和长期、多因子交互控制实验的研究。     

A continent under stress: interactions, feedbacks and risks associated with impact of modified land cover on Australia's climate

Global climate change is the major and most urgent global environmental issue. Australia is already experiencing climate change as evidenced by higher temperatures and more frequent and severe droughts. These impacts are compounded by increasing land use pressures on natural resources and native ecosystems. This paper provides a synthesis of the interactions, feedbacks and risks of natural climate variability, climate change and land use/land cover change (LUCC) impacting on the Australian continent and how they vary regionally. We review evidence of climate change and underlying processes resulting from interactions between global warming caused by increased concentration of atmospheric greenhouse gases and modification of the land surface. The consequences of ignoring the effect of LUCC on current and future droughts in Australia could have catastrophic consequences for the nation's environment, economy and communities. We highlight the need for more integrated, long-term and adaptive policies and regional natural resource management strategies that restore the beneficial feedbacks between native vegetation cover and local-regional climate, to help ameliorate the impact of global warming.