太湖流域土地利用与景观格局演变研究

基于遥感、GIS技术和景观生态学方法,以太湖流域为研究区域,在1985年、1995年和2000年的土地利用图基础上,分析了土地利用与景观格局演变.结果表明,15年间,太湖流域农田呈减少趋势,建设用地、林地、草地、水体呈增加趋势,其中农田的减少占土地利用总减少量的89.64%,建设用地的增加占土地利用总增加量的79.21%;由于人类活动的干预,太湖流域景观结构与景观异质性发生了较大变化.从景观尺度上看,斑块密度、多样性指数和均匀度指数呈降低趋势,边界密度、优势度指数、景观形状指数呈增加趋势;从斑块尺度上看,各景观组分的异质性指数及其变化过程有较大的差异,体现了景观生态系统的复杂性.人口增长、经济、政策等因素是太湖流域近15年景观格局动态变化的主要驱动力.太湖流域土地利用变化产生了景观碎化、边缘效应、生境退化等景观生态效应.可通过调整景观尺度上的土地利用方式,使太湖流域生态建设及水土资源实现可持续发展.     

1996-2016 年洞庭湖区土地利用及景观格局演变特征

以1996 年、2001 年、2007 年、2012、2016 年洞庭湖区的遥感影像数据为基础, 利用转移矩阵模型及景观格局指数等方法分析了洞庭湖区20 年间的土地利用及景观格局变化特征。结果表明: 洞庭湖区土地利用景观格局变化主要表现为耕地、林地和建设用地的增加, 水域、草地和其它用地有不同程度的减少; 总体景观呈破碎化趋势, 形状更加复杂, 多样性指数呈增加趋势; 各类型土地的斑块数目总体呈上升趋势, 其中水域与其他用地基本保持不变, 耕地的最大斑块指数变化最大, 平均分维数基本呈上升趋势。     

疏勒河中游土地利用与景观格局动态

利用1976年Landsat MSS、1989年Landsat TM、2000年Landsat ETM+和2010年TM遥感影像,运用GIS和景观生态学方法,分析了1976-2010年疏勒河中游玉门市土地利用/覆被和景观格局的变化.结果表明:1976-2010年间,玉门市土地利用类型转移的主要方向是草地和戈壁转化为耕地、耕地转化为建设用地、草地转化为戈壁;土地利用变化经历了“缓慢变化-急剧变化-显著变化”的过程,景观密度持续增大,最大斑块指数先增大后减小,面积加权形状指数增大,形状趋于不规则;斑块间的最邻近距离减小,景观逐渐向具有多种要素的密集格局演变,更加破碎;不同斑块间的分离度减小;景观的多样性和均匀度先减小后增加.农业人口增长和经济发展是研究区土地利用/覆被变化的最直接驱动力,气候和政策因素也是重要的影响因素.     

1980—2018年祁连山南坡土地利用变化及其驱动力

祁连山是我国第一阶梯和第二阶梯的分界线,生态环境脆弱,对过渡地带土地利用变化及其驱动力研究具有重要的生态意义。本研究以祁连山南坡为研究区,基于1980—2018年遥感影像数据,运用空间自相关分析法、ArcGIS空间分析方法和主成分分析法分析了土地利用的时空变化特征及其驱动力。结果表明: 1980—2018年,草地是研究区土地利用类型的主体,建设用地所占比重最小,水域、草地表现为下降趋势,未利用土地、建设用地和耕地均呈现出增长态势,林地变化较小。不同地类单一土地利用动态度从大到小依次为:建设用地＞水域＞耕地＞未利用土地＞林地＞草地,综合土地利用动态度为0.9%。不同土地利用类型空间分布表现出空间集聚性特征。耕地增加的区域和林地、草地减少的区域主要分布在门源县城所处大通河谷地西北侧,天峻县东北部大通河上游地区存在工矿建设用地占用草地的现象。土地利用变化驱动力主要为人口数量、科技、城市化、经济发展水平和政策。本研究结果可为政府合理规划和利用土地资源提供依据,对祁连山南坡生态环境保护和社会经济可持续发展具有重大意义。     

基于RS和GIS的科尔沁沙地南缘章古台地区土地利用变化及其驱动力

利用遥感影像,借助于GIS技术以及数理统计方法,对章古台地区近20年间土地利用变化及驱动力进行了分析。结果表明:1988-2009年间,章古台地区土地利用构成以耕地和林地为主;土地利用类型变化以林地、耕地和建设用地面积的增加和草地、水域及未利用土地面积的减少为特征,其中,草地、建设用地和未利用土地的年变化率大于其他土地利用类型;土地利用程度综合指数由1988年的235.34增至2009年的251.65;土地类型间的转化以草地、未利用土地向林地、耕地转化和耕地与林地间转化为主,占总转化面积的95.58%。章古台地区土地利用变化受人口、政策和自然因素的综合影响,虽然自然因素是决定土地利用变化的重要因素,但在20年的时间尺度上,人口增长和政策引导则是加剧这种变化的主导因素。     

银川盆地土地利用变化对景观格局脆弱性的影响

景观格局脆弱性能反映生态系统的不稳定性和对外界干扰的敏感性,有助于了解生态环境的状态和变化趋势.以银川盆地为研究对象,结合景观敏感性和景观适应性2个维度获取2001和2013年研究区景观格局脆弱度的分布情况,并探讨土地利用程度综合指数、综合土地利用动态度、土地利用变化重要性指数和多种土地转移类型对景观格局脆弱度的影响.结果表明： 土地利用程度综合指数的增加主要由耕地、林地、建设用地引起,耕地、林地的比例越高脆弱度越低,建设用地作用相反;随着综合土地利用类型动态度的增加,建设用地显著提高景观格局脆弱度,其次是草地,林地显著降低景观格局脆弱度,其次是耕地;随着土地利用变化重要性指数的增加,耕地显著降低景观格局脆弱度,其次是林地,草地有较弱趋势,规律不明显,建设用地显著提高景观格局脆弱度;耕地、林地、草地为主要转移类型时,建设用地的增加会提高景观格局脆弱度,建设用地为主要转移类型时,林地和草地会提高景观格局脆弱度,耕地作用相反.土地利用类型数量的变化在一定程度上可以影响土地空间结构变化,为合理开发利用土地资源提供参考依据.三元图能有效地反映多种土地利用变化类型对景观格局脆弱度的影响,丰富了土地利用变化研究的内容.     

2005-2015年四川省土地利用变化及驱动力分析

以2005、2010、2015年三期四川省土地利用栅格数据为基础,应用ENVI和GIS技术对数据进行预处理,采用土地利用转移矩阵与土地利用动态度模型,并结合四川省土地利用实际情况分析四川省2005-2015年土地利用变化特征,并利用SPSS软件对2005-2015年间统计年鉴上相关的社会经济数据进行因子分析,研究影响四川省土地利用变化的主要驱动力因素并分析其作用机理,为后来的四川省土地利用规划提供参考依据。结果表明：(1)四川省近10年土地利用类型面积变化较为频繁,表现为城乡居民工矿用地大幅度增加,但各类土地占比总量土地面积变化不大。(2)耕地、林地、草地始终为四川省的主要土地利用类型,占比较为均衡且保持性好,耕地处于25%左右,林地和草地始终处于35%左右。而城乡居民工矿用地、水域以及未利用地面积虽有变化但占比始终较小。(3)四川省土地利用存在明显的区域差异,东部土地利用程度高,西部利用程度低。林地和草地大量且长期集中在西部,城乡居民工矿用地则在东部集中,东西分布极不均衡,不利于四川省区域经济均衡发展。(4)影响四川省土地利用变化的主要驱动力因子为常驻人口数和GDP,常驻人口始终保持较大数额且稳步增长,保持劳动力人口数量的同时带来社会经济快速发展的结果,从而促使土地利用结构不断发生变化。     

长江口不同区段围垦区土地利用/覆被变化的时空动态

基于1987、1995、2000和2006年长江口TM、ETM遥感影像,利用RS、GIS与数学统计方法,对长江口不同围垦区土地利用动态进行了分析.结果表明：研究期间,不同围垦区草地面积所占比例在空间上的差异达显著水平（P＜0.05）,大棚用地和水田面积所占比例在时间序列上的差异达显著水平(P＜0.05);去除围垦时间的因素,不同围垦区土地利用多样性指数的变化无显著性差异;土地利用年变化速率在空间上差异不显著,在时间上具有显著差异的土地类型为大棚用地和建筑用地;不同围垦区的土地利用程度具有一致性,土地利用转移方向的差异也不显著,转移强度相似.长江口不同围垦区的土地利用动态主要受围垦时间的影响.     

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。     

新疆玛纳斯河流域2000—2010年土地利用/覆盖变化及影响因素

在2000年和2010年两期遥感影像解译的基础上,从土地利用类型的结构、变化速率、变化方向及土地利用程度等方面分析了玛纳斯河流域土地利用的变化特征,并分析了影响土地利用变化的主要因素及不同因素之间的交互作用。结果表明:(1)近10年来,流域土地利用程度增强,人工绿洲呈扩张趋势,耕地和城乡工矿居民用地大量增加,林地和未利用地减少;上游地区草地和冰川积雪覆盖地面积增加。(2)耕地向内部外部双向扩张,主要来源于林地、荒漠和盐碱地;新增草地以山地裸地和山前荒漠的转变为主;林地主要转变为中游的耕地和城乡工矿居民用地及上游的草地和裸地;城乡工矿居民用地的增加主要来自荒漠、耕地和林地;未利用地变化以向人工绿洲土地类型的转变为主。(3)上游土地利用变化主要受气候变化的影响,降水量增加可能是冰川积雪面积扩张的主要原因;中游人类活动密集,耕地和城乡工矿居民用地扩张,荒漠植被退化;下游受气候和人类活动共同作用,尾闾湖泊萎缩,河岸和湖周植被退化。     

土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展

土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分,也是当前全球碳循环和全球变化研究的热点。土地利用/覆被变化及土地管理变化通过影响土壤有机碳的储量和分布,进而影响温室气体排放和陆地生态系统的碳通量。研究土地利用变化影响下的土壤有机碳储量及其动态变化规律,有助于加深理解全球气候变化与土地利用变化之间的关系。在阅读国内外有关文献的基础上,分别从土地利用及其管理方式变化的角度,概括了土地利用变化对土壤有机碳的影响过程与机理;针对当前研究的两大类方法,即实验方法和模型方法,分类详细介绍了它们各自的特点以及存在的一些问题。在此基础上,提出今后土地利用变化对土壤有机碳影响研究的发展趋势。     

Towards an integrated global framework to assess the impacts of land use and management change on soil carbon: current capability and future vision

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Tier 1 methodologies commonly underpin project‐scale carbon accounting for changes in land use and management and are used in frameworks for Life Cycle Assessment and carbon footprinting of food and energy crops. These methodologies were intended for use at large spatial scales. This can introduce error in predictions at finer spatial scales. There is an urgent need for development and implementation of higher tier methodologies that can be applied at fine spatial scales (e.g. farm/project/plantation) for food and bioenergy crop greenhouse gas (GHG) accounting to facilitate decision making in the land‐based sectors. Higher tier methods have been defined by IPCC and must be well evaluated and operate across a range of domains (e.g. climate region, soil type, crop type, topography), and must account for land use transitions and management changes being implemented. Furthermore, the data required to calibrate and drive the models used at higher tiers need to be available and applicable at fine spatial resolution, covering the meteorological, soil, cropping system and management domains, with quantified uncertainties. Testing the reliability of the models will require data either from sites with repeated measurements or from chronosequences. We review current global capability for estimating changes in soil carbon at fine spatial scales and present a vision for a framework capable of quantifying land use change and management impacts on soil carbon, which could be used for addressing issues such as bioenergy and biofuel sustainability, food security, forest protection, and direct/indirect impacts of land use change. The aim of this framework is to provide a globally accepted standard of carbon measurement and modelling appropriate for GHG accounting that could be applied at project to national scales (allowing outputs to be scaled up to a country level), to address the impacts of land use and land management change on soil carbon.     

Land Transitions in the Tropics: Going Beyond the Case Studies

Estimates of the percent of Earth's land surface that has either been transformed or degraded by human activity range between 39 and 50 percent, with agriculture accounting for the vast majority of these changes. Although much of the focus of research on land use and cover change in the tropics has been on deforestation, ongoing socioeconomic changes both locally and globally have made land transitions in the tropics extremely fluid. In addition, feedbacks between land cover change and human behavior constrain the extent and trajectories of land transitions. The sustainability of land use systems in the tropics depends on an understanding of coupled human–natural systems that can lead to general frameworks for management and prediction. The unprecedented availability of land use/cover data together with ecological data collected at large spatial scales offer exciting opportunities for advancing our understanding of socioecological systems. We rely on six studies of land transitions in the tropics to illustrate some promising approaches and pose critical questions to guide this body of research.     

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。     

Adaptation of global land use and management intensity to changes in climate and atmospheric carbon dioxide

Land use contributes to environmental change, but is also influenced by such changes. Climate and atmospheric carbon dioxide (CO₂) levels’ changes alter agricultural crop productivity, plant water requirements and irrigation water availability. The global food system needs to respond and adapt to these changes, for example, by altering agricultural practices, including the crop types or intensity of management, or shifting cultivated areas within and between countries. As impacts and associated adaptation responses are spatially specific, understanding the land use adaptation to environmental changes requires crop productivity representations that capture spatial variations. The impact of variation in management practices, including fertiliser and irrigation rates, also needs to be considered. To date, models of global land use have selected agricultural expansion or intensification levels using relatively aggregate spatial representations, typically at a regional level, that are not able to characterise the details of these spatially differentiated responses. Here, we show results from a novel global modelling approach using more detailed biophysically derived yield responses to inputs with greater spatial specificity than previously possible. The approach couples a dynamic global vegetative model (LPJ‐GUESS) with a new land use and food system model (PLUMv2), with results benchmarked against historical land use change from 1970. Land use outcomes to 2100 were explored, suggesting that increased intensity of climate forcing reduces the inputs required for food production, due to the fertilisation and enhanced water use efficiency effects of elevated atmospheric CO₂ concentrations, but requiring substantial shifts in the global and local patterns of production. The results suggest that adaptation in the global agriculture and food system has substantial capacity to diminish the negative impacts and gain greater benefits from positive outcomes of climate change. Consequently, agricultural expansion and intensification may be lower than found in previous studies where spatial details and processes consideration were more constrained.     

1975—2015年南四湖自然保护区生态系统服务价值时空变化分析

南四湖自然保护区具有较高的生态保护地位和经济价值。研究以南四湖自然保护区1975—2015年8期土地利用类型数据为基础, 借助SPSS、ArcGIS等软件, 分析南四湖自然保护区近40年土地利用变化及其对生态系统服务价值时空分布的影响。结果表明: 1975—2015年水体始终是南四湖自然保护区的优势土地利用类型。40年间未利用地面积减少88.90% (8807.68 hm2), 而水田、草地、旱地、建成区、林地和水体面积分别增加4626.45 hm2、405.06 hm2、1660.67 hm2、401.54 hm2、76.76 hm2和1621.60 hm2。40年间南四湖自然保护区的生态系统服务总价值增加了0.03% (1.13×106 US$), 其中支持服务功能价值减少1.14×107 US$, 文化服务功能价值减少5.61×106 US$, 供给服务功能价值减少2.15×106 US$, 仅调节服务功能价值增加2.02×107 US$。表现在空间上则是自然保护区西侧生态系统服务价值变化较东侧更为明显。导致1975—2015年生态系统服务价值变化的主要影响因子是水体和未利用地面积的改变, 生态系统服务价值与水体面积呈现显著正相关, 与未利用地呈现显著负相关。研究结果能为南四湖自然保护区的土地利用决策提供理论支持。     

Arthropods and biofuel production systems in North America

Abstract Biomass harvest may eventually be conducted on over 100 000 000 ha of US crop and forest lands to meet federally-mandated targets for renewable biofuels. Such large-scale land use changes could profoundly impact working landscapes and the arthropod communities that inhabit them. We review the literature on dedicated biofuel crops and biomass harvest from forests to look for commonalities in arthropod community responses. With expanded biofuel production, existing arthropod pests of biofuel crops will likely become more important and new pests will emerge. Beneficial arthropods will also be influenced by biofuel crop habitats, potentially altering the distribution of pollination and pest control services to the surrounding landscape. Production of biofuel crops including initial crop selection, genetic improvement, agronomic practices, and harvest regimes will also influence arthropod communities. In turn, arthropods will impact the productivity and species composition of biomass production systems. Some of these processes have the potential to cause landscape-level changes in arthropod community dynamics and insect-vectored plant diseases. Finally, changes in arthropod populations and their spatiotemporal distribution in the landscape will have impacts on consumers of insects at higher trophic levels, potentially influencing their population and community dynamics and producing feedbacks to arthropod communities. Given that dedicated biofuel crops and intensified biomass harvest from forests are still relatively uncommon in North America, as they increase, we anticipate ‘predictably unpredictable’ shifts in arthropod communities and the ecosystem services and functions they support. We suggest that research on arthropod dynamics within biofuel crops, their spillover into adjacent habitats, and implications for the sustainability of working landscapes are critical topics for both basic and applied investigations.     

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。     

Beyond Population and Environment: Household Demographic Life Cycles and Land Use Allocation Among Small Farms in the Amazon

Most research featuring demographic factors in environmental change has focused on processes operating at the level of national or global populations. This paper focuses on household-level demographic life cycles among colonists in the Amazon, and evaluates the impacts on land use allocation. The analysis goes beyond prior research by including a broader suite of demographic variables, and by simultaneously assessing their impacts on multiple land uses with different economic and ecological implications. We estimate a system of structural equations that accounts for endogeneity among land uses, and the findings indicate stronger demographic effects than previous work. These findings bear implications for modeling land use, and the place of demography in environmental research.

Introduction to the Special Section on Alternative Futures for Great Basin Ecosystems

Natural and anthropogenic processes are causing extensive and rapid ecological, social, and economic changes in arid and semiarid ecosystems worldwide. Nowhere are these changes more evident than in the Great Basin of the western United States, a region of 400,000 km² that largely is managed by federal agencies. Major drivers of ecosystems and human demographics of the Great Basin include human population growth, grazing by domestic livestock, extraction of minerals, development and production of energy, changes in fire and other disturbance regimes, and invasion of non-native annual plants. Exploration of alternative futures may increase the ability of management and policy to maximize the system's resistance and resilience to changes in climate, disturbance regimes, and anthropogenic perturbations. This special section examines the issues facing the Great Basin and then provides examples of approaches to predicting changes in land cover and avifaunal distributions under different management scenarios. Future sustainability of the Great Basin's natural and human systems requires strong, collaborative partnerships among research and management organizations that are capable of obtaining public support and financial resources and developing effective policies and institutional mechanisms.