道路边际土壤重金属分布格局的神经网络模拟——以现代黄河三角洲为例

在实地采样的基础上,应用MLP神经网络模型和GIS技术,对现代黄河三角洲3类不同道路两侧边际50m带状区域内的土壤重金属含量进行了逐栅格模拟.结果表明:东部和北部的自然保护区以及东北沿海地区道路边际土壤重金属含量较低,西南部人口密集区重金属含量较高.研究区道路边际土壤的Mn、Zn、Cr、Cu、Pb、Cd等重金属平均含量分别达到509.57、61.26、58.55 、32.40、26.07mg/kg和0.27mg/kg,Cd污染较为严重,其余金属含量均低于国家土壤环境质量I级标准.道路对其边际重金属的累积作用明显,但对环境尚未造成广泛和显著的危害.不同道路类型的土壤重金属含量高速公路RG>省道RS>县乡公路RX(除Pb外).在风向、土壤性质和地表植被覆盖等主要因素的影响下,道路边重金属含量在30m以内达到峰值,但因重金属扩散机理的差异,变化规律有所不同.     

基于CA-Markov和InVEST模型的城市景观格局与生境质量时空演变及预测

由人类活动引起的城市景观格局变化是影响陆地生态系统的重要因素之一,城市景观格局分布对区域生物多样性服务功能的影响极大.为研究城市景观格局和生境质量演化及其变化原因,以武汉市作为典型区,基于武汉市2005、2010和2015年3期景观类型信息,使用马尔柯夫模型分析其景观格局时空变化特征;采用CA-Markov模型模拟预测武汉市2020年自然增长情景下的景观格局发展方向;使用Logistic回归模型分析景观变化的驱动力;结合InVEST模型评价3期景观格局分布下的生境质量分布和变化,以及2020年模拟情景下的生境质量分布特征,探究景观格局变化与人类活动之间的关系.结果表明: 2005—2015年间,研究区景观类型变化以耕地和人工表面为主.耕地面积呈现逐年减少的趋势,主要转变为人工表面.人工表面面积不断增多,主要由水田和旱地转变而来.研究区整体景观生境质量级别下降,大量高生境质量级别的景观向低生境质量级别转化.整体景观生境质量指数减少,生物多样性服务功能降低,生境质量发生退化.2015—2020年间,武汉市景观格局和生境质量继续保持2005—2015年的变化趋势,表现为人工表面增加、景观生境质量指数减少、生物多样性服务功能降低、生境质量退化.研究区景观格局变化的主要驱动因子是国内生产总值变化和地区财政收入变化.人类社会经济活动是影响研究区景观格局变化和生境质量下降的重要驱动力,城镇化扩张和填湖造地是武汉市生态景观变化的主要原因.     

近10年湖北省植被指数时空变化特征及其驱动力

为了明确湖北省植被长势变化特征及其影响因子,研究利用Landsat影像提取2005年、2010年以及2015年湖北省景观类型信息,分析近10年来景观时空变化特征;基于2005-2015年夏季MODIS/NDVI数据,采用一元线性回归、Theil-Sen median趋势、Mann-Kendall检验等分析方法对NDVI时空变化特征及其显著性进行探讨;采用最小二乘法对NDVI与气候之间的相关关系进行分析。使用DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜间灯光数据探讨NDVI与人类经济活动之间的关系。结果表明：研究区景观类型变化以建设用地和耕地为主。耕地面积呈现逐年减少的趋势,主要转变为建设用地。建设用地面积不断增多,主要由耕地和林地转变而来,集中在武汉、荆州、襄阳城市圈;研究区NDVI值整体上表现为西高东低,以林地为主的十堰、恩施等地区NDVI值较高,以建设用地为主的武汉、襄阳、荆州等地区NDVI值较低;整体上NDVI变化呈轻微改善趋势,局部地区下降明显,鄂西北、鄂西南等地区NDVI稍有上升,武汉城市圈植被呈退化趋势;NDVI与降水量、气温的相关性均较弱,气候因子不是该区NDVI变化的主导因子;NDVI与夜间灯光亮度值呈显著负相关,相关系数达-0.8030,整体上人类经济活动与NDVI呈负相关关系,且有着分区性的特点,在武汉、襄阳等以建设用地为主的地区人类经济活动对NDVI起抑制作用,而在恩施、十堰等林地为主的地区人类活动对NDVI起促进作用。人类社会经济活动是影响研究区景观格局和植被变化的重要驱动力,城镇化扩张是湖北省植被变化的主要原因。     

三峡库区典型茶园土壤水分对不同降雨模式的响应

土壤水分是坡面产流和生物地球化学过程的关键控制因素。降水事件可以通过引起土壤剖面不同深度的土壤水分响应,从而影响流域中的径流路径、产流机制和土壤侵蚀过程等。基于三峡库区典型分布的茶园为对象,通过长期定点、高频的气象和水分数据观测,研究不同降雨模式下茶园不同土层深度(0—10、10—20、20—30、30—40cm)土壤水分的时空变化特征,分析茶园不同深度土壤在雨季的水分动态变化规律和对不同降雨模式的响应特征。结果表明：(1)研究区内的降雨和土壤水分含量均表现出明显的季节性特征。降雨在7月达到最大值,土壤水分含量则在8月达到峰值。表明降雨是影响土壤水分含量变化的重要因子,土壤水分对降雨有着明显的响应过程。(2)在相同降雨条件下,土壤含水量具有明显的垂直梯度变化。随着土层深度的增加,土壤水分对降雨的响应逐渐呈现出滞后现象。表层土壤(0—20cm)对降雨的响应较为迅速且幅度更加明显,深层土壤(30—40cm)水分含量变化相对稳定,并且对降雨的响应时间更加滞缓。随着土层深度的增加,土壤水分含量的变化幅度逐渐趋于平稳。(3)土壤水分含量对不同的降雨模式表现出显著差异。在较大雨强条件下,土壤水分变...     

不同植被防护措施对三峡库区土质道路边坡侵蚀的影响

道路建设形成的大量裸露边坡缺乏防护常常导致严重的水土流失,是山区流域重要的侵蚀源.本文以三峡库区新修土质道路边坡为研究对象,布设草本、草灌结合、草灌+梯坎组合、植生带、坡耕地、草本+坡耕地组合进行边坡防护,结合野外自然降雨观测,研究降雨及植被防护对边坡侵蚀的影响.结果表明:草灌结合措施的植被恢复速度最快,平均盖度由20.2％增加到91.6％,对土壤容重和导水率改善最明显,降低容重9.5％,增加导水率678.1％,其次是草本措施和植生带;梯坎+草灌结合的抗侵蚀能力最强,截流效率和阻沙效率分别为72.3％和80.2％,适用于坡度＞45°路堑,其次是草灌结合和草本,草本对路堤的防护效果高于路堑,草灌结合对路堑的防护效果更理想;在15°缓坡路堤,草本+坡耕地处理对径流的拦截效率很低,仅2.0％,但拦截泥沙效率与草本和草灌相当,为23.0％,当坡度＜15°路堤被用作耕地时,必须在路肩设置2 m长的草本缓冲带以满足侵蚀防护的要求.     

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。     

基于多源数据的三峡库区乐天溪流域林地植被覆盖动态监测

应用多时相、多来源遥感数据,采用图像融合和图像标准化等综合手段,分析了三峡库区乐天溪流域1978—2005年林地植被覆盖度的变化趋势.结果表明:27年来,该区域林地总面积从265.82km2增至346.45km2,植被覆盖度整体上也呈增加趋势,但增加率显现区域不均衡性,植被变化呈现轻度破坏、初步恢复和全面恢复3个发展阶段.林地重心发生了较大的改变.1987年以前,覆盖度<45%的林地重心向北迁移,1987年以后,其重心向南逐渐回归.覆盖度>45%的林地重心则持续从西北向东南逐渐移动.研究区植被覆盖度变化受人类活动干扰、区域经济发展和国家综合治理的影响明显.流域经过10余年的治理,林地植被受人类干扰逐渐减少,覆盖度>60%的林地面积达到217.88km2,占流域林地总面积的62.9%,生态环境逐步得到改善.