贵州省山地-坝地系统土地利用与景观格局时空演变

探讨贵州省山地-坝地系统的景观变迁与优化调控具有重要的意义。以贵州省典型的蒲场、洋川山地-坝地系统为例,从一个地貌单元对以万亩大坝为中心的山地-坝地土地系统1960年代到2010年的土地利用变化与格局演变进行系统的研究。把研究区划分成中央坝地、坝中丘陵和坝周山地3个部分,结合遥感技术与实地调查,获得研究区4个时期土地利用的空间分布,基于移动窗口法计算了景观格局指标。坝中丘陵和坝周山地景观多样性高于坝地,土地利用综合程度以坝地最高;平坝耕地从1963年所占比例90.81%下降到2010年的79.94%,坝中丘陵和坝周山地林地减少,灌木林增加,坡耕地仍保持在较高水平;耕地有向经济效益更高的土地利用方式转变的趋势。坝子在土地利用变化和景观格局演变过程中,原有的土地利用格局逐渐被改变,形成新的斑块-廊道-基质格局。研究区中部坝地、坝中丘陵和坝周山地的土地利用变化表明,坝地的土地利用变化和土地集约利用可对坝中丘陵及坝周山地产生影响,坝子与坝中丘陵和坝周山地土地利用存在耦合变化。进一步应加强研究区土地利用优化调控,使坝地、坝周山地和坝中丘陵的土地利用协同演化。研究结果对贵州省山地-坝地系统土地优化利用有参考价值。     

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。     

喀斯特关键带植被时空变化及其驱动因素

中国南方喀斯特地区广泛面临着生态问题,植被的保护与恢复倍受关注,对这一区域植被覆盖的进行监测和预测是非常必要的。以MODIS-NDVI为数据源,分析2000—2016年间,研究区不同地质背景,多种土地覆被类型的NDVI时空变化特征及驱动因素。结果表明:(1)从2000—2016年间,研究区植被覆盖整体呈增长趋势;其中喀斯特区域增长情况略优于非喀斯特区域。植被覆盖在空间上呈现东高西低;其中林地的NDVI值最高,耕地次之,依次草地,居民用地,水域,未利用地最低;在林地和耕地中,非喀斯特区域的NDVI值比喀斯特高,其余的土地覆被类型中都比喀斯特区域低。(2)研究区植被覆盖改善的地区占60.19%,退化地区占17.06%;草地,耕地区改善明显,退化主要在水域和建设用地; Hurst指数显示在研究区持续性改善的NDVI大于持续性退化;相比非喀斯特区域,喀斯特区域改善及持续性改善情况更佳。(3)整体而言,海拔对NDVI的空间分布影响力最大,温度次之,依次为降雨,夜间灯光指数;相比而言,非喀斯特区域NDVI空间分布更易受地形因子影响;喀斯特区域NDVI空间分布更易受气候差异及人类活动影响。(4)研究区分别有49%,45%,61%的NDVI与气温,降雨,日照的相关系数通过a=0.05的显著性检验;相比非喀斯特而言,喀斯特区域植被生长更易受气候变化的影响。     

喀斯特槽谷区土地石漠化与综合治理技术研发

深入揭示流域尺度水-土-生资源格局和研发因地制宜的水-土-生治理技术是"十三五"石漠化治理工程的主要瓶颈。国家重点研发计划——"喀斯特槽谷区土地石漠化过程及综合治理技术研发与示范"项目(2016YFC0502300)针对槽谷区特点,锁定两个关键科学问题和五个关键技术,从过程机理研究-技术研发-应用示范3个层面解剖区域水/土/生物资源分布格局与地质地貌之间的关系,阐明石漠化过程中的相关生态变化机理,因地制宜地研发水土资源高效利用、土壤地上/下流/漏失阻控与生态恢复技术;研发野生砧木及经济树种互作效应与优化配套技术,构建槽谷区可持续的生态系统和生态产业模式并示范推广,为区域生态改善和贫困问题解决提供科技支撑。     

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。     

喀斯特山地不同微地貌下土壤碳氮磷空间异质性及生态化学计量特征

喀斯特地区特殊地质背景造就复杂破碎的地形发育出多样的微地貌,这使得清晰地认识土壤碳氮磷的空间异质性及生态化学计量特征存在困难。基于实地调查、土壤采样、实验测试的结果数据,引入混合效应模型评估方法结合变异系数,分别从全量（土壤有机碳、全氮、全磷）及有效态（活性有机碳、碱解氮及速效磷）两方面,揭示不同微地貌类型下土壤碳氮磷空间异质性及其生态化学计量特征。结果显示：（1）不同微地貌类型下土壤有机碳、全氮、全磷对碳氮磷比值的耦合解释度为：土面（91.09%）＞石沟（91.02%）＞石坑（84.63%）＞石洞（80.17%）＞石缝（73.20%）,土面的空间异质性最低而石缝最高;（2）有效态方面,活性有机碳、碱解氮和速效磷对碳氮磷比值的耦合解释度特征为：石缝（84%）＞石洞（58.15%）＞土面（47.80%）＞石坑（44.06%）＞石沟（32.18%）,说明石缝微地貌的土壤活性有机碳、碱解氮及速效磷空间异质性最低;（3）不同微地貌类型下土壤全量碳氮磷生态化学计量的变异系数差异均在50%以上（C/N 80%、C/P 53.57%、N/P 69.33%）。通过揭示不同微地貌土壤全量及有效态碳氮磷空间异质性及生态化学计量特征,为喀斯特土壤系统管理方案及应对全球变化与碳中和提供数据和科学参考。     

西南典型喀斯特地区石漠化时空演变特征——以贵州省普定县为例

为揭示我国西南典型喀斯特地区石漠化时空演变特征,选取贵州省普定县为研究对象,基于Landsat、DEM等影像数据,提取了坡度和4期植被覆盖度、岩石裸露率分布图,并利用地理探测器获得各自的贡献率,反演了1990—2015年4期石漠化空间分布信息,进而讨论了石漠化时空演变特征。结果表明:(1)在1990—2015年间,普定县石漠化演变复杂,经历了由好转到恶化再到好转的阶段,总体趋势在好转,局部恶化,石漠化治理仍需加大力度;(2)中度以上石漠化集中分布在三岔河沿岸附近,轻度以下石漠化则分布较散乱;(3)潜在和轻度石漠化演变方向复杂,潜在石漠化平均变化速率最大(2.75 km2/a),在1997—2006年间更是达到了16.5 km2/a;(4)植被覆盖度与岩石裸露率的变化主要呈负相关,前者的增加主导了石漠化的好转,而后者的增加则控制了石漠化的恶化;(5)石漠化演变存在突变,在三岔河沿岸附近,存在无/潜在石漠化突变为重度以上石漠化的现象;在靠近城乡居民地附近,存在重度以上石漠化突变为无/潜在石漠化的现象;(6)植被覆盖度、岩石裸露率、坡度能较准确反演石漠化,贡献率分别为44%、42%、14%。本文提供的石漠化反演方法快速高效,制作的图件、数据为同行提供了参考,得出的结论为石漠化治理提供了科学支撑。     

贵州省地表温度的遥感反演评价及时空分异规律

地表温度(LST)是全球变化研究中的关键参数,对生态系统和生物地球化学等具有重要研究意义。然而,目前针对复杂地形区域的地表温度的研究仍非常欠缺,贵州省是典型的西南喀斯特高原地区,地形复杂,生态系统脆弱。本研究以贵州省为研究区,基于多年MODIS遥感数据,结合地面观测气象数据,使用相关分析、趋势分析、R/S分析和地理探测器等方法,进行地表温度的时空演变规律研究。结果表明:(1)MODIS LST与实测气温具有良好的线性相关性;(2)地表温度在空间上呈南高北低的空间分布格局;(3)在时间上,地表温度的年际波动较大,最大差值为2.06℃·a~(-1),年内主要呈现单峰型分布;(4)海拔800 m以上区域,地表温度随海拔升高而降低;海拔800 m以下区域,地表温度与海拔呈非线性关系;(5)不同土地利用类型的地表温度之间存在显著差异,且最大差值为1.3℃。综上所述,研究区地表温度空间分布与纬度分布相对一致,受到海拔和纬度双重控制,且与土地利用类型有关。     

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。     

气候变化及生态恢复对喀斯特槽谷碳酸盐岩风化碳汇的影响评估

评估气候变化及生态恢复对碳酸盐岩风化碳汇（CS）的复合影响机制是当前喀斯特生态系统碳循环及气候变化研究领域的一个重要任务。基于碳酸盐岩热力学溶蚀模型估算了1992-2017年中国西南喀斯特槽谷碳酸盐岩风化碳汇通量（CSF）,利用Lindeman-Merenda-Gold模型定量评估了气候及生态恢复因子对槽谷CSF的相对贡献率。研究结果表明：（1）槽谷整体年均温及年降雨量均处于持续升高的趋势,增速分别为0.06℃/a及12 mm/a,进入21世纪之后,增速均有一定程度的放缓,年蒸散发在21世纪以前为增加的状态,2000年以后整体表现为减少的趋势;（2）槽谷植被覆盖度增加速率为0.004/a,其增加区域的面积占比达到了95.07%,槽谷生态系统恢复效果显著;（3）槽谷的年均CSF约为9.42 t C km^-2 a^-1,研究期间处于增加的状态,其年均增长速率约为0.2 t C km^-2 a^-1,CSF增加区域的面积占比约为89.28%;（4）槽谷CSF受到气候因素（降雨、蒸散发、温度）及生态恢复2方面的影响,其中降雨、温度及生态恢复反馈因子FVC与CSF呈正相关关系,ET与CSF呈负相关关系,降雨对于研究区CSF的贡献率最大,达到了70.36%;（5）本研究揭示了气候变化及生态恢复对岩石风化过程的复合影响机制。