三峡库区土地利用与生态环境变化研究进展

三峡工程是人类对地球表面的一次重大改造, 形成了三峡库区这一特殊区域, 探讨三峡库区的土地利用与生态环境变化对维护库区生态、经济、社会可持续具有重要意义。归纳总结了1990-2016 年间三峡库区土地利用与生态环境变化研究的不同发展阶段, 并从土地利用变化及其驱动力、土地利用变化及其生态环境效应(包括水土流失、非点源污染、土壤温室气体排放与重金属污染、自然灾害频发、生物多样性丧失)、生态环境质量评价及生态系统服务这3 方面进行研究综述。提出今后的主要研究趋势是走向综合, 研究的关键挑战为宏观格局变化的环境效应、微观机理与过程研究、尺度效应与尺度推绎以及模型构建与模拟预测。     

温度对甲烷产生和氧化的影响

综述了温度对土壤产甲烷和氧化甲烷的影响及其机制．温度主要通过土壤中产甲烷菌的优势菌发生更替来改变土壤的产甲烷能力．较高温条件下产甲烷菌以乙酸和H2／CO2都能利用的甲烷八叠球菌(Methanosarcinaceae)为主,使得土壤处于较高的产甲烷状态．较低温条件下产甲烷菌以只能利用乙酸的甲烷毛菌(Methanosaetaceae)为主,土壤形成甲烷的能力相对较弱．温度提高可以显著地增加甲烷的产生,Q10为1．5-28,平均4．1,但是温度效应明显受控于底物浓度,提高底物浓度降低了产甲烷菌对底物的亲和力,相应地增加了度效应,因此在较低温条件下提高底物浓度可以促进甲烷的产生．温度对大气甲烷氧化的影响弱于产甲烷,甲烷氧化菌较少受温度变化的影响,即便在较低温条件下,土壤也具有一定的氧化大气甲烷能力,原因尚不清楚,可能与甲烷氧化菌对大气甲烷具有较高的亲和力有关,有待进一步研究．     

三峡库区生态环境与可持续发展对策研究

在分析三峡库区生态环境面临严峻挑战的基础上,指出了三峡库区生态环境的脆弱性、自然资源的不合理开发、管理不当和协调失误、法制观念淡薄和执法力度不足是造成三峡库区生态环境恶化的主要原因,最后提出了减缓三峡库区生态环境恶化的可持续发展对策:生态环境恢复与重建,农业生产方式的转变,管理制度的改革。     

基于遥感生态指数的河套灌区生态环境质量变化研究

河套灌区是黄河中游的大型灌区,也是我国设计灌溉面积最大的灌区,2019年被列入世界灌溉工程遗产名录。为探究河套灌区在近十年来的生态变化情况,基于Landsat系列卫星2010年TM及2016年和2020年OLI/TIRS数据,利用绿度、湿度、干度、热度构建了遥感生态指数等指标,分析了河套灌区的近年来的生态环境变化情况。研究结果表明:从2010年至2020年,研究区的植被覆盖区域的绿度水平显著提高,湿度增加变化明显,干度和热度两大指标均有所下降,遥感生态指数由0.45上升到0.57,生态水平有所提高。沙漠及盐碱化地区的生态水平有变好的趋势,部分区域完成了从无植被到有植被覆盖的转换,人为影响因素显著,极大提高了区域生态环境水平。本次研究通过多种环境因子、遥感生态指数等手段研究河套灌区的生态变化情况,探讨人为因素对生态环境的影响,以期为河套区域生态保护提供理论参考和科学依据。     

三峡库区生态环境教育部重点实验室

三峡库区生态环境教育部重点实验室2003年11月经教育部批准成立。实验室现任学术委员会主任为董鸣研究员,实验室主任为李百战教授。实验室围绕三峡库区水环境、自然生态系统和城镇生态系统, 重点对三峡工程建设和运行期间库区生态环境的演变和发展规律、库区生态环境的综合调控理论与关键技术以及生     

赣南稀土矿开发区生态环境遥感动态监测与评估

稀土矿业的发展在促进区域经济发展的同时,也对生态环境带来影响。为研究江西赣南稀土矿产开发及其对生态环境的影响,采用SPOT1/2/5、Landsat7和ALOS等多源遥感数据,对该区域2000—2010年稀土矿开发进行遥感动态监测。采用面向对象的方法对研究区进行生态系统分类,同时结合回溯法可较好地减少伪变化,并可快速地提取稀土矿开采区的变化信息。通过分析发现赣南稀土矿开采集中分布在几个主要的乡镇,从2000年至2010年这10年间整体上呈增加的趋势,但前5年主要体现为扩张,后5年复垦的力度在加强。新增的稀土矿矿区在开发过程中破坏的生态系统类型主要为林地,而废弃稀土矿区通过治理后主要恢复成耕地。稀土矿开采对植被覆盖、生物量、土地退化以及景观的破碎化都有一定的影响。同时稀土矿开采可能引发水体流失、山体滑坡等环境问题和风险。     

基于TM的渤海海岸带1988～2000年生态环境变化

海岸带作为海陆之间的过渡地带,是全球生态环境最为复杂和特殊之处。研究海岸带土地利用变化对于了解该区域生态环境演变具有重要意义。利用1988和2000年的Landsat-TM数据,在GIS技术支持下,通过一系列空间分析,得到渤海海岸带土地利用/土地覆盖变化,结合社会经济统计资料分析该区域生态环境的动态变化情况及其驱动因素。结果表明,1988~2000年,由于渤海海岸带社会经济的快速发展,海岸带土地利用格局发生了巨大的变化。耕地大面积减少,城乡工矿用地、养殖池塘、盐田急剧扩张;林地、湿地等具有重要生态价值的土地类型面积显著下降。表明强烈的人类活动已经使自然生态系统受到破坏,渤海海岸带生态环境质量总体上呈现下降趋势。     

三峡库区典型森林植被生态水文功能

以三峡工程库区典型植被类型(针阔混交林、常绿阔叶林、楠竹林、灌木林和农地)为研究对象,采用层次分析法建立森林生态水文功能层次结构模型,用综合评分法进行评价。结果表明:林冠层生态水文功能以灌木林作用最优(得分0.979),为其他乔木林的1.5～2倍。枯落物层以灌木林作用最优(得分1),楠竹林最差(0.422)。土壤层仍以灌木林作用最优(得分0.921),楠竹林最差(0.313);农地是由立地条件一致的灌木林改造8年而来,农地土壤的生态水文功能相对于灌木林地土壤下降了近一半。森林生态系统总体生态水文功能表现为灌木林(得分0.95)针阔混交林(0.52),常绿阔叶林(0.53)楠竹林(0.37)农田(0.33)。可以推断,三峡库区典型林分中,灌木林生态水文功能最优,楠竹林最差,森林的生态水文功能是农地的1.12～2.9倍。     

汶川地震灾害核心区生态环境影响评估

5．12汶川大地震不仅造成了惨重的人员伤亡和巨大的经济损失,而且对当地生态环境产生了严重的影响。以多种卫星遥感数据为信息源,运用地理信息系统、遥感和综合分析技术,从地表植被、农田生态系统、河道水体、自然保护区以及消、杀、灭药剂等几个方面,对受灾的汶川等36个县市的生态环境进行了全面评估。评估结果显示：汶川地震灾害核心区预计发生滑坡、泥石流等次生地质灾害的面积为190．86km^2,占灾区总土地面积的0．19％;灾区林、草地预计受损164．96km^2,占灾区林、草地总面积的0．22％;灾区农田预计毁坏57．77km^2,占灾区农田总面积的0．29％,受损农田主要分布在西部山区;灾区发生河道阻塞34处,主要分布在龙门山北段的平武、北川、江油、青川、茂县等山体大量滑坡的县市;卧龙自然保护区大熊猫的主要生活区域,发生滑坡、泥石流等灾害1．44km^2,受损林地面积比例为0．28％,给大熊猫的取食造成了严重威胁。     

基于GIS的三峡库区生态风险评估及生态分区构建

快速城市化与土地利用变化导致的一系列问题不断影响着生态系统健康。开展生态系统服务供给和生态风险的空间量化研究,有助于科学管控区域生态用地,促进生态文明建设。采用GIS技术,利用生态系统服务价值核算模型、生态风险指数模型,研究了2000年以来三峡库区生态系统服务供给值和生态风险指数的时空演化特征,并利用Z-score标准化法进行生态功能分区构建。结果表明：(1)2000—2015年,三峡库区生态系统服务供给值总体变化较小,生态系统服务以调节服务为主且林地供给值最高。高供给值区主要分布于湖北省夷陵区、秭归县和兴山县等植被覆盖度高的区域,低供给值区分布在库区西南部的渝中区、渝北区和沙坪坝区等人口密集区。(2)三峡库区生态风险值总体呈小幅上升趋势,“西高东低”的分布特征明显,生态安全逐步向中等风险类型转移,其中低、较低生态风险区占区域总面积的55%以上,高风险区主要集中在重庆市主城区。(3)研究期间4种生态分区变化程度较小,表明生态分区处于较为稳定的状态。高供给值-高风险区(Ⅰ)的分布连续性最差,低供给值-高风险区(Ⅱ)和高供给值-低风险区(Ⅳ)分布较为集中。对三峡库区生态系统服务供给、生态风...     

三峡库区重庆段土地生态状况时空格局演变特征

以三峡库区重庆段为研究对象,基于“基础-结构-效益-胁迫”框架构建了土地生态状况评估指标体系,利用变异函数理论模型对研究区2000年、2009年、2014年土地生态状况综合指数进行了拟合分析,通过空间自相关、冷热点分析及转移矩阵分析方法,分析了2000—2014年研究区域土地生态状况的时空演化规律。结果表明:(1)研究区土地生态质量呈现出库区腹地、库区中部、库区尾部依次降低的分布特征,且2000—2014年呈现出快速恶化-缓慢逆转的变化过程。(2)研究区2000—2014年C0/(C0+C)先减后增,呈中等空间自相关,表明结构性因素引起的空间异质性起主要作用;但随机性因素对土地生态状况的空间分异影响亦不可忽视,这与研究区14年来经济高速发展、人类对土地资源利用强度加剧以及区域自然灾害频发的实际情况相符。(3)从Moran′sI值判断,2000—2014三峡库区重庆段的土地生态状况在区域上一直处于较高的集聚状态,2000—2009年集聚增强,2009—2014年集聚减弱。(4)从冷热点分析结果来看,2000—2014年,热点区域、冷点区域范围总体上均呈现出逐渐增加的趋势,但在空间上表现出了一定的分异特征:库区尾部的热点区域不断拓展,而库区腹地的热点区域则表现出逐年减小的趋势;且研究区热点区域主要集中分布在库区尾部的主城区和库区腹地万州区的中心城区,冷点区域主要分布在库区腹地的巫山县、巫溪县、奉节县、开州区和库区中部的石柱县、丰都县、武隆区等土地利用程度相对较弱、植被覆盖相对较好地区。     

多尺度滑坡灾害生态风险评价与风险管理——以三峡库区万州-巫山段为例

进行生态风险多尺度综合评价,对环境管理及风险决策具有重要意义。以三峡库区滑坡重点监测县域为例,基于“危险性-脆弱性-潜在损失”三维模型,以随机森林模型评估滑坡危险性,采用景观格局指数表征生态脆弱性,利用生境质量核算潜在生态损失,进行格网、行政、子流域多尺度下的滑坡灾害生态风险评价,提出适合各尺度的风险管理措施,在此基础上选择最适宜尺度并结合研究区实际情况进行验证。结果表明,生态风险等级较高区域集中于长江两岸沿线,三峡库区建设对研究区滑坡生态风险产生较大影响;两两尺度风险分布结果具有一定相似性,而三种尺度共同作用结果又存在一定差异;子流域尺度在保证生态结构完整性的前提下评价结果好于其他两种尺度,更适合三峡库区县域的生态风险评价;研究区东部风险防范类型相对单一,而西部风险防范类型较多,需做到精细化管理。研究增加了多尺度综合评价实例,对今后开展整个三峡库区滑坡生态风险研究奠定一定理论和实践基础。     

三峡库区蓄水前后农田生态系统服务与环境压力分析

农田生态系统是人类赖以生存的基础,重大工程影响下农田生态系统服务的响应与反馈对指导工程影响区的社会经济发展具有重要意义。基于三峡工程蓄水前后(2002,2011)的农业生产数据,评估了库区农田生态系统服务价值,并对其在蓄水前后的变化特征与环境压力进行了分析。结果表明:(1)三峡库区蓄水后,农田生态系统各项服务价值均增加,总价值增加了16.81%,增加部分主要为产品供给、休闲旅游和气体调节,相对于生产功能与生活功能,生态功能价值增加幅度较小;(2)总价值的变化是自然与包括三峡工程在内的人类活动综合影响的结果,其增加原因主要与常用耕地面积增加、种植结构调整、化肥农药施用强度增加,以及休闲旅游发展和科研投入加大有关,部分区县,尤其是常用耕地面积下降的区县,种植结构调整、化肥农药施用强度的增加起主导作用,按1990年不变价计算,库区蓄水淹没耕地损失的农田生态系统服务价值约为4.24亿元/a,其中产品供给价值1.37亿元/a;(3)化肥农药施用强度增加,化肥施用增产效益下降,是维持与提高库区农田生态系统产品供给服务所带来的环境压力,而农田生态系统服务除受到化肥农药施用强度增加对其自身的抑制外,还受到总人口增加与农业人口减少、耕地资源逐年减少和蓄水淹没高质量耕地的制约。     

三峡库区不同消落带下中华蚊母树群落特征及其与土壤环境因子的关系

中华蚊母树(Distylium chinense)是华中地区特有种, 在三峡库区局部地段占优势形成群落。对三峡库区不同生境下中华蚊母树群落特征及其与土壤环境因子的关系进行研究可为其保护及消落带植被恢复提供科学依据。运用数据分类和排序等方法, 对中华蚊母树群落物种组成、植物区系、物种多样性及其与土壤环境因子的关系进行研究。结果表明, 共发现维管植物56种, 隶属于36科54属, 植物区系以世界分布、泛热带分布和北温带分布为主, 生活型以草本和灌木为主。自然消落带灌木层重要值最大的是中华蚊母树, 草本层重要值最大的是藤本植物地果(Ficus tikoua), 主要伴生种为具有一定水淹耐受性的灌木和多年生草本, 如小梾木(Swida paucinervis)、白茅(Imperata cylindrica)等; 反季节消落带灌木层仅中华蚊母树一种, 草本层重要值最大的物种是狗牙根(Cynodon dactylon), 主要伴生种为苍耳(Xanthium sibiricum)、苘麻(Abutilon theophrastic)等一年生草本。双向聚类分析将调查的6个样地分为四大类群: 中华蚊母树+小梾木群落、中华蚊母树+地果群落、中华蚊母树+细叶水团花(Adina rubella)群落、中华蚊母树+狗牙根群落。典范对应分析表明, 海拔高度和土壤pH是影响中华蚊母树群落物种分布的主要环境因子, 土壤有机质、全氮、全磷和速效钾含量是次要因素, 但它们是影响群落物种多样性指数的主要因子, 其中土壤氮是群落的限制因子。因此, 在反季节消落带植被重建中, 对中华蚊母树群落进行构建时, 除考虑细叶水团花、小梾木等作为高海拔消落带伴生物种外, 还应增加土壤氮和钾的供给, 使中华蚊母树群落保持较高的物种多样性, 维持消落带生态系统稳定。     

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。     

三峡库区生态脆弱性评价

基于遥感和地理信息系统技术,采用"压力-状态-响应"评价模型,选取18个指标,利用空间主成分分析对2001—2010年三峡库区(重庆段)生态脆弱性进行综合定量评价,对生态脆弱性时空分布及动态变化进行分析。根据计算得到的生态脆弱性指数,将生态脆弱性划分为5个等级:微度脆弱、轻度脆弱、中度脆弱、重度脆弱和极度脆弱。通过统计不同脆弱性等级面积,求算得到生态脆弱性综合指数。结果表明:三峡库区(重庆段)2001—2010年生态脆弱性指数标准化平均值为4.23±1.29,整体处于中度脆弱。生态脆弱性空间分布呈现西高东低的格局特征,高度脆弱地区主要分布在中西部,低度脆弱地区主要分布在东北部和东南部。近10年生态脆弱性综合指数最小值为2002年的2.37,最大值为2008年的2.99,三峡水库蓄水后生态脆弱性综合指数逐年递增,2008年到达峰值后有所降低。三峡库区生态脆弱性是人类活动与自然环境相互作用的结果,城市生活污染、水土流失、植被状况等为主要的驱动因子。研究时段内三峡库区(重庆段)生态脆弱性呈现两极化趋势,高度脆弱地区的脆弱性显著增加,低度脆弱地区脆弱性明显降低。     

三峡库区森林植物多样性分析

三峡库区森林资源丰富 ,根据对库区典型样地的调查 ,认为目前三峡库区共有 41个森林群落类型 ,其丰富度、多样性、均匀度指数在群落梯度上呈规律性波动 .其中针叶林中 ,物种丰富度指数在群落梯度上的总体趋势表现为灌木层 >草木层 >乔木层 ;在常绿阔叶林中 ,该趋势为灌木层 >乔木层 >草本层 ;在落叶阔叶林中 ,典型的栎类林 ,其丰富度指数的趋势为灌木层 >草本层和乔木层 ,而在草本层与乔木层间是波动的 ;多样性指数的趋势为乔木层 <灌木层和草本层 ,而在灌木层与草本层间是波动的 ;在其他群落类型中 ,各指数也是波动的 ;另外 ,各指数在海拔梯度上未表现出明显的规律性 ;一方面与库区自然环境差异较大 ,群落的发育状况不同有关 ,另外 ,长期以来库区内强烈的人为干扰活动也是不可忽视的一个因素 .     

重庆三峡库区柑橘硼营养状况及其影响因子

为了解重庆三峡库区柑橘叶片硼营养状况及其影响因子,在该区域12个主产县(区)的代表性果园采集叶片样品954份和土壤样品302份,测定叶片硼含量,并分析了土壤有效硼、土壤pH值、品种、砧木和树龄对叶片硼营养的影响.结果表明: 该区域柑橘叶片硼含量不足(<35 mg·kg^-1)的果园比例达41.6%,土壤有效硼含量不足(<0.5 mg·kg^-1)的果园比例高达89.4%,柑橘叶片硼含量与土壤有效硼含量的相关性未达显著水平.土壤pH值、品种、砧木和树龄均影响叶片硼含量.pH值4.5～6.4土壤上的柑橘叶片硼含量显著高于pH值6.5～8.5土壤上的柑橘;品种间叶片硼含量为:温州蜜柑>柚类>夏橙>普通甜橙>杂柑>脐橙;枳砧和酸柚砧柑橘叶片硼含量显著高于枳橙砧和红橘砧柑橘;3～8年生柑橘树叶片硼含量适宜(35～100 mg·kg^-1)样品比例比8年生以上柑橘树高6.6%.