长江三峡库区生态环境变化遥感研究进展

长江三峡库区是我国最重要的生态敏感区之一,受三峡水利工程和相关人类活动影响,其生态环境变化显著.揭示三峡库区生态系统结构、功能和生态过程的变化对于维护库区生态安全具有重要意义.生态环境遥感为此提供了关键途径,并在三峡库区生态环境研究中受到重视.现有的三峡库区生态环境变化遥感研究往往存在较大差异,难以有效反映生态环境变化和响应特征,加之生态本底和人类干扰活动的复杂性,三峡库区生态环境变化遥感研究仍面临诸多挑战.本文对库区环境变化遥感研究的发展阶段、研究尺度、遥感数据和方法等进行了系统总结,并从土地利用/覆盖变化、植被变化、水土安全、生态服务价值评价、生态系统健康与生态规划5个方面对库区生态环境变化遥感研究进展进行综述,在此基础上探讨了当前三峡库区生态环境变化遥感研究存在的问题,并提出未来研究中需重点关注的主要科学问题,以期为三峡库区生态环境管理和类似地区生态环境变化遥感研究提供参考.
     

近30年来三峡库区土地利用与生态环境效应研究热点演变及展望——基于Citespace的文献可视化分析

三峡库区作为三峡工程建设后形成的独特地理单元,梳理探讨其土地利用与生态环境效应已有研究成果,对于库区土地利用、生态可持续发展具有重要意义。基于Citespace软件及传统文献归纳方法对文献总体特征、热点演变、主要内容、存在问题与不足等分析发现:(1)土地利用与生态环境效应相关的中英文发文量持续增长,领域影响力增强,研究具有多学科、交叉性等特点;(2)研究经历了1990-2005、2006-2014、2015-2022年三个时段的演变:一阶段重点关注土地整理、土地生态保护等问题;二阶段重点关注消落带、土地利用变化的地形梯度效应等问题;三阶段重点关注景观格局变化的社会-经济生态耦合、生态系统服务等问题,与库区发展及区域政策相吻合;(3)库首、库腹、库尾关注的主要内容有所差异:库首研究以生态风险评价及生态系统服务为主;库腹侧重对坡耕地变化的社会生态经济耦合研究;库尾因建设用地较多,在土地整治及区域规划背景下进行研究;(4)土地利用变化从注重单一要素转向多要素、多功能研究,驱动因子研究从定性分析转向定性与定量相结合分析;退耕还林等生态政策实施以来区域生态系统服务总体呈上升趋势、生态风险指数明显下降;土地利用的生态环境效应研究内容更加多元化;(5)当下的研究面临着数据、方法、指标体系构建等问题,未来需要从理论构建、方法创新、实践应用等多方面进行探索。     

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。     

土地利用变化对三峡库区重庆段植被净初级生产力的影响

研究土地利用变化对区域植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的影响对于明确区域植被固碳能力与土地利用变化的关系,以及维持生态系统结构稳定具有重要意义。以三峡库区重庆段为例,基于2000—2015年MOD17A3数据和土地利用数据,分析研究区NPP时空分布特征并从景观生态学的角度探讨土地利用变化对区域植被NPP的影响。研究表明:(1)NPP年均值16年间波动不大,空间分布上从东到西逐渐减少;(2)研究期内林地面积增加,耕地和草地面积减小,而NPP总量从25.6 TgC增加到了28.5 TgC,其中耕地NPP约占总量的44%,林地次之(40%),草地最少(14%),2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年土地利用变化对NPP变化的贡献率分别为26.49%、59.76%、17.27%;(3)区域生态景观指数中的香农多样性指数SHDI、斑块密度PD与NPP呈正相关,而聚合度AI与NPP呈负相关,景观格局类型和景观格局变化均影响区域植被NPP的增长。要提高区域植被NPP,需优化土地利用格局,增加景观异质性和斑块密度,重视培育幼龄林,并控制成熟林的数量。     

城镇化过程土地利用变化及效应研究进展

城镇化最显著的特征之一是土地利用变化, 并引起了各类生态环境效应。从城市土地利用变化的压力驱动机制与模型, 水环境效应、土壤环境效应、景观格局效应、碳排放效应及生态系统服务效应等方面进行了分析与讨论。发现现有研究对城镇化压力及驱动机制探讨、个案分析较多, 内在机理分析不足。土地利用变化导致的状态效应研究较多, 但尺度单一; 也存在具体案例分析多, 内在机理规律总结少的问题; 长时间序列、多因素、多尺度耦合研究相当缺乏。文章最后提出在“时-空-量-序-构”各层面与城市区域独有特性相结合的以远程耦合(Tele-coupling)方法开展可持续性的城市土地变化科学(URB-LCS)研究。     

三峡库区近50年间土地利用/覆被变化

基于1955年1∶50 000地形图、1972年MSS图像、1986和2000年TM图像,定量分析了三峡库区土地利用的动态变化过程,并对其驱动力进行了分析.结果表明：1955—2000年间,研究区土地利用结构发生了明显变化,林地、水域和未利用地面积减少,耕地、草地和建设用地面积增加.在1955—1972、1972—1986和1986—2000年3个时段,该区林地面积持续减少,但减幅逐渐变小;草地和耕地面积分别经历了增 减 增和增 增 减的过程;建设用地面积持续增加;水域和未利用地面积持续减少.政策、经济发展和人口增长等因素是研究区土地利用变化的主要影响因子.     

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。     

土地利用变化模拟研究进展

土地利用变化研究经历了近30年的快速发展,学者基于不同建模目标构建出多种土地利用变化模型,实现了从数量模拟到时空格局模拟,从单一模型向多种模型耦合的跨越。当前研究主要在元胞自动机(Cellular Automata,CA)模型和CLUE-S (Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent)模型的基础上进行改进,马尔科夫模型、系统动力学(System Dynamics,SD)模型、Logistic回归和随机森林等均可计算CA模型和CLUE-S模型中所需的土地利用需求,多标准评价、地理加权回归、多主体模型以及人工神经网络等方法也多被用于CA模型的扩展,而CLUE-S的改进则存在模型本身系列的升级。这些模型广泛应用于各种区域和尺度土地利用变化预测实例研究并研发软件系统和数据集。驱动力分析主要从自然因素与人文因素两方面进行,人文因素是引发土地利用变化的主要因素。在目前的研究中,由于技术手段的限制,仍然存在时空尺度、数据误差、数据整合的不确定性等问题。未来土地利用变化模拟研究应进一步发挥大数据技术优势,推动土地利用变化模拟研究朝向精细化、多元化方向发展。结合生态环境领域实际问题,深挖土地利用变化与其生态环境效应之间的互馈机制,将研究视角从探究人类活动对土地利用变化的影响逐渐转向二者相互作用,最终促进人地关系协调发展。     

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。     

非点源污染输出对土地利用和社会经济变化响应的案例研究

为研究三峡库区(重庆段)自2006年10月蓄水(156m)以来,非点源污染输出对土地利用及社会经济背景变化响应的时空分异特征,综合考虑库区典型土地利用变化模式及社会经济背景,选取三峡库区腹地奉节县、忠县、库尾江津区及主城沙坪坝区为研究对象,使用动态输出系数模型法,以2007年、2010年和2013年3期遥感影像为数据源,分析了研究区2007年到2013年非点源污染TN、TP负荷量随土地利用类型改变及社会经济的发展而产生的时空变化特征。研究表明,6年间,研究区污染物TN从2007年的12126.9t上升到2013年的12692.3t,TP从2007年的394.6t上升到2013年的407.2t。就各典型区县而言,城市发展新区江津区非点源污染负荷呈上升趋势,TN、TP负荷量涨幅分别达到了28.6%和24.1%;而库尾城市快速扩展的沙坪坝区则呈现下降趋势,非点源污染TN、TP负荷量分别下降了48.8%和68.9%;仍保持传统农业的奉节县和忠县变化不大。     

北方农牧交错带土地利用现状对生态环境变化的影响——以内蒙古多伦县为例

主要研究内蒙古典型地区多伦县土地利用现状对生态环境变化的影响,主要包括土地利用：方式、程度和效率等。研究表明：在近一个时期,该地区人口在不断增长,土地利用结构在不断变化,如自1983年到1999年期间,其耕地由原来的18．83％上升到32．O9％、增长了13．26％;而草地由原来的51．79％降到36．13％。消减了15．66％;林业用地由原来的4．16％降到2．87％、下降了1．29％,这种结构性的变化,致使植被、林地在减少,草原在退化。如20世纪50年代最高产草量(鲜重)可达7500kg／hm^2,到1983年下降到3000kg／hm^2。而现在只有1500kg／hm^2;而这种草场退化结果又导致农田沙化,肥力下降、如农田比草地土壤有机质低50％左右,而N、P、Zn等其他元素在30％左右;草地与沙化草地相比,有机质、N、P、Zn的含量普遍低20％-50％。为此,在本区必须进行土地分类和土地潜力分类为主的土地利用评价。以满足土地得以合理利用和自然保护等现代土地利用规划的需要,使生态环境得以良性循环。     

党河源区土地利用变化及其生态环境效应

土地利用变化影响着生态系统的结构和功能,评估土地利用变化引起的生态效应可为区域生态保护提供依据.以党河源区为研究对象,基于1987、1994、2000、2006、2011和2017年Landsat遥感影像,采用遥感生态指数(RSEI)和植物群落学调查方法,分析了土地利用变化及其生态环境效应的影响因素.结果 表明:198...     

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。     

基于文献计量的土地利用变化与碳汇评估交叉研究进展

在"碳中和"的背景下,土地利用变化与碳汇评估的结合日趋紧密,受到了景观生态学、人文地理学等多个学科的关注,二者的交叉研究已成为当下研究热点。对土地利用变化和碳汇评估进行研究,对于实现碳中和、碳达峰具有重要意义。以2003-2023年Web of Science 的核心数据集3556篇英文文献和中国知网CNKI数据库363篇中文文献为研究对象,采用CiteSpace软件制作科学知识图谱,梳理了土地利用变化和碳汇评估交叉研究的概况、研究领域及方向和发展脉络及趋势。研究发现,近20年来土地利用变化和碳汇评估交叉研究的刊文量呈逐年增长趋势,根据关键词聚类情况可将文献主要分为三类议题:1)土地利用类型碳汇评估;2)生态系统服务碳汇评估;3)土壤和植被碳汇评估。其中,土地利用类型碳汇评估是土地利用变化和碳汇交叉研究的重点。研究热点从碳汇评估方法研究逐渐向气候变化及土地利用变化下的碳汇预测模拟转变。在研究方法上,遥感数据分析方法得到不断改进,同时人工智能和机器学习方法也逐渐开始为更多学者采用。在未来的研究中,应发挥学科交叉的优势,完善该领域的研究深度和广度,加强综合性的碳汇评估研究,强化对政策的响应并提出合理的国土空间规划建议,为早日实现碳达峰、碳中和目标提供科学依据和参考。     

土地利用变化对区域碳源汇的影响研究进展

土地利用变化对陆地生态系统碳循环有着重要的影响,既可能成为碳源,也可能是碳汇。在国内外相关研究的基础上,综述了土地利用变化对全球及区域尺度上森林、草地和农业生态系统碳循环的影响。全球范围内,森林砍伐后向草地和农田的转化发挥碳源的作用,在毁林碳排放中占主导地位,其中热带地区森林转变为农田和草场的碳排放均高于温带和北方森林。另一方面,土地利用变化可促进森林的碳贮存,如退耕还林、改善森林管理等。各区域森林生态系统通过土地利用变化贮存碳的潜力存在显著差别,热带湿润和半湿润地区具有较大的碳汇潜力,而干旱地区减少碳排放的空间相对较少。开垦活动是影响草地生态系统碳储存最主要的人类活动,草地转变为农田伴随着土壤碳的流失。森林或草场转变为农田的过程伴随着植被和土壤碳储量的减少,生态系统碳储量降低,因此它是一个碳排放的过程。伴随着城市的扩张,农田向建设用地的转化也是一个碳排放的过程。当前评估土地利用变化影响的研究方法主要有遥感观测和遥感模型、统计估算、生态系统模型以及土地利用与生态系统模型的耦合。研究方法得到不断地完善和改进的同时,还存在着一些不确定性,因此需要建立统一的观测统计方法,降低数据中的不确定性;完善土地利用与生态系统模型的耦合研究;建立多尺度土地利用变化及生态系统综合技术方法体系;开展碳减排目标下土地利用最优化布局研究。     

土地利用变化对土壤温室气体排放通量影响研究进展

土壤是大气中主要温室气体(如CO2、CH4和N2O)重要的源或汇,土地利用方式的改变将会导致土壤相关微环境及其生理生化过程发生改变,从而显著影响土壤中温室气体的产生与排放。在全球变化和土地利用大幅度改变的背景下,国际上已逐步开展了关于土地利用变化对土壤温室气体通量的研究。本文在简要介绍土地利用变化与土壤温室气体通量研究的基础上,重点论述了农田、草地和森林互换、湿地向农田转变、不同土地利用类型(森林、草地、湿地和农田)内部变化对3种土壤温室气体排放的影响,并从3种土壤温室气体产生的关键过程简单阐述其主要影响机理。根据目前研究中存在的不足,提出了今后需要加强的领域,以期更好地揭示土地利用变化对土壤温室气体通量的影响及作用机理,为今后深入开展相关研究提供参考。     

黑河流域中段甘州区土地利用和生态环境协调研究

借助于熵权法、耦合协调度研究甘州区土地利用与生态环境的关系,为黑河流域中游甘州区的土地利用变化及生态环境保护指明方向.结果表明:①甘州区由2003—2017年的土地利用综合指数由0.2613上升到0.6545,增幅150％;生态环境综合指数由2003年0.3809上升到2017年的0.4716,增幅23.81％,土地利...     

基于生态服务价值量的土地利用变化环境效应研究

随着社会经济的快速发展, 探究土地利用变化所引发的生态环境影响成为热点。运用土地利用程度综合指数、城乡建设用地年均扩展强度指数进行土地利用变化分析, 并基于有无土地利用变化的生态系统服务价值评估生态环境效应状况。结果表明：福州市2015年土地利用程度综合指数为241.53, 2009—2015年变化率0.011, 处于稳定状态, 而各县(市、区)之间呈不同程度的空间差异; 2009—2015年福州土地利用变化环境效应指数为0.983, 各县(市、区)皆低于但接近1, 表明研究期间区域土地利用变化对生态环境有微弱的消极影响。此外, 结合生态—经济协调度模型判定福州市及各县(市、区)生态、经济发展基本处于均衡状态, 平潭综合实验区在建设扩张中需优先考虑其生态脆弱性     

四川省若尔盖县土地利用时空变化研究

四川省若尔盖县是高寒湿地的重要分布区,区域土地利用变化对生态安全具有重要影响。以2000年、2010年和2019年3期Landsat ETM+遥感影像资料为基础数据源,运用土地利用动态度、土地利用转移矩阵、土地利用程度和人类活动强度模型分析了研究区2000—2019年土地利用时空变化特征。结果表明:若尔盖县土地利用类型以草地、沼泽湿地、林地为主,三者的面积百分比从2000年的61.66%、22.61%、13.69%变化为2019年的58.42%、21.21%、17.17%。总体上土地利用变化缓慢,综合土地利用动态度为0.41%;土地利用类型中建设用地动态度最大,为23.53%,草地、沼泽的动态度较小。沼泽湿地与草地、草地和林地相互之间的转变是研究时段内主要土地利用转移方式,土地转移总体表现为沼泽湿地向草地转移,草地向林地、耕地、建设用地、水域、未利用地转移。在自然地理条件和经济社会发展状况下,若尔盖县三个时期土地利用程度指数分别为177.53、178.07和179.88,人类活动强度空间分布表现出以低和较低强度为主,二者所占面积比在95%以上,表明人类活动对当地生态环境的干扰程度逐渐增...     

岩溶地区土地利用/覆被变化的水文效应研究进展

随着国家对西南岩溶地区社会经济发展政策的深入推进和石漠化治理等生态修复工程的建设实施, 西南岩溶地区的土地利用和覆被发生了迅速改变, 加之岩溶水文环境自身的敏感性, 土地利用/覆被变化已对区域水文水循环过程产生了重大影响。在对西南岩溶水文环境特性简要分析的基础上, 从西南岩溶地区地表植被变化、农业生产活动、城镇化进程三个主要方面对土地利用/覆被变化的水文效应研究现状进行了简要评述, 总结概括提出了加强岩溶地区土地利用/覆被变化的水文水循环响应监测、评价及其反馈机制研究、岩溶区土地利用/覆被变化对水文水环境影响的定量化模拟和预警、岩溶区土地利用/覆被变化下的水土资源优化配置研究、气候变化背景下土地利用/覆被变化对岩溶地质碳汇的影响研究、极端气候变化叠加影响下的水文效应与调控机制研究等五个主要发展方向, 并探讨了开展未来研究的重点及难点问题。