三峡库区重庆段森林长势空间分异性及其驱动因子

三峡库区森林长势的恢复对于维持库区生态安全至关重要,在这个过程中,国家实施两期天然林资源保护工程(天保工程)扮演着积极角色。人们对于三峡库区森林长势在时间上的变化特征已有一定的认识,但对其空间分异特征及其背后的驱动因素尚缺乏了解,从而给该区域后续生态工程的精准措施及政策制定带来了诸多困扰。基于三峡库区重庆段森林生长季长势数据(生长季NDVI),结合地形、气候和人类活动因子,运用趋势分析和地理探测器模型等手段,解析了各潜在驱动因子对不同林分起源(原生林、人工林和次生林)和不同林型(针叶林、阔叶林、混交林和竹林)的森林长势空间分异性形成及演变过程中的作用。结果表明：(1)整个天保工程期间,97%的森林长势呈增加趋势,次生林(林分起源)和竹林(林型)的增长率(均为0.0032/a)低于其他区域(约0.0046/a),同时天保二期期间具有良好长势与较高速增长的森林面积大幅增加。(2)整个天保期间,森林长势空间分异的关键主导因子为自然因子(海拔和气温),但在天保一期期间,人工林(林分起源)和阔叶林(林型)长势空间分异的关键主导因子为人类活动因子(人口密度和GDP密度)。(3)人类活动(GDP密度...     

基于地理探测器的云南省生态系统产水服务的空间异质性及驱动因素

产水服务作为重要的生态系统服务功能,准确把握其空间分异特征、明确不同地域的关键驱动因子是维系生态安全和可持续发展的关键。以地理空间异质性显著的云南省为研究区,借助InVEST模型模拟1992—2019年云南省产水量时空分布,通过地理探测器探析气候、植被、土壤、地形、土地利用等因子对产水服务的空间驱动特征。结果表明: 1992—2019年,云南省产水量呈先增大后减小的波动变化趋势,各年产水量空间分布格局相似,总体趋势是自西北、西部、西南部向中部和东部逐渐递减。气候类因子(降水量和实际蒸散量)是导致产水服务空间分异的主要驱动因子。在不同的流域分区,各驱动因素对产水量的影响具有明显的空间异质性:云岭-元江一线以西,伊洛瓦底江、怒江上游、怒江下游、澜沧江上游、金沙江上游、元江、李仙江一带,降水量是主要的控制因子;云岭-元江一线以东,喀斯特地貌区(南广河、赤水河、乌江、右江、盘龙河)以及人口密度大、耕地资源短缺的金沙江下游地区,实际蒸散量和土地利用类型是主要的控制因子。本研究结果可为云南省水资源管理政策和生态文明建设工作提供参考依据,对促进高原山地复杂区生态系统服务优化和可持续发展具有一定的指导意义。     

密云水库上游流域土地利用与地表径流营养物的关系

定量刻画土地利用与水体营养物浓度的关系,有助于指导流域土地利用管理,以控制水体富营养化.以往研究较多关注土地利用的数量结构,对其强度、空间分布等刻画相对不足.本研究以密云水库上游流域为例,基于覆盖全流域52个子流域的水质采样,通过遥感解译和空间计算,提取土地利用强度、所处坡度、与河道及监测断面距离以及位置邻接关系等信息,构建土地利用与总氮、总磷和化学需氧量浓度的多元线性回归方程.结果表明: 土地利用与总氮、总磷和化学需氧量浓度回归方程的决定系数由未纳入任何信息的0.294、0.471和0.223分别增加到0.532、0.685和0.489,显著提高了模型的解释能力.在厘定每一空间位置土地利用对监测断面营养物浓度贡献率的基础上,比较与河道不同迁移路径距离下土地利用对营养物浓度的平均累积贡献率及面积累计百分比,确定了距离河道1 km范围内的河岸带为水体富营养化的关键控制范围.最后提出了优化农田施肥管理、加强牲畜粪便处理、建设林地过滤带和河岸缓冲带等水质污染控制和调控的措施建议.     

流域尺度土地利用与土壤类型空间分布的相关性研究

随着人类活动日益加强,土地利用变化及其驱动力研究已经成为国际地理学界研究的热点。但目前更多的工作侧重于研究人为因子,如人口增长、政策变化等因子对土地利用变化的影响,其实土地利用在宏观尺度上的变化一定程度上取决于自然环境背景,因此研究土地利用变化的自然环境背景特征对于进一步探讨土地利用变化的自然驱动力具有重要意义。土壤类型的空间分布在一定程度将影响土地利用的空间分布格局和变化过程。本文利用遥感、地理信息系统,通过选取景观格局指标,以于桥水库流域为例,研究了土地利用与土壤类型空间分布之间的相互关系。结果表明：(1)受人类活动干扰较弱的土地利用类型,如有林地、稀疏林地、灌木林地、其他林地和草地,主要分布在淋溶褐土、褐土性土以及棕壤地区;而与人类活动密切的土地利用类型,如山区旱耕地、丘陵区水田、丘陵区旱耕地和平原区旱耕地主要分布在淋溶褐土、褐土性土和潮土地区;(2)同类地区土地利用的多样性指数要比土壤的低。并且土地利用和土壤类型多样性均表现出明显的地形梯度效应,从中低山区、低山丘陵区、丘陵平原区到山间盆地区,土壤多样性指数从小到大有规律地变化。而土地利用类型多样性变化较为复杂,反映出人类活动对土地利用格局的影响较强,而对土壤类型的影响相对较小;(3)随着平均斑块面积的增加,流域多样性指数将呈下降趋势。土地利用多样性指数与流域总面积之间的相关性较差,但土壤多样性指数与流域总面积表现出的相关性较好;(4)土地利用类型与土壤类型之间,平均斑块面积上没有明显的相关关系,但在多样性指数之间存在着较好的相关性。土壤类型丰富多样的地区,土地利用的多样性指数也相对较高。     

赣江中上游地区土地利用变化空间分异与驱动因素

赣江中上游地区是东南丘陵重要的水土保持功能区,分析不同时空尺度下该区域土地利用变化及其驱动力,对维持与优化本地生态功能具有重要意义.本研究基于1 km空间分辨率的土地利用数据,分析1980-2018年赣江中上游地区的土地利用结构与土地利用动态度;并利用主成分分析法(PCA)、普通最小二乘法(OLS)和地理加权回归(GW...     

地球关键带水文土壤学与自然资源可持续利用——2016年水文土壤学国际会议述评

第三届水文土壤学国际会议于2016年8月16日-19日在北京师范大学举行,会议吸引了来自18个国家150余名专家学者参加。本届会议围绕7个主题展开,分别为：（1）土壤结构及优势流;（2）地球关键带科学的观测及模拟;（3）土壤水文和生态水文的过程交叉;（4）关键带科学与观测站;（5）土壤生物物理学与生物化学复合;（6）水文土壤学与生态水文学;（7）土壤水分与其它土壤属性。对我国水文土壤学研究主要有以下启示:（1）推进水文土壤学理论的发展和完善;（2）注重新技术新方法在水文土壤学中的应用;（3）加强学科融合,培养具有多学科背景的人才;（4）拓展水文土壤学研究的国际合作。     

黄土高原归一化植被指数与自然环境因子的空间关联性——基于地理探测器

植被对改善黄土高原脆弱的生态环境有着关键作用,系统研究黄土高原归一化植被指数(NDVI)空间分布和环境因子的空间关联性,可为新时代黄土高原植被高质量建设提供科学依据。以黄土高原2000-2017年年均植被NDVI为研究对象,选取气候要素、地形因素、土壤类型和植被类型等自然环境因子,运用GIS和地理探测器技术手段,在剔除土地利用类型发生变化栅格的基础上,研究黄土高原年均NDVI与环境因子的空间关联性,结果表明:2000-2017年黄土高原年均NDVI值在0.016-0.72之间,呈地带性分布,由西北部向东南部逐渐升高,大于0.3的区域占50.23%;2000-2017年黄土高原年均植被NDVI分布具有空间异质性,且在不同植被区、地貌区、土壤区和气候区中,NDVI空间分布的主要环境驱动因子具有差异性。年均降雨量对NDVI空间分布具有强解释力,是黄土高原85.20%的区域植被生长的主要制约因子;约12.01%的区域主要受土壤类型影响,为中等解释力,其余区域的植被生长主要受年均气温,日照时数或海拔影响。建议综合考虑不同环境条件下植被NDVI的空间分布与环境影响因子的空间关联性,明确不同区域中植被NDVI的环境制约因子,以制约因子定植,在防止土壤干燥化、贫瘠化的前提下,提高植被覆盖率和生物多样性,以期促进黄土高原植被建设高质量发展。     

艾比湖区域水质空间分布特征及其与土地利用/覆被类型的关系

为深入了解艾比湖周边水质空间格局的变化,利用2014年5月及2014年10月实测水样采样点研究了艾比湖区域4个水质指标的空间变化趋势,包括p H、电导率、矿化度及全盐。结果表明:(1)探讨2014年内干湿季水质的空间分布趋势,从总体上看,p H表现出明显的交错模式;电导率、矿化度及全盐在干湿季变化差异较大,高值均聚集在艾比湖周围,而在耕种土地、天然梭梭林附近值则较低;(2)分析各水质的空间自相关性,p H的HH主要分布于艾比湖北部,LL则主要集中于艾比湖南部。HL的分布,说明有较高p H值的点被有较低p H值的点所包围,表明了水质在一定程度上存在空间异质性。电导率、矿化度及全盐在沿着艾比湖周边到甘家湖梭梭林自然保护区随着地势的增高呈现出由HH-LH-LL的转变。(3)建立水质参数与各土地利用/覆盖类型之间的关系,研究表明研究区内林草地、盐渍地及耕地对水质的影响相对较为显著。(4)为了研究水质变化因素,选取耕地、林草地、盐渍地和未利用地与水质参数分别建立优选多元线性回归模型,所得到的相关系数R分别为0.58、0.72、0.74、0.71,结果表明优选拟合模型与数据的拟合程度较好。总之,开展艾比湖区域水质空间格局的变化趋势研究,对于干旱区水质的时空分布具有重要的理论和实际意义。     

安徽省家畜分布与土地利用类型关系的研究

本文采用灰色系统理论与方法,研究了安徽省及其各畜牧区的家畜(禽)分布随土地利用类型及人口密度的变化规律,建立了家畜(禽)分布密度的灰色静动态模型。结果表明,安徽省由北向南旱地面积从54％下降到2％;林地则由5.5％上升到62％;水田和水面主要分布在江淮丘陵和沿江平原区。人口密度对各类畜禽的分布密度有较大的影响,关联度为0.65—0.83;旱地比率是影响草食动物分布密度的最主要因素,并联度高达0.9以上;水面的比重对家禽密度的影响高于其它因子。用土地利用类型因子及人口密度所建立的模型,对家畜的实际分布密度及其变化规律的拟合误差在2％左右。     

综合土地利用及空间异质性的土壤有机碳空间插值模型

土壤有机碳库是陆地碳库的重要组成部分,土壤有机碳库及其动态变化对陆地生态系统碳循环有着重要的影响.土壤有机碳密度(SOCD)是土壤碳储量的重要参数,也是评价农田土壤质量的重要指标,准确预测区域SOCD空间分布对发展精确农业有重要意义.本文使用江汉平原地区242个农田土壤样本数据,探究平原地区土地利用类型对SOCD空间分布的影响,以及当SOCD空间分布规律呈现空间异质性且存在空间异常值的情况下,虚拟变量回归克里格法(DV_RK)、均值中心化克里格法(MC_OK1)和中位数中心化克里格法(MC_OK2)这3种结合土地利用的克里格法在SOCD空间预测中的应用.结果表明: 土地利用方式的差异是研究区水田和水浇地SOCD存在空间异质性的原因之一,导致SOCD存在空间非平稳特征,降低了普通克里格法(OK)的预测精度;而DV_RK、MC_OK1和MC_OK2在消除了由土地利用引起的SOCD空间异质性对建模的影响后,模型的稳定性提升,其预测精度均高于OK,其中,MC_OK2的模型可靠程度、预测精度和对SOCD总方差的解释能力最优.因此,土地利用类型作为易获取的辅助变量,可以有效减弱空间异质性和空间异常值对SOCD空间插值的影响,提升模型精度,降低不确定性,并与MC_OK2结合生成更高精度的SOCD空间分布图,帮助揭示SOCD空间分异规律,指导农业生产.     

Spatial heterogeneity of DTPA-extractable zinc in cultivated soils induced by city pollution and land use

The spatial heterogeneity of DTPA-extractable zinc in the cultivated soils of Shenyang suburbs in Liaoning Province of China was investigated, and its map was drawn by the methods of geostatistics combined with geographic information system. The data of soil DTPA-extractable zinc fitted normal distribution after logarithm transformation, and its semivariogram fitted a spherical model. The semivariogram indicated that the spatial dependence of soil DTPA-extractable zinc content was moderate, with the spatial dependence range of 1.69 km and the fractal dimension of 1.96. Stochastic factors contributed to 49.9% of the spatial variability, while structural factors contributed to 50.1% of it. The spatial heterogeneity of soil DTPA-extractable zinc shown by a kriged interpolation map was deeply influenced by stochastic factors such as city pollution, land use pattern and crop distributions. For example, the average content of Zn in vegetable garden soils was 2.5-4 times as much as in their originated soils, an     

Spatial heterogeneity of DTPA-extractable zinc in cultivated soils induced by city pollution and land use

The spatial heterogeneity of DTPA-extractable zinc in the cultivated soils of Shenyang suburbs in Liaoning Province of China was investigated, and its map was drawn by the methods of geostatistics combined with geographic information system. The data of soil DTPA-extractable zinc fitted normal distribution after logarithm transformation, and its semivariogram fitted a spherical model. The semivariogram indicated that the spatial dependence of soil DTPA-extractable zinc content was moderate, with the spatial dependence range of 1.69 km and the fractal dimension of 1.96. Stochastic factors contributed to 49.9% of the spatial variability, while structural factors contributed to 50.1% of it. The spatial heterogeneity of soil DTPA-extractable zinc shown by a kriged interpolation map was deeply influenced by stochastic factors such as city pollution, land use pattern and crop distributions. For example, the average content of Zn in vegetable garden soils was 2.5-4 times as much as in their originated soils, and was lower in paddy soils than in their originated soils. The areas with a higher content of soil DTPA-extractable zinc appeared in the near suburbs and the riverside along Hunhe River and the wastewater drainage of Xihe River, and the extremely high values in the near suburb of the city's residential area were a striking feature, indicating the key role of city pollution in the spatial heterogeneity of soil DTPA-extractable zinc. When recorded in the form of a soil pollution map,the results of such a survey make it possible to identify the unusually polluted areas, and to provide more information for precise agriculture and environmental control.     

喀斯特峰丛坡地不同土地利用方式下土壤N、P空间变异特征

基于网格点(5 mx5 m)采样法采集土壤样品,利用经典统计学和地统计学方法,研究了喀斯特峰丛坡地不同土地利用方式(火烧迹地、刈割地、草地、封育地)下表层(0～20cm)土壤氮、磷的空间变异特性.结果表明:研究区4种不同土地利用方式土壤全氮(TN)、全磷(TP)、速效氮(AN)、速效磷(AP)均为中等程度变异,含量分别为5.40 ～6.26 g·kg-1、1.24 ～1.44 g·kg-1、365.87～507.32 mg·kg-1、3.91 ～8.04 mg·kg-1,封育地、火烧迹地土壤质量优于草地和刈割地;4种土地利用方式中火烧AN、火烧AP、刈割AN、封育TN的半方差函数最佳拟合模型为球状模型,火烧TN、刈割TN、刈割AP最佳拟合模型为指数模型,其他指标的最佳拟合模型均为高斯模型.刈割TP、火烧TP、草地TP、刈割TN、火烧AP、草地AP、封育TP表现为强烈的空间自相关性,其他土壤养分表现为中等的空间自相关.4种土地利用类型土壤TN与AN、TP与AP具有相似的空间分布格局.火烧、刈割处理TN和AN呈凹形分布,TP和AP呈单峰分布特征,中下坡含量最高,往两端含量逐渐降低;草地TN、AN、TP、AP 4种养分含量均随着坡位的升高而降低;封育样地中4种养分呈类似凹形分布,中间含量低,两端略微升高.土地利用方式的变化改变了喀斯特峰丛坡地土壤养分质量,造成了土壤养分空间格局的变化,因此,在地形破碎、土层浅薄的喀斯特地区进行生态恢复与重建时,应采取合理土地利用方式,进行保护和适度开发,提高喀斯特退化生态系统土壤质量.     

黄土丘陵区生物结皮坡面产流产沙与其分布格局的关联

生物结皮在黄土丘陵区退耕地广泛发育,并在干扰等因素下形成不同分布格局。为明确生物结皮分布格局对坡面产流产沙的影响,采用模拟降雨试验研究了生物结皮条带状、棋盘状和随机3种分布格局对坡面产流产沙的影响,借助景观生态学方法,计算了生物结皮斑块的分布格局指数,解析了生物结皮分布格局与坡面产流产沙的关联。结果表明,（1）生物结皮分布格局显著影响坡面初始产流时间、径流率和土壤侵蚀速率。相同盖度条件下,生物结皮坡面的随机分布格局较带状和棋盘式分布格局显著降低了坡面径流量和产沙量,其径流率与土壤侵蚀速率分别是带状格局的71.7%、12.9%,是棋盘格局的89.6%、31.8%。（2）坡面径流率与生物结皮斑块最大斑块指数、斑块连结度呈极显著负相关,与分离度呈极显著正相关,与景观分裂指数呈显著正相关。（3）土壤侵蚀速率与生物结皮斑块最大斑块指数、斑块连结度呈显著负相关,与景观分裂指数、分离度呈显著正相关。（4）坡面径流率（Y₁）和土壤侵蚀速率（Y₂）与分离度（SPLIT,Splitting Index）的关系式为：Y₁=1.116+0.017SPLIT,R²：0.957;Y₂=22.767+17.936SPLIT,R²：0.801。（5）以上结果表明分布格局主要是通过影响生物结皮在坡面的分离度进而影响坡面产流产沙,随着生物结皮斑块分离度增大,生物结皮斑块破碎度增大,坡面产流产沙增多。从分布格局的角度解析了生物结皮对产流、产沙的影响,量化了生物结皮坡面径流率与侵蚀率与格局指数之间的关系,为量化认识生物结皮的水土保持功能提供了科学依据。     

次降雨条件下坡度对坡面产流产沙的影响

以野外径流小区的次降雨产流产沙数据为基础,对不同次降雨条件下坡面产流产沙随坡度的变化规律进行研究.结果表明:降雨性质的差异对坡面产流随坡度而变化的影响较小,在研究区的6场次降雨中,坡面产流量随坡度的变化规律基本一致,坡面径流量均随坡度增大而增大,但坡面径流量随坡度增加而增加的趋势较弱,这主要由降雨量与入渗量之间的转化程度所决定;次降雨性质对不同坡度的坡面产沙规律有重要影响,一般情况下存在临界侵蚀坡度,但临界坡度不是唯一值,而是随着降雨特性的不同而不同,临界侵蚀坡度随径流量的增大而增大,临界坡度较大时,坡面产沙量随坡度变化而变化的趋势也往往较大.     

典型毛乌素沙漠-黄土高原过渡带土壤盐渍化空间异质性及其影响因素

毛乌素沙漠-黄土高原过渡带土壤盐渍化的空间异质性和生态学过程,对沙荒地整治的机理研究具有重要的意义.以毛乌素沙漠-黄土过渡带为研究区,结合布点取样和室内分析,运用经典统计学和地统计学方法对其pH、电导率、全盐含量的空间异质性进行分析.结果表明: 1)土壤pH、电导率、全盐含量的平均含量分别为8.44、5.13 mS·cm^-1和21.66 g·kg^-1,变异系数范围为6.9%～73.3%,pH属于弱变异,电导率和全盐含量属于中等程度变异.2)半方差分析结果显示,3个指标的空间变异性的最佳拟合模型均为球形模型,块金值/基台值比值范围为8.6%～14.3%,均具有强烈的空间自相关性,结构性因素对变异起主导作用;变程由小到大表现为pH＜全盐<电导率.克里金插值图显示,pH、电导率、全盐含量整体呈条带状分布,连续性较好.pH值表现出随着地势的升高而升高的特点,而电导率和全盐含量则表现出随着地势的升高而降低的特点.3)在垂直分布上,重度盐渍化区域的盐分有表聚现象,轻度盐渍化区域盐分垂直分布为先减少后增大.毛乌素沙漠-黄土过渡带土壤盐渍化的空间变异性与气候、地质条件、地形地貌、水文地质条件、植被分布等有关,以地形因素和水文地质条件的影响为主.     

喀斯特峰丛洼地区坡地不同土地利用方式下土壤水分的时空变异特征

基于典型喀斯特峰丛洼地坡面土地利用方式试验火烧、刈割、刈割除根、封育、种植桂牧1号、种植玉米(面积分别为20m×70m)控制性试验建设,通过网格法(5 m×5 m)采样,用经典统计学和地统计学方法,分析了6种土地利用方式下(火烧、刈割、刈割除根、封育、种植桂牧1号、种植玉米)表层土壤水分在不同季节的空间变异特征。结果表明:喀斯特峰丛洼地土壤含水量均很高,雨季显著大于旱季,雨季为火烧封育、刈割除根玉米、桂牧1号刈割,旱季为刈割、火烧、刈割除根桂牧1号、封育玉米,均呈中等至强度变异,且含水量越低变异越大;不同土地利用方式土壤水分的自相关函数均呈由正向负方向发展的相同趋势,但拐点不同,且旱季大于雨季,不同土地利用方式旱季、雨季土壤水分的最佳拟合模型不同,但均呈中等或强烈的空间相关性,变程为6.8—213 m,且旱季大于雨季;同一土地利用方式旱季、雨季表层土壤水空间格局相似,不同土地利用方式空间格局则不同,因此在该区域进行植被恢复和生态重建时应采取不同的水资源利用策略。     

Spatial patterns,hotspot, and risk assessment of heavy metals in different land uses of urban soils (case study: Malayer city)

A study on identification of hotspots, spatial patterns, and risk evaluation of heavy metals in urban soils of Malayer city (Iran) was carried out. Fifty-nine composite surface soil samples were collected from six different land uses (urban parks, streets, and squares, boulevards, residential and agricultural areas) in Malayer city, and the total heavy metals were measured by atomic absorption spectroscopy. Average concentrations of Cd, Pb, Cu, and Zn, As, Cd, and Pb were 0.66, 15.51, 12.25, and 96.8 mg/kg, respectively. Among the six land uses, heavy metal contamination was heavier for street, while low contamination could be found for residential and urban parks. The spatial distribution of Pb in surface soil was similar to those of Cd, and Cu was similar to those of Zn with decreasing values from the central areas to the suburb. Also, there were several hotspots for studied heavy metals that Cd and Pb were mainly occurred in locations of heavy traffic in the city center and Cu and Zn in the west and northwestern in the city. The calculated result of risk evaluation showed that much of the city suffered from moderate to severe pollution by four of these heavy metals.     

城市化流域生态系统服务价值时空分异特征及其对土地利用程度的响应

以南京市九乡河流域为研究区域,以2003与2009年2景QuickBird影像数据为基本信息源,应用空间自相关模型,结合GIS空间分析技术,定量探讨了城市化流域生态系统服务价值时空分异特征,以及土地利用程度对生态服务价值空间分异的影响.结果表明:2003-2009年,九乡河流域生态系统服务总价值减少了2.59％,而流域生态系统服务价值的空间聚集性增强;生态服务价值的高-高区域主要集中在流域上游,低-低区域主要集中在流域下游的仙林大学城一带;九乡河流域生态系统服务价值空间分异发生了明显变化,下游仙林大学城一带低-低分布区快速扩张,而高-高分布区仅在九乡河源头及下游的局部区域有所增加;流域生态服务价值空间自相关表现出明显的尺度效应,随着研究尺度增大,生态服务价值的空间自相关性逐渐增强;九乡河流域生态服务价值的空间分异及其变化主要是由土地开发利用引起,流域土地利用程度对生态服务价值存在明显的负效应.