GIS支持下的青石山小流域农业生态信息系统(QWAEIS)及其应用研究

应用地理信息系统（ＧＩＳ）,建立了青石山小流域农业生态信息系统（ＱＷＡＥＩＳ）,该系统综合了土壤、土地利用、水资源及地形地貌等空间信息和气候、人口、农业生产等基本信息。该系统能对小流域农业生态信息进行有效地分析和管理,应用此系统,进行了小流域的土地适宜性评价,获得土地适宜性评价结果,为小流域规划提供了空间定位信息。     

黄河源区景观格局与生态功能的动态变化

利用20世纪70年代、80年代与90年代三期遥感资料,选取有代表性的9个有关度量景观空间结构与景观异质性的定量指标,通过FRAGSTATS计算方法,系统研究了黄河源区景观生态结构与景观格局变化,表明在近30a来,区域景观空间格局趋于破碎化和多样化,其形成与发展的主要内在因素是高寒稀疏化草原草地、黑土化与杂类草草地和沙化草地等景观类型的迅速发展,其景观面积分别增加了384.16％、66.63％和421.09％;选取景观生物生产力、景观土壤养分、景观植被覆盖度等景观功能的表征参数,提出了景观格局动态演变下分析景观功能变化的定量方法及其数学模型。在明确近30a来区域景观格局演变特征的基础上,研究了黄河源区不同时段不同景观类型间生态功能的转移流动特征及其区域生态环境效应,表明：近30a来,黄河源区景观功能变化强烈;区域景观动态演变将形成区域内部景观功能向减退与增强两个方向的变化,两个方向的强度均衡将形成区域整体生态功能的特征。研究区域景观格局的动态变化所引起的区域生态功能演变特征,可充分认识区域生态系统变化的内在因素和演变趋势。     

东北黑土区小流域农业景观结构与土壤侵蚀的关系

以黑土侵蚀区的拜泉县双阳河流域为案例,提取地形和土壤类型相对接近的30个上游子流域作为分析样本。以遥感、GIS和FRAGSTATS软件为平台获得景观格局指数,运用基于GIS的RUSLE模拟土壤侵蚀,通过相关性分析和多元回归研究景观指数与侵蚀模数的呼应关系。从而探讨土地利用调整和流域综合治理下的景观结构特征对土壤侵蚀的影响,为当地或同类地区土地利用规划和侵蚀治理提供科学参考。结果表明：顺坡垄农田面积百分比、景观聚集度与土壤侵蚀模数显著正相关,灌木林地、草地面积百分比、香农多样性指数与土壤侵蚀模数显著负相关。9个结构因子与土壤侵蚀模数的复相关系数（R=0．931）大于单因子相关系数,多个景观结构因子综合地影响了土壤侵蚀,且达到高度相关。研究区侵蚀强度较轻,但大于东北黑土区土壤容许流失量标准。农田是土壤水蚀的主要景观要素,同时也是水土保持的主战场。增加灌草地斑块、实施农田保护性耕作等将是该流域继续控制土壤侵蚀的有效办法之一。     

基于RS和转移矩阵的泾河流域生态承载力时空动态评价

利用泾河流域1986、1995、2000、2008年4期遥感数据和转移矩阵分析方法,在GIS平台上,对该流域近23a的生态承载力时空变化进行了定量评价和空间化表达,结果表明,泾河流域生态承载力空间分布极不均匀,整体呈南高北低,并由东南向西北递减,由上游向下游递增的空间变化趋势,表现出与流域地貌特征,土地利用/覆被和环境禀赋相关联的地理特性和空间异质性;随着时间的推移,全流域生态承载力呈逐年降低趋势,尤其以2000年以后下降趋势明显,但流域内部不同区域的生态承载力及其各类土地生态承载力的变化幅度与趋势各有不同;3个时段内(1986-1995年、1995-2000年、2000-2008年)流域各类土地生态承载力转换频繁,转向趋势明显,且以2000年为拐点,前两时段以林地和草地生态承载力向耕地和建筑用地生态承载力转移为主,后一时段以耕地和建筑用地生态承载力向林地和草地生态承载力转移为主,导致近23a来泾河流域生态承载力及其内部组成变化均较大,说明土地利用/覆被的变化是流域生态承载力变化的主导因素,而1999年以后国家实施的退耕还林还草生态工程则是2000-2008年该流域生态承载力变化的主要驱动力。     

政策与农耕:石咀头村40年景观变迁

在现代化导向的农业政策驱动下,中国传统乡村景观格局正在发生着深刻的变化.本研究采用地理学与人类学相结合的地理空间方法,通过参与式地理信息系统(PGIS)工具对晋西北一个典型农耕村庄40年来农耕景观变迁进行制图、调查与评价,寻找相应时期农业政策对农耕景观变迁的影响,分析农业政策的利与弊.结果表明:中国传统多样化种植正逐渐被工业化单一种植的农耕景观格局所代替,这些农耕变迁背后的驱动力在于一系列农业政策是以中国农耕体系的工业现代化为指针的,这些政策的目标是要引领传统农耕体系向"现代化"农业快速转变,但其结果却导致了传统农耕体系的衰落.所研究村庄的传统农耕体系在40年间迅速消失,而正是这一体系维持了当地千百年的食品安全与土地健康.本文建议,未来农业政策的制定者应在短期的农业经济收益与长期的农业可持续性之间寻求一种更合理的平衡,这也是全球变化背景下农业生态可持续发展的原则所要求的.     

优于单一最大熵生态位模型的混合烟粉虱生境风险评估模型

预测入侵生物的潜在地理分布、快速评估其高脆弱性区域是实现入侵生物前瞻性风险预警的重要手段。MaxEnt生态位模型是目前应用最广泛的生境风险评估方法,操作简单,预测精度较高,但模型对数据的质量和数量过分依赖。以烟粉虱Bemisia tabaci为对象,引入地理探测器显式描述评价因子的空间关联规律和贡献度,结合MaxEnt生态位模型,提出一种混合生境风险评估模型(Geo-MaxEnt),并与单一MaxEnt生态位模型进行对比。结果表明：(1)地理探测器模型显示,海拔(0.56)、土地利用(0.43)、最热月最高温度(0.36)和年平均温度(0.30),对烟粉虱的空间分布具有显著影响,各因子对烟粉虱生境的影响存在显著的差异。海拔和土地利用PD值最高,是影响烟粉虱生境的主要驱动因子。环境因子的交互作用强化了各个因子的影响力。(2)单一MaxEnt生态位和所构建的模型总体精度分别是94.86%(AUC 0.91)和98.13%(AUC 0.94),相较之下,所构建的模型精度略高,表明所构建的模型是合理的,具有高度的可靠性;(3)对于高风险区,混合模型优于MaxEnt模型,但两者在空间分布方面高度...     

黄河源区沙漠化及其景观格局的变化

本研究以1975年的MSS数据、1990年和2005年的TM数据、以及2000年的ETM数据为数据源,通过遥感（RS）与地理信息系统（GIS）技术,获得了黄河源区在1975－2005年间沙漠化的发展特征,并采用景观指数运算软件（FRAGSTATS3.3）对黄河源区沙漠化土地的景观格局变化进行了分析。研究发现：在1975－1990年间,黄河源区的沙漠化土地面积大幅增加;在1990－2000年间,沙漠化土地面积保持稳定;在2000－2005年间,沙漠化土地面积出现了小幅度的减小趋势。黄河源区沙漠化土地的景观格局变化显著,在1975－1990年间,沙漠化土地发生了严重的破碎化;在1990－2000年间,沙漠化土地出现了连片的现象,从而使得沙漠化土地的破碎度有所下降,景观多样性降低;在2000－2005年间,沙漠化土地破碎度的增加,斑块形状趋于复杂。     

城市边缘区景观生态规划的人工神经网络模型

景观生态规划是景观生态学的一个重要应用领域,本文在地理信息系统的辅助下引入了人工神经网络这一新兴应用技术,建立了城市边缘区景观生态规划的BP神经网络模型,模型以区域的高程、高程离差、坡度、坡度离差、地貌分区、离黄河距离、居民点数七个要素作为输入变量,选取斑块密度、分维数、Shannon多样性指数和聚集度指数作为输出变量,精心采集了20个样本对网络进行训练,结果表明网络收敛效果理想,泛化能力强,为景观生态规划提供了一个新的模拟分析手段。     

利用GIS模拟变量施肥尺度对施肥量的影响研究

以玉米氮肥变量施肥为例。采用GIS技术分别模拟不同肥力水平、不同空间变异和不同相关距条件下变量施肥尺度对施肥量的影响．首先用“Turning Band Method”方法随机生成符合指定均值、方差和空间分布(半方差模型)的一组表示最小施肥单元的土壤养分数据,每组10~4个数据,对每组数据进行了100个等级尺度单元的相关施肥量计算和分析．模拟结果表明：(1)随着变量施肥单元面积减小,施肥量不是减少,而是增加或保持不变;(2)相同土壤肥力,空间变异越大时,随着施肥尺度增大,平均施肥量增大越明显,而且施肥临界养分过渡带的变量施肥合理性受尺度影响最大．     

京津水源区小流域土壤侵蚀空间模拟

针对京津水源区生态环境脆弱、水土流失空间分异大、突发性强等问题,以河北省平泉县东北沟典型小流域为例,采用GIS技术与CSLE模型对其土壤侵蚀进行二维空间模拟及侵蚀规律研究,并对模型模拟精度进行验证.结果表明:模型确定性系数>0.85,模拟结果可信度高;小流域侵蚀模数为2359.24t·km-2·a-1,属于轻度侵蚀,侵蚀主要源于15°以上坡面,占侵蚀总量的92.1%;土壤侵蚀模数随坡度先逐渐增加,当坡度>45°时,土壤侵蚀模数有减小的趋势;土壤侵蚀模数空间异质性显著,坡耕地侵蚀模数最大,为6112.90tkm-2·a-1;荒草地占总面积33.2%,侵蚀量却达总量的74.9% ;59.3%的侵蚀来自阳坡和半阳坡,而阴坡半阴坡仅占流域侵蚀量的16.2%.研究为利用CSLE模型对小流域土壤侵蚀进行空间模拟提供技术范例,为京津水源区土壤侵蚀规律研究及水土保持生态建设提供科学参考.     

Spatiotemporal evolution and attribution analysis of grassland NPP in the Yellow River source region,China

The protection of the environment and promotion of sustainable development in the Yellow River Basin (YRB) is a major national strategy in China. Madoi County (MC), at the headwaters of the YRB, plays a crucial role in ensuring the ecological security and sustainable development of the middle and lower reaches of the river. Vegetation net primary productivity (NPP) is a critical indicator for assessing the structure and function of the ecosystem. Therefore, studying the spatiotemporal evolutionary characteristics of grassland net primary productivity (GNPP) in MC and its driving mechanisms is of the utmost importance. We employed linear regression analysis, optimal parameters-based geographical detector (OPGD), multiscale geographic weighted regression (MGWR), and residual analysis to investigate the spatiotemporal change of GNPP in MC under the influence of climate change (CC) and policies in different periods based on MOD17A3 NPP data. Additionally, we explored the natural and anthropogenic factors affecting GNPP and their spatiotemporal processes on global and grid scales. Lastly, we quantified the relative contributions of CC and human activity (HA) to the observed changes in GNPP. The results were as follows: 1) GNPP in MC has demonstrated a fluctuating and increasing trend since 2000, with an average annual growth rate of 1.58 gC·m⁻²·a⁻¹ and a maximum growth rate of 6.29 gC·m⁻²·a⁻¹ in 2017–2021. 2) Spatial variation in GNPP has been evident since 2000, with a gradual increase in GNPP from the northwest to southeast. Regions with notable increases in grassland were predominantly located in areas with eco-engineering. 3) The OPGD was used to identify key driving factors (DFs), revealing that climate factors had stronger explanatory powers for the GNPP at each phase. MGWR results indicated that the effect of key DFs exhibited clear spatiotemporal heterogeneity. Annual cumulative solar radiation and annual cumulative precipitation had the most significant effect on GNPP. Regions with positive effects (PEs) of grassland area change and grassland cover change were mostly located in eco-engineering zones. The PEs of DFs on GNPP increased. 4) The contribution of CC to GNPP changes and the dominant area share were greater than those of HA. However, areas with PEs of HA increased gradually. The synergies between eco-protection policies and natural regulation are therefore critical to the eco-environmental protection in the YRB.     

黄河源区玛多县草地退化成因分析

对黄河区玛多县草地退化的自然和人为因素作了深入分析。结果表明,过度放牧是导致玛多县草地退化的主要原因,自20世纪80年代末期以来,玛多县温度和降水较历史平均水平均有较大幅度的提高,其中温度增加表现为明显的暖冬现象,降水增加集中在春夏两季,水热条件的变化是向着利于草地恢复的方向发展的,由于玛多县是一个纯牧业县,扩大畜群数量是经济增长的必然选择,加上人口压力和当地藏族居民的传统价值观,驱使牧畜数量不断扩大,并在70年代末达到最大值,此后长期维持过牧状态,造成草地持续退化,过牧在导致草地退化的同时,也为鼠类的侵入创造了条件,从而加强了退化过程。     

黄河源园区高寒草地碳储量估算及其影响因素

高寒草地碳储量及其影响因素研究是认识青藏高原草地生态系统乃至陆地生态系统碳循环和气候变化的关键之一。利用2021年8月上旬地面调查数据与同期高分6号遥感数据建立回归关系,在反演研究区植被地上、地下生物量碳密度和0—40cm土壤层有机碳密度基础上,估算了黄河源园区高寒草地有机碳储量,并通过路径分析探讨了土壤理化性质对碳密度的影响驱动机制。结果表明：(1)2021年黄河源园区地上生物量、地下生物量、0—40cm土壤层碳密度分别为37.65g/m²、1305.28g/m²、4769.11g/m²;总碳储量为100.44Tg(1Tg=10¹²g),植被层和土壤层碳储量分别分为22.06Tg、78.38Tg,占总碳密度的21.96%、78.04%。(2)黄河源园区高寒草甸和高寒草原两种草地类型地上生物量碳密度分别为41.27g/m²、30.76g/m²;地下生物量碳密度分别为1661.41g/m²、618.74g/m²;0...     

黄河靖南峡-黑山峡河段的生态敏感性

基于GIS空间分析、栅格运算与叠加及RS图像地物提取方法,针对黄河靖南峡-黑山峡河段存在的水土流失、土地沙漠化和土壤盐渍化等生态问题,开展了单因子生态问题敏感性和综合生态敏感性分析.研究表明：中、高度生态敏感区几乎覆盖研究区整个流域,包括景泰县五佛乡、靖远县北湾镇以北和乌兰镇、糜滩乡、东湾镇、三滩乡及平川区的陡城到红柳滩一带;针对高、中和轻度敏感性区域,相应地将研究区规划为禁止开发建设区、中度开发建设区和深度开发建设区.在区域水电开发过程中,应采取积极保护措施,以实现流域生态环境的可持续发展.     

黑河流域中游地区景观变化研究

使用GIS技术和景观结构分析软件FRAGSTATS,分析了黑河流域中游地区近20年间景观结构的变化。结果表明,该地区的各类景观元素在近20年间发生了十分复杂的结构变化和相互转换,但整体景观仍保持荒漠化与绿洲景观强烈分异的鲜明格局。人类有目的性的干扰活动改变了干旱区有限的水资源的分布与分配,加剧了本地区荒化进程与绿洲化进程的对立斗争,而绿洲与荒漠的交错地带是斗争的最敏感部位,香农多样性指数和香农均度指数的下降,充分证明人类对本地区景观改造程度的不断加强,其结果一方面显著提高了本地区的社会和经济效益,另一方面也导致了局部地区生态环境效益的下降,对本论文的研究方法和技术也进行了讨论。     

黄河源区玛多县土地利用和生态系统服务价值的演变

黄河源区玛多县作为"世界的一方净土",开展土地利用变化及生态系统服务功能量化评价,以期为保障黄河流域乃至全国生态安全提供支撑。以黄河源区玛多县为研究案例,统计了2005—2015年玛多县土地利用类型转移矩阵、土地利用变化动态度,计量了2005—2015年玛多县生态系统服务价值演变特征。结果表明:(1)10年间玛多县土地利用结构变化显著,高覆盖度草地、建设用地面积分别增加了38.30%和3.85倍,低覆盖度草地、林地分别降低了44.29%和86.55%。(2)10年间林地、低覆盖度草地的单一土地利用动态度分别为-8.65%、-4.43%,高覆盖度草地、中覆盖度草地的单一土地利用动态度分别为3.83%、2.83%,土地利用类型演变表现为从林地、低覆盖度草地向高覆盖度草地、中覆盖度草地的转移;前期(2005—2010年)林地、低覆盖度草地迅速减少,后期(2010—2015年)建设用地急速扩张。(3)10年间玛多县生态系统服务价值(ESV)呈增长趋势,从2005年的911.24×10~8元增长到2015年938.87×10~8元;单项生态系统服务价值中水文调节的ESV贡献量最大,在53.70%—55.24%之间。(4)10年间水域面积比例在8.21%—8.31%之间波动,ESV贡献量约占生态系统服务价值均在50%左右,未利用土地和高覆盖度草地的ESV贡献量分别为16.85%—17.26%和13.78%—18.50%,低覆盖度草地的ESV减少了44.29%。     

过牧对玛曲草地沙化的影响

玛曲草地沙化对黄河上游水源补给产生了不利影响.基于NTP和理论载畜量的估算,定量分析了自然因素和人为因素对草地沙化的作用程度.结果表明:影响玛曲草地沙化的自然因素主要是温度升高,特别是≥0℃积温的增加;人为因素主要是超载过牧.温度升高对草地沙化的影响占34.39%,超载过牧占65.61%.草地沙化是过牧的累加效应达到一定程度时才出现的,累加超载量每增加1万个羊单位会造成3.14 hm2草地沙化.草地沙化的防治应以草畜平衡为基础,逐渐减缓或减少超载量的累加.     

沙质草地生境中大型土壤动物对土地沙漠化的响应

沙质草地沙漠化过程中土壤动物群落结构变化是沙漠化生物过程中的一个重要方面,对于掌握沙漠化过程中生物退化规律和提出合理沙漠化防治对策具有重要指导作用。选取处于不同沙漠化阶段的流动沙地、半流动沙地、半固定沙地、固定沙地和丘间低地5种生境类型,采用手拣法对其大型土壤动物群落进行了调查。共获得36个动物类群,属于8目32科,优势类群为蚁科,常见类群有22个类群,两个类群的个体数共占群落个体总数的93.33%;稀有类群有13个类群,其个体数占群落个体总数的6.67%。结果显示,丘间低地、固定沙地、半固定沙地和半流动沙地大型土壤动物群落个体数量、类群数和多样性显著高于流动沙地(P<0.05);固定沙地大型土壤动物生物量显著高于其它生境类型(P<0.05);沙质草地严重沙漠化显著地影响大型土壤动物多样性及其生物量。并且,不同土壤动物类群个体对不同沙漠化阶段生境的适应性存在一定差异,产生了不同的响应模式。土壤有机碳和酸碱度以及土壤含水量差异是影响大型土壤动物类群分布与生长的主要因素。研究表明,固定沙地是大型土壤动物的适宜沙地生境,具有较多的个体数量和较高的生物量;丘间低地、半固定沙地、半固定沙地和流动沙地影响大型土壤动物存活,其个体数量和生物量较低。     

沙质草原植物群落退化与沙化演替

应用TWINSPAN(two-way indicator species analysis)、DCA(detrended correspondence analysis)和CCA(canonical correspondence analysis)技术,对多伦县1984和2001年的28个样地草原植物群落调查数据及相对应的2001年的24个样地土壤调查数据进行分析。结果表明,研究区域的植物群落按照其退化、沙化或恢复演替序列可以分为5个阶段,不同时间的草原植物群落演替序列在空间格局上具有相似性,对比17年的动态变化,也呈现同一演替序列特征;与1984年相比,2001年研究区草原植物群落总体上有明显的退化迹象;草原植物群落退化、沙化或恢复演替与土壤变化具有一定相关性,土壤质地、养分和有机质变化在时间上较植物群落变化明显滞后。     

桂西北喀斯特区域景观结构特征与石漠化的关系

采用典范对应分析方法（CCA）,从景观类型和景观两个层次选取了16个景观格局指数来表征景观结构特征,分析了广西省环江县喀斯特区域的景观结构与石漠化强度的关系.结果表明,平均斑块面积、平均旱地斑块面积、景观形状指数和聚集度指数与CCA排序的前两个排序轴相关性强,对区域石漠化过程具有重要影响.研究区潜在石漠化主要与平均旱地斑块面积、平均旱地斑块分维数和平均灌木林地斑块分维数呈较强的正相关,与旱地斑块数呈负相关;轻度石漠化与分维数、平均未利用地斑块分维数和灌木林地斑块数的正相关性较强;中度石漠化和重度石漠化主要与平均未利用地斑块面积呈正相关、与平均灌木林地斑块分维数呈负相关,说明景观结构特征对土地石漠化程度具有一定的指示意义.排序分析结果较清晰地解释了研究区石漠化程度沿景观结构特征梯度的变化规律.