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。     

我国玉米品种更替过程中根系时空分布特征的演变

采用土柱栽培与大田试验相结合的方法,研究了我国20世纪50年代以来生产中大面积推广应用的玉米品种根系时空分布特性。研究指出：玉根系的生长动态符合水蒸汽压力模型（Vppor Pressure Model),1990s品种根系干物质积累量随生育进程的推进增加迅速,直到成熟期仍维持较高水平,开花后根重持续时间长,且在深层土壤中的优势明显。在深40－100cm土层内根系重量1990s品种分别比1970s品种和1950s品种高出75％和1060％,当代品种根系在深层土壤中所占比率也明显增加;在距离植株0－10cm的水平范围内,当代玉米品种根系分布数量多、比率大。随玉米品种更替根系的空间分布呈“横向紧缩,纵向延伸”的特点。     

气候变化背景下贵州省倒春寒灾害时空演变特征

基于1959-2007年贵州省19个气象台站的逐日平均气温资料,结合倒春寒强度指数指标和灾害等级划分标准,从倒春寒发生频率、站次比、年代际变化、气候突变、周期变化等方面,分析了贵州省倒春寒的时空演变特征.结果表明:1959--2007年,研究区无倒春寒发生的频率最大,其次为重级以上倒春寒,中级和轻级倒春寒的发生频率接近;在全球变暖背景下,研究期间贵州省发生中级倒春寒的站次比变化最明显,其气候倾向率达1.4%·(10a)-1,而无倒春寒、轻级和重级以上倒春寒的站次比则略微减少;贵州省倒春寒强度在20世纪90年代最强,20世纪80年代次强,2000-2007年最弱,20世纪70年代次弱,20世纪60年代居中;研究期间贵州省西部和西北部高海拔地区、中部和北部地区的倒春寒强度呈增强趋势,而东部、南部地区的倒春寒强度呈略微降低的趋势;贵州省西部、西北部、中部和北部地区的倒春寒强度在1975年发生由低值向高值的突变;贵州省倒春寒存在明显的周期波动特征,年际周期以2～4年为主,年代际周期以13～15年和27～29年为主.     

2004—2016年贵州省石漠化状况及动态演变特征

石漠化是制约我国西南地区社会、经济、生态发展的重要因素之一,及时监测评估其演变状况,对区域石漠化防治及生态环境建设具有重要科学意义。选取2004—2016年间4期TM影像,研究贵州省域尺度上、石漠化时空演变特征和未来发展趋势。结果显示:1) 2004—2016年间,贵州省78.3%的区域植被覆盖度上升,平均增加了19.1%,达到63.4%,有55.4%的区域岩石裸露率下降; 2)贵州省石漠化空间分布呈现从东北到西南渐次加重的特征,西部毕节市中、重度石漠化面积占该区域面积仍达62.0%—86.4%,而东部黔东南州约为18.4%—33.0%; 3) 2004—2016年间,贵州省石漠化状况呈现总体持续好转态势,以轻、中度石漠化转入为主体的无石漠化面积增加了1.1倍,轻度石漠化增加了20.0%左右,中度和重度石漠化面积分别减少了40.0%左右; 4)截止到2016年,贵州省无石漠化、轻、中、重度石漠化区域分别占比约42.0%、24.1%、23.5%、10.4%; 5)未来2020年及2024年,贵州省石漠化仍将持续改善,石漠化面积占比将分别减少8.9%和12.2%。过去十多年间,贵州省石漠化...     

吉林省县域环境污染的时空演变特征与影响因素

基于2011年和2015年环境污染物排放和经济社会数据,选取4类污染物的工业源、农业源和城镇生活源排放总量指标,通过构建整体环境污染综合指数和分来源污染指数综合反映吉林省县域尺度单元污染状况,运用Moran I指数、时空跃迁分析和标准差椭圆分析定量研究吉林省环境污染的时空演变特征,并构建空间计量模型对环境污染的影响因素进行分析.结果表明:吉林省环境污染具有空间集聚特征,环境污染主要分布在长春、吉林等中部地区,分来源的环境污染空间分布存在明显的区域差异特征;吉林省县域单元整体环境污染和农业源污染均具有空间相关性,环境污染空间布局的关联结构稳定性高,环境污染具有路径锁定特征;环境污染的空间分布呈现西北-东南分布格局,且环境污染表现出由中心向四周扩散态势,环境污染的重心在43.65-43.66°N,125.83-125.84°E之间变动;地区经济发展水平、城市化水平和农业生产是吉林省县域环境污染和工业源污染的主要驱动因素,产业结构的调整优化改善了整体环境污染与工业源污染状况.化肥的过度使用增加了农业源污染,经济发展水平和城市化水平是城镇生活源污染排放的主要驱动因素.县域整体环境污染和农业源污染均具有空间扩散效应,各自污染状况分别与相邻地区整体环境污染和农业源污染状况密切相关.     

中国市域自然保护区时空格局演变特征

市域是自然保护地整合优化的具体实施单元,揭示市域自然保护区的时空格局演变特征和发展趋势对于全面建设中国特色自然保护地体系具有重要的现实意义。基于1975-2020年间隔5 a的10期中国自然保护区名录,通过标准差椭圆、探索性空间数据分析、空间Markov链等方法首次从市域尺度探讨了中国自然保护区的时空动态演变特征和发展趋势,并引入地学信息图谱构建其变化模式。结果表明:①中国市域自然保护区比例呈现先快速增长后逐步稳定的趋势,但整体仍以低值区为主。市域间自然保护区比例差异明显,逐步形成了“西高东低”的空间格局。重心整体表现为“东南-西北-东北”的迁移过程,重心移动距离和速度逐渐缩小。1990年以后,中国市域自然保护区比例始终呈现“东北-西南”向的空间分布格局。②市域自然保护区比例存在显著的空间相关性且相关性总体呈上升之势,但空间集聚水平的变化逐年缩小。局部空间异质性较强,高高和低低集聚区均呈扩张态势。③从变化模式图谱来看,中国市域自然保护区比例等级以“前期变化-低频-逐步提升”(ESC-LQ-T1)的方式进行,主要图谱类型为“空缺区转为低值区”。市域自然保护区比例等级类型转移具有稳定性和显著的时空异质性,后期出现了“俱乐部收敛”现象,且邻域背景在其动态变化过程中发挥着重要作用。未来要加强对空缺区和低值区市域单元的自然资源进行摸底评估,将其最有价值的区域纳入自然保护区,同时推广区域联合保护机制,促进自然保护地体系高质量建设。     

赣西三市热环境时空演变特征及影响因素

以赣西三市为研究区域, 采用2002、2016年2个时段的TM/OLI/TIRS影像数据, 获得辐射亮度温度和土地利用/覆被分类数据, 借此分析热环境时空演变特征、热力景观格局指数变化以及影响热环境演变的因素, 旨在为改善赣西城市热环境问题提供科学的依据。结果表明: 随着城市化发展, 近15年(2002—2016年)来, 赣西三市热岛效应明显增强, 但不同区域发展程度有所不同, 热岛效应强度总体增加的趋势为: 萍乡 > 宜春 > 新余; 从热环境分布来看, 三市南部地区低温与次低温面积范围相对较多, 且呈现扩大趋势; 从热环境景观格局演变来看, 三市的中温区斑块优势度降低明显, 破碎化程度加强, 宜春和新余市区次低温与次高温斑块优势增多并且有形成大斑块的趋势; 从热环境贡献指数来看, 建设用地对热环境贡献最大, 水体和林地则对城市热岛效应有显著的抑制作用。     

2000—2015 年间贵州省土地生态环境质量时空演变特征

土地生态环境质量的时空演变分析旨在检验多年生态环境治理成果、优化国土空间结构、揭示喀斯特内部差异性, 并为不同类型区域生态环境治理等提供决策依据, 对生态文明建设具有重要意义。从水热、地质地貌、土壤、土地利用/土地覆盖4 个方面考虑, 对2000—2015 年贵州省土地生态环境质量时空演变特征分析, 结果表明: 1)贵州省土地生态环境质量综合指数整体平稳转好, 4 期综合指数分别为51.08(2000)、52.65(2005)、51.93(2010)、53.36(2015)。2)黔南州、遵义市以及铜仁市土地生态环境质量较稳定; 六盘水市、安顺市土地生态环境质量改善明显; 毕节市、黔西南州综合指数稳定性较差。3)丘陵土地生态环境质量综合指数增幅较大, 盆地波动较为明显。4)不同喀斯特类型区综合指数: 非喀斯特地区＞亚喀斯特地区＞典型喀斯特地区, 喀斯特地区改善幅度高于非喀斯特地区。未来应继续加强土地相对匮乏、生态环境脆弱的喀斯特地区土地生态环境治理力度; 对于人类活动影响较大的盆地地区应进一步优化开发利用方式, 实现区域生态环境、社会经济的可持续发展。     

我国玉米品种更替过程中根系时空分布特性的演变

采用土柱栽培与大田试验相结合的方法,研究了我国20世纪50年代以来生产中大面积推广应用的玉米品种根系时空分布特性。研究指出：玉米根系的生长动态符合水蒸汽压力模型(Vapor Pressure Model),1990s品种根系干物质积累量随生育进程的推进增加迅速,直到成熟期仍维持较高水平,开花后根重持续时间长,且在深层土壤中的优势明显。在深40～100cm土层内根系重量1990s品种分别比1970s品种和1950s品种高出75％和1060％,当代品种根系在深层土壤中所占比率也明显增加;在距离植株0～10cm的水平范围内,当代玉米品种根系分布数量多、比率大。随玉米品种更替根系的空间分布呈“横向紧缩,纵向延伸”的特点。     

西辽河上游生境质量时空演变特征与影响机制

西辽河上游是我国辽河流域的重要水源地,其生境质量的好坏关系到下游流域生态安全和人类福祉。然而针对西辽河上游生境质量及其影响机制的研究还有待深入。基于ArcGIS软件、InVEST模型,定量分析了西辽河上游1980—2018年土地利用和生境质量的时空演变特征;并进一步探究了西辽河上游生境质量变化的主要驱动因子。结果表明：(1)1980—2018年,西辽河上游草地面积较1980年下降了21.93%,其中大部分转化为林地(7719.09 km²)、耕地(6014.90 km²)和裸地等(3025.71 km²)等,各斑块的空间分布异质性增加;尽管研究期内,林地面积较基期大幅度提升了48.67%,但全区域平均生境质量指数由0.74下降到0.72。(2)该地区无论在区域本底环境和区域社会经济发展水平上,均对于西辽河上游的生境质量改善产生了积极作用,年均气温(0.218)、降水(0.229)、地区生产总值(0.850)和受教育程度(0.132)与生境质量指数呈现较为明显的正相关关系;然而,本地区城镇化速率(-1.137)、景观分离度...     

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。     

中国西南喀斯特石漠化时空演变特征、发生机制与调控对策

中国西南喀斯特石漠化及发展态势的遏制与综合治理是长江、珠江流域的生态安全需要。通过总结前人的研究成果、采集中国科学院环江喀斯特生态试验站部分收集整理和试验数据,尝试性地提出了新的石漠化概念和分类标准,探讨了西南喀斯特石漠化的空间分布及动态变化规律,阐明了不同石漠化程度生态系统的植被和土壤物理、化学、微生物等属性的表现特征,从自然和人为两个方面揭示了西南喀斯特石漠化的发生机制,提出了不同石漠化程度的治理对策,以促进喀斯特区域生态、经济、社会的全面协调与可持续发展。     

基于地学信息图谱的重庆岩溶石漠化植被恢复演替研究

重庆岩溶石漠化区的植被恢复演替动态变化研究对于该地区的石漠化治理和生态恢复具有十分重要的指导意义。而多时相的遥感数据和地学图谱分析法为植被恢复的研究提供了一种动态性和综合性的研究方法。以重庆市中梁山的典型植被恢复区为例,在基于1996、2001、2007和2013年4期遥感影像解译分类的基础上,采用"空间代替时间"的生态学植被演替研究方法,建立重庆市中梁山区退耕还林前后的植被恢复演替图谱,并结合地学图谱的相关分析方法,得到该区的植被恢复演替动态格局演变规律,体现了空间信息科学技术、生态学方法和地学信息图谱分析法在植被恢复演替研究中的有效结合。结果表明:(1)运用BP神经网络和BP算法进行分类,分类精度达到87.42%,比传统监督分类提高了5.57%。(2)自2002年全国范围内的"退耕还林(草)"工程全面启动后,该区域植被恢复演变特征明显,耕地面积明显减少而植被面积明显增加。(3)从2001—2013年,植被演替在该时期内依然存在着进展演替和逆向演替两个方向。虽然逆向演替比例仅占到18.63%,但它却使该区的演替研究变得复杂。(4)质心反映了各植被类型在恢复演替过程中的聚散与迁移,1996—2013年,马尾松群落和落叶阔叶林群落的质心变化较小,其他植被群落的质心都有很明显的变化。     

晋北大型露天矿区景观生态风险时空异质性

矿产资源开采对生态环境产生了剧烈扰动,加剧了矿区生态环境的风险性,严重威胁区域的可持续发展。从景观生态学角度将景观格局与生态风险相结合对矿区生态环境进行评估,从而揭示矿区景观生态风险的时空异质性,促进土地资源的可持续利用。以1990-2018年7期Landsat TM影像解译后的土地利用现状数据为数据源,构建景观生态风险指数,结合空间统计学及地统计学理论,探究1990-2018年平朔矿区景观生态风险的时空异质性。结果表明:1990-2018年平朔矿区景观生态风险的空间分布呈集聚分布模式,Moran’s I指数处于0.53~0.68,Z得分远高于检验阈值1.96,风险的空间集聚效应明显。1990-2018年平朔矿区的景观生态风险等级以中低、中、中高水平为主,占全区总面积的70%~90%,低风险区域主要分布于井坪镇以及白堂乡与向阳堡乡的大片林地,耕地是中等风险的主要分布区域,高风险区域逐渐向矿界内的矿业核心区收缩。1990-2018年平朔矿区景观生态风险空间异质性中的随机变异均小于空间自相关变异,由空间自相关部分引起的空间异质性占据主导地位。研究表明,在0.50 km×0.50 km的研究尺度下,1990—2018年平朔矿区景观生态风险具有很强的时空异质性,时间上呈现先增加后降低的趋势,空间相关性显著,空间分异特征明显。     

洞庭湖生态经济区生态系统服务价值的时空演绎及其驱动因素

伴随城镇化的快速推进,生态系统服务价值(ESV)的时空评估及驱动因子探测对区域社会-经济-生态协调可持续发展具有重要意义.借助洞庭湖生态经济区2005、2010、2015、2018年的遥感解译数据,从3 km×3 km的格网尺度出发,在ArcGIS和GeoDa的技术支撑下,结合当量因子法、空间自相关分析、热点分析等方法...     

典型岩溶山区土地石漠化过程——以粤北岩溶山区为例

中国南方岩溶区是土地石漠化广为发生发展的脆弱生态区域。运用面上调查、定位观测和模拟试验相结合的方法,以粤北岩溶山区为例,从地表生态过程的角度对土地石漠化过程进行解析、研究。在轻度石漠化向极重度石漠化发展的过程中,仅2-3 a,植被就从灌草混合群落退化为草本群落,物种减少76%,植被盖度降低87.2%;土壤侵蚀量逐渐加大,土壤物质不断流失和丢失,土层变薄,侵蚀模数呈10多倍、数10倍增加。岩溶坡面特殊的水文过程和水循环模式,使石漠化土地上"四水"转化迅速。随着石漠化程度加重,地表水和壤中水流失量加大,石灰岩脉动式"生长"速度加快,使基岩裸露率由30%—50%增至90%以上,最终导致土壤粗化,养分减少,生物生产量减少89%甚至更多。这表明,土地石漠化过程是由植被退化丧失过程、土壤侵蚀过程、地表水流失过程、碳酸盐岩溶蚀侵蚀过程和土地生物生产力退化过程相互联系、组合而成的土地退化过程,也是岩溶山区土地生态系统演变为石质荒漠系统的地表生态过程。     

乌裕尔河-双阳河流域湿地景观格局演变及其驱动机制

明确湿地格局演变特征与驱动机制是开展湿地管理与保护工作的重要前提。利用1980—2015年7期土地遥感解译数据,运用空间分析、景观指数、转移概率矩阵和增强回归树模型定量分析乌裕尔河-双阳河流域湿地格局演变特征与驱动机制。结果表明:(1)1980—2015年间湿地面积持续减少,减少了738 km²,较1980年减少了16.43%;沼泽地占湿地的75%以上,面积也持续减少。1990—1995年是湿地面积减少速率最大的时段。(2)1980—2015年间湿地景观变化趋势为最大斑块的优势地位降低,破碎度加剧,且空间分布趋于离散,连通性减弱。沼泽地的景观变化特征与湿地相似,而水域与之相异。(3)1980—2015年间湿地损失集中分布在乌裕尔河两岸、双阳河中游及流域尾闾,主要转出为水田、旱地、草地和盐碱地,总的转移概率约为20%。(4)气候因素是导致湿地损失的主要因素,贡献率达到50%。道路修建对湿地损失的影响范围约为1.8 km;高海拔会增加湿地损失的风险;耕地周围2 km的湿地易被开垦;自然保护区的建立有效遏制了湿地损失。未来湿地损失风险较大的区域为乌裕尔河中游、双阳河中下...