下辽河平原景观格局脆弱性及空间关联格局

以东北三省开发强度最大的辽河中下游地区——下辽河平原为研究对象,根据景观格局脆弱性的概念及内涵,通过景观敏感度指数和景观适应度指数构建景观格局脆弱度指数,并借助地统计学和空间自相关模型分析的理论方法,对下辽河平原景观格局脆弱度的空间分布特征、变异规律以及空间关联格局进行探讨,结果表明:①1989—2010年下辽河平原景观格局脆弱度总体上呈递减趋势;②1989—2010年研究区景观格局脆弱度Moran's I表现为一定程度的正相关,且相关程度略微呈下降趋势;③1989—2010年研究区景观格局脆弱度局部空间自相关和显著性水平均发生了明显的变化;④研究区各时期景观格局脆弱度的空间相关性是受结构性因素和非结构性因素共同影响,C0所占的比例在3a期间有逐步上升趋势,表明非结构性因素对景观格局脆弱度演变的影响程度不断加深,但是结构性因素(地形地貌、水文、土壤植被类型等)仍然对本区景观格局脆弱度的空间分布起决定性作用。     

下辽河平原地下水脆弱性的时空演变

地下水脆弱性受相关因子变化的影响,在时空分布上具有动态变化性,因此分析地下水脆弱性的时空演变及结构变化规律对于地下水有针对性地污染防治具有重要意义。以下辽河平原为研究区,选取1991、2000和2010年的相关人为因子参数,结合DRASTIC模型计算这3个年份的地下水脆弱性综合指数,利用Arc GIS的地理统计工具分析地下水脆弱性的演变状况。在此基础上计算G指数得到地下水脆弱性的空间热冷点分布,结合重心和标准差椭圆对热点的变动情况进行定量分析。研究结果表明:(1)1991年地下水脆弱性以较低脆弱性和高脆弱性区为主,分别占研究区面积的36.5%和31.3%,到2000年以一般脆弱性和较高脆弱性区为主,面积比例分别达到31.6%和25.9%,发展到2010年主要以较高脆弱性为主,面积比例占41.71%;(2)1991—2010年下辽河平原地下水脆弱性总体上呈现先增后减的趋势,沈阳市及周边长期处于高值状况,南部沿海地区逐步演化为高值脆弱性区;(3)1991和2000年的热点集中区主要分布在新民市和辽中县的西部地带,期间变化较小,2010年的滨海地区也发展成热点集中区,各时期内冷点分布面积比较少,且零散;(4)1991年至2000年,热点重心向西南方向位移了2.264km,热点分布格局进一步趋于东—西方向;2000年到2010年,热点重心向西南方向位移了30.787km,标准差椭圆长轴旋转角逆时针转动了32.44°,整体热点分布格局为东北—西南方向。     

基于三生空间质量的哈长城市群城市脆弱性时空演变格局及驱动力研究

高质量的三生空间是城市高品质空间布局、高效率功能体现的重要保障与载体。城市群作为城市三生空间矛盾的集中地,降低其城市脆弱性,是区域可持续发展的关键。因此,基于三生空间质量的哈长城市群城市脆弱性研究对国土空间协调与稳定发展具有重要意义。以哈长城市群11个地市为研究区域,基于生产空间质量、生活空间质量、生态空间质量构建城市脆弱性评价指标体系,运用熵权-TOPSIS评价模型、ArcGIS空间分析工具以及地理探测器对2010-2018年哈长城市群城市脆弱性的时空格局演变与驱动力进行分析。研究结果表明:①在时间变化上:整体来看,2010-2018年哈长城市群城市脆弱性呈下降的趋势,城市脆弱性空间上呈"先增强后减弱"的态势。城市脆弱性高等级地区数量呈现"先增强后减弱"的趋势,而城市脆弱性指数相似地区集中分布呈现"先减弱后增强"态势。②在空间布局上:形成了II、I级区"点状零散",V、IV级区的"边缘式"的空间分布格局。空间分布呈现"随机化",无明显集聚性。从其演化趋势类型特征上看,呈发散趋势的城市多于呈收敛趋势的城市,说明哈长城市群城市脆弱性空间差异呈逐渐增大态势。③基于三生空间质量哈长城市群城市脆弱性的空间分异主要是由城市生活空间质量脆弱性的差异引起,其次是城市生产空间质量脆弱性。其中,经济增长水平不高是城市生产空间质量脆弱性的首要因素;交通设施水平不完善、燃气资源供给力度不够、城乡差距偏大、教育水平程度偏低、信息化水平低下是城市生活空间质量脆弱性的关键因素;污水处理强度、城市绿化水平和生活垃圾无害化处理强度是影响哈长城市群城市生态空间质量脆弱性的基础要素。     

基于GIS的下辽河平原地下水生态敏感性评价

从地下水系统结构特征、区域自然条件、外界压力、资源与保护和生态环境5个方面考虑,构建了下辽河平原地下水生态敏感性评价指标体系.运用GIS空间分析技术,从水量和水质两方面对下辽河平原地下水生态敏感性进行评价.结果表明:在水量敏感性方面,主要以轻度与中度敏感区为主,占研究区总面积的65.14％;在水质敏感性方面,主要以轻度和中度敏感区为主,占研究区总面积的86.56％.综合水量和水质两方面,下辽河平原地下水生态敏感性在中度敏感以上的区域面积占研究区面积的59.62％,生态敏感性较高,容易受到破坏.从空间分布来看,不敏感和轻度敏感区分布在新民一辽中平原、东部山前冲洪积平原;中度敏感区域主要分布在中部平原及西部低山地区;高度敏感和极敏感区分布在辽阳和抚顺城区、平原周围山区.     

南四湖湿地景观格局脆弱度的时空分异特征

选取南四湖湿地1985、2000年Landsat 5 TM及2015年Landsat 8 OLI遥感影像为数据源,利用敏感度指数和适应度指数构建景观脆弱度指数,结合半变异函数和空间自相关等空间统计学方法,探究南四湖湿地景观格局脆弱度的适宜研究尺度及该尺度下脆弱度的时空分异特征.结果表明:1 km"1 km等间距网格能消除随机因素对各景观指数值的影响,为适宜研究尺度.1985—2015年,南四湖湿地整体景观格局脆弱度呈恶化趋势,较高、高脆弱度范围随时间显著扩张.脆弱度空间异质性上升,受非结构性因素的影响增强,由空间自相关引起的空间变异略有减弱.脆弱度全局空间正相关性较强,呈空间集聚模式,且集聚现象日趋明显;局域自相关以空间局部聚集为主,高-高区的显著性水平最强,低-低区的显著性随时间增强.气温、降水等自然因素影响湖区景观格局脆弱度的空间分布,社会经济活动、政策体制等人为因素是脆弱度恶化的主要原因.     

焦作市北山资源枯竭型地区在经济转型过程中的生态脆弱性评价

随着对各类矿产资源的不断开采,各地区生态环境脆弱性问题越发显著。本研究通过构建焦作市北山生态脆弱性评价指标体系,再基于侧距和连续关联函数对物元可拓模型进行改进,评价了焦作市北山2000年、2008年和2017年的生态脆弱性状况。结果表明:2000—2017年,焦作市北山生态脆弱性呈现由中度、高度和极度脆弱向轻度和中度脆弱转变的趋势,且极度脆弱区明显减少,到2017年基本消失,轻度脆弱区显著增加;受资源枯竭和经济转型影响,目前研究区生态脆弱性整体处于轻、中度脆弱水平;轻度脆弱性面积占比最大,占研究区总面积的67%,其次是中度脆弱性,面积占比24.5%,微度、高度和极度脆弱性面积合计占比8.5%;空间上,研究区生态脆弱性有明显的垂直地带性特征,呈现由北向南逐渐加重趋势;时间上,2000—2017年研究区生态状况明显好转,且脆弱性变化逐渐趋于平稳。     

退化盐沼湿地盐碱化空间变异与芦苇群落的演替关系

以苏打盐渍土区典型退化湿地为研究区,运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了退化湿地盐碱化指标: 土壤电导率(EC)、盐分含量(SC)、pH和钠吸附比(SAR)的空间变异特征,绘制了4种指标的空间分布图.结果表明:受结构性因素和随机性因素的共同作用,EC、pH、SC具有强空间相关性, SAR空间相关性不明显.Kriging插值结果表明:EC、pH、SC空间分布在一定范围内均存在空间上的相似性.盐碱化指标与芦苇生长指标相关分析结果表明: EC与株高、覆盖度、生物量都呈显著性相关,因此在盐碱化指标中EC是影响芦苇生长最重要因素.当pH＞10.1、EC＞0.4 mS cm-1、SC＞4604 mg kg-1时,植被由芦苇群落过渡为碱茅+芦苇群落,且随着盐碱化指标升高,芦苇所占比例减小.该研究为苏打盐渍土区植被恢复和盐碱地利用提供依据.     

太原市农业土壤全氮和有机质的空间分布特征及其影响因素

利用GPS定位,2005年在山西省太原市主要农业用地采集土样1821个,分析了全氮和有机质的含量.应用传统统计学和地质统计学方法对数据进行了分析.结果表明,按照1980年全国第二次土壤普查养分分级标准,土壤全氮和有机质的平均含量均属中等水平.通过半方差函数分析,土壤全氮和有机质在一定范围内存在空间相关性;它们的空间相关距离分别为122.4 km和75.6 km;全氮的空间变异主要受结构性因素的影响,而土壤有机质的空间变异是由结构性因素和随机性因素共同作用引起的.太原市土壤全氮含量的空间分布呈现由西南向东北逐渐降低的趋势,而有机质的分布规律较为复杂,它们的空间分布主要受土壤类型、海拔高度、土地利用方式和人类生产活动等因素的影响.土壤全氮与有机质的空间分布存在很大的差异,这与娄烦县、古交市当地土壤受煤粉尘污染严重以及所处地形地貌密切相关.研究揭示了在自然和社会条件十分复杂的情况下太原市土壤全氮和有机质的空间变异规律及其影响因素,为实现土壤肥力评价和养分资源精准管理提供了科学依据.     

格氏栲天然林土壤养分空间异质性

采用地统计学与GIS技术相结合方法对格氏栲天然林土壤养分和pH值空间异质性进行了研究,结果表明:pH值为弱变异,土壤养分为中等变异,变异强度为有效磷＞速效钾＞水解性氮＞全氮＞全钾＞全磷＞pH值.半方差最优模型拟合分析表明,pH值、全钾、有效磷符合指数模型,全氮符合高斯模型,全磷、水解性氮符合球状模型,速效钾符合线状模型;全钾、速效钾、pH、全氮、全磷、水解性氮和有效磷的有效变程依次为1806、549、267、130、120、182 m和117m;从空间结构特征看,pH值、全氮、全磷、水解性氮、有效磷表现出强烈的空间自相关,其空间异质性主要受结构性因素影响;全钾具有中等强度的空间自相关,其空间异质性是随机性因素和结构性因素共同作用的结果;速效钾具有微弱的空间自相关,其空间异质性主要受随机性因素影响.土壤养分空间分布特征:全氮、全磷由南向北递增;全钾含量呈环状分布,向南北分别呈递增趋势;pH值由东北到西南递增,呈条带状分布;水解性氮从东北向西南递减;有效磷从东南到西北逐渐递增;速效钾分布较均匀,在西北和东南角各有一个高值区,从西南到东北表现为先增加后减少的规律.其结果为区域尺度上土壤养分的空间内插、制图和取样设计提供参考,也为土壤可持续利用、格氏栲天然林的恢复与重建提供科学依据.     

关帝山云杉天然更新与土壤有效氮素异质性的空间关联性

在山西关帝山华北次生林分布区选择云杉针叶林和云杉、杨、桦混交林为研究样地,应用地统计学理论和格局分析方法,分析了该地区云杉天然更新的空间格局及结构特征;运用地统计分析中的变异函数分析方法定量分析了样地土壤氮素的空间异质性特征.采用GIS叠加分析和统计分析方法,定量评价云杉更新苗分布格局和土壤有效氮素空间异质性之间的空间关联程度,以了解森林土壤氮营养生境的异质性对云杉幼苗更新的影响.结果表明：1）在云杉针叶林中,云杉更新苗分布呈空间斑块状格局,且表现出自相关空间变异特征;在云杉、杨、桦混交林中,云杉更新苗空间分布格局呈集聚分布特征,但表现为随机性的空间变异.2）云杉针叶林土壤氮素含量相对低,有效氮含量空间异质性特征明显,空间结构性变异所占比例较大;混交林土壤氮素含量相对高,有效氮呈随机性变异特征.3）在土壤氮素含量相对低的云杉针叶林中,云杉更新苗分布格局与土壤有效氮异质性之间存在较明显的空间关联性,在土壤NH₄⁺-N含量相对高的斑块中,云杉更新苗发生数量多.在土壤氮素含量相对高的混交林,云杉更新苗空间分布与土壤有效氮异质性之间的空间关联性不明显.     

Pollution risk assessment based on source apportionment in a groundwater resource area,NE China

Pollution risk assessment of a groundwater resource area is instrumental in contributing to groundwater protection. This study considered the evaluation results of source apportionment by combining a principal component analysis (PCA) with a factor analysis (FA) to identify potential risk sources. The vulnerability was evaluated using a DRASTIC model as the main pollution pathway, and groundwater quality as a pollution receptor, in order to validate the risk of pollution in a typical groundwater resource area of northeastern China. Results showed that four principal potential pollution sources were point source pollution such as water-rock interaction, dissolution of iron and manganese bearing minerals due to geological processes, non-point source pollution of nitrogen such as agriculture fertilizers, and organic pollution resulting from domestic and industrial wastewater. A “high” and “relatively high” pollution risk occurred mainly at the northwestern and southeastern edges of the region, respectively, with a widely distributed “moderate” pollution risk over the majority of the study area, and a “relatively low” and “low” pollution risk located mainly in the central of the Limin Groundwater Resources area, which showed that the potential pollution sources, especially due to human activity, have significantly changed the distribution of pollution risk in groundwater resource areas.     

A GIS-based LVF model for semiquantitative assessment of groundwater pollution risk: A case study in Shenyang,NE China

Groundwater pollution risk assessment is a useful tool to prevent and control groundwater pollution, but its quantitative research is still relatively immature. In this study, a geographic information system based LVF model for a semiquantitative assessment of groundwater pollution risk is established, based on the groundwater pollution source load (L), groundwater vulnerability (V), and groundwater function value (F). Further, the pollution source load is characterized by seven specific pollution sources, the vulnerability is calculated by the modified DRASTIC method, and the groundwater function value is evaluated with the water quality and quantity. The model was used to assess the risk of shallow groundwater pollution in Shenyang city, Northeast China, with an area of 8,263 km². The results show that highest risk areas account for 16.3% of the study area and are mainly distributed in the east of the study area. High risk areas are significantly affected by a shallow buried depth of groundwater and many types of harmful pollutants from industrial, agricultural, and domestic pollution sources. The evaluation results reflect the risk of groundwater pollution in the Shenyang area, which is relevant to the management and sustainable use of groundwater resources in the area.     

Statistical and multivariate statistical techniques to trace the sources and affecting factors of groundwater pollution in a rapidly growing city on the Chinese Loess Plateau

Abstract

Groundwater quality is defined by various water quality parameters. The aims of the research are to understand the relationships among different groundwater quality parameters and to trace the sources and affecting factors of groundwater pollution via statistical and multivariate statistical techniques. The 36 shallow groundwater samples collected from shallow pumping wells in Yan’an City were analyzed for various water quality parameters. Correlation analysis, principal component analysis (PCA), hierarchical cluster analysis (HCA), and multivariable linear regressions (MLR) were jointly used in this study to explore the sources and affecting factors of groundwater pollution. The study reveals that the mineral dissolution/precipitation and anthropogenic input are the main sources of the physicochemical indices and trace elements in the groundwater. Groundwater chemistry is predominantly regulated by natural processes such as dissolution of carbonates, silicates, and evaporates and soil leaching, followed by human activities as the second factor. Climatic factors and land use types are also important in affecting groundwater chemistry. Cl^– is the greatest contributor to the overall groundwater quality revealed by the two regression models. The first model which has eight dependent variables is high in model reliability and stability, and is recommended for the overall groundwater quality prediction. The study is helpful for understanding groundwater quality variation in urban areas.     

基于主成分回归的河南省地下水硝酸盐脆弱性评价

根据水文与地貌特征将河南省分为山区和平原区,选取富水程度、降水入渗、单位面积施肥量、蔬菜种植面积比例和土壤质地作为共性指标,坡度和地下水埋深作为个性指标,利用主成分回归分析确定指标权重,在ArcGIS 9.2的支持下对河南省地下水硝酸盐脆弱性进行评价. 结果表明,河南省地下水硝酸盐脆弱性程度以中低水平为主,中等脆弱性以下地区占总面积的68.4%,高脆弱性地区占19.8%,极高脆弱性地区占11.8%.影响河南省平原地区地下水脆弱性的主要因素依次为土壤质地、施肥水平和降水入渗,而影响山区地下水脆弱性的主要因素依次为施肥水平、土壤质地和坡度.研究结果为合理施肥和农业环境管理提供了理论依据.     

基于GWR模型的于田绿洲土壤表层盐分空间分异及其影响因子

以于田绿洲为研究靶区,利用24个采样点的土壤表层盐分数据,选取9个与土壤表层盐分密切相关的影响因子,结合空间自相关、传统回归分析和地理加权回归模型,分析表土盐分的空间分布特征及其影响因子的空间分异.结果表明:于田绿洲表土盐分在空间上并非随机分布,而是存在较强的空间依赖关系,空间自相关指数为0.479.地下水矿化度、地下水埋深、高程和温度是影响干旱区平原绿洲表土积盐的主要因子,这些因子具有空间异质性,选取的9个环境变量中除土壤pH值外,其他变量对表土盐分的影响强度均存在显著的空间分异.GWR模型对存在空间非平稳性数据的解释能力和估计精度都优于OLS模型,而且在模型估计参数的可视化上具有明显优势.     

基于局域统计量的黑龙江省多尺度森林碳储量空间分布变化

基于黑龙江省一类样地和生态公益林监测样地(共4163块)数据,应用局域Moran I及局域统计量(局域均值及局域标准差)检验4个尺度(25、50、100和150 km)下黑龙江省森林碳储量的空间分布模式、空间变异和空间相关性,并研究了2005和2010年森林碳储量的变化.结果表明: 黑龙江省森林碳储量空间分布存在显著空间正相关,森林碳储量均为相似的变化,而且都不是空间随机发生的;研究区森林碳储量受周围环境因子影响,空间分布存在异质性,且变异较大.2005—2010年,年均森林碳储量空间分布变化存在较大差异,呈增长趋势.局域统计量是描述森林碳储量随着空间和时间变化的有效方法,可以通过ArcGIS使结果可视化.     

污染场地地下水渗流场模拟与评价——以柘城县为例

地下水数值模拟技术可以定性、定量描述地下水系统中大量的不确定性和模糊因素。由于不合理的开发利用水资源,拓城县土壤和地表水受到污染严重。以拓城县作为研究区,通过探讨研究区的水文地质概念模型、地下水流运动的数学模型,求解该模型,确定研究方法。同时,结合地下水各类监测因子,对研究区的污染场场地地下水进行模拟评价,包括了参数率定和模型预测两部分,从而确定最合理的地下水开采方案。     

Spatial Distribution,Potential Sources,and Risk Assessment of Trace Metals of Groundwater in the North China Plain

Diversion of water for irrigation from the Yellow River has impacted groundwater quality in the North China Plain (NCP). In this study, by using geochemical and isotope methods, groundwater origin, the spatial distribution of trace metals, pollution sources, and health risks were evaluated. Groundwater is recharged from surface water. The primary pollution components in surface water were B, Al, Se, Zn, Mn, and Ni—with concentrations exceeding standards by 100%, 84.4%, 64.4%, 31.1%, 20%, and 2.2%, respectively. In groundwater, exceeding standard rates for those elements were 100%, 100%, 61%, 25.7%, 39%, and 4.9%, respectively. The spatial distribution of polluted metals in surface water and groundwater was correlated, indicating an irrigation-influenced spatial distribution of trace metals in the groundwater. The trace metals were introduced via anthropogenic and geogenic activities. Zinc poses the most serious non-carcinogenic hazard for local residents. The ingestion pathway is much more likely to lead to zinc toxicity than the dermal absorption pathway. The carcinogenic Cd and Pb could result in an increased cancer risk for individuals exposed to the water. Non-carcinogenic hazard and carcinogenic risk attributable to groundwater is serious in the regions traversed by the rivers in the study area.