基于MODIS序列的北京市土地利用变化对净初级生产力的影响

了解土地利用变化对区域净初级生产力(NPP)的影响,对于综合理解区域植被的固碳能力及其与土地利用变化的关系,以及维持区域生态安全均具有重要意义。以北京市为例,基于2000—2012年MODIS NPP遥感影像和土地利用类型数据,利用同期Landsat TM影像(分辨率30 m)对MODIS NPP数据进行降尺度计算的基础上,分析北京市区域NPP的时空分布特征,探讨土地利用变化对植被固碳能力的影响。结果表明:研究期内Landsat NDVI与NPP数据的线性关系显著(R~2为0.22—0.68,P0.01),基于该线性关系可实现对MODIS NPP的降尺度重计算。土地利用面积分配和景观格局的变化均显著影响NPP。13年间,北京市林地和草地面积增加而耕地面积迅速减少,NPP总量由123万t C增长至190万t C,其中66%的NPP由林地贡献,其次为耕地(26%),草地最低(8%)。2000—2006年,面积变化促进了NPP的增加,贡献率为34%;而2006—2012年,面积变化则抑制区域NPP的增加,贡献率降低至27%。同时,研究区域内斑块聚集度的降低,斑块密度及丰富度的增加均有利于其NPP的增加。提高研究区植被固碳能力,需要在维持区域当前植被数量和质量的基础上,增加区域景观的异质性和多样性。     

河流城市土地利用景观格局变化及其生态风险分析——以江西省德兴市为例

利用德兴市2000年、2005年、2010年和2014年4期的TM遥感解译数据,在GIS和景观格局分析软件支持下,对该区域2000年—2014年的土地利用景观格局变化及其生态风险进行了分析。结果表明:2000—2014年间,林地是区域主导的景观类型,占总面积达80%以上,且德兴市土地利用景观格局发生了较大的变化,其中建设用地景观面积大幅增加(增加了1725.9 hm~2),而耕地、林地、水域和其他用地景观面积减少。2000—2014年德兴市土地利用景观的斑块数、多样性指数和均匀度指数处于降低趋势,斑块结合度指数处于增加趋势;斑块数、斑块密度、边界密度表现为先减后增再减的过程,分离度、分维数、蔓延度指数变化表现为先增后减再增的过程。德兴市的土地生态风险处于低生态风险,但风险指数呈上升趋势。     

土地利用转变与海拔高度协同作用黄土高原植被固碳变化特征

全球固碳释碳问题一直是近年来关乎民生的热点话题,区域碳源/碳汇对生态环境的重要性不言而喻。基于CASA模型估算黄土高原1990—2015年植被净初级生产力的年际变化,并分析土地利用变化、海拔高度及两者协同作用对其综合影响,结果表明：(1)黄土高原1990—2015年植被NPP与植被固碳总体呈增加趋势,年均NPP增速2.74 gC m^-2 a^-1,年均固碳增速1.13 TgC/a,研究区林地年均NPP(619.5 gC m^-2 a^-1)远超其他用地类型,固碳效果理想;(2)黄土高原年均NPP随高程的增加先降低后升高,年总NPP和固碳量随高程增加变化趋势相反;(3)研究区土地利用转变类型中退耕还林的植被固碳效果最好;而林地变为耕地或草地均不能达到固碳目的,此外,更推荐在研究区海拔低于1500 m变草为耕,海拔高于1500 m退耕还草,海拔高于3000 m变耕、草为林。以期为区域尺度的生态环境建设提供一定的参考和科学依据。     

基于GIS和CASA的滇南山区植被NPP时空分异及其影响因素——以云南省元阳县为例

为了探明云南省元阳县植被净初级生产力(NPP)的变化特征及其驱动机制,本研究基于光能利用率模型(CASA)和MODIS传感器获得的NDVI数据,模拟了元阳县2005—2015年植被NPP的时空分布,并分析了NPP与气候、土地覆盖等影响因子的相关性。结果表明:2005—2015年元阳县NPP空间分布差异明显,基本特点是南高北低、西高东低,沿东北向西南逐渐递增,年均值约380.57 g C·m-2·a-1,不同土地覆盖类型的植被NPP也分异明显;元阳县NPP月际及年际变化特征显著,年内太阳辐射的分布不均较之于降水的分布不均对NPP的影响更大,年际间NPP总体呈现小幅波动增长趋势,波动幅度为0~37 g C·m-2·a-1,年净初级生产量整体小幅增加,年增速为29600 kg C·a~(-1),随着退耕还林和退耕还草工程的实施,导致NPP在200~300 g C·m-2·a-1的耕地区域面积呈减小趋势,在300~400 g C·m-2·a-1的林地、草地区域面积呈增加趋势;元阳县不同区域的NPP变化趋势可分为显著增加(P0.01)、轻度增加(P0.05)、无明显变化(P≥0.05),其中29.5%的区域显著增加,16.3%的区域轻度增加,不同植被分区的NPP增加趋势不尽相同,各植被区NPP显著增加的面积比例依次为58.1%(林地)、19.2%(草地)、17.4%(耕地)、11.4%(建筑用地)、8%(园地);通过NPP与气候、土地覆盖等影响因子的相关性分析,发现县域NPP的变化受自然和人为因素共同影响。各气候因子中,温度和太阳辐射与NPP的相关性高于降水,NPP的大范围显著增长是热量及能量耦合作用的结果;受元阳县林区植被特性及退耕还林还草等人为活动的综合影响,林地植被NPP季节波动性幅度最高,是元阳县NPP变化显著的主要土地覆盖类型。本研究可为该区域合理的土地利用、资源管理及生态环境建设提供参考。     

黄河中游连伯滩湿地景观格局变化

以黄河中游连伯滩湿地1990、1995、2000、2005年4个时相的卫星遥感影像为基础,通过斑块密度、斑块边缘长度、景观多样性指数、优势度、景观破碎化指数、平均斑块分维数等景观空间格局指数,系统地分析了连伯滩湿地1990年以来湿地景观空间格局变化情况。研究结果发现:(1)1990-2005年,草地、耕地、林地斑块面积在增加,而水域和滩地斑块的面积在不断减小;(2) 湿地景观多样性指数从1990年的0.9947增加到2005年的1.1247,表明随着人类干扰活动的增加,景观结构异质性增大;(3) 斑块数量的增加、斑块密度的增加以及斑块边缘长度的增加等都说明该区域破碎化程度增加。造成湿地退化的自然因素主要是长期干旱导致黄河及汾河径流补给大大减少,而人口的压力则是湿地退化最根本的原因。     

山西省植被NPP时空变化特征及其驱动力分析

为科学有效地管理和调控植被资源,解决水土流失、植被减少等生态问题,该研究依据山西省2005—2015年MOD17A3H数据,利用ARCGIS、ENVI等软件,运用统计学分析方法,揭示了山西省植被NPP时空分布变化规律及对气候、人为等影响因素的响应特征。结果表明:山西省植被NPP平均值为326.5 g(C)·m~(-2)·a~(-1),其中草地、耕地、灌丛和林地的NPP多年平均值依次为300.3、353.6、366.5和390.1 g(C)·m~(-2)·a~(-1);植被NPP总体波动增大、变化为显著、极显著、显著增大区域面积比例达56.33%,集中在山西省西部;植被NPP极显著、显著减小区域面积集中在山西省东南角,占比为2.22%;草地NPP变化速率最大,耕地大于灌丛,林地最小;植被NPP平均值和降水平均值之间表现为呈显著正相关。基于栅格单元值计算,全省17.01%的区域植被NPP与降水之间表现为显著或极显著正相关,集中在山西省北部;全省3.66%的区域植被NPP与气温之间表现为显著或极显著负相关,集中在山西省中部。这表明2005—2015年,山西省植被NPP总体呈好转趋势;不同植被对人类活动及环境变化的响应有所差异,草地、耕地生态结构稳定性较弱,NPP变化明显,灌丛和林地稳定性较强,NPP数值稳定;植被NPP与降水之间呈显著正相关,与气温之间呈负相关,气候因子整体上促进植被NPP增大,人为因素整体上抑制植被NPP增大。     

银川盆地土地利用变化对景观格局脆弱性的影响

景观格局脆弱性能反映生态系统的不稳定性和对外界干扰的敏感性,有助于了解生态环境的状态和变化趋势.以银川盆地为研究对象,结合景观敏感性和景观适应性2个维度获取2001和2013年研究区景观格局脆弱度的分布情况,并探讨土地利用程度综合指数、综合土地利用动态度、土地利用变化重要性指数和多种土地转移类型对景观格局脆弱度的影响.结果表明： 土地利用程度综合指数的增加主要由耕地、林地、建设用地引起,耕地、林地的比例越高脆弱度越低,建设用地作用相反;随着综合土地利用类型动态度的增加,建设用地显著提高景观格局脆弱度,其次是草地,林地显著降低景观格局脆弱度,其次是耕地;随着土地利用变化重要性指数的增加,耕地显著降低景观格局脆弱度,其次是林地,草地有较弱趋势,规律不明显,建设用地显著提高景观格局脆弱度;耕地、林地、草地为主要转移类型时,建设用地的增加会提高景观格局脆弱度,建设用地为主要转移类型时,林地和草地会提高景观格局脆弱度,耕地作用相反.土地利用类型数量的变化在一定程度上可以影响土地空间结构变化,为合理开发利用土地资源提供参考依据.三元图能有效地反映多种土地利用变化类型对景观格局脆弱度的影响,丰富了土地利用变化研究的内容.     

克里雅河中游土地利用/覆被与景观格局变化研究

干旱内陆河流在维系绿洲形成与发展,连接干旱区绿洲各类生态子系统中具有举足轻重的作用。以克里雅河中游为研究区,基于遥感影像分析了1995年、2005年和2015年3个时期的土地利用/覆被与景观格局变化特征,采用缓冲区分析法,揭示了土地利用/覆被与景观格局的时空变化特征,用土地覆被转移指数模型计算了土地利用转移方向。研究结果表明:1)1995—2015年,克里雅河中游耕地持续增加,草地和水体呈减少趋势,耕地增加和水体减少主要发生在河道附近,草地退化在绿洲边缘较严重。在河道附近,耕地主要由水体和草地转入,水体主要转出到耕地,而在绿洲边缘草地主要转出为其他用地;2)从景观水平看,研究区整体景观具有破碎化趋势,景观多样性降低,分离度变大,整个景观向均匀化发展,此变化在河道附近和绿洲边缘较明显。从类型水平看,耕地斑块数量持续增加,有向连片生成的趋势。草地斑块分离度越来越大,逐渐失去了在绿洲中的优势。水体有破碎化趋势;3)从土地转移指数看,研究区土地覆被总体变差;河道附近土地覆被经历了退化-改善的变化过程,而其他缓冲带则是持续退化,尤其绿洲边缘退化程度最为严重。     

退耕还林对宁南黄土丘陵区景观格局的影响——以中庄村典型小流域为例

"退耕还林"工程是关系到西部乃至中国生态恢复的重要工程。以黄土丘陵区"退耕还林"工程实施最早的典型小流域——中庄村小流域为研究区,应用景观生态学的原理与方法,选择斑块多样性、景观异质性和土地利用相对合理性等指数,对其退耕还林前(1993-2000年)后(2000-2005年)的变化情况进行分析,目的在于揭示"退耕还林"政策的实施对景观格局向良性演化的巨大推动作用。结果显示,退耕前(1993-2000年)研究区景观格局演变幅度很小,相应的,斑块多样性、景观异质性和土地利用相对合理性指数等景观指数的变化均较小。退耕后(2000-2005年),研究区发生了剧烈的景观格局演化,主要的景观变化过程是耕地转化为林地。此阶段研究区25°以上坡耕地基本退耕完毕,15-25°坡度范围是退耕还林的主要区域,其次为8-15°。相应的,2000-2005年小流域景观斑块总数减小,平均斑块面积增加,景观形状趋于复杂,斑块边界复杂性有所增加,景观斑块呈现团聚化的趋势。其中,耕地斑块总面积显著减小,斑块数下降,平均斑块面积略有增大;林地斑块总面积显著增加,斑块数保持稳定,景观优势度显著增加。土地利用相对合理性指数因此从1993年和2000年的0.668、0.664,显著上升至2005年的0.712。采用3期土地利用现状图对"退耕还林"实施前后两个阶段的景观格局演变过程进行分析,结果表明"退耕还林"是研究区景观格局良性演化的主要驱动力。     

近16年青海高原植被NPP时空格局变化及气候与人为因素的影响

采用2000—2015年MOD13Q1—16天合成的250 m分辨率NDVI时序数据,基于CASA改进模型估算了青海高原植被NPP,分析了近16年来植被NPP时空变化的特征与规律及其对气候因素变化的响应,并探讨不同区域生态保护工程建设的成效。研究结果表明:①青海高原植被NPP多年平均值242.50 gC m~(-2) a~(-1),空间上呈东高西低,南高北低,由西北向东南逐渐递增分布趋势;②2000—2015年,研究区年NPP分布在53.24—96.56 TgC,呈平稳增加,年增长率1.32 TgC/a;③气候的暖湿化是植被NPP增加的主要因素,降水、气温的耦合作用是青海高原植被NPP年际波动的重要因素,不同区域植被NPP受控因子存在差异;④不同生态保护工程的实施,对区域NPP时空格局及变化趋势存在不同程度的影响。其中,三江源地区年NPP上升趋势最为明显,环青海湖地区、东部地区次之,柴达木地区是最缓慢的地区。     

分水后黑河干流中游地区景观动态变化及驱动力

综合利用GIS、RS技术和景观生态学方法,分析了黑河干流中游地区1985～2005年,尤其是黑河干流水量统一调度实施后(即2000年以后)的景观动态变化及驱动机制.结果表明:(1)研究区景观发生了较大变化,1985～2000年,耕地、林地、城乡工矿居民用地逐渐增加,而草地、水域、未利用土地不断减少;2000～2005年耕地、城乡工矿居民用地逐渐增加,而草地、林地、水域、未利用土地不断减少.(2)在类型水平上,分水后,耕地和城乡工矿居民用地呈连片趋势发展,破碎度降低,形状更为规则,空间连接性增强;林地、草地、水域和未利用土地破碎度增加,分布更为分散,连通性和优势度降低.(3)在景观水平上,分水后,研究区景观多样性水平提高,异质性在增加,破碎化程度越来越大,景观中斑块空间连接性下降,优势度在减少,斑块类型在景观中趋于均匀分布,土地利用向着多样化和均匀化方向发展.(4)研究区景观变化的驱动力主要包括人口增长、经济社会发展,2000年以后,可利用水量的约束直接影响着研究区的景观变化.     

粤港澳大湾区生态系统格局变化与模拟

快速城市化是导致粤港澳大湾区生态系统时空格局变化的主要驱动力之一,模拟生态系统变化趋势对于优化区域土地利用格局、防控城市化的生态风险具有重要意义。以2000、2005、2010、2015、2018年5期土地利用数据,分析该区域生态系统格局演变,并运用CA-Markov模型模拟2025年的生态系统格局。研究结果表明:(1)2018年大湾区的森林、农田和城镇为主要生态系统类型,分别占区域总面积的53.99%、22.67%和14.51%。(2)2000—2018年农田、森林、湿地面积分别下降了1983、740、278 km²,城镇和草地面积分别上升了2896、103 km²,城镇面积增长的主要途径是对周围农田、林地和湿地的侵占,草地面积增长是因为管理经营不善导致部分林地退化为草地。(3)大湾区的景观多样性和均匀度下降,景观正在向小斑块趋势发展,空间连通性下降,破碎度增加。(4)模拟2025年的生态系统格局发现,与2018年相比,城镇面积增长了609 km²,农田和森林分别减少了309 km²和316 km...     

基于MODIS数据的中国三种主要土地类型变化的空间特征分析

人类活动使得土地利用和植被覆盖发生了巨大变化,直接影响着全球气候。本研究通过从2000—2013年对中国三种主要土地利用类型的NDVI变化特征进行了分析,结果表明:(1)14年来,中国三种主要土地利用类型NDVI平均值均有增强的趋势。(2)三种主要土地利用类型中除耕地中的水田,林地中的有林地和草地中的高覆盖草地增长速率不显著外,其他土地类型增长速率均显著。(3)三种土地利用类型均以改善面积大于退化面积,耕地中改善面积占总耕地的64.21%,退化的区域占18.50%;林地改善的区域占总林地的54.21%,退化的区域占20.13%;草地改善的区域占55.53%,退化的区域占18.23%。三种土地类型均有所改善且改善明显的区域主要集中在甘肃以南,陕西以北和东北部分地区。     

南方丘陵山地带植被净第一性生产力时空动态特征

基于MODIS数据并结合气象资料和植被参数,利用修正过最大光能利用率的CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,对国家生态安全屏障区的"两屏三带"之一南方丘陵山地带2000—2010年的植被净第一性生产力(NPP)进行模拟,并对其时空分布格局进行了分析。研究结果表明:(1)研究区2000—2010年期间年NPP的变化范围为406.0—485.6 g C m-2a-1,年平均NPP为445.7 g C m-2a-1,高于全国平均水平;NPP年际上升趋势不显著(P=0.39),平均增加值为2.28 g C m-2a-1;(2)NPP空间分布特征与植被类型具有较好的一致性,单位面积NPP以混交林覆盖区最高(501.0 g C m-2a-1),草地覆盖区NPP最低(390.7 g C m-2a-1);(3)植被NPP的时空变化与气温、降雨和太阳辐射等自然因素的变化有直接关系,而社会、经济、政策等人为因素通过改变土地利用方式来间接影响。     

2000年来吕梁连片贫困区植被净初级生产力时空变化特征

多年来吕梁连片贫困区实施的生态恢复措施对其生态环境产生了较大影响,为掌握该区域在生态恢复措施实施(2000年)以来植被净初级生产力的变化状况,利用2000—2018年时序的遥感数据和基于光能利用率的CASA模型对其进行了模拟,并分析了导致其变化的主要控制因素,结果显示:(1)2000年以来吕梁连片贫困区NPP整体上升,其中93.46%的区域NPP呈增长状态,6.54%的区域呈减少状态,2010—2015年区域NPP出现下降。(2)受人类活动影响,过去18年来区域土地利用类型变化较为显著,耕地面积缩减,草地面积基本保持稳定,林地与城镇面积增加且城镇面积扩张迅速,不同土地利用下的NPP特征差异显著,耕地NPP年均值增长最为迅速,为5.9 gC m^-2 a^-1,林地最为平稳,为1.32 gC m^-2 a^-1。(3)研究区降水量波动对区域NPP的变化影响显著,未来气候变化中降水量的变化可能对区域NPP产生直接影响。研究结果将为区域生态恢复、精准扶贫及黄河中游地区的经济发展提供重要的理论支撑。     

秦岭地区林地与草地景观格局变化及其驱动因素

以1980—2015年土地利用数据集为数据源,利用GIS空间分析、景观格局指数和主成分分析法,研究了秦岭地区林地与草地景观格局时空变化特征,并探讨其演化的驱动因素。结果表明:(1)林地和草地是秦岭地区主要景观类型,约占研究区总面积的72%,其中有林地为优势景观类型,其次为高覆盖度草地和中覆盖度草地,其他林地和低覆盖度草地分布面积相对较少。(2)35年来,林地和草地总面积整体呈减少趋势,净减少了309.44km²,其中草地减少占主导地位;空间变化上,损失严重的区域主要分布于以西安市为中心的周边区域,主要向建设用地和耕地转移。(3)林地和草地景观破碎化程度逐渐增加,连通性降低,景观异质性增强且景观形状更为复杂,草地较林地变化明显;空间分布上,林地和草地景观格局指数空间分布特征明显,在地形因子作用下呈现一定的地形梯度性,尤其与海拔的相关性最好。(4)人为活动干扰是影响秦岭地区林地和草地景观格局变化的主要驱动因素,气候因素次之,同时国家宏观政策起着重要的导向作用。减缓人为活动对秦岭地区的过度影响,维护林地和草地的平衡性及完整性,是实现该区生态系统科学管理和资源的可持续利用...     

基于移动窗口法的肃州绿洲化与景观破碎化时空变化

以甘肃省酒泉市肃州绿洲为例,以1990、1999和2010年3期Landsat TM/ETM同月相数据为数据源,基于Arc GIS与Fragstats软件,采用移动窗口法、转移矩阵和景观指数等开展绿洲化与景观破碎化的时空变化研究。结果表明:(1)肃州绿洲化过程主要表现为绿洲面积变化和内部土地利用类型之间的转化。绿洲面积变化以耕地、草地和城市建设用地等的增加为主;绿洲土地利用类型转换主要表现为耕地内部变化、草地与未利用地,城市建设用地与未利用地之间的转换等。(2)景观破碎化程度整体上呈减缓趋势,其剧变区多集中于绿洲边缘的银达镇、三墩镇、黄泥堡乡和下河清乡等,景观破碎化在空间上表现为由绿洲内部向边缘区转移。(3)以草地为主的绿洲荒漠过渡带是绿洲扩张和景观破碎化的多发区,更是维持绿洲稳定和可持续发展的关键子区。研究可为绿洲景观管理和可持续发展提供科学依据。     

基于多源数据的三江源区生态工程建设前后草地动态变化及驱动因素研究

基于2000-2015年的NDVI、NPP和GPP多源数据,并结合人类干扰强度等级的构建,采用线性回归分析和地理加权回归分析方法,对比分析了在不同干扰等级下三江源区生态工程实施前5年和后10年草地的动态变化及其驱动因素。结果表明：（1）人类干扰强度和NDVI、NPP、GPP在空间上具有显著的区域差异,均表现为从西北向东南增加的趋势,且2006-2010年和2011-2015年草地NDVI、NPP和GPP值明显高于2000-2004年;（2）与2000-2004年相比,2006-2010年草地NDVI、NPP和GPP值的草地退化面积均减少,而2011-2015年退化面积又均增加,表明生态工程建设后的5年较前5年草地退化状况得到改善,然而在下一个5年草地又出现退化趋势;（3）在各人类干扰等级下生态工程实施后的5年内70%以上的草地处于改善状态,均出现退化面积比例显著减少,改善面积比例显著增加的趋势,而在2011-2015后5年草地退化面积比例增加,表明生态工程的实施促进了草地生态系统的改善,尤其在重度人类干扰区,草地由2000-2004年的52.71%退化区域到2006-2010年84.95%的改善区域。（4）影响草地动态变化的主要因素为距离道路的距离、距离居民点的距离、人口密度、干旱、温度和坡度等,各影响因素分布具有明显的空间异质性。研究结果将有助于为三江源区草地生态系统恢复、管理和战略制定提供科学指导和决策依据。