京津风沙源区不同分区植被覆盖度变化及归因分析

以2000—2018年MODIS NDVI影像为数据源,基于像元二分模型估算京津风沙源区植被覆盖度(FVC),分析京津风沙源区FVC的时空变化特征,并结合自然因素和人类活动,运用地理探测器模型探究自然、人类活动对区域尺度FVC空间分布的影响。结果表明:2000—2018年,京津风沙源区FVC呈增加趋势,增长速率为0.013·(10 a)^-1,植被增加率为8.2%,FVC较高的区域在燕山丘陵山地水源保护区,其次是农牧交错带沙化土地治理区和浑善达克沙地治理区,FVC较低的区域为北部干旱草原沙地治理区。不同分区各驱动因子对FVC空间分布的解释力不同。自然因素中,年降水量是控制北部干旱草原治理区、浑善达克沙地治理区和燕山丘陵山地水源保护区FVC空间分布的主要驱动因子,坡度是控制农牧交错带沙化土地治理区的主要驱动因子;人类活动中,年末大牲畜头数是控制北部干旱草原治理区和农牧交错带沙化土地治理区FVC空间分布的主要驱动因子,人口密度是控制浑善达克沙地治理区和燕山丘陵山地水源保护区FVC空间分布的主要驱动因子;其他因子对FVC空间分布的影响则存在区域差异。交互探测器结果显示,双因子交互作用以双协同作用和非线性协同作用为主。人类活动与年降水量、坡度等自然因素的共同作用能够更充分地解释FVC空间分布。风险探测器识别的适宜植被生长的范围为年降水量316.4～486.0 mm、平均相对湿度48.4%～57.6%、年均温2.5～7.9 ℃的区域,其他驱动因子则在不同分区之间存在差异。     

三北防护林体系建设工程区森林水源涵养格局变化研究

三北防护林体系水源涵养功能是三北地区生态环境状况的重要指示器,然而,三北防护林体系水源涵养研究仍较缺乏。动态评估三北防护林体系建设工程区(三北工程区)森林水源涵养功能及其影响因素,对科学认识、保护和调控三北防护林体系森林水源涵养,制定三北工程植被建设与保护决策具有重要意义。以三北工程区森林为研究对象,通过收集和分析相关数据,在植被分区的基础上,分析三北工程区森林水源涵养时空格局与变化特征,对比研究各区不同森林类型水源涵养功能差异,揭示各区森林水源涵养功能与地形及森林状况与质量的定量关系。结果表明:(1)三北工程区森林水源涵养功能持续增强,单位面积水源涵养量从1990年的73.92mm增加到2015年的75.14mm,空间格局呈东高西低、南高北低态势。(2)森林水源涵养功能在植被分区和森林类型间差异显著,森林植被区是三北工程区森林水源涵养的主体;针阔混交林是三北工程区水源涵养功能最强的森林类型。(3)三北工程区森林水源涵养受其地形、状况与质量的影响显著,除个别植被区外,各区森林水源涵养量随坡度、覆盖度和NPP增加而增大,随生物量增加而降低,这是区域植被适应及滥砍滥伐、毁林开垦、植被建设与保护等人为干扰共同作用的结果。因此,可通过调整与优化林分结构,调控区域森林水源涵养功能。     

变化环境影响下张承地区水源涵养和土壤保持服务及其权衡与协同关系研究

张家口-承德地区是京津冀环境优化的战略要地,开展水源涵养和土壤保持服务的定量评估对维护生态系统的安全运行意义重大。综合运用InVEST模型、空间偏相关统计制图及情景模拟等手段,分析了张承地区近20年水源涵养和土壤保持服务的时空变化特征及其复杂空间关系,定量评估二者对气候和土地利用变化的响应。结果表明:2000-2019年张承地区水源涵养量、土壤保持强度分别以0.97mm/a的速率增加和-0.50t hm^-2 a^-1的速率减少,空间上二者均呈西低(坝上高原)东高(冀北及燕山山地)的分布格局。冀北及燕山山地落叶阔叶林生态区水源涵养和土壤保持能力强,二者空间关系以协同为主;坝上高原草原与农业生态区则权衡关系更占优势。水源涵养和土壤保持服务关系复杂,空间上与区域土地利用类型、植被覆盖度和坡度关系密切。情景模拟结果表明,降水(r=0.90,P<0.01)对水源涵养服务的影响远大于潜在蒸散(r=-0.37,P>0.1),且降水变幅越大对水源涵养量的作用越强;而降水变化与土壤保持服务呈线性正相关关系,降水每增加(减少)10%引起土壤保持强度增加(减少)74.7t/hm²。预计2030年张承地区水源涵养能力将明显提升,土壤保持能力变化不大,届时人为干扰(如生态保护、规划控制)将对提升水源涵养服务产生重要影响。为改善张承地区水源涵养和土壤保持服务,需同时考虑多种因素的综合影响,以制定更合理的政策措施。建议继续加大国家重点生态工程建设,尽可能限制建设用地扩张,提高植被覆盖度,尤其加强保护关键坡度带是今后生态管理工作应关注的重点。     

兰州地区植被的历史演替

文章揭示了兰州地区植被的历史演替过程。结果表明：该地区从早更新世以来,有5种植被型：（1）草原,主要分布于黄土丘陵沟壑区和河谷地带;（2）森林和森林草原,主要分布于较高的山地;（3）其它还有疏林草原和荒漠植被。     

秦岭水源涵养功能时空变化及其影响因素

秦岭是中国重要的南北分界线,也是中国重要的水源涵养功能区,探究秦岭地区水源涵养功能的时空变化,对于实现该区自然资源的合理利用与可持续发展具有重要现实意义。本文利用In VEST模型产水模块,分析了秦岭地区2000—2015年产水功能和水源涵养功能的时空变化,并采用逐步回归分析法对水源涵养功能的影响因素进行定量化分析。结果表明:秦岭多年平均产水量和水源涵养量分别为156.96×108和61.51×108m3,各市域的水源涵养能力依次为商洛安康汉中西安宝鸡渭南; 2000—2015年水源涵养功能时空变化显著,空间上呈现南高北低的分布特征,水源涵养量以每年0.26 mm逐年增加,产水量和水源涵养量与年降水量的空间分布基本一致,与实际蒸散发分布相反; 2000—2015年的土地利用变化以未变化类型为主,土地利用变化导致水源涵养能力变化-65.2～14.4 mm,其中林地和草地的水源涵养能力分别呈不同程度的增加和下降;子流域尺度上与水源涵养功能相关性强的主要因子为干燥指数、降水和土壤饱和导水率,对产水功能影响较大的因子有干燥指数、降水和实际蒸散发。     

基于InVEST模型的黄土高原丘陵区水源涵养功能空间特征分析

水源涵养功能是黄土高原丘陵区生态服务的主导功能,对保障该区域生态与社会经济的可持续发展具有重要作用。以定西市安定区为例,基于InVEST模型评估了2017年的水源涵养功能及其空间分布特征,并利用空间统计方法计算了水源涵养功能的冷热点和重要性分布格局。结果表明,该区2017年在栅格单元的水源涵养量介于0-364.541 mm之间,流域单位面积平均年水源涵养量36.37 m³/hm²,水源涵养总量为11900×10⁴ m³。其中,西河流域单位面积平均年水源涵养量最高,达54.64 m³/hm²,整个区域的水源涵养功能在空间分布上呈由西南向东北逐渐减少的特征。水源涵养功能的热点区域主要集中在南部地区,热点分布呈由西南至东北逐渐降低的分布格局;冷点区面积要高于热点区面积,非显著点面积占总面积的50%以上。水源涵养功能的高度重要区和极重要区面积占总面积的34.39%,主要分布在关川河流域;一般重要区和较重要区面积占总面积的40.59%,主要分布在海拔较低的称钩河和西河流域。通过对定西市安定区水源涵养功能及冷热点和重要性的空间分布特征分析,明确了生态保护与建设的重点区域,为黄土高原丘陵区的生态与社会经济发展提供决策依据。     

气候变化背景下京津风沙源区人类活动对植被影响的量化分析

在气候变化背景下,将人类活动对植被的影响进行量化研究,对于区域生态管理具有重要的现实意义。本研究基于GIMMS NDVI3g数据、气象数据(气温、降水)和标准化降水蒸散指数(SPEI),运用相关分析和趋势分析,研究京津风沙源区1982—2014年不同时期的植被时空变化及其驱动因子,再利用回归分析和残差分析定量研究了不同时期不同亚区人类活动对植被变化的影响。结果表明: 1982—2014年,京津风沙源区77.1%的植被退化状况得到明显改善,64.1%的地区植被生长呈上升趋势,年均NDVI呈现东南向西北递减的趋势。不同时期植被动态研究显示,74.5%的地区在京津风沙源治理工程实施后植被增加,最明显的是晋北山地丘陵亚区。在气候因子中,降水与植被变化的相关性最强;生态工程等人类活动在京津风沙源区的大部分地区起到了积极的作用,尤其是晋北山地丘陵亚区达到了94.9%。     

黄河流域水源涵养服务功能动态演变及驱动因素

黄河流域是中国重要的生态屏障,研究其水源涵养服务功能对推动黄河流域生态保护与高质量发展具有重大意义。采用InVEST模型量化黄河流域1980-2020年水源涵养服务功能,使用空间自相关分析黄河流域水源涵养服务功能空间分布模式,并运用地理探测器分析黄河流域水源涵养服务功能的驱动因素。结果表明:(1)1980-2020年黄河流域水源涵养量为174.8639亿m³-378.4538亿m³,多年平均水源涵养量265.0475亿m³,其中草地与林地多年平均水源涵养量分别占黄河全流域水源涵养总量的52.94%和24.27%。全流域水源涵养量呈现上下游地区较高,中游地区较低的分布格局。(2)全局莫兰指数为0.875,表明黄河流域水源涵养服务在空间上呈现聚集分布,以低-低聚集与高-高聚集为主。(3)1980-2020年不同地类平均水源涵养能力排序:灌木林>有林地>高覆盖草地>其他林地>中覆盖草地>低覆盖草地>旱地>建设用地>未利用地>水田>水域。(4)降水量是影响黄河流域水源涵养量变化的主要驱动因子,降水量与土地利用间交互作用对黄河流域水源涵养服务功能空间分异解释力显著增强。研究结果可为黄河流域生态系统管理与高质量发展提供重要参考。     

北京市4种城市功能区森林植被涵养水源功能评价及价值估算

本研究对北京市首都功能核心区、城市功能拓展区、城市发展新区和生态涵养发展区进行林分涵养水源功能评价及价值估算,旨在探究提升城市功能区森林水源涵养功能较优林分配置模式。结果表明：（1）北京市森林植被面积2009年为4.00×10⁵ hm²,2014年为4.59×10⁵ hm²,北京市NDVI平均值2009年为0.331,2014年为0.708,北京市森林植被面积总体呈增加趋势。北京市2014年林地绿化调节水量较2009年降低了近1/3,2014年水源涵养功能价值量较2009年分别减少了22.08%和8.24%。（2）生态涵养发展区水源涵养功能年平均能力最强（2.88×10⁸ m³/a）,城市发展新区水源涵养功能年平均能力次之（1.72×10⁸ m³/a）,而首都功能核心区水源涵养功能年平均能力相对最弱,仅1.05×10⁶ m³/a。在针叶林、阔叶林和混交林三种林分类型中,2014年混交林水源涵养功能价值量较2009年增加5.13%,而阔叶林和针叶林分别减少34.93%和55.55%。（3）培育纯林,提高森林覆盖率,对于调节水土资源和保护生态环境具有非常重要的生态意义,而从森林水源涵养功能实物量和价值量考虑,认为混交林比纯林具有更强的水源涵养功能和较优的经济价值。在城市特定的条件下,建立生态与景观相协调的人工植物群落使城市土地资源的利用达到生态、社会、经济三大效益的最佳结合,是提高城市绿地质量的关键所在。     

黑河中上游地区2000—2010年土地利用变化及水土保持服务功能

基于遥感影像数据,分析了黑河中上游地区2000年到2010年土地利用变化,在此基础上,从上游、中游以及整个区域的角度综合评价了该区域的水源涵养和土壤保持生态系统服务功能物质量变化。研究结果表明:1研究区60%以上为未利用地,2000—2010年,耕地、林地和未利用地面积大量增加,草地和水域面积减少。2耕地增加以荒漠和草地转入为主;林地转入表现为草地和荒漠造林,转出主要为林地荒漠化;草地转出主要去向为造林和荒漠化,而增加主要来源于冰雪覆盖地和荒漠;未利用地增加主要来源于草地的退化。3研究区土地利用程度较低,由东南向西北递减,2000—2010年,上游土地利用程度有所降低,中游大部分地区呈上升趋势。4由于上游山区林地面积的增加,植被覆盖下土壤的水源涵养量显著增加,土壤贮水量增加了0.764×108t。5土壤保持量由1.860×108t增加到1.899×108t,主要原因为草地转化为林地。在气候变化背景下,黑河流域应控制上游地区人工林面积,减少林地蒸腾量,以增加下游可用水量;适当控制中游地区耕地面积的扩张趋势,保证湿地、草地等自然生态系统生态用水量,维持流域山地-绿洲-荒漠系统的稳定,进而持续发挥生态系统土壤保持等功能。     

京津风沙源区防风固沙功能对植被覆盖度变化的时空响应研究

防风固沙功能受气象、土壤、植被、土地利用等多种因素的影响,监测评估区域防风固沙功能对不同影响因子的响应状况可为生态保护工程的布局实施提供重要依据.以京津风沙源治理工程区为例,基于NDVI指数和RWEQ模型,构建了植被覆盖度与防风固沙功能的同步变化指数模型,评估分析了工程区防风固沙功能对植被覆盖度变化的响应水平及时空差异...     

三江源国家公园生态功能时空分异特征及其重要性辨识

三江源国家公园的建立有利于在该区域实行最严格的生态保护,筑牢国家生态安全屏障。为摸清三江源国家公园生态本底,基于遥感数据,地理信息系统平台及生态评估模型模拟等技术手段,分析了三江源国家公园生态系统类型,2000—2015年生态功能的时空分异特征及变化趋势,辨识其重要性,并对其变化驱动因素进行初探。结果表明:(1)三江源国家公园以草地、荒漠、水体与湿地生态系统为主,面积占比达到99.8%。(2)三江源国家公园水源涵养、土壤保持及防风固沙极重要区的占比分别为15.3%、13.7%和22.4%。(3)整体呈现东部以水源涵养、中部以土壤保持、西部以防风固沙为核心生态功能的空间格局。(4)2000—2015年,水源涵养功能量总体下降,但提升区域面积占比达84.5%,极重要区呈现下降态势;土壤保持功能量总体提升,年变化趋势为987万t/a,全区超过95%的地区均呈上升趋势;防风固沙功能由于风速减小及植被覆盖度的降低,出现下降态势,为-356万t/a。(5)气候暖湿化以及三江源生态保护工程的实施是三江源国家公园生态功能总体提升的主要原因,然而草地退化态势尚未完全遏制,局部地区植被覆盖度仍有所下降。为实现国家公园和自然资源的严格保护和永续利用,需对其进行统筹规划、科学布局,在科学把握生态系统自然规律的基础上,分区、分级对其进行生态保护和修复。     

近40年科尔沁沙地植被时空变化及其驱动力

科尔沁沙地是我国沙漠化土地防治的重点工程区。近些年来,受气候变化、生态工程建设和人类活动的影响,该区的植被生长发生了一定的变化。研究区域植被的动态变化,可为后期沙地的综合治理和工程的合理建设提供科学依据。基于此,以1981-2015年NOAA-NDVI、MODIS-NDVI数据及同期气象和社会经济数据为依托,采用一元线性回归和相关分析的方法,对科尔沁沙地NDVI的时空变化及驱动因素进行了研究。结果表明:(1)1981-2015年NDVI整体呈波动的增长趋势(增速为0.00114 a-1);空间上NDVI呈增长趋势的区域(面积占68.8%)主要位于东南缘及中部部分地区,而研究区的西北缘呈降低趋势。(2)不同程度沙漠化区的NDVI均表现为先降低(1981-2000年)后上升(2001-2015年)的变化过程,说明前期遭受破坏的植被在后期得以恢复。(3)驱动力分析表明,降水和温度是驱动科尔沁沙地部分区域NDVI变化的影响因素;人口变化和生态工程的实施均驱动了区域内植被的时空变化;而经济的发展并不是该区植被变化的主要驱动因素。     

基于3S的京津风沙源治理工程区植被覆盖和气候要素变化分析

为分析评估京津风沙源治理工程区植被覆盖和气候要素变化,收集工程实施前、后各时期工程区域土地利用类型数据、MODIS产品植被覆盖(NDVI)数据和气象站点月值数据,利用最小二乘法拟合分析工程区NDVI和蒸散时空变化规律;利用MK非参数检验分析区域气候要素时空变化格局.结果表明(1)近25年来工程区土地利用类型变化不大,植...     

基于遥感与地理信息数据的科尔沁沙地生态环境状况动态评价

科尔沁沙地处于蒙古、华北与兴安植物区系交汇处,是蒙古高原向东北平原的过渡区,具有丰富的生物多样性,属于典型农牧交错区,亦是东北平原的重要生态屏障。建国以来,受全球气候变化以及城镇化扩张、草原开垦及过度放牧等多重因素影响导致该区生态退化,生态系统服务功能下降。为此,利用遥感和地理信息数据,采用综合评估的方法,对近30年该区重大生态修复工程的实施过程及修复效果进行科学评估,具有重要的理论与实践意义。研究结果表明：1990、2000、2010、2015、2020年该区生态环境指数分别为75.19、70.20、73.51、74.27和74.7,其生态环境的变化可大致分为3个阶段,即退化期(1990—2000年)、恢复期(2000—2010年)和稳定期(2010—2020年)。2000年后,多项国家重点生态工程的实施对生态环境的改善具有明显推动作用,即科尔沁沙地生态环保工程的保护成效显著。城市化进程加快和水资源短缺是该区生态环境改善的主要制约因素,生态保护和地下水资源利用工程的实施仍需加强。研究可为科尔沁沙地生态保护和修复提供科学依据和实践参考。     

京津风沙源区NPP时空变化及其对治理工程实施的响应

利用遥感大数据对生态治理工程区域的净初级生产力和固碳能力进行长期动态监测可以实现对治理工程的实施效果的评价,同时为区域“碳中和”目标的实现及可持续发展提供有力支撑。利用Google Earth Engine(GEE)云计算平台,基于改进的CASA模型对京津风沙源治理工程区域的NPP进行计算。运用Sen斜率分析和MK趋势分析方法对2001—2020年间的NPP进行时空变化分析,并分析NPP对京津风沙源治理工程实施的响应。结果表明：1)在京津风沙源工程治理期间,京津风沙源区NPP总体呈波动上升趋势,平均增速为2.21 gC m^-2 a^-1,其中极显著增加区域占38.03%,说明京津风沙源治理工程对我国“碳中和”任务起到了积极作用,增加了区域的固碳能力;2)空间尺度上,京津风沙源区NPP和固碳量空间异质性较大,空间分布上主要呈现东部高,西部低的特点,其中,暖温带落叶阔叶林区域最高,温带荒漠区域最低;3)治理工程的实施所带来的NPP增长的速度在不同的区域并不一致,2001—2020年的NPP增速京津冀地区(4.74 gC m^-2...     

湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能

土壤持水性能是决定生态系统水源涵养能力的关键,是自然保护区生态服务功能的重要方面。以湖南省乌云界自然保护区为研究区域,选取森林、灌丛、竹林和草地4个典型生态系统,采用野外调查采样和室内分析的方法研究了土壤的物理性质和持水性能。结果表明,乌云界4种典型植被下表层0—20cm土壤有机质含量普遍较高(>76 g/kg)、容重较低(<0.85 g/cm3)、团聚体稳定性较强(>5mm水稳性团聚体达22.7%—52.3%),表明保护区土壤的结构发育总体上较好。森林和竹林土壤具有较多的大孔隙和较高的饱和导水率,有利于天然降水向地下水的转化,而灌丛和草地土壤毛管孔隙度则相对较高,其土壤中能够保持更多的有效水分。乌云界自然保护区4个典型生态系统0—40cm土层土壤重力水容量为:森林(83.5 mm)>竹林(79.2mm)>灌丛(66.9 mm)>草地(43.8 mm),有效水容量为:草地(128.7 mm)>灌丛(111.6 mm)>森林(95.9 mm)>竹林(83.9mm)。在明晰土壤总蓄水容量(>0 MPa)、重力水容量(0—0.01 MPa)、有效水容量(0.01—1.5 MPa)、无效水容量(>1.5 MPa)等概念的基础上,建议用重力水容量和土壤有效水容量两个指标来评价生态系统土壤的水源涵养功能,其中土壤重力水容量可以反映生态系统补充地下水和调控河川径流量的能力,而土壤有效水容量可以反映生态系统本身保蓄水分的潜力,这些指标均可以通过土壤水分特征曲线进行求算。乌云界自然保护区森林和竹林土壤对于补充地下水和调控河川径流量的能力较强,而灌丛和草地土壤保蓄水分的能力较强。     

东灵山林区不同森林植被水源涵养功能评价

森林植被发挥着涵养水源的作用,主要表现在以下几个方面:对降水的截留与再分配;调节河川径流,调节林内小气候,减小林内地表蒸发,改善土壤结构,减少地表侵蚀等. 通过对几种林分各层拦蓄降水和保土功能指标定性评价的基础上,用综合评定法对不同林分水源涵养和保土功能进行综合评价,选择出综合功能最好的林分,以期为北京山区的生态环境建设、植被恢复与保护提供一定的依据。在测定东灵山4种森林植被林冠层、枯枝落叶层和土壤层蓄水和土壤保持功能指标的基础上,采用综合评定法对4种森林植被水源涵养和土壤保持功能进行了评价。结果表明:各植被类型的林冠层截留各不相同,在雨季(6-9 月份) 辽东栎林的截留率最大,华北落叶松的最小;枯落物最大持水深以辽东栎林的最大,油松的最小;土壤水文特性各异,0-80 cm 土层平均容重以落叶阔叶林的最小,华北落叶松的最大;稳渗速率以落叶阔叶林的最大,油松的最小,初渗速率以辽东栎林的最大,油松的最小。不同林分水源涵养和土壤保持综合能力由大到小顺序为落叶阔叶混交林、辽东栎林、华北落叶松林、油松林。常绿阔叶灌丛水源涵养和土壤保持综合能力评价值(0.1039) 比其它植被类型少3个数量级,说明其水源涵养和土壤保持功能明显优于其它植被类型。由此可见,树种组成丰富、林下灌草盖度高、枯落物储量多的落叶阔叶混交林水源涵养和土壤保持能力最强,优于单一的阔叶林,而油松林最差。     

三峡库区土壤保持时空分布特征及其驱动力

结合ArcGIS与通用土壤流失方程(RUSLE),研究了1990—2015年三峡库区土壤保持量的时空动态变化规律,并分析了气候、水文、地形、社会等因子对土壤保持功能的影响。结果表明:1990—2015年三峡库区年均土壤保持量为5.79×10~9t (1004.23 t·hm^-2),森林、灌木、草地、农田、未利用地的土壤保持功能依次降低。25年间三峡库区单位面积土壤保持量变化范围为818.73~1280.50 t·hm^-2,2000年土壤保持服务功能最高。三峡库区土壤保持功能呈现东北高,西南低,长江沿岸及重庆主城区附近较低的空间分布趋势;土壤保持量随海拔增加呈现先增加后减小的趋势,海拔1000~1500 m的区域土壤保持能力最强;土壤保持量随坡度呈逐渐增加的趋势。海拔、坡度、降水、植被覆盖变化对土壤保持功能变化的贡献最大。人类活动干扰是土壤保持功能变化的主要驱动力。加强生态保护与修复,统筹治理,降低人为干扰,有助于提升三峡库区生态安全。