新疆玛纳斯河流域2000-2010年土地利用/覆盖变化及影响因素

在2000年和2010年两期遥感影像解译的基础上,从土地利用类型的结构、变化速率、变化方向及土地利用程度等方面分析了玛纳斯河流域土地利用的变化特征,并分析了影响土地利用变化的主要因素及不同因素之间的交互作用。结果表明:(1)近10年来,流域土地利用程度增强,人工绿洲呈扩张趋势,耕地和城乡工矿居民用地大量增加,林地和未利用地减少;上游地区草地和冰川积雪覆盖地面积增加。(2)耕地向内部外部双向扩张,主要来源于林地、荒漠和盐碱地;新增草地以山地裸地和山前荒漠的转变为主;林地主要转变为中游的耕地和城乡工矿居民用地及上游的草地和裸地;城乡工矿居民用地的增加主要来自荒漠、耕地和林地;未利用地变化以向人工绿洲土地类型的转变为主。(3)上游土地利用变化主要受气候变化的影响,降水量增加可能是冰川积雪面积扩张的主要原因;中游人类活动密集,耕地和城乡工矿居民用地扩张,荒漠植被退化;下游受气候和人类活动共同作用,尾闾湖泊萎缩,河岸和湖周植被退化。     

基于山地-绿洲-荒漠系统的生态系统服务正负价值测算——以新疆玛纳斯河流域为例

基于不同生态单元分析生态系统服务正负价值有助于全面客观地了解生态系统服务的异质性。选择典型山地-绿洲-荒漠系统(Mountain-Oasis-Desert System,MODS)下的玛纳斯河流域作为研究区,以1990年、1995年、2000年、2005年、2010年及2015年Landsat系列遥感影像为数据源,采用修正后的生态系统服务价值系数对不同生态单元下的生态系统服务正负价值进行估算。结果表明:(1)1990—2015年玛纳斯河流域土地利用/覆被变化较为显著,耕地、水域及建设用地面积呈现增加趋势,林地、草地及未利用地面积呈减少趋势,其中耕地和未利用地面积变化最为剧烈,建设用地增幅最大,林地减幅最大。(2)研究时段内,研究区正向价值远高于负向价值,且净价值小幅度增加。正向价值在经历"增加-减少-减少-增加-增加"的变化过程后呈现增加趋势,并呈现山地区>绿洲区>荒漠区的特征;各负向价值均表现为不同程度的增大趋势,其中温室气体排放、化肥流失及水资源消耗是流域内最为突出的负向生态系统服务,三者价值之和占比在不同时间段上均达90%以上;净价值由研究初期的8947.89×10<...     

干旱区绿洲土地利用/覆被及景观格局变化特征——以新疆精河县为例

从宏观上运用3S技术,利用1972年MSS、1990年Landsat TM、2001年Landsat ETM+和2005年CBERS 4个时期遥感影像数据,将GIS和景观生态学的数量分析方法相结合,运用ArcGIS以及Fragstats,分析了干旱区绿洲精河县1972～2005年间的土地利用/覆被和景观格局的变化.结果表明:(1)1972～2005年的33a中,精河县LUCC的总体变化趋势是绿洲面积有小幅度扩张,其中人工绿洲面积扩张尤为显著,天然绿洲面积减少.(2)研究区水域面积的变化受艾比湖湖面面积的变化影响较大,变化不显著,但总体上呈缓慢增长的趋势.(3)盐渍地面积的变化经历了先扩张后减小的一个过程.1990年达到最大值,但到2005年面积又有很大程度减少.沙地面积小幅度减小,其他地类的面积始终呈增加趋势.(4)景观在各个研究时段也发生显著变化.总的来说,整个研究区景观的密度持续增大,最大斑块指数先减小后增大,面积加权形状指数减小,形状趋于规则;斑块间的最邻近距离减小.表明1972年时景观中的优势斑块类型的连接性较2005年好,逐渐向具有多种要素的密集格局演变,景观更加破碎.同时不同斑块间的分离度增大,也说明景观破碎化程度加深.从香农多样性指数和香农均度指数的变化可以看出,景观的多样性增加,且均度增强.景观多样性及破碎化程度增加,也反映了土地利用越来越丰富.总之,要实现区域土地资源的可持续发展和景观生态功能的良性发挥,必须注重土地利用格局优化,维护景观生态过程与格局的连续性.     

基于土地利用变化的玛纳斯河流域景观生态风险评价

摘要：随着人类活动范围日益扩张和强度增加,景观生态风险评价已经成为预测和衡量生态环境质量和动态演化的重要手段。本文以玛纳斯河流域（简称玛河流域）为研究区,选取2000、2005、2010和2015年4期Landsat TM/ETM遥感影像,运用ENVI软件对研究区土地利用类型进行解译,定量分析流域近15年来土地利用动态变化特征,基于景观格局指数,采用地统计学方法,探究玛河流域景观生态风险程度及时空分异特征。结果表明：（1）2000—2015年,玛河流域景观格局发生了较大变化,耕地景观面积增加最多（2638.31 km^2）,主要由草地和未利用地转入;未利用地景观面积减少最多（2559.99 km^2）,主要转化成了草地、耕地和林地;（2）将流域景观生态风险划分为5个等级,研究期内流域低、中风险区面积增加而较高、高风险区面积减少,整体景观生态风险指数减小,所以研究区生态环境在整体上呈现好转;（3）2000—2005年、2010—2015年玛河流域在景观风险分布格局上发生较小变化,但2005—2010年流域景观风险分布格局发生较大变化,主要是中、较高和高风险区向流域南北方向分散并转移,低风险区向流域北部转移。     

过去30a玛纳斯河流域生态安全格局与农业生产力演变

以空间地域差异明显的玛纳斯河流域为例,在遥感、GIS和历史文献资料的支持下,对该流域上、中、下游4个生态类型区过去30a的生态安全状况进行了评价;采用前人修正的Costanza模型,进行了流域整体的生态健康评价;最后分析了流域生态安全格局变化对农业生产力的影响。研究认为:过去30a间,4个生态类型区生态安全综合评价指数值及生态安全状况变化为:(1)上游山区指数值下降0.13,由较安全区到预警区;(2)中游绿洲城市区指数值增加0.09,由预警区到较安全区;(3)中下游绿洲农区指数值下降0.19,由预警区到中警区;(4)下游荒漠区指数值下降0.14,生态安全状况在预警区间持续下降。流域的生态健康综合评价指数值降低0.13,由健康状态到一般状态。农业生产力在大面积种植棉花的发展模式下得到了高速发展,但也导致农业耗水占到了年均引水量的90%,绿洲边缘地下水位埋深普遍下降了10多米等生态负效应。这表明农业的表观生产力确实提高了,但潜在的生产力下降了,生态安全格局与农业生产力的演变具有同向性,以破坏生态环境为代价而提高的农业生产力是不利于生态和农业可持续发展的。     

干旱区内陆河流域三维生态足迹时空变化分析——以玛纳斯河流域为例

干旱区生态资本独特但生态承载有限,其生态足迹供求关系及均衡机理倍受关注。以干旱区典型内陆河流域-玛纳斯河流域为靶区,根据干旱区土地利用/覆盖类型特征及变化趋势,基于绿洲生产消耗所产生的生态系统服务流动规律建立三维生态足迹评价模型,并利用干旱区本土参数对流域2000-2018年的生态足迹时空分异进行分析。结果表明：（1）受自然承载有限和社会经济发展交互影响,玛纳斯河流域生态赤字不断扩大。时间上,18年间流域生态赤字增长了4.36倍,人均生态赤字增长了3.12倍,其中能源用地和耕地占比高、增速快,对生态赤字的贡献远远超过其他类型;空间上,石河子市对流域生态足迹的贡献率明显大于沙湾县和玛纳斯县;（2）同期,玛纳斯河流域生态足迹广度增加了0.59倍,足迹深度增加了0.44,广深比达到3343876：1.63,流量资本占用不断增加,存量资本日趋消损,生态压力不断增大;（3）流域资源利用效率显著提高,18年内增加了4.73倍,增长速度为5778.3万元hm^-2 a^-1;（4）流域虽面临较大的生态挑战和人口压力,但在全疆范围来看并不突出。本土参数与省域参数和国家参数相比可较好反映流域自然资本利用现状,最后提出干旱区生态承载力的优化展望和流域可持续发展建议。     

膜下滴灌技术生态-经济与可持续性分析——以新疆玛纳斯河流域棉花为例

利用2000、2004、2006和2009年玛纳斯河流域的调查数据,以棉花为例,从生态、经济和社会可持续发展三个角度对比分析了膜下滴灌技术的应用效果.生态效益主要表现为,采用膜下滴灌比沟灌平均节水41.92％,流域内农业节约水量约为多年河道来水的9.34％,基本满足河道最小生态需水;采用膜下滴灌比沟灌节约化肥用量18.38％,节约农药用量17.00％.经济效益主要表现为,采用膜下滴灌棉花(籽棉)单产提高23.15％,水分利用效率(WUE)提高70.70％.社会效益主要表现为,采用膜下滴灌农业管理效率提高3-4倍,节约了农业劳动力.采用Bossel理论综合评价膜下滴灌技术的社会可持续性性,结果为良好.总体分析结果表明,采用膜下滴灌技术有利于区域社会经济的发展和生态环境的保护.本文的研究结果可为今后膜下滴灌技术的推广应用提供参考.     

玛纳斯河流域水资源可持续利用评价方法

水资源短缺是制约玛纳斯河流域水资源可持续发展的"瓶颈"因素,对流域水资源可持续发展水平进行综合评价对其国民经济可持续发展至关重要。从水资源、社会、经济、生态环境四个子系统出发,采用了熵值法和投影寻踪理论相结合的评价模型,对流域水资源可持续利用水平进行评价,并将两种方法的评价结果进行加权求和,得出流域水资源可持续利用变化趋势。评价结果表明,该模型方法可靠,分析结果合理,评价结果可以为水资源可持续开发利用提供科学依据,是评价水资源可持续利用水平的一种有效新方法。最后,提出了促进流域水资源可持续利用的建议,为实现水资源可持续开发利用提供借鉴和参考。     

从景观格局分析人为驱动的绿洲时空变化——以天山北坡三工河流域绿洲为例

根据三工河流域1978、1987年航片和1998年TM影像,利用GIS、RS和景观生态的研究方法,主要从绿洲景观格局分析了人为驱动的绿洲变化,包括景观多样性与人类活动的复杂多样性、景观斑块形状与绿洲扩张、斑块破碎化程度与人类活动的强度等。结果表明:(1)绿洲景观多样性总体呈现下降趋势,区域差异性较为明显。人类活动可以显著地改变绿洲景观的多样性。(2)绿洲景观斑块形状总体趋向不规则性和复杂性,但趋势减弱。人类一方面尽力在扩张绿洲外围,增加外围斑快形状的不规则性和复杂性,增加分维数,另一方面也在尽量规划绿洲内部,又使斑块形状趋向规则,降低其复杂性;但近20a,绿洲总体上以外围扩张为主。(3)人类活动强度和支配程度较大的绿洲区域,其景观的破碎化程度总体较高,绿洲中部人类活动强度最大,其景观破碎化程度总体高于人类活动强度较弱的绿洲下部和上部;绿洲斑块密度和景观破碎化程度随时间总体呈下降的趋势;人为引入斑块的破碎化程度普遍高于环境资源斑块的破碎化程度。     

新疆三工河流域农业绿洲近30年景观格局变化及其驱动力

干旱区绿洲水土资源的不平衡利用导致了荒漠化问题日益严重.本文以新疆三工河流域农业绿洲区为例,利用1978、1987、1998和2009年4期影像数据,综合应用景观格局分析方法、GIS、RS和统计等手段,分析了流域尺度土地利用景观演变及其驱动要素.结果表明:人为土地开发作用的加强,增加了景观的多样性,同时加剧了景观破碎化,区域景观斑块由自然景观类型中的草地景观类型为主导,转变为人工景观中的耕地景观类型.由于区域耕地的增加,引发对水资源需求加大,造成人为水利建设作用加强,推动了流域景观的演变,同时人类经济活动也加速了区域景观格局的演化过程.     

新疆玛纳斯河流域冰川生态系统服务功能价值评估

冰川在干旱区内陆河流域中具有极其重要的生态作用,为流域发展提供着巨大的服务功能.然而,在全球气候变暖的影响下,冰川退缩将导致冰川生态系统服务功能降低.应用GIS空间分析技术分析了玛纳斯河流域从1964年至2006年冰川面积变化,并评估其生态系统服务功能价值变化.结果表明,在全球变暖的影响下,流域冰川生态系统服务功能总价值急剧下降.流域冰川面积从1964年557.1km2退缩到2006年的464.1km2,面积减少了16.7%.冰川生态系统服务功能价值从1964年的1228.5×108元下降到2006年的960.1×108元.冰川退缩改变了流域的水资源分布特征,导致冰川生态系统服务功能价值下降.在未来的流域发展规划中,应高度重视冰川变化产生的生态效应.     

基于景观安全格局分析的生态用地研究——以北京市东三乡为例

借助较为成熟的景观安全格局理论和方法,根据自然、生物和人文过程的分析,可判断和规划对某种生态过程具有战略意义的景观安全格局,即维护某种生态过程的最小生态用地（包括格局和面积）.本研究从土地的地表属性和空间属性2个方面界定了生态用地的概念,将其定义为：在不同空间尺度上,对维护关键生态过程和提供生态系统服务具有重要意义的生态系统（土地单元）及其空间部位.以北京东三乡为例,分析了基于雨洪管理和生物保护需求的生态用地,得出该区低、中、高3种安全水平下的生态用地分别占研究区总面积的20.4%、31.1%和48.6%.结果表明,基于关键生态过程的景观安全格局分析是生态用地定量研究的有效方法,该方法对城市规划和土地规划等具有重要参考价值.     

土地利用及景观格局演变对生态系统服务价值的影响

基于1990—2013年土地利用数据和统计年鉴数据,构建CPI指数修订生态系统服务价值(ESV)系数,并进行淮河上游土地利用结构及空间格局的时空演变特征分析和ESV评价研究,探讨ESV对土地利用结构和格局变化的响应关系。结果表明:(1)淮河上游区域ESV整体呈上升趋势,1995—2005年ESV出现波动下降,在2010年前后明显上升,2010—2013年ESV增值高于其他时段;(2)ESV增量呈现山地丘陵区平原区的地形梯度效应,且其生态增值主要来源于林地和水域贡献;(3)ESV与土地利用时空变化和土地景观格局丰度和聚集度变化存在明显相关,说明了合理的土地利用开发方式及适当的开发速度将有助于改善生态系统服务,开发过程要兼顾地类优势,避免地类斑块过度破碎化;(4)CPI指数修订ESV系数方法,能够消除时间序列内物价变动因素,使得计算结果更贴近实际ESV,提高了多个时期生态系统服务评价的准确性和可比性。     

基于CA-Markov模型的呼图壁县土地利用景观格局预测研究

以2002、2009、2016年三期遥感影像数据为基础, 运用GIS技术及景观生态学理论, 对呼图壁县近14年的土地利用景观格局变化特征及其各景观类型空间转化特点进行了分析。并结合CA-Markov模型对土地利用类型特征参数、景观格局指数等进行模拟, 预测和分析未来7年土地利用和景观格局演变特征。结果表明: 从时间尺度分析, 研究区内景观格局有较大变化, 主要表现为耕地与建设用地的增加; 从景观类型转移分析可知, 耕地与建设用地的交替变化最为显著, 其主要集中于中部地区; 景观类型水平指数分析得到, 林草地、水域及耕地整体破碎化程度低, 未利用地则表现相反; 从景观水平分析可知, 研究区内景观整体破碎度与复杂度增高, 同时斑块逐渐趋于离散分布, 景观结构不稳定性增加。研究结果可为该区域提供更为科学有效的生态环境保护措施, 以期为制定相关土地利用政策和合理配置土地资源提供参考。     

石河子莫索湾垦区绿洲景观格局变化分析

以新疆石河子１５０团场为例,从景观多样性、优势度、均匀度、分离度、分维数、嵌块体伸长指数、聚集度、嵌块体数目破碎化指数、嵌块体形状碎化指数等９个方面,对其景观格局进行了分析,结果表明：随着干扰时间的延长,整个景观的多样性和均匀度下降,而优势度聚集度指数值增加,这说明,该团场绿洲愈来愈由少数嵌块体类型所控制,嵌块体伸长度指数的增加与分维数的下降则说明,该团场绿洲嵌块体形状有愈加规则、愈趋简单势。而嵌块体形状破碎化指标数、数目破碎化指数、分离度指数的变化情况显示,１５０团场绿洲景观的破碎化程度在逐渐增加,其中以自然和半自然嵌块体的影响最大,对于人工景观而言,这意味着人类活动对１５０团绿洲施加的直接影响在逐渐减弱、而间接影响在增强。     

青弋江流域土地利用/景观格局对水质的影响

研究不同空间尺度的景观组成与结构对水质的影响对于水质保护具有重要意义。青弋江为长江下游最长的支流,人类活动可能通过多种方式对水质产生影响。以青弋江流域为研究对象,基于Google Earth遥感数据和水质实测数据,采用冗余分析(RDA)和Spearman相关性分析,探讨了土地利用/景观格局对水质的影响。研究结论为:(1)以采样点为中心建立的100、200、500、1000、2000 m 5种尺度缓冲区中,500 m半径圆形缓冲区景观组成对水质的解释率最高,枯水期与丰水期对水质的解释率分别为46.30%和43.10%。(2)土地利用类型中,耕地和建设用地面积与NH₄⁺-N、TP、EC呈正相关,对水质具有负面效应;林地面积与DO呈正相关,对污染物起到净化作用;土地利用综合程度指数与污染指标呈正相关,表明人类活动强的区域,水质变差。(3)景观格局指数中,PRD在丰水期与NH₄⁺-N、TP浓度为负相关,相关系数分别为-0.656、-0.540,表明随斑块丰富度密度的增大,流域生态系统更加稳定;LPI与DO浓...     

2003-2018年土地利用变化对丹江口市景观格局与生态服务价值的影响

丹江口市是南水北调中线工程核心水源区,通过开展土地利用动态变化、景观格局变化与生态系统服务价值等研究,为丹江口库区生态安全提供科学支撑。以丹江口市2003-2018年4期遥感影像数据为基础,运用ENVI 5.3、ArcGIS 10.5以及Fragstats 4.2等软件,统计了丹江口市土地利用动态变化,分析了景观格局变化指数,计量了生态系统服务价值。结果表明：丹江口市土地利用类型变化显著,水域和林地面积、建设用地面积分别增加了38.07%、19.73%、11.63%,耕地和园地面积分别减少了42.83%、52.40%,除2003年土地利用程度高达25.02%,其余年份均保持在23%左右;景观空间格局变化明显,市域范围内各斑块类型趋于规则,呈均衡趋势分布,斑块类型间形成了良好的连接性,景观聚集程度逐渐提升,空间分布趋向集中;丹江口市生态系统服务价值不断增长,由2003年105.31×10⁸元增长至2018年116.99×10⁸元,其中水源涵养和土壤形成与保护生态价值最高,原材料生产、美学景观和食物生产占比较低。在未来城市建设中,应加大水域和林地的保护力度,优化调整土地利用结构,合理规划建设用地,发展无污染农业生产,适时增设自然景观,稳步提升区域生态系统服务价值。