1980—2020年渭河中上游流域土地利用演变及其对径流的影响

[目的] 研究渭河中上游流域不同土地利用情景下径流的响应规律,为渭河中上游流域的发展规划及水资源管理提供科学支撑。[方法] 基于1980—2020年土地利用数据,分析流域40 a的土地利用变化特征,并结合SWAT模型,设置5种历史土地利用情景、两种综合土地利用情景和3种极端土地利用情景,探究径流在不同土地利用情境下的响应。[结果] ①流域40 a间耕地、水域及未利用土地面积逐渐减小,林地、草地和居民用地面积逐渐增加。②1980—2020年共5个时期模拟年均径流深分别为72.24,72.27,72.31,71.86,72.25 mm,退耕还林、退耕还草、耕地型、林地型及草地型模拟年均径流深分别为68.59,69.70,72.60,64.81,66.82 mm。[结论] 40 a间土地利用类型的变化对渭河中上游流域径流的影响小于10%;退耕还林、退耕还草对径流主要起抑制作用。在3个极端土地利用情境下径流大小为：耕地型＞草地型＞林地型,且耕地型与林地型、草地型情境下的差异明显。     

1990-2017年喀斯特自然保护区土地利用变化对生境质量的影响

[目的] 探讨自然保护区生境质量变化规律及其影响因素,为制定有效的区域生态保护政策提供科学依据。[方法] 基于Landsat系列影像数据,采用生境质量估算模型与土地利用转型生境贡献率,以贵州省兴义市坡岗自然保护区为例,分析土地利用变化对不同功能分区生境质量的影响并定量评估退耕还林还草政策情景对生境质量改善效果。[结果] 1990—2017年自然保护区土地流转主要发生在草地和耕地转为林地、其他类型转为草地和林地间。28 a保护区平均生境质量提高15.71%,且呈现先增加后减少的趋势。1990年保护区平均生境质量表现为：缓冲区 > 核心区 > 试验区,2001年以后转换为：核心区 > 缓冲区 > 试验区。在退耕还林还草政策情景下,坡岗自然保护区平均生境质量从当前情景的0.88提高到0.92,生境质量改善。[结论] 坡岗自然保护区的建立、退耕还林还草工程的实施以及人类活动的增加是影响保护区生境质量变化的主要原因。     

生态恢复背景下无定河流域土地利用时空变化

以恢复林灌草植被为核心的黄土高原生态建设的直接结果就是引起了土地利用格局变化。选取黄河中游区无定河流域为对象,以1985,1995,2000和2008年土地利用数据为基础,综合运用GIS分析技术、土地利用动态分析方法与模型,系统研究了生态恢复背景下流域土地利用时空变化过程。结果表明,草地始终是该流域优势土地利用类型,生态恢复以大规模治理沙荒及未利用地,恢复林草地景观为主要形式;随着退耕还林还草工程实施与推进,耕地转出明显,林、草地新增明显;1995年前后,流域土地利用类型相互频繁流转,土地利用总动态度在2000年达到了最高水平;在植被恢复因素驱动下,流域土地利用重心空间漂移明显,主要表现为耕地重心均向流域东部下游地区偏移,林、草地重心向西北方向偏移。     

退耕还林还草工程实施对洛河流域土壤侵蚀的影响

退耕还林还草工程是中国实施的重要生态环境建设与保护工程,对区域植被覆盖及土壤侵蚀产生重要影响。以洛河流域（陕北黄土高原部分）为研究对象,利用流域通用土壤侵蚀方程（RUSLE）,结合流域降雨、土壤类型、DEM、植被覆盖等数据,定量分析了2000—2010年退耕还林还草工程实施对流域土壤侵蚀的影响。结果表明:（1）洛河流域2000—2010年耕地面积减少,林地、草地面积增加,土地利用变化主要发生在2000—2005年;（2）洛河流域2000—2010年土地利用变化导致植被NDVI平均值增大,耕地变化区域植被NDVI值增加幅度高于耕地未变化区域,表明耕地变化区域植被NDVI增加对耕地区域总体植被NDVI值增加贡献较大;（3）降雨侵蚀力和退耕还林还草工程实施对土壤侵蚀具有明显的影响。受降雨侵蚀力增大影响,2000—2010年洛河流域土壤侵蚀呈增加趋势;不考虑降雨侵蚀力变化情况下,洛河流域土壤侵蚀呈减少趋势,反映出退耕还林还草工程实施对土壤侵蚀的减缓作用。     

新时期黄土高原退耕还林(草)有关问题探讨

[目的]总结黄土高原退耕还林(草)工程实施20 a来取得的成效,旨在为新时期黄河流域生态保护和高质量发展提供参考。[方法]根据多年研究结果,结合近期调研和相关资料,归纳了新时期黄土高原退耕还林(草)工程实施过程中出现的问题。[结果]当前需要考虑的问题包括:①如何加速退耕还草;②是否实行严格的轮封轮牧;③如何处理好生态林和经济林的比例;④如何持续提高单位面积粮食产量等。[结论]新时期生态建设过程中需注重分析与研究出现的新问题,寻求切实的应对方案,以推动黄土高原地区生态文明建设和乡村振兴。     

黄河流域近40年土地利用/覆被时空变化特征

[目的]研究土地利用/覆被时空变化特征对于黄河流域土地资源保护与合理开发具有重要意义,可为黄河流域生态保护与高质量发展战略实施提供重要参考。[方法]基于黄河流域1980—2021逐年土地利用/覆被数据,采用Mann-Kendall和滑动t检验、地学信息图谱、标准差椭圆和重心迁移模型等方法,探究近40年黄河流域土地利用/覆被变化特征。[结果](1)1980—2021年林地、灌丛、水域、建设用地显著增加,耕地、草地、湿地显著减少。(2)流域土地利用/覆被变化时段可划分为1980—1992年,1993—2001年,2002—2012年,2013—2021年,数量结构逐渐呈现快速变化特点,建设用地、湿地和水域变化敏感。土地利用结构均衡度逐渐增强,呈现的阶段性变化与实施的重大战略措施关联性高,并与划分的阶段较符合。(3)流域中上游以2012—2021年和间歇变化型、耕地和草地的相互转换为主,下游以2001—2012年和2012—2021年变化型、耕地转为建设用地和草地为主。流域内宁夏北部、内蒙古东部及部分沿黄河水系分布的地区变化频繁。(4)湿地、水域和建设用地的重心向西迁移,分别呈现向西南集中分...     

不同土地利用变化情景下的洪汝河流域水文响应

[目的]研究洪汝河流域土地利用变化对水文过程的影响,为当地水资源的合理规划和利用提供依据和参考。[方法]本研究以土壤水体评价模型(soil and water assessment tool,SWAT)为基础,通过设计多种土地利用情景模式模拟洪汝河流域水文情景,首先利用数字高程模型(digital elevation model,DEM),土地利用数据、土壤数据以及日气象数据建立模型;其次选用2006—2008年的水文观测数据进行模型率定,并进行敏感性和不确定性分析;最后,设置4种土地利用情景模式进行水文模拟。[结果]退耕还林情景下径流减少4.23%;而在耕地增加,城镇用地增加和以城镇用地、林地草地增加为主的复杂土地利用变化这3种情景下,径流分别增加3.01%,4.91%和1.50%。[结论]退耕还林增加了可涵养水源的森林,使得径流减少,而增加耕地开垦或城市建设用地则会增加地表径流。     

黄土高原生态脆弱区土地利用变化对生态系统服务价值的影响——以汾河流域为例

土地利用变化改变区域生态系统服务价值,进而影响区域经济可持续发展与生态环境保护。基于汾河流域1980年、2000年、2010年、2016年4期土地利用数据为基础,通过引用生态系统服务价值、土地利用动态度等指标,从整体和不同阶段上分析了土地利用变化对生态系统服务价值的影响。结果表明:(1) 1980—2016年汾河流域土地利用类型整体以耕地、草地和建设用地为主,土地利用变化是以耕地向其他土地利用类型转移的方式为主,且综合土地利用动态度呈逐渐增长趋势。(2) 1980—2016年汾河流域的生态系统服务价值呈现先增长后减少的趋势,耕地生态系统服务价值一直处于减少的趋势,退耕还林(草)政策的持续实施是导致耕地生态系统服务价值持续减少的关键原因。(3)通过汾河流域主要行政区的生态系统服务价值差异分析,1980—2016年汾河流域共有13个行政区生态系统服务价值处于增长的趋势;20个行政区生态系统服务价值处于减少的趋势。     

黄土丘陵沟壑区县域耕地变化驱动要素研究——以安塞县为例

土地利用变化的驱动要素研究是当前土地利用／土地覆盖变化(LUCC)研究的热点和关键问题之一。黄土丘陵沟壑区因其严重的水土流失问题，成为全国实施退耕还林还草措施的重点区域之一。运用典型相关分析，通过对典型区安塞县耕地数量、耕地质量变化驱动要素的定量分析，探讨了县域耕地变化的驱动要素，并运用典型相关系数和冗余度分析，对诊断结果进行了检验。为进一步研究整个黄土高原地区实施退耕还林还草政策提供借鉴，为该区土地利用的合理调整和水土保持的有效实施服务。     

东南沿海土地利用转型的生态服务价值研究——以甬江流域为例

[目的]通过分析流域的土地利用变化对流域内各个自然过程生态服务价值的影响,为流域土地资源的合理利用和流域生态安全保护提供科学依据。[方法]基于土地利用转型变化,分析1980—2015年人类活动影响下的甬江流域土地利用变化及其生态服务价值变化。[结果]①甬江流域土地利用变化以耕地的减少与建设用地的增加为主要特点,且土地利用程度不断上升。土地利用类型之间发生复杂的相互转化,转移面积最大的是耕地转向建设用地。②35 a间,甬江流域土地综合利用动态度为0.42%。建设用地土地利用单一动态度最大,耕地面积减小幅度最大。③甬江流域生态服务在时间层面上,总价值先增大后减小,在1995年之前不断增加,但在之后不断减少。④在空间层面上总体呈现出由西南向东北逐渐变低的趋势。[结论]甬江流域土地利用转型剧烈,土地利用的快速变化加剧了生态系统功能退化。     

黄土高原典型区退耕还林还草工程实施效果实证分析

为缓解黄土高原地区水土流失、土地退化等生态环境问题,中国自1999年开始在该地区实施退耕还林还草等生态保育工程。选取甘肃省会宁县为研究区,基于农户问卷调查、统计资料及相关政府报告,应用统计学软件SPSS和满意度指数分析法,对典型区退耕还林还草工程实施前后土地利用、种植养殖结构、农户经济收入的变化进行了研究,并调查了农牧民对退耕还林还草工程影响的满意度,旨在评估退耕还林还草工程实施对黄土高原典型区农户生产生活的影响。结果显示,退耕还林还草工程对会宁县的土地利用结构具有重要影响,有4.48%的耕地转换成草地和林地,退耕还林还草工程取得了较好效果。但与此同时,农户问卷调查显示,有0.08 hm2·户-1大于25°坡耕地未实施退耕,表明工程实施需要加强监督并及时巩固退耕成果。工程实施后,会宁县谷物、薯类、豆类和油料作物的种植面积和单位面积产量都有一定增长,产量提高的主要原因是耕地的投入和耕作集约化程度有所提高。由于耕地面积减少,为提高土地利用效率,会宁县政府通过重点发展地膜玉米产业调整种植业结构,玉米种植面积增加近3倍。过去10多年间,会宁县还修建了大量梯田,这也有利于提高单位土地面积产出。另外,退耕还林工程实施后,会宁县家畜养殖数量有一定增长,但由于自然环境限制和饲草来源不足等原因,养殖规模维持在较低水平。由于连年旱灾导致种植业风险增大,农户环保意识增强,打工收入高等原因,较多农户选择外出打工,使打工收入成为最重要的收入来源,占总收入的62.69%。农户对退耕还林还草工程实施的9个方面较为满意,但在就业和收入方面满意度较低,满意度分别为-0.1和-0.2。本研究结果可为黄土高原典型区退耕还林还草工程进一步实施和生态系统可持续管理决策提供参考。     

黄土丘陵区的土地利用变化及其生态风险

[目的]探讨土地利用方式对生态风险的影响,为黄土丘陵区生态保护与土地利用决策提供一定依据。[方法]通过构建土地利用方式决策分析模型及土地利用生态风险指数,分析了上黄试区不同时期土地利用方式决策模式及其生态风险演变特征。[结果]研究初期,上黄试区土地利用方式模式表现为耗损型,生态风险呈现较高风险态势。1982—2000年,上黄试区通过开展基本农田建设、加强农业生产管理、发展庭园经济等措施,提高了土地的生产能力,土地利用方式由耗损型逐步转变到半集约型,生态风险也由较高风险过渡到中风险态势。2000—2010年,在国家退耕还林还草政策的推动下,土地利用方式由半集约型转变为集约型,生态风险也由中风险转变为较低风险。[结论]科技因素是推动土地利用方式决策与生态风险转变的关键,而政策因素是必要的补充。     

成渝城市群城市土地-耕地利用效率时空耦合研究

[目的]评价成渝城市群城市土地利用效率及耕地利用效率,促进成渝城市群新型城镇化与农业现代化的共同发展。[方法]基于2005—2014年统计数据,建立城市土地利用效率与耕地利用效率的指标体系,综合运用Super SBM模型、重心转移模型及耦合协调度模型,分析成渝城市群城市土地利用效率、耕地利用效率的时空格局及二者的耦合协调水平。[结果](1)2005—2014年,成渝城市群城市土地利用效率呈波动向上发展,效率重心垂直向南移动幅度较大;(2)耕地利用效率整体上呈现V形波动,效率重心在水平方向上向东转移趋势明显;(3)研究区域内城市—耕地利用效率耦合协调类型数量呈"纺锤状"结构分布,高耦合中协调度型城市数量众多,南—泸一线城市耦合协调类型变化强烈。[结论]成渝城市群城市土地—耕地利用效率耦合协调度较高,呈良性发展态势。     

基于LANDSAT的辽宁省朝阳市1985-2020年退耕还林工程动态监测

[目的] 分析辽宁省朝阳市退耕还林工程作用下的土地覆被情况,跟踪监测年际间地类变动趋势,探讨退耕还林工程对朝阳市荒山、耕地、林地和草地的影响,为朝阳市土地资源合理规划利用提供科学支撑。[方法] 基于1985—2020年逐期Landsat影像,利用C5.0算法提取该地区地表覆被时空分布信息,借助土地利用动态度、土地利用转移矩阵等分析36 a间山田林草的动态变化及其驱动因素。[结果] ①36 a间朝阳市荒山绿化面积达2 745.5 km²,退耕还绿的面积约933 km²,工程成效较为显著。②退耕区和还林区主要分布在坡度＞25°和海拔超过500 m的地区,二者变化主要表现在内部结构的转换,即增加海拔低于500 m和坡度＜25°的耕地比例,基本符合退耕还林政策要求。[结论] 5个阶段内朝阳市的山田林草在年际间都存在相互转换的情况,相比前3个阶段,后两个阶段在政策实施的加持下“逆过程”现象减少,工程实施方面仍需加强监督,精确理解国家政策和项目技术规程,因地制宜地贯彻有关政策。     

甘肃省白龙江流域生态承载力的时空变化

[目的]从土地利用角度开展甘肃省白龙江流域生态承载力时空变化研究,为该流域生态环境治理和可持续发展提供科学依据。[方法]基于生态足迹理论,利用1990,2002,2010,2014年4期土地利用数据与GIS空间分析技术,对近25a来该流域生态承载力时空变化进行空间可视化表达和定量分析。[结果](1)时间尺度上,25a来流域生态承载力呈现"降—升—降"的波动变化趋势,各地类生态承载力变化趋势不同。(2)空间尺度上,流域生态承载力总体呈现西北与西南部高,东北部低,随海拔和坡度增加而递增的不均匀分布格局;随时间推移,流域不同区域和坡度范围的生态承载力变化趋势各异。(3)1990—2002年,2002—2010年,2010—2014年间流域各地类生态承载力转换频繁,转变趋势明显,导致近25a来流域生态承载力及其内部组成变化较大。[结论]近25a来流域生态承载力在波动中上升,流域生态质量有所改善;受地形地貌和土地利用/覆被变化的影响,流域生态承载力具有明显的空间异质性。退耕还林还草政策是流域生态承载力变化的主要影响因素之一。     

西北地区新一轮退耕还林还草规模分析

西北地区干旱少雨、水土流失严重、生态环境脆弱,退耕还林还草工程是西北地区生态环境建设的重大举措,也是全国生态环境建设的一项宏伟生态工程。通过对退耕还林还草工程实施现状、生态效应及存在问题的整合分析,探讨了西北地区新一轮退耕还林还草工程的实施规模。结果表明:(1)西北地区1999—2011年退耕还林还草面积累积751.99万hm~2,占全国同期退耕还林还草面积的36.14%;陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆、山西和内蒙中西部地区退耕还林还草的实施面积分别占西北地区同期退耕还林还草面积的27.89%,21.29%,4.62%,9.80%,10.80%,13.57%和12.03%。(2)自退耕还林工程实施以来,2002—2012年西北地区农民纯收入逐年增加,且各省(区)增加趋势一致。(3)西北地区植被覆盖在提高,植被NDVI整体呈上升趋势,但存在明显的空间差异,空间分布是从东南向西北逐渐递减,而陕北地区是黄土高原近10年植被恢复最快的区域。(4)2003—2014年黄河流域径流量和侵蚀量均低于1950—1995多年平均值,且年际间波动较大。(5)25°以上的坡耕地可退耕180.1万hm~2,占现有耕地的6.0%,15°~25°的坡耕地退耕面积可达296.5万hm2,占现有耕地面积的9.9%,并厘清了各省(区)的退耕规模,最后针对新一轮退耕政策的顺利实施,提出了4点建议。     

黄河流域2000-2020年“三生”空间土地利用转型及其生态环境效应

[目的] 研究黄河流域生产—生活—生态空间（简称“三生”空间）土地利用转型的结构、空间特征及其生态环境效应,定量权衡土地资源开发与生态环境保护之间的关系,为黄河流域的生态保护和高质量发展提供决策支持。[方法] 以黄河流域为例,利用ArcGIS空间分析与制图技术、生态环境质量指数和土地利用转型对生态环境的贡献指数等模型方法。[结果] ①2000—2020年黄河流域“三生”空间土地利用结构表现为生产用地面积减少,生态用地面积相对稳定,生活用地面积不断增加。②2000—2020年黄河流域生态环境质量指数分别为0.450 2,0.450 5和0.456 7,呈稳定上升趋势。③2000—2020年黄河流域生态环境质量指数在空间分布上有明显的差异性,表现为由东南向北部递增。④2000—2020年黄河流域牧草生态用地对流域生态环境质量贡献率最高。20 a间黄河流域生态环境存在改善和恶化两种趋势,前者大于后者,流域生态环境不断改善。[结论] 城乡生活用地和工矿生产用地对农业生产用地的占用是黄河流域生态环境恶化的主要因素,应合理规划“三生”空间,优化国土资源空间配置,落实黄河流域生态保护和高质量发展国家重大战略。     

基于矢量属性的宁夏中部干旱带土地利用变化信息挖掘

[目的]增加对土地利用变化矢量属性的认知,进一步挖掘潜藏于土地利用变化中的特征和规律,丰富土地利用变化研究方法,为区域土地资源调控提供参考依据。[方法]基于土地转移流视角,提出土地转移率和土地转移链概念,采用Landsat MSS/TM/ETM遥感影像数据,对宁夏中部干旱带同心县的土地变化过程进行研究。[结果]1978—2015年同心县耕地和草地比例增大,未利用地减少。区县尺度上土地转移率渐次降低;类型尺度上,耕地转移率先升后降,草地转移率先降后升,未利用地转移率呈"降—升—降"特征。1978—1987年的土地转移流以草地转未利用地为主,1987—1996年则呈现多元特征,1996年表现为退耕还林还草和对未利用地的改造利用。1978—2015年土地利用转移围绕着耕地的流失与保护进行,土地转移单向链以31型(草地转耕地)和61型(未利用地转耕地)为主,往复链以Ⅱa型为主,主要是161型(耕地—未利用地—耕地)和131型(耕地—草地—耕地)。[结论]同心县土地利用变化存在较大份额的"往复链"。在土地资源开发与管理中要重视往复链所揭示的内涵并采取针对性措施。     

青海高原东部土地利用变化模拟与景观生态风险评价

为了研究西部大开发和退耕还林等生态工程对未来土地利用变化趋势的影响,将Gray-Markov模型和CLUE-S模型相结合,模拟自然情景、耕地保护情景和土地规划情景下青海高原东部农业区2020年土地利用覆盖状况,并分析3种情景下土地利用变化特征,采用景观格局指数和景观生态风险指数比较3种情景模拟结果。自然情景延续1999-2009年的发展模式,至2020年退耕还林/草633.98 km2,其他未利用地造林/草117.66 km2;耕地保护情景严格保护耕地,至2020年退耕还林/草142.00 km2,未利用地造林/草130.71km2;土地规划情景经济发展与环境保护并重,退耕还林/草444.18 km2,未利用地造林/草333.75 km2。景观格局指数和景观生态风险指数均表明土地规划情景下的模拟结果布局较合理。研究表明,新增建设用地扩张的同时加强生态保护,仍可以保证区域景观生态安全。该研究可为中国西部的土地利用规划和政策制定提供参考。     

黑河水库非点源污染时空分布研究

[目的]对黑河水库上游流域进行非点源污染模拟与分析,为水库水环境质量改善提供科学支撑。[方法]采用非点源污染—SWAT模型对流域内水文站2002—2008年的实测降雨、逐月径流以及泥沙及水质数据进行率定与验证,并对流域的非点源污染进行分析。[结果](1)非点源污染的产出主要集中在汛期(6—10月)且与降雨成正相关关系;(2)流域内降雨量分布从南向北、从山区向平原递减,径流深与降雨量成正相关,泥沙、非点源负荷的空间分布与降雨量相反;(3)不同土地利用类型单位面积的非点源污染产出不同,耕地最大,草地次之,林地最小;(4)面积耕地减少,污染负荷显著减少,耕地转换为林地的效果优于耕地转换为灌木林,退耕还林还草可有效减少流域内非点源污染负荷。[结论]黑河水库非点源污染主要发生在下游汛期6—10月,退耕还林、减少施肥可有效控制区域非点源污染。