朝阳市土地荒漠化成因及防治对策

辽宁是我国荒漠化危害比较严重的省份之一,全省荒漠化土地的59.4%分布在朝阳市。朝阳市土地荒漠化是以自然因素与人类活动相互作用,并以人为活动为诱导因素所引起环境变化的土地退化。因地处北方半干旱农牧交错区生态脆弱带,植被恢复力低等具水蚀荒漠化形成的地形条件和物质基础。干旱多风为土地风蚀荒漠化提供了强大的动力源。人口增长及不合理利用自然资源是加速荒漠化的主要原因。尽管多年治理,但土地荒漠化仍呈局部好转,整体恶化的态势。防治对策:应实施生态修复,恢复天然植被;造林种草,提高植被盖度;合理开发利用水资源,改善能源结构,提高产量;保护、开发、合理利用沙区资源;控制人口增长,必要时实行生态移民。     

基于不同降水年型玉米生长差异的半干旱沙区耕地稳定性分类

为研究土地荒漠化问题严重的半干旱沙区不同降水条件下农作物生长状况并识别不稳定耕地,该文以科尔沁左翼后旗旱地玉米为例,依照1980-2013年各年份玉米生长期降水丰沛程度对其进行降水类型的划分,并研究不同降水型下旱地玉米的生长状况,基于玉米生长状况的差异识别半干旱沙区的不稳定耕地。结果表明,丰水型、偏丰水型、平水型、偏欠水型、欠水型年份所占比例分别为8.82%、32.35%、17.65%、29.41%、11.77%,反映出科左后旗玉米生长期降水波动大。偏欠水型(2001年)、平水型(2013年)、偏丰水型(2008年、2012年)玉米生长期耕地NDVI指数的加和(NDVI_(sum))分别主要分布在[4,4.5]、[4.5,5.5]、[4,5],表明不同降水型下玉米生长状况差异较大,种植业生产存在很大的不稳定性,且干旱对种植业的影响大于沥涝对种植业的影响。根据不同降水型玉米生长差异,将耕地类型划分为极不稳定、不稳定、相对稳定、稳定4种类型,极不稳定与不稳定耕地面积分别为68.75、33918.75 hm~2。基于以上研究结果,认为半干旱沙区应在地形低洼处修建集雨、储水设施,以避免沥涝对种植业造成影响;极不稳定耕地与不稳定耕地应当进行退耕以恢复半干旱沙区生态。     

1990-2010年青岛地区热环境与土地利用变化的时空关系

[目的]揭示青岛地区热环境与土地利用变化的时空关系,为青岛市环境规划与管理提供依据。[方法]利用Landsat TM/ETM+数据反演青岛地区的地表温度,解译出土地利用类型,比较不同土地利用类型的温度均值及标准差,计算热环境影响指数,分析GIS重心轨迹。[结果]1990—2010年,城乡、工矿、居民用地和未利用土地的地表温度最高,水域最低;耕地的热效应贡献度最大;未利用土地和城乡、工矿、居民用地温度超过平均温度的地块较多;耕地类型中高于平均温度的地块占区域总面积的比重较大;城乡、工矿、居民用地中高于平均温度的地块占区域总面积的比重随时间明显增大;1990—2010年热岛重心一直向东北方向迁移,其中2000—2010年热岛重心迁移方向与城市重心迁移方向一致。[结论]青岛地区热环境与土地利用变化具有密切的关系,城市扩展逐渐成为热岛效应形成的主要原因。     

地块尺度的山区耕地精准提取方法

山地丘陵区域耕地资源稀缺,耕地碎片化现象严重,耕地地块细小狭窄且结构复杂,导致了地块级别的耕地信息难以快速、精准获取,阻碍了基于高分辨率遥感影像的精准数字农业服务在山地丘陵地区的应用。现有基于边缘检测/语义分割的耕地提取方法忽略了地块的结构化特征,对于狭长地块提取效果不佳,存在边界模糊问题。针对上述问题,该研究以西南山区湖南省邵东县为研究区,提出一种面向地块尺度的山区耕地遥感影像高精度提取方法。该研究模型主要有以下特征：1）将耕地边缘作为独立于耕地地块外的新类别,使得语义分割能够更好地区分耕地地块边缘和内部区域;2）级联语义分割网络和边缘检测网络,实现耕地边缘线特征和面特征的融合,使耕地边缘特征强化,提高耕地地块边缘检测精度;3）针对高分影像中耕地边缘像素远少于耕地内部像素问题,借助聚焦训练方法,使模型在训练过程中更加关注边缘像素,提高边缘检测精度。试验结果证明,该研究提出的方法在测试集上分类准确率和交并比分别为92.91%和82.84%,相比基准方法分别提升4.28%和8.01%。该研究所提取的耕地地块相比于现有方法更符合耕地的实际分布形态,为地块尺度的耕地信息精准提取提供了实用化方法。     

基于生态生产生活视角的北方农牧交错区土地宜耕性评价

北方农牧交错区是中国生态脆弱地区,土地荒漠化问题突出,土地利用是导致土地荒漠化的主要原因。生态文明建设背景下,研究该区域土地宜耕性对促进该地区生态环境保护和土地资源科学利用具有重要意义。该文以位于北方农牧交错区的科尔沁左翼后旗为例,基于生态、生产、生活的视角,构建评价指标体系对土地宜耕性进行评价,表明,现状耕地中不适宜耕作的耕地面积为15 996.87 hm~2,占耕地总面积的5.339%,因生态、生产、生活因素使得耕地不适宜耕作的面积分别为7 519.23、9 337.23、6 039.99 hm~2。建议在退耕还林工程中优先对该部分耕地进行退耕。适宜耕作的草地面积为197 195.94 hm~2,占草地总面积的32.18%,即有三分之一左右的草地可以开发利用为耕地。但是,从土壤适宜性和地形条件两方面对适宜耕作的草地进行分析,揭示出适宜耕作的优质草地面积比例很小。为避免土地开发利用导致农牧交错区生态环境的破坏和荒漠化的扩张,建议在跨省域耕地占补平衡中应当优先开发利用质量较高的耕地后备资源,且需始终坚持国家统筹。     

基于GIS的浙江省土地利用/覆盖与地表温度的关系

利用MODIS数据的分裂窗算法,获取了浙江省各地2008年一整年的地表温度数据,综合利用遥感、地理信息系统(GIS)技术,研究了地表温度的时空分布特征、地表温度与不同土地覆盖类型间的关系以及地表温度与归一化差值植被指数(NDVI)的定量关系。结果表明:①地表温度在空间分布的高度异质性,一方面是由区域内海拔高度差异较大造成的,另一方面与下垫面类型有关;②不同土地覆盖类型间地表温度的月季变化趋势基本一致,但各类别间的地表温度高低存在显著差异,年平均地表温度总体表现为建设用地耕地林地水体;③植被对地表温度的影响受下垫面类型的制约,分析夏季NDVI与地表温度的关系可见,林地、耕地和建设用地的NDVI与地表温度呈显著负相关;水体的NDVI与地表温度呈正相关。研究结果可为当地高温热浪、低温冻害等灾害的动态监测提供新的途径,具有重要的应用价值,对政府土地合理规划和利用及防灾减灾具有重要指导意义。     

塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地生长季的小气候特征

利用小气候观测资料,分析了塔里木沙漠腹地人工灌溉林地小气候特征及其影响因素,并与林地外原始流沙地进行了对比.结果表明,人工灌溉林地具有调节地表温度和贴地层气温,缩小温差,提高大气湿度等重要生态作用.人工灌溉林地地表温度与流沙地差异极显著,白天林地的地表温度低于流沙地而夜间相反,林地土壤温度的日较差比流沙地低18.26℃;在09:00-15:00期间,林地的气温高于流沙地,平均温度高1.44℃,其它时段,林地的气温低于流沙地,平均温度低3.22℃;两者之间温差夜间大于白昼,林地的气温日较差较流沙地高4.41℃.全天林地绝对湿度和相对湿度均大于流沙地.不同树种的林地温湿度存在差别,但是差异不显著.不同覆盖度林地地表温度、空气温湿度都表现出不同的特征.研究结果对于进一步探讨极端干旱条件下人工灌溉林地近地层物质和能量交换具有重要意义.     

半干旱沙区土类/亚类的遥感调查制图方法

传统土壤调查制图存在低时效性、低精度等问题。为了解决半干旱沙区土壤遥感调查制图问题,该文以科尔沁左翼后旗为例,基于野外实地调查和专家知识分析了半干旱沙区土壤类型分布特征与环境因素之间的关系,并探讨了基于多时相Landsat8 OLI影像数据的半干旱沙区土类/亚类遥感调查制图方法。结果表明:利用多时相Landsat8 OLI影像数据提取的归一化差异水体指数(modified normalized difference water index,MNDWI)、盐分指数(salt index,SI)、归一化差异湿度指数(normalized difference moisture index,NDMI)、归一化差异植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)等环境信息,可实现对沼泽土、盐碱土、草甸土、风沙土及其亚类等半干旱沙区主要土壤类型的遥感调查制图。应用本文提出的半干旱区土类/亚类遥感调查制图方法对科左后旗进行土壤遥感调查制图和精度验证,总体精度约为72.84%,Kappa系数为0.667 8。该方法可为半干旱沙区数字土壤调查制图提供思路和参考。     

松原市沙区土地利用变化及其对土地沙化的影响研究

利用1988年,2000年的遥感图像数据,求得吉林省松原市沙区土地利用变化的转移矩阵,根据计算结果,分析探讨了松原市沙区监测期间土地利用变化特征及区域差异。结果表明:松原市沙区土地利用变化显著,耕地、林地大幅度增加,草地与未利用地减少且空间差异明显,土地利用变化的主要驱动力是人口增长和土地收益高低。在此基础上探讨了土地利用变化方向对该区土地沙化演化的影响,研究表明:耕地向草地和林地的转移有利于沙化的逆转,林地向草地和耕地转移会使沙化进一步发展。     

黄土沟壑区采煤塌陷地不同土地利用类型土壤性质损害特征

  目的  探究半干旱榆神府矿区采煤塌陷地不同土地利用类型地表土壤损害程度和机理。  方法  选择榆神府矿区黄土沟壑地貌下林地、耕地、园地和草地4种不同土地利用类型,分析地表塌陷前后土壤物理、化学和生物学性质的变化特征,通过主成分分析和排序探讨采煤塌陷对不同土地利用类型土壤性质的影响。  结果  4种土地利用类型地表塌陷1 ~ 2年内土壤性质均朝着水分、养分减小的方向发展,但不同土地利用类型塌陷地土壤损害特征具有明显差异,其中草地的土壤机械组成和养分含量、林地的速效养分特征、园地的砂粒含量各自变化较显著;土壤机械组成、有机质和水分含量是影响榆神府矿区土壤质量变化的关键因子;在矿区损害地土壤系统修复过程中,除必要的塌陷地充填外,草地还需采取人工施肥、补水和微地形改造等措施,林地还需施加氮磷肥辅以相应的微生物菌剂,园地和耕地损害较小可减小人工干预。  结论  半干旱或干旱区煤炭开采塌陷地在生态修复过程中,针对不同土地利用类型土壤损害程度与成因采取对应的恢复措施,有利于矿区生态环境高效和高质量恢复。     

基于多光谱遥感的耕地等别识别评价因素研究

为了判断应用遥感技术进行耕地质量识别的可行性,该文以多光谱遥感影像为数据源,采用遥感技术提取耕地质量影响因素,进行耕地质量遥感识别评价。通过建立反演模型和实地验证,有机质含量、地形坡度与表层土壤质地可以利用遥感影像有效获取;灌溉和排水因素理论上可以通过遥感影像识别,但资料获取较困难,可通过专题图和影像解译相结合的方法获取;剖面构型、障碍层次和土壤酸碱度等因素通过遥感识别的准确度较低。以自然等指数作为遥感识别评价成果,利用已有农用地分等成果对其进行验证,结果表明,在误差范围[7%,7%]内二者具有高度一致性,因此基于多光谱遥感进行耕地质量识别评价具有一定的可行性。该研究可为耕地等别评价因素识别、耕地质量评价和动态监测提供参考。     

基于多尺度分形特征的ETM+影像耕地提取

耕地是重要的农业资源,如何利用经济可行的遥感技术快速准确地提取耕地已成为研究的热点和难点。以北京密云县为研究区,建立了基于多尺度分形特征的ETM+遥感影像提取耕地的方法：将计算表面分形维的双层地毯法用于计算每一个像元的上分形信号和下分形信号,并对上分形信号和下分形信号进行耕地特征分析;选用下分形信号的第3尺度和第4尺度做差值处理进一步增强耕地信息,利用简单的图像分割提取出密云县耕地信息的空间分布;基于ArcGIS的空间分析利用密云县同期的土地利用现状图进行耕地信息提取精度评价。结果表明,全县耕地总面积精度达到91.0%,全县耕地点位匹配精度达71.8%;耕地中的旱地提取精度较差,而耕地中的水浇地和菜地提取精度较高,点位匹配精度可以达到86.6%。该方法可快速有效地提取出耕地信息,也可供以后耕地信息的相关研究参考。     

三峡库区耕地城镇化及城镇扩展测度

根据1975、1987、1995、2000和2005年的遥感影像解译出的城镇用地数据,分析了城镇扩展过程中耕地占用的规律,采用城镇用地扩展强度、城镇用地扩展极核、城镇用地扩展类型、城镇用地扩展紧凑度、城镇用地分维数等理论模型从数量上对研究区城镇用地的扩展进行了对比分析,然后采用缓冲区分析从空间上对研究区在不同缓冲区带内的扩展轨迹开展了对比分析。研究结果表明耕地占用较多的是重庆市区、渝北区;受重庆市区和渝北区生长极核的影响,邻近区县的扩展强度比较大;总的来看其扩展平稳有序,属紧凑填充式;缓冲区分析对城镇扩展的轨迹研究是有效的,在研究区的第二缓冲带内的城镇扩展的强度是较大的。对研究区1975～2005年期间城镇用地对耕地占用情况及扩展的空间模式的分析,有利于控制未来城镇化对耕地的占用,把握城市化进程所处的阶段及预测城市的未来发展趋势。     

近30年西藏耕地面积时空变化特征

耕地对保障粮食安全、促进社会经济发展起着至关重要的作用。西藏生态环境脆弱,深入了解西藏耕地分布及其变化过程,可以为指导西藏农业发展、保障生态安全提供参考。本研究以4期遥感资料为数据源,采用土地利用动态度、土地利用区位指数和土地区域差异模型,对1980-2010年西藏耕地面积时空变化特征进行研究。结果表明:1)近30 a西藏耕地面积总体呈增长趋势,从3 252 km2增加到3 703 km2,占西藏土地总面积的比例从0.27%上升到0.31%,年变化量15.37 km2,年变化率0.46%。2)西藏耕地主要分布在日喀则、拉萨、山南、昌都4个地区,海拔3 800~4 200 m之间,28°~30°N地区,其中拉萨、海拔3 800~4 000 m、28°~29°N是耕地最为集中的地区。3)近30 a西藏耕地相对增加较快的是昌都地区、海拔3 200 m以下和4 200 m以上地区、30°~33°N地带,西藏耕地的变化表现出向高、低海拔地区、纬度较高地区扩展的趋势。近30 a西藏耕地的时空变化特征是气候等自然地理条件与人类活动综合作用的结果。     

耕地"非农化"遥感解译样本分类体系及应用

了解耕地"非农化"的时空格局及其演变过程，是合理制定土地利用政策的重要依据；卫星遥感具有大范围的时空监测能力，基于遥感影像进行耕地监测，极为高效。针对耕地"非农化"类型复杂多样、"非农化"遥感监测分类体系缺乏的问题，该研究提出了耕地"非农化"遥感解译样本分类体系，进而构建耕地"非农化"遥感解译样本库。针对样本采集效率低、质量差的问题，该研究提出了一种基于地理国情监测成果的快速样本采集方法，用于快速获取高精度、高可靠性的"非农化"遥感解译样本。为验证方法的可行性和有效性，选取湖北省范围作为研究区域，利用该研究所提出的耕地"非农化"样本体系和样本采集方法，采集了覆盖平原、丘陵、山地、高山等地形的9类样本，并形成了深度学习模型训练的样本库；选择EfficientNet深度学习网络提取湖北省耕地"非农业"空间分布。结果表明：1）基于地理国情监测成果的样本采集方法可以极大地利用地理国情监测数据空间、属性精度高的特点，快速、精确定位变化样本。2）依据分类体系采集的样本用于模型优化后，样本数量超过5 000时，模型精度有明显提高。在验证区域，采用目视解译和外业核查点的方式进行精度验证，其正检率分别为67.0%和76.5%，召回率分别为77.9%和76.5%。3）利用样本体系训练构建的网络模型相较于全要素样本训练模型，精度有显著提高，5个核查区正检率均提高20个百分点以上。因此，该研究提出的方法可以提高耕地"非农化"遥感监测的效率和精度，可适用于区域尺度的耕地遥感季度监测。     

鲁中南山丘区耕地地力的遥感反演模型与应用

耕地地力是耕地生产能力的重要表征，地力的遥感快速准确反演是耕地资源利用管理的客观需求。该研究针对鲁中南山丘区，选择东平县和滕州市2个代表性县市，利用东平县的TM影像构建与筛选光谱指标，通过经典统计分析（一元线性回归、曲线回归、多元逐步线性回归）和机器学习（BP神经网络、极限学习机）方法构建与优选反演模型，进而在滕州市进行模型的验证和应用，同时对不同时相的反演模型进行了比较分析。结果表明：5类光谱指标与耕地地力综合指数均有显著的相关性，其中改进型光谱指数的r均大于0.684，能更好的反映耕地地力状况；最佳反演模型为经典统计分析方法中的IIG-MLSR 模型（Rv2=0.684，RMSE=5.674）和机器学习算法的IIG-BPNN模型（Rv2=0.746，RMSE=5.089）；模型在山丘区具有较好的普适性，地力反演与评价的结果具有相似的空间分布特征、相近的耕地面积比例和较高的空间契合度。其中2个最佳模型的高中低3级耕地的面积比例差普遍低于5.55%，空间契合度分别为84.50%和88.76%；模型动态反演分析结果显示，2007-2016年滕州市耕地地力不断提升，高级地由67.30%增加至80.72%；不同时相模型比较结果显示，多时相遥感反演耕地地力具备可行性，4月份冬小麦返青拔节期是反演的最佳时相，10月份裸土时相次之，8月份夏玉米时相最差。该研究提出了山丘区耕地地力快速定量遥感反演的有效方法，对完善遥感反演指标与模型，提高评价效率有参考价值。     

中国黑钙土地区土地整理方法探讨

黑钙十具有较高肥力,但十地利用方式与自然条件(坡度、气候等)的限制会使黑钙土地区存在一定程度的土壤侵蚀与退化,通过土地整理增强其水土保持能力与耕地生产力.该文将GIS与遥感影像引入土地整理,根据研究区土壤特性与地理要素,通过运用GIS软件并结合模拟分析方法,探讨适宜于黑钙土地区耕地整理中田、水、路、林的设计方法.研究结果:黑钙土地区土地平整应依据实际生产方式与土壤特性采取修改局部地形面方法;农田水利设施需采用喷灌系统进行节水灌溉;田间道路设计须根据实地条件与生产方式最人限度节约耕地;营造防护林以减缓有害风;注重培肥地力、改变耕作方式以改良土壤.研究结论:黑钙土地区耕地整理应针对侵蚀区域进行局部平整,避免大规模表土搬运与平整,同时采用喷灌设施,改善生态环境,并注重土壤改良,保持黑钙土肥力.     

土库曼斯坦典型绿洲土地利用格局变化的地表热环境响应研究

基于遥感和GIS,选择两期遥感影像,对土库曼斯坦穆尔加布—捷詹绿洲的土地利用及其地表热环境的变化进行分析,探讨了不同土地利用类型的空间格局对绿洲热环境的影响。结果表明:2001—2011年间,研究区土地利用变化最显著的特征是耕地的扩大和其他用地的减少,耕地从2001年的4.84×10⁵ hm²增加到2011年的5.82×10⁵ hm²,其他用地从2001年的5.00×10⁶ hm²减少到2011年的3.88×10⁵ hm²;不同土地利用类型上的地表温度具有明显差异,各土地利用类型地表温度平均值排序为:沙地 > 其他用地 > 盐碱地 > 耕地 > 林地 > 草地 > 水域;以耕地为突出特征的土地利用变化影响区域热效应的效果较为显著,具体表现为绿洲热环境效应减弱,冷岛效应增强。     

基于高分辨率遥感影像的土地整理区农用井识别

农用井等小地物识别是土地整理遥感监测的重要内容之一。针对目前相关系数模板匹配方法效率低的缺点,该文提出一种基于土地整理规划图约束下的灰度归一化相关系数模板匹配方法,对整理区农用井进行识别。选择北京市顺义区赵全营土地整理区2006年QuickBird遥感影像作为基础数据,以TITAN IMAGE二次开发平台作为算法实现环境进行试验。结果表明,该方法在选择合适的农用井模板影像和归一化相关系数阈值后,识别准确率可达88.8%,验证了该文提出的土地整理区农用井遥感识别算法的可行性,同时为土地整理区其他小地物识别提供了一种有效途径。     

基于RS和GIS的西昌市土地利用及景观格局变化

为了解西昌市土地利用及景观格局时空变化特征,以3期遥感影像（1989年TM、1998年ETM和2008年ASTER）为数据源像,利用RS、GIS技术和景观生态学方法,对研究区1989－2008年土地利用和景观格局时空变化特征进行分析研究。结果表明,研究区景观要素类型以林地、草地和耕地为主,其中林地面积最大,占50%以上。近20年来,耕地、草地、未利用地和水域面积持续减少,其中耕地减少幅度最大,减少了20.01%;建设用地和林地显著增加,分别增加4?861.31和7?609.46 hm2,其中建设用地增加了64.55%。景观要素明显变化的区域主要集中在地势低平,工、农业集中,人地矛盾异常突出的中部安宁河谷和东部邛海盆地。由于人类活动的干预,研究区景观要素类型相互转化较为频繁,主要表现为耕地转为建设用地和林地,草地转为林地和耕地,未利用地转为耕地和草地,水域转为耕地和建设用地。1989－2008年研究区多样性指数和均匀度指数分别从1.323和0.738下降到1.256和0.701,优势度从0.469上升到0.536,表明景观异质性程度有所降低。