祁连山国家级自然保护区土地利用时空变化及与气候因子关系研究

土地利用类型变化是植被变化最直接的表现形式。祁连山是我国西部地区重要的水源涵养区，生态环境比较脆弱，研究区域内土地利用时空变化对区域生态环境保护具有重要意义。本文基于2000—2018年土地利用类型数据，分析祁连山土地利用时空变化特征及影响因子。结果表明：草地、林地、未利用地是研究区主要的土地利用类型，耕地、城乡、工矿居民用地、水域面积较小；2000—2018年间祁连山范围内草地、林地、水域面积增加，未利用地面积减少，且2005—2010年期间土地利用类型变化最为明显；2000—2018年期间祁连山区域草地覆盖度增加，中、高覆盖草地面积增加，低覆盖草地面积较少；2000—2018年土地利用类型变化主要发生在祁连山西部地区，主要为草地与未利用地之间的相互转化。草地变化受降水、相对湿度的影响较大。     

近35年石羊河流域景观格局演变及其驱动因素

景观格局时空演变是土地利用变化最直接的体现,是景观生态学研究的重点和热点。本研究利用1986-2020年4期土地利用/覆被数据,借助ArcGIS和FRAGSTATS软件,采用标准法和移动窗口法计算景观格局指数,分析石羊河流域景观格局时空演变特征,并通过灰色关联度法探讨景观格局变化的主要驱动力。结果表明,近35年石羊河流域的景观结构总体呈现“耕地与建设用地面积明显增加,未利用地面积大量减少,其余景观类型相对平稳”的变化趋势。1986-2010年各景观面积转移相对简单,主要表现为未利用地转为耕地,2010-2020年各景观面积转移变得复杂,主要表现为未利用地转为建设用地及耕地,林地和草地、未利用地和草地之间存在大面积的相互转换。1986-2020年主体景观未利用地及草地的优势度降低,破碎度增强,而耕地及建设用地景观优势度增加,破碎度降低,整体景观趋于多样化、破碎化。灰色关联法分析发现,降水、气温、人口数量和第一产业是石羊河流域景观格局变化的关键驱动因素。研究结果可为研究区土地利用规划和管理、景观生态恢复、保护及可持续发展提供科学依据。     

近25年青海湖流域土地利用变化及其生态系统稳定性评价——以刚察县为例

青海湖流域位于青藏高原高寒区,是全球生态变化的敏感地区之一。在3S技术的基础上,利用土地利用转移矩阵,土地利用动态度模型全面揭示研究区25年的LUCC时空变化特征,并借鉴已构建的景观弹性度指数分析了研究区的景观生态系统稳定性。结果表明,1977~2000年青海湖流域刚察县土地利用类型已经发生了较大变化：生态用地数量逐渐减少,生产用地、退化土地面积不断增加;县内1987~2000年冰川及永久积雪面积减少速率显著上升达7.7%,而裸岩沙地面积增加速率显著上升达0.41%,其他主要类型土地面积变化速率不断减缓;从1977~2000年,刚察县景观弹性度持续增加,维持景观稳定性的能力相对较高,生态系统健康状态也较高。     

基于LUCC的甘肃省农牧交错带生态系统服务价值评估及时空演变特征研究

为理清土地利用变化对生态系统服务价值的影响效应，基于甘肃省农牧交错带2000、2010、2020年3个时期的土地利用/覆盖变化（LUCC）数据，运用改进的当量因子定量评估甘肃省农牧交错带生态系统服务价值，结合空间自相关分析法探究各乡镇级单位生态系统服务价值变化的时空格局演变特征。结果显示：1)2000-2020年甘肃省农牧交错带土地利用类型主要以草地、耕地、林地为主，其中，草地、林地和建设用地面积增加，而耕地和湿地面积减少。2)2000-2020年甘肃省农牧交错带生态系统服务总价值增加了11.2358×108元，调节服务在各时期占主导地位，水文调节和气候调节生态系统服务价值较大，草地和林地在维持水文调节和气候调节服务价值方面作用重大，是维持甘肃省农牧交错带生态系统服务总价值的关键土地利用类型。3）地均生态系统服务价值（ESV）呈较强的空间正相关性，在空间上整体表现为显著的集聚分布格局，高值集聚区和低值集聚区的空间演变保持平稳。研究结果可为甘肃省农牧交错带制定科学合理的生态保护政策、建立生态保护修复的长效机制提供科学依据。     

基于土地利用的内蒙古牧区生态系统服务时空变化(2000-2015)

内蒙古牧区是我国北方生态安全屏障,生态脆弱,近年来开发强度大,土地利用变化明显。本文以内蒙古牧区为研究区,利用遥感地理信息系统和模型模拟的方法,通过2000—2015年土地利用转移矩阵和变化动态分析,了解生态系统服务碳固定、土壤保持演变特征,开展土地利用变化及碳固定、土壤保持评价,为牧区土地资源管理提供科学支撑。结果表明：内蒙古牧区主要的土地利用类型为草地和未利用地;16年间,该地区建筑用地、林地、耕地、盐碱地面积增加,水域、沙漠、草地、未利用地面积减少;土地利用变化从草地向耕地、建筑用地、林地转移,从沙漠、水域向草地转移;全域碳固定和土壤保持均呈增加态势;各土地利用类型提供的碳固定和土壤保持服务,草地占比最大,其次为沙漠和耕地。该区域应注重保护草地、林地,扩大草地面积,治理沙漠区域,优化土地利用结构,提高生态系统服务。     

张家口市土地利用和土壤保持功能的变化特征

为评估张家口市近年来土地利用变化对土壤保持功能的影响,基于USLE模型和GIS空间分析方法,对张家口市2005和2015年两个时期的土地利用类型变化和土壤保持功能进行分析。结果表明:1)张家口市的土地利用类型主要由耕地、林地和草地构成,2005–2015年,该区林地、建设用地面积增长,其他地类面积减少,其中林地面积增长最多,主要来源是草地,且与草地之间有双向流动,而耕地面积减少最多,主要转为建设用地;2)不同土地利用类型的土壤保持能力不同,林地的土壤保持能力优于草地。10年间,林地的土壤保持量增加最多,草地的土壤保持强度提高最多,林地和草地的土壤保持量始终占所有地类的50%以上;3) 10年间张家口市的土壤保持能力得到了较大的提高,且与植被覆盖度的增长关系密切,土壤保持总量增加了1.752×10~7 t。所有区(县)的土壤保持量在10年间均有所增长,蔚县增长最多,桥西区增长量最少;4)土壤保持量空间分布大致呈西北低、东南高的趋势,赤城县保持量最多,桥西区保持量最少。坝下河谷区的土壤保持能力远高于坝上高原区,保持总量始终占全市的80%以上,且10年间增加了1.163×107 t。本研究结果对了解张家口市生态工程实施后的土地利用及土壤保持功能变化有重要意义,同时也为今后进一步加强生态保护和制定土壤侵蚀治理方案等提供科学依据。     

红原县瓦切镇景观格局定量分析

将川西北草原红原县瓦切镇划分为11个景观类型,即人工草地,高寒沼泽草地,亚高山疏林草甸,亚高山草甸草地,高寒草甸草地,亚高山灌丛草甸,林地,集镇及工矿用地,水域与沼泽,沙地,高寒荒漠与裸地等。在此基础上,利用GIS技术和分型理论对各个景观格局特征进行了分析。结果表明:川西北高寒草甸草原的主要斑块类型为草地类型,面积共占该区域面积的71.60%;各个景观组分中高寒草甸草地斑块平均面积最大,破碎化程度最低,而人工草地和沙地斑块平均面积最小,散布于该研究区域,受人类干扰较大。该区景观的面积加权的平均斑块分型指数为1.1592,景观整体的斑块边界褶皱程度较低。总体趋势是该区域土地利用类型较单调,破碎化程度较低,景观异质性不高。     

基于3S技术的天祝县土地利用/土地覆盖变化研究

天祝县土地利用/土地覆盖变化对石羊河流域的环境变化影响很大,研究其变化可为天祝县及石羊河流域可持续发展提供决策依据。基于3S技术,探测了20世纪末天祝县土地利用/土地覆盖变化情况,利用土地利用变化动态度和土地利用转移矩阵分析了变化的特点。主要结果如下:耕地增加较快,主要增长方式是毁林草地和开荒;未利用地转变为林草地在空间分布上很有规律,80%以上分布于4000 m左右的高山顶部。     

基于CCI-LC数据的甘南和川西北地区土地覆盖类型时空动态分布及草地面积变化驱动力研究

土地覆盖变化是评价生态系统健康的关键,并对可持续发展有重要意义。遥感技术是实现快速动态监测大面积土地覆盖变化的有效方法。结合野外实测土地类型数据和Landsat 8 OLI影像,对欧空局全球土地覆盖产品(CCI-LC)在甘南和川西北地区分类精度评价的基础上,分析了研究区1992-2015年土地覆盖类型的时空动态变化特征,并从自然和人为两方面因素出发,研究了该地区草地面积变化的驱动力。结果表明:1)CCI-LC产品在甘南和川西北地区的总体精度为76.79%,在六大土地覆盖类型中(草地、林地、裸地、水体、永久冰雪和人类占用地),草地的用户精度最高(94.88%)。2)在1992-2015年,草地面积整体上呈减少趋势,且在1994-2001年发生了较大的变化,减少了6760.53 km²,动态度为-0.53%·年^-1。3)1992-2000年研究区主要发生草地、林地和人类占用地三者之间的相互转化,其中草地以转出为主;2000-2010年研究区土地覆盖类型的变化多样,草地仍以转出为主,但转出面积较上一时间段大幅度减少;2010-2015年间研究区地物类型的转换关系更加复杂,其中草地以转入为主,转入来源仅为林地和人类占用地。4)农业GDP和牧业GDP是甘南和川西北地区草地面积变化的主要驱动因素,且两者均与草地面积呈负相关关系。提供了一种宏观、快速、低成本分析长时间序列土地覆盖类型动态变化的遥感监测方法。     

元上都遗址土地利用及景观格局变化

草原文化遗址是草原民族文化的灵魂之一,加强对草原文化遗址的保护具有重要的意义。本研究利用地理信息系统(geographic information system,GIS)与遥感(remote sensing,RS)技术以及景观分析软件,选取了单一土地利用动态度、综合土地利用动态度、土地利用转移矩阵及景观格局指数等指标对元上都遗址区域近30年土地利用和景观格局的变化进行分析。结果表明,1)草地是元上都遗址最主要的土地利用类型,在研究时间段内面积波动变化;2)近30年,元上都遗址草地、林地、农田之间相互转化频繁,伴随着景观指标的不断变化;3)2000–2005年综合土地利用动态度最高,林地单一土地利用动态度变化速率最高;4)景观整体比较脆弱,越来越多样化、破碎化,但已逐渐趋于稳定;生态建设工程的大力开展以及农牧民生产方式的不断变化是引起变化的主要原因。维持草原类型的面积和草原景观的稳定性,对元上都遗址的保护具有重要的作用。     

三江源区“黑土滩”次生植被形成的三阶段物种生态位与毒杂草繁殖特征

为了改善和治理青藏高原三江源区"黑土滩",本文利用生态位理论,以青藏高原三江源区"黑土滩"毒杂草次生植被形成三阶段群落特征为基础,分析了群落结构变化及毒杂草植被形成机理,提出了"剩余空间"概念。结果表明：随着"黑土滩"三阶段的演替,可食性牧草重要值降低。株型较小、对资源需求少的莎草科和禾本科物种与株型较大、对资源需求多的大型毒杂草相比,存活株数相对较多,生态位相对较宽。随着草地秃斑面积扩增,相似生活型的宽生态位物种会高度重叠,留出"剩余空间"。具有无性繁殖特征的多年生毒杂草会充分利用"剩余空间",加剧土壤养分分布的不均匀性,增大土壤的空间异质性,从而形成"水热空洞效应"。本文提出了草地恢复可利用毒杂草作为先锋植物占据"剩余空间",再通过人工干预,逐步改良"黑土滩"的治理思路。     

草地资源流转对高寒畜牧业影响的初探——以甘肃省天祝藏族自治县抓喜秀龙乡南泥沟村为例

中共中央十七届三中全会提出了农村土地合理流转问题,为草地畜牧业发展提供了新的发展思路和空间。根据天祝藏族自治县抓喜秀龙乡南泥沟村的草地资源流转现状,分析了草地资源流转的意义和形式,并提出了一些建议。南泥沟村主要存在草地租赁、转包、转让、联户经营、代牧和草地互换等草地流转形式,但由于牧民素质、自然环境和政策方面的原因,使得该地区草地资源流转发展缓慢。针对当地现状,分别从建立生态补偿机制、拓宽就业渠道、加快良种化进程和兽医服务体系建设、建立牧区困难户保障体系、扶持草业龙头企业等方面提出了建议。     

Departures of Rangeland Fractional Component Cover and Land Cover from Landsat-Based Ecological Potential in Wyoming,USA

Monitoring rangelands by identifying the departure of contemporary conditions from long-term ecological potential allows for the disentanglement of natural biophysical gradients driving change from changes associated with land uses and other disturbance types. We developed maps of ecological potential (EP) for shrub, sagebrush (Artemisia spp.), perennial herbaceous, litter, and bare ground fractional cover in Wyoming, USA. EP maps correspond to the potential natural vegetation cover expected by environmental conditions in the absence of anthropogenic and natural disturbance as represented by the greenest and least disturbed period of the Landsat archive. EP was predicted using regression tree models with inputs of soil maps and spectral data associated with the 75th percentile of the Normalized Difference Vegetation Index in the Landsat archive. We trained our EP models with 2015 component cover maps on ecologically intact sites with relatively lower bare ground than expected. We generated departure of vegetation cover by comparing the EP and 2015 fractional cover. The departures represent land cover change from potential land cover and/or within-state changes in 2015. Next, we converted EP and 2015 fractional cover maps into thematic land cover and evaluated departure to determine if it was great enough to result in land cover change. The 2015 conditions showed reduced shrub, sagebrush, litter, and perennial herbaceous cover and increased bare ground relative to EP. Known disturbances, such as energy development, fires, and vegetation treatments, are clearly visible on the departure maps, but not on EP component maps. The most frequent departure from EP land cover was shrubland conversion to grassland. Land cover departures can be explained only in small part by known disturbance, and instead are ostensibly related to climate and land management practices. These drivers result in land cover departures that broadened the ecotone between shrubland and grassland relative to EP.     

基于3S技术的荒漠绿洲土地利用/土地覆被变化特征——以新疆巴里坤县为例

利用1980年土地覆盖数据,1994年和2008年两期Landsat TM遥感影像资料, 采用3S技术研究了新疆巴里坤哈萨克自治县1980－2008年的土地利用/土地覆被变化的特征。结果表明,在过去的28年内巴里坤县居民及工矿用地、耕地和林地持续增加,水域持续减少,草地先减少后增加,整体增加,未利用地先增加后减少,整体减少。1994－2008年较1980－1994年的土地利用类型综合动态度增加,说明土地利用变化速度加快。气候变暖和各类生态工程是巴里坤土地利用/土地覆被变化的主要驱动因素。     

基于CASA模型的甘肃省草地净初级生产力研究

利用基于遥感数据的光能利用模型-CASA模型估算了2005年甘肃草地生态系统NPP,分析了其空间格局,以及地形因素对草地NPP的影响。(1)实测数据与模拟结果对比表明,修正后的CA-SA模型的可操作性强,仅利用地面气象数据和遥感数据就可以对草地生产力进行模拟,模拟效果较好。(2)2005年甘肃省草地NPP总量为3.76×1013g/(m2.a),最高值达790.56g/(m2.a),年均值为139.15g/(m2.a),由西南向东北逐渐减少。(3)草地NPP季节变化非常明显,夏季NPP达到最大值;冬季植被基本停止生长,草地NPP值最低。4)在海拔3 000～3 500m区域、25°～30°坡度以及东坡草地NPP均达到较高水平。     

Soil Degradation Intensity and Spatial Distribution Characteristics of Alpine Grassland in Qinghai Province北大核心CSCD

The evaluation of alpine grassland soil degradation is helpful to grasp the spatial distribution of alpine grassland degradation, and has great significance to maintain grassland ecological security and ensure regional sustainable development. This study evaluated the soil degradation intensity and spatial distribution of alpine grassland in Qinghai Province based on the Improved Revised Universal Soil Loss Equation, and calculated the evaluation index of soil erosion of Alpine Grassland in Qinghai Province from 2005 to 2014, to evaluate the changing trend of soil erosion of alpine grassland. The results showed that the mildly degraded area of alpine grassland in Qinghai Province was 166925 km2, accounting for 39.5% of the total grassland area; the moderately degraded area was 98729 km2, accounting for 23.4% of the total grassland area; the severely degraded area was 949401 km2, accounting for 22.5% of the total grassland area; the extremely severely degraded area was 61787 km2, accounting for 14.6% of the total grassland area in 2014. The overall intensity of soil erosion was centered on the most intense area and radiated to the surrounding area. The main influencing factors included wind erosion, water erosion, and grazing intensity. In addition, the restoration area of soil erosion of alpine grassland in Qinghai Province from 2005 to 2014 was 258495 km2, accounting for 61.2%, which reflects the remarkable achievements of grassland protection in Qinghai Province in recent years. However, the situation of soil degradation of alpine grassland in the middle east of Qinghai Province is still severe, which should be paid great attention by relevant departments. © 2019 Authors. All rights reserved.     

Grassland quality response to climate change in Xinjiang and predicted future trends北大核心CSCD

Grassland is a major vegetation type in Xinjiang Province,and is an important component of carbon source-sink calculations. It is therefore important to ecological management decisions to understand the factors driving changes in grassland quality and likely future trends in those changes. We used geographic information maps to eliminate the interference of human activities and determine changes in grassland status and areas of stable grassland from 1980 to 2020,and analyzed changes in grassland quality and its response to climate change using data such as normalized vegetation index（NDVI）,vegetation net primary productivity（NPP）,and meteorological data,among others. We here estimate changes in grassland quality in Xinjiang and predict grassland quality changes from 2021 to 2040 using the Thornthwaite Memorial model and other models. We found that：1） The grassland quality in Xinjiang was generally increasing,with a statistically significant rate of ongoing increase. The grassland cover and quality in mountainous areas of Xinjiang was high,while that at the desert edge was low. 2）The main driving forces for grassland quality changes in Xinjiang are temperature and precipitation. The correlation between grassland quality and precipitation was positive. Temperatures exceeding a certain limit were found to inhibit grassland quality. Sensitivity to temperature and precipitation decline was found to be greater when vegetation cover was lower. 3）The grassland quality and its temporal and spatial changes in Xinjiang can be reflected by climatic productivity. The lower the grassland cover,the stronger was the link between grassland quality and climate factors. 4）Under currently predicted climate change scenarios,the quality of low-cover grassland will be improved in the future,while the quality of other categories will tend to decrease. This information on grassland quality in Xinjiang and its predicted future trends can assist in formulating ecological protection measures and in other ways,such as compilation of carbon stock inventories. © 2022 Editorial Office of Acta Prataculturae Sinica. All rights reserved.     

基于航空高光谱影像的青海省玛多县高寒草原景观格局特征分析

景观生态学在草地资源管理、生态安全评价方面已得到广泛应用,开展不同尺度的景观格局特征分析对景观生态过程研究十分重要。获取不同覆盖度草地的景观格局特征是青藏高原草地退化等生态系统演变研究的基础工作之一。从高分辨率遥感的角度提取中小尺度上草地景观格局特征,是开展景观格局尺度分析的有益尝试。本研究通过高空间分辨率的PIS航空高光谱影像,分析不同草地类型的光谱特征差异,开展玛多实验区草地类型精细分类,并从景观异质性、景观优势度和景观破碎度3个景观层次,分析米级分辨率下不同覆盖度高寒草原样地的景观格局特征差异,发现高寒草原样地的景观优势度、景观异质性与草地覆盖度分别呈正、负相关,而破碎度指标则随着高寒草原草地覆盖度的降低出现先升高后降低的现象。