山地流域土地利用时空演变的地形梯度特征——以乌江北源为例

地形因子是丘陵山区土地利用空间分布格局的重要影响因素之一,对土地的利用方式和空间格局有着直接作用。以乌江北源2000年、2005年和2010年Landsat TM/ETM遥感影像为数据源,采用高程、坡度、地形位指数3个指标,分析了山地流域土地利用时空演变的地形梯度特征。结果表明:(1)2000—2010年,林地、建设用地和水域用地面积增加,耕地和草地面积减少。土地利用类型以林地和耕地为主,反映了山地流域土地利用结构特点;(2)研究区土地利用类型的地形梯度特征明显。耕地、建设用地、水域用地在低地形梯度上有明显分布优势。林地、未利用地分布优势在高地形梯度上;(3)耕地、建设用地优势分布主要受坡度梯度的影响,高程梯度决定了水域用地的分布,这与其他平原、丘陵地区有所不同。地形因素是山地流域土地利用结构演变的决定性因素,其他社会、经济、人文因素都对该区域土地利用格局的转变起到推动作用。在对山地流域土地开发利用过程中,应兼顾生态效益和社会经济效益,保障河流源区生态经济的持续发展。     

基于GIS的土地利用变化的地形梯度分析——以韶关市大塘镇为例

地形是影响土地利用格局动态分布的因素之一。以韶关市大塘镇为研究区,基于DEM生成坡度图和高度图,利用遥感影像提取2009—2013年土地利用类型,计算研究区高度梯度和坡度梯度的分级指数及地形位指数。结果表明:(1)耕地、水域和园地分级指数和地形位指数逐渐下降,林地逐渐上升,草地、城镇村与工矿用地、交通用地和未利用地的坡度分级指数先上升后下降,高度分级指数多呈先下降后上升,地形位分级指数先下降后上升;(2)城镇村与工矿用地的分级指数和地形位指数数值上升,其余土地利用类型数值均下降,但下降数值较小;(3)除林地外,其他土地利用类型的分级指数和地形位指数均集中于低地形位区间。高度、坡度和地形位对土地利用类型分布格局演变有重要影响,同时城镇化的发展对土地利用类型分布格局演变也有较大影响,但一定程度上遵循分级指数和地形位指数。     

滇池流域土地利用格局变化的地形梯度效应

[目的]分析滇池流域的土地利用变化的总趋势和地形梯度格局及影响因素,为土地利用模式的优化配置和土地资源的可持续发展提供依据。[方法]采用土地利用幅度和动态度分析了土地利用变化的总趋势,从地形因子(地形起伏度、坡度、坡向、地形位)角度用地形分布指数法分析了土地利用的地形梯度格局,用定性分析法分析了地形梯度效应的影响因素。[结果](1)2000—2014年研究区土地利用类型以耕地、林地、草地和建设用地为主,建设用地增速最快,草地减速最快。(2)土地利用在不同地形梯度上有明显的层次分布格局和变化趋势。随着地形梯度的升高,水域、耕地和建设用地、草地和未利用地、林地的优势分布区逐渐升高,分别在最低、低和中低、中低、中高和高地形梯度上占绝对优势;水域、耕地和建设用地(除后两者最低一级梯度)分布指数随之减少,草地和未利用地分布指数变化不明显,林地分布指数则不断增加。(3)土地利用格局变化的地形梯度效应受基础的地形因素、起推动的社会经济因素和宏观调控的政策因素的共同影响。[结论]滇池流域土地利用地形梯度格局变化明显,并受地形、社会经济和政策因素共同影响。     

大清河流域土地利用变化的地形梯度效应分析

地形对于土地利用具有重要制约作用。该研究选取1974-2019年的Landsat影像,从地形起伏度、坡度、地形位等级的角度,分析大清河流域土地利用类型、结构变化在地形梯度上的分布效应,对影响研究区土地利用变化的驱动力进行讨论。结果表明:1)大清河流域土地利用类型分布具有显著的地形梯度。建设用地、耕地与水体在低地形梯度地区分布优势明显,草地的优势分布区在中、高地形梯度地区,林地的优势分布区多集中在高地形梯度区域。2)大清河流域土地利用结构变化类型主要包括保持恒定与后期变化2种。其中保持恒定型以低地形梯度的耕地与高地形梯度的林地为主;后期变化型广泛分布于中高、中低地形梯度地区,建设用地挤占耕地现象愈加严重,耕地的优势分布区向更高的地形梯度区域扩张,因为"退耕还林还草"战略的实施,林地的优势分布区呈现下移趋势,耕地由单向转入演变为双向流转。3)由于人口的增长与降水减少等原因,大清河流域在太行山麓毁林垦荒约4866km~2,后由于城市扩张导致建设用地侵占耕地约3727km~2,"人地矛盾"尖锐、建设用地总体设计不合理、集约化程度不高等问题突出,未来土地政策应根据不同地形梯度因地制宜。     

基于分维模型的台兰河流域土地利用变化研究

以新疆台兰河流域1990年、2000年和2005年土地利用数据为例,将分形理论应用于土地利用空间分布及其变化的研究中,定量分析干旱内陆河流域土地利用空间结构复杂性、稳定性以及各土地利用类型随时间的变化趋势,从而阐述不同土地利用类型的空间分布规律。结果表明:各种土地利用类型都具有空间分形特征,分维数是面积、斑块数量和平均斑块面积等单项指标有机结合的综合表现,是综合表征土地利用变化空间格局的定量指标。1990年、2000年和2005年不同土地利用分维数的排序分别为:水域工矿居民用地耕地草地未利用地林地;水域工矿居民用地草地耕地林地未利用地;水域工矿居民用地草地林地耕地未利用地。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体土地利用分形维值分别为1.5993,1.5986,1.6079,流域土地利用的分维数呈现先减后增的趋势,土地利用空间结构趋于复杂化,土地利用类型有扩张的趋势。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体空间结构稳定性指数分别为0.1720,0.1563,0.1435,说明整个流域土地利用类型的空间结构稳定性逐渐下降。     

黄土高原泾河流域气候和土地利用变化对径流产沙的影响

研究黄土高原流域水沙对气候和土地利用变化的响应机理,对生态调控决策制定及区域水土保持措施优化配置具有重要意义。以黄土高原泾河流域为研究对象,采用Mann-Kendall检验、累积距平和双累积曲线等方法,定量分析了流域近40年降水、径流和输沙的演变规律及土地利用变化特征,探讨了流域气候和土地利用变化对流域水沙量的影响。结果表明:(1)泾河流域径流深和输沙模数年际均呈显著下降趋势,在20世纪80,90年代尤为明显;(2)泾河流域土地利用结构发生了重大变化,具体表现为坡耕地向梯田的转换、耕地向林地草地的转换和沙地裸地向草地灌丛的转换;(3)人类活动影响下的土地利用变化对径流泥沙贡献率分别为82.90%,94.10%,气候因素影响很小。     

秦巴山区土地利用时空格局及地形梯度效应

自然景观的垂直地带性为区域土地利用的垂直景观格局奠定了基础,同时也决定了垂直景观带上土地利用的强度及其变化情况。该文采用地形位指数、分布指数、土地利用程度综合指数和土地利用信息图谱法等,分析了1989-2010年秦巴山区土地利用格局的地形梯度效应和图谱信息,揭示地形控制下土地利用时空格局和土地转移的变化规律。结果表明:1)秦巴山区土地利用以林地和耕地为主,呈西林东耕分布;1989-2010年间林地减少显著,建设用地增加明显,其中耕地是建设用地主要转入来源,林、草地是耕地主要转入来源。2)秦巴山区各生态亚区用地类型差异明显,各生态亚区土地利用转移方向也存在差异性。3)秦巴山区土地利用强度指数呈东高西低,中高周低的态势;土地利用强度变化率稳定少动,增加趋势不明显;土地利用动态度呈中高周低的态势,整体变化不大。4)水域、建设用地和耕地主要集中在地形起伏度小和坡度小的低地形位,且耕地主要转移为其他两种用地类型,建设用地有向中低地形位分布的趋势。林地和草地集中在地形起伏大、坡度陡的中高地形位,且存在着相互转移演替现象,中低地形位往往是耕地、林地、草地间的相互转换,未来势必加强坡耕地和低山丘陵区林草地的管治工作。     

蒙阴县土地利用动态与耕地变化驱动力分析

 基于1987、1997和2007年的TM影像,利用土地利用动态度模型和主成分分析法,对蒙阴县1987—2007年的土地利用时空变化特征及耕地变化驱动力进行研究。结果表明:在时间序列上,20年间该区土地利用结构发生了明显变化,林地、城镇村及工矿交通用地面积增加,耕地等其他用地面积减少;在空间上,各类土地利用变化在呈现明显的区域分异,耕地减少去向被开发为林地和城镇村及工矿交通用地的面积较多;驱动耕地变化的因素是经济总量增长、社会发展和农业发展。研究成果可指导蒙阴县土地利用规划,为其生态环境保护提供参考。     

基于地形特征分异的土地利用分布研究--以珠穆朗玛峰国家级自然保护区为例

为了协调地形特征显著区域的土地利用与生态保护活动,以珠穆朗玛峰国家级自然保护区为例,利用DEM和Landsat OLI数据,研究土地利用在高程、坡度和地形位级上的分布指数,并构建土地利用垂直带谱,进而分析了研究区2017年基于地形特征分异的土地利用分布特点和规律。结果表明:各高程级上地类表现出垂直分布规律,由低到高各主导地类表现为林地、耕地、建设用地-耕地、水域、建设用地-草地、水域、裸地-草地、裸地、冰川及永久积雪-冰川及永久积雪;各坡度级上地类分布较为复杂,随坡度级升高,分布着耕地、水域、建设用地-耕地、草地、裸地、建设用地-耕地、草地、林地、裸地、冰川及永久积雪、建设用地-草地、林地、裸地、冰川及永久积雪-草地、林地、冰川及永久积雪;各地形位级的地类分布呈现出层级性,随地形位级增加,主导地类基本分布规律为水域-耕地、建设用地-耕地、草地、裸地-林地、草地、冰川及永久积雪-林地、冰川及永久积雪。研究区土地利用受地形因子影响较大,不同地形级别上的土地利用以自然地类为主导,分布格局相对稳定,但高原土地利用活动对土地利用结构的形成也产生着深远影响。     

基于Logistic回归模型的土地利用格局模拟分析——以新疆吐鲁番市为例

土地利用/土地覆被变化(LUCC)是当前研究全球变化的重要内容,而区域土地利用格局模型模拟是LUCC研究的核心内容之一.本文采用2005年吐鲁番市土地利用现状图,将其转化为grid格式,将土地利用类型分为:耕地、园地、林地、草地、城镇用地、农村居民点用地、独立工矿用地、未利用地、其他用地.运用Logistic回归分析的方法,选择了对该地区土地利用/覆盖变化有重要贡献的12种驱动因子,在ArcView中进行空间分析,生成驱动力文件,利用SPSS 13.0的Logistic regression功能分析每种驱动力的权重(β值),建立logistic回归模型,并使用ROC方法对所有回归模型的拟合优度进行了检验,采用GIS软件绘制研究区土地利用格局卒间分布的经验统计概率图.ROC检验结果显示,各种土地类型的拟合度分别为:耕地0.934,园地0.915,林地0.858,草地0.793,城镇用地0.999,农村居民点用地0.929,独立工矿用地0.874,未利用地0.816,其他用地0.762.拟和度均大于0.75,拟和度较好.研究结果揭示了居民点、道路、渠系和地形分布等因素对研究地区土地利用格局形成与演变的重要决定作用,这为进一步研究吐鲁番市未来的土地利用动态变化情景奠定了基础,同时也可为该市的土地利用管理提供科学依据.     

黄土丘陵沟壑区小流域土壤水分空间变异性及其影响因素

为了解不同土地利用方式和地形条件下土壤含水率的数量特征及其变异规律,以黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟小流域为研究对象,利用经典统计学方法系统分析了小流域尺度土壤含水率的空间变异性。结果表明:不同土地利用方式下土壤平均含水率之间呈极显著差异,其顺序为:农田>草地>林地>灌木地;土壤含水率在土壤剖面上呈先减小后增大的趋势。地形条件显著影响土壤含水率,其中梯田>沟底>坡地>峁顶;不同坡位土壤含水率的顺序为坡下>坡上>坡中,不同坡向间为阴坡>阳坡。上述土壤含水量的变异程度均为中等。在小流域尺度,土地利用和地形对土壤水分具有显著的交互作用。相关结果可为黄土丘陵沟壑区的土壤水分管理、土地利用结构优化、不同地形条件下的植被布局提供参考。     

水分平衡基础上的小流域水土保持林配置模式探讨

就山西西南部黄土残塬沟壑与丘陵沟壑区小流域水土保持林体系配置问题进行探讨。在遵循以小流域为设计对象单元，针对水土流失影响因子因害设防，层层设防的防护林体系配置的理论基础上，提出从林地和流域的水分平衡出发，小流域防护林体系应采取合理的配置模式、促进天然植被恢复与人工造林促进植被恢复形成合理的林分结构，防护林体系应基于小流域的水分生态环境合理分布，在不同地貌部位的合理配置应遵循不同立地可承载生物量的极限值，适度造林，作到林水平衡，达到合理的植物配置模式和稳定林分结构，形成良性的水文生态环境，保证水土保持功能持续稳定。研究地区试验流域在森林覆盖率达到34％时，分布合理，侵蚀沟在封育状况好时，均可达到产流量小于允许侵蚀量。疏林地、林草间作林地、带状绿篱、未破坏的天然灌木和天然草地，稀疏林地就能够使产沙量小于允许值，并且林地具有较好的水分状况。     

黄土丘陵区天然和人工植被类型对土壤理化性质的影响

不同植被类型对黄土高原土壤质量的改善作用存在较大差异。研究天然和人工植被类型对土壤性状的影响差异对于深入认识黄土高原植被恢复与土壤环境演化的关系,准确评价不同植被恢复模式生态环境效益具有重要意义。该研究以黄土丘陵区燕沟流域为例,选择研究区广泛分布的11种天然和人工植被类型为研究对象,系统分析了该区天然和人工植被类型对土壤性状的影响。结果表明:天然和人工植被类型对土壤性状的影响差异明显。200cm土层土壤含水率大小为农田>天然草地>人工乔木林地>果园>人工灌木林地>天然灌木林地。与农田相比,天然灌木林地和天然草地土壤体积质量降低最为明显,人工乔木林地、人工灌木林地和果园土壤体积质量下降差别不明显。天然灌木林地、天然草地和人工灌木林地土壤有机质、全氮都有明显提高,人工乔木林地和果园土壤有机质和全氮提高不明显。不同植被类型土壤有机质、全氮总体随土层加深呈下降趋势,农田、果园和人工乔木林地土壤有机质和全氮垂直变化较小,而天然灌木林地、天然草地和人工灌木林地变化较大。不同植被类型土壤全磷含量差异较小,且垂直变化不明显。总体看来,天然植被类型对该区土壤性状改善作用优于人工植被类型,而人工灌木林的改善作用优于人工乔木林。     

从土壤的储水能力分析黄土高原的植被建设

土壤水分是黄土高原植被建设的首要限制因子,并受大气降水和土壤质地等因素的影响。对黄土高原大范围内降水、土壤质地、土壤储水能力的区域变化趋势和不同植物正常生长的需水分析,认为黄土高原植被建设的对策是:在半湿润地区,发展乔林兼灌木,农作物以冬小麦为主,搞好耙耱保墒,使降水就地入渗;在半干旱地区,以灌木为主,兼顾乔林,农田以春作为主,争取雨作同步,并修梯田、水平沟等防治水土流失;在干旱地区,发展灌木和半灌木,不具备灌溉条件的农田搞秋作物轮休,争取雨热同步和伏雨春用或修隔坡梯田等发展聚流农业。三个类型区都可以发展草地。     

黄土高原土地利用动态变化及其生态效应

以黄土高原为研究对象，在遥感和GIS技术支持下，分析区域1986-1997年土地利用时空变化，并运用马尔可夫模型对未来土地利用进行预测，采用生态弹性度进行土地利用变化与生态效应研究。结果表明：黄土高原土地利用动态变化显著，相对变化量远远大于绝对变化量；土地利用类型转换非常剧烈，区域1986-1997年修正土地利用动态指数的变化趋势是高覆盖草地〉建设用地〉其他林地〉灌木林地〉水田〉水体〉未利用土地〉有林地〉旱地〉其他草地；土地利用的年均动态变化指数为2．17％，旱地、灌木林地、高覆盖草地、水体、建设用地和未利用土地垂直重心指数上升，水田、其他草地垂直重心指数下降；1986、1997、2008和2019年早地、有林地和其他草地面积一直在微弱减少，水田、高覆盖草地、水域、建设用地、未利用土地在缓慢持续增加，灌木林地和其他林地出现了先增加后少量减少的趋势；1986、1997、2008和2019年生态弹性度分别为5．17、7．30、7．60和7．65，区域生态弹性度整体呈现上升趋势，但上升幅度呈减小趋势。     

黄土高原地区土地覆盖类型的时空格局

[目的] 构建黄土高原地区长时序、高精度的土地覆盖数据集,对该区2001—2020年土地覆盖的时空格局进行分析,并为该地区生态环境保护和可持续发展提供科学依据。[方法] 利用多源、多时期土地覆盖产品和地面特征数据构建训练样本,并使用谷歌地球引擎（Google Earth Engine,GEE）平台和随机森林分类模型生成黄土高原地区土地覆盖（land cover of Loess Plateau,LCLP）数据集。在此基础上,通过空间分析和一元线性回归模型对黄土高原地区土地覆盖类型的时空格局进行分析。[结果] 基于随机森林验证集的结果显示,LCLP产品的总体精度和kappa系数均高于90%。基于独立验证集的精度验证结果显示,LCLP的总体精度较现有产品提高了0.58%～20.23%。同时,耕地、林地、草地、不透水面和裸地的分类精度均得到了提升。[结论] 本研究构建的LCLP数据集分类精度相较于其他产品有了显著提升,适用于反映黄土高原地区土地覆盖的变化。2001—2020年,黄土高原地区耕地和灌木呈现下降趋势,而林地、水体和不透水面呈现为极显著的上升趋势。从土地覆盖的变化情况来看,耕地和草地是其他土地覆盖类型新增的主要来源。     

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。     

黄土高原切沟空间分布特征

在区域尺度研究切沟空间分布特征,对黄土高原切沟防治及黄河中游水土保持工作具有重要意义。研究以系统抽样的方法布设256个小流域抽样单元,基于Google Earth亚米级遥感影像,采用人工目视解译的方法,对黄土高原切沟空间分布特征展开研究,结果表明：(1) 92个抽样单元存在切沟,占抽样单元总数35.94%。黄土高原切沟密度均值为1.47 km/km²,以小切沟为主。切沟长度、宽度、距分水岭距离均值分别为43.53 m, 6.30 m, 71.19 m。(2)黄土高原切沟主要分布在400 mm等降雨量线附近,尤其是延安及其以西至固原一带,榆林及其以北至东胜一带,小切沟分布与切沟总体分布基本一致,大切沟分布相对分散,在天水—定西一带最为突出。(3)黄土高原切沟所在坡面目前土地利用类型主要为草地(48.51%)、耕地(29.76%)、林地(17.27%)。研究可为黄土高原侵蚀沟分区治理规划提供理论依据。     

Land use effects on the dynamics of soil C, N and microbes in the water-wind erosion crisscross region of the northern Loess Plateau, China

The water-wind erosion crisscross region of the northern Loess Plateau in China is under constant pressure from severe erosion due to its windy and dry climate and intensive human activities. Identifying sustainable land use patterns is key to maintaining ecosystem sustainability in the area. Our aim was to appraise the impacts of different land use regimes on the dynamics of soil total organic C (TOC), total N (TN), and microbes in a typical watershed in the northern Loess Plateau to identify suitable land use types that can maintain soil fertility and sustainability. A field experiment was performed in Liudaogou watershed in Shenmu City, Shaanxi Province, China, where the dynamics of soil TOC and TN, microbial biomass C and N, microbial respiration, and net N mineralization in six typical land use types, dam land, rainfed slope land, deciduous broadleaf forest, evergreen coniferous forest, shrubland, and grassland, were measured in three different growing seasons. Land use type and season significantly affected TOC, TN, and the dynamics of microbial biomass and activity. As the most anthropogenically disturbed land use pattern, dam land was an optimal land use pattern for TOC sequestration due to its higher TOC and TN, but lower microbial activity. Soil TOC, TN, and microbial properties demonstrated a decreasing trend after natural grassland was converted to shrubland, forest, and rainfed slope land. Shrubland with exotic N-fixing Korshinsk peashrub (Caragana korshinskii Kom.) can maintain TOC, TN, and microbial properties similar to those in grassland. Soil TOC, NH₄⁺-N, TN, moisture, and extractable C were the principal indexes for soil microbial biomass and activity and explained 88.90% of the total variance. Thus, grassland was the optimal land use pattern in the water-wind erosion crisscross region of the northern Loess Plateau to maintain ecosystem stability and sustainability.     

青海大通退耕还林地林分水分生产力研究

 为了解青海东部黄土高原寒区退耕还林地人工林的水分生产力水平,2001—2003年对青海省大通县退耕还林的人工林进行了群落蒸散测算、标准地生物量调查和解析木分析,并研究了青杨灌木混交林、白桦紫果云杉混交林、华北落叶松纯林、紫果云杉纯林、白桦纯林等11种林分类型退耕还林人工林的林木水分生产力。结果表明:1)3 000株/hm2左右密度的林分是该区较为适宜的造林密度标准;2)在目前的技术经济水平条件下,2 1003333株/hm2密度的青杨灌木混交林成林、白桦纯林、紫果云杉纯林和白桦紫果云杉混交林水分生产效率居所有林分之首,其水分生产力指标可作为该地区常规造林技术条件下乔木成林的水分生产力标准;3)3000株/hm2左右密度的青杨灌木混交林、白桦紫果云杉混交林、紫果云杉纯林和白桦纯林成林的水分生产潜力基本达到了目前当地林木的最大生产能力。表明上述林分类型的造林模式可作为今后退耕还林工程和林业生态工程建设的发展方向。