微观尺度分析挠力河流域耕地利用水土资源匹配时空动态

该文基于供给与需求视角,构建了微观尺度下的水土资源匹配指数测算模型,在综合考虑区域气候和水资源变化、耕地利用结构调整、作物各生育期需水量差异等因素基础上,研究2000—2015年挠力河流域作物全生育期和各生育期耕地利用水土资源匹配的时空动态。结果表明:除作物生育前期需水量围绕2.92×10~9 m~3上下波动和作物生育后期耕地利用水资源有效供给量波动降低外,作物全生育期和各生育期需水量和水资源有效供给量均呈增长态势。作物全生育期耕地利用水土资源匹配程度总体较低,其指数主要分布在0.45以下,但呈现出升高趋势且差异化增强。作物各生育期耕地利用水土资源匹配指数变化复杂,以2010年为界,表现出明显的阶段性特征;作物需水量、水资源有效供给量和水土资源匹配指数均呈现出其高值区由流域中游东部向流域中游西部和流域下游转移并扩张的空间动态特征。研究可为挠力河流域耕地利用水土资源高效利用提供参考。     

水田化进程下挠力河流域耕地时空变化特征

以三江平原腹地挠力河流域为研究区,基于1990年、2002年、2013年3期遥感数据分析了该地区水田化进程中耕地时空变化特征,为耕地资源的利用与开发提供依据。结果表明:20多年间流域耕地呈现不稳定增长态势,旱地和水田的变化趋势与耕地综合变化趋势不完全一致;1990—2002年旱地变化幅度小,水田变化幅度大,2002—2013年旱地面积比例由44.57%下降至42.24%,水田继续保持增长趋势,但增长速度明显放缓;耕地转入上,流域耕地子类型的内部转换发生明显。旱地主要转入用地类型为未利用地、水田和林地,水田主要转入用地类型为旱地。耕地转出上,1990—2002年流域的旱地水田流出以耕地内部转换为主,2002—2013年旱地和水田的转出与1990—2002年转换趋势基本保持一致。     

挠力河流域水土资源平衡及耕地合理利用规模特征

水土资源平衡是耕地合理开发与利用的前提,为定量评估粮食主产区水土资源平衡关系,促进耕地可持续利用,该研究提出以水定地的耕地配置模式,并以三江平原腹地的挠力河流域为研究区,在多源水土信息数据支持下,依据农田土壤水分平衡原理构建水土资源平衡模型,以评估水土资源平衡态势,进而揭示该流域耕地合理利用规模特征.结果表明:1)...     

三江平原挠力河流域主要作物水分盈亏时空变化特征

明确中国粮食生产基地主要作物种植条件下的水分盈亏条件,有利于区域灌溉策略制定及保障国家粮食安全。该研究基于MODIS遥感数据和常规气象数据,运用Priestley-Taylor公式以及作物水分盈亏指数,以三江平原腹地的挠力河流域为研究区,揭示2000年以来该流域主要作物（中稻、春小麦和春玉米）的水分盈亏时空变化特征。结果表明：1）挠力河流域潜在蒸散量由2000年的910.25 mm增至2015年的964.04 mm,各作物需水量整体呈现不同幅度的上升态势;2）各作物表现出不同的水分盈亏特点。中稻水分亏缺明显,缺水量由东北向西南递增,天然降水不能满足其水分需求。春小麦水分亏缺程度低,灌溉需求量在空间上变化较小。春玉米多处于轻度缺水状态,且西北部的缺水量小于东南部;3）流域境内的中稻多处于轻旱状态,2000-2015年干旱区持续扩张,面积增长幅度达到143.46%。对于旱作物而言,春小麦的缺水量尚未达到轻旱的标准,而春玉米的轻旱区面积往复变化,2000-2015年间面积减少了79.90%。作物种植结构的快速变化,使得中稻种植区迅速扩张,加剧了该流域的水分亏缺态势,而春小麦和春玉米的种植区变化未对水分盈亏态势造成显著影响。研究可为挠力河流域的农业结构调整与农田灌溉措施制定提供支持。     

基于灰色系统理论的挠力河流域净耕地面积预测

[目的] 研究如何精准提取净耕地利用信息,为农田管理与耕地科学利用提供理论支持。[方法] 基于灰色系统理论提出净耕地预测思路,以典型粮食产区挠力河流域为研究区,在土地利用变更调查数据支持下,运用净耕地系数、突变检测模型、灰色动态模型（GM）等数理模型,提取并验证净耕地（包括旱地和水田）利用信息。[结果] 挠力河流域土地利用斑块面积变化表现出显著的“灰色”特征,对20 hm²等额面积区间的非旱地和非水田斑块面积累加处理,可增强数据列的规律性特征;GM （1,1）灰色系统模型和多项式预测方法均可较为准确地提取非旱地和非水田面积信息。2018年,挠力河流域旱地和水田的净面积分别是1.06×10⁶ hm²和3.87×10⁵ hm²,对应的净系数为97.65%和98.07%。[结论] 耕地斑块面积变化具有灰色特征,可采用灰色系统理论进行净耕地面积预测。     

盖孜河流域土地利用变化分析

根据2000年和2009年两期土地利用数据,应用GIS空间分析和数理统计方法.分析了盖孜河流域2000年和2009年土地利用现状,研究了2000～2009年间盖孜河流域土地利用的变化,揭示了该流域各类土地利用数量变化的幅度、速度以及空间变化的方向,阐明了该流域土地利用变化的特点.同时,建议加强盖孜河流域水资源的设施建设...     

拉林河流域土地利用变化及其生态环境效应分析

拉林河为松花江的一级支流,发源于张广才岭山脉的老爷岭,流域内土地肥沃、人口密集,是国家重要的商品粮生产基地。基于TM卫星遥感数据及调查资料,对拉林河流域1976-2015年土地利用时空变化特征及其生态效应进行了研究,结果表明:随着流域人口的增加和经济的发展,流域内耕地面积和建设用地面积不断增加,林地、草地、水域、未利用地面积趋于减少;耕地是拉林河流域最主要的土地利用类型,林地、草地转为耕地是其最主要的土地利用转变类型;1976-2015年整个流域景观斑块数量呈现减少趋势,景观破碎度逐渐降低,集中分布的趋向性愈加明显。拉林河流域的土地利用变化导致了诸多环境问题,如土壤侵蚀加剧、水资源短缺、水质恶化、湿地面积萎缩、生态功能下降等,使流域生态环境更加趋于脆弱。     

1990－2013年东北地区耕地时空变化遥感分析

为揭示1990－2013年东北地区耕地变化规律,以Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像为数据源,采用面向对象与目视解译相结合的分类方法,提取东北地区1990年、2000年和2013年耕地信息,辅以气候、地形、社会经济等数据,分析耕地时空变化特征及其驱动因素。结果表明：面向对象分类与目视解译相结合的方法能够快速、准确地完成耕地空间分布信息提取,总体分类精度达93%以上;2013年东北地区现有耕地4.17×105 km2,占东北地区土地总面积的33.51%,其中旱田比例为86.24%;1990－2013年耕地总量增加,2000－2013年比1990－2000年耕地增加速度减小,空间上,耕地呈现南减北增的趋势,新增耕地重心逐渐北移,建设用地侵占耕地速度加快,以省会城市为中心,向东北部蔓延;对湿地、林地、草地开垦减弱,对裸地和海面的农业开发增强,退耕还湿、还草、还林效果明显,耕地变化活跃区处于年降水量在500～700 mm、年均气温在2～4℃、坡度小于3°、高程小于200 m的地理环境中;旱田改为水田规模扩大,旱田质心变化不显著,水田质心向东北移207.41 km。23 a间,虽然气候变化对东北地区耕地变化有一定影响,但政策调控、经济发展、科技进步、人口增长、城市扩张等人文因素仍然是耕地变化和时空分异特征的主要驱动因素。农业发展转型、提高单位面积产量和劳动生产效率,将是未来东北地区耕地发展的必由之路。     

1970—2019年大汶河流域降雨侵蚀力时空变化分析

研究大汶河流域降雨侵蚀力(R)对土壤侵蚀的影响,可为流域水保工作提供科学依据。以大汶河流域6个雨量站1970—2019年逐日降雨数据为基础,通过Mann-kendall趋势检验和突变检验、累积距平、小波分析、逆距离加权插值和泰森多边形等多种方法分析了大汶河流域降雨侵蚀力的时间与空间的分布特征。结果表明:大汶河流域1970—2019年年均降雨侵蚀力范围为1 310.84～6 721.53 MJ·mm/(hm²·h·a),均值为3 808.83 MJ·mm/(hm²·h·a),年际变化比较剧烈且呈微弱下降趋势,存在着4～7 a,8～12 a,17～25 a共3类周期变化,突变年份为1979年; 年内分布集中在6—9月,7月、8月尤为突出,四季的年际变化趋势为先上升后下降再到上升; 空间上整体分布为中部>东部>西部,整个流域降雨侵蚀力的离散程度为东、西部较大,中部较小; 降雨侵蚀力与海拔、降雨量在不同的地区上都有较强的相关性。大汶河流域降雨侵蚀力空间分布差异显著,年际存在周期性且变化显著,年内集中于7月、8月。因此,7月、8月水土流失的预防和控制尤为重要。     

近15年来洮儿河流域土地利用变化研究

流域土地利用/覆盖变化研究是当前全球变化研究的重要内容。通过对1986和2000年洮儿河流域两期Landsat-TM遥感影像资料的解译,在ArcGIS技术的支持下,采用土地利用转移矩阵、土地利用综合指数和重心模型等数学方法,探讨了洮儿河流域近15年来的土地利用变化过程。近15年来,流域内耕地面积明显增加,林地面积明显下降,草地面积略有上升,水域面积略有下降。流域上游林地减少主要转为草地,部分转为耕地,林地重心向流域东南方向漂移;流域中下游草地被大面积垦殖为耕地,并有部分转为林地。草地重心向流域上游西北方向漂移;耕地面积明显增加,重心也明显向流域中游漂移,并有部分耕地转为林地和草地。洮儿河流域土地利用程度逐渐增强,土地利用程度综合指数明显上升,流域开发有加强趋势。     

2001-2020年澜湄流域热带地区土地覆被变化对蒸散发的影响

准确量化土地覆被变化对蒸散发的影响是深刻理解全球变化背景下的水资源响应机理的重要前提。该研究基于土地覆被产品MCD12Q1、蒸散发产品MOD16及涡动相关等数据,通过构建剔除气候变化的动态分析方法,量化了2001-2020年间澜湄流域热带地区土地覆被变化对蒸散发耗水量的动态影响。结果表明：1）MCD12Q1与MOD16在该流域的精度较高,其中MCD12Q1的总体精度为82.3%,MOD16在8 d以及月尺度上的RMSE仅略大于1 mm/d;2）2001-2020年研究区植被整体退化明显,其中森林转变为灌木和灌木转变为农田约占流域变化面积的61.2%;3）2001-2020年期间主要土地覆被变化导致区域蒸散发耗水量减少约278.87亿m3,主要土地覆被变化区气候差异导致蒸散发耗水量增加190.96 亿m3。总体上,澜湄流热带地区植被整体呈现出退化的趋势,主要表现为森林转变为灌木和灌木转变为农田。该地区土地覆被变化区域也使得其近20年内蒸散发耗水量减少,改变了土地覆被变化区域水资源循环过程。以上研究结果可为澜湄流域热带地区水资源安全提供有效监测,对地区土水资源合理配置提供重要的科学参考依据。     

渭河流域蓝绿水对土地利用变化的响应模拟

为深入探讨渭河流域土地利用演变过程对蓝绿水时空变化的影响,该研究基于渭河流域1995、2015年土地利用数据,利用CA-Markov(Cellular Automata-Markov)模型预测渭河流域2035年的土地利用格局;结合SWAT(Soil and Water Assessment Tool)水文模型,设置多种...     

渭河流域径流对土地利用变化的时空响应

为定量分析渭河流域土地利用变化对径流的时空影响,该文基于渭河流域1985年,1995年和2005年3期土地利用数据,分析了流域近20 a的土地利用变化特征,结合SWAT(soil and water assessment tool)水文模型,设置5种土地利用变化情景,研究了流域土地利用变化与年、季径流的响应关系。结果表明,SWAT模型在渭河流域有较好的适用性;耕地、林地和草地为流域主要土地利用类型,面积变化小于10%,但它们在空间上的位置发生了较大转移;流域近20 a土地利用变化对径流影响小于15%;极端土地利用情景下,产流量总体趋势为耕地草地林地。退耕还林对年、季径流的影响程度均为干流大于支流,退耕还草对年径流(干流中游、下游、泾河)和季径流(冬季)的影响程度较大。该研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。     

1990－2018年黄河流域<河南段>土地利用格局时空演变

研究长时间序列的土地利用时空演变规律,对科学推进黄河流域生态保护和社会经济高质量发展具有重要意义。该研究基于1990、2000、2010和2018年土地利用遥感数据,以具有中游和下游双重属性的黄河流域（河南段）为研究对象,利用土地利用变化指数、弦图（Chord Diagram）可视化模型及重心迁移模型,探讨了近30年黄河流域（河南段）土地覆被变化的流量、流向、多样性程度及政策启示。结果表明：1）粮食保障用地（约55%）和生产生活用地（约10%）主要分布在平原地带,生态保育用地（约35%）主要集中在海拔较高的山地。2）1990－2018年间旱地的流出和流入行为均体现出显著的主导性,水田、水域和草地以流出行为为主导,城镇用地、农村居民点和其他建设用地以流入行为为主导。3）中心城市的土地利用变化在整个时期内具有明显的区域带动效应。4）粮食保障用地和生态保育用地的重心均向西迁移且面积呈减少趋势,说明下游平原地带的优质耕地减少且生态系统服务功能在逐步减弱;生产生活用地面积逐年增加,城镇用地重心向东迁移表明下游各城镇的社会经济发展逐渐活跃,农村居民点和其他建设用地重心向西迁移表明中游的人口规模逐渐增大。     

水土保持与耕地资源持续利用

耕地资源持续利用是农业和国民经济发展的基础。我国耕地资源的现状为：人均耕地少、优质耕地少、耕地后备资源少、耕地退化严重、耕地浪费严重和耕地保护措施不力；耕地水土流失范围广、面积大，人为因素是加剧耕地水土流失的根本原因；水土流失导致耕地数量减少、质量下降，严重制约粮食生产的发展；加强水土保持，可防止耕地数量减少、质量下降，且能有效地改善耕地环境状况，是实现耕地资源持续利用的有效措施。     

乌江流域蓝绿水对气候和土地利用变化的响应

为了更深入地研究气候变化和土地利用变化对乌江流域蓝绿水时空分布的影响,该研究采用SWAT（soil and water assessment tool）模型,利用1985—2019年逐日气象数据以及1990年、2000年和2010年土地利用数据,设定多种变化情景,定量分析了蓝水绿水对乌江流域气候和土地利用变化的响应。同时,还利用5个CMIP6（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6）模式集合平均（multi-modal ensemble,MME）以及FLUS（future land-use simulation）模型,预估了乌江流域在2015—2100年间蓝绿水的时空变化。结果表明：1）SWAT模型在乌江流域的校准期和验证期的决定系数（coefficient of determination,R²）分别为0.94、0.87,纳什系数（nash-sutcliffe coefficient,NSE）分别为0.94、0.77,FLUS模型的Kappa系数为0.764,证明其在流域水文模拟和未来土地利用预估方面的可靠性。2）在1985—2014年间,乌江流域的蓝水、绿水都呈现出先增加后减少的趋势。蓝水、绿水均先分别增加了137.3、7.9 mm/a,然后分别减少了127.5、12.7 mm/a。气候变化对蓝水变化的影响贡献占比为99%,对绿水变化的影响贡献占比平均为88%,表明气候变化在蓝水和绿水变化中的主导地位。3）到2040年,城镇用地面积几乎比2010年扩张了近1.5倍。在2015—2100年,无论是在SSP2-4.5还是SSP5-8.5情景下,蓝水、绿水都呈增加趋势。因此未来需要合理规划乌江流域的土地利用,控制城镇化速度。研究结果可为乌江流域合理规划土地利用、实现水资源综合管理提供支持和参考。