基于MODIS数据的陕西省植被净初级生产力与实际蒸散的变化关系分析

[目的]分析陕西省植被净初级生产力(NPP)及实际蒸散量(ET),为生态环境中碳循环、水循环特征提供理论支持。[方法]基于美国航天局(NASA)提供的净初级生产力产品(MOD17A3)及蒸散产品(MOD16)数据,利用GIS与数理统计等方法,对陕西省2000—2014年植被NPP与ET的时空分布特征及其关系进行分析。[结果]陕西省植被NPP与ET的分布特征均为南高北低;2000—2014年陕西省植被NPP在波动中呈现上升趋势,其中陕北地区增加最大,陕南地区增加最不显著;陕西省ET年际变化呈波动状态。植被NPP与ET空间相关性较显著,陕北地区相关系数极高,而陕南地区相关性并不显著。[结论]在较为干旱区域植被NPP与ET的关系更为密切。     

张掖市农田生态系统碳源/汇时空分布特征

[目的]探究农田生态系统的碳源/汇状况,为绿洲农田生态系统农作物类型及其种植模式研究提供参考。[方法]利用2001—2010年张掖市主要农作物产量、耕地面积、农作物播种面积及农业投入等数据,根据农田碳吸收、碳排放模型估算各县区农田生态系统的碳吸收、碳排放及碳汇,并分析其时空分布特征。[结果]张掖市各县区碳吸收、碳排放、碳汇强度存在明显的时空差异;同一农作物的碳吸收强度仅与单产量有关,且成正比;经济作物中棉花的单位面积变化量对碳吸收的贡献率最大,粮食作物中大豆的贡献率最大。碳排放量是化肥施用量、农作物种植面积、农业机械总动力及灌溉面积的一次函数,化肥施用量的单位变化量对碳排放的贡献率最大,碳排放量呈逐年增加的趋势;灌溉面积次之,且逐年有降低的趋势;农业机械碳排放所占比例较小,低于碳排放总量的5%。[结论]近10a来张掖市农田生态系统碳吸收总量整体上呈显著增加趋势,碳排放总量呈减小趋势,表明张掖市农田生态系统具有较强的碳汇能力。     

广东省农田生态系统碳源汇效应时空分异及驱动因素

[目的] 探究广东省农田生态系统碳源汇效应时空分异及驱动因素,为广东省科学合理制定区域农业减排固碳措施提供参考。[方法] 采用参数估计法、GIS空间分析等方法定量评估2010—2020年广东省农田生态系统碳源汇效应时空演变规律,并借助LMDI因素分解模型探究农田生态系统碳源汇效应空间分异的驱动因素。[结果] ①广东省农田生态系统碳源汇效应水平维持持续向好发展态势,减排增汇效应逐渐凸显。具体表现为：固碳总量呈波动上升态势,稻谷、甘蔗、蔬菜为主要的碳汇作物;碳排放得到有效控制,减排效应日益显现,稻田种植、农资投入为主要的碳源类型;农田生态系统固碳量增长有效抵消了碳排放增长。②广东省农田生态系统碳源汇效应空间分异明显,总体呈相对集聚分布态势,湛江为主要的高碳源—高碳汇地区,低碳源—低碳汇则主要分布在珠三角地区。③经济因素为农田生态系统碳汇提升的关键驱动因素,结构因素表现出两面性且因地而异,效率因素、劳动力因素则表现为抑制作用。[结论] 广东省农田生态系统碳源汇效应水平稳中向好,但区域分异明显,应结合各地经济、结构、效率、劳动力等因素的驱动效应差异,因地制宜制定农业减排固碳措施。     

上海农田生态系统碳源汇时空格局及其影响因素分析

以1990—2009年上海市农作物产量、农田面积、农业投入等相关统计数据为依据,对上海农田生态系统主要碳源汇进行了测算,分析了上海农田生态系统碳源汇的时空变化特征,并探讨了农田生态系统碳源汇的影响因素。结果表明,1999—2009年上海农田生态系统碳吸收总量总体处于逐步下降趋势,且经济作物和果蔬作物碳吸收比例分别下降和上升明显;碳排放总量则呈逐步下降并趋于稳定的趋势,农用化学品投入是其主要排放源;单位面积碳吸收和排放量则一直处于波动状态。2009年上海各区县农田生态系统碳吸收量、碳排放量和单位耕地面积碳吸收量均为远郊大于近郊,而单位耕地面积碳排放量则为近郊大于远郊。碳源汇影响因素相关性分析表明,碳吸收与粮食作物和经济作物产量显著正相关,而与果蔬作物产量显著负相关;碳排放与农用化学品投入和燃料动力使用以及耕作灌溉管理均显著正相关。     

2000—2019年京津冀地区水源涵养功能时空格局变化及其驱动因素

[目的] 研究京津冀地区水源涵养功能时空格局变化及其驱动因素,为区域协同发展过程中的生态保护和建设工作提供科学支撑。[方法] 基于研究区基础地理数据和相关参数,利用InVEST模型及水源涵养公式,在ArcGIS平台上采用一元线性回归模型、变异系数和土地利用转移矩阵等空间分析法,分析2000—2019年京津冀地区水源涵养功能时空格局变化特征及主要驱动因素。[结果] ①京津冀地区多年平均产水量为1.87×10¹⁰ m³,产水量空间格局为东高西低。②京津冀地区水源涵养量空间格局呈东北—西南燕山、太行山较高,西北—东南坝上高原、河北平原较低。③水源涵养量年际变化较大,多年平均水源涵养量为7.85×10⁹ m³,2002年最低,2012年最高。像元尺度上,2000—2019年水源涵养功能增强区面积大于减弱区,增强区占研究区67.49%,减弱区占研究区32.51%。20 a间水源涵养功能呈“中低波动为主,少数区域波动强烈”的特征,低波动、相对低波动区占93.96%,中等波动、相对高波动和高波动区占6.04%。④京津冀地区水源涵养功能变化主要驱动因素为降水、潜在蒸散发和土地利用变化,典型区水源涵养深度与降水量呈显著正相关,与潜在蒸散发量呈显著负相关。在土地利用变化方面,退耕还林还草等生态工程使林地、草地面积提高,水源涵养能力相对增强;而工矿等建设用地扩展侵占林草、耕地面积,水源涵养能力相对降低。[结论] 京津冀地区水源涵养功能时空格局变化明显,水源涵养功能主要驱动因素是气象因子与土地利用变化。     

湖南省县域农业碳收支时空差异及碳补偿潜力

[目的] 基于碳排放和碳吸收双重视角来探究农业碳收支时空差异和碳补偿潜力，为湖南省农业全面绿色转型和协调发展提供理论参考。[方法] 采用探索性空间数据分析、绝对β收敛、参数对比法和GIS空间分析方法，对湖南省县域农业碳收支时空差异、碳补偿率空间相关性及收敛性特征、农业碳补偿潜力区域差异进行实证分析。[结果] 湖南省县域农业碳排量整体呈“以高值区为中心，向外围逐渐降低”的结构且农田土壤碳排量是其主要来源，县域农业碳排强度呈“西南高，东北低”且逐年显著降低；县域农业碳汇量整体呈“东中北部高，西南部低”的空间格局且其农业碳汇能力渐趋增强。稻谷对农业碳汇量贡献最大，农业碳吸收强度显著提升且其空间格局发生明显转变。县域农业碳补偿率表现为净碳源，存在显著的空间正相关性和收敛性且其空间集聚特征和关联特征均较为明显。县域农业碳补偿潜力在空间上呈现显著不平衡特征，中、高碳补偿县域比例达60.66%，表明湖南省县域农业碳补偿率偏低，仍具有很大碳补偿空间。[结论] 应深入强化区域合作，多方共促绿色转型，充分发挥农业碳补偿率热点区辐射带动效应，维持好农业碳补偿能力较强区域优良低碳农业发展情势，重点关注中、高碳补偿潜力区域绿色农业发展趋势，缩减湖南省各县域低碳农业发展差距。     

山东省农业净碳汇时空演化特征分析

基于农地利用、水稻种植、畜禽养殖、秸秆焚烧4大方面25类主要碳源和17类主要农作物碳汇,测算了山东省2000—2015年及全省17个地级市2000年、2007年、2015年的农业碳排放量和碳汇量,在此基础上计算出农业净碳汇量和净碳汇强度,并对其时空演化特征进行分析。结果表明,2000—2015年间山东省农业净碳汇总量和净碳汇强度均呈上升趋势,分别增长33.05%和39.14%,农业发展的碳效应以碳汇为主,减排增汇效果明显;农业净碳汇量区域差异明显且随时间的变化呈扩大趋势,存在净碳汇量持续增长型、波动增长型、波动下降型和持续下降型4种类型区;农业净碳汇强度区域差异较明显,亦随时间变化呈扩大趋势,存在净碳汇强度持续增长型和波动下降型2种类型区;基于空间分布特征,将各地级市净碳汇量和净碳汇强度分别划分为低、较低、中、较高和高5个等级区,2000—2015年间净碳低汇区空间分布格局相对稳定,其他4个等级区发生了较大幅度的变化,净碳高汇区向鲁西地区集中,净碳较高汇区向鲁东南地区分布;净碳汇强度空间分布格局发生了较大幅度的变化,净碳汇高强度区由鲁中向鲁西和鲁西南地区扩展,净碳汇较高强度区由鲁中向鲁东南地区扩展。     

陕西油松人工林下枯落物层生物量及其碳储量

以我国北方主要造林树种油松(Pinus tabulaeformis)为研究对象,通过对陕西省北部(陕北)、中部(关中)、南部(陕南)不同生物气候区内不同龄阶油松人工林下枯落物量及其碳储量进行调查分析。结果表明:幼龄林阶段后,不同生物气候区人工油松林林下枯落物含碳率在不同林分发育时期无明显规律;不同区域人工油松林下枯落物含碳率表现为陕南地区幼龄林含碳量明显高于陕北地区,其它林龄阶段含碳率也未表现出明显规律。陕北,关中和陕南地区油松林枯落物生物量和碳储量,均随林龄的增大逐渐增大;不同纬度下,中龄林和近熟林下枯落物生物量和碳储量呈陕北>陕南>关中的趋势,并未表现出随纬度降低而减小的趋势。     

鄂豫地区耕地资源变化时空特征及其影响因素

[目的]研究鄂豫35个地市2000—2015年耕地资源利用变化影响因素的空间分异特征,为保护耕地资源及其可持续利用提供管理参考。[方法]基于鄂豫各地市耕地资源统计数据,分析耕地资源相对变化动态;采用地理加权回归(GWR)模型,分析鄂豫地区耕地资源变化影响因素的空间差异特征,并侧重对残差的空间差异进行分析。[结果]①从空间格局看,耕地资源变化减少区主要分布在东部和西南部区域;耕地资源变化平衡区集中分布在中北部区域;耕地资源变化增加区大部分分布在东南部区域。②人口、固定资产投资与农业机械水平在空间上与耕地资源呈正相关;地区生产总值在空间上与耕地资源呈负相关。③残差高值区出现在耕地资源变化的平衡区和增加区,低值区分布在耕地资源变化的减少区和平衡区中相对变化较小的地区。[结论]保护耕地应根据影响因素的空间特征,在不同地区采取相应的适应性措施。     

基于土地利用变化的陕西省县域碳排放时空变化及影响因素研究

[目的] 分析2000—2020年陕西省县域碳排放时空变化和影响因素,为陕西省生态文明建设和实现低碳可持续发展提供参考。[方法] 利用社会经济数据和土地利用数据,构建碳排放估算模型,核算了2000—2020年陕西省县域碳排放总量,分析了陕西省碳排放时空分布格局与演化特征,并通过地理加权回归(GWR)模型探究了碳排放的影响因素。[结果] ①总量上,2000—2020年陕西省碳排放量总量呈上升趋势,从2000年的3.30×10⁷ t增长至2020年的1.93×10⁸ t,历经“大幅增长—缓慢增长”两个阶段。②空间上,2000—2020年陕西省碳排放量中心逐步向东北方向移动,空间分布范围呈现扩张态势,热点区主要分布在榆林市北部县域、西安市和咸阳市辖区的周边部分县域,冷点区主要分布在佛坪县和石泉县。③影响因素上,人均GDP值、土地利用程度和人均社会零售总额与陕西省各县域碳排放量呈正相关,产业结构与陕西省60.74%县域碳排放量呈负相关,人口密度与陕西省92.52%县域碳排放量呈负相关。[结论] 建议通过制定差异性区域碳减排方案,优化土地利用结构,控制建设用地增长规模,提高公众低碳环保意识等方式促进陕西省县域低碳发展。     

基于CASA模型的陕西省植被净初级生产力时空分析

[目的]探明陕西省近年来植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)的变化及评估植被的生长条件。[方法]基于CASA(Carnegie Ames Stanford Approach)模型估算陕西省2003—2012年逐月NPP,并分析其年际、年内的时空变化特征及趋势。[结果](1)陕西省2003—2012年植被NPP总体呈增长趋势(p0.01),年均增量为3.940 6g/(m~2·a)(以C含量计);年总NPP从2003年的84.44Tg(1Tg=1012g)增加到2012年的91.98Tg。(2)NPP年内变化明显,夏季NPP占年总量的比例最高,达到52.43%,7,8两月占比最高,分别为18.52%和18.41%。只有3和8月NPP增长趋势显著或极显著,其他月份NPP变化不显著。(3)不同植被NPP的年际变化比较平稳,除永久湿地外,其他植被类型的NPP呈增长趋势,耕地的NPP增长最快(p0.01),年均增量为5.89g/(m2·a)。(4)NPP整体呈南高北低、高低相间的分布特征,全省78.53%的区域NPP呈增长趋势,24.47%的区域增长显著或极显著;NPP降低显著/极显著的面积仅占2.27%,主要分布在陕西中部和西安周边地区。[结论]陕西植被生长条件总体在改善,但局部在恶化。     

基于土地利用变化的东北地区碳排放效应研究

[目的]通过分析东北地区2000—2014年不同土地利用方式的碳排放效应,为东北地区土地利用结构的优化和碳减排提供参考。[方法]利用土地利用数据和能源消耗数据等,采用碳排放系数法,对东北地区2000—2014年不同土地利用方式的碳源/汇进行计算,并分析其区域差异和碳排放强度。[结果](1)建设用地是东北地区碳排放量的主要来源,对碳排放的贡献率超过88%,辽宁省的碳排放量最多。(2)东北地区森林碳汇资源丰富,黑龙江省是东北地区碳吸收的主要来源。(3)东北地区人均碳排放强度呈缓慢增长态势;地均碳排放强度先增长后降低;单位GDP碳排放强度在持续稳定下降,但是当前其下降程度还远远不足以使碳排放总量减少。(4)东北地区是一个不均衡的区域,黑龙江省对其他区域有贡献;吉林省碳排放造成的生态环境影响在内部区域已经自行承担;辽宁省则损害了其他地区的利益。[结论]黑龙江省和吉林省面临着一定的碳减排压力,辽宁省面临着较大的碳排放压力,综合来看东北地区面临着较大的碳排放压力。     

陕北丘陵沟壑区主要小杂粮降水生产潜力研究

以陕北榆林市榆阳区田区试验结果为基础,对陕北黄土丘陵沟壑区主要小杂粮作物的降水生产潜力进行了研究分析。结果表明,不同小杂粮作物降水生产潜力依次为：谷糜〉黑豆〉绿豆〉荞麦。目前陕北黄土丘陵沟壑区主要小杂粮作物的生产潜力开发度仅为9.78%-19.07%,平均为13.83%,尚有86.17%的生产潜力没有发挥出来。田区试验结果与公式概算具有很好的吻合度,表明所取得的降水生产潜力结果具有可靠性。对照较低的现实生产水平,该结果预示着小杂粮生产的巨大发展前景。     

基于农户视角的陕南坡地利用与治理措施调查研究

[目的]开展基于农户尺度经济视角的坡地利用现状和治理措施调查研究,了解陕南地区坡地弃耕原因,提高土地利用效率,完善坡耕地治理对策。[方法]根据农户尺度经济行为特点设计调查问卷,通过典型村庄农户调查,对陕西省商州区梯田和经济作物坡地的利用现状、经济收益和农民的治理需求进行研究;采用二项Logistic回归模型和比例分析法,研究陕南地区土地利用存在的问题;通过对比坡改梯治理措施效果的优缺点,提出坡地治理建议。[结果]调查共涉及6个村庄,93家农户。2018年农户家庭年均收入约为39 419元;农业生产收入主要来自经济作物,户年均约3 661元,仅占总收入的11.26%;坡耕地经济收入低,导致坡耕地和梯田弃耕现象严重,弃耕率高达15%;弃耕的原因主要有经济收入低,交通不便,农村劳动力不足,土地质量差产出低等因素。坡改梯是提高土地利用效率的重要措施,但仍存在易积水、土层薄等问题,对于梯田田坎类型,干砌石田坎在透水性和耐久性两方面综合性最好。[结论]陕南梯田和坡耕地弃耕现象严重,弃耕原因比较明确;在新的历史时期,需要综合考虑人口、经济效益和环境效益等因素,制定兼具生态与经济效益的水土保持治理与土地利用方案。     

基于SINMAP模型的延安市滑坡危险性区划

[目的]对陕西省延安市开展滑坡危险性区划研究,为延安地区乃至黄土高原区滑坡危险性区划以及监测预警提供科学依据。[方法]在野外调查的基础上以滑坡触发因素为切入点,建立了基于SINMAP滑坡危险性评价模型,定量评价了不同降雨级别下滑坡区域面积的迁移与转化规律。[结果]降雨雨强从5 mm/h升至200 mm/h,不稳定性区域内比例分别增加6.48%和6.44%,极稳定区域面积所占比例和所占滑比例均值高达46.79%和51.33%;同时潜在不稳定区面积所占比例在5.04%～17.31%之间浮动,所占滑坡比例在5.14%～15.43%之间浮动。[结论]斜坡表层土壤水分、湿度区域面积随着降雨量的增大逐渐增加,区内稳定区域正向失稳区域转化。     

模拟沟灌条件下辽西褐土产流起始时间的影响因素

[目的]明确不同坡度、容重、含水率、灌水量对辽西褐土沟灌侵蚀产流起始时间的影响,以减少褐土沟灌侵蚀,指导农田灌溉。[方法]采用正交设计进行了室内模拟垄沟冲刷试验,采用4因素3水平的响应曲面分析法建立产流起始时间、侵蚀量的二次多项式数学模型。[结果]产流时间都在20.05s之内,最小的为3.03s;产流起始时间、侵蚀量的二次多项式数学模型决定系数R2分别为0.998 9和0.999 2。[结论]坡度、灌水量、土壤容重、土壤含水率与产流时间呈负相关关系,对产流时间有着显著影响,且灌水量坡度土壤含水率土壤容重;试验中建立的二次多项式数学模型拟合效果良好。通过数值计算,提出不同坡度下满足侵蚀量最小时的灌溉模式。     

红壤丘陵区坚果林不同水土保持措施的效益——以浙江省临安山核桃林为例

[目的]分析红壤丘陵区坚果林下布设不同水土保持措施下水土保持效益,为该区生态恢复建设提供支持。[方法]在浙江省临安市建立山核桃试验区,布设不同的水土保持措施野外定位观测试验小区与监测设施,研究山核桃林采取不同水土保持措施后的水土保持成效。[结果]从蓄水保土效益来看,表现为:茶树缓冲带套种杨桐空白对照小区。因此,山核桃林林下布设截、排水沟等措施,结合套种杨桐、栽植茶树缓冲带等经济作物,蓄水保土效益显著,既防治了水土流失,又增加了经济效益。[结论]实施各项水土保措施的山核桃林均具有很好的蓄水保土效益,且布设截水沟工程措施的蓄水保土效益尤其显著。     

浙江省碳安全评价及其影响因素研究

[目的]研究浙江省碳足迹、碳承载力的测度及结构,分析其碳安全程度及影响因素,为发展低碳经济提供参考和依据。[方法]测度2000—2015年浙江省碳足迹和碳承载力,构建碳压力指数、碳足迹指数评价体系评价其碳安全程度;采用STIRPAT模型和岭回归方法对浙江省碳足迹的影响因素进行实证分析。[结果]浙江省碳足迹经历了先增加后稳定并略微下降的过程,碳承载力基本稳定;能源利用效率逐年提高,经济发展对能源的依赖程度降低;浙江省碳压力指数在1.35~4.19,碳足迹指数在0.21~0.59,碳足迹总体处中等以上水平;回归结果表明,人口、城镇化率、GDP、第二产业占比、原煤碳足迹占比是浙江省碳足迹的主要驱动因素。[结论]浙江省碳足迹较大,碳安全程度总体较低。为实现低碳经济目标,应通过控制人口数量,提高城镇化质量,发展低碳产业,促进高碳产业低碳化,推广使用清洁能源等措施减少碳足迹,同时增加城市绿化面积,保护森林以增加碳承载力。     

基于变权信息熵改进TOPSIS法的水资源承载力评价——以陕西省地级城市为例

[目的]对陕西省各地市水资源承载力(WRCC)状况进行评价,为区域水资源的合理利用和分配提供科学依据。[方法]在引入信息熵进行指标权重计算的基础之上,采用变权法对权重指标反常现象进行修正。依据计算所得权重,采用改进TOPSIS法建立模型。并结合2012年陕西省各地市涉及水资源承载力的相关数据,对陕西省各地市的水资源承载力综合状况评价中进行了应用。[结果]得出了陕西省各地级市的水资源承载力情况排序为:安康市宝鸡市商洛市延安市汉中市渭南市榆林市铜川市咸阳市西安市。发现西安市水资源承载力不足情况最为突出。[结论]利用变权信息熵改进TOPSIS模型计算水资源承载力,操作简便、实用性强,在该领域应用前景广泛。