雅鲁藏布江流域陆地水储量变化特征及归因

为准确识别高寒缺资料地区长序列陆地水储量变化特征及归因,该研究选取青藏高原东南部的雅鲁藏布江流域为研究区,基于2003—2017年的GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力卫星数据,结合欧洲中期天气预报中心的第五代产品ERA5(the fifth-generation reanalysis product of the European Centre for Medium Range Weather Forecasts)再分析资料和GLDAS(Global Land Data Assimilation System)陆面同化数据,开展青藏高原东南部地区陆地水储量变化研究。分别使用ERA5和GLDAS两套数据集,采用水量平衡法和组分相加法两种方法,将反演的4套陆地水储量结果与GRACE反演的陆地水储量变化(Terrestrial Water Storage Change,TWSC)进行对比分析。结果表明:基于GLDAS的组分相加法反演的陆地水储量变化与GRACE反演的结果最为一致。因此,基于GLDAS数据集,采用组分相加法进一步探究雅鲁藏布江流域长序列(1948—2017年)陆地水储量的时空演变规律。在1948—2017年期间,TWSC呈现显著增加的趋势,但是在2002年左右发生了突变,即2002年之前呈现极显著增加的趋势(0.024 mm/月,P0.01),2002年之后呈现极显著减少的趋势(-0.397mm/月,P0.01)。进一步归因分析表明,2002年前后土壤含水量和雪水当量的变化趋势与陆地水储量变化的趋势一致。然而,2002年前后土壤含水量的变化对陆地水储量变化的贡献率分别为61%和99%,对陆地水储量变化起主导作用。在空间分布上,TWSC呈现出较大的空间异质性,主要体现在人类活动强度较高的"一江两河"地区和冰川分布集中的帕隆藏布地区。研究结果可为探究气候变化背景下青藏高原水储量时空演变机理提供可靠的参考方法和数据支持。     

利用GRACE卫星研究河南省水储量时空变化特征

[目的]分析河南省2002—2014年的水储量时空动态变化,为该省水资源管理、评价及可持续发展提供依据。[方法]借助GRACE重力卫星反演河南省水储量变化,分析2002—2014年水储量时空动态变化过程及其影响因素。[结果](1)河南省的水储量年内分布呈典型的"余弦函数曲线"特征,1—7月处于亏损状态,8—12月处于盈余状态;水储量变化峰值出现时间滞后降水峰值2个月。(2)河南省水储量观测期内呈递减趋势,递减速率为-6.34mm/a;空间上,水储量减少速率自南向北递增。[结论]通过定量计算人类活动总耗水量及水储量年变化率可初步推断,河南省水储量变化1/3受人类活动影响,2/3受自然因素影响。     

1980-2016年科尔沁沙地土地利用重心的时空迁移特征

[目的]研究科尔沁沙地土地利用时空演变特征，为该区土地资源的合理开发和生态环境的改善提供科学依据。[方法]基于土地利用重心迁移模型，利用1980-2016年Landsat系列卫星影像，分析该地区土地利用时空格局和空间转移特征。[结果]1980-2016年科尔沁沙地植被重心向西北方向迁移，迁移速率为64.6 m/a；水体向东南方向迁移，迁移速率为389.3 m/a；建筑用地向东北方向迁移，迁移速率为53.6 m/a；沙地向西南方向迁移，重心迁移速率为379.5 m/a；耕地向东北方向迁移，重心迁移速率为148.3 m/a。[结论]1980-2016年科尔沁沙地各土地利用类型在不同时期的重心迁移速率有较大差异，建筑用地总体迁移速率最小，水体和沙地的重心迁移速率相对较大，该现象主要与科尔沁沙地生态环境脆弱有关，造成了水资源持续性减少以及沙地随时反弹。     

基于贵州省土地变化的碳储量演变及其脆弱性特征分析

[目的]分析贵州省生态系统碳储量时空分布格局、演变特征及其对土地利用转移的响应,研究各县域生态系统碳储量服务的脆弱性,为贵州省区域土地利用管理决策及“双碳”目标的实现提供科学依据和参考。[方法]运用InVEST模型和潜在影响指数(PI)分析贵州省2000—2020年碳储量变化特征和生态系统碳储存服务的脆弱性。[结果](1)近20 a间贵州省土地利用结构发生显著变化,前10 a和后10 a分别有14.10%,17.29%的土地发生转移,耕地是建设用地扩张的主要来源。(2)贵州省20 a间生态系统碳储量减少2.40×10⁷ t,林地的缩减和建设用地的扩张是碳储量减少的主要原因。(3)贵州省碳储量Moran’s I指数均大于0,空间分布具有显著的空间正相关性和集聚性。冷热点分析显示碳储量热点分布较为分散,冷点分布集中稳定。(4)贵州省前10 a和后10 a PI指数分别为-1.27和-0.15,脆弱性有所改善。县域间脆弱性存在空间差异,边缘县域负向影响显著,20 a间81.82%的县脆弱性降低。[结论]贵州省林地的转出和建设用地的扩张对碳储量和碳储量服务脆弱性影响显著,...     

福建省碳储量时空特征及其对土地利用变化的响应

[目的] 研究福建省生态系统碳储量及其对土地利用变化的响应，为生态系统保护提供参考。[方法] 基于土地利用数据和碳密度数据，运用InVEST模型模拟福建省1980,2000,2020年碳储量；利用冷热点分布、转移图谱和矩阵分析碳储量和土地利用的时空特征；最后分析碳储量对土地利用变化的响应。[结果] ①福建省碳储量整体均较高，82.5%以上区域的碳储量为中等以上(＞3 000 t)，主要分布在山地丘陵地区，也是高碳储量的热点集中区；高(热点)低(冷点)碳储量集中区转移较少；1980—2020年总碳储量波动略升高，2000—2020年不同碳储量等级彼此之间转移相对较多。②福建省土地利用/覆被以林地为主(61.4%~62.9%)，其次是耕地(16.9%~18.3%)和草地(15.2%~17.2%)；土地利用/覆被变化在1980—2000年较稳定，在2000—2020年较剧烈。③林地、草地和耕地的总碳储量较高，水域、建设用地和未利用地总碳储量较少；耕地总碳储量减少，建设用地总碳储量增加，林地和草地有增加也有减少；由土地利用/覆被变化导致的总碳储量转出和转入最多均为林地，其次是草地和耕地；总碳储量净转移为负的是林地，其他为正，林地转移引起的碳亏损最多。[结论] 耕地、林地和草地是福建省的主要土地利用类型，它们贡献了较高碳储量，并相互转移引起了碳储量变化。     

基于耦合FLUS-InVEST模型的广州市生态系统碳储量时空演变与预测

[目的] 探讨城市建设用地扩张下土地利用变化对碳储量的影响,揭示碳储量时空演变和未来空间分布趋势,为城市规划和生态脆弱区实施精准保护提供科学参考。[方法] 本文通过耦合FLUS-InVEST模型,基于解译的土地利用数据和未来土地预测,反演1990—2018年广州市土地和碳储量时空变化特征,分析建设用地扩张与碳储量分布规律,并评估未来碳储量潜力。[结果] 广州市土地类型变化特征表现为建设用地的迅速扩张,主要侵占耕地和林地;1990—2018年碳储量减少2.47×10⁶ t,其中2000—2005年降幅最大;高密度碳储量主要分布在北部森林一带,低密度碳储量主要分布在珠江下游;建设用地和低密度碳储量的重心迁移具有高度的一致性;预测2018—2034年碳储量下降1.20×10⁶ t。[结论] 广州市建设用地扩张对碳储量影响显著,未来西北和东部部分区域碳储量流失风险较大。     

基于Budyko假设的金溪流域径流变化归因分析

[目的]探究金溪流域径流变化特征及其原因,对于水库运行调度及水资源管理具有重要指导作用。[方法]基于1982—2015年流域气象水文数据以及植被NDVI数据,采用线性回归法、Mann-Kendall突变检验及滑动T突变检验法分析径流变化特征,进一步采用Budyko水热耦合平衡方程计算各影响因子对流域径流变化的贡献率。[结果]金溪流域年径流深、降雨量均呈不显著上升趋势,变化速率分别为3.89 mm/a, 8.43 mm/a。潜在蒸散发量呈显著上升趋势,变化速率为1.17 mm/a。通过突变检验可将金溪流域径流序列分为基准期1982—2002年和变化期2003—2015年。金溪流域径流变化归因分析表明：下垫面变化对径流变化的贡献率为123.55%,潜在蒸散发的贡献率为33.83%,降雨贡献率为-57.38%,流域下垫面变化主要源于植被情况显著改善,其中NDVI在基准期上升速率为0.005/10 a,在变化期上升速率为0.024/10 a。[结论]导致金溪流域径流变化的主要源于植被情况的显著改善,金溪流域径流变化的归因分析为金溪流域的水资源利用提供了理论支持。     

天津市滨海新区1979-2013年土地利用及土壤有机碳储量空间变化

[目的]分析土地利用变化对土壤有机碳分布的影响，为科学评估区域生态系统碳储量的变化提供依据。[方法]利用遥感影像获取滨海新区1979与2013年土地利用变化数据，针对不同土地利用类型均匀布设样点采集2013年表层土壤，试验监测土壤有机碳含量。结合第二次土壤调查数据，计算分析研究区1979—2013年土壤有机碳储量的变化及其空间分布变化。[结果]研究期内土地利用变化明显，耕地、滩涂、未利用地等土地利用类型大量转变为建设用地，同时土壤有机碳密度和储量均相应降低，其中土壤有机碳储量从1979年的1．23×107 t 减少到2013年的9．97×106 t 。[结论]随着人类对土地利用程度的加强，碳储量空间分布由高碳储量分布为主转变为低碳储量分布为主的碳储量分布格局。     

耦合InVEST与FLUS模型的海南岛生态系统碳储量时空演变与预测

[目的] 通过研究海南岛城市化扩张下土地利用变化对碳储量的影响,揭示碳储量时空格局演变和预测未来发展趋势,为优化国土空间布局和生态敏感区的保护提供科学依据。[方法] 基于1980—2020年土地利用数据,采用InVEST模型碳储量模块反演1980—2020年海南岛碳储量时空变化,并耦合FLUS模型和InVEST模型模拟自然发展情景、快速发展情景和生态保护情景3种发展情景下2030年海南岛的土地利用和碳储量变化情况。[结果] ①海南岛土地利用类型以林地、耕地为主。1980—2020年耕地、草地、林地和未利用地面积均有不同程度减少。建设用地和水域面积增加,尤以建设用地面积增长最快,增幅为83.4%。②海南岛碳储量总体呈“中间高,四周低”的特点,1980—2000年碳储量变化较小,降幅约0.03%。2000—2020年海南岛城镇化进程加快,碳储量损失也随之加剧,年均损失约372 t,累计损失碳储量7 439 t。③未来建设用地仍会继续扩张,受此影响3个情景下2030年海南岛碳储量均呈现降低的趋势。其中,快速发展情景下建设用地土地利用变化量最大,碳储量最易流失,自然发展情景次之,生态保护情景变化最小。[结论] 在海南自由贸易港未来的土地利用规划中,应加强中部山区、自然保护地等重点生态区位的保护力度,优化土地利用格局,严格控制林地、耕地和湿地向建设用地转变,提高固碳增汇效能,实现区域可持续发展。     

南方红壤严重侵蚀地不同恢复年限马尾松人工林生态系统碳储量特征

[目的]研究南方红壤侵蚀地不同恢复年限植被生态系统碳库储量,为该地区马尾松人工林制定合理的森林经营方式提供理论支持。[方法]以福建省长汀县河田镇裸地、不同恢复年限(10,20,30a生)马尾松人工林和天然次生林为研究对象,测定不同恢复阶段林地植被和土壤碳库储量。[结果]马尾松人工林植被恢复能够显著提高植被和土壤碳库储量。10a,20a,30a生马尾松人工林与裸地相比生态系统碳库储量分别增加2.80,3.54,8.56倍,但依然低于天然次生林;马尾松人工林植被恢复能够显著提高表层(0—10cm)土壤碳库储量,而对深层土壤碳库储量影响不显著;不同恢复阶段植被和土壤碳库增加速率不同,呈现非线性增加。[结论]南方红壤严重侵蚀地植被恢复能够增加生态系统碳库储量,但该地区土壤碳库的恢复是长期的缓慢过程。今后应加强南方红壤地区森林植被的保护,避免植被过度干扰和破坏而引起严重土壤侵蚀。     

新疆皮山县绿洲需水量变化与绿洲稳定性

[目的]探讨和评价新疆地区皮山县在水资源供需平衡状况和水资源约束条件下的绿洲稳定性,为该区域生态环境保护提供决策支持与科学依据。[方法]基于1998—2012年Landsat TM/ETM+遥感影像数据和基础地理数据,在RS技术的支持下对皮山县绿洲进行了土地利用信息提取,结合水文和气象数据(气温、降水数据)估算皮山县绿洲15a来的社会经济和自然生态系统综合需水量,并在此基础上进行分析。[结果]皮山县绿洲渠系利用系数低,耕地灌溉定额高,耕地耗水比例大,且社会经济耗水量不断增加。15a间皮山县绿洲需水量增加了2.73×108 m3,现状供给量存在很大的缺口。2010年缺水总量到达2.74×108m3,虽然2012年缺水有所缓解,但自然生态环境缺水量增加,占到水资源总缺水量的59.75%,供需表现出很大的不平衡性。[结论]从现有的绿洲面积看,水资源供给量存在较大的缺口,绿洲已处于极不稳定状态。     

河西走廊水资源变化与生态环境时空关联分析

[目的]对河西走廊地区2003—2015年水资源和生态环境的时空变化规律以及时空关联关系进行分析,为该区水资源合理开发利用及实现生产、生活和生态可持续发展提供科学依据。[方法]利用GRACE重力卫星数据、TRMM降水数据与MODIS的植被指数数据,通过线性回归与相关性分析等方法,分别对河西走廊整体、3个流域分区和像元尺度的水资源变化与生态环境时空变化规律及其相互作用机制进行分析。[结果]年尺度上河西走廊及3个流域分区的水储量均呈现下降趋势,黑河流域与石羊河流域下降速度最大。研究区历年降水趋势稳定无明显变化,植被呈正增长趋势。月尺度上水储量变化与降水量和植被指数呈正相关,年尺度上水储量变化量与降水量不存在相关关系,与植被指数年均值存在高度负相关,并表现出明显的空间异质性和尺度效应。[结论]研究区人工植被尤其是耕地的快速、持续上升,加大了水资源的消耗,造成水储量逐年下降。     

科尔沁沙地流动沙丘土壤水分空间变化特征分析

应用地统计学原理,分析了科尔沁沙地流动沙丘不同部位和深度土壤水分的空间变化特点。结果表明,流动沙丘土壤水分空间分布呈现明显的空间异质性,土壤水分在流动沙丘的不同坡面和同坡面的不同区域呈现明显的不均匀分布特征,表层(0~40 cm)和浅层(40~100 cm)土壤水分是此空间差异的主要来源,其空间分布变异性明显高于深层(100~200 cm)土壤;半方差分析结果也显示出表层和浅层土壤水分的空间异质性组成主要由随机因素引起,具有相对较小的变程,而深层土壤水分主要受到其自身土壤物理组成性质的影响,具有较强的空间自相关性,具有较大的变程,二者空间分布特点存在明显差异。流动沙丘土壤水分空间分布特点的明确,对阐述固沙先锋植物的侵入和定居格局具有现实的指导意义,也为人工固沙植被的建立提供理论指导。     

汉江上游流域生态系统水源供给服务变化

[目的]研究汉江上游流域2000—2010年生态系统水源供给服务的时空变化及其影响因素,为区域水资源的科学管理与政策制定提供科学依据。[方法]基于InVEST模型的产水模块分析汉江上游流域生态系统的水源供给服务。[结果]10a间研究区林地、湿地和人工表面面积有所增加,耕地面积有所减少,草地面积基本稳定。年平均植被覆盖度总体呈上升趋势,变化率为0.005 1/a。2000,2005,2010年,汉江上游流域平均水源供给量分别为4.67×1010,5.22×1010,4.73×1010 m3。[结论]研究区水源供给量的时空变化是气候变化和土地利用共同作用的结果;降水增加对水源供给量增加起到一定的积极作用,土地利用变化导致的下垫面改变及生态系统好转可能是水源供给量下降的主要驱动力。     

ECH2O EC-5水分传感器测定沙地土壤含水率的可靠性

[目的]对ECH2O EC-5土壤水分传感器测定科尔沁沙地土壤含水率的可靠性进行验证。[方法]以烘干法测定数据为基准值,采用回归分析方法建立ECH2O EC-5水分传感器测定沙地土壤含水率的校正方程,并用独立的样本进行验证。[结果]ECH2O EC-5水分传感器测定值与烘干法测定值之间具有很好的线性回归关系(R2=0.96),呈显著正相关(p0.01);验证结果显示,ECH2O EC-5土壤水分传感器测定值经回归方程校正后与基准值之间的均方根误差(RMSE)、相对均方根误差(RRMSE)分别为0.38%和6.29%。[结论]ECH2O EC-5土壤水分传感器测定的沙地土壤水分值准确度较高,具有很高的可靠性。     

长武塬区涝池演变特征分析

[目的]基于黄土高原长武塬区涝池多年变化的调查数据,分析长武塬区涝池演变过程、特征与影响因素,以阐明其作为地表水体在补给地下水方面的可能作用。[方法]采用野外实地调查获取涝池数据。[结果](1)研究区域涝池数量和面积在调查时段内总体呈现缩小态势,其中20世纪80年代前变化相对平缓,其后缩小速率加快,2010—2014年涝池数量和面积年缩小速率均达到最大,分别为-5.71%和-4.80%。(2)随着经济社会的发展,涝池在农村中的地位愈来愈低,村落布局及管理上对涝池的忽视,导致大量涝池消失,而且现存涝池蓄水时段缩短,多为季节性蓄水。(3)研究区域涝池面积的缩小与地下水位下降有同样趋势,表现出一定的因果关系,这可以解释为涝池对地下水的补给量减少,可能影响到地下水位变化。[结论]在人类活动的影响下,长武塬区涝池减少严重,今后应予以一定程度的恢复与重建。     

不同密度樟子松固沙林土壤水分特征

[目的]探讨樟子松固沙林合理栽植密度,为进一步深入分析樟子松固沙林水量动态平衡、衰退原因及林分稳定性评价提供参考。[方法]以科尔沁沙地南缘3种密度(400,600和800株/hm2)的33a樟子松固沙林为研究对象,连续监测了生长季降雨、0—200cm土壤含水量、200cm以下渗漏量,分析了3种密度下土壤水分特征及差异。[结果](1)3种密度下土壤水分时空变化趋势基本一致,0—30cm为降雨影响剧烈层,60cm以下受40mm降雨影响,降雨结束后均表现蒸渗型水分消退特征,之后转换为蒸散型;(2)0—200cm土壤体积含水量大小为:400株/hm2600株/hm2800株/hm2,且差异显著(p0.05);(3)200cm以下均有水分渗漏,其中800株/hm2最低,为0.4mm。[结论]丰水年3种密度林分基本能够维持水量平衡,但正常降水或极端降水年份会增加土壤蓄存水消耗,可能出现水分亏缺或衰退现象。建议生产中樟子松固沙林适宜密度应控制在400株/hm2左右。