环滇池地区2000-2020年“三生”空间格局演变及其驱动力

[目的] 研究环滇池地区“三生”空间格局演变及驱动力,为研究区国土空间优化和滇池保护提供支撑。[方法] 基于环滇池地区2000,2005,2010,2015和2020年5个时期土地利用和社会经济数据,采用空间分析、动态度、转移矩阵、景观格局指数和地理探测器等方法,分析环滇池地区2000—2020年“三生”空间格局演变及驱动力。[结果] ①环滇池地区生态空间和生产空间持续缩减,生活空间逐渐增加;“三生”空间综合动态度波动上升,但生产空间和生态空间单一动态度持续下降;生态空间和生产空间缩减区域与生活空间扩张区域均主要位于滇池周边;官渡区、安宁市和呈贡区“三生”空间变化最为剧烈。②空间转移特征表现为：生态空间和生产空间主要转向生活空间,生活空间主要转向生产空间;生态空间主要来源于生产空间,生产空间主要来源于生态空间,生活空间来源于生产空间和生态空间。③景观格局指数显示,“三生”空间破碎化有所降低,但仍处于较高水平,斑块形状先复杂后简单,凝聚程度先下降后紧实,“三生”空间中斑块呈现均匀化分布趋势,景观多样性增强。④自然地理因素是“三生”空间格局演变的基础性决定条件,社会经济因子是“三生”空间格局演变的直接推动力,政策规划因子是“三生”空间格局演变的间接推动力。[结论] 环滇池地区“三生”空间动态变化显著,空间差异明显,格局演变受到自然地理、社会经济和政策规划因子多重作用。     

基于生态系统服务功能的滇池流域关键性生态用地识别

关键性生态用地对维护区域生态系统稳定、维持生态系统服务功能良性循环不可或缺,识别流域关键性生态用地,可为区域生态保护工作提供参考。该研究以滇池流域为研究区,结合流域生态系统服务功能特征及土地利用现状,选取水源涵养、生物多样性保护、水土保持及景观休闲等主要生态系统服务功能进行生态用地重要性评价,在此基础上采用最小累积阻力模型进行关键性生态用地识别研究。结果表明:2019年,滇池流域关键性生态用地面积为1 216.30 km2,占流域总面积41.65%,主要分布于流域北部、中西部及东部边界,以林地、水域为主,两者面积分别为774.53、306.39 km2,具有涵养水源、防止水土流失、维护生物多样性、发挥景观休闲等作用。识别结果能反映出维护流域生态功能的最重要生态用地,对滇池流域生态用地的规划与保护具有现实指导意义。     

南四湖流域土地利用及其景观格局变化分析

以1987年、2000年、2014年的Landsat影像数据为基础,借助ENVI,ArcGIS,Fragstats等软件,提取了土地利用信息,计算了景观指数,定量分析了流域土地利用变化及其对景观格局的影响。结果表明:（1） 近30年来,南四湖流域土地利用变化突出表现为耕地向建设用地的转化,耕地面积减少1 069.15 km²,建设用地面积增加1 573.26 km²。2000—2014年,土地利用综合动态度为0.461%,是1987—2000年的4倍。（2） 景观结构上,耕地是流域的主导斑块,面积约占70%,30年来占景观面积的比例降低了3.85%,斑块形状趋于复杂;建设用地日益发展为优势斑块,占景观面积的比例指数增加了6.1%。耕地与建设用地斑块在景观中的变迁,使得流域自然生态功能受到较为严重的干扰。（3） 流域总体的景观特征表现为优势斑块明显,景观比较完整,但空间异质性较高而连通性较低。近30年来景观结构由较完整的大斑块主导、演化成小斑块圈点状穿孔于大斑块的格局,景观破碎化较为严重。     

凤眼莲生态修复工程改善滇池水质及湖体氮磷收支平衡

为了研究凤眼莲(Eichhornia crassipes)对滇池草海水体水质改善及湖体氮、磷归趋的影响,于2011-2013年在滇池草海实施了规模化控养凤眼莲生态修复富营养化湖泊水体的试验性工程。生态工程实施期间,监测草海水体总氮(TN)和总磷(TP)浓度及分析湖体TN、TP收支平衡。结果显示,草海水体TN和TP浓度均值分别由工程实施前(2006-2010年)的14.48 mg/L和0.60 mg/L降低至工程实施期间(2011-2013年)的7.09和0.36 mg/L,分别下降了51.04%和40.00%;草海入湖水体TN和TP浓度均值由入湖河口经凤眼莲控养区至出湖口的沿程方向上分别下降了9.74和0.40 mg/L。草海湖体TN、TP收支平衡表明,经出湖口排出和水体库存的TN量占入湖TN量比例较小,凤眼莲的吸收作用是入湖TN量去除的重要途径之一,而大部分入湖TN量(40.31%~59.04%)极可能是通过微生物的硝化反硝化、沉积等作用去除;各种途径支出的TP量高于入湖TP量,其中凤眼莲吸收的TP量为入湖TP量的40.44%~116.56%。因此,规模化控养凤眼莲对草海水质改善发挥了较大作用,凤眼莲的吸收作用既是湖体TN去除的重要途径之一,又是TP去除的主要途径之一。     

湟水流域近10年土地利用与景观格局演变分析

以青海省湟水流域为研究区,采用中分辨率TM影像和HJ-1卫星CCD数据,利用2000、2005、2010年3个时相的土地利用遥感解译数据,计算了森林、草地、水域、农田、城镇用地和未利用地6个一级分类的土地利用类型转移矩阵,提取了景观格局指数,在此基础上分析了土地利用变化与景观格局的演变特征。结果表明,湟水流域土地利用变化最明显的是农田、城镇用地和草地,其中农田呈持续减少态势,城镇用地和草地呈增加态势;从土地转移矩阵来看,城市扩张带来的建设用地增加是造成流域农田减少的主要原因,而草地的增加主要受益于退耕还林还草和流域生态建设等政策的实施。从景观斑块类型的变化来看,变化最大的是农田和城镇,10年期间,农田在面积减少的同时景观分离度增加,城镇用地在面积增加的同时景观聚集度增加,这说明城镇用地在由中心向外扩张的过程中,空间分布较紧凑且连接性较好;与此同时,草地的斑块个数、斑块密度呈明显减小趋势,而农田与城镇用地的斑块个数、斑块密度总体呈增加趋势,这说明人类活动的不断扩张导致了湟水流域景观破碎度增加。从景观整体水平来看,景观水平指数中边缘密度、形状指数、香农多样性指数、香农平均度指数均呈增加趋势,这说明湟水流域景观结构异质性呈增加趋势。     

黄土丘陵沟壑区土地利用景观格局变化分析——以延河流域为例

为了给黄土丘陵沟壑区土地资源的合理利用和生态环境的改善提供依据,以延河流域为研究对象,应用GIS技术和景观格局指数分析方法,对研究区1978—2010年的土地利用景观结构特征、斑块特征和空间格局的变化规律进行了系统分析。结果表明:（1）延河流域各景观类型的变化幅度表现为:耕地 > 林地 > 草地 > 建设用地 > 水域,研究区1978—1990年变化速率最快的景观类型是草地,1990—2000年是林地,2000—2010年是建设用地,由以耕地为主导的景观结构转变为林地—草地复合的景观结构;（2）研究区破碎度较高的景观类型是耕地和草地,斑块形状也较复杂,主要是受地形地貌因素的影响。林地、建设用地和水域受人类活动的干扰强烈,斑块分布趋于集中化,破碎度较小,形状较为简单;（3）32年来,延河流域土地利用景观格局经历了“耕地主导—相对平衡—林草主导”的变化过程,向着集中化和简单化的方向发展,抗干扰能力降低,不利于景观的稳定性,但有利于生态环境的改善。     

滇池流域土地利用动态变化及对流域水环境的影响分析

以滇池流域为研究对象,以1974年、1988年、1998年、2008年四个时期的TM遥感影像为数据基础,结合图像处理、地理信息系统及计量软件,应用马尔柯夫模型对研究区土地利用动态变化及变化趋势进行了分析,同时研究了该区域土地利用变化对水环境的影响。结果表明:①滇池流域近30a来土地利用状况发生了明显的变化,其中耕地、建设用地和其它地类的变化幅度较大,水域和林地变化不明显。②马尔柯夫链预测结果表明:2015—2030年研究区内建设用地面积进一步增加,林地、水域和其它地类进一步减少,但减少的幅度在逐渐变小,耕地面积也继续减少。③滇池流域的水质明显受到土地利用类型及利用变化情况的影响:在5%显著性水平下TP和BOD与土地利用类型之间存在相关关系,建设用地对总氮量的弹性为15.31,耕地对总氮量弹性为10.47,牧草地对总氮量弹性为-156.74。建设用地对BOD的影响为543.79,耕地对BOD影响为-272.49,林地对BOD影响为160.88;在20%显著性水平下COD与土地利用类型之间存在相关关系,建设用地、耕地和湿地对COD的弹性分别为173.88,-100.75,-4 920.59。④马尔柯夫链预测结果表明,随着年份的增长,水质污染状况指标呈现持续恶化的趋势。     

水蚀风蚀交错区流域景观格局变化及水沙响应关系

为揭示土壤侵蚀最为剧烈的水蚀风蚀交错区下垫面景观格局变化对流域降雨产流、侵蚀产沙的影响程度,以水蚀风蚀交错区典型流域西柳沟为研究对象,根据Landsat TM影像数据和流域长系列水沙实测数据资料,借助GIS和Fragstats平台,分析流域景观格局和水沙变化特征,探讨景观指数与径流输沙的关系.结果表明:1)流域优势景观类型为草地,从斑块数量和面积变化率来分析,1985-2010年间耕地、林地和建设用地稳定性最高,其次为未利用土地.未利用土地、草地和耕地的转化最为剧烈,受人类活动影响最大.2)流域年径流量和年输沙量的年际差异显著;同年输沙量相比,径流量的减小趋势变化更为明显;径流泥沙相关关系显著,相关系数为0.67.3)景观指数与径流量、泥沙量呈显著线性相关,其中径流量与最大斑块指数、斑块结合度、聚集度指标和蔓延度指数均呈负相关,而与景观形态指数、景观分割度呈正相关;而泥沙仅与蔓延度指数、聚集度指标和斑块结合度成负相关,与其他景观指数呈正相关.研究结果表明,随着景观最大斑块指数、斑块结合度以及聚集度指数的提高,流域降雨入渗量明显增加,土壤侵蚀量明显减少;因此,提高流域景观最大斑块指数、斑块结合度以及聚集度指数可以增强水蚀风蚀交错区内流域的蓄水保土功能及生态优化作用,研究结果可为流域生态环境建设和水土资源综合利用提供理论支撑.     

云南澜沧江流域景观格局时空动态研究

应用GIS技术和景观结构分析软件Fragstats3.3对云南澜沧江流域1985年、2000年的景观类型转化及其景观格局对比分析.结果表明,旱地、有林地、灌木林地、疏林地、高覆盖草地、中覆盖草地间的相互转化较频繁;在景观尺度上,区域景观破碎化程度下降,斑块形状变得较规则、简单,斑块的聚集度、连接性变好,景观多样性和均匀性增加;人类活动对景观格局的有利与不利影响,使各景观要素的结构与格局变化存在较大的差异性,其中,有林地、灌木林地、高覆盖草地的景观格局与区域景观变化相一致,而疏林地、中覆盖草地、水田、建设用地的景观格局与区域景观变化相反,旱田的景观格局变化较复杂;景观要素类型分布具有明显的垂直性,有80%的景观类型分布在海拔1 000～2 500 m之间,海拔2 500 m是澜沧江流域人类活动与该区景观类型的重要分界线,人类活动对澜沧江流域的干扰主要集中在中、低海拔地区.     

滇池流域坡耕地土壤氮磷流失效应

为了揭示间作对坡耕地上不同类型土壤径流和侧渗氮(N)、磷(P)浓度的削减及作用机制,通过径流和淋溶模拟试验,设置不同类型土壤(红壤和紫色土)、坡度(8°和15°)和玉米(Zea mays L.)/大豆(Glycine max L.)间作及各自单作对照,比较分析了各因素影响下径流和侧渗N、P浓度的变化情况。结果表明:(1)径流总氮(TN)、总磷(TP)在红壤不同坡度条件下,与单作大豆处理相比较,间作处理对径流TN浓度有不同程度的削减作用,分别降低27.5%和30.8%,且间作处理下TN浓度在坡度为8°时最低为0.75mg/L;在紫色土8°条件下,与单作大豆、单作玉米相比,间作处理对径流TN浓度的削减效应更为明显,降幅分别为97.8%和89.8%,与单作玉米处理相比较,间作处理对径流TP浓度均有不同程度的削减作用;从8°至15°处理,径流TP浓度相应有所增加。(2)侧渗TN、TP在红壤8°和15°条件下,与单作玉米相比,间作处理对侧渗TN浓度也有较大的削减作用,分别降低87.9%和86.8%,且在8°时侧渗TN浓度最低为2.91mg/L;在紫色土8°和15°条件下,与单作玉米处理相比,间作处理对侧渗TN浓度有约50%和80%的降幅,与单作玉米处理相比较,间作处理对侧渗TP浓度亦有不同程度的削减作用;其中红壤8°条件间作处理下侧渗TP浓度最高为0.25mg/L,15°条件间作处理下TP浓度最低为0.07mg/L。不同坡度条件下,土壤中N、P的输出量不同,且随着坡度增大,径流或侧渗中N、P总体的流失量也呈一定的增加趋势。玉米/大豆间作体系对径流和侧渗中的N、P有一定的削减作用;对于红壤和紫色土,由于其自身理化性质的不同,对坡耕地土壤中N、P流失的削减效应也不尽相同。因此,控制坡耕地氮、磷流失应综合考虑各种因素,对于保护滇池流域水环境具有重要意义。     

基于GIS和RUSLE的滇池流域土壤侵蚀敏感性评价及其空间格局演变

土壤侵蚀是滇池流域重要的生态问题之一,掌握滇池流域土壤侵蚀敏感性的时空变化特征有助于水土保持工作的实施和改进。以降雨量、DEM、土壤类型和Landsat影像为数据源,选择降雨、土壤、坡度坡长、植被覆盖4个因子建立土壤侵蚀敏感性评价体系,对滇池流域进行土壤侵蚀敏感性评价。结果表明:滇池流域土壤侵蚀敏感性以轻度敏感和中度敏感为主。空间分布上,轻度敏感区主要分布在滇池周边。中度敏感区主要分布在滇池流域山地区域,地形陡峭。时间变化上,1999—2014年滇池流域土壤侵蚀敏感程度呈下降趋势。轻度敏感区域面积增加20.18%,中度敏感区域面积减少20.31%,轻度敏感区的增加来源于中度敏感区的转变,转变区域分布于滇池流域西北部和东南部。在土壤侵蚀敏感性影响因子中,降雨是影响滇池流域土壤侵蚀敏感性的关键因子。研究滇池流域土壤敏感性时空变化,识别滇池流域易发生土壤侵蚀的区域,有助于该区域水土保持措施实施、生态治理和土地利用优化。     

滇池水和沉积物中氮磷空间变化

Dianchi Lake is one of the most eutrophic lakes in China. In order to understand this eutrophication and to help control the pollution, this research investigated the spatial distribution of Kjeldahl nitrogen (K-N) and total phosphorus (TP) through analysis of bottom water and sediment (3 depths) samples collected at 118 sites around Dianchi Lake. The concentrations of K-N and TP for the lake bottom water in the Caohai part of the lake were much higher than those in the Waihai part, generally decreasing from north to south. In the sediments, the K-N concentration was higher in the Caohai part and the middle of the Waihai part. On the other hand, TP in the sediments was greater in the southern and western parts. Both K-N and TP had similar spatial distributions for the sediment samples of three different depths.Vertically, the KoN and TP concentration in the sediments decreased with an increase in depth. This was evidence that eutrophication and pollution of Dianchi Lake was becoming gradually more severe. Exterior factors including uncontrolled input of domestic and industrial effluents as well as non-point pollution around the lake were the main reasons for serious eutrophication; therefore, controlling these was the first step in reducing eutrophication of Dianchi Lake.     

滇池柴河流域不同土地利用方式土壤养分剖面分异

基于滇池柴河流域土壤采样,研究了平坦设施农业、平坦传统农业、坡耕地、撂荒地和林地5种土地利用方式0—100cm土壤养分剖面的分异特征,结果表明:(1)不同土地利用方式土壤0—100cm内TN含量排序为:设施农业>传统农业>撂荒地>坡耕地>林地,并且设施农业TN含量显著高于坡耕地和林地(P<0.05)。不同土地利用方式间土壤TN含量的显著差异主要表现在0—80cm。土壤TN含量沿土层自上而下逐层降低,但在不同土地利用方式下,各土层间的差异不一致。(2)不同土地利用方式土壤0—100cm内TP含量排序为:传统农业>设施农业>坡耕地>林地>撂荒地,且不同土地利用方式间各个土层内土壤TP均无显著性差异。5个土层TP均表现为撂荒地<林地<耕作土壤。土壤TP沿土层自上而下总体先降后升,但不同土地利用方式土壤TP随土层的变化趋势不尽一致。(3)不同土地利用方式土壤0—100cm内有机质含量排序为:设施农业>传统农业>撂荒地>坡耕地>林地,且设施农业有机质含量明显高于坡耕地和林地。在5个土层内,不同土地利用方式间土壤有机质差异不显著,只在20—40cm土层内设施农业与坡耕地、林地之间达到显著性差异。土壤有机质含量沿土层自上而下逐层降低,但在不同土地利用方式下,各土层间的显著性差异不一致。     

南四湖流域非点源污染TN/TP时空格局及防治分区演变

[目的]探究非点源污染物TN,TP时空演变特征,找出影响流域非点源污染的主要污染物、污染源和影响TN,TP变动的最活跃单元,分析TN,TP污染防治分区演变,为南四湖流域非点源污染治理提供理论依据。[方法]以1990—2013年土地利用为基础数据,结合3S技术,运用输出系数模型和等标污染负荷法模拟非点源污染时空分布。[结果]1990—2013年期间南四湖流域非点源TN和TP污染排放量整体变化趋势是先上升后下降并趋于平稳,其中TN是主要污染物;TN的主要污染源是土地利用,TP的主要污染源是农业生活和畜禽养殖;1990—2013年期间,南四湖流域非点源TN和TP变动最活跃的单元是降水因子。[结论]南四湖流域非点源污染具有地区差异等特点。整体而言,湖西地区比湖东地区污染严重,但在近24a间,地区差异有缩小的趋势;1990—2013年期间,湖西地区非点源污染较为严重,属于重点治理区;北沙河流域、洸府河流域和梁济运河流域污染程度有加重趋势,是优先控制和重点治理区。     

Stable Isotopes in Sedimentary Organic Matter from Lake Dianchi and their Indication of Eutrophication History

Sediment cores were collected from the central and northern parts of Lake Dianchi, a large and shallow eutrophic lake situated in southwest China. Total organic carbon, total nitrogen (TN), and total phosphorus (TP) as well as the δ¹³C and δ¹⁵N were analyzed in the sediment cores. Age model of the sediment cores were established according to ¹³⁷Cs geochronology, which reveals that the sedimentary record covers a period of the last 50 years. During that time, Dianchi had been undergoing a distinct conversion from oligotrophic to eutrophic, as a result of increasing nutrient loadings. The two cores displayed similar increases for values of TN and δ¹⁵N, and the variations of the both parameters matched well with that of TP, which presumably suggested that δ¹⁵N is a reliable proxy for anthropogenic nutrient input. Also, dynamics of δ¹⁵N and TP showed that anthropogenic nutrients input seemed to start in the 1970s. The upward elevation of δ¹⁵N might be ascribed to the increasing input of isotopically heavier dissolved inorganic nitrogen and the accelerated denitrification process when the lake water was oxygen-depleted. The less variation of δ¹⁵N in the uppermost several centimeters of both cores were probably the result of pollution controls carried out by the local government in the recent decade. The upward increasing of δ¹³C in the two cores seemed to be induced by the enhanced productivity since 1980, which was in accordance with limnological observation. Therefore, δ¹³C values were believed to be an effective proxy for reconstructing the history of eutrophication in Lake Dianchi. In addition, this study also suggested that carbon and nitrogen isotopes are applicable to large, shallow lakes in interpreting the past environmental change.     

滇池沉积物的功能: 磷源还是磷库?

Dianchi Lake is a highly eutrophic lake in southwestern China where phosphorus (P) is the limiting element for eutrophication and where lake sediments play an important role in the P cycle. One hundred and eighteen sites were sampled throughout Dianchi Lake in 2002 to investigate the P loading of the lake sediments, while fresh surface sediments were studied in the laboratory to clarify its role for phosphorus. The results showed that concentrations of total phosphorus (TP) in sediments were very high, with a maximum value of 6.66 g kg^-1, and decreased with sediment depth. P adsorption on surface sediments was rapid with adsorption amounts higher in acidic than in alkaline conditions. The release experiments showed that P release increased as pH rose from 7.0 to 10.5. Additionally, compared with aerobic conditions, P release was much higher under anaerobic: conditions, especially with low P content in the lake water. At present, the sediments in Dianchi Lake still function as a sink for phosphorus at high P levels in lake water. However, if the external P load was reduced and P content in lake water became low, the sediment would have a large potential for P release under anaerobic conditions.     

基于PSR模型的滇池流域农村生活污水空间分布特征和控制研究

农村生活污水已成为滇池水污染的主要原因之一,准确掌握农村生活污水污染空间分布特征是污染治理的基本条件。基于农村面源污染普查数据,分析滇池流域农村生活污水污染物排放量,通过基于压力-状态-响应（PSR）模型的系统分析,提出滇池流域农村生活污水的系统控制方案。结果表明,生活污水污染物排放量大小为西山区〉官渡区〉晋宁县〉呈贡县〉盘龙区〉五华区〉嵩明县,湖滨平原区〉山地丘陵区;采用ArcGIS9.2软件,分析污染物空间分布特征和城市污水处理厂、集镇污水处理站纳污处理范围的空间关系,提出分散式农村生活污水处理设施空间布局与建设方案。     

滇池东大河流域土壤磷素累积规律及空间分布特征研究

滇池是中国水体富营养化最严重的湖泊之一,磷是造成滇池有害藻类"水华"的限制因子。本文以滇池南岸主要入滇河流——东大河为研究对象,探讨了流域内磷素的累积规律及空间分布特征,结果表明:①流域下游有显著的磷素累积。②土地利用类型对流域土壤磷素累积有显著影响,设施农业是土壤磷素累积的最主要土地利用类型。③流域东北部靠近滇池的区域是磷素累积最严重的区域。