喀斯特山区土地利用演变与石漠化分布格局

喀斯特山区石漠化是制约区域社会、经济、生态发展的重要因素之一,人类活动是石漠化形成的主要因素,而土地利用是人类活动的基本载体,探究不同用地类型石漠化响应情况,对喀斯特山区石漠化治理及可持续化发展具有重要意义。基于三期土地利用和石漠化数据,辅以GIS空间分析技术和转移矩阵模型,对黔西南州2000年、2010年、2020年土地利用格局及石漠化景观的时空演变进行综合分析。结果显示:研究期间,黔西南州主要土地利用变化类型是草地转有林地和耕地,耕地转有林地和草地,灌木林地转草地和耕地,依次占全州国土面积的8.79%,5.82%,4.91%,4.08%,4.75%,3.85%。2000—2010年草地、灌木林地、耕地和有林地石漠化等级明显改善,改善面积依次为2 703.7 km²,1 347.8 km²,2 219.1 km²,2 532.8 km²; 2010—2020年草地、灌木林、耕地、有林地、裸地石漠化改善面积分别为557.14 km²,318.78 km²,819.35 km²,665.60 km²,244.48 km²。过去20年间,黔西南州石漠化状况持续恢复改善,但局部区域仍存在不稳定的恶化风险,此部分地区应作为黔西南州后期石漠化土地治理工作中的重点。对黔西南州长时间序列的石漠化演变情况进行研究,分析其在不同土地利用情况下的变化,可对研究区生态恢复以及土地利用规划提供决策依据。     

基于土地利用变化的江汉平原景观生态风险时空分异特征分析

土地利用/覆被变化能够在一定程度上表征城市景观生态风险空间分异特征。研究基于湖北省江汉平原2000—2015年(2000年、2005年、2010年、2015年)4期土地利用遥感监测数据及县级行政单元区划数据,采用全局自相关模型和地统计空间分析等方法,定量揭示了江汉平原土地利用水平与景观生态风险之间的空间耦合关系。研究表明:(1)2000—2015年江汉平原土地利用类型主要以耕地、水域和建设用地为主,土地转移类型主要以耕地向建设用地转移为主。(2)2000—2015年江汉平原景观生态风险时空演变差异显著,冷点、次冷点数量增加,次热点和热点均呈现先增加后减少态势。生态风险聚集的高值区主要分布在江汉平原东南部洪湖市,低风险区主要分布在江汉平原西部当阳市及松滋市。(3)2000—2015年江汉平原低生态风险区面积呈现逐渐减小态势,从2000年的2 015.63 km²,较少到2015年的1 960.87 km²。中风险区面积呈现先增加后减少的态势,其中2005—2010年增加幅度最大,达到了2 061.26 km²。(4)2000—2005年江汉平原低生态风险重心整体转移不明显,主要集中分布在江汉平原西北部,较低生态风险重心转移空间跨度最大,向西转移了79.80 km。中风险区主要向东北方向转移,较高风险区和高风险区重心主要集中分布在江汉平原东南部洪湖市,且呈现向东北方向转移的趋势,其中较高风险区重心转移速度明显快于高风险区。本研究成果可为城市内部土地利用开发与景观生态风险评价提供科学依据和理论参考。     

东北黑土带土地利用变化特征及生态敏感性评价

东北黑土带是我国重要的商品粮生产基地,土壤质量退化、水土流失等问题直接影响生态与粮食供给安全,为明晰东北黑土带土地利用变化特征及评价生态敏感性,以2000年、2005年、2010年、2015年、2020年东北黑土带5期土地利用数据为基础,采用转移矩阵、地理探测器、综合生态风险评价等方法,研究景观格局及生态风险变化趋势。结果表明：(1)2000—2020年,研究区未利用地面积增加1 035.7km²,水域面积减少975.8 km²,土地利用变化最明显,耕地是阶段性变化较为剧烈的土地利用方式;(2)不同自然因子对研究区土地利用方式的解释力存在显著差异,气温是土地利用方式变化的主导因素,风速与高程、气温、蒸发量、地温、气压、相对湿度、日照时间的交互作用对土地利用方式变化具有显著的协同增强作用;(3)随时间推移,研究区生态敏感性整体改善,高度敏感区域减少,轻度敏感区域增加,并且出现生态敏感高值区向北移动、低值区向南移动趋势,研究区生态敏感性高值区的形成可能与以风蚀为主的侵蚀作用有关。宏观尺度景观格局变化分析与生态风险评价对区域生态环境保护政策制定及实...     

近35年松嫩沙地风沙-植被动态演变及模拟预测

在全球气候变化与人类活动影响下,松嫩沙地风沙—植被发生了明显变化。基于Landsat系列影像与该区气象、社会经济数据,分析了1980—2015年松嫩沙地风沙—植被动态演变过程及驱动因素,并对其未来发展变化进行了模拟预测。结果表明:近35 a该区风沙地貌面积呈波动增加趋势,净增355.00 km²,变幅21.43%,其中2000年达最大值,而后持续减少;植被覆盖面积总体减少了812.29 km²,其中,高、低植被覆盖区面积呈波动减少趋势,分别减少了7 919.35,15 479.84 km²,而中植被覆盖区面积呈增加趋势,净增22 587.90 km²;风沙覆盖面积与低植被覆盖区面积呈显著负相关。根据预测,到2020年松嫩沙地风沙地貌面积仍呈减少趋势,植被覆盖面积有所增加,尤其低植被覆盖区面积增长明显,达4 292.95 km²。松嫩沙地风沙—植被动态演变受控于区域气候变化和社会经济发展,且与社会经济因素相关性较强。研究为松嫩沙地风沙治理及区域持续发展提供科学依据。     

基于地形梯度的三峡库区景观生态风险特征

景观生态风险评价可以较好地反映外界压力源对生态系统的负面影响,分析景观生态风险等级在地形梯度上的分布特征,可为三峡库区生态文明建设和人类活动管控提供科学依据。利用Landsat(OLI/ETM+)2000年、2010年、2020年影像数据,采用GIS网格法、克里金插值法构建景观生态风险指数模型,选取高程、坡度、地形位指数,基于地形梯度对三峡库区景观态风险等级特征进行了研究。结果表明：(1)三峡库区景观生态风险等级分布呈现较强的空间分异特征,各景观生态风险等级面积呈现动态变化。整个研究期间,低风险区、中风险区、高风险区面积增加,较低风险区和较高风险区面积减少。(2)景观格局发生改变的区域优势分布集中在地形位指数小于1.24的区域。景观生态风险等级变化类型以稳定型为主,其次是前期变化型、后期变化型、反复变化型、持续变化型,在前期和后期景观生态风险等级转化分别呈现为“较高—高—高”“较高—较高—中”型的转换特征。(3)景观生态风险等级地形梯度特征表现为库区上游的低风险区向地形位指数大于0.62的区域扩散较多,较低风险区的分布向地形位指数小于1.03的区域集中,库区中下游的较高风险区则主要向高...     

青藏高原冻融荒漠化退化区分布及影响因素

[目的]青藏高原由于其高海拔、气温低、冻融侵蚀强烈的特点,是冻融荒漠化的主要发生区。探究青藏高原冻融退化区分布及其原因,对该区水土保持工作和生态环境保护具有重要参考意义。[方法]选择植被覆盖度、冻融循环次数、土壤温度日较差、土壤含水量、年降水量和坡度作为冻融侵蚀因子,对2000—2019年青藏高原冻融侵蚀敏感性进行了评价,结合研究期内青藏高原荒漠化趋势,构建了一种判定冻融荒漠化退化区域的方法。[结果]2000—2019年青藏高原冻融侵蚀区总面积为1.531×10⁶ km²,中度及以上敏感性区域面积为9.131×10⁵ km²,占青藏高原总面积的35.92%。青藏高原冻融荒漠化退化区域面积约为1.113×10⁵ km²,主要分布于高原西南部,退化程度以中度退化为主,面积占比为44.35%。[结论]气温上升、湿润指数下降和净太阳辐射增强是青藏高原冻融荒漠化发生的主要自然驱动因素,高原南部部分地区由于气候条件的差异,三者发挥了相反的作用。     

基于耦合PLUS-SCS模型的城市用地内涝风险预测及优化管控——以湖南省长沙市为例

[目的]预测城市未来土地利用情况及内涝风险强度,并探讨未来城市内涝风险的优化管控措施及实施效果,为提升城市内涝防控水平,优化城市用地布局提供参考依据。[方法]以湖南省长沙市为例,借助PLUS和SCS模型,预测基准情景下城市用地布局及其内涝风险情况,将内涝高风险区域作为PLUS模型中的限制转化因子,耦合PLUS和SCS模型,模拟内涝管控情景下城市用地布局及其内涝风险情况。通过对比两种情景下的内涝风险差异来验证优化管控措施实施的效益。[结果]预测基准情景下2035年长沙市建设用地内涝高风险区面积为96.47 km²,在不减少建设用地面积的前提下,内涝管控情景下城市建设用地的内涝风险总面积相比基准情景减少了36.94 km²,其中新增建设用地中的高风险区全部被规避。[结论]未来城市用地内涝风险呈现出显著增加的趋势,耦合PLUS-SCS模型的优化管控方法能够帮助城市规避内涝风险。     

南昌市生态用地景观结构与网络连通性多情景模拟

[目的]探究未来不同发展情境下,江西省南昌市生态用地景观结构与网络连通性变化差异,以期为该市环境保护规划与工程建设提供科学参考。[方法]基于PLUS模型对未来南昌市生态用地格局进行多情景预测,并通过景观格局指数、形态学空间格局分析(MSPA)与网络连接度分析,从数量与结构两个角度,研究不同开发强度下,城市不同区域与结构的生态用地景观结构与网络连通的差异。[结果](1)不同发展情境下,生态用地破坏均主要集中于安义县、新建区境内;(2)草地破碎化极为严重,在任意发展情景下景观结构差异不大,而林地与水域在情景ED(经济优先)与EP(环境保护)下,景观指数差异较小,对中高强度的开发表现出较强的抗性;(3)不同发展情景下,生态核心区面积之间的差异高达90.36 km²,且多类型均匀混合结构的生态用地可以有效抑制孤岛的产生,维护区域生态安全;(4)相较于2020年,在各情景下,南昌市等效可能连通性指数EC(PC)下降了18.76%～23.24%,新建区、安义县境内网络连通性下降较为明显。[结论]生态保护情景(EP)发展方案可以有效地保护南昌市生态景观结构与网络安全,保障城市的...     

近20年黄土高原土地利用/植被覆盖变化特征及其成因

近20年来黄土高原土地利用结构发生了显著变化,生态环境取得举世瞩目的成效,揭示黄土高原土地利用/植被覆盖的变化特征及成因是促进区域土地利用空间格局优化的关键环节。运用GIS技术,对黄土高原2000年、2010年、2017年的遥感数据进行转移矩阵,系统研究了黄土高原地区、各省份和生态分区的变化特征并定性分析了造成土地利用变化的主要驱动力。结果表明:(1)黄土高原的土地利用类型主要以耕地、林地和草地为主。2000—2017年,耕地、草地和水域都呈减少趋势,分别减少了19 860 km²,42 410 km²和5 630 km²,而林地、建设用地和未利用地面积有所增加,分别增加30 650 km²,9 840 km²和27 410 km²; 草地为主要的转入与转出地类。(2)黄土高原7个省域主要土地类型与区域变化规律基本一致,草地退化现象在甘肃与宁夏的不同时间段较为严重,具体表现为甘肃省在2000—2010年有7 830 km²草地转移为未利用地,而宁夏在2010—2017年有8 900 km²草地转入未利用地。(3)黄土高塬沟壑区、丘陵沟壑区、风沙区和土石山区及河谷平原区水域面积持续减少,且主要向耕地发生转移,同时生态区土地利用主要发生耕地与草地的动态转移。(4)黄土高原土地利用/植被覆盖变化的主要驱动力是社会因子,其中国家政策的实施起到了主要的推动和促进作用,而人类活动等的影响相对小一些。研究结果可为黄土高原土地利用规划提供科学支撑,也为该区生态保护和高质量发展服务。     

环鄱阳湖城市群“三生”用地转型的生态环境效应及其地形梯度分析

[目的]准确评估“三生”用地转型对生态环境质量的影响，可为国土空间优化和区域高质量发展提供科学依据。[方法]基于环鄱阳湖城市群2000年、2010年、2020年的土地利用数据，使用土地转移矩阵、生态环境质量指数、地形分布指数等方法，分析了“三生”用地转型过程、生态环境效应及其梯度分异特征。[结果](1) 2000—2020年环鄱阳湖城市群生活用地大幅增长(1 063.45 km²),生态用地持续减少(997.41 km²),生产用地总体上保持稳定，主要的用地转型模式为城镇生活用地和工矿生产用地对农业生产用地和林地生态用地的侵占。(2)时序变化上，2000—2010年，随着工矿生产用地和城乡生活用地的扩张，生态环境质量指数由1.428下降至1.424;2010—2020年，伴随着生态用地的恢复以及城镇生活用地和工矿生产用地内部格局的不断优化，生态环境质量指数由1.424升至1.447。(3)空间分布上，整体上呈现“东西高、中部低”的空间分布格局，形成了以南昌大都市圈为中心的中部生态环境质量低值区和以宜春市、景德镇市、上饶市为中心的东西部生态环境...     

基于GlobeLand 30的哈密市2000-2020年土地利用格局变化研究

[目的]研究新疆维吾尔自治区哈密市近20 a的土地利用变化,为该地区土地利用规划及生态环境保护提供有力支撑。[方法]基于2000,2010,2020年的GlobeLand 30数据集,通过利用转移矩阵、坡度分布指数、标准差椭圆以及土地利用重心迁移,分析哈密市2000-2020年土地利用的时空变化特征。[结果]①哈密市2000-2020年土地利用变化比较明显。2020年各土地利用类型面积比例为:未利用地>草地>耕地>林地>建设用地>水域。哈密市虽然面积大但能利用的绿洲面积较小。2020年草地面积为10226.39 km²,水域面积为295.17 km²。2000-2020年土地利用类型变化量中,草地的减少量最大,流失面积为671.48 km²,主要转换成未利用地、林地和少量耕地;建设用地增量最大,面积高达405.60 km²。2000-2020年其他土地利用类型中林地和耕地面积呈增长趋势;未利用地和水域呈减少趋势,其中水域面积的减少量很小,基本保持稳定。②2000-2020年草地在5个坡度梯度上分布比较均匀;而耕地和建设用地基本分布在Ⅰ级和Ⅱ级坡度梯度,耕地在Ⅰ级坡度梯度上显优势分布;林地在Ⅰ级坡度梯度上面积最大;未利用地分布面积随着坡度梯度的增加而减少。③2010-2020年土地利用变化与2000-2010时段的变化相比方向性较明显,范围更广,重心向西北方向迁移。[结论]2000-2020年哈密市的土地利用变化有着明显的时空特征,坡度对各地类分布的影响较为明显。     

城市扩张背景下景观破碎化动态演变及空间自相关分析——以南昌市为例

为探究城市扩张与景观破碎化演变过程及其关联机制,以江西省南昌市为例,基于2000—2015年的土地利用数据,运用城市破碎指数(UFI)刻画建设用地的景观破碎化水平; 然后结合形态学空间格局分析(MSPA)和景观连接度分析量化了自然景观和耕地的景观动态演变过程; 最后采用格网分析探究了三者之间的空间自相关动态特征。结果表明:2000—2015年间南昌市共有273.26 km²的耕地及45.61 km²的自然景观转为建设用地,整体城市破碎度指数在研究期内由2.27上升至4.94; 耕地核心区数量在15 a时间内持续衰减,自然生境在前期变化平稳,随着城市化进程的加快,核心及桥接区不断减少,岛状斑块开始增加; 空间自相关分析显示,景观破碎度与自然生境、耕地平均连通概率三者呈负相关,景观破碎度与耕地、自然生境平均连通概率之间的高低聚集区域集中分布在城市扩张的主要区域。2000—2015年城市快速扩张导致的破碎化致使耕地及自然生境景观结构发生改变,景观连通性逐渐丧失。     

鄂西北山丘区水土流失时空格局及影响因子定量评价

[目的]揭示十堰市水土流失时空格局及影响因子,可对该区域水土保持及丹江口水库水质保护工作提供科学依据。[方法]基于2005—2020年十堰市水土流失动态监测数据及监测站点长时序观测数据,探究十堰市水土流失时空变化特征,并借鉴RUSLE模型定量评价其主要影响因子。[结果]十堰市水土流失在2005—2011年处于遏制阶段、2012—2020年处于相对稳定阶段;2020年十堰市中部地区水土流失呈现面积小、强度高的特点,南部三区呈现面积广、强度低的特点,而北部地区呈现面积广、强度高的特点。对于不同土地利用类型的径流小区,裸地小区平均土壤侵蚀模数最高[2 320 t/(km²·a)],随后依次为耕地、经济林和草地小区;3个坡度等级(0°～10°,10°～20°,20°～30°)小区平均土壤侵蚀模数分别为[616.73,1 226.65,2 080.26 t/(km²·a)],表明坡度超过10°后水土流失严重加剧;与天然植被覆盖小区相比,紫穗槐植物篱和土坎梯田小区的水土流失明显减弱,且紫穗槐植物篱的水土保持效果更优;不同土地利用类型小区的土壤侵蚀模数与坡...     

基于Google Earth Engine的典型峰丛洼地石漠化时空演变与驱动因子分析——以西畴县为例

石漠化是岩溶地区阻碍经济可持续发展、影响生态环境的重大问题,随着近几十年石漠化治理的开展,石漠化扩张的趋势已经得到了极大遏制。以我国典型峰丛洼地地貌的云南省文山州西畴县为研究区,基于遥感云计算平台Google Earth Engine(GEE)以1990年、2000年、2010年、2020年四期Landsat遥感影像为数据源,利用转移矩阵分析西畴县近30年石漠化动态变化,并采用地理探测器分析了西畴县石漠化形成的驱动因子。主要结论如下:(1)30年间西畴县石漠化演变总体呈现先小幅减少,再扩张,然后大幅减少的趋势,从时间上来看1990—2000年,石漠化类型转变主要是轻度和潜在石漠化向无石漠化转移,2000—2010年石漠化类型转变主要是无石漠化向潜在和轻度石漠化转移,2010—2020年石漠化类型转变主要是潜在、轻度和中度石漠化向无石漠化转移; 从空间上来看,西畴县石漠化分布北重南轻,在石漠化治理成效上,整体都呈现好转,石漠化改善面积为850.183 km²,在莲花塘乡西北部、新马街乡的东北部、鸡街乡和西洒镇的交界处也存在零星恶化,恶化面积为51.715 km²。(2)1990—2020年30年间,西畴县石漠化治理取得了巨大成效,到2020年西畴县无石漠化土地面积已经达到940.854 km²,共有648.476 km²的石漠化土地转化成无石漠化土地;(3)地理探测器分析结果表明西畴县石漠化形成的主要驱动因子为坡度和GDP交互作用(q=0.645),人口密度和GDP交互作用(q=0.639)这两对组合。(4)通过编程在遥感计算云平台Google Earth Engine(GEE)上在线获取和处理遥感数据,可以较大限度地提高工作效率。利用云计算实现石漠化表征因子的提取,解决相关地学问题,可为后续相关研究提供强有力的技术支撑。     

基于土壤侵蚀时空演变的县域生态承载力评价

[目的]探究土地类型变化背景下土壤侵蚀和生态承载力的时空演变及相关关系,对提高生态承载力水平、优化土地利用结构和水土保持措施配置具有重要意义。[方法]以江西省宁都县为研究区域,基于自然资源和社会经济数据,运用InVEST模型与空间主成分方法,分析了土壤侵蚀变化对生态承载力的影响。[结果](1)宁都县主要土地利用类型为林地、耕地和草地,9年来土壤侵蚀程度2010年>2015年>2018年,分别为597.42,591.29,583.51 t/(km²·a),侵蚀类型以微度为主,在中部、西北部和东南部等地区,建设用地和耕地土壤侵蚀程度严重。(2)宁都县生态承载力西南低、东北高,9年来生态承载力整体上略有好转;三期土壤侵蚀程度严重的区域,生态承载力水平低。(3) 2010—2018年,宁都县开展规模化整地,使林地、荒地(未利用地)转为园地、耕地,增加了土地覆被度,加之降雨量减小,径流冲刷减弱,侵蚀模数大幅降低,分别减少了178.19,876.32,2 205.07 t/(km²·a),其他土地利用类型侵蚀模数变化较小,总体来看土壤侵蚀模数...     

基于ANP-GIS的长春市城市建设用地生态适宜性评价

基于城市建设用地的生态适宜性对建设用地资源进行合理有效开发利用是缓解城市化进程与土地资源有限性矛盾的根本途径。因此,在前人研究的基础上,提出了结合网络分析法（Analytic Network Process,ANP）与GIS的城市建设用地生态适宜性耦合评价模型,并结合长春市的自然、社会和经济特点对长春市城市建设用地生态适宜性进行案例研究,最终获得了可视化的长春市城市建设用地生态适宜性空间分布图（5个适宜度）。结果表明:对于长春市建设用地的选取最适宜的土地面积约为1 289.3 km²,适宜区域6 662.7 km²,较适宜区域9 461.4 km²,一般适宜区域2 848.2 km²,不适宜区域303.4 km²,而且长春市建设用地生态适宜性较高的地区（最适宜区域和适宜区域）分布在长春区域的腹地,处于长春市市区以及九台区、德惠市、农安县的交汇的区域,该地区自然、社会和经济各项指标的生态适宜性度均相对较高,表明长春市未来的城市发展以及城市建设的重点可以向生态适宜度较高的中部地区偏移。研究结果说明了ANP-GIS耦合模型的可靠性,同时也为长春市的建筑用地的选取和长春市的城市规划提供决策依据。     

广西海岸带土地利用时空格局及其驱动因子

明确广西海岸带土地动态变化趋势及其驱动因子,为优化该区土地利用结构和制定合理管控政策提供参考是全面、系统、合理地利用海岸带资源,进行生态文明建设的重要依据。基于多时相遥感数据,辅以随机森林分类、转移矩阵、景观格局指数和地理探测器等方法,系统分析了2010—2018年快速发展时期广西海岸带土地利用类型时空格演变规律与景观格局,并综合探讨了其演变的驱动因子。结果表明:(1)2010—2018年广西海岸带土地利用交错增减,变化显著。建设用地、林草地、人工湿地和自然湿地面积增加,建设用地年均增加101.89 km²,集聚特征突出,主要转入源为耕地; 耕地、其他用地和水体面积缩减,耕地年均缩减162.66 km²,分散特征明显,主要转出为林草地。(2)分时段土地利用动态度差异较大。2010—2014年其他用地和2010—2018年建设用地单一动态度最大,分别为-10.48%,8.80%; 2010—2018年水体单一动态度最小(-0.11%); 综合动态度逐段上升,2010—2018年达1.52%,属快速变化型; 林草地、耕地和建设用地间交替转化活跃。(3)土地利用景观格局呈斑块破碎化、多样化和均匀化演变趋势,景观的异质性和复杂性增强。(4)人文因子是土地利用变化的主导因子,平均贡献率为17.82%; 自然因子影响较小,平均贡献率仅9.72%。人文因子和自然因子协同作用加速了广西海岸带土地利用及景观格局变化。