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。     

基于GIS的定西地区黄土高原土地利用变化研究

运用GIS空间分析方法，以1980年、1995年和2000年Landsat TM影像的土地利用空间数据(1∶100 000)为基础，分析了1980～2000年定西地区黄土高原各土地利用类型变化的幅度、空间分布特征、方向以及耕地的主要流向，并应用空间马尔柯夫概率模型对定西地区2015年土地利用格局进行了预测。结果表明：1995～2000年土地利用的年变化率是1980～1995年的2.57倍；1995～2000年土地各类型之间的相互转化在空间分布特征呈现明显的差异，耕地、草地、林地和农村居住用地是定西地区土地利用变化的核心类型，耕地与其他类型土地间的相互转化分布最广泛；优质耕地主要被农村居住用地扩展占用。1995～2000年耕地转向农村居住用地的面积比1980～1995年增长了66.18%(1759 hm²)；1995～2000年毁林草开荒的面积仍高达17294 hm²。到2015年，耕地、城镇用地、农村用地面积和比例将增加，草地、林地、水域和未利用地面积和比例将下降。     

生态恢复背景下无定河流域土地利用时空变化

以恢复林灌草植被为核心的黄土高原生态建设的直接结果就是引起了土地利用格局变化。选取黄河中游区无定河流域为对象,以1985,1995,2000和2008年土地利用数据为基础,综合运用GIS分析技术、土地利用动态分析方法与模型,系统研究了生态恢复背景下流域土地利用时空变化过程。结果表明,草地始终是该流域优势土地利用类型,生态恢复以大规模治理沙荒及未利用地,恢复林草地景观为主要形式;随着退耕还林还草工程实施与推进,耕地转出明显,林、草地新增明显;1995年前后,流域土地利用类型相互频繁流转,土地利用总动态度在2000年达到了最高水平;在植被恢复因素驱动下,流域土地利用重心空间漂移明显,主要表现为耕地重心均向流域东部下游地区偏移,林、草地重心向西北方向偏移。     

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。     

基于生态安全格局的干旱内陆河流域土地利用优化配置分区

为提高干旱内陆地区土地利用效率,促进土地资源可持续利用,该文以典型干旱内陆河流域石羊河为例,将GIS技术和土地利用优化空间配置模型应用到该流域土地利用优化配置研究中,提出了一种基于生态安全格局的土地利用优化配置新方法,并借助1986年、2000年和2014年3期土地利用数据对石羊河流域生态安全格局情景、耕地保护情景和自然发展情景3种模式下2030年的土地利用结构和布局进行了优化配置研究。研究结果表明：在生态安全情景下2030年耕地面积减少314.41 km2（5.32%）,但林地和草地面积分别增加1424.17 km2（33.85%）和1485.13 km2（12.05%）,同时未利用地也有较大幅度减少;而耕地保护情景则以土地开发和整治及宅基地还耕为主要目标,使得耕地到2030年增加5.85%（386.53 km2）,林地和草地分别增加7.61%（229.38 km2）和0.77%（84.58 km2）,而未利用地则减少3.91%（789.92 km2）;自然发展情景下其耕地、林地和草地到2030年均有减少,建设用地则有较大幅度增长。通过对3种综合考虑石羊河流域社会经济、生态及耕地保护等多方面的因素,研究结果认为耕地保护情景更为合理,既能保持耕地面积不减少,又能兼顾考虑生态恢复和城镇发展等方面的需求,而其它2种可为耕地保护情景进行补充和局部修正。     

黑河流域LUCC(1988-2000)的生态环境效应研究

利用1988年和2000年Landsat 5的4、3、2(RGB)波段合成影象解译结果，采用中国科学院资源环境数据库中的全国1：10万土地资源利用分类系统．基于GIS(arcview 3．2a)，通过对黑河流域近12年来土地利用／覆被变化(LUCC)特点揭示，研究了其生态环境效应。结果表明：(1)土地利用结构变化表现出耕地、林地和城镇用地有明显增加，草地和水域都呈减少趋势，反映出区域城镇化进程的加快和生态环境恶化的趋势。LUCC的区域差异明显：上游地区水域在减少．草地和未利用地大量增加，林地和城镇用地变化不大；中游地区耕地、城镇用地大量增加，草地急剧减少；下游地区水域面积大量减少，草场严重退化，未利用地大量增加；(2)上游地区主要表现为冰川退缩，土壤生态系统退化，地表径流中泥沙含量增加，林地水源涵养能力降低，天然植被退化；(3)中游地区农业绿洲虽有较大发展．但天然植被减少，土壤盐渍化、土地沙化、草场退化较为严重；(4)下游地区河道断流加剧，湖泊干涸，地下水位下降，水质恶化．地表植被严重退化，生态功能降低．土地沙化、盐碱化面积迅速扩大．灾害性天气频增。最后，基于流域各段生态环境效应分析，提出了生态重建的对策措施。     

石羊河流域中、下游绿洲景观动态变化的比较研究

根据1986年和2000年的TM影像数据，利用GIS技术和景观结构分析软件FRAGSTATS，分别从类型和景观两个水平上对比研究了石羊河流域中游武威绿洲和下游民勤绿洲的景观格局及其动态演变，并利用转移矩阵对中下游绿洲土地利用格局的空间转化趋势进行了比较分析。     

台兰河流域土地利用变化及其景观格局特征研究

在遥感和GIS技术支持下,获取了自1990年以来台兰河流域3期土地利用数据,在GIS空间分析模块下对台兰河流域土地利用及其景观格局特征进行了研究.结果表明:1990-2005年,土地利用变化表现出耕地和沙地明显增加,分别增加35 027.11 hm2和10 443.46 hm2,而草地和天然林地面积锐减,其中草地净减少59 965.95hm2,反映出流域有大面积拓荒的趋势.随着耕地面积的不断增大,引发农业用水和生态用水之间的矛盾,天然植被受到破环,生物多样性减少.老绿洲土壤盐渍化面积总体呈减小趋势,新绿洲及绿洲外围局部地区土壤盐渍化呈恶化趋势.     

基于SWAT模型和SUFI-2算法的石羊河流域月径流分布式模拟

[目的]揭示石羊河流域径流量对土地利用变化的响应机制,为旱区水资源的合理配置和优化利用提供理论依据。[方法]利用石羊河流域DEM、气象、土壤、1995与2000年2期土地利用等数据,结合RS和GIS技术,构建SWAT分布式水文模型。基于SWAT模型及SUFI-2算法,对石羊河流域1980—2009年的月径流过程进行模拟。[结果]流域内1995与2000年土地利用均以耕地、林地、城乡工矿居民用地面积显著增加,草地、水域、未利用地减少为主;影响SWAT模型模拟效果前3位的参数分别是CN2,Alpha_Bf,Timp;校正期和验证期月流量的模拟值和实测值拟合较好,其Nash Suttcliffe系数Ens和相关系数R2均大于0.8,相对误差|Re|均小于10%。[结论]采用SUFI-2算法的SWAT模型在石羊河流域月径流模拟中具有一定程度的适宜性。     

基于分维模型的台兰河流域土地利用变化研究

以新疆台兰河流域1990年、2000年和2005年土地利用数据为例,将分形理论应用于土地利用空间分布及其变化的研究中,定量分析干旱内陆河流域土地利用空间结构复杂性、稳定性以及各土地利用类型随时间的变化趋势,从而阐述不同土地利用类型的空间分布规律。结果表明:各种土地利用类型都具有空间分形特征,分维数是面积、斑块数量和平均斑块面积等单项指标有机结合的综合表现,是综合表征土地利用变化空间格局的定量指标。1990年、2000年和2005年不同土地利用分维数的排序分别为:水域工矿居民用地耕地草地未利用地林地;水域工矿居民用地草地耕地林地未利用地;水域工矿居民用地草地林地耕地未利用地。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体土地利用分形维值分别为1.5993,1.5986,1.6079,流域土地利用的分维数呈现先减后增的趋势,土地利用空间结构趋于复杂化,土地利用类型有扩张的趋势。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体空间结构稳定性指数分别为0.1720,0.1563,0.1435,说明整个流域土地利用类型的空间结构稳定性逐渐下降。     

鄂尔多斯高原泊江海子流域土地利用动态变化及驱动因素分析

土地作为陆地生态系统的载体,其利用方式的变化直接影响着陆地生态系统服务功能的种类和强度。泊江海子流域位于鄂尔多斯高原干旱半干旱区,生态系统脆弱,流域生态系统服务功能在近十几年严重退化。本文基于Landsat影像数据提取了研究区1990—2015年间的6期土地利用数据,分析研究区土地利用时空变化特征及其驱动因素。结果显示:研究期内主要的土地利用类型为草地、耕地和未利用地,土地利用总体变化显著。空间变化上呈东西部及中北部耕地增加、南部未利用地减少的主要趋势。各土地利用类型面积变化及转换特征不一。草地整体处于动态转换平衡状态,约占流域总面积的70%。耕地和未利用地分别呈增加和减少的趋势,变化面积分别占流域总面积的6.05%和7.62%,其各自的主要来源或去向均为草地。水域面积减少了总面积的1.45%,主要转出去向为滩地。1995—2000年是土地利用转换最为频繁的时段,2005—2010年间土地利用变化呈动态不平衡状态的表现最为突出。研究期内流域土地利用变化受降雨减少、气温升高等气候变化和生态恢复工程建设、水利工程建设等人类活动的综合驱动影响。合理规划土地利用,限制种植高耗水树种及作物,减少河流上游汇水区耕地等,是保障研究区生态系统可持续健康发展的重要措施。     

基于CA-Markov模型的藉河流域土地利用变化动态模拟

为了探讨黄土丘陵沟壑区藉河流域的土地利用变化规律及驱动力,基于1995和2008年两期遥感影像解译得到的土地利用数据,通过土地利用动态度模型和空间测算模型对藉河流域土地利用类型的动态变化程度进行分析,并运用CA-Markov模型对2022年土地利用空间格局进行预测.结果表明,空间分析测算模型由于同时考虑了各土地利用类型的空间转移及新增过程,能更为准确地测算出各种土地利用类型的动态变化程度与速率;CA-Markov模型预测结果表明,整个流域总体的Kappa系数为0.9515,预测结果可信;除草地和未利用地外,2008-2022年期间其他土地利用类型继续原有的变化趋势,到了2022年表现出坡耕地、草地、水域和未利用地面积减少趋势,梯田、林地和居民地面积呈增加趋势.黄土丘陵沟壑区水土流失严重,此研究有助于加强土地资源的保护和实施退耕还林还草等措施,为当地土地利用规划管理提供参考.     

近30年中国主要耕地后备资源的时空变化

为了增强对中国耕地后备资源变化的理解,以便更好的利用和管理中国有限的土地资源,提高生态保育水平,确保区域生态安全,文中采用LandsatTM、CBERS、HJ1、"北京一号"等遥感影像数据(包括1980s末、1995年、2000年、2005年、2008年和2010年共6期)分析未利用土地的时空演变,运用土地利用动态度模型、分布密度模型、未利用土地变化强度指数模型、重心模型和转移矩阵等数学方法分析未利用土地的时空演变格局。基于这些数学模型的计算结果,揭示出中国未利用土地近30a来的演变特征:1)中国未利用土地总量持续减少,共净减少了11545.14km2,且在除了1995-2000年的其余4个监测时段均为净减少,但减少量趋缓。2)中国未利用土地的动态度总体表现为先增大后减小,在2005-2008年达到峰值0.06%后逐渐减小。3)中国未利用土地变化也表现出明显的空间异质性,净减少最多的省份是黑龙江省,共净减少了4469.08km2,其次为新疆维吾尔自治区净减少了3725.93km2;净增加最多的是内蒙古地区,共净增加了2942.44km2。同时未利用土地变化强度指数也呈差异性分布,黑龙江省和山东省总体处于高度减少区,甘肃、宁夏和吉林省总体处于中度减少区,内蒙古地区总体处于中度增加区。4)未利用土地与耕地、草地、水域间的相互转化较为剧烈。未利用土地减少去向主要以草地生态恢复、耕地开垦、水域面积扩展等占用为主,同时伴随着因草地退化、耕地撂荒退化和水域干枯水面缩减后成为未利用土地的状况。5)作为中国主要的耕地后备资源,从20世纪80年代末至2010年,未利用土地开垦为耕地的重心已经由东北的黑龙江省向西北的新疆维吾尔自治区、甘肃省和山东省的黄河三角洲地区转移。近30a来中国的未利用土地格局发生了如此剧烈的变化,有的变化有助于改善区域生态环境,而有的变化确加剧了当地脆弱的生态环境,因此对于未利用土地的开发和利用,应该因地制宜,实行先评价再利用和保护的策略。     

黄河上游生态脆弱区绿洲开发模式下生态系统服务价值损益分析——以宁夏红寺堡区为例

为了探究黄河上游绿洲灌溉区的开发模式对生态系统服务价值(ESV)的影响,选取宁夏红寺堡区为研究区域,基于Landsat TM和GF-2遥感影像数据源,通过修订生态系统服务当量因子,对其生态系统服务价值损益进行了定量分析。结果表明:(1)自1998年底第一批宁夏南部山区的移民迁入红寺堡区开启绿洲开发模式以来,红寺堡灌区面积持续扩张,至2018年已达5.17×10⁴ hm²,形成了“蝴蝶型”的荒漠绿洲分布格局。(2)绿洲开发使得红寺堡区的土地利用结构发生显著变化,旱地、其他草地和未利用地大幅减少,水浇地、林地和建设用地大幅增加,基本形成以绿洲为主的生活空间和生产空间、周边为生态空间的“三生”空间格局。(3)1990—2018年红寺堡区的ESV由1.151×10⁹元提升为2.267×10⁹元,这主要得益于林草地、水体等生态用地的扩张,各单项服务价值呈上升趋势,生态建设成效显著。(4)红寺堡区的ESV总量变化呈现明显的阶段性特征,其中,1990—2000年轻度降低,此后持续增长。1990—2000年,旱地扩张,导致林草地失衡,生态退化,ESV损失2.9×10⁷元; 2000—2018年ESV增加1.116×10⁹元,其中,城镇建设用地快速扩张是ESV损失的主因,林草地和水域的扩张是ESV增加的主因。综上,红寺堡区在绿洲开发进程中生态建设成效显著,但也存在因为开发导致ESV损失的情况。今后发展中,需要进一步提升社会-经济-生态三者的协同发展能力。     

长江上游地区土地利用/覆被和景观格局变化分析

利用1980年、1990年和2000年3个时期土地利用数据，将GIS和景观生态学的数量分析方法相结合，运用Arc Info和Arc View以及Fragstats(栅格版)，分析了长江上游地区1980~2000年间的土地利用/覆被和景观格局的变化。结果表明：研究期间，林地和耕地大幅度减少，草地和建设用地面积显著增加，水域和未利用地相对变化幅度不大。研究区土地利用类型转移的主要方向是林地转化为草地和耕地、耕地转化为建设用地和草地、草地转化为未利用地。通过对该区斑块类型级别指标的分析，得出水域、建设用地和未利用地分离度和破碎度较大，而耕地、林地和草地在宏观政策和人类活动强烈干扰下，分离度和破碎度呈现先降低后升高的趋势。通过对景观级别指标的分析，得出整个区域景观结构日趋破碎，景观异质性也逐渐提高，土地向着多样化和均匀化发展。长江上游地区脆弱的生态体系对土地利用变化响应强烈，造成水土流失和沙漠化程度加剧，自然灾害频发等景观生态效应。可通过调整景观尺度上的土地利用方式，使长江上游地区生态建设及水土资源实现可持续发展。     

石羊河流域土地利用结构合理性评价

[目的]评价石羊河流域土地利用结构,为石羊河流域土地利用总体规划的修编、土地利用机构的优化以及土地资源的可持续利用提供依据。[方法]利用解译的石羊河流域5期(1980,1995,2000,2006,2012年)土地利用数据,基于TOPSIS方法,采用熵值法确定指标权重,结合灰色关联度分析,对石羊河流域土地利用结构的合理性进行综合评价。[结果](1)5期石羊河流域土地利用结构合理度总体上较高,均在75%以上,在时间上总体呈波动上升趋势。其中,2006到2012年上升19.54%,增幅最大;(2)不同土地利用类型变化对土地利用结构的合理性影响不同,其土地利用结构合理性关联度依次为:未利用土地(0.973 8)林地(0.961 1)草地(0.950 4)耕地(0.935 2)居民用地(0.757 6)水域(0.709 0);以石羊河流域耕地为参考数列,对影响耕地的其他土地利用结构进行了灰色关联度分析,发现对耕地影响最大的是林地(0.938 5)和未利用地(0.935 0),其次是草地(0.902 1),再次是居民用地(0.797 7)和水域(0.722 9)。[结论]限制石羊河流域未利用土地的开发,保护林地,调整草地和耕地比例,控制居民地的过快增长和严格保护水域,对优化石羊河流域土地利用结构具有决定性的作用。     

基于CA-Markov的河西走廊土地利用变化研究

基于河西走廊1990年、2000年土地利用矢量数据，通过空间叠加和构建土地利用分布与变化的1 km-Grid数据集以研究20世纪90年代土地利用分布与变化的数量特征和空间格局特征，并运用马尔可夫模型和元胞自动机技术对2010年土地利用分布情景进行预测。研究表明：河西走廊以未利用土地和草地为主；20世纪90年代，耕地、城乡工矿居民用地增加，而林地、草地、水域和未利用土地减少；多种土地利用类型的开垦在区域土地利用变化中处于主导地位，其中“草地→耕地”和“未利用→耕地”2个变化类型的规模最显著。主要交通线与大的河流附近人类活动强烈，因而土地利用类型及变化类型比较多样，空间格局复杂。CA-Markov模型模拟结果表明2000～2010年间6个土地利用类型将保持原有的变化趋势和变化速率，因此，迫切需要加强对林地、草地和水域的保护，控制和阻止盲目开垦耕地的行为，推进退耕还林还草工程，促进区域生态环境质量的保护和改善。     

干旱内陆河流域土地利用转型的生态环境效应变化特征及其驱动因素探测

为探讨土地利用转型对生态环境质量的影响并明确相关驱动因素作用机理,以黑河流域中游这一典型干旱内陆河为研究对象,利用生态环境质量指数、标准差椭圆模型和地理探测器工具,在对研究区2000—2020年土地利用转型生态环境效应数量变化、空间分布及方向特征进行多维测定基础上,对影响生态质量空间分异的驱动因素及其交互作用机制进行了识别与分析。结果表明：(1) 2000—2020年,研究区土地利用转型频发,林地、灌木和人造地表大幅增加,草地、裸地和湿地减少,“南草北裸”的空间分布特征未发生扭转,草地和裸地是流域其他地类最为重要的转型补给源;(2)黑河流域中游生态环境质量整体处于较低水平但向好发展,“北低南高”的空间分布格局显著,其生态环境质量呈“正西北—正东南”朝向的变化趋势特征;(3)人为活动及高程、植被覆盖和坡度是黑河流域生态环境质量空间分异的主要驱动因子,自然、社会和经济诸因素激烈的交互与协同作用,共同导致流域生态环境质量的空间分异。综上,黑河流域中游生态环境质量趋好,但需严控人为活动,保障流域土地利用与生态安全持续稳定。