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。     

辽河中下游流域土地利用变化及其生态环境效应

辽河中下游地区地处东北老工业基地区,是我国重要的重工业、能源和商品粮生产基地。基于TM卫星遥感数据及调查资料,对辽河中下游流域1986—2000年土地利用时空变化特征及其生态效应进行了研究。结果表明,随着人口的增加和经济的发展,流域耕地面积持续扩大,林地、草地、水域面积趋于减少,居民地、工矿、交通等建设用地增加。整个景观斑块数量呈现减少趋势,景观的空间结构趋于简单化。农业用地是平原地区土地利用变化的主体和媒介,主要土地利用转变类型大多与耕地有关。土地利用/覆被变化导致了诸多环境问题如水土流失加剧,水资源短缺、水质恶化,湿地生态功能下降等,使流域生态环境更加趋于脆弱。     

新疆玛纳斯河流域土地利用变化特征及影响因素研究

以2000、2005、2010和2015年四期遥感影像解译为基础,从土地利用变化幅度、变化速率、转移方向及利用程度等方面,分析了玛纳斯河流域2000~2015年的土地利用变化特征、影响因素及保护对策。结果表明:(1)2000~2015年,玛纳斯河流域以未利用地、草地和耕地为主。耕地面积扩张较为明显,但增加速度在2010~2015年有所下降;未利用地和草地面积以减少为主,其中草地的减少速率不断提升,未利用地在2010~2015年单一土地利用动态度(0.17%)为正值,有增加趋势;建设用地面积有一定程度的增加,单一土地利用动态度先下降再上升;(2)耕地呈内外双向扩张,新增面积主要来自草地和未利用地;建设用地的增加主要来自耕地和草地;草地和未利用地以转出为主,草地的主要转出方向是耕地,未利用地向耕地和草地转移。随着未利用地的开发利用,玛纳斯河流域的土地利用综合指数逐渐增加,土地利用程度处于稳步发展阶段;(3)在人口、经济和政策等因素的影响下,耕地和建设用地等生产、生活用地面积增加,草地、未利用地等生态用地面积减少,因此对流域内"三生用地"的保护应着重加强生态用地的恢复和管控,合理划定生态用地红线,保护耕地和基本农田,集约利用已开发的存量建设用地。     

1976—2015年辽河口土地利用格局变化及驱动机制研究

利用1976、2000及2015年3期遥感影像解译数据,从土地利用格局、土地利用类型变化速率及土地利用类型转移矩阵等方面,分析了辽河口地区1976—2015年土地利用格局、变化趋势及转移特征,结果表明:辽河口地区总面积6327 km 2,区域生态以农田-湿地-城镇复合景观为主,耕地所占面积比例最大,其次为沼泽湿地,再次为建设用地,水域、滩涂、河滩地、林地、草地、盐碱地、裸土、裸岩等零星分布;1976—2015年辽河口地区土地利用变化主要体现为沼泽地、林地及滩涂面积不断减少,建设用地及虾蟹养殖地面积不断增加。分析表明,辽河口地区土地利用格局变化的驱动力主要来自人为活动,区域气候变化对区域土地利用格局变化影响很小,主要对区域沼泽湿地景观产生一定影响。     

1980-2015年焦作矿区景观格局演变及驱动力分析

选取焦作矿区为研究区,利用矿区1980—2015年5期影像数据,提取矿区5期景观类型数据,并结合相关社会经济数据,分析了矿区景观格局演变及其驱动力。结果表明:35年间矿区耕地面积明显减少,建设用地、工矿用地和水域面积显著增加,林地和草地面积变化不大;各景观类型之间互有转化,其中最主要的景观类型转化发生在耕地和建设用地之间,有14.85%的耕地转为建设用地,6.02%的建设用地转回耕地。矿区各景观类型呈现不同程度破碎化、复杂化,其中林地破碎化最高,水域形状最复杂,耕地形状趋于规则且聚集程度高;整体景观格局破碎化加剧,形状趋于复杂,景观异质性增强,优势类别控制作用减弱;矿区土地利用结构不合理,生态环境恶化。通过驱动力分析可知,人口与农业发展因子和工业发展因子是导致矿区土地利用景观格局变化的主要原因。     

黄土丘陵区生态退耕中的景观格局演变及其地形驱动

黄土丘陵区大规模生态退耕对该区域土地利用、景观格局及其生态系统服务产生了重要影响。基于野外调查和GIS分析,以典型黄土丘陵小流域大南沟为例,分析了1975—2007年生态退耕前后土地利用结构变化、景观格局演变及其地形驱动。结果表明流域大规模退耕前有小面积弃耕现象,耕地和荒草地稍有减少,林地增加,斑块数量增加,景观格局趋于复杂,破碎化严重。2000年大规模退耕以后,耕地大量减少,退耕地和荒草地约占流域面积75%,林地增加,各景观类型形状趋于简单、分布趋于均匀和集中。随退耕年限增加,林地持续增加,存在小面积的复垦现象,流域景观结构趋于复杂,但整体格局趋于合理。相对海拔和坡度是生态退耕最重要的两个地形驱动因子,大规模退耕后,耕地和果园趋向于中低海拔和坡度较缓的区域分布,荒草地基本不变,退耕地和林地趋向于高海拔和较陡的区域分布。     

黑龙江乌裕尔河流域土地利用及景观变化分析

为探索乌裕尔河流域土地利用景观格局特征变化及其原因,以黑龙江省典型流域——黑土区乌裕尔河流域1995年和2000年的TM影像为基本资料,运用3S技术和Fragstats软件,研究了乌裕尔河流域的土地利用及其景观格局的新变化,从斑块类型水平和景观格局水平对2个时段的景观指数进行定量分析,结果表明:乌裕尔河流域土地利用景观的主体为耕地,耕地面积有增加的趋势;景观类型水平上,草地、水域和建设用地的破碎化指数表现为略有下降或持平,耕地、林地和未利用地景观破碎化指数上升,尤其是耕地该指数增幅较大;景观格局水平上,主要景观指数变动趋势对整个流域生态系统功能发挥不利,流域的生态系统脆弱性在增加。研究结果可为乌裕尔河流域土地利用的合理规划利用及生态景观设计提供思考。     

土地利用变化对盘古河流域径流的影响

[目的]分析大兴安岭地区盘古河流域土地利用变化情况,研究流域径流对不同土地利用情景的响应,为合理规划土地利用提供依据。[方法]利用盘古河流域1987,2000和2011年3期土地利用数据和1988—2012年的水文气象资料,结合SWAT(soil and water assessment tool)模型,分析盘古河流域土地利用变化的径流响应。[结果]1987—2011年盘古河流域主要土地利用变化为裸地向林地、草地转化,林地面积增加,裸地面积减少;汛期径流量占年总径流量的比例随着林地的增加而减少;林地的增加使得多年平均年径流量、汛期径流量和最大月经流量均呈减少趋势。[结论]SWAT模型能够较好地模拟盘古河流域的月流量过程;流域径流随着林地面积的增加而减少。     

1985～2015年淮北市土地利用变化特征及其预测研究

以1985、1995、2005、2015年4期遥感影像为基础,应用RS、GIS技术和景观生态学方法,分析了淮北市1985～2015年土地利用景观格局变化,并采用ANN-CA模型预测2025年淮北市土地利用数据。结果表明:1)淮北市土地利用类型以耕地为主,耕地面积占60%以上,建设用地次之;近30年,建设用地和林地面积呈增加趋势,耕地、水域和草地呈减小趋势;2005～2015年土地利用结构和景观格局变化显著,各类土地利用面积变化速率加快。2)1985～2015年土地利用类型的转移主要为耕地向建设用地转变、水域向耕地和建设用地转变。3)1985～2015年淮北市土地利用破碎化程度不断升高,景观格局趋向复杂化,景观异质性增强。4)2015～2025年,林地面积将保持不变,耕地、草地、水域面积减少,建设用地面积不断增加。     

基于土地利用变化的藉河流域生态服务价值研究

为了实现土地的可持续利用和生态的可持续维护,以藉河流域5期土地利用数据和构建生态系统服务评价模型为基础,运用马尔科夫模型对藉河流域的土地利用及生态服务价值变化进行评估,结果表明:研究时段内坡耕地、梯田、林地和草地的总面积占流域面积的90%以上,坡耕地面积逐期减少,梯田和林地面积增加;1975—2030年流域总的生态服务价值呈增加趋势,草地和林地占总价值比例达到70%以上;预测2020年和2030年流域的生态服务价值分别增加到5.499亿元和5.633亿元,1975—2030年间单项生态服务价值中土壤形成与保持、维持生物多样性、气候调节和气体调节4项占总价值的60%左右。     

基于GIS技术的佳木斯地区农田开垦对表层土壤有机碳储量的影响

基于GIS技术,利用1980年和2010年佳木斯表层(0—30cm)土壤有机碳数据,研究不同农田开垦方式对表层土壤有机碳储量和空间分布的影响。结果表明:30年来佳木斯地区表层土壤有机碳储量呈现减少趋势,从1980年土壤有机碳库350.68Tg C减少到2010年的299.58Tg C,主要减少分布在东北地区和南部地区。30年来耕地面积增加了6 790.44km2,农田开垦(沼泽湿地、林地、草地)是影响土壤有机碳储量和时空变化的主要原因,而沼泽湿地的开垦导致储量变化最大,沼泽湿地开垦土壤有机碳年变化率为107.21tC/(km2·a)。农田开垦成旱田要比水田对土壤有机碳损失影响大,农田开垦是造成有机碳储量下降的原因。     

基于风蚀模型的宁夏土壤风蚀特征及影响因素

为了阐明宁夏土壤风蚀情况,基于第一次全国水力普查中推荐的风蚀经验模型,通过野外土壤采样及风洞试验修正模型参数,运用遥感、地理信息系统技术,对2000—2015年土壤风蚀强度时空变化特征进行分析,运用变异系数法确定各影响因子权重,明确影响风蚀的主要因子。结果表明:空间分布上,微度、轻度风蚀的区域分布在石嘴山市西部,银川市西部和东部,吴忠市中北部,中卫市中部,固原大部分地区,中度及以上风蚀的区域分布在沙坡头区、灵武市、盐池县、平罗县、兴庆区、贺兰县、金凤区的沙地、荒漠地区;时间序列上,研究期间风蚀发生总面积和风蚀强度整体呈下降趋势;按风蚀地类分,风蚀强度排序为:沙地>耕地>裸地>草地>林地,平均风蚀强度分别为:47.39t/(hm2·a),5.77t/(hm2·a),1.82t/(hm2·a),1.48t/(hm2·a),1.00t/(hm2·a);银川、吴忠、固原、中卫的风蚀强度的主要影响因子为土壤湿度,次要影响因子为植被覆盖度,石嘴山风蚀强度的主要影响因子为超过起沙风速累积时间。     

山东武河人工湿地对磷净化的长效性及其内源磷分布与释放

人工湿地运行的长效性值得关注,以山东省武河人工湿地为例,2017年10月选取10个和4个代表性采样点分别采集原位水样和柱状沉积物样,对该湿地正常运行10年后,其对水体磷的净化效果和沉积物磷的分布特征及其内源释放风险进行了研究。结果表明:武河人工湿地运行10年后,对水体磷仍具有较好的净化效果,净化效率在50%左右,出水口总磷(TP)浓度为0.29 mg L^-1,符合地表水Ⅳ类水质标准。4个沉积物柱样均显示,沉积物各磷形态含量大小顺序为:无机磷(IP)>钙磷(Ca-P)>铁铝结合态磷(Fe/(Al-P)>不稳定态磷(LP)>有机磷(OP),IP含量最高,约占总磷的69%~95%,OP含量极低,与湿地来水息息相关;在IP中,沉积物Ca-P含量最高,表现为较为稳定的特性;空间分布上,不同点位各磷形态含量差异显著,进水口较近区域含量较高,垂向上,除Ca-P外,其他磷形态含量总体呈现随深度增加而减少的趋势,湿地来水影响明显。静态释放实验表明,湿地不同点位沉积物磷的内源释放速率差异明显,4个点位总磷的沉积物-水界面释放速率分别为-1.98、-9.32、-11.99和-8.65 mg m^-2 d^-1,均以吸附为主,距离进水口较近区域,沉积物对磷的吸附能力有所降低,这对人工湿地的长期运行具有指导意义。相关性分析表明,除Ca-P外,沉积物其他磷形态同有机质(LOI)表现出较好相关性,沉积物磷形态和LOI来源相对一致,主要为临沂城区工业废水和生活污水的尾水,受农业面源污染的影响较小。     

吉林省东部气象因子与玉米延迟型冷害的时空演变规律

基于1980—2014年吉林东部地区逐日气象数据和玉米种植资料,利用Mann-Kendall突变分析法、气候倾向率、偏最小二乘回归分析等方法,揭示了气候变化背景下冷害的时空演变规律,同时对影响冷害的气象因子进行探究。结果表明:(1)近35年热量条件有所改善,冷害呈现减少趋势。20世纪80年代,冷害受低温阴雨、早霜等天气影响表现为发生频率高、强度大,20世纪90年代气温升高,冷害发生频率降低,中期降水异常增加,冷害强度增大,21世纪气温大幅提高,冷害少有发生,但不排除区域极端低温的可能;(2)吉林东部地区气候整体变暖且初霜日推迟,降水量南多北少,日照时数东升西降。而冷害发生频率空间分布规律为随着生育期推进冷害高频区逐渐由中部山区向高纬度延伸,即高纬度、高海拔地区成为冷害的高发区;(3)玉米在出苗—抽雄期受低温影响较大,冷害年气温受各气象因子的影响大小为降水量>日照时数>初霜日,尤其高海拔山区多阴雨寡照天气,易发生冷害。     

施加NPD对黄土坡面径流流速和侵蚀产沙的影响

天然聚合衍生物(NPD)是一种新型的高分子聚合物,是坡面土壤侵蚀化学调控措施所采用的一种新型材料,通过室内人工模拟降雨试验,以裸坡为对照,研究了不同NPD施加措施(撒施和喷施)及不同施加量(1.0,3.0,5.0g/m2)条件下径流流速特征以及对侵蚀产沙的影响。结果表明:(1)施加NPD的坡面径流流速随降雨历时的变化与裸坡一致,均呈先增大后逐渐趋于稳定的趋势,且流速随降雨历时的变化过程可用对数方程描述。撒施在1.0mm/min雨强下,延迟降雨初始产流时间8～19min,而喷施在3个雨强下,初始产流的时间整体上较裸坡提前1～2min;(2)与裸坡相比,施加NPD具有显著减小流速的效应,且雨强越大,减小流速的效应越差;施加不同剂量NPD减缓坡面径流流速的效益范围13.2%～54.3%。其中撒施3g/m2剂量和喷施5g/m2剂量对坡面径流流速的减小效应相对较好;(3)与裸坡相比,施加NPD具有显著的减沙效应,且减沙效应范围为30.6%～71.2%。无论是撒施还是喷施,整体表现为5g/m2计量的减沙效应最好。(4)裸土坡面的侵蚀模数对平均流速的响应关系与撒施和喷施NPD坡面的侵蚀模数对平均流速的响应关系皆可用对数方程表示,且撒施和喷施对流速的减小作用均大于减沙作用。     

西南岩溶区水土保持生态效应指标体系与定量评价

西南岩溶区是我国水土流失重点治理区,但对于其治理的生态效应尚缺乏一套科学客观、简单可行的快速评价方法。通过将数据统计分析结果与专家经验判断相结合,构建了西南岩溶区不同尺度下水土保持生态效应评价指标体系,并提出了综合量化模型。实例研究表明:该评价方法兼顾科学性和实用性,能对西南岩溶区坡面、小流域和区域尺度的水土保持生态效应进行快速的量化评价,可为今后西南岩溶区水土保持生态效应的监测与评价提供参考依据。     

生物炭对沼渣堆肥理化性状及微生物种群变化的影响

【目的】近年来沼气工程发展迅速,沼渣的合理利用成为制约沼气工程发展的瓶颈。本文通过试验探讨了添加生物炭制备沼渣堆肥的可行性,为沼渣高效资源化利用提供一条安全可行的途径。【方法】供试沼渣为鸡粪沼气工程(干发酵,沼渣经固液分离处理),生物炭为果木于550℃高温热解2 h制得。以沼渣为主要堆肥原料,添加猪粪调节氮含量,以1 cm左右玉米秸秆为调理剂,控制物料C/N为25∶1,含水率控制在65%～70%,在室温25℃下堆置30 d。生物炭添加量共设0、2%、5%和10%四个水平(表示为CK、F1、F2、F3)。测定了沼渣堆肥过程中的理化性质及微生物含量变化。【结果】堆肥过程中,各处理最高温度均达到55℃以上,F1、F2处理组高温持续时间在6 d左右,达到无害化要求。pH与EC具有相同变化规律,均呈先上升后下降,最后趋于平缓趋势。四组处理的pH值在8.55～8.80之间,F2处理pH值始终大于其它三组处理,且处于较高水平(>8.7),升温期pH最大值达到9.03。四组处理电导率均低于1 mS/cm。与CK相比,F1、F2、F3处理组有机质含量分别降低了13.0%、9.3%、7.4%,且总有机质含量均大于45%,总养分含量分别提高了6.5%、4.3%、2.2%,种子发芽指数也均在85%以上。添加生物炭对细菌、真菌、放线菌的影响不同。随着生物炭添加比例的提高,细菌数量减少,两者呈负相关;放线菌数量呈上凹曲线型,F2处理对放线菌具有最大抑制作用;真菌数量随生物炭添加量增加而增加。不同处理堆肥腐殖质含量变化总体先减少后增加,呈"V"字型,第11 d达到最低值,以F1处理组始终处于较高水平,远高于其它三组处理,最高值达到24.08%,最低为17.92%。与CK对比,F1、F2、F3处理组产品腐殖质含量分别提高了8.12%、7.23%、7.43%。【结论】生物炭的添加能够延长堆肥的高温期,改变堆体理化性质,促进堆肥腐熟,提高总养分含量,综合分析生物炭对微生物的影响,添加2%的生物炭(干基比)对堆肥微生物的生长具有最大的促进作用,显著促进堆肥腐熟。     

1961～2012年银川浅层地温变化及其对气候变化的响应

利用银川市1961～2012年逐月平均气温和逐月0～20 cm浅层地温资料,采用统计学和功率谱分析等方法分析了过去52年银川市浅层地温的变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:(1)1961～2012年银川市各层年平均地温均呈显著升高趋势,其中0 cm地温升温速率最大,为(0.477±0.126)℃(10 a)^-1(95%置信区间,下同),10 cm地温升温速率最小,变化速率为(0.395±0.117)℃(10 a)^-1;(2)1961年以来银川各层年与季平均地温多以2～4 a周期为主,其周期可能受海气相互作用及平流层准2 a震荡的影响;(3)银川浅层地温对气温变化极为敏感,年平均气温每升高1℃,相当于0 cm、5 cm、10 cm和20 cm年平均地温分别升高(1.095±0.154)℃、(0.970±0.169)℃、(0.911±0.159)℃和(0.945±0.173)℃。     

杏壳生物炭对温室次生盐渍化土壤修复效应的研究

日光温室土壤次生盐渍化是设施蔬菜生产中的主要障碍性因子。研究以温室盐渍土、杏壳生物炭和负载微生物的杏壳生物炭为主要对象,通过监测土壤培养过程中土壤溶液pH,电导率(EC),水溶性磷、水溶性钾的动态变化,以及相应处理下盐分敏感蔬菜-辣椒的发芽率,探索添加不同比例的生物炭材料对温室次生盐渍化土壤的修复效果。结果表明,经过40 d土壤培养,添加杏壳生物炭对土壤溶液pH影响不明显,但是2.5%低添加量生物炭降低土壤溶液EC值的效果最为明显,在土壤培养的整个时期,添加杏壳生物炭和负载微生物的杏壳生物炭土壤溶液EC值均显著低于CK,且微生物负载生物炭降低土壤溶液EC值的效果更好;此外,添加生物炭不仅降低了土壤水溶性磷钾的变化幅度,有利于磷钾在土壤中的固持,而且显著提高了土壤碳氮比(P <0.05);辣椒发芽率随生物炭材料添加量的增加显著提高(P <0.05),其中添加10%负载微生物的杏壳生物炭辣椒的发芽率可达90%以上,比对照提高2.3倍。综上所述,添加负载微生物的生物炭对设施菜田次生盐渍化土壤的修复效果较好。     

降雨侵蚀过程中红壤坡耕地地表汇流网络特征

为研究降雨侵蚀过程中南方红壤区坡耕地地表汇流网络特征,应用亚毫米级高精度激光扫描和计算机数字图像处理相结合的方法在野外原位研究了南方几个典型母质发育的红壤模拟降雨条件下坡面汇流网络特征变化过程。结果表明:(1)在降雨侵蚀过程中,汇流密度和径流频度整体呈增加趋势,尤其是在第一场降雨过程中最为明显;(2)在第二、三场降雨侵蚀过程中的变化趋势因土壤性质和雨强的不同而出现差异;(3)在坡面侵蚀研究中,分形维数Ds可以较好的区别降雨前后整体汇流网络特征的变化。研究结果对南方红壤区坡耕地降雨侵蚀过程模拟与预测模型的研究、水土流失防治与水土保持规划设计具有一定的参考价值和借鉴意义。