干热河谷区土地利用与生态系统服务价值——以云南省元谋县为例

基于RS和GIS理论和方法,以干热河谷区云南省元谋县为例,对2008年和2016的Landsat遥感影像进行解译,分析土地利用格局演变特征,评估区域生态系统服务静态价值和动态价值,探讨生态系统服务价值变化原因。结果表明:耕地、林地和建设用地面积增长,草地、未利用地和水域面积下降。建设用地转入特征和未利用地转出特征较为明显。2008年和2016年区域生态系统服务总静态价值分别为25.98亿元和26.54亿元,总动态价值分别为9.179亿元和16.004亿元。虽然生态系统服务总动态价值仅为同期总静态价值的35.40%和60.30%,但其增长率为74.01%,明显高于总静态价值变化率(2.27%)。土壤形成与保护的单项生态系统服务静态价值最高,2008年和2016年其值分别为4.91亿元和5.03亿元。农业经济发展、城市扩张和人口增长导致耕地、建设用地的扩张和未利用地的减少,水土保持和生态综合治理促进了林地面积的恢复。支付能力和支付意愿的显著提升极大地促进了生态系统服务总动态价值的增长。因此,应强化区域土地利用的空间调控,继续实施水土保持和退耕还林还草等生态治理工作,以维护干热河谷区生态系统功能,实现区域可持续发展。     

陕北黄土高原不同微地形下植被-土壤系统耦合特征研究

【目的】为探究不同微地形下植被和土壤之间的耦合协调关系。【方法】基于陕北黄土高原5种不同微地形及原状坡植被土壤的全面调查与取样分析,建立7个植被因子和6个土壤因子指标评价体系,采用AHP和熵权法确定各因子的权重,构建了6种地形下的植被土壤耦合协调度模型。最后分析了植被和土壤各因子间的相关关系。【结果】(1)经过十几年的封育,不同地形下的植被土壤系统处在完全不同的发展状态上,其中切沟和塌陷属于良好协调-同步型,缓台属于初级协调-植被滞后型,浅沟属于濒临失调-土壤损益型,陡坎属于中度失调-植被损益型,原状坡属于极度失调-植被损益型。随着耦合协调状态的提升,地上优势物种也由星毛委陵菜逐渐过渡到铁杆蒿、茭蒿。(2)Spearman相关性分析表明:植被平均高度与土壤有机质和全氮呈显著正相关;植被盖度与土壤全氮呈显著正相关;植被Pielou、Simpson和Shannon-Wiener指数与土壤有机质呈显著正相关,与土壤全氮和速效钾呈极显著正相关。【结论】陕北黄土高原进行生态恢复重建过程时应根据不同的地形实施不同标准的恢复措施。     

陕北黄土极陡坡土壤水分对微地形的响应

土壤水分是陕北半干旱黄土区植被生长最主要的限制因子,然而受坡面微地形的影响,黄土坡面土壤水分存在异质性,从而影响林草植被精准配置。为此,本研究通过对黄土高原5类陡坡微地形土壤含水量(0~180 cm土层)的定位监测数据,分析研究不同降水年型条件下土壤水分的变化特征及其对微地形的响应。结果表明:1)降水年型对微地形土壤水分时空变化均有影响,枯水年切沟底土壤含水率季节变化平缓,雨季前下降趋势缓慢,雨季后增长趋势滞后;而丰水年切沟底土壤水分的变化呈V型变化;缓台、浅沟、塌陷和陡坎4种微地形枯水年土壤水分季节变化一致,呈M型变化;而丰水年土壤水分季节变化呈W型,2个最低值出现在5月和11月。2)垂直方向上塌陷、原状坡、陡坎土壤水分自上而下呈先减小后增大的趋势,缓台、浅沟、缓坡呈先增大后减小的趋势,黄土陡坡中的切沟底土壤水分含量最高。3)缓台、陡坎、原状坡的土壤水分速变层和活跃层在丰水年消失,在枯水年深度下移;塌陷、切沟、浅沟、和缓坡土壤水分速变层和活跃层在枯水年均下移。     

陕北黄土区不同微地形土壤水分变化趋势分析

目的我国黄土高原地区干旱少雨、蒸发性强，降雨成为当地土壤水分的主要来源，而黄土坡面微地形对降水进行二次分配，因此研究不同立地类型的微地形土壤水分的动态变化趋势，可以为困难立地类型的微地形的植被生长和恢复提供参考依据。方法本文选择缓台、塌陷、陡坎、切沟和浅沟5种微地形的土壤水分为研究对象，于2010年8月至2013年6月在吴起县合沟流域阳坡上的定位观测数据，利用自相关检验、Mann-Kendall趋势检验、线性回归等方法，分析研究5种微地形0~160cm各土层土壤水分动态变化特征。结果在检测期间的全年和生长季中，微地形的土壤含水量随深度的增加呈现增大的趋势，其中切沟的土壤含水量相对较高，陡坎最低。各土层的土壤水分存在显著的正自相关性；5种微地形土壤水分在检测期间的变化趋势均不显著，其中塌陷的土壤水分在各土层均有微弱增加的趋势，其他4种微地形的土壤水分在各土层的变化趋势均有增有减；缓台、塌陷、陡坎、切沟和浅沟5种微地形在观测期间的变化速率也有差异，相对而言塌陷的土壤水分变化速率最快。结论综合分析可得，在监测期间，切沟的土壤含水量最高，但塌陷的增长速率较快。      

元谋干热河谷林地生态系统服务价值变化

[目的]以元谋县为研究区,基于生态学、RS和GIS理论和方法,研究干热河谷林地利用及生态系统服务价值的变化特征,以期丰富干热河谷林地生态研究,为区域生态环境调控提供理论依据。[方法]以2008年Landsat 7ETM及2016年Landsat 8 OLI 2期遥感影像、国家基础地理信息系统及ASTER GDEM数字高程模型为数据源,利用ENVI和ArcGIS软件对2期遥感影像进行解译,获取林地土地利用数据,分析林地的时空特征;调整林地生态系统服务当量因子系数,计算单位面积农田食物生产功能价值及单位面积林地生态系统服务价值系数,分析林地生态系统静态价值特征及其变化;以支付能力指数、支付意愿指数和环境能力指数为参数构建林地生态系统服务动态价值调整系数,分析林地生态系统服务动态价值特征及其变化。[结果]林地主要分布在研究区南部和东部的中高山,在西部、西南部和北部及东部边缘的中高山有少许分布,在河谷坝区有零星分布;2008—2016年林地面积增长了64.24 hm~2,变化幅度达到11.42%;有90.53 km~2的林地转为非林地,有154.77 km~2非林地转为林地。林地向草地转移了73.61 km~2,草地向林地转移123.11 km~2;2016年研究区林地生态系统服务静态价值为14.97亿元,较2008年的13.44亿元提高了1.53亿元。2016年林地在研究区生态系统总静态价值的比例为56.41%,较2008年的51.73%提高了4.68%;2008年和2016年林地生态系统服务动态价值分别为4.758亿元和9.027亿元,仅为同期林地生态系统服务静态价值的35.40%和60.30%。[结论]研究区林地面积迅速增长,林地与非林地相互转换频繁,林地净增长明显;林地面积的增长提升了生态系统服务的静态价值。林地的单项生态系统服务价值中,土壤形成与保护、气体调节和生物多样性保护的价值最大,食物生产的价值最小;林地生态系统服务动态价值虽然远低于静态价值,但其变化幅度明显高于静态价值。高生态系统服务价值的林地对社会和环境调节能力的增长更为敏感。     

陕北黄土区阳坡阔叶混交林结构及点格局分析

为了确定陕北黄土区阳坡水土保持林合理的结构配置模式,在吴起县吴仓堡镇黄土西坡设置6.25 hm2大样地,实测山杏+小叶杨+刺槐阔叶混交林树木的胸径、树高等指标,分析林分空间分布特征,采用点格局分析法,探讨山杏、小叶杨和刺槐种群的分布格局及空间关联性.结果表明:1)山杏和小叶杨是该研究群落的优势种,刺槐是伴生种,山杏的优势地位明显;2)小叶杨种群以大、中径级林木为主,山杏种群以中、小径级林木为主,刺槐种群以小径级林木为主,林木整体生长状况欠佳,且小叶杨种群树高均值明显大于山杏、刺槐种群,林分复层结构明显;3)山杏、小叶杨和刺槐种群在0 ～125 m空间尺度内呈聚集分布,分别在尺度为47、65和104 m时达到最大聚集强度,林木主要分布在微地形上,最大聚集半径与林木聚集分布的微地形规模相吻合;4)山杏、小叶杨和刺槐种群在0 ～125 m空间尺度内,呈显著负关联,种间竞争激烈.黄土区干旱阳坡林分空间分布格局受微地形影响较大,应根据坡面微地形设计造林混交模式和布置种植点,并加强抚育管理.研究为该地区水土保持林草植被规划设计,提供理论依据和科学指导.     

滇中县域人口城镇化空间结构及影响因素研究

以滇中地区41个县域为研究单元,利用GIS和空间自相关分析研究人口城镇化的空间结构,以因子分析法探索人口城镇化的主要影响因素,进而采用OLS和GWR探究人口城镇化影响因素特征。研究结果表明:1)滇中县域人口城镇化水平整体偏低且空间差异大,人口城镇化水平随距离衰变明显。2)全局自相关分析表明滇中县域人口城镇化存在显著全局空间自相关关系,局部自相关分析表明人口城镇化水平局部相关性不明显,各县域人口城镇化进程呈孤立态势。3)因子分析法确定滇中县域人口城镇化主要影响因素为经济发展、农业生产和产业结构。OLS模型发现三种因素对人口城镇化均具有正向拉动力,经济发展作用力最大,产业结构其次,农业生产的作用力最小。4)GWR模型研究发现经济发展影响强度从北到南增强,农业生产影响强度从西到东增大,产业结构影响强度从西南向东北方向增大。滇中县域需要提升人口城镇化进程,加快农业结构调整和升级,优化产业结构,以此促进人口城镇化水平的提升。     

元谋干热河谷景观生态安全时空变化

为了系统地定量评价干热河谷景观生态安全状态及其时空变化,明确生态安全的主要影响因素及作用机制,以2008年Landsat7-ETM和2016年Landsat8-OLI遥感数据为数据源,基于GIS和RS技术,建立景观生态安全度(LESD)模型,结合空间自相关和地统计学理论,对景观生态安全时空变化特征和原因进行分析。结果表明:1)研究区景观生态安全格局指数、景观生态质量指数和景观生态安全度值都在0.40~0.60之间,均属于临界安全等级。2)景观生态安全度全局空间自相关值,从2008年的0.600上升至2016年的0.633,全局空间自相关性加强;景观生态安全度局部自相关格局与研究区地形分异格局较为一致,与2008年相比,2016年高值-高值区在东部的中高山区域,出现了较为连续的空间分布,低值-低值区在金沙江沿岸坝周低山和中低山区分割明显。3)2008和2016年块金方差与及基台值之比值(C0/C0+C)分别为28.5%和32.6%,变程值(A0)分别为764.82和2 031.65 m。研究区景观生态安全较为敏感,景观生态安全度在整体和局部空间均具有空间自相关性。以地形、气候为主的结构性自然因素是研究区景观生态安全度空间分布的决定性因素,以人为干扰为主的非结构性因素,强化了对景观生态安全性空间分布的影响力。该研究为干热河谷景观生态调控提供了基础数据和理论依据。     

陕北黄土区植被特征对坡面微地形的响应

为掌握陕北黄土区不同植被特征对坡面微地形的响应,以陕西省吴起县合沟流域半阴、半阳2个坡向的原状坡及其5种微地形为研究对象,分析对比不同坡向各类微地形的物种组成、草本生物量、植被盖度及植物多样性特征.结果表明:1)各类微地形植物群落的物种组成、植被盖度、草本生物量及植物多样性指数多优于原状坡,其中切沟和塌陷的植被状况最优,其次为浅沟和缓台,陡坎最差;2)各类微地形植物群落的Simpson指数与Shannon-Wiener指数变化趋势一致,均为切沟＞塌陷＞缓台＞浅沟＞陡坎＞原状坡,其中切沟和塌陷的植物群落所处的自然演替阶段高于其他微地形;3)经过15年自然恢复,半阳坡形成以星毛委陵菜、赖草等多年生草本植物为优势种的植物群落,半阴坡形成以铁杆蒿、茭蒿等地带性多年生草本植物为优势种的植物群落,半阴坡各类微地形植物群落的物种组成状况、草本生物量、植被盖度以及植物多样性特征指数均优于半阳坡.掌握不同微地形植被配置的差异,有助于提高陕北黄土区植被恢复措施的有效性和持续性.     

黄土高原近50年降水量时空变化特征分析

为了揭示黄土高原近年来降水量的时间变化和空间分布特征,以黄土高原区域及周边72个气象基准站1961—2012年52 a逐日降水资料为基础,通过泰森多边形法将各雨量站的降水量展布到整个区域,采用M-K趋势检验法分析年降水的年际、年内时空变化特征。结果显示:(1)黄土高原年降水量时间变化呈缓慢下降趋势,UFK曲线小于0且没有超出置信线。空间上整体呈下降趋势,出现阳泉、榆社站两个显著减少中心,β值分别为-3.3 mm·10a-1和-2.1 mm·10a-1。(2)黄土高原春季多年平均降水量整体呈不明显下降趋势,1961—1963年与1966—1987年降水量呈减少趋势,1963—1966年与1987—2012年呈增加趋势。空间上西部、北部地区大部分呈增加趋势,五台山增加幅度最大,β值为2 mm·10a-1。(3)夏季多年平均降水量呈明显下降趋势,2008年左右为突变点,2008年以后降水量下降显著。空间上整体呈下降趋势,较明显的减少中心有环县、延安、西峰镇、平凉和临汾,β值分别为-0.9、-0.9、-0.8、-0.8 mm·10a-1和-0.8 mm·10a-1。(4)秋季多年平均降水下降趋势显著,空间变化与夏季类似,减少中心依然是环县、延安、西峰镇、平凉和临汾,β值均为-0.8 mm·10a-1。(5)冬季多年平均降水量整体呈明显上升趋势,空间上降水变化呈缓慢上升趋势,最大上升中心华山,β值仅为0.95 mm·10a-1。