基于土地利用变化的河北省坝上地区景观生态风险评价

[目的]对河北省坝上地区近40 a来的土地利用动态变化和生态风险进行分析评价并对未来趋势作出预测,为该地区生态建设和治理、可持续发展提供科学依据。[方法]基于坝上地区1980—2018年5期土地利用数据以及通过土地转移矩阵、空间相关性分析等方法揭示和预测该区1980—2026年的土地利用变化特征并评估该区生态风险水平。[结果](1)整个研究期间,坝上地区土地利用类型以耕地为主,所占比例近50%,其中,1980—2018年,耕地、林地扩张面积均超过300 km~2,草地减少近616.60 km~2,水域面积缩减36.04%,其中耕地、林地、草地之间的互相流转程度较为剧烈,空间变化上表现为各地类的重心在2000—2010年明显迁移。(2)1980—2026年,坝上地区6个时期内生态风险值全局空间自相关Moran’s I指数均在0.500左右,其空间分布表现出较高的趋同集聚性。(3)近40 a来,坝上生态风险水平升至为高风险级,其区域增加了123.22 km~2,较高风险区域分布在城镇地区,据CA-Markov模型预测,未来坝上地区中等及中等以上风险区域持续扩张,丰宁县和围场县将分别出现小规模高风险区和较高风险区。[结论](1)近40 a来坝上地区草地退化严重,水域面积显著减少,原因系安固里淖干涸所致。(2)该区生态风险水平与土地格局分布具有较强相关性,且在未来会继续升高。     

太行山前平原井灌农田点尺度土壤水分动态随机模拟

基于中国科学院栾城农业生态系统试验站2002—2008年夏玉米生长期内的土壤水分观测数据及2000—2008年的降水(灌溉)、气象、生物数据,结合Laio土壤水分动态随机模型研究了太行山山前平原典型农田点尺度土壤水分动态的随机性。结果表明:研究区2000—2008年夏玉米生长期内日平均降水量为10.71 mm,降水频率0.290 9,其中小雨、暴雨的发生频率表现出明显上升趋势,中雨的发生频率呈显著下降趋势,大雨发生频率表现出微弱下降倾向;玉米生长期的土壤含水率6月份处于增长期,7月份达到生长期最高值并稳定在32.2%的水平,8月份以后下降并在9月份趋于稳定;Laio模型模拟得到土壤相对湿度的概率密度函数在曲线形状(峰值、峰值出现的位置、90%置信区间)与数字特征(中位数、均值、方差)方面与观测结果一致(α=0.05),模型在井灌区具有很好的适用性,且可以将灌溉作为一次降雨事件来处理;应用Laio模型得到在多年平均降雨条件下,32.1 mm的田间净灌溉量可以在50%水平上使夏玉米生长期内的土壤含水率保持在田间持水量的80%以上。     

河北坝上地区雨养裸燕麦田间蒸散规律

依托大型称重式蒸渗仪在2018年和2019年裸燕麦生育期内进行田间蒸散量的测定,利用根区水质模型(RZWQM2)对田间蒸散量变化的动态过程进行了模拟,并分析了不同时间尺度下田间蒸散特征及其环境影响因素。结果表明:RZWQM2模型对裸燕麦生育期内田间蒸散量模拟结果较好,2018年和2019年绝对平均误差(MAE)分别为1.11 mm·d~(-1)和1.19 mm·d~(-1),决定系数(R~2)分别为0.71和0.68,一致性指数(d)值均大于0.60;生育期内裸燕麦田间蒸散呈现"单峰型"曲线,在孕穗期日均蒸散峰值分别达到5.02、5.41 mm·d~(-1);各生育期内日均蒸散量为:孕穗期开花期成熟期拔节期出苗期,变化态势与叶面积指数表现一致;两种不同天气(多云和晴天),雨养裸燕麦田间蒸散均主要集中在6∶00—18∶00,约占日总蒸散的84%,而在18∶00—6∶00蒸散较低且变化相对稳定,约占日总蒸散的16%,雨养裸燕麦的蒸散过程受天气影响较大,晴天田间蒸散约为多云条件下的2倍。     

RZWQM2模型对河北坝上地区大白菜模拟适用性评价

为明析根区水质模型(RZWQM2)对河北坝上地区蔬菜作物的适用性,以该地区膜下滴灌大白菜为研究对象,建立模型运行的气象、土壤及作物数据库,模拟2018年和2019年大白菜生育期内田间土壤水分动态变化、作物株高变化及最终产量,并通过实测值进行对比分析.结果表明:①经过对该模型参数的校准,得到各土层(20 cm、40 cm...     

中国北方城市草坪蒸散特征及影响因素研究 ——以河北张家口市某早熟禾草坪为例

中国北方城市不合理的草坪灌溉以及草坪扩张导致的地表水分大量蒸散,不仅加剧了北方干旱区水资源短缺,也严重制约了水资源可持续发展以及节水城市的建设.以中国北方干旱区河北省张家口市典型早熟禾草坪为研究对象,通过蒸渗仪实测和基于气象和土壤水分要素构建的主成分回归模型,明确了月、日、时不同时间尺度上的草坪蒸散规律及关键影响因子.结果表明:①草坪蒸散呈现"夏季高、冬季低"的季节性特征,最高/最低出现在6/2月份,平均值为5.27/0.29 mm/d;②典型日逐小时草坪蒸散呈现"早晚低、中午高"的单峰型变化,蒸散变化受日照时长和气温影响最大;③10 cm和20 cm深度的土壤水分消耗动态与草坪蒸散变化高度同步;④蒸散与影响因子建立主成分回归模型拟合程度较好,R2=0.70(p<0.01),与蒸散相关性大的影响因素依次为:光合有效辐射>气温>10 cm土壤含水率>空气湿度>风速>20 cm土壤含水率>30 cm土壤含水率.研究结果解析了城市草坪蒸散耗水规律,对城市节水灌溉提供了科学依据.     

海河上游清水河流域土地利用变化特征

[目的]海河上游清水河流域处于半湿润向半干旱过渡的生态环境脆弱区,研究该地区土地利用时空变化规律,旨在为当地生态环境建设提供一定的决策依据。[方法]基于清水河流域1990—2018年4期Landsat遥感影像解译的土地利用数据,在优选的最佳空间尺度下通过Logistic-CA-Markov模型对清水河流域土地利用变化进行分析和预测。[结果]①近30 a来清水河流域土地结构主要以耕地、林地、草地为主,三者面积之和比例超过总量的96%;其中,建设用地面积持续增加且变化程度最剧烈。②通过对受试者工作特征(ROC)曲线进行拟合优度评价,在100 m×100 m空间尺度下,各个地类ROC值达到最优水平。③2018—2027年间,草地和水域面积预计分别减少42.44,5.43 km~2,耕地、林地和建设用地面积分别增加16.51,16.89,14.67 km~2。[结论]①100 m×100 m是针对具有典型小流域特征的清水河流域进行预测模拟研究的最合适尺度;②因2022冬奥会的筹备促使建设用地的开发力度加大将成为未来清水河流域土地格局变化的主要因素。     

河北坝上地区2000-2019年植被绿度动态及其土地利用/覆被变化归因分析

[目的] 分析河北坝上地区植被绿度变化及土地利用/覆被变化,旨在为区域生态建设和京津冀生态环境支撑区的建设提供科学参考,为土地合理利用及生态环境保护提供决策支持。[方法] 以MODIS MOD13Q1 NDVI遥感数据为数据源,结合Landsat土地利用数据,使用线性倾向估计分析了2000—2019年坝上地区植被绿度的年际变化趋势,并定量分析了土地利用/覆被变化对其的影响。[结果] ①河北坝上地区主要生长季（4—10月）多年平均植被绿度整体上呈现坝东高,坝西低的空间格局,且林地>草地>耕地; ②研究时段坝上地区生长季NDVI最大值和平均值均呈现明显的增加趋势,速率分别为0.063/10 a和0.044/10 a,植被绿度显著提升区域比例为60%～83%; ③结合土地利用变化定量解析植被绿度年际变化发现,研究时段,坝上地区植被绿度变化量中,耕地的贡献率为50.51%～57.22%,其次,林地和草地的贡献率分别为21.73%～28.62%和14.41%～15.07%,水域、建设用地和未利用地的总贡献率在6%左右。[结论] 2000—2019年,坝上地区植被绿度增加趋势中耕地的贡献最大,但贡献率呈下降趋势,林地和草地的贡献逐渐增加。     

1996-2017年张家口市区景观格局与地表热环境的时空变化

[目的] 对河北省张家口市景观格局及城市热环境的时空变化及关系进行分析,为缓解城市热环境极端化给人居环境、工业生产带来的严重威胁提供策略。[方法] 基于Landsat遥感影像,通过地表温度反演和移动窗口法分析张家口市区1996—2017年城市热环境和景观格局的时空变化关系。[结果] ①1996—2017年,研究区景观格局主要变化为不透水面景观的增加（81.26 km²）以及植被景观的减少（61.78 km²）; ②研究区平均地表温度（LST）在1996—2017年增长了约3℃;不透水面和植被景观的平均LST为27.29℃和23.77℃,分别为城市热环境中的“热源”和“冷源”; ③植被、水域景观面积比例每下降10%,对应的LST分别下降2.71℃和5.77℃;不透水面面积比例增长10%,LST则上升0.25℃;景观聚合度、景观形状指数、耕地面积比例均与LST保持非线性相关。[结论] 1996—2017年张家口市热环境的进一步加剧,主要与城市化扩张以及植被的减少有关。     

石津灌区冬小麦关键生育期逐时降水的变化特征

【目的】研究气候变化背景下石津灌区冬小麦关键生育期(拔节期、抽穗期、乳熟期)内有效降水过程的变化,为灌区雨水的高效利用、制定科学合理的灌溉制度提供科学依据。【方法】采用灌区内部及周边15个气象站1983-2012年4-6月的逐时降水资料,基于降水历时与降水强度的分类标准,运用Mann-Kendall趋势检验,借助ArcGIS平台的反距离插值(IDW)工具,分析了4类有效降水(短历时小雨、长历时小雨、短历时中雨、长历时中雨)在冬小麦3个生育期内发生时刻的变化规律、逐站逐年的累计降水次数以及总降雨量的时空变化规律。【结果】(1)午后至夜间(14:00-06:00)为4类有效降水的高发时段,其中长历时中雨在拔节期的发生时刻集中在10:00-15:00时段。(2)4类有效降水的累计降水次数以及总降雨量30年的变化趋势一致:1短历时小雨在冬小麦拔节期、抽穗期呈增加趋势,在乳熟期表现出减少趋势;2长历时小雨在拔节期呈增加趋势,抽穗期、乳熟期为减少趋势;3短历时中雨、长历时中雨在1998年以前呈减少趋势,1998年以后短历时中雨在拔节期为减少趋势,其他时期表现为增加趋势,长历时中雨在抽穗期为减少趋势,其他时期则为增加趋势。(3)4类有效降水的累计降水次数以及总降雨量的空间分布一致:拔节期4种类型降水均表现为北多南少;抽穗期不同历时小雨表现为中间少四围多,不同历时中雨则表现为西南多东北少;乳熟期不同历时小雨的空间分布与抽穗期一致,短历时中雨呈北多南少的分布,长历时中雨则呈东多西少的分布格局。【结论】气候变化背景下冬小麦拔节期有效降水的发生次数和降雨量逐渐增加;乳熟期的有效降水次数和降雨量呈减少趋势。