丹江口库区土壤侵蚀对土地利用变化的响应

[目的]探讨土壤侵蚀对土地利用变化的响应,为库区土壤侵蚀的防治提供借鉴性意见,从而为制定保障丹江口水质安全的措施提供科学支持。[方法]利用遥感影像解译的土地利用类型(2002—2013年),分析丹江口库区土地利用变化,同时利用修正的土壤流失模型RUSLE对土壤侵蚀量进行模拟分析,探讨土壤侵蚀对土地利用变化的响应。[结果]丹江口库区在2002—2013年期间主要的土地利用变化集中在林地、耕地、灌草地之间的转移以及建设用地的扩张,具体表现为林地面积扩大了13.72%,耕地面积小幅增加了5.76%,而灌草地面积大幅减少了37.61%,建设用地增长了2.40倍。丹江口库区2002,2008,2013年均以微度侵蚀占主导。库区土壤的整体侵蚀强度减轻,但土壤侵蚀在城市扩张地区增加明显。[结论]丹江口库区的土地利用变化及土壤侵蚀强度的改变主要受退耕还林、天然林保护等政策措施和城市扩张的影响。库区的土壤侵蚀程度在总体上具有降低的趋势,但在城镇化区域,土壤侵蚀状况急剧恶化。     

多尺度土壤质地与光谱空间非平稳性关系探究

基于210个杞麓湖流域实测土壤质地样本数据,对比了偏最小二乘回归(PLSR)、地理加权回归(GWR)、多尺度地理加权回归(MGWR)3种不同方法反演土壤质地的效果,并探究差异化作用尺度下土壤质地与光谱关系的空间异质性。结果表明,MGWR的R2、MAE、RMSE指标优于GWR和PLSR,其拟合效果最好,原因在于MGWR考虑了系数间差异化的空间尺度,能更好拟合土壤质地(黏粒、粉粒和沙粒)与光谱之间的关系;MGWR回归结果揭示了不同光谱潜变量对黏粒、粉粒和沙粒含量的多尺度差异化的空间响应规律。其中,光谱潜变量LV1对黏粒、粉粒、沙粒响应程度最大,其MGWR标准化回归系数分别为0.373、0.426、0.422。     

土壤有机质含量可见-近红外光谱反演模型校正集优选方法

土壤有机质含量可见-近红外光谱反演过程中校正集的构建策略对模型的预测精度有重要影响。以江汉平原洪湖地区水稻土为研究对象,采用Kennard-Stone(KS)法,Rank-KS(RKS)和Sample set Partitioning based on joint X-Y distance(SPXY)法,构建样本数占总校正集不同比例的子校正集,通过偏最小二乘回归,建立土壤有机质含量的可见—近红外光谱反演模型。结果表明:KS法无法提高模型预测精度,但可以在保证标准差与预测均方根误差比(ratio of performance to standard deviation,RPD)2.0的前提下减少30%的校正样本;基于SPXY法的模型,当子校正集样本比例为总校正集的50%时达到最佳的模型预测精度,RPD为2.557;RKS法能够在保证预测精度的情况下(RPD2.0),最多减少总校正集70%的样本,对应模型RPD为2.212。当校正集与验证集的有机质含量分布相近时,能够以较少的建模样本达到与总校正集相近甚至更高的模型预测精度,提升土壤有机质光谱反演模型的实用性。     

江汉平原土壤有机碳含量高光谱预测模型优选

研究探讨了贫瘠地区低有机碳含量条件下,不同光谱预处理与建模方法用于土壤有机碳估测的最佳组合,对贫瘠土壤属性信息快速获取和精确农业发展具有重要意义。以江汉平原不同利用条件下的土壤为研究对象,使用可见光/近红外高光谱技术,结合包括Savitzky-Golay平滑(SG)、一阶导数(FD)、多元散射校正(MSC)在内的光谱预处理方法,分别建立用于估测土壤有机碳(SOC)含量的多元线性回归(MLR)、主成分回归(PCR)、偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机回归(SVMR)模型。结果表明：不同建模方法预测精度差异明显,PLSR和SVMR的预测结果优于MLR和PCR;不同预处理方法对模型的预测精度亦有较大影响,表现为MSC＞FD＞SG;基于FD和MSC组合预处理的SVMR模型的预测能力最好,R2=0.84,RPD=2.50,满足土壤有机碳的预测。有机质含量大于2%并不是建立优质模型的必要条件。     

共享社会经济路径下土地利用变化模拟

针对高原湖滨地区土地利用无序扩张等问题,构建共享社会经济路径(SSPs)与未来土地利用模拟模型相结合的研究框架,并选取云贵高原湖泊分布最为密集的通海县、华宁县及江川区为研究区,开展不同SSPs情景下的未来土地利用模拟。结果表明:(1)SSP1情景下建设用地与农用地集约利用程度提升,且大量其他用地被转化为生态用地,是高原湖滨地区最为理想的未来发展模式;(2)SSP2情景下研究区保持现有发展趋势,土地利用变化自然发展;(3)SSP3情景下人类活动对自然环境的干扰随时间变化逐步加强,是未来高原湖滨地区发展需要避免的情景;(4)SSP4情景下研究区发展不平衡情况严重,经济增长缓慢,难以与生态实现协同发展;(5)SSP5情景下研究区以大量能源消耗为代价,土地利用变化强度先增大,后逐步减弱并达到稳定的状态。SSPs为未来土地利用模拟模型的参数设置提供了内涵和依据,两者结合可为云贵高原湖滨地区的可持续发展提供决策依据。     

基于地类分层的土壤有机质光谱反演校正样本集的构建

以江汉平原滨湖地区不同土地利用类型的土壤样本为例,比较了基于目标土壤理化性质的浓度梯度法、扩展的基于多种理化性质的综合法(P-KS)、基于光谱信息的KS法、最邻近样本去除法(reduce nearest neighbor samples,RNNS)法和基于浓度分层并结合光谱信息的C-KS、C-RNNS法,基于地类分层再结合上述方法,构建具有不同层次土壤信息代表性的校正集,采用偏最小二乘回归法,建立土壤有机质可见光/近红外光谱反演模型。结果表明,具有单一代表性的浓度梯度法、KS法、RNNS法难以建立适用模型;具有光谱与理化性质二元代表性的C-KS方法模型预测精度得到了明显的提升,相对分析误差(ratio of performance to standard deviation,RPD)为1.66;考虑土地利用类型后,浓度梯度法、RNNS法与C-KS法模型预测精度有明显的提升,RPD分别达到了1.84、1.51、1.75,模型具有良好的适用性。说明具有多层次土壤信息代表性的校正集构建方法对提高土壤有机质可见光/近红外光谱反演模型的适用性具有较好作用。     

基于GEE的湖北省近30年湖泊及其岸线演变分析

借助遥感数据处理Google Earth Engine(GEE)云平台,结合归一化差异水体指数(NDWI)和JavaScript编程,对1990—2019年湖北省大中型湖泊进行快速识别,在此基础上进行湖泊岸线提取、形态指标计算与湖泊演变驱动机制分析。结果表明,1990—2019年湖北省湖泊面积共减少361.64 km2,呈现先减少后增加再减少的趋势,耕地和水塘是湖泊转入和转出的主要土地类型;岸线长度波动变化,共减少2 406.77 km,岸线发育系数均值和分形维数变化不明显;岸线发育系数值接近的湖泊,其岸线周边环境相似。     

杞麓湖流域灌区土壤有机碳空间分异及潜在影响因素分析

【目的】揭示杞麓湖流域灌区复杂地表条件下土壤有机碳（Soil organic carbon, SOC）的空间分异规律及影响机理,以期为当地灌区土地资源的可持续利用和精细化管理提供科学依据。【方法】在杞麓湖流域灌区采集216个土壤样本测定其SOC含量,通过空间自相关分析揭示其空间格局,进一步结合15个自然和人为潜在影响因素,使用多尺度地理加权回归（MGWR）模型,探究杞麓湖流域灌区SOC空间变异的影响因素及其影响机制。【结果】全局和局部莫兰指数结果表明SOC存在显著的空间自相关性,且呈集聚分布,SOC含量较高的样点集中分布在杞麓湖西南湖滨农耕区,低值集中分布在流域西南山麓地区,杞麓湖南部农田SOC含量的空间异质性强;MGWR模型结果表明土壤含水量、土壤总孔度、植被覆盖度、蔓延度指数在局部对SOC有显著的正向影响（P <0.05）,距公路距离、最大斑块面积占比、斑块丰度密度对SOC有显著的负向影响（P <0.05）。【结论】杞麓湖流域灌区SOC空间分异受到土壤内在属性以及外在的自然和人为因素的共同影响,且这种影响存在不同程度的空间异质性。     

基于SWAT模型的旬河流域气候变化水文响应研究

径流量是体现流域水量特征的重要指标。旬河作为汉江上游的主要支流,其径流量变化直接关系到丹江口水库(南水北调中线工程水源地)的储水量。以历史时期(1995-2015年)旬河流域实测径流量数据为基础,选择驱动SWAT水文模型,定量探究旬河流域径流量对气候变化的响应。结果表明,校准期和验证期决定系数(R~2)分别为0.85和0.87,Nash-Sutteliffe效率系数(NSE)分别为0.85和0.84,SWAT水文模型对旬河流域径流量模拟结果良好。采用英国Hadley气候中心预测的未来气候模式RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5,对2036-2055年的气象数据进行4种未来气候情景模拟,发现在历史气候情景下,三季度降水量对全年径流量贡献度最大,且四季度的径流量对三季度的降水量存在一定滞后效应;在RCP8.5情景下,雨季将提前且持续周期延长。研究结果可为政策部门在水资源宏观调控、极端气候预防和防洪减灾等方面提供参考。     

基于农户意愿的农村居民点整理潜力测算与优化

农村居民点整理潜力评价与结构优化是农村居民点问题研究的核心。该文以湖北省嘉鱼县为例,统筹农村居民点政策指标、农户意愿与空间分布三因素,构建农村居民点整理潜力评价模型,定量分析了基于嘉鱼县实际的农村居民点整理现实潜力;在此基础上,综合考虑中心村、交通条件、坡度、土地利用类型等要素,应用GIS空间分析功能,对嘉鱼县各镇农村居民点进行空间布局定量优化。研究结果表明,嘉鱼县2007－2020年农村居民点整理的现实潜力为326.35 hm2,居民点整理区与置换区在GIS空间分析辅助决策下,可以较好地实现其空间结构的优化布局,提高农村居民点用地效率和集约化程度,为科学指导农村居民点整理提供依据。