土地用途转换表征模型与应用

介绍了栅格面积成分数据模型,推导了土地用途转换动态度公式,为区域土地用途转换提供了表征方法与手段。在此基础上,以东北地区土地用途转换为案例,采用栅格面积成分数据模型与土地用途转换动态度公式,提炼了1988～2000年东北地区土地用途转换的特征。研究表明,东北地区土地用途转换导致了各种土地利用类型的收缩与扩张,并体现为水田与旱地相互转换、退耕还林/还草等9种主要转移类型。     

农田碳汇管理策略及其效果评价

目前增加农田生态系统的碳储量的措施主要有：减少碳损失,包括提高能源利用率,减少水土流失和提高水肥利用率;增加土壤有机碳,包括调整耕作制度,使用有机肥料,应用深根作物和增加土壤中微团聚体的含量。在分析各种策略与措施的基础上,笔者认为以下几种农田碳汇管理措施有效且较容易推广。①实施土地用途转换管理：把低产及土壤退化严重的农田变成草地或森林;集约管理农田,实行农林复合、林草复合经营方式;在区域或地区尺度变单一土地利用方式为承担不同人类需要的多种土地利用方式等。②调整耕作制度：免耕不仅使土壤团聚体的数量和稳定性增加,从而减少了团聚体内部有机质的分解作用;还能有效地抑制土壤的过度通气,减少有机碳的氧化降解,防止土壤侵蚀;此外,免耕土壤有机碳的平均滞留时间比常规耕作土壤增加了约1倍。轮作能提高土壤固碳效率,在轮作中加入豆科作物或豆科牧草更可增加土壤有机质汇集,是实现土壤蓄存碳潜力的重要途径。提高复种指数,降低休耕频率可以提高作物产量并增加土壤作物残茬和根的有机质输人,从而增加土壤中有机碳的含量。③改善经营与管理：有机肥或有机肥和化肥配合施用,能显著提高土壤有机碳含量．应当优先选择;人为改变土壤的水分条件可以调节土壤排放温室气体的总量、组成及其产生的潜在温室效应;残茬和土壤有机质库的增加,可以改善植物的水分利用效率和营养再循环能力,减少养分流失,加强碳汇集。④依托技术进步：如改良作物品种,有计划地抓紧培育具有对高温、干旱等极端气候及病虫害有抗性的品种,确保在新的生态环境中产量不断提高,扩大碳的吸收存储。此外,采用新型节能的农机部件对拖拉机等农业动力机械进行改装,也可减少农田碳排放,增加农田碳汇的潜力。     

坝上草原鱼鳞坑生态修复措施的水土保持效应

[目的] 探究不同位置鱼鳞坑的水土保持效果,确定合理的鱼鳞坑布置原则,为生态脆弱区鱼鳞坑选址与效果评估提供实证研究。[方法] 以坝上草原千松坝为研究区,在阴坡、阳坡和河谷分别设置样地,对比鱼鳞坑区和对照区的水土状况,分析不同位置鱼鳞坑对生物量、土壤容重、根系层和土壤养分的影响。[结果] ①阳坡、阴坡、河谷的鱼鳞坑均增加了地上生物量、地下生物量、根系深度、TN含量,DOC等指标,降低了土壤容重。②阴坡、阳坡、河谷的鱼鳞坑水土保持效果差异较大;阴坡、阳坡鱼鳞坑均能显著增加植被的根系深度（p<0.05）（阴坡104.19%,阳坡42.87%）,而阴坡鱼鳞坑对土壤容重、TN含量、地上生物量的影响更显著（p<0.05）（分别减少9.26%,增加148.05%,增加136.32%）;河谷鱼鳞坑能显著增加土壤氨氮和硝态氮（p<0.05）（125.16%,174.53%）。③鱼鳞坑位置、修建时间对水土保持指标影响较大,坡位的影响较小;随着鱼鳞坑修建时间的增长,地上地下生物量、TN含量、根系深度增加,土壤氧化还原电位降低。④土壤侵蚀严重地区的鱼鳞坑水土保持效果更显著。[结论] 鱼鳞坑水土保持效果显著,阴坡鱼鳞坑效果较阳坡显著,河谷鱼鳞坑提高土壤氨氮和硝态氮的效果较阴坡、阳坡显著,且随着鱼鳞坑修建时间增长,水土保持效果增强。应因地制宜地在阴坡、河谷修建鱼鳞坑,以增强鱼鳞坑的水土保持效果。     

土地用途转换效应评价模型与方法探讨

通过遥感反模型、综合估算模型、生物地球化学循环模型3个模型探讨了土地用途转换效应评价模型与方法。结果表明,遥感反演模型以植被第一生产力模型为代表,能够在较大尺度上监测与土地用途转换密切联系的生态系统生产力变化;综合估算模型以农业生产力估算系统（ESAP）为代表,适用于评价土地用途转换导致的农业生产力变化;生物地球化学循环模型以CENTURY为代表,一般服务于模拟生态系统内部C、N、P与S营养元素的变化规律;土地用途转换效应评价模型为评价土地用途转换效应,深入分析土地用途带来的生态环境问题提供了工具,利用土地用途转换效应评价模型测算出的区域尺度土地用途转换效应对于合理制定土地利用管理政策具有指导价值。     

土地系统研究理论方法与技术集成

探讨了土地系统的概念，论述了土地系统研究的内容、理论方法，介绍了土地系统研究的程序与步骤，总结了土地系统研究的模型与方法，解析了土地系统研究的技术集成体系。该研究为开展土地利用/土地覆被变化研究、推进全球土地计划研究明确了目标、确定了对象与任务，同时提出的技术集成体系为国土规划、整治和区域开发提供了方法与依据。     

农田碳汇估算模型与应用研究述评

随着全球变化研究的不断深入,农田碳汇管理日益受到学术界与决策界的关注。农田作为陆地生态系统的重要组成部分,其固碳能力的发挥关系到能否降低大气CO2浓度和抑制全球变暖趋势。回顾近10多年来国内外农田碳汇估算模型与应用研究的主要进展,概述了4种代表性农田碳汇估算模型的原理、结构、参数及制备、应用案例和模型检验等技术环节,为区域、国家乃至全球尺度农田碳汇估算筛选了模型与方法。     

基于自组织特征映射神经网络算法的生态服务功能分区

探索了一种基于自组织特征映射神经网络算法识别区域尺度生态系统服务功能分区的新方法。在此基础上,依据新千年生态系统评估框架构建了生态服务功能评价指标体系,并运用自组织特征映射神经网络算法开展了生态服务功能空间聚类分析,在1km栅格上识别并排定了各类生态服务功能的重要性。在案例区锡林郭勒盟的研究表明,利用基于自组织特征映射神经网络算法划分出的该区6个生态服务功能分区比较科学、合理,所形成的分区结论为案例区生态系统的可持续管理提供有时空针对性的决策参考信息。     

黄淮海平原土地系统结构变化的模拟与分析

研究了黄淮海平原1988~2000年土地系统结构变化规律。通过在1 km栅格尺度上建立空间显性计量经济模型,定量分析了自然、社会、经济等因素驱动土地系统结构变化的机理,并且结合每个1 km栅格上的土地系统结构变化的不同情景,模拟了未来2000~2020年黄淮海平原每个1 km栅格上土地系统结构变化规律。研究表明,1988~2000年,黄淮海平原土地系统结构变化以耕地向城镇居民地、工矿用地转移为主,林地呈增长的趋势。尽管2000~2020年参考情景、生态保护情景与经济发展情景下土地系统结构演替有所差异,但耕地减少、建设用地增加、林地增加的趋势是土地系统结构变化的主要方向。     

锡林郭勒盟核心生态系统服务功能空间分区研究

构建锡林郭勒盟生态系统服务功能评价指标体系,利用1 km栅格成分数据,采用因子分析法在空间上辨识各种生态系统服务功能及其重要性;然后在1 km×1 km栅格水平上开展模糊聚类分析,在空间上标定、辨识生态系统服务功能一致性图斑单元,并在此基础上开展生态系统服务功能空间分区研究。研究表明,利用因子分析法提取出的锡林郭勒盟的核心生态系统服务功能重要性排序为文化功能、调节功能、支持功能和供给功能。根据生态系统服务功能的一致性特征及空间模糊聚类法,在锡林郭勒盟划分出6个生态分区,对于制订该区生态系统管理决策有重要的指导价值。     

黄淮海平原作物灌溉需水与耕地生产潜力的耦合分析

对1991年和2000年气象数据进行空间插值,获得了黄淮海平原气象指标1km×1km空间网格数据,然后借助GIS数据处理与空间分析功能,通过计算参考蒸散量、作物需水量,估算了1991年和2000年黄淮海平原耕地作物灌溉需水量,并分析了其时空变化规律。利用农业生态地带模型(AEZ)计算了耕地生产潜力,通过对作物灌溉需水与耕地生产潜力的空间耦合分析,发现作物灌溉需水与耕地生产潜力之间呈线性正向相关,表明黄淮海平原灌溉需水满足程度是耕地生产潜力的一个制约因素。