基于PLUS-InVEST模型的安徽省碳储量时空变化预测

[目的]分析安徽省2000年以来碳储量的时空变化及空间分布特征,为未来该区土地管理决策和生态系统碳库管理提供有效指导。[方法]以安徽省为例,基于2000,2005,2010,2015,2020年5期土地利用数据,采用PLUS模型模拟2030,2040年不同情景下土地利用格局,并运用InVEST模型定量评估不同情景下陆地生态系统碳储量的空间变化。[结果](1)2000—2020年安徽省约有8.03%土地发生了转移,耕地与建设用地之间的转化是该省土地利用变化的主要特征。(2)2000—2020年陆地生态系统碳储量总体呈下降趋势,下降了1.01×10⁸ t。空间格局上呈现“南高北低”的特征,碳密度高值区主要分布在皖南、皖西山区。(3)2020—2040年自然发展情景下碳储量下降趋势明显,耕地保护情景下降速度有所减缓,生态保护情景下碳储量明显增加,增量为3.07×10⁷ t。[结论]实施生态保护政策能够有效提高区域生态系统碳储量,增强生态系统服务功能。未来在进行土地利用管理决策时应统筹考虑生态保护和耕地保护,促进区域生态系统良性可持续发展。     

耦合InVEST与FLUS模型的海南岛生态系统碳储量时空演变与预测

[目的] 通过研究海南岛城市化扩张下土地利用变化对碳储量的影响,揭示碳储量时空格局演变和预测未来发展趋势,为优化国土空间布局和生态敏感区的保护提供科学依据。[方法] 基于1980—2020年土地利用数据,采用InVEST模型碳储量模块反演1980—2020年海南岛碳储量时空变化,并耦合FLUS模型和InVEST模型模拟自然发展情景、快速发展情景和生态保护情景3种发展情景下2030年海南岛的土地利用和碳储量变化情况。[结果] ①海南岛土地利用类型以林地、耕地为主。1980—2020年耕地、草地、林地和未利用地面积均有不同程度减少。建设用地和水域面积增加,尤以建设用地面积增长最快,增幅为83.4%。②海南岛碳储量总体呈“中间高,四周低”的特点,1980—2000年碳储量变化较小,降幅约0.03%。2000—2020年海南岛城镇化进程加快,碳储量损失也随之加剧,年均损失约372 t,累计损失碳储量7 439 t。③未来建设用地仍会继续扩张,受此影响3个情景下2030年海南岛碳储量均呈现降低的趋势。其中,快速发展情景下建设用地土地利用变化量最大,碳储量最易流失,自然发展情景次之,生态保护情景变化最小。[结论] 在海南自由贸易港未来的土地利用规划中,应加强中部山区、自然保护地等重点生态区位的保护力度,优化土地利用格局,严格控制林地、耕地和湿地向建设用地转变,提高固碳增汇效能,实现区域可持续发展。     

基于InVEST-PLUS模型的郑州市碳储量时空演变及空间自相关分析

[目的] 陆地生态系统碳储量的主要驱动因素之一是土地利用变化,以“过去—现在—未来”的逻辑,分析河南省郑州市土地利用与碳储量时空演变之间响应关系,为实现城市的生态安全可持续发展提供参考。[方法] 首先基于GIS和InVEST模型,对2005—2020年碳储量时空分布进行定量评估,然后结合PLUS模型,模拟2050年自然发展情景和生态保护情景下土地利用和碳储量时空变化特征;并辅以莫兰指数和热点分析在格网尺度下评估其空间关联程度。[结果] ①2005—2020年,耕地不断调整为建设用地,累计转入1 004.98 km²,致使郑州市土地利用结构发生显著变化,生态保护情景下生态用地减少趋势相对自然发展情景得到较好改善。②受城镇化快速扩张的影响,2005,2020年郑州市碳储量分别为6.59×10⁷,5.67×10⁷ t,15 a间高碳密度地类用地转移,碳储量空间分布呈“西高东低,南北中等,中部低”的特点,自然发展情景和生态保护情景下碳储量变化分别减少了8.27×10⁶ t和1.80×10⁶ t,其中耕地发挥着重要碳汇作用。③碳储量空间分布上具有集聚性,冷热点分布不均,生态保护情景下热点破碎化程度缓和。巩义市和登封市始终为碳储量集聚程度较高区域。[结论] 碳储量时空分布特征与土地利用结构变化密切相关,郑州市未来土地利用规划应适当采取生态保护措施,优化土地利用格局,增强生态系统固碳能力。     

耦合InVEST-PLUS模型的榆林市生境质量时空演变及预测分析

生境质量是衡量一个地区生态环境优劣的重要参考指标,土地利用变化研究可为区域生境质量时空动态演变特征评估提供科学依据。基于1980年、2000年、2018年土地利用数据,通过InVEST模型、PLUS模型、地理信息图谱法分析并预测榆林市土地利用变化情况,以此探究陕西省榆林市生境质量时空演变特征。结果表明：(1)榆林市景观基质主要由草地和耕地构成,林地和未利用地次之,水域和建设用地占比相对较少,退耕还林政策的实施、治沙工程的开展,以及建设用地的开发是土地利用变化的主要驱动因素。(2)从区域整体分析,1980年、2000年、2018年、2030年生境质量平均值分别为0.502 8,0.520 9,0.518 3,0.525 9,生境值总体变化不大,呈现先增后降再增的波动变化趋势。从空间格局分析,榆林市生境质量分布具有一定的规律性,整体呈现东高西低的格局。生境退化平均值分别为0.029 8,0.028 9,0.029 2,0.028 3,具有生境退化的威胁。研究结果对榆林市自然环境的保护和生境质量的提高具有理论支持和政策意义。     

基于PLUS-InVEST模型的福建省土地利用变化与碳储量评估

[目的]福建省森林覆盖率高达66.8%,是我国森林覆盖率排名第1的省份。探讨福建省土地利用变化对碳储量时空变化的影响是探寻社会发展和生态保护平衡点的理论基础。[方法]基于PLUS模型和InVEST模型碳储量模块,揭示2000—2020年全省碳储量时空变化特征与土地利用类型之间的关系,并从自然发展、生态保护和城镇发展3种情景预测2020—2030年福建省碳储量时空变化。[结果] 2000年、2010年和2020年研究区的总碳储量分别为214.77×10⁷,214.51×10⁷,212.93×10⁷ t,呈逐年下降趋势。人类活动对土地的开发和改造是导致碳储量变化的主导因素,大面积的耕地和林地转变为建设用地是导致碳储量降低的直接原因。预测结果认为,与2020年相比,2030年自然发展、生态保护和城镇发展情景下碳储量分别减少1.47×10⁷ t,增加0.17×10⁷ t,减少1.85×10⁷ t。生态保护情景是唯一逆转碳储量下降的发展情景,该情景与2020年相比,...     

基于PLUS和InVEST模型的邯郸市碳储量空间分布特征研究

[目的] 分析河北省邯郸市近20 a土地利用格局及碳储量分布,并探讨生态保护政策下未来10 a的土地利用变化趋势,为增加城市碳汇和实现城市可持续发展提供参考依据。[方法] 使用PLUS模型,选取自然、社会驱动因素及生态规划限制因子,分析邯郸市在2000—2020年及自然发展情景和生态保护情景下2030年的土地利用变化规律,并结合InVEST模型,评估邯郸市2000—2030年3期碳储量。[结果] ①邯郸土地利用类型的分布呈现“西部林地,东中部耕地”的总体空间分布特征,耕地和人造地表之间的土地利用转移占总土地利用变化的96.58%; ②邯郸市碳密度空间分布呈现西部高东部低的特点,碳储量总体呈下降趋势,碳损失在2010年突增,耕地的过度侵占是导致邯郸市碳损失的最主要原因; ③与自然发展情景相比,生态保护情景下土地利用变化趋于克制,虽然生态用地的提升潜力一般,但由于人类活动受到限制,避免了生态资源的消耗; ④2020—2030年自然发展情景和生态保护情景下邯郸市碳储量变化分别为减少4.23×10⁶ t和增加2.16×10⁴ t。各区县碳损失风险显著降低,不同区县碳汇潜力差异明显。[结论] 人造地表侵占耕地是导致碳损失的主要原因。生态保护政策干预下,各区县碳损失风险显著降低,不同区县也存在明显差异,碳损失更易发生于东中部平原地区,西南部的太行山东麓县区则具有较强的碳汇潜力,需针对差异化表现灵活布局。     

基于CA-Markov和InVEST模型的土地利用变化对生境影响评价——以福建省福州新区为例

[目的]研究福建省福州新区近15 a来的土地利用变化并对未来15 a的变化进行预测,并对30 a的生境质量变化进行分析;将预测结果与规划形成对比,为土地利用规划提供参考。[方法]以福建省福州新区为例,基于2000年Landsat_ETM~+和2015年Landsat_OLT遥感影像解译的土地利用数据,对国家级新区——福州新区的土地利用动态变化进行空间分析,运用CA-Markov模型对其2030年的土地利用格局进行预测。在此基础上,进一步采用InVEST模型对新区内过去,现在和未来的生境质量进行评价。[结果]①15 a间福州新区耕地、林地、水域和建设用地变化速度较快,草地和海域变化相对较小,未利用地变化较小但变化较为剧烈;②CA-Markov模型预测显示研究区2015—2030年土地利用变化趋势与2000—2015年大体相同,表现为除未利用地呈现增加的趋势外,建设用地和生态用地分别呈现急剧扩张和持续减少的趋势;③2000—2030年研究区内大量耕地、林地、草地和水域向建设用地转化,导致威胁源的增加,进一步降低了生境质量。[结论]福州新区由于建设用地快速扩张导致区内生境质量严重下降,应加强生态保育,合理控制建设用地的增长,避免生境质量进一步恶化。建议将2030年用地规划中的建设用地边界作为限制建设区边界,将预测结果作为允许建设区边界,提高建设用地的集约利用程度。     

基于FLUS模型的喀斯特地区生态用地时空变化及多情景预测——以湖南省宁远县为例

[目的]分析近2000—2020年喀斯特地区生态用地数量分布特征,预测未来多情景下生态用地变化情况,寻求协调生态保护与发展建设的最优情景,为研究区未来国土空间开发保护,生态空间管控以及区域生态经济可持续发展提供科学参考。[方法]采用土地利用转移矩阵和动态度分析湖南省宁远县土地利用变化特点,基于FLUS模型,模拟预测2030年不同情景下生态用地数量及分布。[结果](1)耕地主要集中在宁远县中部区域,林地、草地原生态用地主要分布在南北两端和西部。2020年,原生态用地中,林地所占比例为56.69%,草地所占比例为12.85%,水域为0.60%,半人工生态用地即耕地所占比例为27.80%。(2)多情景模拟结果显示：生态优先情景下,宁远县原生态用地中林地、草地、水域分别较2020年增加了15.12,37.35,23.67 hm~2。(3)政策对喀斯特地区生态用地变化有着极大的导向作用,社会经济发展对水域的增加有显著影响。[结论]宁远县原生态用地所占比例高达70.14%。生态保护优先情景能够最大程度保障生态用地不被非生态用地侵占。在以建设森林城市为目标导向的情况下,宁远县及同类地区适宜采用该情景...     

湖南省重点生态功能区生境质量时空变化及其预测

[目的] 对湖南省南岳重点生态功能区土地利用变化及生境质量开展研究,揭示人类活动导致的林地减少与生境质量之间的关系,为该地区生态保护与经济建设的协调发展提供理论支持。[方法] 基于2009,2012,2015,2018和2021年5期土地利用变更数据得到土地利用转移矩阵,借助InVEST模型和CA-Markov模型分析预测南岳重点生态功能区土地利用结构及生境质量时空分布特征,并运用双变量空间自相关分析方法探究林地与生境质量两者的相关性。[结果] ①2009—2021年研究区林地和耕地主要转出为建设用地;建设用地面积增加15.87%,其中45.37%,36.25%分别由林地和耕地转入。②2009—2021年该地区生境质量呈现出“先快后慢”的持续下降趋势和“西部高,东南低”的空间分布特征。③研究区林地与生境质量在空间分布上的正相关性逐渐增强,以林地和优等生境质量的高高聚集为主要表现类型。④南岳区2025年建设用地将增加4.36%,2030年建设用地面积将达到1 563.53 hm²;未来生境质量将缓慢下降。[结论] 生境质量变化与人类活动干扰导致的林地减少,建设用地扩张紧密联系,应加强对南岳重点生态功能区的资源与环境管控。     

自然—社会经济因素驱动下江西省生境质量的时空演变与主控因子

[目的]基于江西省2000—2020年5期土地利用数据,分析生境质量时空演变特征和研究区域生境质量变化的主要因素,以期为江西省土地利用规划及区域生态系统服务优化提供参考。[方法]使用InVEST栖息地质量评估模型对江西省生境质量水平进行空间测度,利用全局Moran’s I指数分析生境质量时空关联性,并运用地理探测器模型捕捉影响生境质量的主导因子。[结果](1)2000—2020年,江西省生境质量整体处于较高水平,但呈现缓慢下降趋势。(2)江西省生境质量具有较高空间正相关性,空间分布差异性逐渐增强。(3)自然—社会经济驱动体系中,土地利用类型因子中林地所占比例是影响生境质量的主控因子,各驱动因子间交互作用均为非线性增强,其中距建设用地距离和耕地比例两者交互作用最大。[结论]江西省生境质量整体水平较高,空间分布差异明显,生境质量水平主要受土地利用类型的影响。     

基于Logistic-CA-Markov与InVEST模型对南京市土地利用与生物多样性功能模拟评价

针对目前国际上应用比较广泛的Logistic模型,在此基础上加入空间自相关变量,应用1985年、1995年、2005年、2015年4期土地利用数据,再结合CA-Markov模型模拟预测了南京市2025年3种不同情景(自然增长情景、生态保护情景和土地优化情景)下的土地利用发展方向;进一步结合InVEST模型,研究以上4年土地利用变化下的生物多样性服务功能分布和变化,以及2025年不同模拟情景下的生物多样性服务功能分布情况。结果表明:Logistic-CA-Markov模型精度Kappa值均在0.80以上,预测效果较好。在不同的情景设置下,土地利用存在明显的空间差异:自然增长情景按原有速率变化,则建设用地快速发展并占用大量耕地,生物多样性受到严重威胁,生态保护情景和土地优化情景对未来土地调控效果较好,生物多样性功能得到很好改善,可以为当地土地利用总体规划提供科学决策参考。     

基于CA-Markov和InVEST模型的土地利用格局与生境质量时空演变及预测——以江西省南昌市为例

为揭示土地利用变化对区域生境质量时空演变的影响,促进土地资源的合理利用和生态规划体系的建立健全,以江西省南昌市为例,基于1995年、2005年和2015年的土地利用数据,应用CA-Markov和MCE模型并结合InVEST模型,评价和预测了土地利用演变角度下的生境演化特征。结果表明:(1) 1995—2015年,草地、耕地及水域是南昌市的主要土地利用类别,占比超过90%;建设用地急剧扩张,20 a间涨幅高达96.44%,耕地和林地是流转为建设用地的重要地类。(2)研究区整体景观生境质量显著下降,大量高等级生境景观向低等级生境景观转化;城市附近和各个流域的生境退化比较显著;生境稀缺性高的用地类型大多是耕地和林地。(3) 2015—2025年期间,区内景观格局和生境质量继续保持1995—2015年的演变趋势,建设用地等生境适宜度较低的地类高速扩张,进而侵扰林地、水域和草地等生境质量优质地区,致使威胁源规模和影响范畴急剧扩大,景观破碎度水平升高,稳定性降低,这将引起研究区生境质量的持续下降。1995—2025年研究区生境质量明显退化,城镇化扩张与生态用地缩减是其主要原因。     

点源入渗理论及其模型研究进展

就与滴灌水分动态密切相关的点源入渗过程的数学模拟方法进行了综述，对解析解、数值解和经验解的结构、特点及主要存在的问题进行了论述，并介绍了考虑作物根系吸水的滴灌入渗水分运动模型。在分析国内外研究历史和现状后，指出在点源入渗数值模型中对多维作物根系吸水问题的精确处理是需要进一步研究的关键问题。     

模型黄土高原建设与研究的若干问题探讨

模型黄土高原是为研究黄土高原水土流失规律和水土保持治理模式、治理效益,借助实体模拟理论与技术、测控技术、信息技术等而构建的高科技试验研究模型体系。模型黄土高原的物理模型具有广义性、多目标性、多类型性、典型性、交互性特点。模型黄土高原需要研究的内容包括水土流失规律、水土保持治理模式和水土保持效益三方面。讨论了建设模型黄土高原的技术路线和工作基础,认为借鉴国内外已有的水土流失规律和土壤侵蚀预报模型研究成果,依托黄委科研机构,已初步具备了建设模型黄土高原的条件。     

温室作物模型与环境控制管理研究

阐述了国内外作物模型研究现状 ,温室园艺作物模型研究进展以及温室作物模型在现代化农业环境控制管理中的重要作用 ,并简介了温室番茄作物模拟系统研制开发现状及其进展     

Soil Moisture and Temperature Effects on Nitrogen Mineralization in a High Tunnel Farming System

ABSTRACT

Effects of temperature and moisture on nitrogen (N) mineralization from organic amendments in high tunnel farming systems are rarely studied to assist N fertilizer management for high N-demand crops with short cycles. In this study, soils from a new high tunnel site were incubated at four temperatures (2, 10, 20, & 30°C) and five gravimetric water contents (15, 20, 25, 30, & 35%) with and without a dried and ground alfalfa amendment. Net N mineralization was determined by measuring NH₄⁺-N and NO₃^–-N contents periodically over 84 days. Significant main effects of temperature and moisture were found (p < .0001) and tendencies of a significance of alfalfa amendment (p = .0855) and interaction between amendment and temperature (p = .0842) were observed. Only a significant increase of the net mineralized N at 30ºC in amended soil was observed compared to unamended soil (p = .0043). Estimated from the first-order exponential model, maximum potential mineralized N was 1.2 times greater while mineralization rate was up to 2.1 times greater in amended soil compare to un-amended soil. Q₁₀ estimated from the Arrhenius model ranged from 1.62 to 2.04 in the amended soil and 1.66 to1.85 in the un-amended soil. The average optimal soil water content for maximum N mineralization estimated from the Gaussian function model was 33.8% in amended soil and 35.9% in un-amended soil. The results from this study can be used to suggest soil moisture and temperature management strategies to control N availability in high tunnel systems.     

基于DPSIR-TOPSIS模型的安徽省土地承载力评价及预测

[目的]定量评价和预测土地承载力状况并诊断其障碍因子,为提高安徽省土地承载力提供科学依据,也为区域土地承载力评价研究提供新思路。[方法]基于DPSIR模型构建了安徽省土地承载力评价指标体系,运用TOPSIS方法与障碍度模型评价和诊断了2006—2015年安徽省土地承载力状况和关键障碍因素。基于评价结果,运用GM(1,1)模型预测了未来5a安徽省土地承载力变化趋势。[结果]2006—2015年安徽省土地承载力经历了先下降后上升的变化历程;驱动力、压力、状态子系统承载力均呈先下降后上升的变化态势,影响和响应子系统承载力呈显著波动变化态势;未来5a,压力和状态子系统承载力逐年递减,承载力水平堪忧,需重点关注;研究期内工业废水排放量始终是制约安徽省土地承载力水平提高的首要因素,环境保护投资占GDP比重、工业固体废弃物产生量等是重要制约因素。[结论]虽然安徽省土地承载力水平总体呈上升趋势,但受压力和状态子系统承载力水平低的限制,安徽省土地承载力仍处中级水平。     

SWAT模型应用与不确定性综述

SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型是对大尺度复杂流域进行长时期水文模拟的重要工具,在水文循环、土壤侵蚀、污染物负荷、气候变化与土地利用变化的影响等方面得到广泛应用。SWAT模型在国内外流域模拟中取得良好的模拟效果,但不确定性问题普遍存在。从模型使用者的视角,针对输入数据的准备、子流域划分和输入数据尺度转换、模型参数校准3个SWAT模型应用的重要步骤,讨论了其主要不确定性来源。模型输入数据精度不足以准确反映其空间差异,模拟单元划分粗略导致输入数据向模拟单元尺度转换时参数集总程度过高,模型参数校准过程中观测数据和评价指标的不合理选择以及异参同效现象。对此,总结提出了降低不确定性、提高模拟精度的主要措施:提高输入数据的分辨率和模拟单元划分精度至理想阈值,对模型的关键参数和部分计算方法进行本地化,采用多重评价指标、自动校准与人工校准相结合以及多要素、多站点的参数校准方法。把握模型应用主要步骤中可能的不确定性来源,并结合具体研究区特征和研究目标采取相应的措施降低不确定性,是提高SWAT模型模拟结果可信度的必要途径。     

作物模型研究与应用中存在的问题

该文以CERES-Wheat、Maize模型为例,系统阐述了作物模型的研究与应用发展情况,分析了模型当中仍然存在的问题,指出在冠层结构与作物光能截获计算方法和作物水分、养分对生长过程的胁迫机理与定量方法方面需要深入的实验研究,以探索其机理,提高模型模拟预测性能.该文强调指出目前绝大多数的作物模型是空间一维的田间尺度模型,借鉴区域生物地球化学循环模拟方法或与分布式水文模型耦合进行尺度扩展开发区域尺度作物模型,既是区域水、土资源评价与管理的应用需求,也将能促进作物模型发展并发挥更大作用.     

APEX模型在淮河流域中上游的适宜性研究

探讨了APEX（Agricultural Policy／Environmental eXtender）模型在淮河流域中上游的适宜性。将APEX模型用于淮河流域中上游监测资料较匮乏的3个径流小区,用日径流／产沙的实测值和模拟值校正和验证模型,用校正过的模型评价不同土地管理措施的长期水土保持效益（1981～2005）。在模型校正阶段,3个小区日径流量和产沙量的平均百分误差绝对值（APE）小于20％,平均纳希-苏特克利夫有效系数（EF）大于0．6,平均尺。大于0．7;在模型验证阶段,3个小区日径流量和产沙量的平均APE小于12％,平均EF大于0．5,平均R^2大于0．7,APEX模型可模拟出径流、产沙的日变异。在水土保持效益评价结果中,与对照（休闲地）相比,管理措施2（林地-水平沟）的径流量平均减少37％,产沙量平均减少89％,管理措施1（林草混交-水平梯田）的水土保持效益要略低于管理措施2,构建水平沟、水平梯田以及增加地表植被是控制该地区水土流失的有效措施。研究结果表明：APEX模型适应性强,可用于预测和评价淮河流域中上游不同土地管理措施下的水土流失,这为资料匮乏地区研究土壤侵蚀提供了一种新的思路和工具。