三江平原别拉洪河流域湿地农田化过程中湿地-农田景观梯度时空特征分析

湿地农田化过程是三江平原过去50年以来土地覆盖变化的主要特征,由于大面积的湿地被农田所替代,原有的自然生态环境遭到了严重破坏。本文选取三江平原别拉洪河流域作为研究对象,基于RS和G IS技术,集成地形图与遥感数据(MSS,TM,CBERS),利用景观梯度分布分析模型,对1954~2005年期间湿地与农田景观梯度时空变化特征进行了分析。结果表明,1954年除西南部靠近松花江地区、浓江上游地区湿地景观分布较为稀疏外,其他地区都属高湿地景观梯度区。到2005年,除洪河自然保护区及靠近黑龙江和乌苏里江边缘地区外,研究区的大部分都成为耕地景观高梯度分布区。耕地景观和湿地景观梯度分布格局的变化揭示了研究区湿地农田化过程的空间规律性,即耕地逐年向东扩展的同时,湿地相应地向东北方向消退。     

三江平原农田生产力时空特征分析

为了提高农田生产力,该文基于EOS/MODIS卫星2000～2005年的MOD17A3数据集,分析了21世纪初三江平原农田生产力时间动态和空间分异特征。结果显示,2000～2005年三江平原旱田净初级生产力（换算成碳量）平均值为 348.06 g/(m2·a),水田净初级生产力平均值为339.90 g/(m2·a)。2000～2005年三江平原旱田年均净初级生产力下降率为7.2%,水田年平均净初级生产力下降率为9.9%。研究表明,三江平原地区气候变化对农田生产力的下降有一定影响,同时随着该地区人口和经济活动的增加,人类活动对土地利用的加剧,亦导致农田生产力的下降。旱田和水田生产力空间分布与降水分布的相关系数分别为0.177和0.156,表明降水对农田生产力空间差异影响显著。     

黄河三角洲人类活动强度的湿地景观格局梯度响应

为了研究黄河三角洲湿地景观格局沿人类活动强度的梯度变化规律,该文基于土地科学和景观生态学原理,在RS、Arc GIS和FRAGSTATS软件支持下,以1989、1999、2009和2014年四期遥感影像为数据源,利用人工目视解译方法构建研究区景观类型图。基于解译结果,选取耕地、工矿用地、居民点和交通用地等土地利用指标来反映人类活动强度,采用自然间断法将人类活动强度从强到弱分带。文章分析了黄河三角洲不同人类活动强度样带不同时期的湿地景观格局变化特征,以及2014年主要景观类型的格局特征对人类活动强度的梯度响应。结果表明:人类的干扰活动使得不同景观类型在人类活动强度各样带表现出明显的空间差异。在景观水平上,随着人类活动强度的降低,样带景观的丰富度和斑块数增加,2009年斑块数量达到8 000个;多样性和均匀度指数呈先增后减趋势,景观聚集度和连通性持续增加,在第10样带达到99.42%,破碎化程度不断降低;在类型水平上,水库坑塘、水产养殖场、盐田和未利用地在梯度带中较好地反映了景观格局的变化特征,其中各景观类型的形状指数和分维数随人类活动强度的梯度变化呈现明显的变化趋势,景观形状趋于复杂化,面积比例、斑块密度和最大斑块指数的梯度变化较大,波动明显,盐田在人类干扰最大时斑块指数达到26%。该文揭示了景观格局沿人类活动强度的梯度变化规律,可为研究区湿地生态恢复及可持续利用提供参考。     

下辽河平原区农田土壤有机碳含量时空变异研究

以1980年第二次土壤普查数据和2010年下辽河平原区耕地地力评价数据为基础,采用GIS空间分析的方法,对该地区耕地土壤有机碳的含量随时间和空间的变化特征进行分析和研究。分析结果表明,上世纪80年代,下辽河平原耕地土壤有机碳分布的差异越来越小,该地区耕地土壤中有机碳的整体呈减少的趋势。农田土壤有机碳含量空间分布总体而言呈现东高西低、南高北低的趋势。从土壤有机碳含量空间分布的变化看,下辽河平原区农田土壤有机碳含量呈南部增加、北部降低的趋势。30年来,在人类活动的干预下,土壤有机碳含量分布相同的趋势在慢慢减小,小范围内的变化非常明显并且变化幅度较大,整个地区的含量分布变得错综复杂。     

三江平原典型湿地土壤腐殖质的剖面分布及其组成特征

以三江平原腹地挠力河、别拉洪河、浓江河流域自然沼泽湿地为研究对象,研究了典型湿地土壤腐殖质的剖面分布及其组成特征,并探讨了土壤腐殖质与植被类型及土壤全氮含量的关系。三江平原典型湿地土壤草根层和泥炭层中胡敏酸(HA)和富里酸(FA)的累计含量在整个剖面总量中的比例均大于70%,各组分相对含量分别高于35%总有机碳和23%总有机碳,其剖面分布与土壤有机碳(SOC)的变化趋势一致,由表层向下层逐渐减少。除小叶章湿地土壤草根层HA/FA值为0.97外,三江平原典型湿地土壤HA/FA均大于1,其剖面均值为1.4~2.5,表明三江平原湿地为胡敏酸型土壤.腐殖质各组份含量及其HA/FA值因植被类型而异,而与土壤全氮含量呈显著线性相关(p<0.05)。     

巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地景观格局季相变化分析

为探讨湿地年内时间尺度上景观格局变化趋势,以干旱区巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地为研究区,利用2015年5—10月OLI遥感影像为数据源,结合气象站点的气温和降水,分析了巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地景观格局季相变化特征及其与气候因子的关系。结果表明:年内生长季,湿地面积变化以8月为分水岭,8月前,湿地面积稳定,占研究区面积比例在74.23%～81.15%之间浮动;8月后,湿地面积快速缩减,10月减至最小,占比38.97%。景观水平上,8月前,研究区景观破碎度增大、空间异质性增强、不同类别斑块分布趋于均衡化,8月后,景观破碎度减小、景观异质性减弱、不同类别斑块分布趋于非均衡化;类型水平上,5—10月湿地斑块破碎度增大,形状趋于复杂。湿地面积与月降水量和月均气温均存在显著相关性(r=0.745,P=0.045和r=0.859,P=0.014)。研究表明,月均气温是影响巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地景观稳定性的主要因素。巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地景观呈"夏季稳定-秋季锐减"的格局。     

大规模排水前后若尔盖高原湿地景观格局特征变化

基于Apack软件应用景观格局分析的方法定量研究了排水前后若尔盖高原高寒湿地景观空间分布格局特征。结果表明,若尔盖高原湿地在大规模排水前湿地面积占总景观面积的11.07%,排水后缩减为8.9%,由于湿地景观与非湿地景观之间发生大面积的转移;大规模排水前若尔盖高原湿地景观面积排水前后湿地景观结构均以自然湿地景观为特征,其中,沼泽湿地景观在自然湿地景观中占绝对优势,占湿地景观总面积的95%以上;若尔盖高原湿地景观空间格局特征均以若尔盖县的湿地景观面积最大,红原县和玛曲县居中,阿坝县和碌曲县最小;各县湿地景观类型构成比例均以沼泽湿地景观为主所占比例最大,基本保持在90%以上的水平,其他湿地景观类型的构成比例较小。与排水前相比,各类型自然湿地景观的斑块数都明显减少,平均斑块面积增加,最大斑块面积除河流湿地外也表现为增加变化;湿地景观多样性指数、均匀度、优势度和分维数均表现为下降变化。     

三江平原典型环型湿地土壤营养元素的空间分异规律

以三江平原典型环型湿地作为研究对象,对其环带状植被区湿地土壤的全N、全P和全K的空间分异规律进行了初步研究。结果表明,环型湿地土壤化学元素具有明显的空间水平分异规律,全N和全P的含量由环型湿地中心向边缘逐渐减少,全K的含量逐渐增加。土壤化学元素的含量在垂直方向上具有明显的分层和富聚现象,自上而下全N含量除漂筏苔草群落外,其它各群落土壤全N含量呈先增加后减少的分布;大部分植物群落土壤全P含量呈先减后增的“V”型分布;全K含量呈表层和底层较高、中间层较低的“中空”状分布。环型湿地土壤的营养元素空间分异主要受生物过程和水文地貌过程影响,并通过过程影响湿地的功能     

洮儿河中下游流域湿地景观演变及驱动力分析

应用景观生态学理论,分析了1986,1996,2000年洮儿河中下游流域湿地景观的演变过程,探讨了湿地的数量消长、转化和湿地景观格局特征的变化趋势以及湿地景观演化的驱动力因素,指出十几年来湿地景观数量、分布总体呈明显下降趋势,湿地主体由自然湿地向人工湿地转变,水文因素是湿地景观演变的直接驱动力,自然因素和人为因素以不同强度和方式影响湿地的演化。     

环渤海地区景观格局动态变化轨迹分析

对变化轨迹的目标、特征等进行了总结、归纳,提出变化轨迹斑块的意义,通过轨迹斑块将复杂的时空动态现象用二维图谱表示出来。同时,基于变化轨迹方法,对环渤海地区土地覆盖时空动态变化进行分析,并选取占所有发生变化面积91.25%的30种主要的变化轨迹,生成变化轨迹空间分布图谱,并结合格局指数进行分析。结果表明,(1)"耕地"属于人类干扰最为剧烈的地类,其变化主要表现在耕地的流失上;(2)"耕地"向"人工表面"的转换是研究区最大的变化类型,其中2005-2010年变化面积远大于2000-2005年,占用耕地进行开发建设现象更加严重;(3)"海域"向"人工表面"的转换主要发生在2005-2010年间,主要由人工围填海造成;(4)湿地面积总体上变化不大,但其转入、转出比例均较大,证明湿地内部变化剧烈,湿地的破坏和人工湿地的补充同时进行;(5)研究区内主要变化轨迹类型大都来源于人类的开发利用活动,人类干扰起了至关重要的作用。研究结果为研究区景观格局提供了清晰的时空动态刻画与分析,为有关部门在土地合理利用、耕地和生态用地保护等方面提供了基础数据和理论支撑。     

三江平原沼泽湿地土壤有机碳的垂直分布特征研究

以三江平原腹地挠力河、别拉洪河、浓江河流域天然沼泽湿地为研究对象,并以湿地开垦后的农田为对照,研究了沼泽湿地不同层次土壤中有机碳含量的垂直分布特征及其与pH值、N素的相关关系。结果表明,沼泽湿地土壤有机碳的垂直分布随土壤深度、植物群落类型和农业耕作方式的变化而变化;开垦使天然沼泽湿地0～45cm土壤有机碳损失90%以上;土壤不同层次有机碳含量与pH呈显著负相关(r=-0.651**,P<0.01),与全氮呈显著线性正相关。     

三江平原过去50年耕地动态变化及其驱动力分析

在遥感和地理信息系统技术支持下,本文对三江平原建国以来耕地变化方式及与其它土地利用类型的转化进行了定量研究。结果表明,在过去50多年里,三江平原耕地面积发生了显著变化。在建国初期的1954年,耕地面积为17133.81 km2,所占比重仅为15.91%;2005年耕地为55688.45 km2,面积比为51.17%,耕地面积净增加了38554.64 km2,年均耕地增加面积为755.97 km2。通过耕地与其它土地利用类型的转化分析表明,湿地开垦对耕地的增加贡献最大,其次为林地与草地。通过垦殖指数及其变化模型分析表明,三江平原不同历史时期耕地面积的变化速率存在很大的时空差异;区域本身人口急剧增加、国家有计划的农垦移民、农业机械化水平提高是导致本区耕地面积不断增加的主要原因;三江平原区域自然条件,尤其是地势、地貌与土壤条件同样影响着三江平原耕地面积的变化。     

长株潭城市群湿地景观时空动态变化及驱动力分析

针对长株潭城市群的湿地景观面积迅速减少、破碎化程度增加等情况,该文基于时间序列Landsat数据及物候特征参数,采用面向对象方法的随机森林算法获得了长株潭城市群2000-2015年湿地时空格局及变化数据,利用景观格局指数、质心迁移等方法分析了近16 a来长株潭城市群湿地时空格局及变化特征,并通过Logistics回归模型分析了城市群湿地演化的驱动力因素。研究结果表明:1)湿地类型主要为人工湿地水田,其次为河流湿地与库塘湿地,湖泊湿地与苔草沼泽分布面积相对较小;2)2000-2015年研究区湿地总面积呈减少趋势,减少231.12 km~2,减少6.64%,同时湿地的空间转移也十分剧烈。3)研究期间,长株潭城市群湿地景观破碎度在呈增强趋势,且景观形状也趋于复杂。同时,研究区景观连通性在不断降低,而景观丰富度在不断增加。4)研究期间,长株潭城市群5种湿地类型的质心在均发生了不同程度的的迁移,其中河流、库塘和水田的质心迁移相对较大,湖泊的质心位置相对稳定。5)长株潭城市群地区降水量的减少及气温的升高,加之高强度人类干扰是近年来湿地变化的主要原因,其中人类活动加剧了湿地变化的复杂性和差异性。该研究可为长株潭城市群湿地资源的可持续发展提供科学、可靠的数据支持。     

江苏省盐城海岸湿地景观时空演变特征研究

以盐城海岸湿地为研究对象,根据1987,1997,2007年3个时相的景观资料,运用RS和GIS技术,选取景观转移概率、质心两大指标,对两个时段海岸湿地景观时空演变特征进行了分析。结果表明:(1)景观结构变化。1987-2007年,自然湿地比重不断下降,由42.45%降至21.44%;人工湿地比重不断上升,由18.19%上升到58.88%。景观转移主要由自然湿地向人工湿地和非湿地转移:1987-1997年自然湿地向人工湿地和非湿地转移了45.40%;1997-2007年自然湿地向人工湿地和非湿地转移了37.91%。景观异质性呈现先升后降的特征。(2)景观质心变化。1987-1997年人工湿地向东南偏移了58.17km,自然湿地向东南偏移了6.15km;1997-2007年人工湿地向东南偏移了12.67km,自然湿地向东南偏移了7.15km。     

SPOT5遥感影像城郊耕地景观提取与廊道立地分析

城郊耕地立地受多种因素影响复杂多变,利用高分辨率遥感影像提取耕地及其廊道地类,并分析耕地与廊道地类间关系,对于耕地保护和基本农田划定具有重要意义。以北京市大兴区为例,对2004年和2007年SPOT5遥感影像,采用面向对象分类方法开展耕地与其他景观类型提取,包括交通运输用地、河流水面、水工建筑用地、农田水利用地、农田防护林地,并对道路提取宽度进行评价。采用景观生态学廊道的分析方法与GIS空间分析方法,分析4 a间5种廊道地类的数量变化和空间分布变化。借助目视解译评价分类总精度和Kappa系数都超过了90%,道路提取宽度在4～70 m之间;农田防护林地数量变化最为明显,呈零散分布状态,农业水利用地空间分布较为均匀,而交通运输用地中二级道路较大变化,主要分布在受城市化和工业化影响较大的研究区北部。研究表明：面向对象分类方法能够充分利用地类相关特征,提取过程即体现地类立地信息,多尺度分割能够实现在不同层次提取不同地类;廊道空间分布与耕地空间分布表现出一定的相关性,农田防护林地和农业水利用地分布密集的地区耕地流失的可能性较小,交通运输用地密度较高的地区也是耕地流失集中地区。     

洪河国家级自然保护区湿地生境安全保护

洪河国家级自然保护区在2002年被列入国际重要湿地，该区保存了三江平原原始湿地生态系统的完整性，是三江平原原始湿地景观的一个“缩影”，是我国重要的天然基因库之一。然而，由于长期以来人为活动的影响，导致该区生态环境面临严重威胁。在具体分析洪河保护区湿地的生态环境现状及存在问题的基础上，提出了相应的生态环境安全保护对策。     

中国中东部农田作物水分利用效率时空分布及影响因子分析

为研究中国中东部地区农田生态系统水分利用效率时空分布特征,该文利用遥感数据、气象数据以及国家分省区农业统计数据,基于农作物种植结构所划分的地区,通过趋势分析方法,分析了2003-2012年10 a间农田水分利用效率的时空分布特征。结果发现:华北地区农田多年平均水分利用效率(water use efficiency,WUE)高于南方水田区,山东半岛、辽东半岛以及江苏沿海地区农田WUE最高,多年农田WUE均值高达2.0 g/kg,而东北平原及东南丘陵地区农田WUE多年均值则较低,平均在1.5 g/kg以下。中国中东部农田WUE总体上呈上升趋势。其中,华北平原以及松嫩平原农田WUE增加趋势明显,最大年均增幅达0.02 g/(kg·a),而东南丘陵、江淮以及三江平原等地,农田WUE则呈减小趋势,最大年均降幅达-0.007 g/(kg·a)。整体上看,北方地区农田WUE的涨幅高于南方。考虑气候变化后,灌溉和施肥对中国中东部农田WUE的影响较小。气候变化则是影响中东部农田WUE的主要因素。在北方地区,对农田WUE变化有显著影响的因子为年降水量,而在南方地区,年均温的影响则更显著。相比于在中东部北方地区农田WUE年际变化主要受到年降水量对农田蒸散发(evapotranspiration,ET)的影响,在南方地区,农田WUE年际变化则主要受到年均温对农作物总初级生产力(gross primary productivity,GPP)的影响。该研究可为农田区水资源合理利用以及中东部农田生态环境持续发展提供参考。     

基于RS和GIS扎龙湿地景观时空演变研究

以RS、GIS技术手段,1995年、2000年和2004年LandsatTM遥感数据为主要数据源,分析研究区域景观结构、主要景观要素的时空演变、景观组分变化和转移过程,并定性分析景观动态变化特征和驱动机制。结果表明:研究区域呈现以沼泽地景观为基质的草地景观、耕地景观等相对为主体的交错湿地景观格局;沼泽湿地景观、水域景观、耕地景观、草地景观等在转移过程中保持较大的保留率;草地→沼泽地和沼泽地→草地是研究区域的主要景观类型的优势转移过程,处于主导地位,草地→盐碱地,自然因素为该景观类型的转变及区域生态环境恶化的重要原因,盐碱地→草地,反映出土地利用动态变化驱动机制的复杂性;对土地的利用一般应按照一定的规划原则进行,做到土地的合理利用,实现土地资源的永续利用和区域可持续发展。     

嫩江流域湿地变化特征分析

嫩江流域是我国湿地集中分布区之一,湿地主要分布在嫩江流域的上游及中下游的河流沿岸及尾闾区域。为揭示嫩江流域湿地变化的特征,将研究区划分成17个评价单元,分析各评价单元湿地的面积及其变化,结果发现:湿地的减少主要受人类活动的影响,其主要表现为开垦湿地为耕地,耕地化率为54.6%,主要集中在嫩江中、上游区域;其次是压缩湿地生态需水而导致的湿地退化、盐碱化,退化率和盐碱化率分别为31.8%和2.5%。湿地退化的主要原因为:①人类生活、工业和农业需水量增大,占用了一部分湿地的生态需水;②水利工程的阻隔,减少或切断了河流与湿地的水力联系;③人类开发地下水导致地下水位下降,湿地反补地下水。     

中国耕地景观细碎度时空变化特征及其影响因素

耕地细碎化是中国耕地利用效率提高和农业现代化转型的关键制约因素。2014年以来中央政府试图通过鼓励土地经营权流转以实现耕地细碎度降低和适度规模经营耕地的目标。然而，少有研究开展中国全域尺度的耕地细碎化趋势分析，土地经营权流转政策的相关实施效果也尚不明晰。该研究基于长时序土地利用数据，辅以景观格局指数、趋势分析和动态面板模型等方法，对1990-2020年中国耕地景观细碎度的时空变化特征进行了识别，并剖析了土地流转政策实施对耕地景观细碎化的影响。结果表明，1）中国耕地景观细碎度大致呈"平原、盆地低、山地、高原高"的分布格局，东北平原、黄淮海平原、长江中下游平原以及四川盆地、准噶尔和塔里木盆地等地区耕地景观细碎度低，而二三级地势阶梯过渡地带以及黄土高原、云贵高原和东南丘陵等地区耕地景观相对细碎；2）1990-2020年中国耕地景观细碎度大致呈"持续细碎化-细碎化改善-波动细碎化"变化特征，其中2004-2013年耕地景观整体呈细碎化趋势，超过70%的县域耕地斑块密度（Patch Density，PD）/形状指数（Landscape Shape Index，LSI）显著增加、聚集度指数（Aggregation Index，AI）显著减小，集中分布在黄淮海平原、长江中下游平原、四川盆地以及两广地区，但2014-2020年70%的省份耕地景观细碎度有所改善，以两广地区表现最为典型；3）土地流转政策显著降低了耕地景观细碎度，此外，区域土地利用变化、非粮化耕地利用、坡度以及灌溉条件等因素也是影响中国耕地景观细碎度变化的重要因素。该研究从全域尺度剖析了中国耕地景观细碎度的时空变化特征并揭示土地流转政策等因素对其的影响，研究结果可为区域耕地景观细碎度变化以及不同土地利用/生态系统类型变化分析提供新思路。