环滇池地区2000-2020年“三生”空间格局演变及其驱动力

[目的] 研究环滇池地区“三生”空间格局演变及驱动力,为研究区国土空间优化和滇池保护提供支撑。[方法] 基于环滇池地区2000,2005,2010,2015和2020年5个时期土地利用和社会经济数据,采用空间分析、动态度、转移矩阵、景观格局指数和地理探测器等方法,分析环滇池地区2000—2020年“三生”空间格局演变及驱动力。[结果] ①环滇池地区生态空间和生产空间持续缩减,生活空间逐渐增加;“三生”空间综合动态度波动上升,但生产空间和生态空间单一动态度持续下降;生态空间和生产空间缩减区域与生活空间扩张区域均主要位于滇池周边;官渡区、安宁市和呈贡区“三生”空间变化最为剧烈。②空间转移特征表现为：生态空间和生产空间主要转向生活空间,生活空间主要转向生产空间;生态空间主要来源于生产空间,生产空间主要来源于生态空间,生活空间来源于生产空间和生态空间。③景观格局指数显示,“三生”空间破碎化有所降低,但仍处于较高水平,斑块形状先复杂后简单,凝聚程度先下降后紧实,“三生”空间中斑块呈现均匀化分布趋势,景观多样性增强。④自然地理因素是“三生”空间格局演变的基础性决定条件,社会经济因子是“三生”空间格局演变的直接推动力,政策规划因子是“三生”空间格局演变的间接推动力。[结论] 环滇池地区“三生”空间动态变化显著,空间差异明显,格局演变受到自然地理、社会经济和政策规划因子多重作用。     

闽江下游地区景观空间格局及其变化

以闽江下游地区为研究实例,运用景观生态学的基本理论与方法,在ARC/INFO和ENVI系统的支持下,选取多样性指数、均匀度、优势度、分离度、破碎化指数和分维数等指标,对该区的景观空间格局进行分析,并分析了1995～2000年期间研究区的景观动态变化情况。     

2000-2020年滇中城市群生态环境质量动态监测及空间格局演变

[目的] 分析生态环境质量时空变化规律及其异质性,为政府及相关部门制定生态环境保护政策提供科学依据。[方法] 采用GEE(google earth engine)平台选取滇中地区2000—2020年Landsat影像,逐年提取遥感生态指数RSEI(remote sensing ecological index),运用冷热点分析、标准差椭圆、生态环境重心转移等空间分析方法探索生态环境质量的时空演变规律。[结果] ①滇中城市群整体生态环境质量总体呈不断下降趋势,RSEI均值从2000年的0.51下降到2020年的0.46。②从空间分布上看,除个别年份外总体上滇中东部地区生态环境质量明显好于西部地区,生态环境质量较好的区域大多森林覆盖率较高。③近20 a来滇中城市群生态环境空间分布呈南—北方向,同时城市群生态环境质量整体呈现出一定的聚集性。[结论] 滇中城市群生态环境变差与城市群建成区高速扩展,气候异常,植被破坏,水土流失加剧等有着密切的关系,为此应加强生态建设,提升滇中城市群生态环境质量。     

东北黑土区典型县域种植模式遥感识别与空间格局分析

种植模式对黑土地的土壤肥力和作物产量有显著影响,建立合理的种植模式是养好用好黑土地的重要措施。目前,黑土区种植模式的类型及其空间格局仍缺乏系统分析,遥感技术结合地学信息图谱方法是监测黑土区种植模式的有效手段,但应用较少。该研究基于2012－2017年遥感反演作物分类数据,采用地学信息图谱方法识别种植模式,并使用核密度分析方法测度各类种植模式的空间分布特征。结果表明：1）克东县可识别出5类种植模式,其中,主要的种植模式为无序种植模式、大豆连作模式和两年轮作模式,三者面积总和占比为83.90%。2）县域西部和北部以大豆连作模式为主,县域中部、东部和南部以无序种植模式为主,玉米连作模式呈东北-西南向带状分布,三年轮作模式和两年轮作模式呈“局部集聚、全局分散”的分布形态。3）行政村尺度的种植模式结构大体可以分为5种类型,总体呈现以“无序种植-大豆连作-两年轮作”类型为主并以其他类型为辅的空间结构特征,属于主要类型的行政村数量占比为32.08%。     

2000-2020年黄河流域国土空间格局演变及生态响应

黄河流域国土空间格局变化将深刻影响生态系统服务价值(ecosystem service value,ESV)和功能，科学揭示其响应规律是构建高质量国土空间体系的应有之义。为此，从“三生空间”视角切入构建了两级衔接的国土空间分类体系，借助转移矩阵和修正的ESV评估模型，刻画了黄河流域2000–2020年间多级自然边界的国土空间格局及ESV演变特征，并采用图谱法揭示了ESV的时空响应规律。结果表明：1)2000–2020年间，一级空间中的生产空间持续减少，生活空间逐渐增加，生态空间较为稳定；二级空间中，除了农业生产空间和其他生态空间面积减少外，其他均呈上升态势。转化类型以草地生态空间与农业生产空间、其他生态空间以及林地生态空间的相互转换为主，集中分布在流域中上游地区。2)近20a间生态系统服务价值总体看涨，由2000年的10 976.59×10⁸元上升至2020年的11 210.96×10⁸元，草地生态空间、林地生态空间贡献最大。空间格局呈现“中部及西南部最高，东北部和东南部较高，西北部最低”的特征，显著增加的区域逐渐增多。3)生态增值区范围分布...     

新疆南疆经济空间演化格局及驱动力分析

为缩小区域经济差异,促进南疆乃至全疆经济全面协调发展,以南疆42个县域为研究对象,运用熵权法进行县域综合经济发展水平评价,利用ESDA和GIS空间分析方法进一步分析2000—2013年南疆县域经济时空演化格局。结果显示:在全局空间差异方面,自相关水平从2000年的0.149 2到2013年的0.264 0,自相关水平指数较低,总体呈现上升趋势,说明南疆42个县域经济发展水平存在正相关关系但关系不显著,县域之间的经济联系较弱,县域经济差异有所减小;在局部空间差异方面,经济发展水平较高区始终集中在库尔勒市,经济发展水平较低地区分布面积较广,主要集中在喀什地区与和田地区,县域经济发展水平差异依然显著。基于上述研究成果,对南疆县域经济差异的驱动因素进行分析,从经济发展基础、产业结构因素、社会治安与政策扶持等方面探讨改善南疆县域经济差异现状的解决措施,为当地经济总体规划布局和政策实施提供一定的理论依据。     

1979-2020年深圳市不透水面信息提取及其时空格局变化分析

[目的] 分析不透水地表比的时空分布,探究城市的发展潜力,为城市水土保持等规划与后续发展提供参考意见。[方法] 以深圳市作为研究区,选取1979—2020年9期共18景Landsat 3/5/7/8影像为主要数据源影像提取不透水面比例作为参考数据,结合不透水面平均中心、标准差椭圆和景观格局指数分析深圳市不透水面时空格局分布。[结果] ①1979—2020年深圳市整体不透水面比例呈增长趋势,1990—2010年增长速率和增长强度最高,后逐渐变缓; ②由于深圳市发展的不平衡,1979—2000年,发展重心持续向着东北方向移动,随后2000—2010年,重心向西北方向迁移,2010年后,重心在东西方向上有所移动。总的来看,深圳市的发展方向主要为东—西; ③景观格局变化显示各等级不透水面景观分布渐趋均衡,分布趋势从破碎到聚集度越来越高,连接性在逐渐增强。[结论] 不透水面增长的不同阶段具有不同的时空分布规律,不同密度不透水面分别有各自的变化特点,降低高密度不透水面的聚集程度对城市未来发展具有积极影响。     

南疆棉花消费水足迹及其对生态环境影响研究

基于虚拟水和水足迹的理论与方法、棉花生产水资源消费的特征,提出了棉花消费水足迹的概念及模型,并对南疆地区2005年的棉花消费水足迹进行计算和分析.结果表明:南疆地区的棉花消费水足迹为353.95×106m3,虚拟水外调量为3 185.54×106m3,其中蓝水调出量为2 290.53×104m3,分别是本地消费水足迹的9倍和6.5倍.大量的地表水和地下水外流,给水资源本来就不富裕的南疆地区带来巨大的压力,严重阻碍着该地区的可持续发展.最后探讨了棉花生产带来的生态环境问题,并提出了水资源持续利用和环境保护对策.     

2000-2019年新疆植被覆盖度时空格局及重心变化分析

植被对生态环境稳定有着极其重要的意义,研究植被覆盖变化及驱动机制,可为区域生态保护工作提供参考。该研究利用2000-2019年MODIS/EVI数据,基于像元二分法获取植被覆盖度（Fractional Vegetation Cover,FVC）,运用线性回归分析揭示了FVC变化规律,进一步利用重心模型分析了植被、气温和降水的空间变化过程。结果表明：1）2000-2019年新疆平均FVC值为0.255,空间分布差异明显,以极低覆盖度为主,极高覆盖度区域主要分布在西北部、北部以及南疆的绿洲地区。2）新疆FVC呈上升趋势,变化平稳。东疆波动较大,2015年FVC高于平均值近20%,其他地区FVC在平均值5%上下波动;全疆植被减少趋势区域占总面积的53.04%,极显著恶化区域占总面积的4.73%。3）从重心迁移分析,气温是新疆FVC空间变化的主要驱动因素,在经度方向上呈正相关（相关系数为0.734）;伊犁河谷地区植被重心和降水重心在经度方向上呈负相关（相关系数为?0.492）。新疆植被覆盖度低且分布不均匀,具有显著性变化（P<0.05）的像元主要分布在人类活动区域,好转区域面积大于恶化区域,生态恢复工作效果明显,在恶化区域应当继续加强植被保护工作。     

2000-2020年黄土高原植被覆盖度时空格局变化分析

以2000—2020年MODIS-NDVI植被指数为数据源,反演计算黄土高原植被覆盖度,通过转移矩阵和重心迁移等方法分析黄土高原植被覆盖度时空格局变化及其与降水、气温、坡度和土壤类型等因素的关系。结果表明：(1)2000—2020年黄土高原植被覆盖度由0.39提高到0.61,整体呈上升趋势,2017年后实现快速提升;(2)近20年,黄土高原植被覆盖度显著好转类型与极显著好转类型改善面积比例达到37.93%,2009年前以低覆盖和中低覆盖植被为主,2010年后以中覆盖及更高等级覆盖植被为主,2019年以后中高覆盖植被所占比例最高;(3)从2000年到2020年,黄土高原低覆盖、中低覆盖、中覆盖和中高覆盖植被向更高等级覆盖植被转化比例分别为93.10%,96.57%,82.99%,43.34%,中低覆盖、中覆盖、中高覆盖和高覆盖植被向更低等级覆盖植被转化比例分别为0.30%,2.21%,7.83%,12.47%;(4)近20年黄土高原植被覆盖度变化与气温和降水的变化表现敏感,斜坡地和陡坡地植被覆盖度较高,淋溶土类型下的植被覆盖度较高,国家政策和措施实施等人为因素对植被覆盖度改善发挥重要作用...     

2000-2020年玛纳斯河流域的作物种植结构与需水满足度

变化环境条件下干旱绿洲水土资源的高效利用一直广受关注。玛纳斯河流域分布着新疆最大、最典型的绿洲农耕区,其水土资源高效利用无疑应基于对种植结构和需水满足度（供水量/需水量）时空演变规律的了解。基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine,GEE）平台并通过区域调查和调研,该研究利用面向对象的随机森林分类,建立流域地物遥感识别模型,分析当地2000-2020年种植结构的变化过程,探讨种植结构变化与膜下滴灌棉花水分供应状况和需水满足度间的关系。结果表明：基于GEE平台,融合简单非迭代聚类图像分割算法和随机森林分类算法可快速、准确识别流域地物,总体精度约90%;近20年,流域种植作物始终以棉花为主,占耕地总面积的80%以上,受益于膜下滴灌技术的节水、抑盐等功效,中、下游盐碱荒地不断被开垦为棉田,致使其面积以每年约101 km2的速度增长,但棉田面积增长与灌溉水资源供给的矛盾日益突出,棉花需水满足度显著下降,尤其是水资源相对匮乏的下游灌区及需水旺盛的夏灌期,2020年流域下游棉花夏灌期需水满足度已降至约46%,种植结构的调整和优化已势在必行。研究可为玛纳斯河流域水资源配置及农业种植结构优化提供科学依据。     

基于SHAW模型的南疆典型灌区适宜盐分淋洗定额空间分布

明晰西北旱区休闲期土壤盐分淋洗定额的空间分布特征,对于水资源有效利用、土壤盐渍化防控具有重要意义。受制于土壤盐分、土壤质地的空间变异性,在某一点尺度获得的盐分淋洗定额难以全面反映区域的情况。该研究以南疆阿拉尔灌区为例,采用统计学和空间插值相结合的方法,确定灌区土壤盐分、土壤质地的空间分布特征,并通过划分模拟单元,建立基于SHAW（the simultaneous heat and water）模型的灌区尺度分布式模型,得到了不同灌水模式下适宜的盐分淋洗定额空间分布特征。结果表明：阿拉尔灌区土壤盐分呈现出\     

新疆典型膜下滴灌棉花种植模式的用水效率与效益

膜下滴灌技术因具有显著的节水、保温、抑盐、增产效果,在新疆自治区棉田中已获得大面积推广应用。在目前的大田棉花生产条件下,结合当地的光热、土壤、机械等条件,因地制宜选择合理的膜下滴灌种植模式,对合理调控棉田土壤水盐分布、促进棉花生长与增产、提高劳动生产率和增加棉农收入等具有十分重要的意义。迄今为止,在新疆自治区主要存在3种典型的膜下滴灌棉花种植模式,分别为传统模式、机采模式和超宽膜模式。该文通过开展实地调查取样,基于种植密度、灌溉定额、根区土壤水盐分布、覆膜宽度以及其它影响棉花生产收益的因素,对3种典型膜下滴灌棉花种植模式的水分利用效率与经济效益进行了对比分析。结果表明,由于各种种植模式下不同的种植密度、灌溉定额、根区土壤水盐分布、覆膜宽度等对棉花的耗水与产量产生了较大影响,导致棉花的水分利用效率存在明显差异：超宽膜模式棉花的水分利用效率为1.04 kg/m3,明显高于传统模式的0.98 kg/m3与机采模式的0.89 kg/m3。另外,经济效益受种植模式（影响前期投入与棉花产量）与采棉方式（影响采棉支出与籽棉收购单价）的影响较大：超宽膜模式具有最高的经济效益,其单位面积纯收入达18582元/hm2,稍高于机采模式下的18298元/hm2,传统模式下纯收入最低,仅11725元/hm2。因此,为高效利用农业水资源并增加种棉收益,建议在新疆自治区大力推广超宽膜模式,并对现有采棉机进行适当改进以在超宽膜模式下实现采棉机械化;或适当调整现有机采模式下的滴灌带布置形式（如将其布置在窄行的中央）,但相关的效应仍有待更进一步研究。     

新疆绿洲连作棉田土壤微量元素含量的时空变化研究

为了解棉花长期单一种植对土壤微量元素含量的影响,明确连作棉田土壤质量变化规律,在南疆棉区分别选择新开垦1a和连续植棉5、15、20、30 a的棉田,研究了不同时间尺度上棉田0~100cm土壤剖面Mo、Cu、Zn、Mn、Fe等5种微量元素全量的变化规律,分析了棉田微量元素含量与连作年限之间的关系。结果表明,棉花长期连作后,土壤0~20cm耕作层全钼含量随连作年限的增加持续下降,与连作年限呈一元负线性关系;全铜、全锌、全锰含量随年限的增加先升后降,与年限呈二次函数关系,分别在连作7~10、10~12、17~18 a达到最高累积量,之后持续下降,分别在14~17、20~22、32~34 a降回到开垦初期的水平。土壤剖面中部30~50cm土层各元素全量均随连作年限增加剧烈下降,与连作年限呈一元负线性关系,长期连作易导致该层微量元素缺乏。剖面下层50~90cm土层各元素全量在长期连作后表现出一定的累积趋势,然而与连作年限之间没有明显的函数关系。随连作年限延长,0~60cm土层中含量水平越低的元素,含量下降越明显,Mo表现最明显,其次为Zn和Cu,而Mn和Fe下降较少。在长期连作棉田,棉花种植应注重Mo、Zn、Cu等微量元素肥料的补充施用,并结合土壤深度翻耕,提高中部土层微量养分含量。     

基于地统计学的棉花冠层光合有效辐射空间分布特征

为了量化作物群体质量,和准确科学计算光合有效辐射(photosynthetical active radiation,PAR)空间分布,该文利用空间统计学理论和方法,以不同棉花群体为研究对象,研究了不同群体PAR的空间分布特征。结果表明:在棉花生长初期,PAR空间变化具有中度空间相关性,中后期,群体PAR空间变化具有高度空间相关性;在棉花生长初期,透光率呈深"V"字形,向两侧边逐渐减小,到了棉花生长中后期封行后,中上部呈浅"V"形,中下部基本呈线性递减;6个棉花群体生育期平均透射光率呈现二次方程曲线变化趋势,从整个生育期PAR截获率看,PAR截获率随密度增加,群体棉花生物量逐渐增加,但增速减小,而经济学产量到69000万株/hm2时开始下降。该文为标准化生产管理提供依据。     

基于HJ卫星的棉田土壤有机质空间分布格局反演

以北疆绿洲区棉田表层土壤为研究对象,利用国产HJ-1A/1B卫星CCD多光谱数据对裸土有机质空间分布格局进行研究。通过分析多光谱数据不同波段的光谱反射率及其变换形式与实地采样得到的土壤有机质含量的相关性,探寻适合绿洲区棉田表层土壤有机质含量快速反演的敏感波段及参数,并针对不同参数分别建立一元线性、二次、三次、对数、倒数、幂函数、生长型、S型回归模型,以及多元回归模型;对生成的模型进行综合对比分析,获取北疆绿洲区棉田表层土壤有机质含量的最佳反演模型,从而实现整个研究区土壤有机质空间格局的遥感反演。结果表明:HJ卫星多光谱数据4个波段的反射率均与土壤有机质含量存在显著的相关性,第3波段的倒数与土壤有机质含量相关性最为显著;且以第3波段光谱反射率作为因变量得到的三次线性回归模型对土壤有机质含量进行反演的效果最佳;通过空间布局反演得到研究区土壤有机质空间分布整体呈现南北两端有机质含量较高,中部有机质含量较低的格局。该研究表明虽然与黑土有机质含量具有差别,但是遥感技术仍能够作为绿洲区土壤有机质含量空间布局反演的方法,为遥感技术在土壤参数监测中更好的发挥作用提供理论支持,同时也为新疆棉田生产管理和农田可持续利用提供科学依据。     

氮肥基追比对南疆杂交棉氮素吸收、生物量及产量的影响

探索不同氮肥基追比水平下杂交棉的氮素吸收、干物质积累及产量的变化规律,为南疆杂交棉高产高效栽培技术提供理论依据。以兆丰1号和鲁棉研30号为试验材料,设3个氮肥基追比处理(N1,基肥∶追肥=0∶10;N2,基肥∶追肥=2∶8;N3,基肥∶追肥=4∶6),研究了氮肥基追比对杂交棉氮素吸收、干物质积累及产量的影响。结果显示,随着氮肥追肥比例的减少,植株生物量和氮素吸收量先升后降。其中N1处理不利于棉株干物质积累和氮素的吸收,显著降低了累积速率,使棉花生育期提前、衰老加快;N2处理提高了干物质快速积累速率,延长了快速积累持续时间,增加了开花后生物量积累、氮素吸收量以及花后同化物与氮素向生殖器官中的转运;N3处理由于追肥比例较少,开花后干物质与氮素的积累量以及花铃期干物质与养分向生殖器官中的分配比例减少。本试验条件下,两个杂交棉品种的基肥∶追肥=2∶8处理的棉花干物质及氮素累积最为协调,并能同步增加单株结铃数和铃重,进而实现增产。     

新疆参考作物蒸散量时空变化分析

参考作物蒸散量是表征大气蒸散能力,评价气候干旱程度、植被耗水量的重要指标。利用新疆101个气象站1961－2008年的逐月气候资料,采用联合国粮农组织推荐的Penman-Monteith公式计算出各站逐月参考作物蒸散量,使用气候倾向率、Mann-Kendall检测以及基于GIS的宏观地理因子三维二次趋势面模拟与反距离加权残差订正相结合的空间插值技术,对新疆近48 a参考作物蒸散量时空变化特征进行了分析。新疆参考作物蒸散量的空间分布总体为南疆大于北疆、东部大于西部、盆（谷）地大于山区。受气温上升、日照时数减少、风速减小、相对湿度增大的影响,近48 a新疆参考作物蒸散量呈显著减小趋势,并于1981年发生了突变性减小,但各地具有明显的区域性差异, 参考作物蒸散越强烈的区域,其递减倾向率和减小幅度也越大。参考作物蒸散量减小对降低作物需水量和农田灌溉量、减小地表干燥度、改善新疆脆弱的生态环境具有重要意义。     

前期降水指数结合SAR数据提取作物渍害空间分布信息

为实现高时空分辨率的作物渍害空间分布信息的提取,该研究以夏收作物受渍害最严重的湖北省监利市的夏收作物为研究对象,通过水云模型,结合Sentinel-1A SAR数据,提取了12 d间隔的监利市土壤表层相对体积含水量空间分布,再以每天的前期降水指数视作具有一定误差的观察数据,运用卡尔曼滤波插值方法,实现了以天为单位监利市2018年至2020年每年1-4月夏收作物区土壤表层相对体积含水量空间分布信息的提取,经220hm2试验区的土壤湿度数据验证,其Nash-Stucliffe效率系数为0.909;结合夏收作物渍害的判别标准,获取了监利市夏收作物同期的渍害时空分布信息,与试验区观测的结果相似;同时通过对计算结果数据的分析,发现前期降水指数与该指数下所有的夏收作物受渍农田比例(受渍农田面积与监利夏收作物总面积比率)的最大值有明显的二次多项式关系。由于Sentinel-1A SAR数据不受云层干扰,可以全天候获取,前期降水指数可用气象台站数据计算,这种作物渍害高时空分辨率监测的方法可实现渍害监测。