基于多源卫星数据的黑河中游绿洲区土地利用分类与作物类型提取及其时空变化分析

研究土地利用与作物种植结构变化是分析农业生产活动和生态环境变化的重要手段。黑河中游绿洲是我国西北地区最重要的绿洲之一,也是甘肃省主要的商品粮基地。为准确研究黑河中游绿洲的时空变化情况,本文利用2001—2015年MODIS卫星数据,提取分析了近15年黑河中游绿洲范围的时空变化特征;基于2001—2016年的Landsat/TM,利用支持向量机分类法获得该绿洲区土地利用分类;基于2011—2016年的HJ1A/CCD数据,利用HANTS滤波后的NDVI时间序列曲线,获得作物种植面积的精细分类。经验证,该土地利用分类精度高于88.46%,kappa系数为0.81;小麦和玉米与实地验证点对比的分类精度高于90.8%。结果表明:1)黑河中游绿洲面积总体为增加趋势,仅2014年、2015年略有减少,绿洲面积从2001年的2 701 km2增加到2015年的2 936 km2。2)2001—2016年间,裸地面积减少436.7 km2,耕地面积增加91.3 km2,草地、林地面积增加289.6 km2。3)2011—2016年,小麦、玉米种植面积均有减少,小麦共计减少195.77 km2,玉米减少144.37 km2。研究结果可为当地农业种植结构的调整和作物估产及绿洲生态保护提供一定依据和参考。     

青海高原东部土地利用变化模拟与景观生态风险评价

为了研究西部大开发和退耕还林等生态工程对未来土地利用变化趋势的影响,将Gray-Markov模型和CLUE-S模型相结合,模拟自然情景、耕地保护情景和土地规划情景下青海高原东部农业区2020年土地利用覆盖状况,并分析3种情景下土地利用变化特征,采用景观格局指数和景观生态风险指数比较3种情景模拟结果。自然情景延续1999-2009年的发展模式,至2020年退耕还林/草633.98 km2,其他未利用地造林/草117.66 km2;耕地保护情景严格保护耕地,至2020年退耕还林/草142.00 km2,未利用地造林/草130.71km2;土地规划情景经济发展与环境保护并重,退耕还林/草444.18 km2,未利用地造林/草333.75 km2。景观格局指数和景观生态风险指数均表明土地规划情景下的模拟结果布局较合理。研究表明,新增建设用地扩张的同时加强生态保护,仍可以保证区域景观生态安全。该研究可为中国西部的土地利用规划和政策制定提供参考。     

"藏粮于地"视角下西北地区耕地适宜性及开发潜力评价

中国耕地资源匮乏,人均耕地不足世界平均水平的40%。西北"水三线"地区是中国耕地后备资源的关键区域,识别潜在耕地资源中适宜开发的土地数量及空间分布,对确保极端情况下国家耕地红线和粮食安全、推动西部大开发进入新格局具有重大现实意义。基于多源栅格数据,采用综合指数法与极限条件法评价潜在耕地资源的自然适宜性潜力;同时考虑土地利用结构风险、土壤侵蚀风险、土地荒漠化风险限制,构建潜在耕地开发的生态风险模型;将自然适宜性潜力和生态风险评价结果进行叠置分级,评估潜在耕地资源的综合开发潜力。结果表明:旱地农业情景下,西北"水三线"地区具备耕地开发潜力的土地面积约0.2万km~2,主要分布在内蒙古半干旱草原区;灌溉农业情景下,西北"水三线"地区具备耕地开发潜力的土地面积约9.5×10~4 km~2,这些土地需要通过引水灌溉和土壤改良等措施才能实现粮食生产,主要集中在天山北麓、塔里木河流域、疏勒河流域和内蒙古东部等内陆干旱区,未来如果具备灌溉水源条件,实施适宜的土壤改良措施,有较大可开发潜力。     

且末绿洲适宜规模研究

干旱区平原绿洲,应以水为中心确定绿洲规模,防止水资源不足情况下土地过度开发造成的荒漠化和沙漠化。应用基于生态水热平衡的适宜绿洲规模数学模型,对且末绿洲现状年的绿洲适宜发展规模进行了研究。结果表明：（1）且末绿洲稳定性指数为0.535 8,绿洲处于亚稳定状态,生态系统呈开始退化趋势,绿洲需要较高的投入才能保持稳定。（2）且末绿洲适宜规模为609.22～812.29km2,且末绿洲适宜耕地面积为92.66～123.55km2。通过资料可知,且末绿洲现有规模为992.16km2,超出适宜规模0.2～0.6倍;现有耕地面积为150.88km2,也超出了适宜耕地面积的0.2～0.6倍。从生态可持续角度出发,绿洲面积不宜再扩大。     

石羊河流域中下游绿洲地区耕地利用变化研究(英)

基于1995和2000年Landsat TM影像的土地利用空间数据(1:100000),运用GIS空间分析方法研究了1995～2000年甘肃省石羊河流域中下游地区武威绿洲和民勤绿洲耕地利用现状、耕地扩展与流失的空间分布特征、变化幅度.结果表明:1)耕地是武威绿洲和民勤绿洲最主要土地利用类型之一.耕地与其他土地利用类型之间的相互转化空间分布广泛;2)中下游耕地均处于快速增长状态.1995～2000年下游民勤绿洲耕地年变化率为0.3282,年平均增长率达到2.18%;3)中游武威绿洲耕地扩展来源于草地和未利用地,二者占耕地增长面积的90.83%;耕地流失主要为农村居民用地扩展和耕地退化;4)下游民勤绿洲耕地扩展突出为草地转耕地,占耕地扩展总面积的54.58%.耕地流失最主要是耕地退化为未利用地和荒草地;5)缓冲空间分析表明,石羊河流域中游耕地扩展面积与下游耕地流失面积呈现显著正相关,相关系数为0.8856.中游武威绿洲耕地每增加1 hm2,将导致下游民勤绿洲3 hm2左右耕地减少.     

塔里木河干流区人工绿洲系统发展水平研究

人口、耕地系统是干旱地区人工绿洲系统的两个关键子系统,其发展水平反映了人工绿洲的发展水平。塔里木河干流区人工绿洲系统的发展水平决定着塔里木河地区的可持续发展状态。以地均产值(由地均粮食产值、地均棉花产值及地均其他经济作物产值组成)为反映耕地生产力的指标,测度影响塔里木河干流上游、中游和下游地区耕地生产力的因素;以粮食人口承载力和耕地压力指数为指标,分析该地区人工绿洲系统发展水平。研究认为:1988～2007年,塔里木河下游地区的人类不合理活动,对干流区绿洲系统的可持续发展影响较大,表现在人口和耕地增加过快、种植结构不合理、粮食安全问题、耕地压力不断增加等方面。因此,塔里木河干流区的可持续发展不仅要关注上游和中游地区耕地开发利用的问题,更要关注与调控下游地区人口、耕地系统的合理发展。严格控制下游的人口和耕地面积扩张是塔里木河干流区可持续发展的根本;以粮食生产满足自给需求为前提,建立以棉花生产为主,兼顾粮食安全的种植业结构,是塔里木河干流区耕地系统持续产出的优良模式。     

基于CA-Markov模型的黄土塬区黑河流域土地利用变化

研究黄土高原的土地利用变化,可为其生态建设提供重要的决策依据。基于CA-Markov模型,分析了黄土高塬沟壑区黑河流域1985－2000年土地利用变化的趋势、速度、类型及其与地形的关系,并模拟了2015年土地利用情景。结果表明,黑河流域以耕地和中覆盖草地为主;1985－2000年林地和农地减少,草地和建设用地增加,其他类型变化很小;林地和草地相互转化与耕地转出是两大变化类型;土地利用变化主要发生在沟壑区。CA-Markov模型模拟的2000－2015年土地利用将保持1985－2000年的变化趋势,因此,需加强耕地保护措施,推进退耕还林草工程,促进区域可持续发展。     

基于灰色模型-元胞自动机模型的佛山市土地利用情景模拟分析

通过模拟土地利用变化情景,了解土地利用变化趋势,可为制定科学的土地利用管理策略提供支持,根据近年来建设用地扩张在佛山市土地利用类型变化中占主导地位的特点,选择灰色模型作为数量模型,元胞自动机模型作为空间模型,设定3种建设用地扩张情景:适度约束、中度约束和强力约束,结合数量模型和空间模型的优点,模拟2015年土地利用空间布局。研究结果表明:在设定的3种建设用地扩张情景下,建设用地增加的面积分别为278.3、216.5和154.6km2,相应来源于耕地的比率分别为42.28%、48.38%和55.96%,说明耕地仍然是建设用地增加的主要来源,也即耕地保护和经济发展的矛盾将会进一步增大,可为政府和土地管理部门制定政策提供一定的参考,从而采取更有针对性的措施。     

塔里木河流域人工与天然绿洲转化过程与适宜比例初探

在我国内陆河流域,社会经济的迅速发展导致人工绿洲急剧扩大,天然绿洲日益萎缩,确定人工与天然绿洲适宜的面积比例对绿洲可持续发展具有重要意义。本文以塔里木河流域为研究对象,利用遥感影像数据将流域各子流域划分为不同绿洲分布模式,选取克里雅河流域、渭-库河流域和叶尔羌河流域为各模式典型流域,分析各流域近20年人工与天然绿洲的转化过程,利用生态环境状况指数法评价各流域过去20年的生态环境状况,确定各模式下人工与天然绿洲适宜面积适宜比例。结果表明:(1)塔里木河流域各子流域划分为内陆河沙漠区模式、冲洪积扇形模式和干流模式;(2)典型流域绿洲总面积近20年变化不明显,人工与天然绿洲面积比例呈增加趋势,人工绿洲侵占天然绿洲,人口增长、耕地扩张和社会经济发展成为研究区绿洲变化的主要驱动力;(3)三种模式人工与天然绿洲面积适宜比例分别为3:7~4:6、4:6~5:5和≤4:6。本研究不仅为研究区绿洲规模规划提供科学依据,也为相似内陆河流域人工与天然绿洲面积比例的确定提供借鉴。     

渭河流域径流对土地利用变化的时空响应

为定量分析渭河流域土地利用变化对径流的时空影响,该文基于渭河流域1985年,1995年和2005年3期土地利用数据,分析了流域近20 a的土地利用变化特征,结合SWAT(soil and water assessment tool)水文模型,设置5种土地利用变化情景,研究了流域土地利用变化与年、季径流的响应关系。结果表明,SWAT模型在渭河流域有较好的适用性;耕地、林地和草地为流域主要土地利用类型,面积变化小于10%,但它们在空间上的位置发生了较大转移;流域近20 a土地利用变化对径流影响小于15%;极端土地利用情景下,产流量总体趋势为耕地草地林地。退耕还林对年、季径流的影响程度均为干流大于支流,退耕还草对年径流(干流中游、下游、泾河)和季径流(冬季)的影响程度较大。该研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。     

微观尺度分析挠力河流域耕地利用水土资源匹配时空动态

该文基于供给与需求视角,构建了微观尺度下的水土资源匹配指数测算模型,在综合考虑区域气候和水资源变化、耕地利用结构调整、作物各生育期需水量差异等因素基础上,研究2000—2015年挠力河流域作物全生育期和各生育期耕地利用水土资源匹配的时空动态。结果表明:除作物生育前期需水量围绕2.92×10~9 m~3上下波动和作物生育后期耕地利用水资源有效供给量波动降低外,作物全生育期和各生育期需水量和水资源有效供给量均呈增长态势。作物全生育期耕地利用水土资源匹配程度总体较低,其指数主要分布在0.45以下,但呈现出升高趋势且差异化增强。作物各生育期耕地利用水土资源匹配指数变化复杂,以2010年为界,表现出明显的阶段性特征;作物需水量、水资源有效供给量和水土资源匹配指数均呈现出其高值区由流域中游东部向流域中游西部和流域下游转移并扩张的空间动态特征。研究可为挠力河流域耕地利用水土资源高效利用提供参考。     

挠力河流域水土资源平衡及耕地合理利用规模特征

水土资源平衡是耕地合理开发与利用的前提,为定量评估粮食主产区水土资源平衡关系,促进耕地可持续利用,该研究提出“以水定地”的耕地配置模式,并以三江平原腹地的挠力河流域为研究区,在多源水土信息数据支持下,依据农田土壤水分平衡原理构建水土资源平衡模型,以评估水土资源平衡态势,进而揭示该流域耕地合理利用规模特征。结果表明:1)2000年以来,挠力河流域水田持续扩张,旱地轻度萎缩,至2018年其水田化系数已达37.33%,垦殖率为62.61%。旱地和水田的水分胁迫蒸散能力处于同一水平,但水田的水分亏缺量显著高于旱地;2)当前,挠力河流域的灌溉供水量范围为21.23~211.91 mm,富锦市、友谊县和集贤县处于水资源超载状态,且水田均呈“土多水少”状态,饶河县、宝清县、七台河市和双鸭山市辖区则“土少水多”;3)依据“以水定地”耕地配置模式,该流域水田面积可增加11.02万hm2,对应的水田化系数控制在44.76%以下。富锦市、友谊县和集贤县应适度控制或减小水田利用规模,宝清县应成为未来“旱改水”的重点备选区。研究结果对挠力河流域乃至三江平原的耕地有序开发及保障农业可持续发展具有重要现实意义。     

修河中上游流域土地利用变化对径流的影响

[目的]土地利用的变化对流域水文过程产生了重要的影响,研究土地利用变化下的水文响应已成为水文学科研究的一个热点。[方法]以修河中上游流域作为主要研究区域,分析了35年来修河中上游流域各种土地利用类型的变化特征,并利用1987—2000年水文气象数据资料,构建了SWAT模型,通过设置1980年、1990年、2005年和2015年4种土地利用情景,定量分析了修河中上游流域土地利用变化对径流的影响。[结果]SWAT模型在研究区具有较好的适用性。1980—2015年,修河中上游流域主要用地类型为林地、耕地和草地,三者面积之和占流域的98%。其中高利用城市用地和耕地对径流的影响系数是正值,说明高利用城市用地和耕地对径流起促进作用;林地、草地对径流的影响系数均表现为负值,说明林地和草地对径流有抑制作用,且草地的抑制作用更加显著。此外,林地和草地在丰水季会减少径流,在枯水季却会增加径流,有类似海绵的作用。[结论]模拟研究土地利用变化对修河中上游流域径流的影响在合理规划水土资源、改善生态环境方面具有十分重要的现实意义。     

赤水河流域生态水文过程对土地利用/覆被变化的响应

[目的]分析赤水河流域近十年土地利用变化特征,探索生态文明建设背景下水资源空间分配与水文循环过程,以期为流域提供合理的土地利用规划依据及促进流域的可持续发展.[方法]以赤水河流域为研究对象,在1967～2020年的气候背景下,基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模拟了流域2008...     

干旱区绿洲演变与适宜发展规模研究--以塔里木河流域为例

绿洲是干旱区人类活动的载体, 水是绿洲存在和发展的核心, 干旱区绿洲规模及可持续性问题与水密切相关。本文以中国西北干旱区的塔里木河流域为研究对象, 依据水热平衡原理, 建立绿洲适宜规模数学模型, 结合现状气象水文资料, 测算绿洲适宜发展规模。结果表明: (1)在自然因素和人为因素的综合作用下, 绿洲一直处于时空演变的过程; (2)水资源的消长变化是影响绿洲时空演变的直接驱动力; (3)水资源是制约绿洲发展规模的根本原因, 在塔里木河流域水资源供给现状下, 可利用水资源量已达到所能维系的最大绿洲规模, 耕地面积不宜再扩大。最后, 结合对塔里木河流域水土资源开发和绿洲发展存在的问题, 提出在干旱区绿洲农业发展过程中, 要着力发展绿洲节水产业, 大力推广节水技术, 改进灌溉方式, 加快径流调节工程建设, 实现地表水和地下水联合调度和管理, 提高水资源利用率。为干旱区绿洲可持续管理提供科学参考依据。     

分水后黑河中游地区土地利用结构优化研究

以黑河分水为背景,分析了分水后中游地区水资源所面临的紧缺形势和土地利用结构对其影响。由于在干旱区,水资源的合理利用与土地的合理利用密切相关,合理的土地利用结构可以使水资源的利用更为有效。有鉴于此,文章认为要缓解水资源的约束,黑河中游地区必须走土地利用结构优化之路,并提出了今后土地利用结构发展的重点方向。     

基于LMDI模型的黄河中游城市群水土资源利用影响因素分析

[目的]水土资源是城市发展的重要生产要素,是探索黄河中游城市群水土资源利用过程中的关键因素,对科学促进黄河中游城市群经济快速发展具有重要意义。[方法]以黄河中游三大城市群为例,通过运用LMDI加法模型对2010—2019年黄河中游三大城市群分别构建影响水资源消耗量变化及城市建设用地数量变化的因素分解模型,计算并比较不同驱动因素的效应值。[结果](1)水资源利用效率提高和产业结构的优化能够抑制水资源消耗量的增加,而经济规模和人口规模扩大则促进其增加。(2)产业规模、经济规模及人口规模扩大对建设用地扩张存在推动作用,而城市建设用地消耗强度对建设用地扩张具有抑制作用。(3)对于水资源利用量变化,黄河中游不同城市之间产业结构优化水平存在较大差距;对于城市建设用地变化,三大城市群总效应值比较结果为关中平原城市群>中原城市群>晋中城市群。[结论]基于区域差异和时间差异角度探讨黄河中游城市群水土资源利用的影响因素,有助于丰富水土资源可持续利用的相关研究,为黄河中游城市群的可持续发展提供理论指导。