基于空间决策模型的耕-果错位空间分析与协调布局优化

当前农业生产“空间错位、功能错乱”问题严重,优化耕地果园布局,实现耕地下山果树上山,对改善耕地质量、优化耕地空间布局具有重要意义。该研究以林果业为主导农业的江西省赣州市寻乌县为例,在耕-果空间错位矛盾下,以耕地质量评价为基础,耦合地形空间与地理学定义划定“山上山下”以识别耕-果错位空间,在矛盾优化原则下应用GIS技术构建空间决策模型协调优化果园与耕地的空间布局。研究表明：1）寻乌县耕地细碎,质量评价结果为Ⅰ级的耕地面积为2227.02 hm²,占总耕地面积的24.17%;Ⅴ级面积为671.70 hm²,占7.29%;地形空间划分的“山下”空间占24.06%,“山上”空间占48.19%。 2）以“山上山下”为分区标准,在耕地适宜性评价结果下初划耕地空间为保护区与拟调区,初划林果空间为宜耕区、宜果区与保留区,拟调区与宜耕区为耕-果发生错位的空间,耕地错位面积1221.77 hm²,果园错位面积5169.39 hm²。3）按矛盾协调原则在空间决策模型下优化耕-果错位空间,最终结果为1247.25 hm²的“山下”果园调为耕地,1221.77 hm²的“山上”耕地调整为果园。研究结果优化了耕-果空间布局,提高了耕地质量,可为当前“山上”换“山下”优化耕地布局工作提供参考与理论依据。     

基于灰色系统理论的挠力河流域净耕地面积预测

[目的] 研究如何精准提取净耕地利用信息,为农田管理与耕地科学利用提供理论支持。[方法] 基于灰色系统理论提出净耕地预测思路,以典型粮食产区挠力河流域为研究区,在土地利用变更调查数据支持下,运用净耕地系数、突变检测模型、灰色动态模型（GM）等数理模型,提取并验证净耕地（包括旱地和水田）利用信息。[结果] 挠力河流域土地利用斑块面积变化表现出显著的“灰色”特征,对20 hm²等额面积区间的非旱地和非水田斑块面积累加处理,可增强数据列的规律性特征;GM （1,1）灰色系统模型和多项式预测方法均可较为准确地提取非旱地和非水田面积信息。2018年,挠力河流域旱地和水田的净面积分别是1.06×10⁶ hm²和3.87×10⁵ hm²,对应的净系数为97.65%和98.07%。[结论] 耕地斑块面积变化具有灰色特征,可采用灰色系统理论进行净耕地面积预测。     

基于地形梯度的高山峡谷区土地利用时空格局及功能分区

[目的] 分析高山峡谷区土地利用情况及其地形梯度分布格局,并进行功能分区,为类似区域土地资源的可持续利用提供参考。[方法] 以云南省泸水市为例,采用地形位指数和分布指数系统分析高山峡谷区土地利用在地形梯度上的分布变化特征。[结果] ①泸水市土地利用具有显著的优势分布特征,2000-2018年,林地作为主导地类,其比例从77.50%增长至84.49%。建设用地也快速增长,由2 804.49 hm²增加到4 785.65 hm²。未利用地、耕地、草地逐渐向林地转变,面积分别减少了14 368.38,5 171.68和4 049.54 hm²,水域面积稳定在900 hm²左右。②泸水市土地利用格局在地形梯度上的层级差异十分显著,林地在整个地形梯度上具有统治地位,水域、建设用地、耕地广泛分布于中、低地形位,草地的优势区间位于坡度高但高程较低的中地形位,未利用地则在高地形位占据主导优势。③基于地形分异规律,泸水市可分为4大功能区：河谷集约发展区、陡坡综合治理区、中高山生态提升区、山顶生态封禁区。[结论] 高山峡谷区在地形梯度上形成了多层级独特的土地利用分布格局,具有分区发展的潜力,不同分区对应着不同的土地利用发展策略。     

基于RUSLE模型的妫水河流域土壤侵蚀时空变化特征

[目的] 为揭示流域土壤侵蚀时空变化特征并开展可持续流域治理工作。[方法] 基于妫水河流域1995—2018年降雨、土壤、数字高程模型及土地利用数据,采用GIS技术与RUSLE模型的方法定量分析妫水河流域土壤侵蚀时空特征,并对流域土壤稳定性进行评价。[结果] (1)1995—2018年,流域内林地和草地面积均呈下降的趋势,2018年林地和草地面积分别为4.41×10⁴,0.84×10⁴ hm²,较1995年分别下降13.52%和10.61%。耕地面积由1995年的3.53×10⁴ hm²增加至2018年的4.07×10⁴ hm²。建筑用地面积逐渐增加,由1995年的0.59×10⁴ hm²增加到2018年的1.90×10⁴ hm²。(2)妫水河流域内土壤侵蚀模数呈波动性变化,由1995年的8.71 t/(hm²·a)降至4.56 t/(hm²·a)后,于2018年升至11.07 t/(hm²·a)。(3)妫水河流域土壤侵蚀强度以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,1995—2015年,土壤侵蚀强度逐渐降低并保持稳定,中度及以上土壤侵蚀面积比例由4.95%降至3.05%,2018年后升至7.42%。(4)妫水河流域在研究时段内土壤稳定性降低,不稳定土壤面积升高。[结论] 妫水河流域城市化的进程中,林草覆盖度略有降低;土壤侵蚀强度整体下降,但在后期略有提高;不稳定土壤所占面积较少。研究结果可为妫水河流域综合治理及土地利用规划提供依据。     

流域多尺度耕地保护生态价值及其补偿标准

[目的] 测算并分析流域多尺度耕地生态价值及补偿标准,为完善耕地保护补偿机制及促进区域协调发展提供科学参考。[方法] 以吉林省辽河流域为例,运用当量子法、市场替代法、景观格局指数等,综合考虑耕地数量及空间配置情况、耕地质量差异及耕地生态负外部性,建立流域多尺度耕地生态价值核算体系,在此基础上,制定耕地生态补偿标准。[结果] ①吉林省辽河流域耕地具有非常重要的生态服务价值,且其价值具有显著的空间差异特征及尺度依赖效应。②2020年,辽河流域耕地生态价值为20 502.78元/hm²,各区县耕地生态价值取值在4 261.97～16 873.59元/hm²。不同区域分布不均衡,整体西北地区高于东南地区。③流域耕地生态补偿标准为4 319.36元/hm²,各区县的补偿标准在814.68～3 471.85元/hm²,差异较大。[结论] 针对不同空间尺度,应结合耕地生态价值及地区实际,建立差别化的耕地保护生态补偿标准及方案。     

基于RUSLE模型的2000-2010年长江三峡库区土壤侵蚀评价

[目的]探究三峡库区土壤侵蚀程度,为区域土壤侵蚀合理化治理提供依据。[方法]采用RUSLE模型,结合多源数据（MODIS-NDVI,DEM,土地利用等）,定量评价长江三峡库区2000-2010年的土壤侵蚀时空分布。[结果]①三峡库区除西部地区外,其它地区土壤侵蚀情况严重;2000-2010年,长江沿岸以剧烈侵蚀和极强度侵蚀为主;②三峡库区土壤侵蚀状况在2000-2010年间得到一定程度的改善,强度以上土壤侵蚀面积由2000年的1.71×10⁶ hm²下降为2010年的6.82×10⁵ hm²;库区内平均侵蚀模数由2000年的36.75 t/（hm²·a）下降为2010年的22.79 t/（hm²·a）;③三峡库区经过多年侵蚀治理,强度、极强度、剧烈侵蚀面积逐渐减少的同时,轻度、中度土壤侵蚀面积在逐渐增加。[结论]研究区需要进一步加强对轻度、中度土壤侵蚀的治理。     

额尔齐斯河流域土地利用变化对生态系统服务价值损益时空演变的影响

[目的] 评估土地利用变化与生态系统服务价值损益之间的关联效应,为制定适宜的土地干预政策提供科学依据。[方法] 基于5期额尔齐斯河流域土地利用数据以及CLUE-S模型,量化土地利用变化下流域生态系统服务价值损益时空演变规律。[结果] ①2000—2018年额尔齐斯河流域草地和林地持续地转化为其他土地,耕地面积大幅度增长;到2030年,流域耕地面积的比例将上升4.92%(1 502.48 km²上升到4 070 km²),而林地呈现快速下降趋势,所占比例将下降7.18%(由7 547.26 km²减少到5 424.36 km²)。②额尔齐斯河流域生态系统服务价值由2000年的518.16亿元增长到2018年的1 832.44亿元,到2030年,生态系统服务价值处于波动下降趋势(2030年为1 777.86亿元); ③林地和草地被耕地所占用,导致额尔齐斯河流域生态系统服务价值损失预计达到108.80亿元,依次为：草地转换损失(34.39亿元)>林地转换损失(28.49亿元)>水域转换损失(18.31亿元)。④额尔齐斯河流域生态系统服务价值损益空间分布呈现“北高南低”的发展格局,价值损益在全局和局部上均呈现显著的正向空间自相关。[结论] 人为因素导致大量生态用地被占用,生态系统服务价值下降且损益空间异质性显著,需要进一步采取有效的生态保护与补偿政策推动农牧户生计转型,减小对自然环境的依赖性。     

西北干旱区绿洲县域3类空间冲突分析与模拟

[目的] 对西北干旱区绿洲县域3类空间冲突进行分析与模拟,为该区国土空间合理布局、区域可持续发展提供科学参考。[方法] 以西北干旱区绿洲县域——新疆麦盖提县为研究区,基于土地利用主导功能构建空间分类体系,将国土空间划分为城镇、农业与生态空间;根据景观格局指数构建空间冲突测度模型探讨2009—2019年空间冲突水平演变特征;通过CA-Markov模型预测2024年空间布局并分析冲突强度变化特征。[结果] ①3类空间呈现“两增一减”的变化动态,城镇空间面积呈逐年递增趋势,由1 537.74 hm²增加至4 582.24 hm²;农业空间由84 670.06 hm²增加至107 447.66 hm²;生态空间面积减少25 822.69 hm²。②2009—2019年空间冲突强度显著增强,中等空间冲突、较高空间冲突与高空间冲突评价单元所占比例分别增加了50.41%,13.45%,0.53%。③2024年城镇空间、农业空间将分别增加2 981.19和4 285.96 hm²,生态空间将减少7 267.16 hm²;冲突水平以所占比例为60.24%的中等空间冲突为主。[结论] 2009—2019年城镇空间、农业空间逐年增加、生态空间逐年递减,各类空间的无序变化导致空间冲突强度整体增强,通过预测2024年3类空间变化趋势与2009—2019年保持一致,并以中等空间冲突为主。     

抚仙湖流域生态用地时空演变及其驱动因素

[目的] 研究生态用地时空演变规律及形成机制,为维持区域生态平衡和保障生态文明建设提供科学参考。[方法] 运用土地利用变化幅度、洛伦兹曲线、基尼系数、回归分析及GIS技术等方法,分析2010-2018年抚仙湖流域生态用地时空演变特征及其形成机理。[结果] ①抚仙湖流域生态用地以耕地、林地和水域及水利设施用地为主。8 a来,耕地面积减少5.15 km²,林地面积减少1.94 km²,草地面积减少0.81 km²,园地面积减少0.19 km²,其他土地面积减少1.40 km²,水域及水利设施用地面积增加0.03 km²。②流域各种生态用地空间分布差异较大,耕地、林地空间分布较均匀,洛伦兹曲线比较靠近绝对均匀线,基尼系数居0~0.25之间。草地、园地、水域及水利设施用地和其他土地分布相对集中,洛伦兹曲线下凹程度较大,基尼系数多处于0.5之上。生态用地空间分布不均的趋势有所加强。③从驱动机制来看,导致流域生态用地时空变化的主要驱动因素为人口密度、城镇化水平、政策、到主要公路距离、到水域距离、到城镇建成区距离。[结论] 研究时段内,抚仙湖流域生态用地时空变化较显著,其变化是自然条件、社会经济条件及空间区位条件多种因素协同作用的结果。     

陕西黄土台塬区土地系统变化特征分析

基于GIS和RS支持,采用土地利用变化系列指标对陕西黄土台塬区1985-2010年土地利用变化特征进行了分析。结果表明,2010年黄土台塬区耕地984337.30 hm²,草地143030.47 hm²,建设用地105871.35 hm²,分别占总面积77.89%,11.32%和8.38%;研究时段内耕地、草地、林地、水域依次减少20866.61,11065.22,1186.44和748.96 hm²,分别比1985年减少了2.08%,7.18%,4.60%和11.64%;建设用地增加33902.8 hm²,为1985年的47.11%;建设占用耕地26668.8 hm²,占建设用地转入流的96.26%;草地转耕地18923.9 hm²,占草地转出流的93.24%;1985-1990年土地系统较为稳定,综合动态度为0.52;1990-1995土地利用变化活跃,综合动态度达到3.60,其后逐渐降低,到2005-2010降低为1.16,土地系统趋于稳定。空间上,耕地转建设用地在城镇周边幅度较大,草地和耕地互转主要在渭南台塬东部、咸阳塬北部以及宝鸡台塬区。     

基于ZigBee的精准农业模式研究

针对传统农业的局限性,探讨了传统农业生产模式转变为以信息网络为中心的精准农业的生产模式,阐述了ZigBee技术在精准农业中的应用,对系统的硬件进行了设计,并给出了软件流程。运用该系统可有效地降低成本,提高农作物产量。     

土壤对养分离子吸附特性初步研究

针对土壤本身对养分离子具有吸附固定特性降低了养分的有效性,运用土壤养分状况系统研究法通过吸附试验研究新疆两种土壤对养分离子的吸附固定能力。研究结果表明:棕漠土对P、Zn、Cu的吸附固定能力比潮土强,两种土壤对K、B和Mn吸附固定差异不显著,棕漠土的养分限制因子是N>P>Mn>B,潮土的养分限制因子是N>Mn>P>K,因此施肥时考虑到土壤对养分离子的吸附固定能力确定合理的施肥量。     

基于IHA-RVA法的生态治理对径流演变情势的影响评估

研究流域径流演变情势及其对生态治理的响应,可为流域水资源合理利用和水生态治理提供重要指导。该文依据北洛河上游1964—2014年逐日平均流量和年降水量资料,采用双累积曲线法、双滑动平均法(MASH)和Mann-Kendall趋势检验法对径流过程变化进行了分析研究,采用水文指标变化范围法(IHA-RVA)对5组30个径流指标及其改变度进行了评估,对径流演变成因做了初步分析。结果表明：研究期内年径流呈现减少趋势,且以1979年和2002年为界可划分为基准期、水土保持治理期和生态恢复影响期;汛期流量下降较非汛期明显,减少幅度为35.6%;生态治理影响下径流指标整体水文改变度为74.35%,属于高度改变;5组30个径流指标中发生高度改变的指标占比增加,其中年极端流量组变化度最大,为94.77%。人类活动使得流域河川径流显著减少且波动性减弱,而水土保持、退耕还林(草)措施是核心驱动力。     

降雨对地表糙度影响的研究

通过野外模拟降雨实验,研究了降雨对地表糙度的影响规律,经过降雨作用后,随机糙度的地表,变化呈增加趋势,而有向糙度的地表,则呈减小趋势;随着降雨组合因子增加,随机糙度的变化量呈增加的趋势,而有向糙度则呈幂函数递减。     

陆面过程中的水文模式研究

陆面水文过程模拟是解决全球环境恶化与气候异常的最好方法，是当前学术界关注的热点。对陆面过程的涵义、模式的发展、陆面过程中水文参数的描述进行了总结，提出了在陆面水文过程研究中存在的尺度匹配误差、数据共享矛盾、参数不确定性等不足及今后的研究方向。     

黄土沟壑丘陵区退耕对土壤侵蚀影响的模拟研究

随着在黄土沟壑丘陵区退耕政策的实施,退耕必将对该地区的水土流失特征产生重大影响。对退耕的水土保持效益进行模拟研究,可为退耕政策的合理实施提供理论依据。选定位于黄土沟壑丘陵区的安塞研究区,在RS和GIS支持下,采用USLE,模拟研究了不同退耕方案对土壤侵蚀的影响。在2001年土地利用的遥感解译图和GIS计算分析基础上设计了8种不同的退耕方案,模拟结果显示,各种退耕方案对土壤侵蚀的减少主要发生在强度及强度以上侵蚀区,退耕后研究区已没有发生剧烈侵蚀的区域,强度和极强度侵蚀明显减少;土壤侵蚀量的减少主要发生在≥25°退耕和≥15°退耕,≥25°退耕还草和还林分别使土壤侵蚀总量减少了19.9%和23.2%,≥15°退耕还草和还林分别使土壤侵蚀总量减少了36.6%和42.6%。≥8°退耕方案和全部退耕方案与≥15°退耕方案相比,水保效益并没有显著差别。     

基于InVEST模型评估土地整治对生境质量的影响

土地整治通过对土地资源及其利用方式再组织和再优化影响生境斑块之间物质流、能量流的循环过程,从而改变区域生境质量和分布格局。该文以大安市土地整治重大项目为例,采用InVEST模型分析了土地整治对生境质量的影响。研究表明:1)土地整治前(2008年)、整治中(2011年)、整治后(2014年),耕地、草地和盐碱地均为项目区的主要土地利用类型;2)土地整治后,大量的盐碱地和草地转变为耕地,耕地面积由整治前的14.43%上升到71.19%;3)土地整治中,项目区的生境质量得分由整治前的0.194下降到0.189,整治后又上升到0.214;4)土地整治工程改善了项目区的生境质量,但整治完成后生境质量改善效果经历了先下降后上升的过程,在整治完成3~4 a时,生境质量仅比整治前提高了0.06左右,整治完成4 a之后,生境质量开始逐渐好转。研究结果可为土地整治工作中的生境及生物多样性保护工作提供科学依据。     

农膜污染的防治对策

论述了我国残膜污染的原因、现状及残膜给环境和农业带来的危害 ,并针对目前存在的问题提出了治理对策。     

不同基因型大豆氮效率的研究

通过对不同基因型大豆新大豆1号和黑农40的试验研究,结果表明,施氮对新大豆1号的增产作用不明显,但对黑农40有较好的增产作用;花期黑农40和新大豆1号上、中、下层叶片氮含量都随着施氮量的增加而增加,黑农40叶片氮含量与施氮量的相关系数都达到极显著相关,但新大豆1号没有达到显著水平;施氮对新大豆1号的生物固氮抑制程度高于黑农40,使新大豆1号生物固氮降低36. 3% ~85. 2%。     

GIS支持下的土壤侵蚀强度景观空间结构研究

从土壤侵蚀角度看,自然生态系统景观由微度土壤侵蚀和其它等级土壤侵蚀强度的地域组成 ,其景观基本元素有斑、廊、基.在GIS支持下研究了宜昌地区土壤侵蚀强度景观的面积对比、多样性指数、优势度指数和多度等参数.通过RS-GIS一体化的土壤侵蚀遥感调查,认为宜昌地区中观尺度的土壤侵蚀强度景观结构类型有散置斑块景观、指状交错景观、网络景观.