2001-2015年青藏高原草地碳源/汇时空变化及其与气候因子的关系

净生态系统生产力(NEP)是估算区域植被碳源/汇的重要指标。以青藏高原为研究区,基于光能利用率模型,利用遥感数据、气象数据和基础地理数据测算了2001—2015年草地生态系统净初级生产力(NPP),同时,应用土壤呼吸模型估算了逐月平均土壤呼吸量(Rs),进而估算青藏高原草地净生态系统生产力(NEP)。研究揭示了2001—2015年青藏高原草地生态系统NPP,NEP时空格局及其与气候因子的关系。结果表明:(1)2001—2015年,青藏高原草地生态系统整体表现为碳汇,平均净碳汇总量为1.82×1014 gC/a;(2)2001—2015年青藏高原草地生态系统NEP呈波动增加趋势,年平均值为120.8gC/(m2·a),年平均增长率为0.7gC/(m2·a);(3)研究区草地NPP与温度、降水相关性不显著,NEP与降水、温度均呈负相关。     

土地利用/覆被变化对鄂尔多斯市草地生态系统净初级生产力的影响

[目的]探究土地利用/覆被变化对鄂尔多斯市草地生态系统净初级生产力(NPP)的影响,为该区退牧还草措施的高效实施和草地资源的合理管理提供理论依据。[方法]基于多源遥感影像数据、多期土地利用/覆被数据和气象数据等,运用光能利用率模型(CASA),模拟鄂尔多斯市草地生态系统净初级生产力(NPP),并进行分析和探讨。[结果](1)鄂尔多斯地区草地NPP总量在2001年(5 700.16Tg)到2015年(7 634.61Tg)间增加了1 934.46Tg;空间分布上存在明显的地域差异性。(2)该市2001—2015年耕地面积持续减少;15a间,林地面积增加了4 593km~2;草地净减少量为786.38km~2,其中草地与未利用地之间的相互转化最大,有大量耕地、林地转变为草地,面积达到376.5km~2。(3)该市2001—2015年草地类型未发生变化地区NPP增长量为1 999.42Tg;草地转为其他土地类型共引起草地NPP减少量为303.98Tg,其中转为耕地、林地和未利用地导致其NPP减少量分别为35.08,69.81和118.28Tg;其他土地类型转化为草地导致NPP的总增加量达128.96Tg,其中由耕地、林地、水域、未利用地转化带来的草地NPP增量分别为36.30,31.39,17.58,151.38Tg。[结论]土地利用/覆被对草地NPP影响较大,耕地和林地向草地的转化、未利用地的重新利用使得草地碳汇总量增加。草地向未利用地、水域、城乡工矿居民用地的转化使得草地生态系统碳汇能力减弱。     

采矿活动和气候变化对煤矿区生态环境损失的影响

系统评价煤矿区生态环境损失驱动因素的相对作用力,对矿区土地资源配置和生态环境治理具有重要指导作用。该文从生态学的角度,以徐州矿区为例,选择植被净初级生产力作为统一气候变化和采矿活动对矿区生态环境损失的衡量指标,通过该指标实现气候变化和采矿活动对矿区生态环境损失的可比性。研究结果表明:1)矿区植被净初级生产力NPP变化是气候因素和采矿因素综合作用的结果,气候变化对NPP的影响范围为0.111～3.333g/(m2·月)(以每月每平方米植被生产的C计)之间,采矿活动对NPP影响的范围为90.525～107.892g/(m2·月),采矿活动对NPP的影响大于气候变化对NPP的影响,NPP变化对采矿活动具有敏感性。2)气候变化推动NPP是向正向发展,采矿活动推动NPP向负向发展。1987-1998年采矿活动是推动NPP变化的主导因素,1998-2005年气候变化是推动NPP变化的主导因素,2005-2008年采矿活动成为推动NPP变化的主导因素,同时,随着采矿活动的加剧,采矿活动对NPP推动变成主导因素,并且推动NPP向负向发展的比例在增大。3)在采矿活动破坏区内,采矿活动对矿区生态环境的影响具有主导作用,主要表现为耕地NPP的大幅下降,通过土地复垦措施增加林地的NPP,可改变矿区生态环境的发展方向;在采矿活动的影响区内,气候变化对生态环境的影响具有主导作用。     

宝鸡市净第一性生产力对土地利用变化的坡度、坡向条件响应

[目的]研究坡度与坡向、土地利用变化以及净第一性生产力三者之间的内在联系,为区域生态可持续发展提供科学依据。[方法]选取陕西省宝鸡市作为研究区域,以宝鸡市数字高程模型和Landsat TM遥感影像为数据源,基于CASA模型计算净第一性生产力,探究宝鸡市净第一性生产力对土地利用变化的坡度、坡向条件响应。[结果]宝鸡市净第一性生产力的变化集中分布在林地、耕地和草地3种土地利用类型中,其中林地的影响最大。10a间有96%以上的林地保持不变,77%左右的草地转变为林地,林地总面积达12 239.67km2。林地在斜坡地中的净第一性生产力变化最为显著,净增长达到166 668.60g/(m2·a),在半阴坡区域的净第一性生产力增长值最高,达到182 230.00g/(m2·a)。耕地对净第一性生产力的影响集中分布在平坡和缓平地条件下,坡向范围为阳坡至半阴坡,在阳坡下具有最高值59 479.5g/(m2·a)。草地的变化受坡向条件的影响较小,因此在坡向条件中对净第一性生产力的影响也相对均衡,而坡度分布主要是斜坡地和缓坡地。[结论]宝鸡市总体呈现了较好的生态可持续发展态势,应在此基础上继续加大对生态环境的保护力度,充分利用宝鸡市的地理位置特征和地形特点,综合考虑斜坡地与半阴坡下林地的利用率,使其净第一性生产力持续增长。     

青海湖流域植被的净初级生产力估算

[目的]定量估算青海湖流域2001—2011年草地净初级生产力(net primary productivity,NPP),查明其时空演化特征,为流域草地可持续利用与生态建设及相关的政策制订提供科学依据。[方法]选取陆地生态系统碳循环模型(CASA模型),逐像元模拟2001—2011年青海湖流域草地生态系统NPP的时空变化。[结果](1)2001—2011年青海湖流域草地年均NPP为1.12×1013g/a,单位面积平均值为168.03g/(m2·a);(2)NPP在空间分布上呈现东南高,西北低的格局,这与流域水热因子在空间上的分布一致。近11a流域草地年均NPP总体呈上升趋势,年增加率约为1.74g/(m2·a),湖区北部、东部为主要增加区域;(3)青海湖流域草地NPP具有明显的季节变化特征,7月草地NPP达到最高,1月NPP最低。其中5—9月生长季草地的NPP占到了全年的90.40%。[结论]所选模型模拟精度较高,能够较好地反映流域NPP的空间分布规律和时间变化特征。可以认为改进后的CASA模型在气候资料稀缺的该地区进行模拟是可行的。     

黄土高原南部土地利用/覆被变化的土壤侵蚀效应

基于3S技术对黄土高原南部地区土地利用/覆被变化及空间分布格局进行了综合测评,同时应用通用土壤流失方程(USLE)定量研究了不同土地利用方式下的土壤侵蚀效应.研究表明,研究区1980-2005年共有1 123.80 km2耕地被用为城镇建设用地,建设用地面积净增了1 238.29 km2,林地、草地面积总量变化小,但局部地区流转特征显著;与此同时,该区土壤侵蚀模数从11.54 t/(hm2·a)增至13.81t/(hm2·a),1980和2005年黄土沟壑区侵蚀模数的峰值分别为1 708.52和1 584.69 t/(hm2·a).该区域土壤侵蚀效应与土地利用空间格局耦合性较强,林地、草地由于分布区域海拔高,坡度陡,侵蚀强烈,而地势低洼、平坦地区(建设用地、耕地、未利用地)的土壤侵蚀强度小.林地、草地的土壤侵蚀效应由于受到地形因素的影响,对降雨侵蚀因子增强的响应尤其明显.2005年该区林地和草地的平均侵蚀模数分别增加了2.34和7.32 t/(hm2·a),并且微度以上侵蚀等级的面积有所增加.     

基于遥感的中国草地生产力初步计算

草地生产力研究对于评估草地生态系统食物供给具有重要意义.在基于MODIS的2001年l km中国陆地生态系统土地覆盖类型产品和植被净初级生产力(NPP)产品,运用各种草地生产力计算模型,初步计算了当年中国各草地生产力指标.计算得到:2001年,中国草地生态系统产干草1.44亿t,理论载畜量为1.08亿个羊单位,潜在食物供给为羊肉308.92万t.结果表明,基于遥感的草地生产力计算方法机理性较强,现势性好,可在较短时间内获取大范围年度草地生产力指标,其计算结果较为符合中国草地生产力的实际分布情况.     

秸秆机械集中沟埋还田对农田净碳排放的影响

通过大田试验,采用秸秆机械集中沟埋和常规还田方式,将上季作物秸秆进行全量还田(秸秆沟埋量2.1 kg/m).设置沟埋深度为20 cm(D2),30 cm(D3),常规还田(CK)3个处理.利用West提出的净碳排放方程对CK、D2、D3农田各项投入造成的碳排放和土壤碳累积及农作物碳吸收进行比较.结果表明:CK、D2、D3稻麦轮作各项农田投入造成的碳排放量分别为9 018.19,6 459.9,7 162.86 kg/(hm2·a),表层0-28 cm土壤的碳储量分别为8 375.98,15 854.42,10 954.36 kg/(hm2·a),农作物年碳吸收量分别为10 912.42,12 863.95,12 585.51 kg/(hm2·a);农田净碳排放量分别为-10 270.2,-22 258.5,-16 377.0kg/(hm2·a),与CK相比,D2、D3的相对净碳排放量分别为-11 988.30,-6 106.81 kg/(hm2·a);D2、D3农业投入的碳减排量2 558.29,1 855.33 kg/(hm2·a)分别为碳增汇量28 718.4,23 539.9kg/(hm2·a)的8.91％,7.88％,秸秆集中沟埋还田对农田储碳减排能能力较常规还田强,其贡献优先排序是D2＞D3＞CK.     

内蒙古草地NPP时空变化格局及其与水热因子耦合关系

选取内蒙古作为研究区,基于卫星遥感数据、地面气象观测数据及其他统计资料,利用CASA模型估算了内蒙古草地净初级生产力（NPP）,分析了2001—2016年内蒙古草地NPP的时空变化格局及其与水热因子的耦合关系,结果表明:2001—2016年内蒙古草地NPP多年平均值为343.46 g C/（m²·a）,总体上呈现由东北至西南逐渐递减的分布格局;年均NPP总值约为0.218 Pg C,16年共计3.483 Pg C。大部分地区草地NPP呈波动上升趋势,年均增长率约为4.27 g C/（m²·a）。内蒙古草地NPP与年均温的偏相关系数为0.306,与年总降水量的偏相关系数为0.622;大部分地区草地NPP与年总降水量呈显著的正相关关系,而与年均温无显著相关。     

黄土区大型露天矿农业用地格局演变的分析

在矿区废弃地的恢复中，格局变化的研究将对矿区生态系统的变化起着至关重要的作用。其中，农业用地格局演变的过程及覆被类型的变化，对矿区的生态安全、耕地保护及土地资源可持续利用具有重要的现实意义。该文以山西平朔矿区为例，基于GIS平台，在分析矿区土地动态变化的基础上，运用景观生态学理论与方法，对平朔矿区景观动态变化过程、特征及覆被类型的变化进行了研究，特别对矿区农用地的变化做了重要分析，结果表明：大型露天矿区生态系统景观动态变化过程包括生态破坏过程的景观变化(土地挖损、土地压占、土地占用)和生态重建过程的景观变化(地貌重塑、土壤重构、植被重建)；经过20年的人工控制的生态重建后，矿区土地利用空间格局由以旱地—疏林地格局演变为以林地—建设用地为主的重建生态格局；矿区生态重建已经改变了原脆弱生态系统的生态环境，其中农业用地增加了50%，但由于管理制度等原因，复垦的农用地目前大部分尚不能转换为耕地使用。     

黄土高原彬长矿区土壤侵蚀特征及其与环境变化的关系

黄土高原矿区煤炭产量占全国70%以上,大规模开采活动导致区域内生态环境退化与土壤侵蚀加剧。然而,当前鲜有矿区土壤侵蚀时空特征及其与环境变化关系的定量研究,限制了煤矿区土地复垦与生态修复进展。为了探究矿区土壤侵蚀特征及其与环境变化的关系,为黄土高原煤矿区生态环境治理提供理论指导,该研究以彬长矿区为研究区,利用修订的通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)分别模拟了矿区全区2003—2019年及沉陷区2014—2019年土壤侵蚀速率,探究了矿区全区及沉陷区土壤侵蚀特征,定量研究了降雨、地形和植被对土壤侵蚀的影响。结果表明：1)2003—2019年间,彬长矿区土壤侵蚀速率整体呈显著上升趋势(P<0.05),年份间差异较大,2003年土壤侵蚀最为严重,侵蚀速率为85.56 t/(hm²·a),2009年侵蚀程度最低,侵蚀速率为15.54 t/(hm²·a)。微度、轻度侵蚀主要分布于城区、黄土塬和河流阶地等平坦地区,其空间分布在不同年份间基本保持一致,其余侵蚀类型主要分布于煤矿开采区...     

东露天煤矿区采矿对土地利用和土壤侵蚀的影响预测

黄土区大型露天矿区是一种剧烈的人工扰动区域,采矿活动对土地资源和生态与环境破坏非常严重,正确预测人工开采引发的人为加速土壤侵蚀与土地利用变化,可为生态脆弱煤矿区的生态恢复和重建提供依据。该文采用RS、GIS技术、统计分析、类比和趋势外推相结合的方法,对东露天矿区2005～2080年的土地利用变化和水土流失进行了预测性研究。结果表明：75年间,在没有采取生态重建的措施下,农用地减少3666.07 hm²,未利用地减少1402.13 hm²,居民点用地减少121.80 hm²,全部变为独立工矿用地。土地利用结构和类型由多样性向单一类型的裸露的独立工矿用地发展,水土流失量由54.50万t/a变为77.85万t/a。     

Mapping Extent and Change in Surface Mines Within the United States for 2001 to 2006

A complete, spatially explicit dataset illustrating the 21st century mining footprint for the conterminous United States does not exist. To address this need, we developed a semi‐automated procedure to map the country's mining footprint (30‐m pixel) and establish a baseline to monitor changes in mine extent over time. The process uses mine seed points derived from the U.S. Energy Information Administration (EIA), U.S. Geological Survey (USGS) Mineral Resources Data System (MRDS), and USGS National Land Cover Dataset (NLCD) and recodes patches of barren land that meet a “distance to seed” requirement and a patch area requirement before mapping a pixel as mining. Seed points derived from EIA coal points, an edited MRDS point file, and 1992 NLCD mine points were used in three separate efforts using different distance and patch area parameters for each. The three products were then merged to create a 2001 map of moderate‐to‐large mines in the United States, which was subsequently manually edited to reduce omission and commission errors. This process was replicated using NLCD 2006 barren pixels as a base layer to create a 2006 mine map and a 2001–2006 mine change map focusing on areas with surface mine expansion. In 2001, 8,324 km² of surface mines were mapped. The footprint increased to 9,181 km² in 2006, representing a 10·3% increase over 5 years. These methods exhibit merit as a timely approach to generate wall‐to‐wall, spatially explicit maps representing the recent extent of a wide range of surface mining activities across the country. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

煤炭开采对矿区土地利用景观格局变化的影响

为揭示煤炭资源开采对矿区土地利用景观格局变化的影响,以徐州沛北矿区为例,应用GIS、景观生态学和数理统计方法,分析了该区土地利用结构和景观格局变化,并从生命周期的角度探讨了煤炭开采对景观格局演变过程的影响。结果表明:1994—2014年间沛北矿区土地利用结构和景观格局变化显著,耕地、林地和未利用地减少,工矿建设用地和塌陷水体持续增加;景观呈破碎化和均匀化趋势,景观分形特征趋于简单化和规则化。进一步对景观指数突变检验分析可知,耕地最大斑块指数和集聚度指数分别在1999年和2001年出现突变点;塌陷水体的最大斑块指数自1995年起持续上升,而集聚度指数呈显著上升—变化不显著—显著上升的趋势。煤炭持续大规模开采导致地面塌陷、积水,耕地损毁以及快速城镇化是景观格局变化的主要原因,但随着矿区土地复垦,耕地、水体面积增大,景观破碎化程度减小,对塌陷地的治理取得了一定成效。研究结果对矿区土地复垦和受损生态景观修复具有重要的指导作用。     

煤矿区生态储存估算及其对土地利用的综合响应评价

为对煤矿区生态储存估算及其对土地利用的综合响应进行评价,以山西省位于长河流域的晋煤集团11个集中连片煤矿区为例,在生态服务功能理论的基础上,通过收集研究区10a的土地利用类型以及矿区与非矿区的相关数据,分析各类土地利用类型的面积、分布和变化方向,并建立评价指标体系以估计不同时期的生态储存,进而得出煤矿区基于煤炭开采的生态储存的响应。研究结果:研究区整体的生态储存呈下降趋势,除了天安圣华,其他煤矿区的生态都出现不同程度的退化,且矿区的退化速度远高于非矿区;12个区域中(11个煤矿区和1个非煤矿区)有一半以上区域的生态储存等级为第3级,研究区11个煤矿区的生态储存能力普遍较高,生态改善的可能性较大,可为煤矿区生态保护规划以及相应的管理提供基础数据和应用借鉴。     

基于地形校正的植被净初级生产力遥感模拟及分析

植被净初级生产力（NPP）模拟研究对碳平衡监测及深入理解碳循环具有重要意义。高空间分辨率、短重访周期的遥感数据和地形校正成为精准模拟山区植被NPP研究的必然选择。在利用DEM数据对太阳总辐射和气温进行地形校正的基础上,估算了研究区植被吸收光合有效辐射因子、温度胁迫因子、水分胁迫因子和典型植被类型的最大光能利用率,构建了改进的CASABTC估算模型,利用HJ-1CCD数据模拟了2009年大别山区植被的NPP,并探讨了其时空变化特征。结果表明：1）由该文模拟值与MOD17A3的精度验证结果分析,基于地形校正的CASABTC模型和HJ-1数据适合精确模拟山区植被的NPP;研究区NPP在冬季比在春、秋、夏季受地形起伏的影响大。2）该文模拟的年NPP平均值为413.7 g/(m2·a)比MOD17A3平均值偏小4.9%,在空间分布上前者更加详细,地表特征更明显。3）研究区2009年NPP模拟值范围为0～1143.6 g/(m2·a),研究区总面积66.1％的NPP值在200～600 g/(m2·a)之间;年总NPP为9.891×106t,约占全国年总NPP的3.2‰,整体上呈现高、低值区交错分布的不规则特点。4）月NPP值随季节而变化,所有植被类型的NPP季节变化曲线都呈典型的单峰分布,且不同植被类型NPP的季节变化幅度有差别。月NPP值的季节变化与气温、太阳总辐射及NDVI的季节变化基本吻合,而降水量年内分配不均与NPP无相关性特点。5）各植被类型的月NPP和总NPP随海拔高度上升而逐渐变大,对于后者当海拔高度上升至1100 m时达到最大值,继续上升,其保持在600 g/m2左右不变。该研究可为后续基于HJ-1数据的山区植被NPP模拟提供参考。     

山西省潞安矿区生态恢复模式研究

在对潞安矿区自然经济条件、环境破坏程度和土地利用现状进行调查与分析的基础上,根据潞安矿区实际,以尽快恢复被破坏土地的原有生产力为出发点,以恢复改善生态环境为目标,提出了稳定塌陷区生态恢复模式、潜在或动态塌陷区生态恢复模式、煤矸石山环境治理模式、废弃地生态恢复模式、环境污染区生态恢复模式、家园服务生态恢复模式等6类适合潞安矿区的生态恢复模式,每类模式里又包含几种子模式.经过对矿区不同区域实施的生态恢复模式成效的调查结果表明,该生态恢复模式系统的建立和空间分布格局是科学合理的,符合潞安矿区的实际情况,并取得了良好的经济效益和生态效益.     

干旱过程对耕地自然生产功能的影响

客观评估干旱过程对耕地自然生产功能的影响有利于耕地保护中的科学决策。该文评价了干旱过程对北京耕地自然生产功能的影响。首先利用地表湿润指数来表征地表干湿程度,经Mann-Kendall方法检验出1951－2006年北京典型的干旱过程;其次利用气象数据和桑斯维特纪念模型计算了干旱过程起始和中止年份的自然生产潜力;最后分析了干旱过程对耕地自然生产潜力的影响。主要结论如下：1951－2006年,北京总体呈变干趋势,1979－1984年和1998－2006年干旱过程比较明显;1979、1984、1998和2006年北京平均自然生产潜力分别约为1 043、912、1 085和872 g/(m2·a),其中通州区的单位自然生产潜力最大,延庆最小;干旱过程对耕地自然生产潜力影响较大,自然生产潜力总量减少量在1979－1984年超过了10%,到1998－2006年即将达到20%。因此,在耕地管理过程中,不仅要注重耕地的数量和分布,还要考虑气候波动尤其是干旱过程对耕地生产功能的影响。