基于GIS与USLE的牡丹江市退耕还林前后水土流失变化研究

本文采用通用水土流失方程USLE得到牡丹江市退耕还林前后水土流失量,并借助GIS空间分析得到退耕还林前后各侵蚀等级的转移矩阵、地形要素的分布指数以及各用地类型的侵蚀强度指数,全面、科学地揭示了退耕还林前后水土流失的演变规律及其空间分布特征.结果表明:(1)退耕后剧烈侵蚀面积大量减少,由退耕前的3161.52 km2减少到退耕后的672.38 km2;极强度侵蚀面积大量增加,由退耕前的691.32 km2增加到退耕后的2822.72 km2.(2)退耕后,中山地带因植被覆盖增强其水土流失大大减弱;山前平原因耕地资源减少,人为加大土地开发利用强度而导致更容易发生水土流失.(3)>15°坡度是退耕还林的主要发生范围,因林龄较低,其水土保持能力较弱,在强降雨等条件下更容易发生极强度和剧烈侵蚀.(4)退耕后,水田、草地和未利用土地土壤侵蚀强度指数增加,旱田、林地和建设用地土壤侵蚀强度指数减少.总体来讲,退耕还林有效遏制了研究区严重的水土流失状况,但退耕后轻度、中度和强度侵蚀还不稳定,容易向负向生态环境方向演化,且山前平原地带以及>15°的退耕幼龄林区更易发生水土流失,因此水土保持工作依然不容松懈.     

1990-2015年乌苏里江流域土地覆被变化

[目的] 分析1990—2015年乌苏里江流域内中国和俄罗斯两国区域土地覆被变化特征和差异,为该流域内人地关系研究和土地资源管理提供科学参考。[方法] 以Landsat TM/OLI遥感影像为数据源,采用基于面向对象的遥感分类方法,提取乌苏里江流域1990年和2015年的土地覆被信息,分析乌苏里江流域土地覆被变化的主要特征。[结果] 1990—2015年的26 a间,乌苏里江流域内农田、湿地面积变化较为明显。农田呈扩张趋势,面积增加6 089.69 km²,增长率18.4%。其中,5 416.7 km²农田由湿地转化而来,农田扩张主要发生在中国境内区域。湿地、林地面积分别减少了5 683.51和844.09 km²,减少率分别为56.4%和3.51%。俄罗斯境内土地覆被变化作用强度较弱,各土地覆被类型间变化率均不超过2%。[结论] 气候、地形、农业宏观政策和农业生产方式等是推动乌苏里江流域土地覆被变化的影响因素;其中,农业生产方式的转变和规模的扩大是该流域土地覆被变化的最主要驱动力。     

基于遥感的吉林省中西部耕地数量和质量空间格局变化分析

耕地数量和质量变化直接关系到国家粮食安全和社会稳定,研究粮食主产区耕地数量和质量变化具有重要的现实意义。该研究利用2000年、2013年Landsat TM/ETM+/OLI遥感数据和2351个样点土壤实测数据,对吉林省中西部耕地分布的空间变化和由此引起的不同质量等级耕地的时空特征进行分析。结果表明:2000—2013年期间,吉林省中西部耕地总量稍有增加,面积由5.61×104 km2增加到5.64×104 km~2,其中旱田面积增加645 km2,水田面积减少350 km~2。研究区耕地分布表现出明显的西部增加、东部减少的趋势;新增耕地最主要来源于湿地(66.04%)和草地(21.12%),传统耕作区(主要为城市周边)耕地大面积减少,其中45.08%转化为人工表面,28.85%和22.61%转化为林地和湿地;水田与旱田之间的相互转化比较剧烈。2000—2013年期间,研究区耕地质量总体呈下降趋势,净减少的耕地为一、二等地,其中一等地净减少305 km~2,长春市占96%,净增加的耕地是三、四和五等地,分别为235、148和218 km~2,主要分布在白城市和松原市。城市化占用和耕地保护政策的实施是该区域耕地数量和质量变化的主要驱动因素,研究时段内吉林省中西部优质耕地流失严重,存在突出的占优补劣问题。     

吉林省西部半干旱地区土地利用方式对土壤养分的影响——以吉林省通榆县为例

选取位于吉林省西部的通榆县作为研究区,利用全国第二次土壤普查数据和2006年土壤采样分析数据,结合土地利用数据,研究土地利用方式及其动态变化对县域尺度表层(0~20 cm)土壤养分的影响。结果表明:近20年来通榆县土地利用格局变化显著,表层土壤全量养分显著降低,土壤有机质和速效养分则无显著变化。2006年耕地、林地和草地的土壤有机质、全氮、全钾、速效氮、速效磷含量无显著差异,全磷和速效钾含量差异性显著;除全磷、全钾和速效钾外,盐碱地土壤养分含量均显著低于耕地、林地和草地。除荒地开垦后土壤有机质含量增加,毁草、毁湿开荒以及多年放牧和耕作均造成土壤有机质含量降低;不同土地利用变化过程对土壤全量养分的影响以降低含量为主,而速效养分则以增加含量为主。     

松嫩平原西部农牧交错区土地利用变化及驱动力分析——以吉林省通榆县为例

选取吉林省通榆县为研究区,以1986年-2006年4期遥感影像为基础数据源,在GIS技术支持下,分析近20年来农牧交错区土地利用变化的时空动态特征,结合气象、人口等多源数据资料解析县域土地利用变化的自然和人文驱动力。结果表明:耕地、草地和盐碱地是通榆县土地利用的主要类型,近20年来,耕地面积增加了近53%,草地面积则减少了1165km2,耕地与草地的相互转化是研究区内土地利用变化的主要过程;区域土地利用变化的速度是明显减缓的;耕地以向周围区域扩展的方式不断增加,分布于中部和南部、西北部的草地则连片消失;气候、土壤、植被和水文地质等自然环境条件是区域土地利用格局形成的基础,人口增长、土地利用政策和不合理的开发活动等人为因素则是影响和控制区域土地利用变化方向的主导驱动力。     

松嫩平原西部草地净初级生产力遥感估算与验证

在CASA模型基础上,根据松嫩平原西部自身特点对模型参数获取方法进行改进.以MODIS NDVI数据和气象数据为主要数据源,估算2000～2009年松嫩平原西部草地净初级生产力,并通过多种方法对估算结果进行精度验证.结果表明:利用气候经验模型估算的太阳总辐射及改进后的水分胁迫因子计算结果精度较高,所作改进在保留原始CASA模型生理生态学基础上简化了模型输入参数,对本研究区是可行的.通过与实测数据(实测值与估算值之间R2 =0.64,P＜0.05)、通量观测数据(估算精度为72％;相关系数R=0.9,P＜0.05)、MODIS NPP产品(总体精度为81.41％)及他人估算结果对比发现,本研究估算的松嫩西部草地NPP结果精度较高.2000～2009年松嫩平原西部草地年NPP总量介于8.46～11.22 TgC之间,平均值为9.92 Tg C.空间上,各年NPP均呈南低北高的分布格局;受气候因素和土壤条件影响,松嫩平原西部黑龙江省部分的草地NPP高于吉林省部分.过去10年间,松嫩西部草地NPP按降序排列依次为:2008＞2005＞2002＞2007＞2003＞2004＞2006＞2009＞2000＞2001.     

基于RUSLE模型的梅河口市土壤侵蚀动态分析

[目的]定量分析区域土壤侵蚀强度动态变化及其影响因素,为区域水土保持工作提供科学依据。[方法]基于3S技术,采用RUSLE模型计算吉林省梅河口市2010年和2017年的土壤侵蚀模数,并从土地利用类型、坡度和水土保持措施3个方面分析土壤侵蚀变化特征。[结果](1)梅河口市2010年、2017年的平均土壤侵蚀模数分别为698.75,678.25t/(km~2·a),土壤侵蚀状况有所改善。(2)梅河口市的土壤侵蚀与坡度和土地利用有关,95%的土壤侵蚀分布在坡度15°坡地,土地利用以耕地和林地为主的区域。(3)2010—2017年,水保项目实施区域的平均土壤侵蚀模数下降了154.08t/(km~2·a),土壤侵蚀量减少了2.65×10~4 t。[结论]水保项目的实施在改善水土保持功能上取得较大的成效,但治理后的区域仍存在一定强度的侵蚀,且土地利用的不利转变加重了区域土壤侵蚀。因此,区域水土流失治理工作需考虑多部门协同,从源头上遏制发生水土流失的不利因素。     

松嫩平原西部湖泊与水库/坑塘动态变化及驱动因素分析

松嫩平原西部湖泊与水库/坑塘是保障区域农牧业经济发展和生态安全的重要条件。为掌握松嫩平原西部湖泊与水库/坑塘在1990-2013年间的变化信息,为区域生态环境建设及防洪减灾提供数据库支撑,该文基于Landsat TM(Thematic Mapper)、ETM+(Enhanced Thematic Mapper Plus)、OLI(Operational Land Imager)和中国环境资源卫星(HJ,Huanjing)多时相遥感影像,利用e Cognition软件采用面向对象分类方法提取1990年、2000年和2013年湖泊和水库/坑塘分布信息,探讨1990-2013年间松嫩平原西部湖泊和水库/坑塘蓄水面积和数量的变化及驱动因素。结果显示:研究区范围内实际蓄水面积大于20 km2的湖泊有20个,黑龙江和吉林两省分别有17和3个;面积大于20 km2的水库有9个,其中7个位于黑龙江。松嫩平原西部湖泊与水库/坑塘主要分布于沿嫩江和松花江两侧,最大湖泊为查干湖、最大水库为月亮泡水库。研究区内1990年、2000年和2013年的湖泊面积分别为3 633.2、3 016.3和2 534.0 km2,水库/坑塘的面积分别为885.9、797.1、1 433.2 km2。气候变化叠加人类活动影响的背景下,1990-2013年间湖泊数量呈现明显减少而水库/坑塘呈现明显增加的趋势。湖泊蓄水总面积呈现明显下降趋势,共减少1 099.2 km2,2013年总面积为2 534.0 km2;而水库/坑塘蓄水总面积呈现先降低后增加的趋势,1990-2000年减少88.8 km2,2013年又增至1 433.2 km2,23 a共增加547.3 km2。气候因素是变化的重要原因,尤其对于水库/坑塘,气温和降水在不同时间段的变化趋势与之变化非常吻合。而对于湖泊的变化,明显增加的耕地和运河/沟渠、避免洪灾采取的相关措施等人为因素的影响更明显。由此可见,气候因子变化和农业活动及相关的水利工程与调控措施是影响松嫩平原西部湖泊和水库/坑塘蓄水面积与数量的重要因素。该文对湖泊与水库/坑塘水资源的长时间序列统计和分析结果,可为松嫩平原西部生态保护与修复提供数据支撑,为区域可持续发展提供科学依据。     

松嫩平原西部草地净初级生产力时空格局

基于改进CASA模型估算得到的草地NPP,分析了2000～2009年松嫩平原西部草地NPP时空分布特征及变化趋势.结果表明:2000～2009年松嫩平原西部草地NPP总量在8.46～11.22Tg C之间,平均值为9.92Tg C,呈波动上升趋势;受气温、降水及太阳辐射季节变化的影响,NPP存在明显的季节变化,积累期主要集中在水热条件搭配较好的4～10月,占年度NPP总量的99.60％;2000～2009年,春、夏、秋、冬四季草地NPP平均值分别为6.82gC· m-2·a-1、79.68gC· m-2·a-1、13.57gC·m-2·a-1、0.09gC·m-2·a-1,即夏季＞秋季＞春季＞冬季.空间上,松嫩平原西部草地NPP由南向北呈明显增加趋势,最低值分布在吉林省境内的中部地区;2000～2009年,黑龙江省各年草地NPP均高于吉林省,说明在松嫩平原西部黑龙江省草地长势优于吉林省;基于像元的NPP年际变化趋势分析表明,占研究区总面积3/4的草地NPP表现为增加趋势,NPP显著增加的草地面积是显著降低面积的7.6倍,说明2000～2009年间松嫩平原西部草地长势呈明显好转趋势.     

扎龙湿地生态脆弱性评价与分析

引入生态系统健康理论和景观生态学理论进行扎龙湿地的生态脆弱性评价,选用压力-状态-响应模型得出扎龙湿地中度脆弱和重度脆弱的地区占整体的18%,潜在脆弱地区和微度脆弱地区占整体的63%.文中从定量化的角度表明了整个扎龙自然保护区整体生态环境不容乐观,为保护区湿地生态环境保护和治理提供了具有科学意义的借鉴.