基于PLUS与InVEST模型的鄱阳湖流域碳储量时空变化与预测

城市扩张、土地利用变化引起流域生境及其碳储量改变,为探明土地利用更替对碳储量造成的影响,以鄱阳湖流域为研究区域,应用InVEST和PLUS模型甄别鄱阳湖流域土地利用及碳储量时空分布特征,探索自然发展、城市建设和生态保护情景下流域碳储量时空演变及响应机制。结果表明：2000—2020年鄱阳湖流域水域、建设用地均呈扩张趋势,而土地碳储量持续下降;在自然发展和城镇发展情景下,林地、草地和未利用地数量均减少,在生态保护情景下,草地呈现减少而林地呈现扩张,在自然发展情景中耕地呈现扩张;较2020年,在自然发展、城镇发展和生态保护情景下的2030年碳储量,分别下降19万,149万和上升25万t,且土地利用分布与碳储量分布呈高度一致性。明确鄱阳湖流域土地利用及碳储量时空演变特征,预测其未来变化趋势,有利于流域土地利用可持续发展,为推进流域“双碳”目标实现提供参考。     

甘肃白龙江流域景观生态风险评价及其时空分异

以我国典型生态环境过渡带——甘肃白龙江流域为对象,借助GIS技术和Fragstats软件,基于土地利用变化的生境脆弱度和景观生态损失度构建了流域景观生态综合生态风险评价模型,并利用空间自相关分析方法,开展了土地利用变化及其生态风险评价与时空分异研究.结果表明:1990~2010年白龙江流域土地利用变化明显,林地和建设用地呈现增长趋势,耕地和草地面积呈现减少,未利用地和水域则呈波动变化.研究区景观生态风险空间分布差异明显,白龙江流域西北部和北部的生态风险高于流域的西部、东部和南部.同时,各风险等级上呈现“两头小中间大”的趋势,即中等风险区面积呈扩张的态势,低风险区和高风险区呈减弱的趋势.流域景观生态风险具有显著的空间集聚特征,其生态风险值呈现显著的空间正相关关系,这可能是流域生态风险时空分布与土地利用强度、土地利用结构及人类活动之间关系密切.     

青海湖流域土地利用/覆被变化研究

研究青海湖流域的土地利用/覆被变化,对识别流域人类活动特征和分析区域生态环境演化规律及其成因具有重要意义。文章以1977~2004年4期遥感影像数据为基础,采用土地利用转移矩阵、动态度、利用程度等方法,研究了青海湖流域1977年以来的土地利用变化特征及其空间分异规律。研究结果表明:①近年来流域内生态用地数量逐渐减少,其中水域面积净减少292.70km²;②对草地的开垦占用是流域增加耕地的主要来源,1977~2004年因湖泊水位下降而增加的沙地面积为103.22km²;③1977年以来,流域内除2000~2004年水域面积减少速率显著上升达0.71％外,其他主要类型土地面积变化速率不断减缓;④流域内沙地主要分布在海晏县(70％以上),90％的林地和95％以上的耕地均分布在刚察、共和两县,各县土地利用结构变化特征存在差异;⑤土地利用程度综合指数平均值为186.47,明显低于其他地区,说明人类活动对流域土地利用变化影响较小,区域生态环境问题的研究应当更加注重自然因素的驱动作用。     

太湖流域土地利用变化及洪涝灾害响应

根据1986年和1996年土地资源调查和土地详查资料,分析了太湖流域土地利用的数量变化和空间变化,揭示了该区土地利用变化的幅度、速度、区域差异,以及土地利用变化的驱动力。根据1991年汛期(5～9月)降雨,分别计算了1986、1996年下垫面状况下的产水量,比较了二期产水数量和空间分布的差异,分析了20世纪90年代以来流域水位连续偏高的原因,进而分析洪涝是如何对土地利用的变化作出响应的。太湖流域土地利用变化的特征是耕地面积快速减少和建设用地迅速增加,土地利用变化的驱动力是政策因素、经济发展和人口增长。太湖流域10年间土地利用变化使流域产水量增加,洪涝过程缩短,增加的产水分布在流域的上游,加重了流域的洪涝灾害。     

博斯腾湖流域景观生态风险评价与时空变化

以博斯腾湖流域为研究区,利用eCognition软件对博斯腾湖流域1990年、2000年、2010年和2015年4期Landsat遥感影像分类。基于土地利用类型的生态脆弱度和景观干扰度指数构建景观生态风险评价模型,并利用空间自相关分析方法,开展博斯腾湖流域景观生态风险评价的时空变化研究。结果表明:(1)1990-2015年,博斯腾湖流域景观格局变化明显,主要特征为水域景观面积减少了64.33%,景观优势度降低;林地、耕地和城镇用地增幅显著,三者分别增加了47.96%、44.77%和85.15%;草地仍是流域主导景观类型。流域整体斑块数量减少,景观破碎化程度减弱。(2)低风险区和较低风险区主要分布在流域北部,土地利用以草地为主;高风险区主要分布在流域东南部,土地利用以未利用地为主;较高风险区主要围绕高风险区分布;中等风险区分布比较零散。(3)1990-2015年间,高风险区面积增加了386 263 hm2,低风险区面积减少了217 216 hm2,研究区总体生态风险等级增加,博斯腾湖流域生态质量存在进一步退化的趋势。     

澜沧江流域云南段土地利用格局变化及环境影响分析

应用1986与2000年TM遥感影像解译生成的澜沧江流域云南段土地利用现状图,在ArcGIS 8.3软件的支持下,进行图形叠加、空间分析和数据统计分析,获取该流域1986-2000年土地利用格局变化图和面积转换矩阵,揭示了该流域1986和2000年土地利用与土地覆被的空间分布规律及14年来的变化特征,并对澜沧江流域云南段14年来土地利用变化对环境产生的影响进行分析.结果表明,澜沧江流域云南段土地利用格局的变化引发了流域水土流失、生物多样性降低、景观破碎化等一系列环境问题.      

黑河流域中游地下水时空变异性分析及其对土地利用变化的响应

应用遥感、地理信息系统和地统计学方法,分析黑河流域中游土地利用变化对地下水位时空变异性的响应。首先,通过半变异函数模型分析黑河中游地下水的变异特征,进而利用克里格插值拟合黑河流域中游1985年和2005年地下水位时空分布。其次,结合遥感解译生成的1985年和2005年两期土地利用类型分类图,叠加分析地下水位变化与土地利用类型转移之间的关系。结果表明：①1985~2005年间,整个黑河中游地下水位变化表现为冲洪积扇中上部荒漠区地下水位下降显著,而河谷盆地中部和下游河谷绿洲区地下水位相对稳定,随机（人为）因素对地下水的影响所占的比重增大,整个黑河流域地下水的连通性和脆弱性增加;②土地利用变化表现出区域面积上的自然植被退化,人工灌溉耕地的扩张变化;③地下水位和土地利用的时空变化具有密切的相关性,地下水位急剧变化的区域均是自然植被变化加剧的区域,主要表现为草地退化,戈壁增加。进一步分析得出冲积扇下部和河流细土平原耕地扩张的土地利用方式是导致冲积扇中上部地下水位下降和植被退化的主要因素,这种趋势将影响整个黑河中游地下水系统的补排关系,对地下水资源时空变异性产生深远的影响。     

云南澜沧江流域土地利用及其变化对景观生态风险的影响

利用GIS的空间分析功能,对云南澜沧江流域1980年、1992年和2000年3期TM遥感影像解译的土地利用解译数据进行图层代数运算,定量分析了土地利用变化及各种土地利用方式的相互转化关系;在土地利用变化的基础上,以景观干扰指数和土地利用类型的敏感度指数为评价指标,分析了不同研究时段内不同空间范围的景观生态风险变化情况.研究结果表明,自1992年以来该流域牛态环境受人类活动干扰增强,耕地、林地、草地三者之间相互转化频率较高;土地利用结构的变化已导致景观生态风险指数发生显著时空差异,中级以上的生态风险主要分布于该流域的中下游,分布范围呈东南向西北方向扩展,风险较高的地区增加幅度较大.受地形、地貌的影响,该区域的景观生态风险各向异性较显著,自相关范围在7.5km之内.澜沧江流域景观生态风险有扩大的趋势,应加强中级以上景观生态风险区域的生态保护与建设,以实现澜沧江流域的生态环境与社会经济的可持续发展.     

1990~2020年阿克苏河流域土地利用碳排放时空轨迹与影响因素

土地利用变化会导致不同类型碳源和碳汇功能变化,是碳排放的关键来源.从土地利用变化的角度开展阿克苏河流域碳排放及其影响因素研究,对于促进流域山水林田湖草沙冰一体化保护修复、助力碳达峰与碳中和目标实现具有重要意义.基于1990~2020年的4期土地利用数据与同期社会经济数据,测算土地利用碳排放总量,探究土地利用碳排放时空轨迹及其影响因素.结果表明:①1990~2020年,耕地、林地、建设用地和未利用地整体呈增加趋势,草地和水域呈减少态势.土地利用类型空间变化特征主要表现为草地、未利用地转换为耕地;②1990~2020年流域净碳总排放量呈现持续上升趋势,累计增加了14.78×10⁴ t,耕地面积增加是引起流域净碳排放量增长的关键因素;③流域土地利用碳排放量空间上呈中间高四周低的分布格局,净碳排放量显著变化区域主要分布在温宿县南部、阿克苏市、阿瓦提县及阿拉尔市;④人类活动对土地利用碳排放驱动作用最强且其影响由东部向西部逐渐增大,年均气温对土地利用碳排放影响贡献主要集中在阿克苏市东部和阿瓦提县北部,年均降雨量对温宿县北部和阿合奇县西部的抑制作用较强.     

近20年来黑河干流中游地区土地利用/覆被变化及驱动力定量研究

黑河干流水量统一调度实施后(即2000年以后),流域干流中游地区用水量在时空上进一步受到限制。为此,研究黑河干流中游地区土地利用/覆被变化过程及其驱动力,尤其是黑河水量统一调度以来的生态环境问题,对研究区可持续发展具有重要意义。研究表明:①研究区土地利用发生了较大变化,1985-2000年,耕地、林地、城乡工矿居民用地逐渐增加,而草地、水域、未利用土地不断减少,2000-2005年耕地、城乡工矿居民用地逐渐增加,而草地、林地、水域、未利用土地不断减少;②黑河流域干流水量统一调配以来,一方面研究区可用水量进一步减少,另一方面研究区耕地短时间增加较快,研究区生态环境有退化的迹象,草地、林地、水域面积呈现减少趋势,变化率分别为2.14%、7.36%和3.69%;③1985-2000年土地利用类型主要呈现耕地和城乡工矿居民用地、耕地和未利用土地之间的相互转换,草地转为耕地,2000-2005年,土地利用类型主要呈现未利用土地转为耕地,草地和耕地之间相互转换;④土地利用程度变化存在明显的区域差异,以甘州区变化最大;⑤研究区土地利用/覆被变化的主要驱动力为社会经济因子,包括人口增长、经济社会发展等,2000年黑河流域水量统一调配以后,中游可利用水量的约束直接影响着研究区的土地利用变化。     

北沙河上游流域潜在非点源污染风险时空变化分析

非点源污染风险时空分布特征解析和等级分区是有效控制非点源污染的关键.为了弥补PNPI（potential non-point pollution index,潜在非点源污染指数）模型中专家评价法主观赋权的不足,引入均方差决策法,并采用改进后的PNPI模型分析1980-2017年北京市北沙河上游流域潜在非点源污染风险时空变化特征,划分潜在非点源污染风险等级.结果表明:①均方差决策法根据土地利用指标、径流指标和距离指标集的数值离散程度确定各指标权重,其结果可体现各指标权重随土地利用类型动态变化的特点.②1980-2017年土地利用指标、径流指标和距离指标的平均权重分别为0.49、0.18、0.33,说明土地利用类型对非点源污染风险相对影响较大.③受土地利用类型空间分布格局影响,北沙河上游流域潜在非点源污染风险呈西北部山区低、东南部平原区高的分布特征.④随着城镇化的推进,潜在非点源污染极高风险区主要土地利用类型由旱地和园地逐渐演变为城镇用地、农村居民地和建设用地.研究显示,非点源污染风险高低与土地利用类型密切相关,可通过土地利用类型的合理布局,降低流域非点源污染风险.      

陕北红碱淖流域土地利用动态变化研究

本文以红碱淖流域为研究区,选取1989、2000、2007年3期遥感影像,利用ERDAS软件对3期影像进行解译,利用GIS空间分析功能叠加三个时期的土地利用图,采用动态度、开发度、耗减度和综合土地利用动态度等指数模型,研究红碱淖流域1989~2007年土地利用的时空变化特征和转移趋势以及土地利用动态变化。结果表明,1989-2007年间红碱淖流域土地利用变化总体特征为湖泊、其它水域和沙地面积减少,耕地、林地、草地面积增加。湖泊、其它水域和沙地面积减少了9.85km2、5.34km2和65.42km2,分别减少了19.65%、26.93%和18.67%;耕地、林地和草地面积增加了10.12km2、37.66km2和32.82km2,分别增加了10.78%、24.77%和4.99%。减少的沙地主要转化为草地,增加的林地主要来源为草地,增加的耕地主要来源为林地;各土地利用类型相互转化的综合年变化率有增大的趋势。     

西苕溪流域土地利用对氮素输出影响研究

以位于太湖地区的西苕溪流域为研究区,利用Arcview3.2的水文模拟和空间分析扩展模块进行子流域划分和典型小流域选择,通过对2000年TM/ETM遥感影像解译获得流域土地利用数据.在2004年分3次(7月、9月、12月)监测了各个小流域出口的总氮浓度,用以表征流域氮素输出强度.基于以上数据,分析了小流域氮素输出的时空变化差异以及土地利用结构对氮素输出影响.结果表明:各个小流域氮素输出差异很大,空间上有从上游到下游逐渐增大的趋势,时间变化上,西苕溪流域中下游的小流域氮素输出7月>9月>12月,上游地区的小流域则与之相反,这与流域的降雨径流分布和土地利用方式差异有关.多个小流域的对比分析表明,流域土地利用结构对氮素输出的影响更大.流域内林地面积比例越大,氮输出强度越小;相反,与人类活动有关的土地利用类型如耕地和居民地比例增大将带来氮素输出增大的后果,而氮素输出的强度似乎与流域面积大小无关.     

沂河流域土地利用时空变化图谱特征分析

基于沂河流域1995年、2005年和2015年土地利用空间数据,运用地学信息图谱方法构建1995-2005年和2005-2015年两个时序单元的土地利用转移图谱和涨落势图谱,分析了沂河流域近20年来的土地利用时空变化规律及发展过程。结果表明：（1）1995-2015年,沂河流域土地利用结构以耕地和林地为主,其中耕地和草地减少,林地和建设用地增加是主要变化趋势。（2）土地利用转移图谱以耕地与林地、草地之间的相互转换以及建设用地占用耕地为主,林地、草地转变为耕地主要发生在费县和平邑县中部地势平缓的山前平原,耕地转变为林地、草地则主要分布于研究区北部和西南部土壤侵蚀较为严重的山区,耕地转变为建设用地主要集中在各县市城区周边经济相对发达的区域。两个时序单元中,发生变化的主要图谱单元类型及面积存在显著差异,2005-2015年土地利用发生转换的空间进一步扩张。（3）土地利用涨势图谱中新增耕地面积最大,占新增面积的比例为33.87%;落势图谱中耕地萎缩面积最大,占萎缩面积的比例为51.38%。两个时序单元中,各县市涨落势图谱变化存在明显差异。该研究可为沂河流域土地资源的可持续利用及生态建设提供科学依据。     

20世纪80年代以来挠力河流域湿地景观变化过程研究

挠力河流域面积为241.67×104hm₂。其自然条件决定了该流域具有极丰富的湿地生物多样性。从1980年以来,由于经济的快速发展,该流域湿地景观和土地利用发生了显著的变化。自然湿地资源从1982年的53.32×104hm₂变成2000年的17.17×104hm₂,减少了67.8%;而水田面积却增加了38.5倍,同时,旱田面积也大幅度增加。该文利用遥感和GIS技术,对近20年来该流域湿地景观变化过程进行时空定量分析;并结合流域土地利用/土地覆盖类型的动态变化,探讨流域在经济快速发展中土地利用与湿地之间的演化规律及其对湿地的影响机制。     

土地利用结构与土地生产力的关系研究

论文从流域土地利用结构变化的角度出发,提出采用土地利用结构特征指数研究土地利用结构变化特征与土地生产力之间关系的方法。以晋西黄土丘陵沟壑区典型小流域--王家沟流域为例,考虑了当年光照、温度、降水等相同自然条件下土地生产潜力的变化趋势,揭示了土地利用结构特征指数与土地生产潜力、土地生产力挖潜指数间的关系,提出了流域土地合理利用的方向。     

1985-2015年美国坦帕湾流域土地开发利用强度时空变化分析

分析土地开发利用强度对提高土地开发利用效率和推动生态环境保护工作具有重要意义。选取美国佛罗里达州坦帕湾流域为研究区,以1985年、1995年、2005年、2015年4期Landsat TM/OLI遥感影像为数据源,采用GIS技术构建了基于行为者的土地动态度模型、转移矩阵、土地开发利用强度模型和土地利用结构模型,对坦帕湾流域土地开发利用强度时空格局进行了分析。结果表明：（1）研究期间建设用地和林地是流域主导土地利用类型;建设用地面积增加最多,主要由耕地转换而来,转换比例为53.74%。（2）各种土地利用类型相对变化率具有明显的空间差异,河流与湖泊相对变化最大;未利用地速度变化最为显著,单一动态度高达1.11%;建设用地年均增长较为平缓,每年增长0.30%左右;流域北部和南部综合动态度最高,形成极核中心,并以圈层形式向外辐射降低,同时高动态度区逐渐转换为较低动态度区。（3）信息熵均衡度呈小幅下降趋势,土地利用结构均质性下降;土地开发利用面积基本构成为建设用地>林地>耕地与牧场>河流与湖泊>未利用地>滩涂与沼泽。（4）坦帕湾沿岸皮拉尼斯县与坦帕市土地开发利用强度最高;流域土地开发利用强度发展期面积高于调整期,土地开发利用强度增强趋势明显。     

基于土地利用变化的农牧交错带典型流域生态风险评价——以洋河为例

为揭示土地利用变化对农牧交错带典型流域生态风险的影响,在Arc GIS技术支持下,以洋河流域1990、1995、2000和2008年遥感数据和土地利用数据为基础,定量分析洋河流域1990—2008年的土地利用动态变化特征;根据景观生态学理论,将研究区划分为525个生态风险评价单元,从土地利用变化和景观结构角度构建景观生态风险评价模型,评价洋河流域生态风险的时空变化特征。结果表明:耕地和草地面积占研究区总面积的67%以上;1990—2008年,洋河流域总体景观生态风险值(ERI)由0.197 3上升到0.238 4。低风险区(ERI≤0.17)面积减少3.53%,高风险区(ERI0.68)面积减少0.43%,较低(0.17ERI≤0.26)、中等(0.26ERI≤0.42)和较高(0.42ERI≤0.68)风险区面积均有增加,整体生态风险增加;洋河流域5种风险等级分布较集中,具体表现为洋河支流及其一级支流两侧地区生态风险相对较大(ERI0.26),而离河道越远的区域生态风险值越小(ERI≤0.26)。     

岩溶流域土地利用变化对地下水水质的影响——以云南小江流域为例

利用1982、2003年土地利用现状图、地下水水质资料和监测数据,在GIS支持下,研究云南小江岩溶流域20年来的土地利用变化及其水文环境效应。结果表明:20年来,流域610.12km₂的土地利用面积发生变化;土地利用变化的主要过程是由未利用地向耕地和林地以及林地向耕地的转化;土地利用的空间格局发生很大变化,空间格局指数有不同程度的增加或减少;地下水水质的变化与土地利用变化表现出动态一致性,林地和未利用地转变为耕地后,地下水的总硬度、总碱度、pH值、SO42-、NO3-、Ca2+等离子值明显升高,并形成明显的高值区;1982年流域地下水以I、II、III级水质为主,而2003年流域却以IV、V级水质为主,地下水水质呈明显恶化趋势;流域地下水水质的变化与流域森林质量下降以及耕地扩张带来的化肥污染息息相关。     

长江下游沿线土地利用区域结构演化分析

论文利用1985和2000年LandsatTM数据和相关统计资料,对长江下游近15年来土地利用区域结构演化进行了研究。研究揭示了长江下游沿线区域土地利用结构的变化趋势、土地利用结构时空演化类型及土地利用格局与社会经济因子间的关系。研究表明:近15年来长江下游沿线区域土地利用变化总体表现为耕地数量减少和建设用地增加的趋势;区域内土地利用变化时空演化类型可以划分为五大类;区域土地利用格局与社会经济因子之间可以用3个典型相关变量表示,耕地、建设用地、林地与草地变化分别对应于不同的社会经济解释因子。