基于CA-Markov模型的土壤侵蚀预测分析——以宜昌市为例

本研究介绍了CA-Markov模型预测土地侵蚀的方法,分析了宜昌市2000年、2010年和2020年三期的土壤侵蚀强度空间分布数据,提出以这三期数据作为预测基准年,利用CA-Markov模型进行精度验证后来预测宜昌市2030年土壤侵蚀情况,并在此基础上分析宜昌市2030年土壤侵蚀强度空间分布及土壤侵蚀发展趋势。结果表明：宜昌市2030年土壤侵蚀情势总体向好发展,水土流失面积与强度呈现“双下降”态势,水土流失面积下降至2493.6km²;秭归县、当阳市、兴山县等区域土壤侵蚀情势仍然不容乐观,高强度侵蚀面积出现净增长,仍是未来水土保持的工作重点。     

北部湾南流江流域土地覆盖及生物多样性模拟

以北部湾独流入海河流南流江流域为研究对象,基于研究区2000年和2015年遥感数据解译的土地利用数据以及社会经济等数据,采用CLUE-S模型对未来2030年生态保护情景、自然增长情景以及粮食安全情景的土地利用格局进行了模拟预测,在此基础上采用InVEST模型对流域过去和未来不同情景的生物多样性进行了评估,探讨了流域生物多样性的生境质量和生境退化程度.结果表明：2000~2015年南流江流域建设用地、园地、水域和未利用地呈现出增加趋势,其中建设用地的增幅最大,而耕地和林地减幅最大.流域土地系统中共存在着34种土地网络转移流关系,上游存在24种,中游20种,下游28种,耕地与建设用地、耕地与林地以及林地与园地之间的转换占到流域总土地利用变化的70.74%.CLUE-S模型模拟未来土地利用的Kappa系数达到0.86,表明模型模拟未来情景的土地利用精度满足要求.2000年、2015年、2030年生态保护情景、2030年自然增长情景以及2030年粮食安全情景流域生境质量总得分和平均得分分别为866630,900357,921055,876231,865370和0.7457,0.7747,0.7925,0.7539,0.7466.2030年3种情景的中上游和下游地区生物多样性都呈现出不同程度的改善趋势,而中游地区则表现出退化趋势.     

多情景模拟下的新疆生态系统服务价值评估

研究多情景下的新疆土地利用变化及生态系统服务价值（ESV）,探讨区域内最优的土地利用分布格局,对干旱区的可持续发展与土地利用规划具有重要意义。该研究耦合多目标优化和斑块生成土地利用模拟(PLUS)模型对自然发展情景、经济发展情景、生态优先情景、可持续发展情景4种情景下的土地利用需求及空间分布进行预测模拟,采用价值当量法计算新疆未来情景下的生态系统服务价值。结果表明：（1）2000-2020年,新疆土地利用类型以荒地为主,土地利用变化主要表现为耕地的增加和荒地的减少。2035年4种情景下的土地利用变化不同,空间模拟结果整体上扩张趋势一致,局部变化明显。（2）利用PLUS模型对新疆的土地利用变化模拟效果较好,Kappa系数均值达到0.899 1,总体精度均值达到0.954 8,可以有效模拟新疆2035年的土地利用空间格局。（3）2035年自然发展、经济发展、生态优先、可持续发展情景下的ESV分别为18 717.25、17 816.36、19 221.52、18 134.45亿元。加强草地、水域、林地、湿地等生态用地的保护,有利于提高ESV价值总量。可持续发展情景可作为兼顾生态保护和经济发展...     

天山北坡城市群碳储量时空变化及预测研究

为了有效评估城市群碳储量变化,以天山北坡城市群为研究对象,运用PLUS模型和InVEST模型,动态评估2000~2020年及2030年不同情景下土地利用变化及碳储量变化特征.结果表明,2000~2020年天山北坡城市群碳储量呈现持续增加趋势,且碳储量变化与土地利用变化密切相关,主要表现为2000~2010年林地面积的减少导致其碳储量减少约266×10⁶t,2010~2020年草地面积的增加使其碳储量增加约69.14×10⁶t.2030年自然发展情景、生态保护情景和经济快速发展情景下碳储量预测值分别为8875.88×10⁶t、8895.58×10⁶t和8841.58×10⁶t;经济快速发展情景下碳储量最低,生态保护情景下碳储量最高.土地利用是影响碳储量空间变化分布的第一主导因素,贡献率接近于90%,土地利用强度与碳储量协调性分析与两者双变量空间自相关分析进一步验证了这一结论.土地利用变化在一定程度上能够对碳储量产生积极影响,对于本研究区而言,生态保护发展情景可能更符合未来城市发展模式,研究结果能够为土地利用规划提供参考.     

鄂尔多斯市1988-2000年土壤水力侵蚀与土地利用时空变化关系

土地利用是引起土壤侵蚀的重要驱动过程。基于1988年和2000年TM影像数据和气候、土壤、植被及DEM等数据,运用通用的土壤流失预报方程（RUSLE）,对鄂尔多斯市1988-2000年间的土壤水力侵蚀进行定量估算,揭示期间水力侵蚀的时空变化特点,并对土地利用类型与土壤侵蚀的关系进行分析。结果显示：1988-2000年间,研究区土壤水力侵蚀时空变化较为明显。时间变化上侵蚀强度明显减弱,除了微度侵蚀从53.16%剧增至81.24%以外,中度、强度、极强度和剧烈侵蚀类型均有较大幅度的下降;空间变化亦很明显,2000年与1988年相比,剧烈侵蚀只有准格尔旗东南部还有少量分布,强度侵蚀和极强度侵蚀主要分布在准格尔旗境内。土地利用方式对土壤侵蚀有明显的影响,高覆盖草地和水域的土壤侵蚀强度较小。此外,不同土地利用类型的平均土壤侵蚀模数和土壤强度指数均有大幅度的下降。其中未利用地的下降幅度最大（68.14%）,其次为低覆盖度草地（64.09%）,耕地的下降幅度最小（49.62%）。研究结果表明,鄂尔多斯土壤水力侵蚀治理的重点区域是东北部,改变土地利用方式,增加水土保持工程措施,加强采矿迹地的修复重建等是有效防治土壤水力侵蚀的重要措施。     

大别山区生境质量时空特征及自然-人为因素驱动机制

大别山区是中国南北地理生态过渡带东延余脉,山地系统表现出高度的异质性和敏感易变性,识别山地生境质量的空间特征对揭示自然和人为因素的时空驱动机制及差异具有重要指示意义.基于PLUS-InVEST以及地理探测器方法,分析大别山区2000~2020年生境质量的时空动态变化及驱动机制,并对2030年土地利用和生境质量进行多情景模拟预测.2000~2020年,区内土地利用类型以耕地（50%~54%）和林地（42%~45%）为主,荒地（2%~4%）面积占比最低,大别山区耕地变化最大,面积减少2 311.45 km²,林地和建设用地次之,面积分别增加1 431.37 km²和924.52 km²,灌木和荒地的变化较小,面积分别减少7.72 km²和19.10 km²;大别山区的生境质量与海拔高度呈正相关,中东部生境质量较高,北部和南部生境质量较差;2000~2010年生境质量均值从0.594上升到0.608,到2020年下降到0.603,生境质量出现了先上升后下降的趋势.地理探测器结果表明,影响大别山区生境质量的主要驱动因素是地形起伏度、土地利用强度和海拔,NDVI的影响随着时间逐渐增强.2030年生境质量的预测结果显示,4种发展情景下,区域内整体生境质量仍然呈现下降的趋势,并且在生态保护情景下,依旧呈现降低的趋势,只是降低的速率减小.研究结果可为大别山区未来土地利用类型空间规划提供优化策略.     

基于GIS和RUSLE的三峡库区小流域土壤侵蚀量估算研究

本研究以三峡库区菱角塘小流域为研究对象,在GIS技术的支持下,通过遥感技术和野外调查进行信息采集,对修正的通用土壤流失方程(RUSLE)各因子进行量化分析,从而对三峡库区菱角塘小流域土壤侵蚀量进行定量评价,并对土壤侵蚀强度进行分级;在此基础上分析不同坡度和土地利用类型的土壤侵蚀空间分布特征。结果表明,菱角塘小流域年土壤侵蚀量为208.32t/a,土壤侵蚀模数为1 987.75t/(km2·a),属于轻度侵蚀。28.62%的区域为中度、强度或极强度侵蚀,但是其侵蚀量却占总侵蚀量的82.36%,是预防和加强水土流失治理的重点区域。土壤侵蚀主要发生在坡度为15°~35°的区域,其中15°~25°的坡度土壤侵蚀属于中度侵蚀;坡耕地侵蚀最为严重,15°~25°的坡耕地侵蚀量占总侵蚀量的57.15%,表明坡耕地是该小流域水土流失的主要策源地。同时用137 Cs核素示踪技术测定的坡耕地和林地土壤侵蚀模数证实了RUSLE模型具有较高的准确性和可靠性,该模型在库区地块尺度具有一定的推广价值。     

太行山脉不同量级降雨侵蚀力时空变化特征

基于太行山脉及其周边地区76个气象监测站点1954-2016年逐日降雨数据,建立了基于不同量级侵蚀性年降雨量模拟年降雨侵蚀力的简易模型,并采用气候倾向率、小波周期分析、重心模型、Co-Kriging插值、Mann-kendall非参数趋势检验以及突变分析等方法,分析了不同量级降雨侵蚀力时空变化特征及其影响因素。结果表明：（1）太行山脉地区年降雨侵蚀力简易模型为y=0.182x₁^1.095+5.463x₂^0.982+9.401x₃^1.017+15.258x₄-26.753,且多年降雨侵蚀力呈小幅上升趋势,10年间上升了2.4 MJ·mm·hm^-2·h^-1·a^-1,同时存在约20年的主周期和6年的小周期变化,并在1996年发生显著突变;中雨和大雨侵蚀力63年间均呈上升趋势,而暴雨和特大降雨侵蚀力呈下降趋势;春秋两季主要受中雨和大雨侵蚀力的影响,而夏季则主要受特大降雨侵蚀力的影响。（2）太行山脉地区各量级降雨侵蚀力最大值主要分布于太行山脉东南部以及五台山地区,最小值主要分布于地区的东北部;运用重心模型发现各量级降雨侵蚀力重心在春夏季节整体向东部以及东北部地区进行迁移,而秋冬季节则向南部以及西南地区迁移,形成一个循环,且与冬夏季风的控制时间相符。（3）太行山脉地区不同量级降雨侵蚀力与侵蚀性降雨量均呈显著正相关（P<0.01）,大雨和特大降雨侵蚀力分别与纬度、海拔呈显著负相关（P<0.05）,这主要与副热带高压移动、地形、海拔以及自然地理环境等因素有关。     

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。     

秦岭山地丹江流域土地利用变化的土壤侵蚀效应评价

论文采用ArcGIS 10.0及InVEST土壤保持模型,分析2000—2010年秦岭山地丹江流域土地利用类型变化特征,模拟流域不同时期不同土地利用类型土壤侵蚀及土壤保持量的变化规律,并着重探讨土地利用类型方式转变对流域土壤侵蚀的影响。结果表明：1）2000—2010年间,流域裸地大比例减少90.18%（831.06 hm²）,主要转移至水域,耕地大面积减少5 197.24 hm²（4.11%）,主要流向灌丛和城镇;坡耕地还林还草初见成效,湿地的保护与恢复成效显著。2）2000—2010年间,流域土壤侵蚀状况较为严重,整体处于中度侵蚀至强度侵蚀级别,但10 a间侵蚀状况有减缓趋势;在该研究时段内,耕地大面积转为灌丛是该流域由土地利用类型变化引起的土壤侵蚀减缓的主要原因;另外,耕地转为林地以及裸地面积的减少也起到了减轻土壤侵蚀的作用;以自然生态系统为主的林地、灌丛及草地转为耕地时,土壤侵蚀强度则会明显增加。3）生态系统土壤保持功能受多方因素共同影响;2000、2010年研究区实际土壤保持量分别为5.35×10⁸、5.47×10⁸ t;占全区面积一半以上的林地和灌丛单位面积土壤保持量较为稳定,全区土壤保持功能有所提高。保证一定面积的林地、在人工干预下合理安排坡耕地还林还草区域的空间分布是秦岭山地丹江流域减少土壤侵蚀的必要措施,同时应注重对可利用耕地的保护。     

1956-2010年三江源区水土流失状况演变

为研究三江源区水土流失状况变化及其可能成因,基于1956—2010年三江源区水文、气象观测资料以及遥感数据,借助Mann-Kendall趋势检验法分析了输沙量的年际变化,并采用双累积曲线、RUSLE（修正的通用土壤流失方程）分析了水土流失状况变化的可能成因.结果表明:① 三江源区输沙量表现为黄河源区>长江源区>澜沧江源区,输沙量最大值均出现在6—8月,最小值均出现在12月—翌年1月.② 各流域输沙量的年际变化较大,并且均以20世纪80年代为最大.2005—2010年黄河源区输沙量较多年平均值减少32.25%,而长江源区和澜沧江源区分别相应增加24.76%和41.86%.黄河源区土壤水蚀量增加明显,长江源区不同河段各有增减,澜沧江源区土壤水蚀强度降低.③ 引起水土流失状况变化的原因主要包括气候变化和生态工程两个方面.即① 降雨量的增加导致降雨侵蚀力和径流量增加,使得土壤水蚀量和河流输沙量有所增加;② 生态工程实施后,土壤中w（有机质）虽有所增加,但仍明显低于1980年的水平.尽管植被覆盖度有所提高,但对水土保持功能起重要作用的根系层恢复却较为缓慢,因此,土壤保持功能基本上未得到提高.      

三峡库区乐天溪流域生态修复效果的遥感监测研究

论文利用多时相LandsatTM E/TM影像、文献和野外调查资料,从土地利用类型与结构、植被覆盖度、土壤侵蚀等方面对三峡库区乐天溪流域生态修复效果进行了定量研究。结果表明:通过5年的生态修复,乐天溪流域林草覆盖率由1997年的80.6%增加到2002年的83.23%,不仅林草覆盖率增长,而且林地质量有较大提高,覆盖度较高的林地和灌丛面积增幅达18.1%和9.1%,相反,疏林面积减少37.9%。流域土地利用结构明显有好转,结构基本合理,相对合理指数由0.76上升到0.81。土地利用结构的改善使得流域土壤侵蚀强度大为降低,微度、中度和强度土壤侵蚀面积分别减少11.49、26.43和4.61km₂,流域平均侵蚀模数由1999年的1562.5tk/m₂降为2002年的870.7t/km₂。生态修复效果显著,但在实际工作中生态修复也需要人工的合理干预。     

降雨资料时间序列长度对降雨侵蚀力平均值置信度的影响

降雨资料时间序列长度是计算多年平均降雨侵蚀力过程中的重要不确定性因素.论文以中国601个气象站1980-2009年逐月降雨资料为数据源,利用Wischmeier经验公式计算了各气象站逐年降雨侵蚀力(R因子),用简单随机抽样方法抽取样本容量分别为30 a、 20 a、 10 a和5 a 四种不同的R值样本,计算了R平均值相对允许误差10%和25%条件下抽样估计的置信度.结果表明:降雨资料的时间序列长度对R平均值的估计置信度有显著影响;R平均值置信度存在明显的地域差异,长江以南、 青藏高原东部以及河西走廊南部的祁连山地区置信度较高;在降雨资料有限的情况下,必须根据土壤侵蚀研究的精度要求分析R平均值的抽样误差及其置信度,以保证土壤侵蚀定量预报的客观性与准确性.     

近20a三峡库区农林地利用变化图谱特征分析

土地利用变化图谱单元能够把表示"空间单元特征的图"与表示"时间发展之起点与过程的谱"合为一体,并建立起空间—属性—过程一体化数据信息。论文以TM/ETM影像为空间数据源,构建三峡库区1990—2000年和2000—2010年两个阶段农林地利用变化信息图谱,以及融合1990、2000、2010年这三个时期土地利用现状的变化模式图谱,以探讨库区近20 a来的农林用地变化轨迹和特征规律。结果表明:1 1990—2000年阶段的农林地利用变化图谱主要以农林地间及其和草地互换、建设用地占用农林地的图谱单元类型为主。空间差异上最为显著的是"耕地→建设用地(编码15)"、"草地→林地(编码32)"和"林地→草地(编码23)",空间分离度较低。2 2000—2010年阶段的农林地利用变化图谱单元分离度增大,农林地利用发生转换空间进一步扩张。最显著变化的是"耕地→林地(编码12)"和"耕地→建设用地(编码15)"图谱单元类型,其次是农林地转换为水域图谱类型(编码14和24)的面积增大。3库区农林地利用变化模式以前期变化型和后期变化型为主,反复变化型和持续变化型发生概率较小,库区农林地利用的转换具有明显的时间阶段性特征。     

基于RUSLE模型的延河流域2001-2010年土壤侵蚀动态变化

以黄土高原典型丘陵沟壑区--延河流域为研究区, 基于GIS和RS技术, 利用2001-2010年延河流域水文站月降雨量数据、MODIS NDVI数据、DEM数据、土壤类型数据和土地利用数据,率定了修正的通用土壤流失方程(RUSLE)的相关参数,计算了研究区2001-2010年逐年的土壤侵蚀模数, 利用杏河水文站实测的泥沙数据, 验证了模型的有效性,分析了延河流域土壤侵蚀强度的时空变化特征。结果表明,2001年到2010年延河流域土壤侵蚀模数呈减小趋势,2001年土壤侵蚀模数最大,为6 596.72 t/(km²·a),2008年土壤侵蚀模数最小,减小到2 485.46 t/(km²·a),降低62.32%;2009年由于暴雨冲刷,土壤侵蚀模数显著增大;2010年土壤侵蚀模数和2006、2007年相差不多;土壤侵蚀强度分布比例变化明显,土壤侵蚀强度为强度、极强、剧烈的面积比分别由16.21%、21.93%和12.36%降低为10.85%、4.58%和0.39%。土壤侵蚀强度等级转移矩阵表明大部分地区的土壤侵蚀强度向低一级转移,2001-2005年31.68%的面积土壤侵蚀强度降低一级,2005-2010年42.13%的面积土壤侵蚀强度降低一级。     

基于土地利用变化的三峡库区小流域生态风险评价——以草堂溪为例

为揭示三峡库区小流域土地利用变化对生态风险的影响,选择草堂溪小流域作为研究区,以1990、2000、2004和2010年4期TM和CBERS影像获取草堂溪小流域土地利用信息,以500 m×500 m为基本单位,制作格网作为辅助评价单元,借助GIS技术为数据分析平台,对土地生态风险指数进行空间插值,生成1990、2000、2004和2010年4期生态风险分级图。结果表明:1990-2010年研究区土地利用相对合理指数上升0.03;研究区5种风险等级连片分布,与耕地和水域分布区域具有显著的空间相关性,5种生态风险等级主要集中在15~25°和>25°坡度带上以及500~1 000 m和1 000~1 500 m两个高程带上;研究区生态风险呈现先恶化后好转的趋势,较低风险等级面积在1990和2010年最大,分别占研究区总面积的28.23%和37.41%,2000和2004年高风险等级面积最大,分别为29.69%和35.54%。研究得出草堂溪小流域生态风险时空变化原因主要为自然条件限制和人为因素控制。针对研究区生态风险时空变化特征提出调控对策,具体有:进行最优土地利用组合类型搭配,调整不合理土地利用类型,改良林分结构;对流域近消落带部位的土地利用在统筹考虑水环境污染治理和土壤侵蚀问题的同时进行统一合理规划管理。     

基于风沙防治的典型农牧交错区土地利用多情景模拟

作为典型的半干旱沙区,科尔沁左翼后旗（简称"科左后旗"）土地退化严重,土壤风蚀程度较强,有针对性地调整土地利用结构,有助于农牧交错区社会经济和生态环境的可持续发展.采用修正风蚀方程（RWEQ）模拟科左后旗的风蚀状况,并结合CA-Markov模型和当地风蚀状况及区域相关规划,设定了延续现有发展态势的历史发展情景、在全区域内开展风蚀治理的全域治理情景和依照区域风蚀特征实施治理的分区治理情景3种未来可能的发展情景,基于Dyna-CLUE模型模拟各情景下科左后旗2020年的土地利用格局.结果表明:①2010年科左后旗的平均风蚀量为33.86 t/（hm2·a）,风蚀程度较为严重,并且具有明显的西高东低的空间差异.②采用Dyna-CLUE模型模拟2010年土地利用空间分布结果的Kappa指数达0.921,模拟效果良好.③与2010年相比,历史发展情景下,2020年科左后旗荒漠化趋势更加严重,未利用地面积将增加33.76%,草地退化明显;全域治理情景下,风沙治理取得了一定成效,70.30%的未利用地得到治理,其中分别有32.32%和32.52%转化为林地和草地,水域也得到一定恢复,面积将增加5.01%;相比于全域治理情景,分区治理情景下高风蚀地区有更多的未利用地得到治理,低风蚀地区耕地面积将增加4.68%,进行风沙治理的同时也在一定程度上保护了耕地.研究显示,Dyna-CLUE模型在我国农牧交错区具有较好的土地利用格局的模拟能力,采取积极的风沙防治措施可以大幅提高当地的林地和草地面积,而采取有针对性的分区域治理政策在进行风沙治理的同时也可有效地保护耕地.      

1960—2014年松花江流域降雨侵蚀力时空变化研究

基于松花江流域及其邻近61个气象站1960—2014年逐日降雨数据,采用Mann-Kendall非参数趋势检验、小波周期分析和地统计插值方法,分析流域内不同地形区和子流域年降雨侵蚀力时空分异特征及其影响因素。结果表明：1）松花江流域多年平均降雨侵蚀力为1 717.6 MJ·mm·hm^-2·h^-1·a^-1,呈波动变化趋势,存在以15.2 a为主周期和4.7 a为小周期的周期性变化特征,且在1982和1998年发生显著突变;2）松花江流域降雨侵蚀力空间分布特征与降雨量分布特征基本一致,自东南向西北递减,与东南季风的影响区域相吻合;流域年降雨侵蚀力变化趋势呈现明显的区域分异,在流域西北地区年降雨侵蚀力呈增加趋势,而在中部平原区的东北部和西南部呈现下降趋势;3）年降雨侵蚀力随地形的变化表现为东部丘陵山地区>中部平原区>西部山地区。在东部丘陵山地区年降雨侵蚀力与经度、纬度显著相关（P<0.01）,而在中部平原区和西部山地区降雨侵蚀力与海拔、经度和纬度关系不甚明显;4）流域内各子流域年降雨侵蚀力存在明显分异,年降雨侵蚀力在各子流域的变化趋势表现为从第二松花江流域到流域中游再到嫩江流域呈依次降低趋势,其分布特征与降雨量的分布一致,各子流域年降雨侵蚀力均呈不显著的降低趋势。