利用马尔柯夫过程预测锡林河流域草原退化格局的变化

以我国北方典型草原模式地段之一的锡林河流域草原为研究对象,根据研究区两个时期遥感影像解译的植被类型图衍生出草原植被退化图。在对草原退化图统一网格化后,计算各网格草原退化指数,并加以分级,确定不同草原退化等级之间转移概率,并应用马尔柯夫模型预测锡林河流域草原退化格局的演变趋势。结果表明:如果不采取防止草地退化的根本性措施,草原退化态势还将继续下去。以每个网格草原退化指数值为各网格草原退化状况划分依据,以3km×3km网格为统计单元,在流域总面积为10701km₂情况下,预测结果是:2005年,锡林河流域草原退化为3级的网格总面积是3776km₂,占流域总面积的35.29%;4、5级网格面积之和为5427km₂,达到流域总面积的50.71%。2025年,锡林河流域草原退化为3级的网格面积总和是3389km₂,占流域总面积的31.67%;4、5级网格面积之和为6406km₂,达到流域总面积的59.86%。     

锡林河流域生态系统服务价值变化研究

论文采用Costanza等人的生态系统服务评价方法对锡林河流域生态系统服务功能价值变化进行研究,结果表明,在1987～2000年的13年间,锡林河流域各类生态系统每年提供的服务总价值下降了31.6%,其中,草原生态系统服务价值从5.13×10⁸美元降至4.38×10⁸美元,下降13.3%;湿地生态系统服务的总价值由2.62×10⁸美元下降为0.9×10⁸美元,下降了65.1%;而农田生态系统服务价值由0.01×10⁸美元上升到0.03×10⁸美元,增加了200%。在草原生态系统服务功能总价值中,绣线菊草原、贝加尔针茅草原、羊草杂草类草原和羊草丛生禾草草原等优质草原所占的比重在逐渐减小,克氏针茅草原、冷蒿草原等退化类型所占的比重在逐渐增加,说明锡林河流域草原生态系统退化严重。该流域生态系统服务功能价值的下降与生态系统的退化和面积的减小有关。     

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。     

锡林河流域生长季节不同草地类型根系呼吸特征研究

采用根系生物量外推法于2005年生长季对内蒙古锡林河流域温带半干旱草原中的羊草自由放牧草原、大针茅自由放牧草原和羊草退化草原根系呼吸占土壤总呼吸的比例进行了野外测定,研究了不同草地类型土壤总呼吸、根系呼吸和根系呼吸占土壤总呼吸比例的季节变化规律,同时就根系生物量和水热因子等环境要素对上述过程的影响进行了具体分析.结果表明,3个样地根系呼吸和土壤总呼吸的季节变化规律基本一致,均表现为单峰曲线,峰值出现在7月下旬,但羊草退化草原受过度放牧的影响,根系呼吸和土壤总呼吸速率均明显高于其它2个样地;根系呼吸占土壤总呼吸的比例在生长季节内波动明显,且3个样地差异较大,但大多介于40%～50%之间,平均值为40.3%.     

基于InVEST模型山西省土地利用变化的生物多样性功能研究

以山西省整个省域为研究对象,运用In VEST模型,结合土地利用类型、土地利用受到威胁源、土地利用类型对威胁的敏感度以及土地利用法律保护层等因素,利用生态环境十年遥感调查项目中山西省2000年和2010年土地利用数据,建立生物多样性评价模型,以生境质量指数和生境退化指数两个指标代表生物多样性功能,得到山西省生境质量指数和生境退化指数的空间分布格局。结果表明:山西省2000年到2010年土地利用变化主要为草丛转换落叶阔叶灌木林,落叶阔叶灌木林转换为落叶阔叶林,以及落叶阔叶灌木林转换为草丛等,这说明了山西省部分地区生态环境恢复较好,而部分地区由于人类频繁的活动,经过反复砍伐,大量的植被遭到破坏;山西省2000年到2010年生境质量指数中,极重要和高度重要生境面积减小,中度和一般生境面积增加,生境退化指数极严重退化面积增加,高度退化、中度退化和轻度退化面积减小,说明山西省虽然近十年植被修复较好,但由于道路、城镇和工业用地等威胁因子的阻隔,生境环境质量有退化趋势,在山脉和河流周边,生境退化较缓慢甚至逐渐改善。     

青藏高原腹地不同植被下河流溶解性有机碳特征

青藏高原河流众多,为了解这一区域河流溶解性有机碳(DOC)的特征,选择三江源地区不同植被类型下的河流进行研究,在2016年夏季进行采样,并将DOC浓度与流域内的植被分布情况进行统计分析。结果表明,河流DOC浓度范围为5.948~1.511 mg/L,平均值为3.938 mg/L,不同植被类型下的河流DOC浓度大小依次为沼泽草甸草甸草原草原-荒漠。河流DOC浓度与沼泽草甸覆盖所占流域面积比例呈极显著正相关(R2=0.725,P0.000 1),相反,分别与流域内的草原和荒漠+裸地的覆盖比例呈极显著负相关;河流DOC的浓度分别与流域面积和流量也呈极显著负相关。此外,河流水体的p H值与DOC浓度负相关,植被退化严重的草原和荒漠地区河流总悬浮物固体浓度较高。因此,流域内的植被类型是河流DOC浓度大小的主要决定因素,且流域面积和流量大小对其也有一定的影响。     

入湖河流水质对土地利用时空格局的响应研究:以洱海北部流域为例

揭示土地利用与入湖河流水质的内在联系是非点源研究的重要内容,以洱海北部流域为研究对象,从土地利用类型组成和空间格局入手,综合空间分析和统计分析方法对两者响应关系进行研究.结果表明,研究区平均坡度(SLOPE)、植被区面积百分比(VEG)作为表征土地利用类型组成的指标,与入湖河流TN和TP的关系显著,斑块密度(PD)、农业用地斑块密度(PDagr)、水体形状指数(LSIwat)作为表征土地利用空间格局的指标,与TP和NH+4-N的关系显著;类型水平下,入湖河流水质对土地利用空间格局的响应关系较景观水平强,水质响应指标为雨季TP和旱季NH+4-N,回归调整系数R2分别为0.761和0.978;旱季,入湖河流水质对土地利用的响应关系强于雨季,水质响应指标为TN、TP和NH+4-N.因此,进行洱海北部流域非点源污染治理时可考虑提高植被覆盖率和农业用地集约化程度,尽量避免旱季对自然水体的人为干扰,后续进行土地利用空间格局与入湖河流水质关系研究建议选类型水平.     

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。     

陕北无定河流域土壤侵蚀时空演变

为了深入认识陕北无定河流域土壤侵蚀时空演变过程及其与降雨和植被NDVI变化的关系,采用基于RUSLE(修正通用土壤流失方程)的土壤侵蚀评估方法,开展流域土壤侵蚀时空分布及其与降雨、植被NDVI的关系研究.结果表明:① 2000—2014年无定河流域多年均土壤侵蚀模数为457.90 t/(km2·a),呈波动增加过程.流域土壤侵蚀以微度侵蚀为主,占流域总面积的88.35%,其他土壤侵蚀等级面积比例随等级升高而减少.研究时段内除微度侵蚀面积比例减少外,其他土壤侵蚀等级面积比例均呈增加过程,并且侵蚀面积年变化速率也由微度侵蚀的0.52%降至剧烈侵蚀的0.01%. ② 无定河流域西北部土壤侵蚀程度最低,西南部其次,东南部最高,与其地貌类型及降水量沿东南—西北方向递减有关,但均反映出流域2000—2014年土壤侵蚀的增加过程.研究时段内流域不同土壤侵蚀等级间面积及比例转移主要由低等级土壤侵蚀类型转为相邻高等级土壤侵蚀类型. ③ 无定河流域土壤侵蚀与降水量、侵蚀性降雨量、降雨侵蚀力呈显著正相关(P < 0.01),相关系数分别为0.90、0.95和0.98,而与植被NDVI的关系不显著.研究显示,降雨变化尤其是侵蚀性降雨(≥12 mm/d)增加是陕北无定河流域土壤侵蚀增强的主要原因.      

城市化下景观格局对河流水质变化的空间尺度效应分析

研究不同空间尺度上景观组成与结构变量对城市河流水质的影响程度和机制对于流域生态保护具有重要意义.以汉江流域襄阳城区段8个水质监测断面为中心,利用GIS软件以河流为对象生成8种空间尺度的缓冲区域,采用景观格局指数、冗余分析等方法与模型,识别景观格局对河流水质影响最有效的河岸带空间尺度,以及其与水质的相互关系.结果表明:①总体上农用地和城市用地的面积占比随缓冲区宽度上升而增加,而其他景观类型呈相反的变化特征.②景观格局在不同宽度缓冲区内对河流水质的影响具有空间尺度性,在300 m宽度解释能力最大,达到了78.5%.③景观组成变量中仅园地的面积比例(PLAND_(GAR))在400 m宽度上与水质指标存在相关关系.④影响水质变化的主要景观类型在小尺度上是城市用地,相对较大尺度上是林业用地,并且城市用地和林业用地的斑块密度(PD_(URB)和PD_(FOR))对河流水质的负面影响最为显著.结果反映了300 m宽度是景观格局对水质变化的最佳临界区,景观组成变量对水质的影响程度小于景观结构变量.同时,不同景观类型对水质的影响机制也具有差异性,林业用地分布越密集、面积越大对进入水体的污染物净化作用越明显,而分散分布的城市区域对水质退化的作用显著.园地和草地因种植方式的差异对水质变化有一定的影响;而农业用地与水质之间没有发现显著的相关性.研究结果可以从宏观尺度上为流域水环境保护、景观优化与管理提供科学依据.     

新疆塔里木河流域生态脆弱带的环境质量综合评价

塔里木河流域是我国生态环境脆弱地区之一,流域内的不同区域,由于物质及能量匹配上不够协调,宏观上表现出不同的脆弱性特征.依据生态环境质量评价的有关原则,结合塔河流域生态环境的实际情况,筛选出20个指标,建立生态环境综合评价的指标体系.通过构建生态脆弱性指数,综合地反映了塔河流域生态环境质量的优劣程度.结果表明,阿克苏河流域属于生态环境改善区,叶尔羌河流域及塔河上游属于生态环境基本平衡区,和田河流域及塔河中游属于生态环境失调区,而塔河下游属于生态环境严重受损区,评价结果符合实际情况,对指导流域生态环境建设具有重要意义.     

黄河流域生态环境脆弱性评价、空间分析及预测

生态环境脆弱性是制约经济可持续、高质量发展的重要因素。以2005—2018年黄河流域73个城市为研究对象,构建了黄河流域生态环境脆弱性的评价指标体系,采用主成分分析计算了黄河流域生态环境脆弱指数,并依据自然断点法将评价结果分为极度脆弱、重度脆弱、中度脆弱、轻度脆弱、微度脆弱五类。进一步通过空间相关分析揭示了黄河流域生态环境脆弱性的时空演变特征,并利用CA-Markov模型对黄河流域2025年生态环境脆弱性进行了预测。结果表明：（1）黄河上、中、下游生态环境脆弱性分别表现“低—中—高”的分布特征,且生态环境脆弱性变化趋势存在区别：上游虽差异较大但波动相似,中游波动方向相反,下游在2016年之后整体呈下降趋势。（2）黄河流域生态环境脆弱性存在空间相关性,上游呈现低—低聚集,下游呈现高—高聚集,中游空间相关性不显著。（3）预测2025年黄河流域中游地区重度脆弱有所扩张,下游地区极度脆弱向中心区域明显收缩。黄河流域生态环境的治理与保护并非一朝一夕之事,也并非某一流域单独能够完成的,黄河上、中、下游要根据不同的自然条件制定与之相适宜、符合整体发展需要的治理与保护措施。     

全国土壤侵蚀量估算及其在吸附态氮磷流失量匡算中的应用

应用土壤流失方程(USLE),根据我国土壤水力侵蚀分类分级标准,建立了大尺度区域土壤侵蚀量的估算模型;基于GIS技术平台,利用土壤普查数据,构建了全国表层土壤氮磷含量数据库,完成了2000年全国境内水土流失影响下吸附态氮磷的流失量估算.经数据合理性分析验证后得出以下结论:(1)全国因水土流失引发的吸附态氮素和磷素的流失总量分别达到104.22×104t和34.65×104t;(2)长江、珠江和黄河三大流域的吸附态氮、磷流失量之和分别占全国总量的83%和89%,单位面积(1km2)吸附态氮、磷的流失量分别介于6.0×10-4～0.53t和2.1×10-4～0.13t之间;(3)吸附态氮的重点流失区主要分布在长江中上游水土易蚀区、黄河中游沟壑区、西辽河上游区、珠江流域红水河、西江等上游区以及怒江、澜沧江下游区.     

南盘江流域(云南段)水系沉积物中重金属含量分布特征及其污染状况评价

为了查明南盘江流域(云南段)水系沉积物中重金属的含量分布特征和污染程度,系统采集了流域内水系沉积物25个,运用电感耦合等离子体质谱仪分析沉积物中重金属含量。利用地球化学方法和统计学方法,对该流域水系沉积物中重金属含量、空间分布特征与元素相关性等方面进行探讨和分析;采用富集因子、地累积指数和污染负荷指数等综合指标,评估南盘江流域水系沉积物的污染程度和厘定流域主要的重金属污染元素。结果表明,南盘江流域内普遍富集Cd,上游富集Cr和As,中游富集Pb和Sb,下游富集Sb。中游处泸江支流汇入,显著影响了南盘江干流沉积物中重金属分布。流域内有色金属硫化物矿床遍布、采冶工矿企业众多,金属硫化物的自然风化和矿业活动是该流域部分河段水系沉积物中重金属富集的主要来源。南盘江流域(云南段)存在一定程度的重金属污染,且不同河段重金属污染程度差异大,表现为中游上游下游。流域内主要污染贡献元素为Cd和As,Sb和Cr次之,Zn、Pb和Cu的污染程度较轻。     

基于遥感的黑河流域生态环境变化特征及成因分析

使用2001~2017年MODIS-EVI产品和2001，2009，2017年Landsat数据提取的湿度指数（WI）、沙漠化指数（DI）、改进归一化水体指数（MNDWI），并结合气象数据及其它数据，揭示黑河流域生态环境变化特征.结果显示：近17a来，研究区低、中高和高植被覆盖区的面积分别以36，29，132km²/a的速率增加，无植被、中植被覆盖区面积以185，11km²/a的速率递减，且夏季和上游植被覆盖度最高；2001~2009年流域水域面积扩大至3854.5km²，2009~2017年减少至2628.9km²，上游地区水体较多，水量由山岭向山麓递减，由西向东递增；流域湿度指数由2001年0.55上升到2017年0.65，高值中心主要位于上游地区和中游民乐县、山丹县以及金塔县；流域沙漠化程度先逆转后扩展，沙漠化土地主要分布于中游高台县、临泽县、金塔县和下游额济纳旗；流域气温、降水、潜在蒸散量和地区生产总值、第一产业、建成区面积及耕地面积是影响黑河流域生态环境变化的主要驱动因素.     

北宋后期黄河上游地区耕地格局重建——以河湟谷地为例

黄河上游的河湟谷地是人类活动历史悠久的地区之一,是黄河沿线耕地开垦的最西端,聚落和耕地重建对黄河流域人类活动和全球变化研究具有重要的现实意义。通过梳理大量历史文献资料,建立了北宋后期（1117年）河湟谷地聚落和耕地数据库,以聚落空间分布为基础,运用网格化模型,重建了北宋后期河湟谷地耕地格局。结果表明：（1）北宋后期河湟谷地聚落集中分布在黄河、湟水河干流沿岸海拔相对较低、坡度较缓的河流冲积和洪积平原。（2）河湟谷地的耕地总面积为304.67 km²,分配有耕地的网格仅占全区的16.16%,垦殖率最高的网格仅为24.16%,其中,湟水河谷耕地分布网格约占全部的74.06%,黄河干流约占25.94%,说明北宋后期耕地开垦主要集中在湟水河流域。（3）从聚落分布的海拔高度来看,大部分耕地网格分布在海拔2600 m以下的川水地区,说明当时耕地分布范围不大,海拔高度极大地限制了耕地的分布,耕地主要分布在灌溉条件相对优越的地区。（4）基于聚落重建耕地空间格局,其结果符合耕地随聚落分布的事实,更具有可靠性。     

高原内陆河流域气候水文突变与生态演变规律——以内蒙古锡林河和巴拉格尔河流域为例

以内蒙古锡林河和巴拉格尔河流域为研究对象,利用数理统计、Mann-Kendall突变检验、气候倾向法、克里金空间插值等方法,综合遥感信息解译,辨析近55a不同高原内陆河流域气温-降水-径流突变与生态演变规律,结果表明：锡林河流域干旱程度较巴拉格尔河流域剧烈,气温总体偏高,降水量、径流深偏枯,降水、径流天数偏少,且径流系数偏低;锡林河流域气温增温趋势较显著,气温突变较早,两地增温速率均大于0.2℃/10a;在年尺度,两地径流系数、降水量、径流量的突变时间、顺序、驱动因素和突变前后变化量存在较大差异;在季节尺度,两地降水空间分布差异较大;两地NDVI最大值与冬季降水分布特征趋同,均分布于上游河谷区.     

长江流域蒸发皿蒸发量及影响因素变化趋势

采用MannK-endall非参数检验方法和反距离权重插值法IDW对长江流域近40年来20cm蒸发皿蒸发量及其影响因素进行了时空变化趋势分析,研究结果表明:近40年来,长江流域年平均蒸发皿蒸发量在全流域和不同区域内均呈现显著的下降趋势,且中下游地区(99%的置信度)比上游地区(95%的置信度)下降趋势显著,夏季(99%的置信度)比其它季节下降趋势显著。影响蒸发皿蒸发量的主要气象因子太阳净辐射和风速呈现显著下降趋势,气温表现为显著升高趋势,但中下游地区夏季温度微弱下降,降水微弱增加,但中下游地区夏季降水显著增加。因此,长江流域年平均太阳净辐射和风速的显著下降是年平均蒸发皿蒸发量显著下降的主要原因,而中下游地区夏季气温的微弱下降和降水的显著增加使得中下游地区夏季蒸发皿蒸发量下降趋势尤其显著。