2000—2015年江汉平原农田生态系统NPP时空变化特征

基于MODIS数据和VPM（Vegetation Photosynthesis Model）模型估算2000—2015年江汉平原农田NPP,利用空间自相关和Sen趋势分析方法,分析16年间江汉平原农田NPP的时空变化特征及其影响因素。结果表明：（1）江汉平原农田年均NPP在2000—2005年呈上升趋势,2005—2009年呈波动性下降趋势,2009—2015年呈上升趋势;农田年NPP总量在2000—2015年整体上趋于平稳。（2）高中低产田面积占比分别为66.03%、27.04%和6.93%。2000—2015年NPP具有很强的空间聚集性且呈逐年增强趋势,并随空间距离增加聚集性减弱;江汉平原NPP主要呈高—高聚集和低—低聚集特征。（3）江汉平原农田NPP显著上升、无显著变化和显著下降区域面积分别占1.30%、69.50%和29.20%。     

2000—2015年青藏高原植被NPP时空变化格局及其对气候变化的响应

全球变化背景下,青藏高原作为我国乃至全球气候变化的“天然实验室”,植被生态系统发生了深刻变化。引入重心模型等方法分析和探讨2000—2015年青藏高原植被NPP时空变化格局及其驱动机理,并定量区分NPP变化过程中气候变化和人类活动的相对作用。研究发现：（1）2000—2015年,青藏高原植被NPP年均值总体上呈现从东南向西北递减的趋势。在年际变化方面,近16年植被NPP呈现波动上升趋势,其中在2005年出现上升陡坡,并在2005—2015年表现为高位波动的态势。（2）青藏高原植被NPP增加区（变化率>10%）主要集中于三江源地区、横断山区北部、雅鲁藏布江中下游以及那曲地区的中东部,而植被NPP减小区（变化率<-10%）则主要分布于雅鲁藏布江上游和阿里高原。（3）近16年青藏高原植被NPP重心总体向西南方向移动,表明西南部植被NPP在增量和增速上大于东北部。（4）青藏高原植被NPP与气候因子相关性的地区差异显著,其中植被NPP与降水显著相关的区域主要位于青藏高原中部、青藏高原东南部及雅鲁藏布江流域中下游,而植被NPP与气温显著相关的区域主要位于藏南地区、横断山区北部、青藏高原中部和北部。（5）气候变化和人类活动在青藏高原植被NPP变化过程中的相对作用存在显著的时空差异性,在空间上呈现“四线—五区”的格局。研究成果能够为揭示青藏高原区域生态系统对全球变化的响应机制提供理论和方法支撑。     

中国南北过渡带生态系统碳储量时空变化及动态模拟

山地是全球变化的敏感地带,对生态安全与发展具有重要作用,山地生态系统服务变化和生态环境承载力是地理学与生态学的研究热点。以中国南北过渡带的主体秦巴山地为研究对象,采用CA-Markov模型与InVEST模型模拟和预测（2000—2040年）不同土地利用情景下秦巴山地生态系统碳储量变化,运用热点分析（Getis-Ord G_i^*）探讨秦巴山地生态系统碳储量的空间分布差异。结果表明：（1）2000—2040年,研究区土地利用/土地覆被变化主要是耕地、林地、草地和建设用地。（2）2000—2020年,碳储量增加1.12×10⁷ t;2020—2040年自然增长情景下,碳储量损失剧烈,减少50.24×10⁷ t;生态保护情景下,碳损失幅度明显变弱,减少29.52×10⁷ t,说明采取生态环境保护政策,能够有效控制碳储量减少。（3）土地利用/土地覆被与生态系统碳储量的变化呈现显著的一致性,土地利用数量变化决定了生态系统碳储量的质量和空间分布格局。（4）随着海拔抬升,碳储量呈现出“先增后减”的趋势;随着坡度升高,碳储量呈现出“W”型变化趋势。（5）热点分析结果显示,2000—2020年间,碳储量热点区和冷点区零散分布在研究区内;2040年自然增长情景下,碳储量冷热点分布范围有逐渐变大的趋势;2040年生态保护情景较2020年,秦巴山地生态系统碳储量的冷热点分布范围整体变化不大。     

基于MODIS的长江源植被NPP时空变化特征及其水文效应

植被净初级生产力是反映植被生态系统对气候变化响应的重要指标。基于2000—2010年MODIS NPP数据,结合同期年径流、气温、降水数据,运用趋势分析法、相关分析法以及径流过程指标法等方法,研究了长江源区2000—2010年植被aNPP的时空变化特征及其水文效应。研究结果表明：1） 近11 a来,长江源区植被aNPP呈增加的趋势,增加趋势不显著,线性增长率为48.22 gC/m²;在水热条件的影响下,植被aNPP增长呈现出空间异质性,增加幅度由东南向西北逐渐减少。2） 不同植被类型的aNPP增长趋势不同,其中针叶林、灌丛、高寒草甸和高寒草原的aNPP增长率分别为3.03、2.68、1.43和0.85 gC/(m²·a)。3） 植被aNPP与6—9月的气温、5—8月的降水量呈显著相关。4） 径流系数和水源涵养指数的增大进一步验证植被aNPP的增加趋势,并对源区的水资源量产生有利影响。     

干旱区城市化对生态系统碳库的影响——以乌鲁木齐市为例

城市化是影响区域生态系统碳循环的主要原因,也是评估生态系统碳循环的最大不确定因素。论文利用1990与2010年Landsat TM数据,基于V-I-S城市土地覆被模型和决策树分类法,获得乌鲁木齐土地变化时空格局;结合野外实测数据和文献检索得到研究区不同土地覆被类型的土壤与植被碳密度,估算了城市土地变化对生态系统碳库的影响。结果表明：1）1990—2010年间,乌鲁木齐城市不透水地表（impervious surface areas, ISA）以中部南部内部填充与北部扩张的形式约增加62%,主要占用农田（27%）与荒漠（62%）。2）乌鲁木齐市生态系统碳库主体（95%）分布在土壤中,城市土地覆被变化导致约25%的碳库损失,由农田、裸土/残存荒漠以及城市绿地转变为ISA解释了68%的土壤有机碳和63%的植被碳损失量,其空间分布与ISA的扩张相一致。城市植被及其土壤具有较高的碳密度,合理的城市规划可以抵消部分因土地变化而损失的生态系统碳。     

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。     

土地利用变化对区域水—能源—粮食系统耦合协调度的影响——以京津冀城市群为研究对象

将土地因素引入水—能源—粮食系统,运用耦合协调模型对京津冀城市群2005— 2018年水—能源—粮食—土地系统的时空变化特征进行研究。结果表明：（1）从空间尺度上来看,京津冀城市群建设用地由中心向四周扩散;从京津冀城市群土地利用格局来看,耕地和建设用地面积分别呈现较为明显的下降和增长趋势。（2）将土地纳入水—能源—粮食系统降低了京津冀城市群大多数城市水—能源—粮食系统间的耦合度和耦合协调度。（3）土地与水—能源—粮食子系统组成的两要素系统的协调水平会进行叠加或抵消进而影响水—能源—粮食—土地系统耦合协调度。本文的研究启示在于：京津冀城市群在考虑水、能源、粮食协调发展的同时,应考虑土地对水—能源—粮食系统整体及内部子系统的影响,根据城市自身资源优势合理配置资源、优化产业布局以实现可持续发展。     

长江经济带城市扩张与经济增长脱钩关系及其空间异质性

论文基于GIS平台及探索性空间数据分析方法（Exploratory Spatial Data Analysis, ESDA）和脱钩模型,以地级行政单元为对象,分析2000—2013年长江经济带建设用地扩张、经济增长的时空差异及脱钩关系。研究表明：1）近15 a来,长江经济带建设用地扩张与经济增长具有明显的阶段性和区域性。热点分析显示,建设用地增长热点区呈扩散效应,冷点区逐渐缩小。而经济增长的冷、热点区演变格局与建设用地并不同步。2）2000—2013年,长江经济带建设用地扩张与经济增长耦合关系经历了“增长负脱钩、弱脱钩”为主—“弱脱钩”为主—“弱脱钩、增长连结”为主的变化过程。分析表明,近15 a来长江经济带建设用地扩张与经济增长脱钩程度整体趋于优化,其中,负脱钩类型的城市数量降低17.76%,而脱钩类型数量上升11.22%。3）脱钩程度的空间异质性分析显示,长江经济带各时期的城市扩张与经济增长脱钩关系具有弱空间集聚性。总体上,长三角城市群较长江中游、成渝及滇、黔城市群的脱钩程度表现更优。脱钩程度变化机制与城市产业结构、用地效率和用地模式等密切相关。加强土地利用规划管控力度、严格用途管制规则,引导城市精明增长,走内涵式新型城镇化道路是改变经济发展对建设用地扩张依赖的重要途径。     

京津冀城市群城市用地扩张的空间特征及俱乐部收敛分析

我国已进入城市化快速发展阶段,城市群是未来我国城市化的重要载体。以城市群为单元研究城市用地扩张的空间特征及内部分异规律,是提高城市化质量、实现城市群协调可持续发展的关键。论文以京津冀城市群为研究对象,基于空间效应的视角,采用1990、2000、2005和2010年4期遥感影像解译数据和城市扩张相关指数,综合运用探索性空间数据分析方法和空间计量经济学方法,分析了研究区1990—2010年间城市用地扩张的空间格局、区域分异及空间俱乐部收敛等特征。结果表明：1）京津冀城市群城市用地扩张迅速,新增城市用地围绕各市中心和高速公路沿线呈圈层和轴线式扩张;2）城市群内部城市用地扩张具有明显的空间集中性与分异性,并呈现显著空间自相关;3）通过Moran’s I指数对研究区进行内生分组,利用空间面板模型估计,结果发现：L-L和L-H地区城市扩张存在明显的空间俱乐部收敛,H-H地区虽收敛,但结果不显著,H-L地区不收敛。这些研究结果为进一步研究京津冀城市群地区城市扩张动力机制、促进城市理性扩张和京津冀协调一体化相关规划提供科学参考。     

大清河阜平流域生态系统结构变化的服务价值响应研究

生态系统通过物质循环、能量流动和信息传递为人类提供必要的生态服务功能,其结构变化可引起生态系统过程和服务功能的改变。研究区域的生态服务功能对生态系统结构变化的响应规律对高效配置环境资源和合理制定环境政策具有重要意义。论文以大清河阜平流域为研究对象,利用1985—2015年每隔5 a的遥感影像,采用监督分类法及价值量法,研究了该区域生态系统结构、服务功能近30 a的变化规律趋势,分析了研究区服务功能对生态系统结构变化的响应规律。结果表明：1）1985—2015年研究区生态系统结构发生明显变化,建设用地、林地、耕地、水域生态系统呈正变化,变化幅度分别为139.57%、90.66%、68.79%、6.55%;未利用地、草地生态系统呈负变化,变化幅度分别为-83.48%、-54.92%;其中林地面积的增加主要是由草地和未利用地转变而来,耕地面积增加主要由未利用地构成,建设用地的扩张主要占用耕地和未利用地。2）研究区服务价值变化趋势以2000年为界,前15 a呈增加趋势,后15 a呈减少趋势。2000年总服务价值最高,为58.08亿元;不同时期林地服务价值对研究区总服务价值贡献率最大,其次是耕地和草地;单项服务价值中,保持土壤服务价值贡献率最大,其次是维持生物多样性、气体调节和气候调节服务价值。3）研究区服务价值的增加得益于草地→林地的服务价值流向和未利用地→林地的价值流向,服务价值的损失来自于耕地转变为建设用地的服务价值损失和林地转变为耕地的服务价值损失。     

基于InVEST-PLUS模型的碳储量空间关联性及预测——以广东省为例

构建土地利用碳储量数据库,基于InVEST模型Carbon模块,得到广东省1990~2020年碳储量时空分布情况.用Moran’s I指数和Getis-Ord Gi^*分析格网尺度下碳储量时空分布特征,用Anselin Local Moran’s I得到LISA集聚图.然后运用PLUS模型和14个土地利用驱动因子预测2050年土地利用及其碳储量分布.结果表明,土地利用变化直接影响区域碳储量高低,林地、草地等具有生态服务功能地类碳密度最高,分别是188.44,329.34Mg/hm².碳储量空间格局整体呈现出中部低、北部高、东西中等的特点.碳储量空间分布特征与土地利用特征一致,碳储量显著高值集聚区域分布在建设用地少、生态用地多且连片的粤北地区,显著低值区域分布在国土开发强度和生态用地破碎化程度高的珠三角地带.在自然发展情景下,到2050年广东省土地利用碳储量将减少4327.21万Mg,随着国土空间进一步开发,环珠江口沿岸城市碳储量持续下降.增加植被生态系统碳储量,是实现碳中和的重要手段之一.要继续维持粤北山区生态保护屏障的重要地位,减缓珠三角城市土地开发强度,提高建设用地集约节约能力,形成平衡协调的土地利用和碳储量格局.     

珠江三角洲生态赤字的现状与对策研究

珠江三角洲的经济快速发展,导致了城市用地的迅速扩张以及生态用地的快速减少.如此的生态赤字将会成为珠三角长期发展的瓶颈.通过分析生态用地萎缩的现状和成因,提出了相应的生态补偿对策.     

珠江三角洲典型灰霾过程的边界层特征

2014年1月初珠江三角洲(以下简称珠三角)地区出现严重的灰霾天气.利用广东省城市空气质量资料、中国气象局番禺大气成分站逐时PM10、PM2.5、PM1以及能见度数据、广东省946个自动站风向风速数据、广州基本站风向风速数据、2013~2014年东莞佛山大气边界层观测试验资料等,研究了珠三角2014年1月1~8日典型灰霾过程的边界层特征.结果表明:大陆冷高压变性出海是这次灰霾过程发生的主要天气系统.其使得珠三角地区受静稳天气控制,造成微风或静风状况以及低的边界层和逆温结构;6日珠三角主要城市空气质量呈现不同的变化,其原因主要是区域内风向的变化,5日上午珠三角为弱的偏北风,整个珠三角都为灰霾天气,而5日下午风向由偏北风转为偏南风,珠三角东南部地区空气质量改善,北部(内陆)地区的空气质量恶化;后向轨迹分析发现所有气流呈明显下沉作用,且5日20:00的后向轨迹簇来自陆面,6日20:00的后向轨迹簇来自海面,两者对珠三角的空气质量具有不同的影响.     

经济差异化增长下生态系统服务价值的时空演变特征——以珠江—西江经济带为例

为了应对经济增长与生态保护双重压力,使用生物量与植被覆盖度修正后的当量因子法测度珠江—西江经济带的生态系统服务价值（ESV）;基于STIRPAT模型构建地理加权回归模型,实证研究人文因素对ESV影响的空间异质性,并着重将经济增长因子的回归系数以表格形式展示。结论认为：（1）珠江—西江经济带的ESV在研究年份截面中呈现先下降、后上升、再下降的变动趋势;（2）人均GDP对地均ESV在研究区域东部表现为持续负向影响、中部和北部地区表现为由负转正的影响态势、西北部和西南部的回归结果不显著。基于上述结论,针对避免东部地区ESV进一步下降、鼓励中部和北部经济追赶,以及提高西北和西南部对经济与生态环境协调发展问题的重视方面提出政策建议。     

恩平市2006年生态足迹计算与分析

位于广东省西南部的恩平市,是珠江三角洲经济较为落后的地区,生态环境较好,为珠三角起着生态屏障、后花园的作用。应用生态足迹理论对恩平2006年的生态足迹进行了实证计算和分析,结果表明,恩平市的人均生态足迹需求为1．5632hm2／cap,生态承载力在扣除12％后为0．32032hm2／cap,人均生态赤字为1．2429hm2／cap。表明该地区的资源利用效率较低,现有的消费量已超出了自然系统的再生产能力,针对恩平实际情况,需要调整产业结构、提高能源利用效率,树立科学发展观等。     

2000-2009年芜湖市LUCC对植被碳储量的影响

LUCC是影响陆地植被碳循环的重要因子之一。采用2000、2005和2009年3期遥感影像解译及运用GIS技术提取芜湖市2000-2009年的土地利用变化数据,根据前人对植被NPP的研究成果,计算芜湖市土地利用变化对生态系统中植被碳储量的影响。结果表明:在2000-2005年,耕地大量转化为林地、草地大量转化为耕地等使其植被碳储量净增加了4.43×103～22.14×103t;2005年-2009年,林地大量的转移为耕地、建筑用地,耕地转为水域、建设用地等使其植被碳储量净减少了72.34×103～289.38×103t。研究结果显示,芜湖市植被碳储量总体呈减少趋势,且林地是影响芜湖市植被碳储量的主要因素。     

内蒙古高原土地利用/覆被变化对气温变化的影响分析

土地利用/覆被变化（LUCC）会对近地面的气温测量产生影响。论文基于气象站点气温资料,1：10 万LUCC数据集以及NCEP再分析气温资料,利用“观测减去再分析（OMR）”方法拆解出土地覆被对气温变化的单独贡献,借助Sen 趋势与Mann-Kendall 非参数检验计算方法分析了内蒙古地区1980-2010 年间不同土地覆被类型,以及不同土地利用方式对气温及其变化趋势的影响。结果表明,研究区近30 a 来LUCC对气温的影响总体表现出显著升温的作用,增加趋势为0.29 ℃/10 a。不同土地覆被类型对气温升高趋势的影响从大到小为：沙地>建设用地>草地>耕地,而且具有明显空间差异。同一种土地覆被类型在不同气候环境下的温度变化趋势差异也较大。1990-2005年间气象站点缓冲区内LUCC变化类型主要以耕地开垦、城市扩张以及草地面积减少为主,在一定程度上反映了整个内蒙古地区的LUCC特征,特别是人类活动的影响。下垫面的改变对1990-2005年间气温上升贡献了0.49 ℃。土地覆盖变化在1980-2010期间呈现逐渐加剧的趋势,特别是2000年以后,城市化的迅速发展显著提高了气温的升温趋势。     

广东省城市土地集约利用水平评价——基于计量经济学的研究

在分析城市土地扩张机制的基础上,建立了用以评价城市土地集约利用水平的计量经济学模型,定量测度了广东省城市土地集约利用水平的区域差异及其演变特征,并与传统的指标权重法的评价结果进行了比较。研究表明：① 论文构建的计量经济学模型能够较好地对城市土地的集约利用水平进行测度。从各社会经济变量弹性系数的大小来看,城市土地的扩张主要受城市人口增加与居民收入增长的驱动,经济增长与固定资产投资的拉动作用并不明显,土地价格的上升与提高土地管理水平可以有效抑制城市土地的无序扩张。② 2003—2012年间广东省城市土地集约利用水平有所提升,但城市间土地集约利用水平的差距较为明显,部分城市土地利用中存在严重的浪费现象。从整体的演变来看,珠三角7市与东西翼7市的土地集约利用水平有所下降,而山区7市的土地集约利用水平有所上升。③ 传统指标权重法可能更适用于诸如工业用地以及开发区用地等生产性用地的评价,如果使用其对全部城市土地进行综合性的评价时,会夸大投入产出对土地集约利用的影响。④ 由于土地报酬递减规律的存在,高投入高产出的土地利用方式并不一定就是经济有效的,基于数据包络分析的研究结果表明,以高投入换取高产出的土地利用方式未必就是集约利用。     

中国城镇扩展占用耕地的遥感动态监测

论文在1988～2000年全国土地利用矢量图的基础上,分析了城镇占用耕地的空间分布特征。利用城镇占用耕地指数将全国分县市占用剧烈程度进行分级,沿海及平原地区侵占剧烈程度为3～6级的占全国耕地损失的88.68%,华北平原、长江三角洲和珠江三角洲地区造成耕地损失分别占全国总数的31.27%、17.8%和6.02%,这3个地区是全国城镇扩展最快、耕地损失面积最大的地区。按地区分析,城镇占用耕地面积最大的是江苏、山东、河南、河北和广东,占全国的50.99%;其次是北京、浙江、四川、广西和上海,占全国的22.85%;从城镇造成耕地资源减少的速度看,北京、上海占用耕地最快,其次是江苏、广东、浙江、天津、山东、河北、海南等。耕地资源减少在某些地区已经造成了粮食产量减少的问题,北京、上海、浙江等地区粮食总产量降低较快。随着城镇化及经济的快速发展,城镇扩展与耕地资源的矛盾将会更加突出,只有加强土地资源的管理才能取得耕地资源的动态平衡和维护中国的粮食安全。