中国西北干旱区水资源利用及其生态环境问题

近５０年来,西北干旱区随水土资源开发利用规模的不断扩展,使区域内工农业与经济得以稳定持续发展。但同时,引起一系列生态环境变化。①大多数河流下游水量锐减,甚至断流,河道缩短,终端湖泊萎缩或干涸,水质咸化和污染趋势加剧；②土壤沙漠化和盐碱化,沙漠化土地面积达６７４９３×１０^４ｈｍ^２,盐碱化耕地面积逾１３５５６×１０^４ｈｍ^２；③植被退化,生物多样性减少,与５０年代初相比,天然森林面积减少４９％～５８％,草地面积减少１６％～９２％；④沙尘暴灾害发生频数增加,灾害程度加剧。节约与高效化利用水资源以及生态环境效益与经济效益间统一协调是西北干旱区可持续发展的根本途径     

2000~2005年三江平原土地利用/覆被变化对植被净初级生产力的影响研究

区域土地利用/覆被变化对植被生产力的影响是LUCC环境效应的重要组成部分,对于区域陆地生态系统碳循环的研究具有重要意义。三江平原地区是我国土地利用变化最为剧烈的地区之一,然而,区域尺度上土地利用/覆被变化对植被生产力的影响研究不多。基于以上原因,论文应用以遥感观测和生态系统过程模型为基础的土地利用数据和植被净初级生产力NPP数据,估算土地利用变化过程对三江平原地区植被生产力的影响。结果表明,林地、草地和沼泽湿地向耕地的转化是三江平原土地利用/覆被变化的最主要特征。2000~2005年期间,耕地面积增加了43.28×10⁴hm²,主要来自林地、草地和湿地的转化,转化面积分别为26.20×10⁴、10.81×10⁴和22.45×10⁴hm²。过去5年间,三江平原平均NPP由401.1g C m^-2 a^-1下降为377.5g C m^-2 a^-1,其中沼泽湿地平均NPP下降了7.8%,耕地、林地和草地的平均NPP均呈下降趋势。2000~2005年期间,三江平原地区净初级生产总量由4.37×10⁴G g C a^-1下降为4.11×10⁴G g C a^-1,减少量为2 575.1G g C a^-1,减少率为5.9%。三江平原地区2000年和2005年的气候因子变化不大,其对NPP的影响可以忽略。土地覆被变化直接导致区域净初级生产力的降低,人类活动干扰的强度和频度加剧对于区域植被净初级生产力的降低具有重要影响。     

近50a玛纳斯河流域土地利用/覆被变化对碳储量的影响

土地利用变化对碳收支的影响是当前全球变化研究领域的重点内容之一,中国西北干旱区土地利用变化对陆地生态系统碳收支的影响尚不清楚。论文以西北干旱区流域绿洲水土开发的典范--玛纳斯河流域为研究区,基于Bookkeeping模型,利用多期土地覆被类型图、植被和土壤碳密度历史文献及实地调查资料,开展玛纳斯河流域近50 a荒漠转变为绿洲农田和农田弃耕两种主要土地覆被变化对碳收支的影响研究。玛纳斯河流域的垦殖活动有利于碳储量的增加,在1962-2008年的46 a间,土地利用变化导致流域植被碳储量增加6.34×10⁵ t,土壤碳储量增加3.14×10⁶ t,总碳储量增加3.77×10⁶ t。受土地覆被变化面积和转换类型碳密度差异的影响,不同土地覆被类型转换对碳储量的影响存在显著差异:荒漠草地、裸地开垦为耕地均引起植被和土壤碳储量显著增加;林地开垦为耕地引起植被碳储量减少,土壤碳储量增加,总碳储量减少;而耕地弃耕通常会导致流域碳储量减少。     

近15年科尔沁沙地及其周围地区土地利用变化分析

利用2期土地利用图形数据对科尔沁沙地及其周围地区的土地利用变化进行分析发现:1985～2000年该地区耕地增加15.34%,林地增加2.48%,草地减少6.28%,水域减少7.72%,城乡工矿居民用地增加1.99%,未利用地减少4.04%;其中草地向耕地转化的面积最大,为4932.00km²,占全区土地利用变化总面积的63.85%,转化的空间分布呈现出向科尔沁沙地边沿及其外围扩展的态势。经相关分析及文献调研得知,人口增长和经济发展是研究地区耕地增加、进而导致系列土地利用变化的根本原因;此外,土地开发和生态环境保护等宏观政策也是影响区域土地利用变的重要人文驱动力。     

中国西北地区多情景土地利用优化与碳储量评估

土地利用/覆盖变化(LUCC)是导致陆地生态系统碳储量变化的主要因素,研究未来不同情景下的土地利用和碳储量变化过程,有助于制定科学的土地利用政策和提高区域陆地生态系统碳储量.研究构建了GMMOP-PLUS-InVEST模型,通过多源数据分析了2000～2020年中国西北地区土地利用和碳储量的变化特征,并预测了自然发展(ND)、经济发展(ED)、生态保护(EP)和综合发展(CD)情景下的2030年中国西北地区土地利用和碳储量.结果表明：(1)2000～2020年,草地面积减少了1 680.99×10⁴ hm²,耕地、林地、水域、湿地、建筑用地和未利用地面积分别增加了201.19×10⁴、 208.47×10⁴、 91.54×10⁴、 51.30×10⁴、 157.40×10⁴和971.09×10⁴ hm².(2)2000～2020年,土壤和地下碳储量减少,死亡有机物和地上碳储量增加,总碳储量减...     

滇池流域土地利用变化对地下水水质的影响

土地利用变化影响着浅层地下水水质,以滇池流域为研究对象,综合运用遥感影像解译、马尔科夫转移矩阵和冗余分析,对近20年(2002～2020)滇池流域土地利用和浅层地下水质变化进行分析,揭示长时间尺度下土地利用变化对浅层地下水水质的影响.结果表明:2002和2020年滇池流域土地利用类型以草地、林地和耕地为主,分别占总面积20.91%和17.43%、43.21%和37.99%、22.11%和17.08%,2002～2020年间耕地向建筑用地和林地、林地向草地和耕地、草地向林地和建筑用地转移概率分别为22.59%和20.72%、13.16%和10.49%、26.30%和15.65%,耕地面积减少146km²,建筑用地面积增加279km².2002～2020年滇池流域浅层地下水化学类型由HCO₃^-·SO₄^2--Mg²⁺型转变为HCO₃^-·SO₄^2--Ca<...     

基于经济发展阶段理论的土地利用变化研究——以广西江州区为例

土地利用在不同的经济发展阶段表现出不同特点。广西江州区属于我国西部经济欠发达地区,经济发展正处于工业化初期的起步阶段,土地利用变化特点主要表现为:以农业生产用地和生态用地竞争为主,耕地变化是土地利用变化的主要内容;建设用地低效、缓慢增长,农村居民点增长面积占较大比重;人均农村居民点面积逐渐增加。以1978-2002年的统计数据为基础,用主成分分析和回归分析相结合,对耕地面积变化的驱动力进行了研究,结果表明:人口增长、经济发展和土地管理使得耕地面积不断增长,收入和消费的提高以及农业产业结构调整导致耕地面积减少。发达地区的发展历程表明,经济高速发展必然引起农地快速非农化,江州区在土地利用中,必须注意节约用地,保护耕地,减少土地资源浪费,防止环境污染,实现区域土地的可持续利用。     

东南沿海地区土地利用转换态势与机制分析

引进土地利用动态度、利用优势度和类型复杂度评判指标,重点揭示20世纪90年代东南沿海地区土地利用类型转换程度、时空差异及其机制。研究表明:东南沿海地区耕地减少122.2×10⁴hm²,建设用地增加85.9×10⁴hm²。土地利用类型转换态势受区域经济社会发展水平及其结构变动的深刻影响。市场经济体制的完善和个体股份机制的创新为沿海土地利用类型快速转换提供了政策平台。人口增长与技术进步是土地利用类型转换的原动力,并通过推进各类产业园区(包括开发区)、中心村镇建设而作用于土地利用类型转换的全过程。     

1990-2015年朝鲜土地覆被变化及驱动力分析

基于Landsat TM/OLI遥感数据,采用面向对象的图像分析方法,提取1990年和2015年朝鲜土地覆被信息,定量描绘土地覆被变化。结果表明：25年间朝鲜土地覆被共变化1.1×10⁴ km²,林地和湿地分别减少4976.1 km²、203.3 km²,耕地和人工表面分别增加4821.5 km²、80 km²;耕地面积增加明显,94.6%的耕地来源于林地,两者的主要转化区在海拔为100~1000 m、坡度为 8°~35°的坡地;黄海北道的土地覆被变化最显著,其次是平安南道,两江道最不明显。人口增长、经济环境退化和宏观政策的调控等人为因素是推动朝鲜土地覆被变化的主要原因。本文弥补了朝鲜长时间尺度土地覆被变化研究的空白,同时为东北亚地区土地资源可持续利用和生态环境保护奠定了基础。     

基于动态度分析法岩溶区土地利用时空变化分析

通过RS和GIS技术对水城县1999、2005、2009和2015年4期遥感影像进行分类和统计,共分为建筑用地、草地、疏林地、密林地、水体、耕地和裸地7类土地利用类型。提取土地利用信息后采用土地利用转移矩阵和动态度分析法分析了土地利用类型的时空变化情况及发展趋势。最后结合自然、经济、人口等因素分析了土地利用类型变化的驱动力。结果表明:1999-2015年间,研究区建筑用地面积逐年增加,耕地面积先减少后略有增加,裸地面积先增加后大幅度减少,林地面积整体呈现增加趋势,水域面积基本保持平稳。耕地和裸地主要转向建筑用地和林地。各土地利用类型在面积和空间上均处于不断变化之中,但整体变化趋于稳定状态。其中经济发展、人口变化及政策导向是导致土地利用类型发生变化的主要驱动因素。     

中国区域性耕地变化与粮食生产的关系研究——以东北地区为例

以东北地区为例,结合监测数据和农业统计数据,利用GIS技术分别开展耕地数量变化对粮播面积的影响分析、高中低产田内部各县粮食单产变化趋势分析、高中低产田内部耕地数量变化对粮食总产的影响以及粮食作物种植结构变化对粮食生产能力的影响评价与分析。结果表明:①东北地区耕地数量增加了188.8×10⁴hm²,总体呈北增南减趋势;②粮播面积增加了162.67×10⁴hm²,高产区的粮食单产多呈上升趋势,中产区的粮食单产稳中有升,低产区各县的粮食单产有增有减,但多数仍呈上升趋势;③高产田的粮食单产和低产田作物种植面积扩大促进了东北地区粮食总产的增加;④东北地区玉米生产进一步向吉林省集中,大豆、水稻、小麦向黑龙江集中,粮食生产的专业化、区域化趋势明显。     

我国耕地总量的动力预测及其建议

近年来,我国耕地资源总量正在以较大的幅度逐年减少,其原因主要有:建设用地、生态退耕、农业结构调整、灾害损毁等占用,这将危及国家的粮食安全。为解决耕地面积大幅下降的情况,根据我国国情,建立了若干耕地总量动力方程。依据《中国的粮食问题》白皮书提出的实现粮食95%的自给目标,2010年耕地保有量应达到1.2166×10⁸hm2的要求,在数值模拟的基础上提出了若干保护耕地的方案,并对2004～2010年我国的耕地总量进行数值预测。预测表明:①以目前的耕地减损速度仅依靠每年从耕地后备资源中开发补充耕地很难保障国家粮食安全;②在我国耕地减少总量中,生态退耕占了很大的比重,如何协调好二者的关系是保证国家粮食安全的重要方面。因此,建议我国应在降低逐年上升的建设用地对耕地的占用,制订合理的退耕计划下,提倡精准农业、提高粮食单产、降低肉类消费。     

20世纪70年代以来松嫩平原乌裕尔河中下游流域的湿地演变

基于LandsatMSS和TM影像,在GIS技术支持下分析了20世纪70年代中期以来松嫩平原乌裕尔河中下游流域湿地的时空变化。研究表明1976-2000年间研究区湿地变化十分显著,沼泽湿地净减少7.47×104hm₂,分别有约5.58×104hm₂和3.40×104hm₂的沼泽湿地被开垦为旱地和水田。湿地水资源短缺,约8097.70hm₂沼泽变为干草地,1039.58hm₂退化成为盐碱地。因洪水淹没,草地沼泽化面积达到2.74×104hm₂。耕地总面积净增加12.97×104hm₂,8.10×104hm₂的旱地转变为水田。草地面积锐减16.93×104hm₂,其中44.4%被开发为耕地,约22.3%变为盐碱地,中覆盖度草地退化面积达到2.26×104hm₂,但低覆盖度草地退化的速度快。湿地景观斑块数量减少,平均规模缩小,景观更破碎。天然湿地的萎缩和退化与区域气候暖干化趋势和高强度人类活动密切相关。     

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。     

大渡河上游地区景观格局与动态

利用卫星遥感资料,对大渡河上游地区金川、壤塘、马尔康三县18665km²土地的景观格局与动态进行分析。结果显示,1995～2000年,研究地区的景观破碎化程度有所下降,多样性增加,斑块形状不规则性增强。整个景观表现出以草地为基质,以林地变动为主要特征。5年间,有林地面积减少53687hm²,大部分转变为灌木林地和疏林地。有林地的空间动态,如斑块密度下降,形状趋于规则等,显示该地区森林减少主要是有计划采伐的结果。耕地面积的下降则表明当地退耕还林、还草的政策措施已初见成效。     

发展生物能源引发的土地利用问题

在经济发展不断增加对能源的需求和国际上减少温室气体排放的压力下,生物能源得到了各国政府的大力扶持并取得了快速发展。全球燃料乙醇生产总量1975年为5.68×108L,2000年增加到170×108L,2007年迅速增加到511×108L。生物柴油也自2000年的约9.1×108L迅速增加到2007年的132×108L。生物能源的迅速发展带来了关于其对粮食安全影响的激烈争论。论文从剖析近年来关于生物能源发展对粮食安全的影响入手,系统分析了耕地在生物能源生产及其效应研究中的重要作用、近年来生物能源发展占用耕地面积、对土地利用变化的影响及其对农户耕地利用决策行为的影响机制。研究发现:①土地作为生物能源生产的主要资源投入类型,是其对粮食安全产生影响的最重要媒介;②近年来生物能源占用耕地面积呈不断增加趋势,2004年,全球生物能源占地1 400×104hm2,约为全球耕地总面积(140 583×104hm2)的1%,到2007年,占地4 221.7×104hm2,相当于2004年的3.05倍,据保守估计到2030年,将占地5 300×104hm2;③发展生物能源直接带来林地、草地和农用地等土地利用类型之间,以及不同农作物类型之间的土地利用冲突,并带来土地利用方式的显著变化;④从农户尺度看,相对于粮食作物,能源作物具备较高的经济收益,根据对广西武鸣县的农户调查得出,2009年木薯纯收益为11 123.04元/hm2、甘蔗为12 138.36元/hm2,远远高于稻谷(6 984.04元/hm2)、玉米(5 104.61元/hm2)、花生(2 851.36元/hm2),收益上的比较优势是其播种面积不断增加的根本原因。     

京津冀“生态系统服务转型”及其空间格局

以1980年、2000年、2015年土地利用类型、NPP和统计数据为基础,运用GIS和生态系统服务价值测算方法,分析京津冀食物生产与固碳释氧两种服务的变化及其空间格局,揭示“生态系统服务转型”的原因。结果表明:（1）35年来,京津冀土地利用变化以建设用地扩张和耕地减少为主。1980年和2000年,NPP的高值区主要位于山区,2015年NPP的高值区主要位于平原。（2）1980-2000年京津冀生态系统服务变化以食物生产服务增加与固碳释氧服务降低为主,2000-2015年京津冀以食物生产服务与固碳释氧服务同时增加为主。“生态系统服务转型”模式为“食物生产+固碳释氧–”→“食物生产+固碳释氧+”。（3）农业生产力提升、林地面积与质量和耕地质量、草地质量提升是“生态系统服务转型”的主要原因。     

Shrinkage and fragmentation of grasslands in the West Songnen Plain,China

In the past century, especially the past five decades, the grasslands of the West Songnen Plain, Northeast China, were rapidly converted into croplands and salinized wasteland, and experienced a fragmentation process that is still ongoing. Almost no information is available on the spatial-temporal changes of grasslands in this area. In this study, grassland cover change, agricultural reclamation and salinized wasteland expansion were investigated during the past five decades. Grassland fragmentation was studied based on four landscape metrics. The grassland cover change was detected from a time series of topographic maps from 1954, satellite images of Landsat TM in 1986, 1995, and 2000 using remote sensing and geographic information systems (GIS). In addition, the land use changes were analyzed using a transition matrix of land use types, while the driving forces were explored according to climatic changes and socioeconomic developments. The results indicated a significant decrease in grassland area. Of the 1 418 945 ha of native grassland in 1954, approximately 64% was removed by 2000, while the number of patches (NP) increased from 865 to 2035 and the mean patch size (MPS) decreased from 1640 ha to 252 ha. During the whole study period, the average annual decrease rate of grassland was 34 894 ha/year. Cropland and salinized wasteland were the two main land use types into which grassland converted. During the past decades, obvious climatic changes occurred, which supplied a favorable potential environment for agricultural development but damaged grassland productivity. On the other hand, population, GDP and livestock number increased significantly as grassland quality decreased. According to the results, the shrinkage and fragmentation of grasslands may well be explained by socioeconomic development and aided by changing climatic conditions.     

面向碳中和的中国低碳国土开发利用

基于IPAT和IBIS模型在预测人为碳排放和陆地生态系统碳汇的基础上,探讨了中国2060年实现碳中和的可行性以及不同土地利用方式承载的碳汇分布。2060年我国人为碳排放预计为0.86 Pg C yr ^-1;IPCC报告中RCP 2.6和RCP 6.0情景的陆地生态系统分别中和33%和38%的人为碳排放。2060年林地、草地、耕地是陆地生态系统碳汇主要贡献者,占93%;与2030年比,在RCP 2.6情景下林地和草地的碳汇贡献分别下降10%和8%,而耕地上升18%;RCP 6.0情景下林地和草地的贡献分别下降7%和2%,而耕地上升4%。但若按2051—2060年间两种情景下的最高年份（2055年）的碳汇计,则分别可以中和65%、82%的人为碳排放。据此,提出为实现2060年碳中和,应以碳承载力为基础,聚焦区域国土空间规划和建设用地开发规模,对土地利用转变进行严格管控,探索制订土地利用碳排放标准。     

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。