中国西北干旱地区水资源利用效率及其影响因素

水资源的有效利用是中国西北干旱地区经济社会发展的重要战略问题。利用带有非期望产出的数据包络分析方法测度2004—2015年中国西北干旱区水资源利用效率(ETE),并将其与未考虑非期望产出的水资源利用效率(TE)进行对比,发现ETE值要明显小于TE值,表明传统效率测度方法会高估效率水平;从时间演进来看,2004—2015年间,西北地区水资源利用效率呈快速上升趋势;西北5省区水资源利用效率的省际分布不平衡,陕西、青海、新疆的效率值接近最佳前沿面,甘肃和宁夏效率值低。采用α收敛法分析西北5省区水资源利用效率的收敛性,发现不仅无收敛趋势,反而呈发散状态,表明未来区域水资源利用效率差距将进一步拉大。借助Tobit模型分析西北地区水资源利用效率的影响因素,发现经济发展水平、产业结构、城镇化水平和水资源禀赋对水资源利用效率有正向影响,政府干预为负向影响。     

黄河流域农业资源环境效率时空演化特征及影响因素

探讨农业资源环境效率对于推动黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。通过构建农业资源环境效率综合评价指标体系,采用超效率SBM模型和空间计量模型,对1990—2017年黄河流域9省(区)农业资源效率时空分异特征及其演变过程进行测度与刻画,并进一步探讨其影响因素。结果表明:(1)研究期间黄河流域9省(区)农业资源环境效率总体呈现缓慢波动上升趋势,且总体水平较低,山东和四川处于引领地位。(2)黄河流域农业资源环境效率总体呈现下游上游中游的空间分布格局。从空间格局演化来看,流域农业资源环境效率空间分异特征较为明显,呈现以山东和四川为核心的"双核"特征;从上、中、下游来看,则呈现"中心-外围"特征。(3)从影响因素结果分析来看,农业经济发展水平、农业生产技术水平和种植业结构对流域农业资源环境效率具有显著促进作用,而财政支农政策、工业化水平、环境规制和农业受灾率则具有一定阻碍作用。最后,提出了黄河流域强化农业科技支撑、农业生态环境保护和农业基础设施建设等方面的对策建议。     

黄河流域水足迹公平性分析研究

黄河流域是中国重要的能源基地和粮食主产区,水资源短缺成为流域高质量发展的阻碍之一,而有效实现水资源公平性配置是解决此阻碍的重要手段.因此,通过构建三维水足迹模型分析黄河流域水足迹时空差异,并借助基尼系数反映流域内各省区的水足迹公平性且提出改进策略.研究结果表明:1)2005—2018年,黄河流域人均水足迹呈波动上升趋势...     

Changes in distribution patterns of weed species richness in agricultural lands on Qinghai-Tibet Plateau under climate change北大核心CSCD

农田杂草是阻碍农业生产的主要因素之一.明确农田杂草丰富度分布格局对农业生产管理具有重要意义.以青藏高原农田杂草为研究对象,利用物种分布模型探讨基于县域尺度的农田杂草物种丰富度分布格局及其未来(2050s)的变化,利用逐步回归筛选影响物种丰富度的环境因子,基于传统最小二乘法(OLS)和地理加权回归模型(GWR)分析环境因子对农田杂草物种丰富度的影响,并对两种分析方法进行比较.结果显示:(1)分布在青藏高原的农田主要杂草有51科284种,其中59种单子叶杂草、222种双子叶杂草、135种一年生杂草和149种多年生杂草.青藏高原农田杂草物种丰富度呈由西向东递增的变化规律,物种丰富度中心(丰富度值为167-194)主要集中在一江两河、河湟谷地和川西北等地区;(2)全球气候变化背景下,未来(2050s)青藏高原农田杂草物种丰富度整体呈由东南向西北方向增加的趋势,其中SSP1-2.6情境下最多增加43种,SSP5-8.5情境下最多增加49种;(3)GWR模型优于OLS,其结果表明青藏高原农田杂草物种丰富度的主要驱动因子是最冷季平均温、太阳辐射和最干月降水量,上述变量对杂草丰富度的影响存在明显的空间差异性,其中最冷季平均温由南向北逐渐从负向影响转变为正向影响.太阳辐射整体在青藏高原东部边缘等地区对农田杂草丰富度起正向的影响,在藏东南、青藏高原北部边缘等地区起负向的影响.最干月降水量对整个研究区域起负向影响,并表现出影响力由南向北逐步递增的趋势.上述结果表明青藏高原农田杂草物种丰富度调查不足,实际观测到的丰富度值明显低于当前气候下潜在的丰富度值,存在低估现象.当前气候背景下的农田杂草物种丰富度中心分布地区在未来仍是重点监管对象,且未来青藏高原部分地区作物可能面临新的杂草入侵风险.建议未来研究应注重于青藏高原粮食主产区农田杂草群落结构和功能调查、杂草和作物种间关系、耕地尺度上丰富度驱动因子分析等方面,为区域杂草管理和防治提供充分科学依据.(图6表2参53)     

黄土高原地区水资源承载力动态变化及灰色拓扑预测——以山西、陕西、宁夏、甘肃四省为例

研究水资源承载力对促进区域水资源的合理开发和保证经济可持续发展具有十分重要的作用.文章采用模糊综合评价方法,以水资源利用率、降水量、人均占有水量和生态用水量作为评价因素,首次对黄土高原水资源承载力进行了大尺度综合评价,并建立灰色拓扑预测模型对其动态变化进行预测,在此基础上提出了黄土高原水资源可持续利用对策.结果表明:黄土高原四省水资源承载力在1994-2004年间总体上呈缓慢上升趋势,水资源开发潜力呈微弱增大趋势;但值得注意的是,黄土高原水资源开发已有一定规模,其水环境仍十分脆弱,需要进一步作好节水和水资源的保护工作.     

Predicting future invasion risk of three widespread malignant weeds on Qinghai-Tibet Plateau,using multi-algorithm ensemble models北大核心CSCD

农田恶性杂草相比普通杂草的传播更为迅速且难以有效防治,对农业生产危害严重.明确典型恶性杂草当前潜在分布面积及未来气候变化下对耕地的潜在入侵风险对农业生产管理具有重要意义.以广泛分布于青藏高原农田中的3种常见恶性杂草,即野燕麦(Avena fatua L.)、一年生早熟禾(Poa annua L.)和狗尾草[Setaria viridis(L.)P.Beauv.]为研究对象,利用广义增强模型(GBM)、广义线性模型(GLM)、人工神经网络(ANN)、最大熵(MaxEnt)、随机森林(RF)及多元自适应回归样条(MARS)算法集合预测上述3种杂草在青藏高原的潜在地理分布以及驱动其变化的关键因子,以评估其对耕地的入侵风险.未来气候场景采用最新的第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)框架下2050年的4种共享经济路线(SSP1-2.6、2-4.5、3-7.0、5-8.5).结果显示:野燕麦适宜分布区面积约为3.5912×10^(5) km^(2),主要分布于四川西南部及青海东部,零星分布于甘肃、西藏和新疆;一年生早熟禾和狗尾草的适宜分布区面积约为4.3046×10^(5) km^(2)和2.0036×10^(5) km^(2),均主要分布于四川西南部和西藏东南部,零星分布于青海东部和甘肃南部.年均温是3种杂草分布的最主要驱动因子.此外,人类足迹和土壤有效氮是影响野燕麦分布的相对重要因子;土壤酸碱度、最暖季降水量是影响一年生早熟禾分布的重要因子;温度季节性、最暖季降水量是影响狗尾草分布的重要因子.预计至2050年,3种杂草在4种情境下均会出现不同程度的扩张,狗尾草的扩张面积表现出随辐射强迫的增强呈先升高后趋于稳定的趋势,而另两种杂草则呈先升后降的趋势.预计3种杂草的潜在分布面积在耕地中的占比与扩张面积的变化趋势一致,且在主产区的占比高于非主产区.模拟结果表明,未来气候变化下,随着3种恶性杂草的适宜分布区面积的扩张,其对青藏高原耕地的入侵风险将增加,尤其是粮食主产区所面临威胁更为严峻,建议应重点关注青藏高原粮食主产区恶性杂草的生理生态、迁移扩散和防治技术研究.(图6表2参61)     

昌江流域土地利用冲突时空演变及关键影响因子探析

科学认知土地利用冲突的时空演变规律,揭示其关键影响因子的作用,对区域可持续发展具有重要意义。以水土资源矛盾明显的昌江流域为研究区,利用景观格局指数构建土地利用冲突量化模型,以反映流域内2000—2020年土地利用冲突空间位置及强度变化,应用随机森林模型评判重要影响因子,以偏依赖关系图刻画影响因子对土地利用冲突强度变化的边际响应。结果显示：(1)2000—2020年昌江流域土地利用冲突总体处于基本可控状态,且高冲突值呈环绕城区、沿河流水系两侧分布的特点,城乡交错带成为冲突发生的主要空间单元,流域内对水资源的竞争矛盾突出,整体冲突强度大小表现为中游>下游>上游。(2)在影响因子中,距主要道路距离、人口密度等社会人为干扰及年均降水量、距主要水系距离等水资源条件对土地利用冲突强度变化起关键作用。(3)各影响因子与土地利用冲突强度之间呈非线性响应关系,人口的集聚效应、自然本底的约束性等是造成非线性响应的重要原因。昌江流域需要合理制定水资源配置方案,同时严格控制社会经济发展过快带来的城乡用地矛盾。     

近50年淮河流域气候变化时空特征分析

在全球气候变化的背景下,流域水资源、农业和生态环境将对气候变化有不同程度的响应,研究淮河流域气候变化趋势和空间特征,将有益于制定应对气候变化的策略。利用1961─2010年淮河流域145个地面气象站观测资料,对近50年以来淮河流域常规气象要素的时间和空间特征进行分析,得出以下结论,(1)全流域年平均气温表现出升高的趋势,年平均气温变化有显著的空间差异性,南四湖地区、淮河干流中下游以南以及伏牛山区,为气温显著上升区;山区最高气温上升缓慢,而最低气温上升明显;全流域平均气温日较差有下降的趋势,气温日较差的空间变化呈现出流域中部平原区减小而其他地区增加的分布特征。(2)全流域地面气压呈降低趋势,空间差异性增大,淮河流域广大平原为降低速率慢的区域,上游桐柏山区和大别山区则为降低速率快的中心;风速的变化及其空间差异性总体上均呈减小趋势,但在淮干上游山区、沂蒙山区以及里下河沿海地区地面风速有增大的趋势。(3)流域西部相对湿度呈微弱增大的趋势,而流域东部呈微弱减小的趋势;日照时数逐年递减的趋势比较明显,空间上呈现流域西部递减的趋势比东部明显。(4)年均降水量以淮河干流为界,呈现南部增多,北部减少的特征,导致流域年平均降水量南多北少的空间分布差异呈增大趋势。     

山东赤松种群的空间分布型及强度

利用分布类型和聚集强度指数对山东主产区赤松种群的空间分布型及强度进行了初步研究,结果表明：鲁东丘陵区的赤松种群生林一般表现为负二项分布和奈曼分布,鲁中南山地丘陵区的人工林则呈现均匀分布;在赤松种群不同发育阶段,出现了由幼苗→幼树→大中树扩散态势的一般规律,但鲁东丘陵区次生林由于受人为、虫害等因素的影响,其分布类型和聚散态势呈明显的多样化,鲁中南山地丘陵区人工林则表现为聚集→扩散的独特态势。     

基于Voronoi图的农村居民点空间分布特征及其影响因素研究——以北京市昌平区为例

采用GIS查询统计与Voronoi图CV值相结合的分析方法,研究了地形、公路及河流等环境因素对北京市昌平区农村居民点空间分布特征的影响.结果表明:地形是影响农村居民点空间分布的主导因素,平原地区农村居民点用地比例较高,规模较大,密度较高;山区农村居民点用地比例较低,规模相对较小,密度也较低.公路交通是影响农村居民点空间分布的重要因素,91.19%的农村居民点分布在距离主要公路距离小于1 500 m的范围内;河流对农村居民点分布也有一定影响,距离河流越远,农村居民点密度越低.     

上海崇明县植被覆盖度动态变化遥感监测研究

植被覆盖度是用于描述和评价生态系统的重要参数。基于1989、2001、2006年的TM/ETM+遥感数据,以上海市崇明县为研究区域,利用改进的像元二分模型,估算出不同时期内崇明县的植被覆盖度,并对其变化进行了定量分析。结果表明:1989-2001年,植被覆盖度负向变化地表约10.17%,正向变化约20.58%,乡镇和湿地区域正向变化的面积大于负向变化,农场区域则相反;2001-2006年,负向变化约29.1%,正向变化约12%,农场和湿地区域正向变化的面积大于负向变化,乡镇区域则相反,并且随着城市化进程的深入,各土地用地类型的植被覆盖度变化在一定程度上都呈现出生态退化的趋势。     

蓝藻水华强度的显著相关环境因素识别模型

为识别蓝藻水华强度的显著相关环境因素,克服现有研究中因变量选择不合理、时间与空间精度较低等问题,构建了以蓝藻水华强度等级为因变量,以水质、水文和气象3类监测指标为自变量的多元线性回归模型,并将该模型应用于太湖蓝藻水华研究.基于水华面积和集聚强度数据,用7级量表生成水华强度等级值,使因变量具有宏观性,避免了仅使用叶绿素a浓度等类似指标表示水华强度所体现出的微观性不足.该数据集的时间精度达到每天采样2次,空间精度则达到太湖湖湾内的某个水域空间范围.因此因变量具有适度宏观性,而自变量的值则与因变量的值在较高的时间和空间精度基础上严格对应.模型的分析结果显示,太湖大贡山水域蓝藻水华强度与气温和硝酸盐浓度呈显著正相关,与风速、湿度和电导率呈显著负相关.上述结论与该研究领域的主流结论一致,验证了该模型的有效性.     

规模化牛场废水灌溉对土壤水分和冬小麦产量品质的影响

通过田间小区试验,设置不同的牛场废水灌溉次数,研究了冬小麦牛场废水灌溉过程中土壤水分和冬小麦产量品质的变化特征,结果表明,灌溉牛场废水土壤水分迁移和土壤贮水量与灌溉清水无显著差别,水质对土壤水分变化影响很小;冬小麦生育期内分别灌溉牛场废水2、3和4次与正常施肥灌溉施肥相比,冬小麦产量和灌溉水生产效率提高,分别提高了4.61%、6.48%、6.63%,4次牛场废水灌溉冬小麦产量略有下降,这说明灌溉牛场废水次数过多会对冬小麦造成一定的负面影响;牛场废水灌溉次数越多冬小麦籽粒中蛋白质质量分数越高,分别提高了2.50%、5.83%、8.03%,而全磷质量分数则有降低趋势。综合考虑,冬小麦生育期内牛场废水灌溉次数不应高于3次。     

1961─2010年降水和土地利用变化对淮河干流上中游径流的影响

为了研究近50a来降水和土地利用变化对淮河干流上中游径流变化的影响程度,利用逐日径流和降水资料,采用线性趋势、累积距平、Mann-Kendall非参数检验法和t检验等统计方法,探讨了淮河干流上中游径流的变化趋势、突变等,并基于双累积曲线,构建了降水-径流关系模型,定量估算了降水和土地利用变化对径流的贡献程度。结果表明,(1)淮河干流上游径流量呈增加趋势,其线性倾向率为0.08×10~8 m~3·a~(-1),而中游呈减少趋势,其线性倾向率为-0.38×10~8 m~3·a~(-1),且中游径流量C_v大于上游;上游和中游降水量均呈增加趋势,其线性倾向率分别为0.34和1.72 mm·a~(-1);径流量的年际波动均大于降水量。(2)上游径流量突变年份为1972年,降水对径流量影响的基准时段为1961-1972年;中游径流量突变年份为1985年,降水对径流量影响的基准时段为1961-1985年。(3)相对于基准时段,降水有利于径流增加,而土地利用变化导致径流减少。(4)土地利用变化是引起径流变化的主导因素,对上游和中游径流量变化的贡献率分别为76%和74%;降水对径流量变化起着次要作用,但其影响也不容忽视。     

安徽鹞落坪自然保护区乡村聚落空间格局特征及其影响因素分析

我国自然保护区大多面临生态保护与脱贫攻坚的双重任务。保护区内乡村聚落空间格局则是当地自然环境、社会经济等多重因素作用的结果。开展保护区乡村聚落空间格局研究能够查明保护区内聚落空间特征及分异规律,为今后规范和引导保护区乡村建设,实现生态保护与经济社会协调发展提供决策参考。以安徽鹞落坪国家级自然保护区为例,综合运用GIS技术、景观指数定量分析方法分析鹞落坪自然保护区乡村聚落规模、形态、分布特征,探索地形、水源、区位以及社会等因素对乡村聚落空间格局的影响。结果表明:(1)鹞落坪保护区乡村聚落空间格局呈现出显著的功能区分异特征,核心区、缓冲区聚落规模小、形态复杂、分布稀疏,而实验区聚落规模大、形态规则、分布密集;(2)地形、水系、道路对保护区聚落空间格局有显著影响,区内聚落主要分布在海拔800 m以下,坡度15°以下,距河流、道路200 m以内的区域;(3)保护区聚落空间格局还与人口分布、经济发展、保护政策等社会因素密切相关。     

中国种子植物物种丰富度的大尺度分布格局及其与地理因子的关系

地理因子对物种多样性空间分布格局的影响具有重要意义.文章利用大尺度的物种分布数据以及地理信息,结合GIS和数理统计方法,探讨了中国种子植物物种丰富度的空间分布格局及其与地理因子的关系.结果表明,从南到北,研究区域内物种丰富度总体上呈递减趋势;在经度梯度上,从东到西,物种丰富度呈递增趋势,这可能与其它地理因子的影响有关;在排除其它因子影响的情况下,物种丰富度随着面积的增加,呈递增趋势.但在其它地理因子的综合影响下,面积的影响作用被掩盖或弱化.物种丰富度随着海拔变幅的增加,呈显著递增趋势;物种丰富度与纬度变幅、经度变幅之间不存在显著的(偏)相关性.总体上,纬度、面积和海拔变幅均显著影响物种丰富度的分布格局,但相对而言,面积和纬度起着更为重要的影响.相对海拔变幅而言,海拔变幅与纬度之比值能更好地反映"生境异质性"效应,说明,海拔梯度的"纬度效应"值得关注.     

中国西北气候变暖及其对农业的影响对策

以全球气候变暖和区域降水变率增加为主的气候变化给农业生产和人类食品安全带来严峻挑战。认识气候变化对农业的影响,提出科学的技术对策,是应对气候变化的基础。基于西北5省区气象观测资料,分析西北地区近52年(1961—2012年)气候时域趋势变化和空间分布特征,对比讨论了气候变化对西北农业的主要影响,提出了西北旱作农业应对气候变化的适应技术对策。结果表明,近52年来,西北区域气温呈显著上升趋势,气温变化倾向率为0.312℃/10 a,从20世纪70年代开始气温持续上升,气候变暖的突变点在1991年。西北区域降水量趋势变化空间差异明显,以黄河沿线为界,黄河以西区域降水量呈增多趋势,黄河以东区域呈减少趋势,并且降水量减少的幅度明显高于增加的幅度。气候变暖对农作物生长生育、植物形态结构、产量形成及品质等生理生化过程产生重大影响,对作物种植结构、栽培方式、种植制度,农田耕作层土壤生态环境等也产生了重大影响。要通过优化农业种植结构、调整作物种植制度、改进作物栽培方式、改良作物品种、加强水肥系统协调管理等技术措施来适应气候变化。科学开发利用气候资源,减缓气候变暖的不利影响,积极应对全球气候变化。     

黑河中游地区水循环过程对土壤盐分特征的影响

干旱、半干旱区的土壤盐渍化是重要的生态环境问题。黑河流域是我国第二大内陆河流域,研究该地区的土壤盐渍化问题对于我国西部地区的可持续发展具有重要意义。黑河的中游地区集中了流域内绝大部分人口和经济活动(以农业生产为主)。该研究对黑河中游地区表层土壤进行了全面采样,测定了土壤含盐量及其离子构成;并通过主成分分析确定了表征盐渍化程度的第一主成分和表征碱化程度的第二主成分。结合地表-地下水耦合模拟的结果,探讨了研究区水循环过程对土壤盐分特征的影响。研究结果表明,黑河中游表层土壤的盐渍化程度较高,高台-金塔一带盐渍化最严重,含盐量最高可达31.4%,其次为酒泉北部和张掖南部地区,含盐量在0.20%~0.37%之间。黑河中游土壤的盐渍化程度与地下水埋深密切相关。总体而言,地下水埋深越浅,土壤含盐量的均值越高,而标准差越大。研究区土壤主要呈原生盐渍化,次生盐渍化现象不显著。黑河中游土壤碱化程度较轻,碱化程度和盐渍化程度的空间分布呈反向关系。黑河中游的灌溉活动未造成显著的次生盐渍化,但一定程度上提高了土壤的碱化程度。与以往研究相比,该研究更全面地覆盖了黑河中游地区的代表性地点,并定量分析了区域水循环与土壤盐渍化之间的联系,研究结果对于我国西部地区水土资源的可持续开发利用具有重要参考价值。     

东北典型黑土区农村居民点对水土流失影响研究

从人地关系视角探究典型区域农村居民点布局对生态环境的影响,对合理优化农村居民点分布格局、保障粮食安全具有重要战略意义。以东北典型黑土区克山县为例,综合运用分散度统计、核密度估计、空间关联测度模型等空间分析方法,揭示1988—2018年克山县农村居民点时空演变规律;结合修正通用RULSE模型,采用景观指数分析和广义变异系数的灰色关联度量化模型,探讨农村居民点分布特征对水土流失的影响。结果表明:(1)近30 a来,克山县农村居民点数量急剧增加,分散化趋势明显,以高密度多核心集聚、低密度广泛分布为主要空间分布特征,分布重心向东北部迁移。(2)研究区水土流失以微度、轻度和中度侵蚀为主,水土流失强度空间分布格局与农村居民点的空间分布格局呈现一致性。(3)研究区农村居民点分布特征因子与水土流失面积的关系存在差异,农村居民点分布范围与密度对水土流失具有较强作用。     

基于RS和GIS的长沙城市热岛效应与TSP污染耦合关系

城市热岛效应反映了城市化发展对城市环境的影响,是影响城市生态环境的一个重要因素。文章以长沙市为例,利用3S技术与传统技术相结合对大气中总悬浮颗粒物(TSP)在城市热岛中的作用与贡献进行了研究。结果表明,长沙城市热岛效应与TSP污染在空间与时间分布上都具有耦合关系。采用RS和GIS技术可以从空间上对TSP在城市热岛中的贡献进行研究。长沙市TSP污染的分布特征和热岛强度分布状况基本一致,都是由市中心往外逐渐减轻。TSP高值区,城区呈高温区;TSP低值区,城区呈低温区。采用长沙市TSP高值区、TSP低值区的两个监测点2002年逐月TSP监测数据及相应气象统计数据,从时间上对TSP污染与城市热岛效应进行了相关性研究,长沙市TSP污染与热岛强度在年度分布上存在正相关关系。随着长沙城市建设和城市化速度的加快,城市热岛强度有逐年增强的趋势。3S技术与传统技术相结合,使科学研究更客观、准确。3S技术用于中尺度的区域环境质量调查,可实现空间区域的定量表达,而传统技术获取的环境背景数据,则从微观上对空间数据的准确性进行验证。