鄂尔多斯十大孔兑区植被生产力变化趋势对土地利用转移的响应

归一化植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)是衡量区域植被生产力变化的一个重要指标,而土地利用/覆盖变化(Land use/cover change,LUCC)进程深刻影响了陆地生态系统空间分布格局及其生产力变化。因此本文结合趋势分析和转移矩阵法,从中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)NDVI年际变化角度分析鄂尔多斯北部典型农牧交错区(十大孔兑地区)2000-2015年植被生产力的变化趋势与LUCC的关系。结果表明:(1)在农牧交错区植被生产力总体呈增加趋势,其中显著增加和不显著增加区域面积占总面积的89.41%,分别为22.01%和67.4%;其后依次为不显著减少区域、无变化区域和显著减少区域,面积比例分别为4.59%、3.32%和2.68%。(2)在不显著增加和显著增加区,土地转换面积分别为235146.08 hm2和82761.76 hm2,草地转为农田、林地、水体、建设用地和未利用地尤其是草地转为农田导致对应区域植被生产力增加。     

基于RS和GIS的陕西省洛川县土地利用类型和植被覆盖变化特征

明确土地利用类型转变和植被覆盖度变化的范围、幅度和归因是评估生态工程环境效应的前提。然而,在黄土高原塬区县域尺度类似的研究鲜有报道。基于长时间序列NDVI数据和Landsat系列卫星数据,探究了黄土高原洛川县土地利用和植被覆盖度的变化状况。结果表明：退耕还林（草）工程实施以来,洛川县植被覆盖度从0.6（2000年）增至0.9（2020年）,耕地面积减少了481.8 km²,其中212.8 km²为坡度＜15°的适耕区转为苹果园,耕地改种苹果后植被覆盖度从0.5增至0.8。由于坡耕地还林草的面积在洛川县土地变化总面积中仅占1.5%,远小于其他地类改种苹果的面积（占20.0%）,因此,洛川县植被覆盖度的提升主要是政府大力推广苹果树种植的结果。本研究可为黄土高原经济林建设提供基础数据和科学参考。     

广东省土地覆盖变化对植被净初级生产力的影响分析

理解土地利用/覆盖变化对植被净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）的影响对于全球碳循环和粮食安全具有重要意义。论文采用优化的CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）模型估算广东省2000、2005和2010年NPP,分析NPP的空间格局和土地覆盖的时空动态,研究土地覆盖变化对NPP的影响。结果表明：1）广东省NPP空间分布不均,形成一系列高值区和低值区;总体上是粤中区最高,珠三角区最低。2）2000—2010年广东省土地覆盖变化程度增强,城市用地和耕地变化最大,主要集中在珠三角区和粤中区。3）在气候变化条件下,以城市扩张为主导的广东省土地覆盖类型变化整体上造成NPP的损失,损失量主要来自林地和耕地向低生产力土地覆盖类型的转换,尤其是被城市用地占用;不同生态区NPP损失差异显著,珠三角区和粤中区NPP损失较为严重;2005—2010年珠三角区NPP损失量有所降低,其他生态区均有所增加,体现了城市扩张对NPP影响的复杂性。     

1954—2000年渤海湾典型海岸带(天津段)景观空间格局动态变化分析

基于GIS技术和景观生态学方法,以渤海湾典型海岸带(天津段)为研究区,分析了该区域1954,1970,1981,1990和2000年的土地利用和覆盖变化特征,并在空间上反映出各时期的重点退化区域. 结果表明:1954—2000年研究区内高功能景观面积减少51.98%,主要是草地、沼泽和滩涂退化成农田、盐田、港口和养殖塘等经济价值较高的类型,其中以1954—1970年为高功能景观退化的最快时期,平均每年退化3 684.50 hm2,以沼泽和草地退化最为明显. 人口增长、滩涂利用和围海造地以及近岸环境污染是其重要的驱动力.      

太仆寺旗2000-2008年EVI对气候及土地利用变化的响应

以位于北方农牧交错带的太仆寺旗为研究区,利用2000-2008年MODIS-EVI数据和周边45个气象站点同期月气温、降水资料,分析了近10 a该区EVI的时空变化及年最大EVI与气候因子的相关性。结合2000年和2005年的土地利用数据,分析了各地类EVI对气温、降水变化的响应及各地类变化过程对EVI变化的影响。结果表明:年最大EVI与6-7月平均气温呈显著负相关,与同期总降水呈显著正相关,相关系数均大于0.9;各地类EVI与气候因子相关性差异明显,退耕前,仅草地EVI对气候变化敏感,退耕后,耕地、林地EVI与气候因子相关性显著增强;耕地变草地、林地变耕地分别导致EVI减小2.27%和1.42%,林、草相互转变导致EVI分别减小0.71%和0.67%,说明退耕还林还草等措施未必促进植被恢复,受其他自然及人为因素影响。     

人口增长胁迫下的全球土地利用变化研究

人口和耕地、草地、森林４个因子构成一个理论上以人为中心的全球人地关系系统,在这个系统中,人口总量的变动势必引起耕地、草地和森林面积的数量增减和相互转化。该文构建了一个简单的人-地关系平衡模型,对１９７０～１９９５年和未来５０年全球人口增长胁迫下土地利用变化进行了分析。结果表明：①全球２５年来,在人口增长了５４６％的情况下,耕地面积和草地面积并没有大幅度增减。维持相对稳定的机制是以扩大灌溉面积和大量投入化肥为标志的农业技术进步使土地生产率提高了６３９％,从而抵消了人口增长胁迫耕地面积增加、草地和森林面积相应减少的压力。②未来５０年当中,人口将增加７４％,达到１００×１０^８,人均耕地、草场和森林面积将分别减少到低于０１３ｈｍ^２、０３４ｈｍ^２和０３７ｈｍ^２,在此情况下,由于将耕地面积扩大７４％不大可能,现有全球土地利用（覆盖）格局能否保持稳定的关键是依靠农业技术进步使耕地生产率提高７４％以上。③由于在原有维持土地覆盖变化相对稳定的机制中,扩大灌溉面积和大量投入化肥在未来难以继续发挥作用以提高土地生产率,假定现有耕地面积保持不变,现有耕地生产率水平不变,到２０５０年,耕地仍能养活比届时地球上预测生存人口还     

铜尾矿库坝面土壤微生物群落动态的驱动因子

随机过程和确定性过程对群落动态的影响机制及重要性是群落生态学研究的中心课题,也是目前群落生态学最具争议的问题.微生物群落在生态系统物质循环和能量流动过程中发挥着重要作用,对其结构动态的研究不仅为阐明群落构建机制提供重要的数据支持,而且为预测环境胁迫条件下微生物群落结构的动态提供理论依据.本研究通过Illumina MiSeq测序的方法,分析了中条山十八河尾矿库坝面不同恢复阶段细菌和真菌群落结构特征.结果表明,研究区尾矿坝不同恢复年限土壤理化性质发生梯度变化,植物群落结构呈现一定的演替趋势,植物群落多样性与土壤养分显著相关,而与土壤重金属含量无相关性.不同恢复年限的土壤微生物群落结构具有显著差异,其中优势细菌主要有变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、酸杆菌门（Acidobacteria）;优势真菌主要有子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）、接合菌门（Zygomycota）.微生物群落组成主要受到土壤养分和重金属含量的影响,而植物多样性对微生物群落结构的影响不明显,表明在局域小尺度环境胁迫条件下,土壤环境因子是微生物群落结构动态变化的主要驱动力.     

基于土地利用转型视角的“亚喀斯特”区域生态环境效应研究——以黔中部分地区为例

在遥感与GIS的支持下,以1995、2000、2005和2010年的TM影像及2015年的Landsat8 OLI遥感影像为数据源,从土地利用转型的角度,运用区域生态环境质量指数和土地利用转型类型的生态贡献率对亚喀斯特地区的土地利用/覆盖变化过程及生态环境效应进行了定量分析。结果表明,1995~2015年间,亚喀斯特地区土地利用/覆盖变化较为显著,其中生活用地和生态用地面积增加,而生产用地面积减少,主要表现为农业生产用地向城镇、农村生活用地及林地生态用地的转化。计算得到亚喀斯特区域5期的生态环境质量指数分别为0.540 2、0.539 7、0.552 3、0.558 1和0.561 5,生态环境质量总体维持稳定,呈一定的上升趋势。致使亚喀斯特区域生态环境质量改善的主要原因是农业生产用地向林地、草地和水域生态用地的转化;致使生态环境恶化的主要是农业生产用地向城镇、农村生活用地等的转化,但生态环境改善的趋势要大于恶化的趋势。     

AVHRR草地分类的潜力和局限:以锡林郭勒草原为例

AVHRR-NDVI已广泛应用于宏观土地覆盖研究,但在区域研究中应用比较少。论文根据1999年锡林郭勒草原4种草地NDVI的动态过程,结合对应AVHRR提供的额外信息,对4种草地进行了分类。首先,根据全年NDVI低平的特点检测出荒漠;第二,使用6月Ch3>3180和Ch5>3100区分出沙地草地;第三,使用8月Ch2>200或6～8月NDVI_6～8月>1.2检测出长势良好的草甸。与基于TM的草地图比较,AVHRR的分类结果失去了许多细节,但对土地覆盖长期变化研究仍有价值,特别是对沙漠化过程的监测。需要进一步的研究才能确定AVHRR在区分长势差的草甸和典型草原方面的潜力或局限。     

土地利用/覆被变化对张掖黑河湿地国家级自然保护区景观破碎化的影响

在遥感和GIS技术支持下,基于1975-2010年长时间序列遥感影像,结合转移矩阵模型等方法,阐述了张掖黑河湿地国家级自然保护区及其周边区域的土地利用/覆被变化状况。选取斑块密度指数、聚合度、斑块平均面积指数、斑块形状破碎化指数等指标,系统分析了保护区内湿地景观破碎化过程,据此探讨了保护区及其周边区域土地利用/覆被变化对保护区内湿地景观破碎化过程的影响。结果表明:①保护区内及其周边地区的耕地比重分别增加了7.67%和5.5%,湿地比重分别减少了6.91%和0.4%;②保护区内湿地逐渐由研究初期大面积斑块体占主导、空间上连续分布的格局趋于景观破碎化;③区域土地利用/覆被变化直接导致了保护区内湿地平均斑块面积的缩减,间接降低了湿地斑块间的聚合度等;④保护区内湿地景观破碎化对土地利用/覆被变化的响应主要表现为各景观破碎化指数对大规模的耕地开垦等开发活动的响应上。     

土地利用的经济生态位分析和耕地保护机制研究

土地利用变化包括土地利用结构和土地利用强度两个方面,是土地利用类型从低生态位层次向高生态位转变的自组织行为。对不同层次的土地利用生态位进行控制与协调,才能实现一定耕地保有量下土地利用资源场的均衡。而这种均衡正是耕地总量动态平衡得以实现的前提。在生态位势理论与系统边界理论的基础上,论文构建了土地利用经济生态位的模型,并以江苏省锡山市为例定量分析了不同土地利用类型相互作用的强度。研究显示,经济发达区非农用地与农用地生态位差较大,城市化进程加快,使耕地更易损失。从资源流动的场论分析角度,探讨了建立耕地保护机制的途径和方法。在目前的水平上,把土地利用生态位作为土地利用/覆被研究中的一种新方法论更有意义。     

农牧交错地带的生态评估对土地整理的启示

开展农牧交错地带的生态评估,不仅能够保障区域内的粮食安全和生态安全,更能启示未来的土地整理工作。利用1986、1996和2000年的3期Landsat数据,应用转移矩阵、生态服务功能分析和景观格局分析等研究方法,对地处典型农牧交错带的镇赉县的土地利用变化、土地利用格局和功能进行研究,结果表明:耕地和草地是研究区域中最主要的土地利用类型;1986～1996年间土地整理工作的重点是耕地与未利用地之间的转变,1996～2000年间土地整理工作的重点是耕地与草地之间的转变。土地形态整理必然引起生态系统服务功能价值的变化,随着研究区域生态环境的退化,对于土地整理过程中不可控制单元(如湿地和水域)的微小变化,必然造成生态系统服务功能价值大幅变动。因此,系统维护与保育整个生态系统,实现整个区域的生态型土地整理,是今后土地整理工作的重点和难点。     

土地利用/覆被变化研究的几个问题

近年来土地利用/覆被变化研究取得了许多进展,理论和研究方法有很大发展。其主要趋向是,重视从动态过程角度进行土地利用/覆被变化的分类;强调将土地利用/覆被变化的驱动力区分为自然驱动力和社会经济驱动力,后者则受到研究者越来越大的重视;强调土地利用/覆被变化的模型必须有相应理论的支持,而且所建模型应能动态地模拟不同土地利用之间的竞争;此外,强调在土地利用与土地覆被分类、土地利用/覆被变化的驱动力研究及影响分析中,要重视空间尺度和时间尺度问题。     

土地利用及生态服务价值变化的图形信息特征分析——以松花江流域哈尔滨段为例

以遥感影像资料为依据,运用地学信息图谱方法和Costanza的生态服务价值计算方法,在RS和GIS的支持下分析1996~2005年松花江流域哈尔滨段土地利用及其生态服务价值的时空变化特征。结果表明:土地利用转化过程以耕地-林地、草地-林地和未利用地-林地为主,其中耕地-林地相互转换最为剧烈,林地、水域和建设用地具有较高的保留率,草地、未利用地和耕地具有较高的转换率;1996~2005年研究区的生态系统服务价值总量增加314.543×107元,大面积的耕地、草地转化为生态价值系数较高的林地和水域是其主要原因;生态环境增值区域,耕地转化为水域的贡献率最大,为27.61%,生态环境减值区域,林地转化为耕地的贡献率最大,为3.761%。     

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.     

川中浅丘农区坡地林农复合系统的综合评价

本文从生物量与生产力、能量转化率、营养元素利用率、价值转换效益方面对坡地林农复合系统进行了研究，并用层次分析法（ＡＨＰ）进行了综合效益评价。结果表明，复合系统与对应的对照农地系统相比，前者具有生物量、能量、营养元素、价值的积累效应和较大生物生产潜力，对辅助能、光能、营养元素利用率以及经济效益均比较好。在８个系统中，以一台地林农复合系统的综合效益为最高。     

基于一级水生态分区辽河流域景观格局时空动态分析

以辽河流域四个一级水生态分区为研究区,基于1990、2000、2005年TM影像,应用GIS技术,采用转移矩阵和景观指数方法,对辽河流域1990～2000年和2000～2005年期间土地利用和景观格局的变化进行了综合分析。结果表明:1990～2000年间水生态Ⅰ区耕地减少显著,减少的耕地主要转变为林地,而2000～2005年间草地面积大幅度减少,减少的草地主要转变为耕地;1990～2000年间水生态Ⅱ区耕地面积大幅度减少,耕地主要转变为草地和林地,2000～2005期间耕地大幅度增加,主要来源于草地;1990到2000年间水生态Ⅲ区耕地面积大幅减少,耕地主要转变为林地,2000～2005年大量林地转变为耕地和建设用地;水生态Ⅳ区包括浑河和太子河流域,其中浑河流域在1990～2000年时期景观格局的变化类型主要是由耕地转变为林地和建设用地,太子河流域耕地主要转变为林地。2000～2005年时期浑太河流域景观格局变化类型主要由减少的林地流向耕地。景观指数分析得到辽河流域景观变化的总体趋势是:形状更加复杂,异质性增加,破碎化程度加剧,尤其以建设用地的破碎度最高,并且有逐年增加的趋势。Ⅰ区和Ⅱ区景观连通性和聚合度在1990～2005年时期呈上升趋势,而在Ⅲ区和Ⅳ区在2000年景观结合度和连通度最低。研究时间内Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ区景观多样性和均匀性指数在前期变化不显著,后期显著上升,Ⅲ区多样性和均匀度最高时期是2000年,1990年和2005年差别不显著。     

Increasing land pressure in East Africa: The changing role of cassava and consequences for sustainability of farming systems

Increasing land pressure during the past three to four decades has transformed farming systems in the mid-altitude zone of East Africa. Traditional millet-, cotton-, sugarcane- and/or banana-based farming systems with an important fallow and/or grazing component have evolved into continuously cultivated cassava or cassava/maize-based systems. Within three to four decades, cassava cultivation increased from 1–11 to 16–55% of cropped fields in our six study sites. Declining soil fertility, and not labour or food shortage, was apparently the primary trigger for this transformation. The land use changes have increased nutrient offtakes and reduced nutrient recycling rates. Cassava and maize now account for 50–90% of nutrient removal. Whereas single-season fallows were the most important source of nutrient recycling on cropped fields in the past, currently cassava litterfall and maize stover contribute roughly 70% of nutrient recycling, with 50–70% of N, P and K recycled in cassava litterfall. This may explain why many farmers reason that cassava ‘rests’ the soil. With increasing land use pressure farmers progressively use cassava as an ‘imitation fallow’ throughout their farm. Farmers increasingly target cassava to poor fertility fields characterized by low pH and available P. High cassava intensities are nonetheless maintained on more fertile fields, probably to guarantee regeneration of soil fertility on all fields. Once cassava is targeted to poor fertility soils, farmers have run out of low-input management options and need to intensify management to maintain system productivity. As cassava is now used by more farmers and on a larger acreage than fallowing in the studied farming systems, cassava cropping could perhaps serve as an excellent entry point to strengthen system sustainability.     

西藏生态系统碳蓄积动态的土地利用/覆被变化归因分析

论文利用InVEST模拟了2001—2010年西藏生态系统碳蓄积动态变化,并从土地覆被类型转移和土地覆被碳密度变化两方面对碳蓄积动态进行归因分析。研究发现：1）2001—2010年西藏碳蓄积增加0.5×10⁸ t。藏西北、藏东南碳蓄积变化较大,藏中、藏北相对稳定。牧区碳蓄积增加,农区、半农半牧区减少。水源涵养区和防风固沙区碳蓄积增幅大,生物多样性保护区和特色产业区下降。草原碳蓄积持续增长,森林、稀疏植被碳蓄积稳中有降,灌丛碳蓄积下降。2）草地、林地等碳密度高的地类面积增加,灌丛、稀疏植被等碳密度低的地类面积减少,土地覆被类型转移增强了碳蓄积功能,对碳蓄积变化的贡献率为269%。3）森林等碳密度较高的地类碳密度下降明显,稀疏植被等碳密度较低的地类碳密度略有增加,碳密度变化对碳蓄积变化的贡献率为-169%。     

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。