生态退耕前后张家口市耕地变化及影响因素识别

耕地变化与相关土地政策密切相关,为揭示生态退耕政策实施前后,耕地变化特征及其影响因素的差异性,该研究以北方农牧交错区——张家口市为例,分析了生态退耕前后（1989—2000年和2000—2015年）耕地变化特征。在此基础上,应用多项Logistic回归模型研究了耕地变化的影响因素。研究结果表明：1）耕地面积由1989年的1 090 031.02 hm²减少到2015年的924 647.32 hm²,持续减少了15.17%,特别是生态退耕后,耕地减少速度加快;但耕地仍然集中分布在张北县、康保县、沽源县。2）生态退耕前后,耕地转出与转入并存。与生态退耕前相比,生态退耕后耕地转换变化总面积增加121 695.72 hm²,其中转出面积增加占88.72%;耕地主要转换去向由草地（17 063.59 hm²）、建设用地（9 007.00 hm²）、林地（8 932.72 hm²）和园地（5 981.19 hm²）,变为林地（51 902.41 hm²）、园地（40 311.23 hm²）、草地（32 292.66 hm²）和建设用地（23 152.11 hm²）。3）生态退耕前后,耕地转换变化的影响因素不同。退耕前,海拔和坡度分别是耕地转为园地、林地和转为草地、建设用地的主导因素;退耕后,耕地转化的影响因素多样化,海拔仍是耕地向园地转换的主导影响因素,人均GDP变化和到最近道路距离分别成为耕地转为林地、草地和转为建设用地的首要因素。基本农田保护区和自然保护区对耕地转为园地、林地和草地也起着重要作用。研究结果能为张家口市耕地保护、生态环境保护及经济社会协调发展提供科学依据。     

基于水资源分区和地貌特征的新疆耕地资源变化分析

以新疆1995、 2000、 2005及2008年4个时期的土地利用数据为基础,结合水资源分区、 SRTM-DEM和数字地貌等数据,分析了基于水资源分区和地貌特征的新疆耕地资源的变化特征,结果表明:①总体上,不同时段各水资源分区耕地空间分布稍有变化,但总体格局保持不变。不同时段各水资源分区的耕地面积有增有减,但增加量远超过减少量,耕地总体呈现出持续增长的趋势,从1995年到2008年,共增加126.39×10⁴ hm²。②对比4个时期26个水资源分区的耕地数值、 变化和升降形式差异,可将耕地变化形式归纳为上升、 先降后升、 先升后降和升降波动四大类。③新疆耕地空间变化存在分区差异。1995至2008年期间,耕地增加值最大者为叶尔羌河流域,为17.36×10⁴ hm²;而额敏河流域耕地面积缩减量最大,减少3.15×10⁴ hm²。④新疆耕地资源主要分布在2 000 m以下的低海拔和中海拔区域,其中以500~2 000 m区域分布最广;耕地资源主要分布于地势相对低缓的平原和丘陵区,以开发流水地貌类型的山前平原地带为主。新疆耕地变化具有很强的空间差异性,与水资源量及利用状况的空间分异密切相关。     

基于耕地多功能需求的巨型城市区耕地保护阈值探讨——以珠江三角洲为例

耕地保护是基于耕地功能需求的保护,生产功能、生态服务功能和景观文化功能等需求是巨型城市区基本的耕地功能需求,其耕地保护阈值应考虑这种耕地多功能需求的区域特殊性。论文以耕地多功能管理为基本理论依据,以现有耕地保护阈值研究为基础,结合生态绿当量、碳氧平衡法和景观格局分析等最小生态用地需求量测算理论和方法,构建了集粮食生产功能和生态服务功能需求于一体的巨型城市区耕地保护阈值测算模型。模型侧重于潜在粮食生产能力的保护和现实生态用地结构的优化,将保护阈值区分为实有耕地保护阈值和其他可耕地保护阈值两部分。到2030年末珠江三角洲耕地保护总阈值为104.17×10⁴ hm²,其中实有耕地保护阈值48.16×10⁴ hm²,其他可耕地保护阈值56.01×10⁴ hm²,模型具有一定的可行性。     

三峡库区社区水平乡村路网对森林景观变化的影响

人为扰动是短时空尺度内森林景观变化或用途转换的主要动力,而乡村路网则成为人为扰动拓展的主要通道。基于1992、2002、2014年三峡库区重庆市石柱县西沱镇3期遥感影像和实地调研数据,在ArcGIS平台支持下,研究社区水平乡村路网对森林景观变化的影响。结果表明：1）1992—2014年研究区乡村路网影响域内次生林、退化林地和耕地的动态变化较显著,集中分布在中西部平坦区。1992—2002年乡村路网缓冲区内森林景观整体呈退化趋势,退化类型以次生林→退化林地、次生林→耕地、退化林地→耕地为主,演化量达1 705.91 hm²;2002—2014年乡村路网缓冲区内森林景观主要呈恢复趋势,恢复类型以耕地→退化林地、耕地→次生林、退化林地→次生林和原始林→退化原始林为主,演化量达1 674.52 hm²。2）相比发现,前一时期研究区乡村路网长度的增加和路网材质的提升很大程度上驱动森林景观的退化,而后一时期低等级路段的消失、废弃或利用率的降低则有助于森林景观的恢复,消失路段恢复率近100%。3）研究有助于丰富人们对社区水平乡村路网影响森林景观变化的理解与认识,为生态文明建设中合理规划乡村路网提供科学依据。     

城市土地利用与地面热效应时空变化特征的关系——以成都市为例

利用2000-2008年TM/ETM+数据,基于遥感、GIS技术与人机交互式判读解译方法获取城市土地利用数据,运用单窗算法和空间建模方法定量反演城市地表温度;在此基础上,对城市土地利用与地面热效应时空变化特征的关系进行分析。结果表明:城市土地利用时空演变以耕地、林地向建设用地、水域转移导致面积快速下降与建设用地不断侵吞耕地为主要特征;土地利用变化导致地面低温区范围减少25.927×10⁴ hm²,常温区和高温区面积分别增加12.093×10⁴ hm²和5.834×10⁴ hm²;高温区中建设用地面积比例最大,建设用地与水域、水田的平均温度分别达最高与最低;地表温度空间格局表现为各温度区呈不同形状的带状分布,热源密集分布在成都市城南高新区、城西住宅区、城中心商贸区以及城东的工业基地等区域,二环路外温度呈下降趋势;建设用地加剧了城市热效应,而水域则缓解了城市热效,不透水性与地表温度的反演结果呈较强的正相关性。因此,研究结论对于热岛效应研究、改善人居环境具有科学意义和应用价值。     

基于WOFOST模型的京津冀地区冬小麦生产潜力评价

研究利用近40年的逐日气候数据,借助WOFOST作物模型模拟分析了京津冀地区冬小麦的生产潜力,通过与实际产量的比较,探讨了提高冬小麦产量的潜力与措施。研究表明：①京津冀地区(除张家口和承德地区)冬小麦光温潜力介于6934~9143kg/hm²之间,从冀中南部向京津地区和冀东北地区逐渐增大,区域平均生产潜力为8037kg/hm²;②冬小麦雨养潜力介于4515~6639kg/hm²之间,由东部和南部随降水量降低依次向西北递减,到冀西北区降至最低,区域平均产量为5771kg/hm²;③影响冬小麦产量的自然因子中,水分是关键限制要素,北部地区也受低温霜冻的影响;④京津冀中部和南部地区的冬小麦生产潜力年际变化波动相对较小,东北部变化波动相对较大;⑤2005-2007年研究区冬小麦的实际单产在2721~7300kg/hm²之间,区域平均5247kg/hm²,相当于潜在产量的50%~80%,其中石家庄地区附近实际产量达到潜在产量的80%以上,天津和沧州地区以及邯郸地区,实际产量与潜在产量的差距较大。     

基于LUCC的艾比湖区域生态风险评价及预测研究

以新疆内陆艾比湖流域典型区域为研究区,基于RS和GIS技术分析1998、2013年土地利用变化,尝试用CA-Markov模型预测2028年土地利用/覆盖变化.借助Fragstats3.4软件,基于土地利用/覆盖变化构建景观生态风险评价模型,分析1998~2028年景观生态风险的时空分异特征.结果表明：（1）1998~2013年,研究区土地类型面积变化明显.耕地面积增加量最大,增加的面积为152139hm²,而未利用地面积减少量最大,减少的面积为67605hm².2013~2028年,耕地和裸露的河床及盐渍地的面积增加明显,增加的面积分别为30730hm²,12427hm²,而未利用地和水体的面积分别从954376hm²和44889hm²,减至921079hm²和37157hm².（2）1998~2028年,研究区生态风险等级空间分布差异明显.高生态风险区面积变化较为显著,其面积分别约占总面积的36.6%,7.3%,23.7%.1998~2028年,全局Moran's Ⅰ值分别为0.436962,0.442202,0.506622,表现为一定程度的正相关.（3）1998~2028年,耕地分布在低,较低生态风险的比重上升,所占百分比分别为58.46%,78.58%,79.9%.林、草地类型的各生态风险等级的所占的比重的波动较大.     

西藏高原生态系统服务时空格局及其变化特征

西藏高原是我国国家生态安全格局中至关重要的区域,维护提升其生态屏障功能是该区生态保护的核心目标。论文分析了1990—2010年西藏高原生态系统类型及其服务能力的时空变化格局,开展近20 a生态屏障功能的综合评估。结果表明：1）近20 a,西藏高原生态系统宏观格局稳定少动,森林、水体与湿地面积略有增加,草地、荒漠面积减少;2）森林、草地、湿地生态系统水源涵养量为895.19×10⁸ m³,平均单位面积水源涵养量为744.48 m³/hm²,近20 a水源涵养服务在波动中有所提升;3）水蚀区土壤水蚀模数为3 876 t/km²,土壤水蚀量为10.31×10⁸ t,生态系统土壤保持服务保有率为66.3%,近20 a土壤侵蚀量下降,而土壤保持服务保有率呈持续上升趋势;4）土壤风蚀模数为1 581.2 t/km²,土壤风蚀量为18.99×10⁸ t,防风固沙服务保有率为66.5%,近20 a由于风场强度减弱与植被覆盖度增加,土壤风蚀量下降,而生态系统防风固沙服务保有率持续提升;5）森林、草地、湿地碳固定服务量为1.95 Pg C,从前10 a略有下降态势转变为后10 a轻微上升趋势。     

基于区域土地利用规划的黄河口湿地退缩风险分析

为了解未来15 a土地利用长期规划对湿地变化的影响,明确建设用地扩张对湿地的威胁,揭示湿地丧失的潜在风险,制定积极的湿地保护策略,根据山东省垦利县2005年TM影像和2005-2020年土地利用规划数据,运用空间分析方法,分析了规划期间建设用地扩展对区域湿地的侵占威胁,并对湿地退缩的潜在风险进行了评估。结果表明:①研究区域现状湿地面积为107 497.80 hm²,占全区总面积的46.32%,湿地资源丰富;湿地类型多;②根据现有规划,到2020年,研究区建设用地平均每年将增长542.50 hm² ;新增建设用地总量中,约29.54%是由湿地转换而来,湿地被建设用地扩展侵占比较严重;③规划期内,湿地面积呈下降趋势,约5 057.53 hm²的湿地将转变为建设用地;县域内各乡镇湿地减少的速度和幅度不同,区域差异较明显,其中董集乡和郝家镇变化幅度较大,垦利街道办事处、胜坨镇和永安镇也高于垦利县平均变化水平;在各类湿地类型的变化上,苇地减少幅度最大,15 a期间减少43.87%,灌溉水田面积减少最多,约2 211.75 hm²;④对湿地被建设侵占的风险分析表明,研究区内处于高风险的湿地面积共有17 024.45 hm²,低风险湿地面积约为29 846.89 hm²,无风险湿地面积为60 626.46 hm²,湿地损失的整体潜在风险较高。     

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。     

大气沉降向华中丘陵区稻田输入硫通量的观测

选取我国华中丘陵区的湖南省长沙县一个典型水稻种植区,对2015与2016年2年雨水样中的SO₄²-S和大气SO₂的沉降量进行监测,分析雨水中SO₄^2-、NO₃^-的关系,解析大气硫沉降的主要来源.结果表明,研究区大气中SO₂-S和雨水中SO₄^2--S的年均浓度分别为8.5 μg/m³和1.1mg/L,大气硫沉降年均总量为26.8kgS/（hm²·a）,其中年均降雨混合沉降量18.2kgS/（hm²·a）,年均干沉降量为8.6kgS/（hm²·a）.研究区域硫素干、混合沉降量存在明显的季节差异,硫素混合沉降春季高于夏、秋、冬季,而硫素干沉降冬季高于春、夏、秋季.雨水中NO₃^-/SO₄^2-的质量比大多小于1,表明研究区大气硫素主要来自固定污染源（燃煤）.华中丘陵区稻田具有较高的硫沉降,但硫沉降量已较21世纪初出现了较大幅度下降,农业生产中需要根据农田硫素收支状况酌情补充硫肥来保证作物高产稳产.     

大气沉降向华中丘陵区稻田输入硫通量的观测

选取我国华中丘陵区的湖南省长沙县一个典型水稻种植区,对2015与2016年2年雨水样中的SO₄²-S和大气SO₂的沉降量进行监测,分析雨水中SO₄^2-、NO₃^-的关系,解析大气硫沉降的主要来源.结果表明,研究区大气中SO₂-S和雨水中SO₄^2--S的年均浓度分别为8.5 μg/m³和1.1mg/L,大气硫沉降年均总量为26.8kgS/（hm²·a）,其中年均降雨混合沉降量18.2kgS/（hm²·a）,年均干沉降量为8.6kgS/（hm²·a）.研究区域硫素干、混合沉降量存在明显的季节差异,硫素混合沉降春季高于夏、秋、冬季,而硫素干沉降冬季高于春、夏、秋季.雨水中NO₃^-/SO₄^2-的质量比大多小于1,表明研究区大气硫素主要来自固定污染源（燃煤）.华中丘陵区稻田具有较高的硫沉降,但硫沉降量已较21世纪初出现了较大幅度下降,农业生产中需要根据农田硫素收支状况酌情补充硫肥来保证作物高产稳产.     

一个基于土地利用详查的中国土地资源利用区划新方案

文章简要总结了中国土地资源利用分区工作,进而提出了中国土地资源利用区划的原则、依据和指标体系,确立了中国土地资源利用区划体系与分级。在此基础上,基于《全国土地利用详查》的分县汇总数据,以分县为单元,把自上而下的定性分析和自下而上的定量归并两种区划途径相结合,在县域土地利用结构类型聚类分析的基础上,承继前人的相关工作,提出了一个由12个土地利用区和67个土地利用亚区构成的中国土地资源利用区划新方案,编制完成中国土地资源利用分区图。该方案首次划分出了东南沿海区和藏东南-横断山区两个土地利用区,与以往的方案相比有所创新和发展;土地利用亚区的划分则强调国土开发的重点地区和土地严重退化或生态脆弱地区,从而更具实用性。     

围垦对海滨地区景观演变及其质心移动的影响——以盐城保护区部分区域为例

将盐城国家级自然保护区(新洋港-四卯酉河段)划分为未围区和围垦区,根据1984-2013 年6 个时相的景观资料,运用RS、GIS 技术和景观生态学方法,分析围垦活动影响下海滨湿地景观格局演变差异。结果如下:①未围区始终保持以自然景观为主,2013 年面积比例占84.6%;1984-2013 年,芦苇和互花米草湿地面积分别增长了4 770.6 和4 202.8 hm²,而碱蓬湿地面积减少了2 656.7 hm²。围垦区大致以2000 年为界,景观结构由自然景观占主导转为人工景观为主;除互花米草外自然植被面积呈下降趋势,而人工景观中水产养殖塘面积不断上升,2013 年比例达60.5%。②未围区景观破碎度自1995 年以后变幅较小,且保持在较低水平,维持在0.27~0.28,斑块形状趋于复杂、自然,景观多样性呈上升趋势,1984-2013 年上升了0.19。围垦区破碎化程度上升明显,1984-2013 年上升了0.27,整体景观趋于简单规则,景观多样性呈下降趋势,1984-2013 年下降了0.26。③未围区景观演变驱动力以自然因素为主,景观类型质心移动具有距离较为连续、方向相对单一的特征。而围垦区由于人类活动介入,围垦区景观类型质心移动更多地表现出无序多变、错综复杂的特征。     

牛粪-化肥配施对水稻田氮磷迁移转化的影响

在控制外源N输入量相同的前提下,通过田间小区实验,探讨有机肥与化肥不同施用量（牛粪施用量：5,10,20t/hm²）对稻田田间土-水界面氮磷迁移转化特征的影响.结果表明：控制稻田水中NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN和TP输出的最佳时期分别为施肥后的第5,30,7,20d,且TN和TP浓度随时间变化符合单指数衰减方程（0.7444≤R²≤0.9724;1.1×10^-6≤F≤0.0055）.采用牛粪部分代替化肥的施肥方式,在一定范围内能降低稻田退水中TN、TP输出负荷（41.8%、36.0%、64.3%;20.3%、39.1%、48.9%）,还可以降低稻田水中N/P,降低水体富营养化风险.同时,牛粪的施用可提高土壤中脲酶和磷酸酶的含量,促进氮磷向植物可吸收形态转化.综合经济成本和生态效益核算,采用10t有机肥代替无机肥的处理是相对经济环保的施肥方法,该施肥方式下,氮磷年输出负荷分别为17.70,1.26kg/hm².     

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。     

新中国成立以来的新疆土地开发

新中国成立以来,新疆的土地开发经历了三个时期:①1950-1977年以开荒扩大耕地面积为主,耕地面积虽不断增加,但经历了"大跃进"和"十年动乱"干扰,农业生产水平低,粮食仅能实现低水平自给,个别年份还要调入;②1978-1995年耕地面积没有增加,以提高单产为主,粮食单产大幅提高,并逐步压缩粮食面积,增加棉花播种面积,不仅实现粮食自给,还建成全国棉花基地;③1995-2009年,实行提高单产与扩大耕地面积并举,粮棉产量进一步大幅提高,粮食单产高于全国平均水平,建成全国最大的产棉区,总产占全国近二分之一。60多年来新疆土地开发虽取得了巨大成绩,但对生态环境破坏严重,现有耕地已达到水资源承载能力,今后总体上不宜再开荒,而应通过土地整合,提高绿洲内净耕地利用系数,发展节水灌溉,不断提高土地生产力。     

基于土地利用的中国城镇化SD模型与模拟

中国正处在快速推进的城镇化进程中,耕地与林地、牧草地和水域等生态用地将如何变化,以及建设用地是否仍将快速增长?这不仅是国家宏观政策制定者关心的问题,也是广大学者和普通民众面临的具体问题。通过构建基于土地利用的中国城镇化系统动力学（System dynamics,SD）模型,尝试对上述问题作出分析。研究结果表明：（1）本文构建的模型是有效的,具备可靠性和稳定性。（2）若要保持国家耕地保有量不少于18.25亿亩,到2050年需补充83.17万~412.67万hm²耕地资源。（3）到2050年,如果中国城镇化水平达到78%左右,建设用地总量将达到4007.29万~4214.25万hm²,较2020年净增加了155.87万~342.88万hm²。（4）2020—2050年生态用地数量表现为先增加后减少,其中,林地显著增加,牧草地减少,水域略有增加。研究成果可为全国国土空间规划多方案模拟、评估和决策提供科学服务。