Land Degradation Evaluation in North Hebei Province Based on Remote Sensing and GIS

Abstract

Land degradation is one of the serious environmental problems that can lead to poverty, and is especially prominent in eco-fragile areas in developing countries and increases the risk of environmental safety. North Hebei Province belongs to an ecologically fragile region in North China, which has great impact on the eco-safety of Beijing and Tianjin. Using Landsat TM data and GIS, this paper evaluates land degradation in North Hebei province of China from the the 1960's to 1987 and 2000. Land use/cover change pattern from 1987 to 2000, its regional difference and forest change characteristics will also be analyzed; soil erosion intensity and arable land suitability were also evaluated. Results revealed that land use/cover pattern in this study area did not change greatly from 1987 to 2000. The structure and function of regional land ecosystem was at a level of local improvement and integral deterioration. Land above medium soil erosion intensity reached 21 percent, which was also the area with a serious soil erosion and land degradation problem. Soil erosion and land degradation intensity of grassland was the biggest. For the present arable land, the proportion of high suitability was 13 percent.     

2000~2010年长江流域土地利用变化与生态系统服务功能变化

基于2000/2005/2010年三期土地利用现状遥感监测数据,利用GIS空间分析技术,分析长江流域土地利用变化方式、过程、区域特征和生态系统服务功能变化。研究表明：2000~2010年长江流域城乡建设用地、林地和水域面积增长显著,而耕地、草地面积持续减少;耕地减少和城乡建设用地增加相关,草地减少和林地增加相关,水域增加与三峡蓄水及退田还湖相关;四川盆地、中游城市群和长三角城市群等人类活动热点区域的土地利用程度显著提高;受土地利用变化影响,2000~2010年长江流域生态系统服务总价值逐年提高,水源涵养、废物处理和娱乐文化服务功能增强,而土壤形成与保护、食物生产服务功能明显减弱;生态服务价值高值区主要分布在沿江湖泊和湿地,其次是林草地覆盖区,青海高原荒漠区生态服务价值最低。     

基于PSR模型的土地利用系统健康评价及障碍因子诊断

土地利用系统健康评价及障碍因子诊断是土地资源可持续利用的重要基础。在界定土地利用系统健康内涵的基础上,构建了基于PSR模型的评价指标体系,采用熵值法和障碍度模型,对四川省土地利用系统健康进行了评价。研究结果表明：（1）2000~2008年四川省土地利用系统健康水平总体不断提高,综合指数从0394 5增加到0557 3,健康等级经历了“不健康 临界状态”的演变历程;（2）压力指数总体上呈现下降趋势,状态指数和响应指数总体上呈现上升趋势;（3）长远来看,系统压力是影响土地利用系统健康的首要因素,2000~2008年系统压力和系统状态的障碍度分别以年均881%和097%的速度增加,而系统响应的障碍度以年均766%的速度下降;（4）影响土地利用系统健康的主要障碍因子包括固定资产投资增长率、人均耕地面积、土地垦殖率、水土流失程度、地均GDP等。为了促进土地利用系统健康水平不断提高,需要进一步转变经济发展方式,加强土地利用监督管理,加大环境治理力度,有效控制水土流失程度     

南水北调中线水源区生态环境变化分析研究

南水北调中线水源区生态环境情况直接关系南水北调中线工程的水质安全。采用遥感监测技术,根据南水北调中线水源区2000年和2013年的生态环境监测结果,对比分析了整个水源区土地覆被、水土流失、土壤侵蚀等变化情况,从宏观上评价水源区生态环境状况,为有关部门制定相关政策提供参考。研究结果表明,在十多年中,水源区森林覆盖率提高,农田面积比例明显下降,水土流失面积减少,水源区生态环境总体上呈趋向变好的态势。随着农村人口向沿江地带城镇集中,在进一步加强山地植被保护的同时,要进一步重视和加强沿江地带的生态环境保护工作     

土地整治驱动下土地利用和景观格局变化研究——以上海市合庆镇为例

基于上海市合庆镇土地整治项目,通过土地利用指数、空间自相关性以及景观格局指数的分析:(1)土地整治带来的区域土地利用变化情况;(2)验证土地整治是否能起到土地集聚的作用;(3)使用景观格局指数分析土地利用空间配置关系。结果表明,整治后的项目区内建设用地明显减少,耕地数量明显增加,并且土地利用程度综合指数等土地利用指数同土地整治活动之间存在相关性。使用全局空间自相关分析方法能够很好地验证土地整治活动对土地产生的集聚效应,并且在5~10m的格网尺度下采用土地利用程度修正模型能很好地反映建设用地和耕地的局部集聚效应。此外,区域由以农业活动和非农业活动并存转向以农业活动为主,"斑块-廊道-基质"的景观结构变化显著。     

An integrative approach to modeling land-use changes: multiple facets of agriculture in the Upper Yangtze basin

Land change science has emerged as a fundamental component of global environmental change and sustainability research. Still, much remains to be learned before scientists can fully assess future roles of land-use/cover changes (LUCC) in the functioning of the Earth system and identifying conditions for sustainable land use. The objective of this paper is to gain a better understanding of the complex interactions of human and natural drivers underlying LUCC. We do so by developing and estimating a novel structural model of land use and using spatially explicit longitudinal observations from the Upper Yangtze basin of China. Our analysis focuses on the multiple dimensions of agriculture—not only cropland use itself, but also grain production, soil erosion, and related technical change—and our data cover 31 counties over four time periods from 1975 to 2000. Our results show that technical change plays an important role in supplying food on a limited cropland; limiting cropland expansion in turn reduces soil erosion, which then benefits grain production in the longer term. It is also found that policies and institutions have significant impacts on land use and the status of soil erosion. Together, these results carry some great implications to sustainable land use and ecosystem management.     

南水北调中线水源地汉江上游流域主要生态环境问题及对策

汉江上游是南水北调中线水源地，流域生态环境建设是保障水源地水质安全的关键。针对上游流域水环境污染、土地利用以及水土流失等重大生态环境问题，结合流域数字高程模型及水质调查对其进行了系统分析。结果表明：（1）丹江流域、库区流域及汉中盆地水质较差，CODMn和氨氮成为水源区主要污染物；（2）各子流域区植被覆盖占各自面积的712%~957%，表明流域植被覆盖较好，但沿河岸100 m范围内农业用地占292%~434%，且多为坡耕地；（3）流域水土流失严重，2000年左右流域侵蚀图显示汉江源头、秦岭南及大巴山北均出现了大片年均侵蚀模数>2 200 t/km2的区域，且有日益增强的趋势。提出加大水环境污染整治力度、加强农业用肥管理及河岸带建设、水土保持建设以及加强流域水环境及水土保持监测和科研工作等对策。     

合理利用土地资源改善生态环境 促进社会发展

沙漠化、水土流失、草场退化等土地退化问题,是一个全球性的生态环境问题,如何有效控制土地退化,迅速恢复和提高退化土地生产力,寻求一条可持久发展的土地利用途径,以满足人类社会发展的需要,是我们当今面临的一项艰巨任务。本文阐述了中国土地退化的现状、治理土地退化的成就及今后治理的对策和行动。     

土壤侵蚀对土地利用和降雨变化响应和空间分布特征——以金沙江一级支流小江流域为例

全球变化引起了一系列环境效应,土壤侵蚀是全球变化最为敏感环境效应之一。选择生态极其脆弱区小江流域作为研究对象,通过遥感影像和雨量站点获取3期土地利用和降雨变化信息,结合区域基础地理信息数据,利用通用土壤流失方程（USLE模型）对该区域土壤侵蚀对土地利用和降雨变化的响应进行了分析。研究表明：（1）降雨量在1981~1990年为降雨量较小年份,1991~2000年为降雨量较大时间段,2001~2005年降雨量开始急剧减少;（2）1987、1995和2005年的平均侵蚀量分别为：7058、8008和7981 t/（hm2〖DK1〗·a),中度侵蚀以上面积分别占总面积的2992%、3383%和3318%,其中极强度侵蚀分别占915%、1281%和1263%;（3）在分布特征上,强度侵蚀和极强度侵蚀主要分布在小江流域的中下游地段。极强度侵蚀主要分布在中海拔区域（1 600~2 800 m）,所占的比例呈持续下降的趋势,但在高海拔区域,极强度侵蚀呈增加趋势;同时,极强度侵蚀集中分布在高坡度段（>35°）上,占其面积的85%以上,且呈持续增加趋势,在中坡度段（15°~35°）上,极强度侵蚀呈现明显的减少趋势。USLE模型可以较好的反映出全球变化条件下土壤侵蚀效应,为合理开发土地资源和人类经济活动提供科学依据     

三峡库区不同退耕还林模式水土流失特征及其影响因子

三峡库区为国家水土保持重点防治区,土地利用/覆盖变化（LUCC）与水土流失的关系已成为水土流失治理研究的关注重点之一,退耕还林工程的水土保持效益对于库区生态环境的建设具有重要意义。通过对库区典型退耕还林模式的水土流失的监测,分析其不同降雨条件下水土流失特征及影响因子,结果标明：（1）退耕还林后库区的水土流失问题得到了有效控制,退耕还林后各土地利用类型的年地表径流量下降了70%~95%,泥沙流失量则比农田降低了97%以上,其中乔木林和竹林对水土保持的效果最为理想;（2）退耕还林后各土地利用类型年地表径流量与降雨量呈较好的指数关系,随着降雨量的增加而增加。除农田和板栗林外,各土地利用类型年地表径流量与雨强关系不显著;（3）泥沙流失量与降雨量和降雨强度的关系均不显著;（4）各土地利用类型地表径流的80%以上,泥沙流失量的95%以上都是发生在暴雨条件下,暴雨事件成为库区水土流失的主要气候影响因素;（5）凋落物层盖度是控制退耕还林各模式地表径流的主要因素,各土地利用类型的年地表径流量均随着凋落物层盖度的增加而显著降低     

1991－2001年南昌市土地利用/覆被变化特征研究

土地利用/覆被变化是区域变化的重要组成部分，是短时期内人类活动对自然环境改造的显著表现形式。南昌市地处京广线和沿海地区之间，属于经济欠发达地区的省会城市。近年来，社会经济发展迅速，城镇化进程明显加快，土地利用变化显著。文章利用1991—2001年南昌市土地详查和变更数据，分析南昌市土地利用/覆被变化特征，其基本结论有： （1）土地利用类型构成以耕地、水域和林地为主；（2）建设用地增幅显著，而耕地数量则呈下降态势，土地利用结构的变化与城镇的发展密切相关；（3）从土地利用程度看，不论是单项指标指数还是综合指数，南昌市均高于全国平均水平；（4）从时间序列看，南昌市土地利用/覆被的多样性指数和均匀度指数逐渐增大，而优势度指数逐渐减小，指数变化的趋势还表现为前一时期（1991—1996年）比后一时期（1996—2001年）要大，这表明土地利用/覆被的破碎化程度持续加强，但后期的加强程度呈弱化趋势。     

基于安徽省土地利用变化的地形梯度效应分析

为揭示地形因素与土地利用空间格局演变的关系,以安徽省2000年、2005年以及2010年Landsat TM影像和DEM数据为数据源,利用坡向、地形起伏度、坡度变率和地形位指数多种地形因子,并结合地学信息图谱分析理论从综合角度系统研究土地利用结构时空分异格局在地形梯度上的变化特点及其规律。结果表明:1)研究区主要的土地利用类型是耕地和林地,其次是建设用地和未利用土地,且建设用地面积逐期增加趋势显著。2)2000~2010年研究区不同土地利用类型在不同地形梯度区间的分异规律存在明显差异。低地形梯度范围是耕地、水域和建设用地的优势分布区;中地形梯度范围是草地的集中分布区;林地的优势分布区集中在高地形梯度范围。3)2000~2010年研究区土地利用图谱以稳定型和后期变化型为主,低地形梯度和高地形梯度是稳定型图谱的集中分布区,中低、中高和高地形梯度范围是后期变化型图谱的优势分布区。2000~2005年林地的优势分布区有向较低地形位梯度扩张的趋势,其中,耕地是主要的转入来源。2005~2010年耕地的优势分布区有向较高地形位梯度扩张的趋势,变化模式主要为:"林地–耕地"、"未利用地–耕地"和"草地–耕地"。     

秭归县植被结构演变及土壤侵蚀评价

为详细了解水库建设期秭归县植被结构演变及土壤侵蚀风险情况,使用TM和SPOT等中高分辨率遥感数据获取的秭归县1992、2007年1〖DK〗∶50 000土地利用分类、植被覆盖度、土壤侵蚀风险及1999～2007年SPOT VEGETATION NDVI等。利用景观格局方法研究植被景观格局演变,分析植被结构与土壤侵蚀风险变化特点。结果表明：1992～2007年,植被景观格局更加破碎,斑块离散程度变大,多样性提高,乔、灌等仍是优势类型,受不同人类政策的影响,不同类型植被类型景观特征响应表现出差异性。植被覆盖度得到改善,其中秭归中南部植被水平密度结构得到明显改善,对降低土壤侵蚀风险起到了积极作用。水库周边地区作为人类活动扰动的集中区,水土保持任务依然艰巨。通过遥感和GIS手段分析区域土地景观格局演变及其生态环境效应,分析变化背后的驱动机制和限制因素,甄别人类活动影响力,为研究三峡人地关系和谐发展提供借鉴和参考     

山区县域生态系统安全因子遥感和GIS分析--以重庆市忠县为例

数据的高效获取和信息的实时提取,长期以来一直是困扰区域生态安全研究领域和地学过程研究领域的瓶颈和难题。在对案例研究区——重庆忠县地区TM卫星遥感数据进行波谱信息特征分析的基础上,通过人机交互目视判读解译和模型模拟自动信息提取等多种有效技术和方法,实现用遥感影像数据对山区县域生态环境系统安全因子体系中的3个主要因子：土地覆被、水土流失强度、植被盖度等进行数据提取,并用GIS技术对这些指标因子数据进行空间分析。这在一定程度上解决了中尺度山区县域生态环境系统安全评价指标因子数据提取与地学分析的技术和方法难题。通过GIS空间分析,揭示出忠县部分生态安全因子的时空分异特征,为山区县域生态环境退化评价和生态恢复研究提供了一种新的方法尝试。     

1990年以来长江三角洲耕地资源变化及驱动因子研究

长江三角洲地区是中国经济发展最为快速的地区之一,虽耕地资源秉赋较好,但在经济快速发展的背景下,耕地问题显得十分严峻。以长江三角洲地区16个地级市为研究对象,利用1990~2012年相关数据,以市域为单元分析了耕地资源变化和实际利用强度的时空演变过程。结果表明:(1)1990~2012年,长三角地区的耕地总面积和人均耕地面积呈现周期性的下降趋势,以"快-慢-快-慢-慢"的循环模式逐步降低;(2)长三角地区耕地实际利用强度大体呈现"北强南弱"分布规律,在空间表现上,原来集中连片的 "高-高"、"低-低"格局正逐渐破碎化,开始出现斑点镶嵌式格局;(3)长三角地区的人口、二三产业比重和城市化水平均对耕地面积变化起到显著作用,其弹性系数分别为-0.216、-0.194和-0.203,而人均GDP与耕地面积则没有显著相关性。     

基于GIS和生态位适宜度模型的园地适宜性评价——以湖北宜昌市夷陵区为例

生态位适宜度是对经典生态位理论和方法的深化与发展,在合理优化和发挥作物、环境最大共生效应,及农业结构调整和布局中具有重要的理论和实际意义。以宜昌市夷陵区园地为研究对象,将生态位适宜度模型引入到适宜性评价研究中,构建了5个因素12个因子的指标体系并提出了语言型、阈值型和空间型指标的量化方法,采用加权求和与限制因子模型对各评价单元柑橘的生态位适宜度值及限制因子进行了定量分析。结果表明：研究区生态位适宜度值整体较高,最大值达0.893,生境条件基本能满足柑橘的生长发育需求;园地适宜性评价结果以2级为主,所占面积达41.34%,1级地也达到21.58%;限制该地区园地生产潜力的生态因子主要为：土壤质地、冷月平均气温和道路通达度。同时,丰富了土宜评价的理论和方法体系,能直接指导农业生产实践、促进园地的合理开发利用与管理     

基于景观格局的盐城海岸带土地利用时空变化分析

在GIS和RS技术支持下,以行政区划为评价单元,通过土地利用转移矩阵、景观格局指数对盐城海岸带土地利用变化的主要方式、景观格局特征及时空分异规律进行定量分析。结果表明:2000~2010年,盐城海岸带土地利用类型以耕地、建设用地和水域为主,其中耕地是盐城海岸带的优势类型,虽然近年来呈逐渐下降的趋势,但仍是区域景观基质类型,均占总面积的78%以上;海岸带景观水平趋于破碎化,区域景观格局更加复杂化、分散化和多样化;研究区北部景观水平特征指数较中部、南部为高。自然地理条件、经济发展水平及不同土地利用方式所带来的利益差异是导致盐城海岸带景观格局变化的关键驱动因素。     

基于AHP LP法的南水北调中线水资源优化配置

水资源是不可替代的重要自然资源和战略性经济资源，水资源优化配置是解决水资源问题的重要手段。为促进区域水资源供需状况相对平衡，按可持续发展的要求，根据区域水资源优化配置的含义和南水北调河北省受水区的具体情况，以有限水资源综合效益最大为目标，考虑水源可供水量、用户需水量和水环境与经济系统协调发展等约束，采用层次分析法与线性规划法相结合的方法，建立了水资源优化配置模型，并对模型的目标函数、约束条件和主要参数确定进行了初步探讨。最后用该模型进行了南水北调河北省受水区2005年和2010年95%保证率下的水资源优化配置研究，并对求解结果进行了分析、评价及展望。结果表明，南水北调工程实施后，能够解决河北省受水区严重缺水的状况。     

长江上游不同地形条件下的土地利用/覆盖变化

基于1〖DK〗∶10万的1980、2000和2005年的土地利用/覆盖数据和90 m分辨率的DEM数据,采用转移概率矩阵和地形 面积频度方法,分析了1980~2005年长江上游地区不同地形因子条件下的土地利用/覆盖变化。结果表明：1）1980~2000年,草地、林地和农业用地面积变化趋势与2000~2005年相反。后5 a,可能由于退耕的土地出现反弹现象增多,草地和林地面积出现缩减而农业用地面积增加。两个分析时段主要的土地利用/覆盖类型变化趋势类似,包括农业用地向林地和草地的转化,林地向农业用地的转化以及草地向裸地的转化。2）农业用地和城镇用地主要分布于低海拔区而林地、草地则主要分布于高海拔区。低海拔区主要是退耕还林和城市化过程。高海拔区主要是林地的退化消失和草地退化沙化过程。3）农业用地在坡度段10~25°所占面积比例最大。林地用地面积比例随坡度变陡呈现规则递增,城镇用地分布趋势与之相反。近年裸地趋向分布于缓坡区。坡度0~5°的区域主要是草地退化沙化过程;5~10°坡度段主要是退耕还林过程;大于10°的区域造林工程与森林退化并存。4）各种土地利用/覆盖类型对不同坡向的适宜性相差不大。各种坡向上土地利用/覆盖类型变化类似.     

基于InVEST模型的太行山淇河流域土壤侵蚀特征研究

基于土地利用数据、数字高程模型数据(DEM)、土壤类型数据、降雨数据、植被覆盖指数(NDVI),结合地理信息系统(GIS)和遥感,计算降雨侵蚀力因子(R)、土壤可蚀性因子(K)、植被覆盖因子(C)、水土保护措施因子(P),借助InVEST模型对淇河流域2015年山地生态系统的土壤侵蚀进行研究。结果表明:(1)淇河流域微度侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀、强烈侵蚀、极强烈侵蚀和剧烈侵蚀面积分别为932. 80、617. 13、282. 46、159. 58、141. 64和93. 84 km~2;土壤侵蚀总量为7 225 839. 54 t,平均土壤侵蚀模数为32. 45 t/(hm~2·a);(2)在各土地利用类型中,土壤侵蚀主要发生在林地、草地和耕地。草地和林地多分布在地形起伏度较大的高海拔区,潜在的土壤侵蚀量较大,土壤侵蚀强度也较大。虽然未利用地占流域总面积很小,但侵蚀模数最大;(3)淇河流域土壤侵蚀与坡度、海拔和地形起伏度等地形因子具有密切关系,土壤侵蚀模数随着海拔的升高先增大后降低,海拔在1 200 m处达到峰值,土壤侵蚀模数随着坡度和地形起伏度的增加而不断增大。坡度和起伏度越大,坡面土壤的不稳定性愈大,在外力作用下发生下移的可能性就愈大。海拔600～1 200 m、坡度大于15°、地形起伏度70～500 m的区域土壤侵蚀状况严重,是土壤侵蚀防治的重点区。土壤侵蚀是山地生态脆弱性响应的重要指标,山地流域的土壤侵蚀研究对评估区域生态环境质量有重要意义。