基于CA-Markov多情景模拟的海南岛土地利用变化及其生态环境效应

以海南岛为研究区域,基于2010年和2020年两期土地利用数据,利用CA-Markov模型预测了3种模拟情景下2030年和2040年土地利用空间分布格局,定量分析了海南岛2010—2040年土地利用变化及其生态环境效应。结果表明,(1)2010—2020年间,海南岛土地利用类型以林地为主,面积占比达62%以上,其次耕地。该时期土地利用类型转移的主要特征是林地、耕地、水域转为建设用地,建设用地面积增加483.55 km2,增长率高达53.27%。(2)利用CA-Markov模型模拟3种情景下海南岛2030年和2040年的建设用地均呈现较大幅度的增长,其中耕地保护情景模拟下的耕地面积最多,生态保护情景模拟下的林地和水域面积有所增加。(3)海南岛生态环境质量呈现出中部高、四周低的阶梯式空间分布格局,2010—2040年间海南岛生态环境质量逐期降低,由2010年的0.606 4下降至2040年的0.587 8。在3种模拟情景中,生态保护情景下的海南岛生态环境质量最高,其次是耕地保护情景,基准情景最差。(4)2010—2040年间,林地转为建设用地是导致海南岛生态环境质量恶化的主要类型和主导因素,耕地转为林地则是致使未来生态环境质量改善的主要土地利用变化类型,生态贡献率超过70%。总体而言,海南岛生态环境质量恶化的趋势大于生态环境质量改善的趋势。     

基于SWAT模型的淠河流域土地利用变化的水文响应模拟

以淮河南岸最大支流——淠河流域为研究区域,采用嵌套入ArcGIS软件的SWAT分布式机理性水文模型定量评估土地利用变化对降水-径流关系的影响.结果表明,1996-2010年淠河流域的土地利用变化主要表现为水田、旱地向建设用地转化以及林地向园地转化.相较于1996年的土地利用情景,2010年土地利用情景下的多年平均径流增加5.87％,年径流的增加主要表现为汛期径流增加,非汛期径流则呈减少趋势,径流量年内变幅加大.对于不同水文年份而言,平水年对土地利用变化的水文响应最明显,变幅最大,枯水年则略大于丰水年,淠河流域的水源涵养能力呈现减退趋势.     

基于面向对象技术和CLUE_S模型的徐州市土地利用和覆盖模拟研究

本文利用面向对象的方法对徐州市辖区87、95、2000年的三期遥感影像图进行分析,运用通过分析确定最佳分割尺度,采用多尺度分割法对徐州市不同时段的遥感影像进行分类,做为模型输入的参数。运用CLUE_S模型模拟了2000年的土地利用空间分布并与已经分类的土地利用图进行对比,结果达到精度要求,以2000年的土地利用图为基础通过选取驱动因子和转换参数模拟2000年徐州市土地利用空间变化状况,将2000已分类数据作为校验数据,评价其模型精度,结果表明CLUE_S模型较好的模拟了徐州市土地利用变化状况,并模拟了2013年徐州市土地利用空间布局。     

基于CA-Markov模型的惠州市生态与经济协调度时空演变特征及模拟预测

研究生态环境与经济效益的协调发展关系以实现城市可持续发展是土地科学的焦点。基于2000—2015年惠州市遥感影像,通过CA-Markov模型预测研究区2025年土地利用状况,以1 km×1 km惠州市土地利用数据为基础,以生态系统服务价值表征生态,以GDP表征经济,运用经济协调度模型对惠州市生态与经济协调度进行耦合,开展时空演变分析及预测,同时采用Getis-Ord Gi~*分析其空间异质性,以此揭示快速城市化区域的生态环境与经济发展耦合协调关系和空间分异特征。结果表明,模拟预测2025年的惠州市土地利用格局与其他时期相比,土地利用效率较高,景观破碎化现象相对于前期得到有效缓解。经济环境协调变化指数在近20 a变化较大,生态经济失调区域面积大于生态经济协调区域面积,空间分布上失衡,生态环境质量低和经济发展过快的两极化现象较为严重,生态与经济协调水平总体不高,发达地区周边的局部区域从不协调向协调转变,并有逐渐扩大趋势。经济协调度空间分布模式从2000年的冷点单一聚集发展为2025年的冷热点2种集聚模式共同分布,同时热点向冷点逐渐迁移。目前快速城市化区域的经济与生态协调发展水平较低,形势较为严峻,但已有转好的趋向,并且空间差异不均衡和两极化发展问题较为突出,发达地区在发展经济的同时需要加大生态修复和保护力度,实现生态与经济协同可持续发展。     

基于CA-Markov模型土地利用对景观格局影响辨识

采用CA-Markov模型方法,研究挠力河流域不同时段土地利用对湿地景观格局干扰强度的差异性.结果表明:(1)流域湿地景观格局变化显著.1967-2000年,挠力河流域湿地类型景观最大斑块指数逐渐减小,耕地和水域斑块的面积周长分维数逐渐减小,而沼泽和居民地的散布与并列指数变大,草甸和耕地聚集度指数增大;湿地景观破碎化程度增加;湿地景观空间分布逐渐由流域周围高地势区向中心河流廊道退缩.(2)流域土地利用变化明显.耕地和居民用地数量迅速增加,耕地趋于集中连片分布,土地利用呈由自然湿地逐渐转化为耕地的变化过程,耕地成为主导的土地利用类型.(3)流域土地利用强度存在阶段差异.1967-2000年,流域内人类活动对湿地景观的干扰强度逐渐加剧,人为景观面积比例由1967年的26.5%上升至2000年的67.8%.土地利用影响强度指数由1967年的1.690上升至2000年的2.394.2000年模拟的流域土地利用影响强度比2000年实际土地利用影响强度小,由此可以识别1983-2000年人类对湿地景观的干扰强度比1967-1983年有所增大;利用居民地和沼泽面积的变化可以识别流域人口增长和排水活动对土地利用影响的时段差异性.     

基于水文地貌分类的湿地干扰评价研究——以挠力河流域为例

基于湿地功能的水文地貌分类是一种评价湿地理化性质、生态功能及人类干扰的分类方法.借助ARCGIS软件的空间分析功能,采用层次分析法和模糊优选评价模型对挠力河流域湿地不同的水文地貌单元进行分类评价.结果显示,挠力河流域平原湿地生态区域可以划分为河岸带、低洼地、倾斜地和微高地4个水文地貌单元,人类干扰强度分别为0.043 2、0.093 0、0.397 6、0.937 4.其中河岸带和低洼地为轻干扰区,占湿地总面积50.09%;倾斜地为中度干扰区,占湿地总面积17.42%;微高地为严重干扰区,占湿地总面积32.49%.目前,湿地功能尚处于较好状态.     

漾濞江流域土地利用变化的土壤侵蚀效应

采用3S(RS、GIS、GPS)技术手段,获取漾濞江流域土地利用空间数据,采用地理信息系统空间分析与传统统计学分析相结合的方法,对漾濞江流域土地利用图进行栅格转换和地图代数运算,形成具有复合数据结构的新的栅格数据,并进行统计计算,获得研究时段内土地利用变化的转移矩阵以及各地类的土壤侵蚀数据.通过对不同土地利用类型的土壤侵蚀程度及其变化进行分析确认,结果表明:耕地、林地和草地对土壤侵蚀强度变化的影响较大,土地利用类型向林地、草地类型的转化有利于减轻土壤侵蚀强度,而向耕地类型的转化则加重土壤侵蚀强度.     

辽西大凌河流域土地利用变化及驱动力分析

从政策、流域综合治理、经济发展和技术进步、农民认知态度等4方面对影响大凌河流域土地利用变化的驱动力进行了分析。同时运用农户问卷调查和驱动力分析结果,选取影响耕地变化的社会经济和人口因子,运用主成分分析和多元迭代回归分析确定影响耕地变化的主要因子,并拟合出耕地变化的最优度模型。研究结果表明:在1987—2002年期间,农田和未利用荒地面积在不断减小,而林地、果园、草地在不断增加,但1995年后变化边际度大大减小;主成分分析表明影响土地利用变化主要影响因子是农业人口(A-POP)、总人口(T-POP)、农村经济收入(TIRE)、农林牧渔收入(IAFAF)和第三产业总产值(GTI);多元迭代回归分析表明耕地面积变化的最优回归模型中主变量是农业人口(A-POP)、总人口(T-POP)、农村经济收入(TIRE),这些变量能够解释95.1%的耕地变化。     

长江上游重点流域土地利用变化过程对比研究

在分析了目前广泛使用的土地利用动态度模型存在的不足的基础上,提出了转出速度、转入速度、综合动态度、状态指数模型,并指出只有综合运用这些模型才能全面的描述单一土地利用类型的动态变化情况.在遥感和GIS技术的支持下,以上世纪50年代中期1∶5万地形图、1972年MSS图像、1986年和2000年TM图像为信息源,分1955-1972年、1972-1986年和1986-2000年三个时段,运用所建立的数学模型定量研究了自上世纪50年代中期以来长江上游两个重点流域(岷江上游和嘉陵江中下游)土地利用/覆被变化过程. 结果表明,近50年间的三个时段内岷江上游(前者)和嘉陵江中下游地区(后者)土地利用结构均发生了明显变化.岷江上游林地面积持续减少,减幅分别为2.18%、2.43%和0.60%,目前该区毁林现象得到明显遏制.嘉陵江中下游林地面积变化呈现减-减-增的态势,变化幅度分别为-6.90%、-0.15%和3.30%,"天然林保护"和"退耕还林还草"工程在该流域已初见成效.前者草地面积持续增加,增幅分别为2.16%、2.13%和0.54%;后者草地面积呈现出增-减-减的态势,变化幅度分别为16.89%、-8.27%、-3.70%.前者耕地面积呈现减-增-增的状态,变幅分别为-1.41%、1.67%和0.77%;后者则呈现增-增-减的态势,变幅分别为0.67%、0.88%和-1.21%;两流域建设用地面积均持续增加,前者三个时段增幅分别为1.85%、1.02%和10.34%,后者则为7.27%、5.16%和32.89%,后者三个时段建设用地增幅均远高于岷江上游.最后作者对长江上游生态环境的恢复与重建提出了相应的建议.     

西庄河流域土地利用方式对土壤肥力影响的研究

采用野外调查、取样和实验分析相结合的方法对云南省保山市西庄河山地流域内4种主要土地利用方式（林地、耕地、茶园、灌丛）的土壤理化性质进行对比研究,讨论了不同土地利用方式对土壤肥力的影响,结果表明,不同的土地利用方式对土壤肥力具有比较明显的影响：土壤有机质和全氮质量分数变化从大到小依次为灌丛＞林地＞茶园＞耕地;磷、钾元素表现为耕地＞茶园＞林地＞灌丛;土壤阳离子交换量表现为耕地＞茶园＞灌丛＞林地;盐基饱和度表现为耕地＞灌丛＞林地＞茶园;农业耕作活动对表层土壤物理性质影响明显。     

滇池流域土地利用景观空间格局对水质的影响

选用综合水质评价方法,对滇池流域进行水质评价。选取斑块数量（NP）、斑块密度（PD）、最大斑块指数（LPI）、最大形状指数（LSI）,作为表征景观空间格局的参数,来分析流域优势斑块对水质的影响。对水质评价结果与景观指数进行相关性分析得出：居民点及工矿用地斑块数量越多、形状越不规则,有利于延缓水质状况的恶化;耕地斑块越大,越集中,本身产生的面源污染浓度就越高,而流经耕地的径流中的污染物浓度则会因大斑块的吸附过滤作用而降低;林地斑块密度越大,对污染物的截留纳污作用就越大,而斑块越大,可能产生局限性,导致未流经林地的污染物直接进入河流而影响水质。     

东江湖水质时空变化规律及其与流域土地利用的关系

东江湖是长江中下游重要的人工湖泊之一,也是湖南省最大的饮用水源地,探究水质变化规律及其与流域土地利用关系,可为东江湖生态保护提供科学依据。基于2011-2022年东江湖2个国控断面及2021-2022年6条主要入湖河口水质监测数据,运用统计分析和Spearman秩相关系数法,阐明了东江湖水质时空变化规律及其与土地利用变化的关系。结果表明,（1）在近12年期间,东江湖水环境污染综合指数呈上升趋势,水质由地表Ⅰ类水下降到地表Ⅲ类水。东江湖主要入湖河口水质介于地表Ⅲ-Ⅳ类水之间,水环境污染综合指数呈现出枯水期高于丰水期特点。（2）东江湖流域各土地利用类型的面积呈现出林地>耕地>水域>建设用地>草地的特点,其中建设用地、耕地和草地面积随着时间的增加而增高,林地面积随着时间的增加而减少,水域面积呈现小幅减少。（3）东江湖国控断面的化学需氧量、高锰酸盐指数、电导率及水环境污染综合指数与流域内耕地和建设用地面积呈极显著正相关,而与林地面积呈显著负相关;然而,东江湖入湖河口水体的溶解氧与子流域内水域面积呈显著正相关。可见,在2011-2022年间,东江湖水质呈下降趋势,而流域内...     

黑河流域土地利用变化对生态系统服务价值的影响

利用1987年和2000年1：100000Landsat TM图像解译数据分析了黑河流域土地利用变化，在此基础上，采用中国陆地生态系统服务价值的测算方法，评估了黑河流域土地利用变化引起的生态环境质量变化。结果表明，在过去的13年间，黑河流域土地利用变化总的趋势是森林、草地、河流冰川面积大幅减少，耕地、盐碱地和建筑用地迅速增加。这一变化损害了该区域的生态系统服务功能，使生态系统服务总价值(人民币)从404．22亿元／a下降到370．3亿元／a，损失率达到了8．39％。     

基于ARIMA模型的辽河流域生态足迹动态模拟与预测

将能值与生态足迹理论相结合,引入能量折算系数,通过能值密度构建能值-生态足迹模型,并应用此模型对辽河流域2001—2010年生态承载力和生态足迹进行计算。生态承载力计算主要是自然生态承载力和本地产品产出承载力,其中自然生态承载力主要考虑可更新资源的承载力,本地产品产出承载力主要包括生物资源产出承载力和工业产品产出承载力。生态足迹的计算主要包括消费足迹和污染足迹,消费足迹主要测算生物资源消费、能源消费和水资源消费足迹。污染足迹主要测算废气和生活废水、工业废水对自然生态系统带来的负荷。测算结果表明:2001—2010年辽河流域人均生态承载力和人均生态足迹均有所增加,但是生态足迹的增长速度远远大于生态承载力,致使流域内自2001与2009年生态略有盈余外,其余年份均出现生态赤字,处于不可持续发展状态。以能值-生态足迹模型测算结果为基础,基于EViews采用自回归综合移动平均模型(ARIMA),对流域内10年的生态足迹和生态承载力进行动态模拟。首先通过ADF与PP单位根检验时间序列的平稳性;其次分析序列的自相关函数图和偏自相关函数,初步确定AR和MA的阶次;再根据R2、AIC及SC准则,进行模型参数估计并诊断分析;最后确定最佳模拟模型。以ARIMA模型预测2011—2015年辽河流域生态足迹和生态承载力的演变趋势。预测结果表明,人均生态足迹在未来5年内会继续呈直线式增长,到2015年达到7.387 8 hm2,是2001年的2.16倍;而人均生态承载力在2011年之后开始下降,生态赤字继续扩大,到2015年增长到-4.167 67,约为2005年的10倍,流域内不可持续发展形势会更加恶化。最后提出辽河流域生态安全建设的对策。能值-生态足迹模型测算结果与实地调研基本相符,较真实反映了辽河流域可持续发展状况。基于ARIMA模型模拟预测结果可为未来流域开发和建设提供参考依据。     

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。     

岷江流域不同土地利用方式下紫色土有机碳储量特征

以岷江中下游流域紫色土为研究对象,按流域分上中下游区段3个抽样层采样,研究不同土地利用方式下紫色土有机碳储量特征,为紫色土退化评估及地力维护提供参考.结果显示,紫色土有机碳总量以林地(14.151g/kg)显著高于果园地(9.458g/kg)、菜园地(8.542g/kg)、草坡地(7.875g/kg),以玉米地(6.226g/kg)最低.水溶性有机碳含量呈现林地>果园地>菜园地>草坡地>玉米地趋势.同时,流域上、中、下游紫色土有机碳总量总体上差异显著,且以上游区段紫色土有机碳总量最高.流域中下游紫色土有机碳总量变化较大,其中,林地以下游高于中游,果园及草坡地以中游高于下游.菜园地、玉米地在3个区段上差异未达显著水平.岷江流域紫色土有机碳储量总体特征表现上游最高,中下游变化复杂,下游略高于中游区域.图1表4参10     

干旱内陆河流域土地利用变化及其对环境的影响——以西北地区黑河流域为例

从区域的角度,研究土地利用/土地覆被变化导致的生态环境退化,对于丰富土地利用/土地覆被变化研究内容具有重要的理论意义,同时又对当地生态环境的保护与恢复具有现实的指导意义。文章以我国西北干旱区内陆河流域黑河为例,利用遥感和GIS技术,分析和评价近17年(1987—2004年)来该流域土地利用的动态变化及其对于整个流域环境的影响。研究结果表明,自1987—2004年黑河流域5种土地利用类型面积发生了显著的变化。具体表现在耕地面积由1987年的5178.0km2增加到2004年的5357.8km2,林地面积从1987年的6422.1km2增加到2004年的6450.4km2,城镇用地面积从1987年的115179.5km2增加到2004年的115791.4km2;另一方面,草地面积却从1987年的27710.6km2减少到2004年的27209.3km2,水域面积从1987年的1645.7km2减少到2004年的1386.4km2。同时又分别从黑河上、中、下游方面,对土地利用变化情况作了具体的分析。通过以上研究可以看出,近17年来,黑河流域土地利用发生了深刻的变化,由此造成了整个流域的生态环境退化问题,主要表现在水环境的变化、土地荒漠化、土壤盐渍化以及植被退化等方面。     

岷江流域不同土地利用方式对土壤有机碳组分及酶活性的影响

土壤有机碳组分和酶活性是土壤质量和环境变化的"指示器",了解土壤有机碳组分和酶活性及其对土地利用变化的响应对预测区域土壤质量和环境变迁具有重要意义。以岷江流域不同土地利用方式(次生林、人工林、灌草丛和坡耕地)为对象,测定其土壤易氧化有机碳(EOC)、颗粒有机碳(POC)、轻组有机碳(LFOC)和水溶性有机碳(WSOC)以及蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和磷酸酶活性,采用方差分析法对比分析了土壤有机碳组分及酶活性,并采用相关分析法分析了土壤有机碳各组分之间的关系,为该区未来土地利用管理提供科学依据。结果表明,不同土地利用方式下土壤总孔隙度(40.36%~47.81%)与土壤容重(0.75~1.38 g·cm-3)变化趋势相反,大致表现为次生林人工林灌草丛坡耕地;不同土地利用方式下土壤养分(有机碳、全氮、全钾)均呈现出一致性规律,而不同土地利用方式下土壤全磷含量差异均不显著(P0.05);与坡耕地相比,次生林、人工林和灌草丛土壤酶活性(土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶、酸性磷酸酶活性)均有明显的增加,大致表现为次生林人工林灌草丛坡耕地;EOC、POC、LFOC和WSOC均呈现出一致性规律,大致表现为次生林人工林灌草丛坡耕地。相关性分析表明,土壤碳组分与土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和磷酸酶活性均呈显著或极显著的负相关(P0.05,P0.01),说明土壤微生物量碳是土壤有效养分的主要影响因素,其中土壤容重对土壤碳组分和酶活性贡献为负,土壤养分对土壤碳组分和酶活性贡献为正,这是造成不同土地利用方式土壤有机碳组分及酶活性差异的重要原因。     

贵州草海流域不同土地利用方式土壤重金属潜在生态风险评价

为揭示草海流域不同土地利用方式下土壤重金属的污染特征及分布规律,采集了草海流域耕地、林地、灌草地和城镇用地4种土地利用类型的75个表层土壤样品,测定了Hg、Cd、As、Cu、Pb、Ni、Cr和Zn共8种重金属的全量,利用潜在生态风险指数(RI)评价了重金属的污染水平,运用反距离权重插值法(IDW)分析了重金属的全量和潜在生态风险的空间分布特征。结果表明:(1) Hg、Cd、As、Cu、Pb、Ni、Cr和Zn的含量平均值分别为0.13、2.71、19.39、39.87、62.71、45.16、91.67和169.23 mg·kg~(-1)。其中,Cd在4种土地利用类型土壤中均呈重度污染,Pb在城镇用地和林地中呈中度污染,Zn在城镇用地中呈中度污染,其余情况均属于轻度污染或无污染。(2) 4种不同土地利用方式仅对Cd和Zn含量有显著影响(P 0.05),而对Hg、As、Cu、Pb、Ni和Cr含量无显著影响(P0.05)。与耕地、林地和灌草地相比,城镇用地可显著提高Cd和Zn的含量。(3)流域土壤重金属的RI平均值为204.59,属于中度风险水平。4种不同土地利用类型土壤重金属的RI平均值有所差异,由大到小依次为城镇用地(243.66)、耕地(209.71)、林地(192.50)和灌草地(153.53)最低。(4) Pb、Ni、Cr、Zn、Cd和RI的高值主要分布在流域西南部和流域东部中段区域,与研究区"土法炼锌"遗址吻合。Cu的高值积聚在东北部的城镇用地和灌草地。Hg和As在流域内均匀分布,其高值呈零星分布模式。上述研究结果能为草海流域土壤重金属污染防治提供参考依据。