中国土地利用/覆被变化特征分析

为了研究坡度因素对土地利用/覆被分布及其动态变化的影响,以陕西省西安市长安区为研究区,采用数字高程模型、遥感影像及相关辅助数据,应用gis手段提供的空间分析方法,将长安区地形进行坡度分级,把两个不同时期的遥感影像解译结果与坡度分级图进行了空间叠加分析。研究结果表明,耕地、建筑用地、水域等分布在坡度较小范围,林地、草地的坡度分布范围近似于正态分布。不同年份各土地利用类型在相同坡度所占面积比例基本不变;不同坡度范围内的土地利用变化不尽相同。其它土地类型向耕地和建筑用地的转化主要集中在低坡度范围内,而其它土地类型向林地和草地的转化在整个坡度范围上大体呈正态分布。因此,坡度因素是土地利用/土地覆被的重要影响因素,坡度因素对土地利用格局具有明显的控制作用。

介绍了土地利用/覆被变化的主要形式,分析了土地利用/覆被变化对河流的水文情势、水质、泥沙、河流生态系统的结构、功能和生物多样性的影响,为生态保护提供技术指导。

准确估计土地利用/覆被变化(lucc)对陆地生态系统碳收支的影响已成为当前全球变化和全球碳循环研究的重点内容。本文通过文献调研和数据的整合分析方法总结讨论了近年来中国区域lucc时空特征及其对陆地碳收支影响,为合理评价中国区域陆地碳平衡以及确定未来研究发展方向提供参考。已有大量研究对近年来中国区域lucc主要特征进行了探讨,并分别利用卫星遥感方法和ipcc清单法对中国区域陆地碳源汇影响进行了评估。结果表明,目前全国土地利用活动,特别是农林活动正对陆地生态系统碳收支产生了比较显著的积极作用,但基于以上两种方法的研究结论之间差异很大,反映出中国lucc导致陆地碳收支变化的评估结果仍存在着较大的不确定性。通过分析认为,中国未来的研究工作应着重于发展和利用基于土地利用相互转化面积的计量方法,以提高对中国区域lucc导致陆地碳收支变化评估的准确性。

科学认识流域土地利用变化及其特征可以为流域水文变化、水环境变化、气候变化等研究提供基础。以1970—2010年伊洛河流域5期遥感影像数据为基础,利用gis信息技术与空间分析技术,得到不同时期伊洛河流域土地利用/覆被特征,选取土地利用变化率指数、土地利用综合指数和土地利用动态度模型3个指标,分析了近40a来研究区的土地利用/覆被变化特征。结果表明,伊洛河流域土地利用以耕地为主,其次为林地。研究区土地利用处于发展期且土地利用变化处于快速变化水平,随着城镇化面积的逐年增加,流域耕地面积从1990年以后逐年减少,城镇工矿居民用地不断增加,其他如林地、草地和未利用面积变化基本保持不变。从不同的发展阶段来看,1970—1990年间,土地利用/覆被变化不太显著;1990—2000年流域土地利用变化以城镇工矿居民用地增加为主要特征;2000—2005年流域土地利用变化以耕地减少为主要特征;2005—2010年土地利用变化程度较2000—2005年有减缓趋势,但仍然呈现耕地减少、城镇工矿居民用地增加的特征。从不同的高程带来看,洼地和丘陵地带土地变化较剧烈,变化的主要特征为耕地减少、城镇工矿居民用地增加,而中山和高山地带,因为人类活动影响较小,土地利用情况变化很小。

土地利用/土地覆被变化改变了地表生态系统组成结构,影响着生态系统功能,威胁着区域生态安全。本文以辽河流域的浑河-太子河流域为研究区,探讨了流域空间尺度上的lucc特征及其所带来的生态效应。研究表明,不同的生态指标对lucc的响应程度略有不同:(1)从景观生态格局角度看,反映生态系统斑块形状特征的景观指数对lucc的响应较弱,而对生态系统斑块之间关系的景观指数对lucc的响应较强。2007年与1992年相比,shdi呈现出变大的趋势,分别反映出各生态类斑块呈均衡化状态变好。contag呈现出变小的趋势,反映出优势生态景观类型的破碎化程度有所增加。(2)从生态功能效应角度看,2007年与1992年相比,lucc使得植被覆盖度、水土保持能力等单因子生态功能效应指标呈现出变好的特征;综合考虑生态系统供给、调节、文化与支持功能的综合生态功能效应呈现出持平的特征。

土地利用工程是缓解土地利用矛盾的重要支撑,标准化是联系土地科学与工程实践的桥梁;土地利用工程标准体系是标准化的基础,是制定、修订土地利用工程标准的蓝图。该文根据标准体系及土地利用工程实践活动的特点,初步阐述了中国土地利用工程及其标准体系的内涵;运用问卷调查和半结构访谈法,系统收集中国土地利用工程标准的现状及需求;在分析土地利用工程现状需求的基础上,采用系统工程方法,从标准层次(基础、通用、专业标准)、专业门类(综合整治、土地开发、土地整理、土地复垦、土地保护)、专业序列(综合、调查、评价、规划、建设、工程技术、材料与装备、管理)3个维度初步构建了中国土地利用工程标准体系框架,编制了涵盖49项需求标准的标准体系表,为中国土地利用工程标准化的建设提供参考。

本文以福建省山区为例,在对福建省水土保持实验站、建瓯市牛坑龙水土保持试验站长期观测、实验资料深入分析对比的基础之上,探讨了土地利用/土地覆被变化对土壤侵蚀的影响规律。分析结果表明,土地利用/土地覆被变化对径流的产生和土壤侵蚀有重要影响,植被的覆盖度的变化直接影响着径流系数和土壤侵蚀模数;植被的覆盖度和径流系数呈负线性关系,随着覆盖度的增加径流系数逐渐减小;植被覆盖度和土壤侵蚀模数为负指数关系,随着植被覆盖度的增大,土壤侵蚀模数急剧下降。

基于landsat遥感影像解译得到1986年和2011年深圳市土地利用/覆被数据,采用中尺度气候模式wrf/ucm,在较高分辨率的地形资料和城市冠层参数支持下,将两个时期的土地利用/覆被作为模式强迫参量,分别进行两组数值模拟试验.将模拟结果与自动气象站点观测数据进行对比和验证,发现wrf模式能够较准确地反映深圳市月平均气温西高东低的空间分布特征.1986—2011年,深圳市在快速城市化进程中发生大规模的土地利用/覆被变化,引起近地表气温整体上呈现增高趋势.其中,7月增温幅度(0.91℃)普遍大于1月(0.42℃),各种自然植被覆盖型用地转变成城镇建设用地的升温幅度大多为0.70～1.57℃.主要原因是城镇建设用地扩张导致地表反照率减小,净辐射和感热通量增加,潜热交换变弱.

基于landsat遥感影像解译得到1986年和2011年深圳市土地利用/覆被数据,采用中尺度气候模式wrf/ucm,在较高分辨率的地形资料和城市冠层参数支持下,将两个时期的土地利用/覆被作为模式强迫参量,分别进行两组数值模拟试验。将模拟结果与自动气象站点观测数据进行对比和验证,发现wrf模式能够较准确地反映深圳市月平均气温西高东低的空间分布特征。1986—2011年,深圳市在快速城市化进程中发生大规模的土地利用/覆被变化,引起近地表气温整体上呈现增高趋势。其中,7月增温幅度(0.91℃)普遍大于1月(0.42℃),各种自然植被覆盖型用地转变成城镇建设用地的升温幅度大多为0.70~1.57℃。主要原因是城镇建设用地扩张导致地表反照率减小,净辐射和感热通量增加,潜热交换变弱。

【目的】土地利用/覆被变化通过改变陆地植被覆盖度对生态系统产生影响,笔者估算1990—2015年三峡库区不同土地利用类型碳储量的变化,及时有效地评估土地利用变化与区域生态系统碳储量的关系,了解三峡库区生态系统碳储量对土地利用变化的响应,为区域碳循环研究提供参考。【方法】以1990年、2000年、2015年landsat影像获取三峡库区土地利用/覆被变化数据,应用invest模型定量分析了土地利用/覆被变化对三峡库区生态系统碳储量的影响。【结果】1990—2015年三峡库区土地利用格局和各类土地面积发生了明显变化,林地、水域、建设用地和未利用地面积均不断增加,而耕地和草地面积减少；1990—2015年三峡库区生态系统碳储量呈持续增加趋势,净增加量为90.43tg,增加率为24.47%,年增加率为0.98%；三峡库区生态系统碳储量空间分布不均,呈现出东高西低、南高北低的趋势；耕地转化为林地是库区生态系统碳储量增加的主要原因,碳损失途径主要源于林地开垦为耕地、其他土地利用类型转为水域和建设用地。【结论】三峡库区土地利用类型变化导致生态系统碳储量时空分布格局发生了相应变化,生态系统碳储量随林地面积的增加而增加。因此,在保障耕地安全的前提下,加大三峡库区退耕还林力度,加强三峡库区林地保护,有助于增加库区碳汇潜力并改善库区生态环境。

土地利用及其覆被变化与区域生态环境息息相关,分析研究lucc对区域水环境的影响,对调整和改善当前土地利用现状具有重要指导意义。本文通过阐述lucc对区域水环境的影响机理,分析不同土地利用现状对水环境的影响,并对现阶段区域水环境的研究方法,水文模型和研究成果等方面进行总结,论述lucc对区域水文水资源影响的研究进展。

以福州市南台岛为例,研究了不同土地利用/覆被变化对土壤全碳、全氮含量的影响。结果表明:1)不同土地利用方式下土壤全碳(totalcarbon,tc)、全氮(totalnitrogen,tn)含量均存在显著差异(p0.05)。总体而言,城市化地区的土壤具有较大的变异性,存在明显的人为干扰痕迹。

以黄河三角洲为研究区,基于1986年6月5日和2009年6月4日的landsattm影像进行土地利用/覆被分类及变化特征研究,同时,基于sebal模型估算区域蒸发蒸腾量,进而分析湿地蒸发蒸腾的数量特征、空间格局特征及其对土地利用/覆被变化的响应特征。结果表明:23年间,58.74%的区域土地利用/覆盖类型发生了变化,未利用地大幅减少,水体和建设用地大幅增加,显著的土地垦殖与耕地荒废则同时存在;蒸发蒸腾强度大小按土地利用/覆被类型排序依次为水体>滩涂>苇地>林草地>耕地>建设用地>未利用地,研究区未利用土地变为水体和耕地是导致区域蒸发蒸腾整体提高的主导原因,而耕地流失则是导致区域蒸发蒸腾整体下降的主要原因,但23年间实际变化以前一种情形占优势,因而区域蒸发蒸腾总体呈现为增加趋势。研究结果对区域土地利用规划和水资源管理有重要的理论和实践指导意义。

在3s技术支持下,结合景观格局定量分析方法,基于30m分辨率的土地利用/覆被数据,对中国退牧还草工程区2000-2010年土地利用/覆被时空分布特征进行研究。通过利用土地利用转移矩阵和动态度来判定土地利用变化的速度和区域差异,并在斑块类型和景观水平上分析研究区景观格局特征,探讨土地利用格局变化的生态效应。结果表明:1近10年来,研究区土地利用/覆被类型以草地和其他类用地为主,整体内部结构稳定少动。草地变化面积仅占2000年草地总面积的0.37%;林地、湿地、耕地和人工表面的面积均有所增加;其他类用地面积有所减少。2全区土地综合动态度均小于0.1%,土地利用/覆被变幅较小,除人工表面较活跃外,其他各类型变化相对缓慢,且各省土地利用区域差异较小。3研究区内景观基质未发生改变,区域景观破碎度递减,景观多样性水平上升,景观聚集度和连续性微弱下降,景观整体保持较完整态势。退牧还草工程的实施使土地利用/覆被结构和景观格局均得以优化。

以贵州省关岭县为例,利用1987和1999年两个时段tm影象和相关资料,分析研究区12年间的土地利用/土地覆被变化及其土壤侵蚀风险。发现:(1)研究区土地利用动态变化较大,年均土地利用综合动态指数为1.36%;(2)旱地和草地互相转化比例高,草地开垦为旱地和旱地弃耕为草地的动态变化幅度远远超过旱地和草地最终面积变化的幅度;(3)山区土地利用的空间变化主要体现在垂直方向;(4)研究区裸土面积下降,一部分被植被覆盖,另一部分由于土壤流失殆尽,形成裸露基岩,故植被覆盖率和基岩出露率上升;(5)石漠化程度加剧,其中旱地石漠化发展速度最快;(6)土壤侵蚀形势严峻。

基于巴江河和石林公园的协同保护利用,采用遥感和地理信息系统技术分析了2014年、1992年、1984年云南石林县巴江河岸1000m范围的影像或土地利用/土地覆被变化.30年来,巴江河岸土地利用/土地覆被结构显著变化,耕地面积保持56％以上,林地面积减少了54％、草地面积减少了95％.但住宅仓储工矿用地增加106倍,园地面积增加7.6倍、石砾地裸地面积增加1.7倍,土地利用结构严重碎化.这种变化的直接动力是居民用地和仓储用地等向河岸带集中.石林公园列为世界地质公园/世界自然遗产地提升了巴江河作为其缓冲区河流的地位,但并没有带来巴江河岸土地利用结构的优化.作为石林世界地质公园组成部分和石林县重要的景观河保育,以2014年土地利用结构为基础,应调整河岸土地利用结构,河岸带林地可增加77％,分别来自减少的57％裸地石漠化地,10％的耕地调整以及住宅和园地增加的10％绿化.由此可知,巴江河上游地段土地利用结构应优先调整.

基于landsat遥感影像提取大凌河流域1986~2014年7期土地利用/覆被变化信息,并结合1986~2014年流域气候变化情况,发现大凌河流域土地利用变化对流域气候变化具有负面影响。研究表明:(1)近30a大凌河流域土地利用/覆被变化情况表现为:建设用地和农林用地的大幅度扩张,面积分别增加了322.30km2和1504.94km2,并伴随着水域和旱地及其他未利用地面积的显著减少,面积分别减少了102.42km2和1724.61km2;(2)大凌河流域近30a来土地利用变化导致流域平均年降水量、平均相对湿度及平均风速小幅度下降,分别减少了14.94mm、0.2%和0.04m/s,平均气温缓慢上升,增长了0.1℃;(3)退耕还林还草及成立凌河保护区等工作能提高流域植被覆盖面积、使流域水域面积得以回升,从而可以缓解城市热岛效应带来的温度升高,提高流域生态环境质量。

以1991年、1998年和2006年3期遥感影像数据为基础,采用土地利用转移矩阵、动态度、利用度和生态环境效益指数模型,研究了漓江流域1991年以来的土地利用变化及其对生态环境效益的影响。结果表明,漓江流域土地利用/覆被于1991～2006年间发生了较大变化,变化的总体趋势为林地、耕地、草地和水域面积减少,并转化为园地、未利用地和建设用地;1991年以来,漓江流域未利用地、建设用地和园地的正向变化速度较大,而林地和草地的负向变化速度较大。漓江流域土地利用综合变化速率呈现增加趋势;土地利用度变化呈现波动特征;漓江流域土地利用/覆被变化的主要人文驱动力为经济因素、政策因素等方面;1991～2006年间土地利用变化降低了漓江流域的生态环境效益,林地向园地的转化及耕地向建设用地的转化是区域生态环境效益下降的主要原因。

通过选择3个具有不同地质背景、气候条件等环境特征的山西汾阳马跑-郭庄岩溶泉域、湖南湘西大龙洞地下河流域、广西桂江流域,对流域内具有代表性的不同土地利用方式和覆被类型下垫面土壤20～50cm深处co2浓度进行检测。结果显示,土地利用方式和覆被变化对3个流域岩溶土壤中20cm、30cm、40cm和50cm深处co2浓度具有明显的影响作用:湖南湘西大龙洞地下河流域多数样地土壤co2表现为随土层的加深先增加后降低的双向梯度;山西马跑-郭庄泉域玉米地的土壤co2浓度比种植马铃薯的高,且随着覆被条件由草地→灌丛→林地的改善,土壤的扰动性变小,co2浓度差趋于减少,变幅趋于稳定。各个流域相同覆被类型,群落结构和优势种变化越小,土壤co2浓度变幅越小。

作为我国重要的粮食生产基地和淡水湿地集中分布区,三江平原对于保障国家粮食安全和区域生态安全具有举足轻重的地位。由于人类活动的剧烈影响,过去50年期间,三江平原土地利用/覆被发生了显著变化。本文在分析1954年~2005年三江平原土地利用/覆被变化过程的基础上,深入探索了土壤类型对土地利用/覆被变化过程的影响。结果表明,过去50余年中,三江平原土地利用/覆被变化剧烈,其中耕地增加了2.25倍,增加面积为385.55×104hm2。与耕地面积相对应的是湿地、林地和草地的大幅度减少,减少面积分别为256.72×104hm2、66.92×104hm2和57.65×104hm2。草甸土、白浆土、沼泽土、暗棕壤和黑土为土地利用变化最为剧烈的几种土壤类型,农业开垦活动和耕地面积的增加是研究区土地利用变化的主要特征和主导因素,湿地、林地和草地减少区域的土壤类型与耕地增加区域的主要土壤类型一致。三江平原耕地开垦对土壤类型的选择顺序为:草甸土、白浆土→沼泽土→暗棕壤。这一现象表明耕地开垦首先从自然条件相对优良的土壤资源-草甸土、白浆土进行开发;随着草甸土和白浆土面积的迅速减少,沼泽土于1986年~1995年和1995年~2000年期间成为耕地开发最多的土壤类型;随着以上3种土壤类型中可开垦的土地资源减少,暗棕壤于2000年~2005年期间成为耕地开发最多的土壤类型。

以生态绿当量作为土地利用变化环境影响评价的度量指标,引用生态绿当量数学模型,以固原市上黄试区为例,利用1982年、2000年及2010年土地利用现状数据,测算上黄试区不同时期各种用地类型的绿当量和总绿当量,用以衡量生态环境状况。结果表明:1982年,上黄试区生态绿当量为0.88,说明该时段生态服务功能差,没有达到应有的生态标准;1982—2000年,这时期为治理期,经过近20a的生态综合治理,到2000年该试区生态绿当量达到1.266,说明该试区生态环境达标,生态服务功能良好;2000—2010年,在国家退耕还林还草政策条件下,坡耕地进行了深度地退耕,至2010年,该试区生态绿当量达到1.479,说明生态服务功能进一步加强。生态绿当量作为评价区域生态环境指标具有涵义明确、计算方便等优点。

土地利用/覆盖变化(lucc)是全球变化研究的重要内容,lucc驱动力的研究是探索lucc驱动机制的核心问题。本研究以地统计为研究方法,构建土地利用/覆被人为影响指数,以福建省1985年tm和2002年aster遥感影像解译结果为数据源,编制土地利用/覆被人为影响指数图层和土地利用/覆被人为影响指数变化图层,分别计算其时空变异特征。结果表明:2002年福建土地利用/覆被人为影响指数具有方向性,5个一级地类和整个区域所有地类的椭圆长轴都大致呈北北东-南南西走向,分布方向与地形和海岸线较为一致。结构方差所占比例为88.92%,空间相关性较强,结构性因子以地形等自然要素为主,在土地利用/覆被空间分布格局中起主导作用;1985年~2002年土地利用/覆被人为影响指数变化的分布趋势与地形和海岸线有偏差,结构方差所占比例为18.07%,空间相关性较弱,随机性因子占主导地位,表明地形等自然要素对人为影响指数变化不起决定性作用,人为活动成为主导因素。