东北地区土地覆被格局变化模拟:基于CLUE-S和Markov-CA模型的对比分析

研究以遥感解译的东北地区2000年、2010年、2015年的土地覆被变化为基础,充分考虑自然和社会因素对土地覆被变化的影响,分别通过CLUE-S模型和Markov-CA模型对东北地区2015年和2030年土地覆被格局进行模拟,研究结果表明:通过与遥感解译的2015年实际土地覆被类型数据对比验证,CLUE-S模型和Markov-CA模型模拟结果的总体Kappa指数分别为0.9700和0.9649,结果表明2种模型的模拟结果较为理想,CLUE-S模型的模拟精度较Markov-CA模型更高。2015—2030年东北地区草地、耕地、湿地、其他用地和水体面积呈现下降趋势,林地、人工表面面积呈现增加趋势,人地关系越发紧张。东北地区作为生态环境相对脆弱的区域需警惕不可持续的土地覆被变化,需权衡生态保护、粮食增加与基础设施建设的用地需求和协调发展。

1980-2020年松嫩平原生态脆弱性时空分异

[目的]探究1980—2020年松嫩平原生态脆弱性时空变化特征和驱动机制,为该区生态系统管理与可持续发展提供科学依据。[方法]从自然和人文两个角度出发,采用“压力—状态—响应”(PSR)模型构建评价指标体系,结合主成分分析法和Moran’I指数开展研究。[结果]①松嫩平原生态脆弱性以极度、重度和中度脆弱性为主,共占81.72%。2000年之前生态脆弱性整体水平呈现上升趋势,2000年之后生态脆弱性整体水平不断下降。②松嫩平原生态脆弱性以轻度和中度脆弱性变化为主,变幅分别为62.19%和91.30%。③生态脆弱性变化是由于草地、水域、未利用地、建筑用地和耕地间的转化。④生态脆弱性存在空间自相关性,低—低集聚主要分布在研究区西部林地区域。[结论]近40 a松嫩平原生态脆弱性总体呈现波动降低趋势,空间上生态脆弱性自东向西逐渐增加,气温、降水等自然因素和土地利用等人文因素对生态脆弱性影响较大。

东北地区天然林资源保护工程生态保护成效分析

东北地区作为全国重要的天然林分布区,是天然林资源保护工程(天保工程)实施的重要区域。系统开展东北地区天保工程实施前后生态系统变化的评估,对于工程实施效果提升与区域生态保护具有重要的科学意义。利用Landsat和MODIS遥感数据源及InVEST模型,从生态系统结构、质量和服务3个维度,综合分析东北地区天保工程的保护成效。研究结果表明:1)天保工程实施后(2000—2015年),森林面积增加2133 km^(2)。2)天保工程实施后,生态系统质量得到改善,叶面积指数和植被净初级生产力呈现上升趋势。3)天保工程实施后,森林生态系统碳储量增加49 Tg,森林生态系统产水量减少3.5×10^(9) m^(3),全区生境质量差的面积减少1423 km^(2)。4)天保工程总体上有显著的生态成效,但仍有产水量与生境质量、生态系统碳储量存在权衡等问题,区域生态系统的保护有待提升。

凉山地区生态环境脆弱性的时空动态变化

[目的]了解凉山地区2000—2010年生态环境脆弱性动态变化状况,为地区生态环境治理与保护提供参考依据。[方法]将RS与GIS技术相结合,以生态敏感性—生态恢复力—生态压力度（SRP）为模型选取16个评价指标,利用空间主成分综合与动态变化分析模型从时间与空间相结合角度,对凉山地区2000—2010年生态环境脆弱性动态变化进行定量分析。[结果]凉山地区生态环境脆弱性整体呈现南高北低的分布规律,就单一动态度而言潜在脆弱最大中度脆弱最小,就综合动态度分析该地区整体变化速度接近中度水平,而生态脆弱性综合指数则反映出该地区整体生态环境脆弱性有缓慢恶化趋势。[结论]凉山地区生态环境脆弱性空间分布规律明显,生态环境治理力度仍需加大。

松嫩平原生态系统服务供需研究

准确理解生态系统服务的供需平衡关系对于生态系统的可持续管理至关重要,尤其是面临农业发展和生态保护之间激烈冲突的松嫩平原。该研究整合土地覆被数据、归一化植被指数数据(NDVI)、气象数据和经济社会统计数据,基于InVEST模型、ArcGIS 10.6和Geoda软件,采用生态系统服务供需比、相关性分析和K-means聚类分析方法对松嫩平原2015年产水量、碳固持和食物供给3种生态系统服务进行供需关系研究。结果表明,(1)松嫩平原的3种生态系统服务供给均大于需求,其中产水量、碳固持和食物供给的供需比分别为0.027、0.197和0.430。产水量供不应求区域集中在松嫩平原西北部和中部,而碳固持和食物供给供不应求区域主要出现在城区。(2)生态系统服务需求之间的相互关系是相似的,而供给与供需比各内部之间的相互关系因不同生态系统服务而存在差异。(3)聚类分析将松嫩平原划分为4种以不同土地覆被类型为主的生态系统服务簇,其中生态系统服务簇1以农田为主,有最高的食物供需比;生态系统服务簇2以湿地和草地为主,产水量服务供需比最大;生态系统服务簇3以林地为主,碳固持服务供需比最大;生态系统服务簇4以城镇为主,各生态系统服务供不应求。该研究提出了松嫩平原生态保护和改善人类福祉的政策建议,有望为促进区域可持续发展提供科学依据。

图们江下游典型湖泊湿地土壤重金属污染特征研究

以图们江下游湖泊湿地植被景观为依据,选取图们江下游敬信湿地中典型湖泊湿地为研究区域,对该区域的土壤重金属进行分析。利用地质累积指数与内梅罗指数相结合的综合指数法及潜在生态危害指数法进行土壤重金属污染评价,并通过因子分析法对该地区土壤重金属含量特征及来源进行分析。研究结果表明：1）Ni、Cu低于国家一级标准;Cr、Zn、As、Pb高于国家一级标准,低于国家二级标准;Cd高于国家二级标准。Ni、Cu、As、Zn、Cd分布均匀,而Cr、Pb分布不均匀;2）研究区总体污染程度较低,污染等级均不超过3级。7种重金属中,富集程度依次为Cd〉Pb〉As〉Cr〉Ni〉Zn〉Cu;3）该湖泊湿地综合潜在生态危害指数基本介于150～300之间,处于中等潜在危害程度。As处于中等潜在危害程度,Cd处于很强的潜在危害程度;4）污染来源主要有3个：As污染来源于农业污染;Pb污染来源于交通污染;Cd污染来源于工业污染。

基于MOD17A3的图们江流域植被NPP时空变化特征

利用遥感技术,基于MOD17A3数据分析了图们江流域2000—2015年共16年的NPP动态变化.结果表明,2000—2015年图们江流域NPP总体呈上升趋势,2012年NPP值达到最大,最小值出现在2007年,平均每年上升4.04 gC·m^(-2)·a^(-1);图们江上游NPP表现出最高,为541.77 gC·m^(-2)·a^(-1),下游次之,为482.10 gC·m^(-2)·a^(-1),中游年平均NPP排在最后,为462.46 gC·m^(-2)·a^(-1),三个区域在16年的时间跨度上总体都是呈上升趋势;对年均NPP从小到大分类,其中NPP在400~600 gC·m^(-2)·a^(-1)这个范围占比最大,平均为48.7%,NPP小于400 gC·m^(-2)·a^(-1)和NPP大于600 gC·m^(-2)·a^(-1)的面积所占比例基本相差不大,分别为27.0%和25.3%;从整个流域来看,大部分地区植被的NPP值是增长的,NPP值增加的区域面积加起来占总面积的80%,下降的区域只占到20%;植被NPP与降水量、气温、湿度具有一定的线性正相关关系.

基于3S技术的吉林省靖宇县林下人参自然生境分析

为研究林下人参的自然生境,本文基于3S技术,利用ERDAS、ArcGIS等软件对Landsat8遥感影像进行解译分析处理,并提取坡度、坡向、海拔等地形因子参数,进行林下人参适宜生长环境因子分析。结果表明,林下人参适宜生长的坡度范围是6-24°,坡向为N坡、NE坡,海拔高度为506-767m。3S技术的应用,为林下人参自然生境分析提供了定量的研究方法,林下人参的自然生境研究对吉林省人参主产地区靖宇县的经济发展具有重要指导意义。

延边地区植被NPP时空格局与气候因子的关系

基于MODIS NPP数据,利用ArcGIS10.2空间分析模块对2000—2015年延边朝鲜族自治州植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)进行时空变化特征分析.结果表明:1)延边州植被NPP总体呈现从南到北递减的趋势,16年的均值NPP为462g C·m^(-2)·a^(-1),年均NPP主要集中在500~700g C·m^(-2)·a^(-1)之间.2)2000—2015年延边州各县市的年均NPP均随时间在一定数值范围内上下波动,且变化趋势相似.16年间的NPP波动范围集中在301~722g C·m^(-2)·a^(-1)之间,其中峰值出现在2005年和2012年,谷值出现在2007年.3)延边州2015年的NPP与2000年的NPP相比,绝大面积(99.72%)的NPP为增加,仅有小面积(0.28%)的NPP为减少,NPP增加的幅度由延边州北部、南部向中部递减.4)年均NPP与日照时数具有较强的相关性(相关系数达0.688,且P<0.01),而与降水量、气温的相关性不强.

1990-2015年图们江流域耕地时空变化遥感分析

研究图们江流域的耕地变化对加强图们江流域土地利用调控与管理有重要作用.以Landsat MSS/TM/OLI遥感影像为数据源,基于GIS软件,利用转移矩阵、统计分析等方法,计算图们江流域耕地变化情况和耕地相对转化情况,分析图们江流域1990-2015年共计25年间的耕地面积时空变化规律.结果表明:图们江流域的耕地广泛分布在中游区域,尤其旱地面积显著大于水田的面积,在25年间耕地总面积先增加后减少.1990—2015年,图们江上游耕地面积呈缓慢增长趋势,但后十五年增长速度高于前十年;图们江中游耕地面积前十年呈快速增长趋势,后十五年缓慢下降;而图们江下游25年内耕地面积变化不显著.1990—2015年,图们江流域水旱地结构发生了相互转换,水田向旱地的转化量大于旱地向水田的转化量.

1990~2015年东北地区草地变化遥感监测研究

基于1990年和2015年东北地区草地数据集,采用草地动态度模型、草地变化程度综合指数、草地相对变化率、质心模型和景观指数等作为参考指标对草地时空演变特征及其驱动因素进行分析.结果表明:25a间,东北地区草地面积减少了9755.94km^2,其中,内蒙古自治区东部减少量最大;黑龙江省草地动态度、变化程度综合指数和相对变化率最高,分别为-30.67%、21.68%和5.55,草地变化最剧烈、稳定性最差;内蒙古自治区东部相应三个指标最低,分别为-3.76%、2.66%和0.68,年均变化强度最高,为0.0193%,相对其他省草地更稳定,但其减少规模最大;草地质心向西偏南方向移动11.28km,是由东部黑龙江省和西部内蒙古自治区东部草地动态强度巨大差异所致;东北地区草地破碎化程度降低、景观类型稳定性上升、斑块形状趋于规则化,主要是小斑块、破碎斑块转化为其他土地类型的结果.气候变暖、变干是草地退化的自然驱动因素,人口增加和经济增长间接影响了草地变化,牲畜大幅度增长是重要因素.

吉林市土地利用变化遥感监测分析

基于ENVI5.2/Arc GIS10.2软件以吉林市为研究区域,采用1995年、2010年、2015年三期遥感影像进行土地利用/覆盖分类.通过对比三期遥感分类土地利用现状图,分析吉林市土地利用动态变化及原因.研究结果表明,应该加大对耕地的保护力度,加强对城乡、工矿及居民用地的计划和管理,科学合理地规划土地利用,实行和完善土地管制制度,鼓励和推进土地整理、土地开发和土地复垦.除采用强有力的法律、经济、规划等手段外,还需要对土地利用情况进行遥感监测,实时关注土地利用变化情况,有效预防土地滥用等现象,保证各用地类型的均衡发展,促进土地利用效率稳步提高.

哈长城市群生态系统服务时空特征及其权衡/协同关系研究

哈长城市群位列国家二级城市群之首,研究哈长城市群地区的生态系统服务变化及权衡协同关系对促进该区域可持续发展具有深远意义。基于多源遥感数据结合InVEST模型及权衡协同度模型(ESTD),分析了哈长城市群2000年、2010年、2015年土地覆被变化;评估了土壤保持、生态系统碳储量及产水量3种生态系统服务的时空分布及其权衡协同关系。结果表明:(1)2000-2015年,哈长城市群内建设用地共增加1462 km^(2),其中,2000-2010年增长量(958 km^(2))高于2010-2015年(504 km^(2)),15年间林地共增加1527 km^(2),草地、耕地及裸地分别减少661 km^(2),1611 km^(2),780 km^(2);(2)15年间土壤保持量持续降低,生态系统碳储量先减后增,产水量先增后减;(3)6种土地覆被类型中,单位面积下林地提供的土壤保持力最高,湿地提供的生态系统碳储量和产水量最高;(4)协同作用在哈长城市群3种生态系统服务间占主导地位;南部的土壤保持-生态系统碳储量及土壤保持-产水量多为协同关系,北部相反,从全区来看生态系统碳储量-产水量间的相关关系相对较弱。研究结果可为哈长城市群地区制定更为全面具体的生态保护策略提供参考依据。

岷江上游地区生态环境脆弱性变化研究

为掌握岷江上游地区生态环境脆弱性变化状况,从地形、气候、植被等方面构建评价指标体系,并将RS,GIS技术与熵组合权重模型相结合,对该地区2000—2015年生态环境脆弱性进行评价与分析,结果表明:(1)该地区生态环境脆弱性整体呈现西部相对较高,东部较低的变化状况;(2)各脆弱区栅格比例呈现不同的差异,微度和重度占据最大和最小两端,轻度、潜在和微度的比例则呈现依次降低的趋势;(3)该地区中度及以上脆弱区的栅格比例仅约20%,轻度及以下区域占据绝大部分,客观上反映其生态环境整体处于中等脆弱水平;(4)15年内,脆弱性综合指数分别为2.5916,2.5710,2.5719和2.5373,生态环境质量整体向好的方向发展;(5)系列环保措施实施促进了整体好转,而大量水电基地的建设也对小部分区域变化产生干扰;(6)针对不同区域,实行不同保护与恢复重建措施,将有助于生态环境的好转。

辽河流域生态系统服务权衡与协同研究

辽河流域是我国7大流域之一,是重要的防风固沙和生态屏障区,明晰流域生态系统服务变化及其权衡与协同关系对实现区域可持续发展具有重要意义。该文在评估辽河流域2000—2015年土壤保持服务、防风固沙服务和生境质量的基础上,利用相关性分析和均方根偏差对生态系统服务权衡与协同关系进行研究。结果表明:1)土壤保持服务由2000年5.5×10^(8) t增至2015年的6.0×10^(8) t,防风固沙服务由2000年1.29×10^(8) t增长至2015年1.35×10^(8) t,土壤保持服务、防风固沙服务和生境质量均呈现整体增加、局部减少的趋势,生态系统服务空间异质性较大;2)土壤保持服务与防风固沙服务、防风固沙服务与生境质量为权衡关系,土壤保持服务和生境质量表现为协同关系;3)2000—2015年辽河流域生态系统服务整体表现为权衡程度减弱的趋势,对比不同土地覆被类型权衡与协同的关系,发现林地权衡程度较低,而人工表面权衡程度较高;通辽市和赤峰市东北部权衡程度较高,流域东部生态系统服务权衡程度较低。定量评估辽河流域生态系统服务权衡与协同关系可以为该区域环境治理和区域可持续发展提供参考。

图们江中游稻田节肢动物群落特征及影响因素研究

以图们江中游3条典型河流两侧的稻田为研究对象,对节肢动物的群落特征、采样点的海拔及土壤农残特征等进行分析的结果表明:图们江中游稻田节肢动物群落中,同翅目与双翅目数量最多且离散程度大,总体上同翅目离散程度大于双翅目离散程度;在检测的7种农药中,图们江中游稻田土壤中主要农残为甲胺磷和稻瘟灵,不同采样点之间差异性明显;基于环境因子与节肢动物群落的冗余分析,表明海拔与甲胺磷是影响节肢动物群落的主要因素,其中,低海拔与低甲胺磷区是鞘翅目、蜘蛛目、蜻蜓目、双翅目与半翅目的集中区。

1980—2020年克鲁伦河流域草地的时空变化

[目的]分析克鲁伦河流域草地时空变化特征,对比分析中蒙两国草地变化规律,以期推动地方生态环境保护与建设,为跨境草原的可持续发展提供科学参考。[方法]以克鲁伦河流域为研究对象,基于面向对象的随机森林分类方法对Landsat系列影像进行信息提取,获得1980—2020年克鲁伦河流域5期土地覆被数据,并通过草地动态度模型、草地变化转移矩阵、质心模型及相关性分析的方法对比分析中蒙两侧草地变化及其驱动因素。[结果](1)1980—2020年克鲁伦河流域草地整体呈减少趋势,共减少486 km^(2),其中中国一侧草地增加130 km^(2)(0.88%),裸土地的转入是草地面积增加的主要原因;蒙古国一侧减少616 km^(2)(0.61%),主要转化为裸土地和耕地;(2)克鲁伦河流域草地质心向东北方向移动1.6 km。[结论]克鲁伦河流域草地退化的是自然因素和人为因素协同作用的结果,但从其面积转移来看,人类活动是导致其退化的直接原因。

5个时期黄河流域湿地格局及其变化研究

黄河流域生态保护与高质量发展已经备受关注,掌握该流域湿地格局的动态,是保护和修复该流域湿地的基础工作,具有极其重要的意义。利用1980年、1990年、2000年、2010年和2015年的中国科学院湿地数据集(CAS Wetlands)中的黄河流域湿地空间分布数据,开展了整个黄河流域的湿地面积、湿地格局动态及其空间异质性的研究。研究结果表明,2015年,黄河流域的湿地总面积为27 374.2 km^(2),其中,天然湿地面积占比为89.5%,天然湿地以草本沼泽为主,草本沼泽主要分布在黄河源区,人工湿地以水库/坑塘为主,水库/坑塘的面积占人工湿地总面积的比例为90.9%;1980年、1990年、2000年、2010年和2015年黄河流域的湿地面积不断减少,与1980年相比,2015年天然湿地丧失了7 402.2 km^(2);5个时期黄河源区、黄河中上游区和黄河下游区不同类型湿地面积的变化具有空间异质性。

2000～2015年辽河流域植被净初级生产力变化研究

利用MODIS NPP数据、气象数据和土地利用数据,采用简单差值和一元线性回归方法,分析2000-2015年辽河流域植被净初级生产力的时空变化特征,并探讨其与气候因子的关系。研究结果表明,2000-2015年辽河流域年植被净初级生产力的变化范围为238-334 g/（m2·a）碳,该流域内年植被净初级生产力缓慢上升,在空间上表现为东高、西低的态势;浑太河子流域的植被净初级生产力最高[348.17 g/（m2·a）碳],东辽河子流域的次之[330.14 g/（m2·a）碳],西辽河子流域的最低[217.23 g/（m2·a）碳];16 a来,辽河流域植被净初级生产力总体上在增加,植被净初级生产力增加了的区域面积占辽河流域总面积的95.1%。2000-2015年,辽河流域湿地面积增加了53.2 km2,湿地的平均年植被净初级生产力的变化范围为304.8-367.7 g/（m2·a）碳。年降水量和年平均相对湿度是辽河流域年植被净初级生产力的主要影响因子。