快速城镇化背景下山地城市生态系统服务价值变化梯度特征——以贵阳市为例

山地城市的城镇化特点明显有别于其他城市,在快速城镇化背景下,其土地利用结构和格局势必发生剧烈改变,进而影响生态系统服务变化特征。为厘清城镇化影响下山地城市生态系统服务变化规律,以典型山地城市——贵阳市为例,基于1995年、2005年、2015年遥感解译数据,利用生态系统服务价值系数法,在ArcGIS软件支持下分析了快速城镇化背景下贵阳市生态系统服务变化的地形和社会经济梯度特征。结果表明:快速城镇化使得贵阳市中南部地区生态系统服务价值呈下降趋势。除人口密度梯度外,1995—2005年和2005—2015年贵阳市供给服务价值在各地形梯度和社会经济梯度上均呈增加趋势,而调节服务、支持服务、文化服务和总服务价值随着地形及社会经济梯度的增加由下降趋势转为上升趋势,生态系统服务价值在人口密度梯度上呈现波动起伏特点。在山地地形约束下,快速城镇化与一系列生态保护工程耦合作用是形成贵阳市生态系统服务价值变化梯度特征的重要因素。

喀斯特山区贫困乡村土地利用的地形梯度特征

为厘清喀斯特地区小尺度土地利用在地形梯度的特征。基于0.5 m分辨率的Pleiades遥感影像和DEM数据,在ArcGIS技术支持下,采用人工目视解译方法,进行土地利用分类和地形位指数计算,并利用Fragstats 4.2软件,从景观生态学视角,分析4种不同喀斯特地貌的典型乡镇土地利用的地形梯度特征。研究发现:4个不同地貌乡镇的斑块数量(NP)和斑块形状指数(LSI)变化在地形位梯度上存在相似性,而与斑块所占景观面积(PLAND)变化规律有明显不同。斑块水平上各指标变化在4个地貌乡镇之间存在一定差异。随着地形位指数增加,4个乡镇的聚集度(AI)和蔓延度(CONTAG)整体上呈增加趋势,而4个地貌乡镇的香浓多样性指数(SHDI)和连接度(COHENSION)变化存在差异。不同地貌的土地利用结构的差异是形成不同喀斯特地貌贫困乡村土地利用梯度特征的重要因素。

贵州省主要粮食作物不同生长期的降水集中度时空演变

基于1961-2017年贵州省84个气象站点逐日降水数据,以贵州省主要粮食作物为例,利用降水集中度指数,分析了贵州省水稻和玉米不同生长期的降水集中度时空演变特征。结果表明:57 a间除水稻的拔节-孕穗期外,贵州省水稻和玉米的各生长期降水集中度均呈增加趋势。水稻的抽穗-成熟期和玉米的灌浆-成熟期是降水集中度增加突出时段。除水稻移栽-分蘖期和拔节-孕穗期外,贵州省大部分地区的水稻其他生长期以及玉米所有生长期的降水集中度均表现为增加特点。水稻和玉米各生长阶段的降水集中度在不同年代有所不同。水稻降水集中度变化的周期震荡频率高于玉米。

极端气温对贵州省生态系统服务的影响

基于气象逐日观测数据,选择极端高温和低温典型发生年份,利用InVEST模型和Spearman相关性分析法分析了极端气温对贵州省生态系统服务的影响.结果表明:极端高温和低温影响下贵州省产水分别呈现下降和增加趋势,水质净化分别呈现增加和下降趋势,土壤保持均呈下降趋势.极端高温影响下产水、土壤保持和水质净化变化的空间格局较为接近,而极端低温影响下3种服务变化的空间格局差异突出.极端气温影响下降水量、蒸发量及降水侵蚀力变化是贵州省生态系统服务变化的重要原因.

喀斯特地区贫困乡村景观格局及生态风险分析

为揭示喀斯特不同地貌乡村景观格局及生态风险的差异,以贵州省石门乡(喀斯特中山)、宗地镇(峰丛洼地)、周覃镇(低山丘陵)、掌布镇(峰丛峡谷)4种典型喀斯特地貌的贫困乡村为例,利用ArcGIS 10.1、Fragstats 4.2软件对乡村景观格局进行分析,并定量评价景观生态风险。结果表明,不同地貌乡镇的各斑块面积占比(PLAND)、斑块数量(NP)、斑块密度(PD)、斑块形状指数(LSI)存在较大差异。掌布镇景观水平上指标特征与石门乡相反,而宗地镇和周覃镇景观水平上指标特征介于掌布镇和石门乡之间。周覃镇与掌布镇景观生态风险低于石门乡以及宗地镇。石门乡中北部景观生态风险高于东部和西南部,与中北部以未利用地和建设用地景观为主、东部和西南部以灌草丛和林地景观为主有关。宗地镇中部比重较大的未利用地使其景观生态风险较高,而东部和西部比重较大的灌草丛使其景观生态风险较低。除西部地区外,周覃镇大部分地区耕地、林地和灌草丛的连片分布使得景观生态风险较低。中北部占主导地位的林地以及南部各地类的镶嵌分布,使掌布镇中北部景观生态风险明显低于南部。研究结果可为喀斯特地区乡村土地利用调控及生态风险管理提供科学依据。

喀斯特乡村土地利用景观的粒度效应

尺度效应是景观生态学研究的热点。为探究小尺度不同地貌景观粒度特征,基于2018年法国Pleiades卫星解译的土地利用数据,以贵州省喀斯特中山、峰丛峡谷、低山丘陵、峰丛洼地4种喀斯特地貌的典型乡镇为例,从斑块类型水平和景观水平两个方面研究乡村土地利用景观的粒度效应。结果表明:4个不同地貌的乡镇斑块数量、斑块密度和斑块形状指数随粒度增加均呈现出下降的趋势,而随粒度增加,斑块所占景观面积变化不突出。香农多样性指数和香农均匀度指数的尺度依赖性较弱,聚集度、连接度、蔓延度和分离度的尺度依赖性较强。不同景观类型的斑块指标粒度效应存在差异,不同地貌乡镇的斑块指标和景观指标的粒度效应存在差异。喀斯特特色地貌背景下,人类活动作用下的土地利用结构特点是形成喀斯特乡村土地利用景观粒度变化特征的重要因素。

贵州省中东部水稻有效积温对气候变化的响应

基于1961~2016年贵州省62个气象站点逐日气温观测资料,运用趋势分析法、空间插值法、小波分析法研究了贵州省中东部水稻有效积温对气候变化的响应。研究表明:56年间,贵州省中东部水稻秧苗期、拔节孕穗期及总生长期的有效积温均呈缓慢上升趋势,而移栽分蘖期和抽穗成熟期呈下降趋势。不同年代不同生长阶段的水稻有效积温变化呈波动起伏特点。水稻各生长阶段及总生长期的水稻有效积温变化空间格局存在明显空间异质性。水稻秧苗期、移栽分蘖期、拔节孕穗期、抽穗成熟期及总生长期有效积温变化主周期分别为29a、29a、28a、27a和28a。

贵州省“三生空间”时空演变研究

生产—生活—生态空间构建与划分是国土空间规划的重要组成部分,"三生空间"时空演变研究对土地利用优化布局及生态环境保护具有重要意义。以贵州省为例,基于1995、2005和2015年3期遥感解译数据,利用转移矩阵法,从时空转型、空间格局、地形起伏度三个方面对"三生空间"时空演变进行了研究。结果表明,1995-2015年,生产空间及生活空间的面积增加,生态空间的面积显著减少。生产空间与生态空间的转换最为突出。贵州省大部分地区的生产空间呈扩张趋势,生态空间呈缩小趋势,全部地区的生活空间呈扩张趋势。生产空间在各地形起伏度上均呈小幅上升趋势,随着地形起伏度增加,生活空间呈先上升后下降趋势,生态空间均呈小幅下降趋势。

贵州省中东部水稻有效积温对气候变化的响应

基于1961~2016年贵州省62个气象站点逐日气温观测资料,运用趋势分析法、空间插值法、小波分析法研究了贵州省中东部水稻有效积温对气候变化的响应。研究表明:56年间,贵州省中东部水稻秧苗期、拔节孕穗期及总生长期的有效积温均呈缓慢上升趋势,而移栽分蘖期和抽穗成熟期呈下降趋势。不同年代不同生长阶段的水稻有效积温变化呈波动起伏特点。水稻各生长阶段及总生长期的水稻有效积温变化空间格局存在明显空间异质性。水稻秧苗期、移栽分蘖期、拔节孕穗期、抽穗成熟期及总生长期有效积温变化主周期分别为29a、29a、28a、27a和28a。

2005—2017年我国人口与生态环境压力、能源消耗的脱钩关系研究

基于我国人口、环境、能源数据,运用脱钩理论与方法,对2005—2017年我国人口与生态环境压力、能源消耗的脱钩关系进行研究。结果表明:2005—2017年间,我国人口总量、人口城镇化率、能源消耗总量皆呈上升态势,生态环境压力有所缓解;2005—2017年间我国人口总量与生态环境压力间的脱钩关系主要表现为强脱钩,为理想状态,仅有华北、华南和西南部部分地区为不可取状态;人口城镇化率与生态环境压力间的脱钩关系主要表现为强脱钩,为理想状态,仅有华北、东北和西南部部分地区为不可取状态;人口总量与能源消耗总量间的脱钩关系主要表现为扩张负脱钩,为不可取状态,仅有华东部部分地区为较理想状态;人口城镇化率与能源消耗总量间的脱钩关系主要表现为扩张负脱钩,为不可取状态,仅有西南部小部分地区为理想状态,表现为弱脱钩关系。

1961—2015年贵州省中西部初霜、终霜及霜期的时空演变

基于1961—2015年贵州省中西部逐日气温观测资料,运用趋势分析法、空间插值法和小波分析法等研究了贵州省中西部地区初、终霜及霜期的时空演变。研究表明:贵州省中西部地区霜的变化大致呈初霜延迟、终霜提前、霜期缩短趋势。各站点初、终霜及霜期变化趋势空间分布存在明显差异性,各站点初霜日期变化与年平均温度变化均呈正相关,终霜日期变化与年平均温度变化均呈负相关,霜期变化与年平均温度变化均呈负相关,且部分地区相关性显著。初霜变化时间尺度存在周期震荡中心为28a,终霜变化无明显震荡周期,霜期变化时间周期震荡中心为13a。

城镇化与生态系统服务价值耦合协调关系研究——以贵州贵阳为例

基于2000年和2015年贵阳市社会经济及土地利用数据,利用耦合协调模型分析了贵阳市城镇化与生态系统服务价值耦合协调关系。结果表明:2000年和2015年贵阳市城镇化与生态系统服务价值之间处于高水平耦合阶段,2000-2015年间贵阳市大部分区县城镇化与生态系统服务价值的耦合度呈增加趋势,耦合状况向高水平演进。2000年和2015年贵阳市城镇化与生态系统服务价值的耦合协调度处于基本协调阶段,2000-2015年间除南明区和云岩区外,其他区县耦合协调度均呈增加趋势。城镇化水平提高以及生态环境改善是导致贵阳市城镇化与生态系统服务价值之间耦合度及耦合协调度增加的重要因素。

1995-2015年贵阳市土地城镇化变化梯度特征

基于1995和2015年Landsat TM/ETM+遥感影像,利用ArcGIS软件,从地形梯度和社会经济梯度两方面,分析1995-2015年贵阳市土地城镇化变化的梯度特征.结果表明:1995-2015年贵阳市土地城镇化整体呈增加趋势;随着地形起伏度和地形位梯度增加,贵阳市土地城镇化由上升转为下降;在交通、人口密度、城乡的大部分梯度上,贵阳市土地城镇化均表现为上升趋势.贵阳市山地地形限制了土地城镇化在地形起伏度和地形位较高梯度上的扩张,而社会经济梯度的吸引力不同导致土地城镇化变化在各梯度上存在差异.

贵州省玉米与水稻各生长期的日照时数变化

利用贵州省19个气象站1961-2013年日照时数资料,运用趋势分析法、空间插值法、小波分析法对贵州省玉米与水稻各生长期的日照时数变化进行分析。结果表明:(1)贵州省玉米与水稻各生长期日照时数年际变化均呈下降趋势,年代际变化呈波动起伏趋势;(2)贵州省玉米与水稻各生长期日照时数变化的空间格局存在差异;(3)玉米播种-出苗期、拔节-抽雄期、灌浆-成熟期、总生长期日照时数变化第一主周期分别为22a、18a、29a、10a。水稻秧苗期、移栽分蘖期、拔节孕穗期、抽穗成熟期、总生长期日照时数变化第一主周期分别为15a、17a、13a、29a、11a。

贵州省农业机械总动力及拥有量变化研究

利用贵州省2000-2018年农业机械总动力及拥有量指标数据,运用线性趋势分析法、空间插值法、SPSS相关性分析法对农业机械总动力及拥有量变化进行研究。结果表明:(1)贵州省农业机械总动力、大中型拖拉机、小型拖拉机、农用水泵年际变化呈上升趋势;(2)贵州各地农业机械总动力、大中型拖拉机、小型拖拉机、农用水泵变化差异性突出;(3)农业人口、乡村从业人员数量、经济作物播种面积及第一产业GDP对农业机械总动力、大中型拖拉机、小型拖拉机、农用水泵均呈正相关关系,且相关性显著。

1995—2015年贵州省陡坡土地利用景观干扰度变化

【目的】陡坡为山区土地资源开发利用的重要组成部分,强烈影响着景观格局的稳定性和安全性。研究人类活动对陡坡土地利用景观干扰程度,为合理利用和保护陡坡土地资源提供理论依据。【方法】以贵州省坡度大于25°的土地利用景观为研究对象,基于构建的景观干扰度指数,借助Arc GIS软件的空间分析工具,分析了1995—2015年间贵州省陡坡土地利用景观干扰度时空变化。【结果】1995—2005年间研究区除耕地和水域外,有林地、灌木林、草地、建设用地和未利用地景观类型的干扰度均呈增加趋势,而2005—2015年间全部景观类型的干扰度均表现出下降趋势。1995—2005年间除了东部小部分地区和中西部地区,贵州省大部分地区陡坡景观的干扰度增加,导致水土流失加剧;2005—2015年间除东南部和西部小部分地区外,贵州省大部分地区陡坡景观的干扰度下降,使得水土流失得到缓解。1995—2005年和2005—2015年间,贵州省景观破碎度、景观分离度和景观干扰度与水土流失存在正相关关系,而景观优势度与水土流失存在负相关关系。【结论】人口增长、生态治理等干扰下,耕地、有林地、灌木林和草地景观的变化是导致贵州省陡坡景观干扰度变化的重要因素,景观干扰度与水土流失之间存在明显的相关性。

资源枯竭型城市土地利用变化及其生态服务价值效应研究——以贵州万山特区为例

在生态先行的时代背景下,资源枯竭型城市的生态守护和生态服务的提升至关重要。以贵州省资源枯竭型城市——万山特区为例,基于1995年、2005年和2015年3个时期的Landsat遥感影像,借助ArcGIS平台,运用当量因子法,探究了万山特区土地利用变化及其生态服务价值效应。结果表明:1995~2005年,万山特区灌木林、草地和建设用地面积减少,水田、旱地、有林地面积增加,而水域无变化。2005~2015年,旱地和有林地面积减少,其他地类面积增加。从生态服务价值来看,1995~2005年,万山特区调节服务、支持服务、文化服务和生态服务总价值减少,而供给服务价值增加。2005~2015年调节服务、支持服务、文化服务和生态服务总价值增加,仅有供给服务价值减少。从不同地形坡度对生态服务价值的影响来看,1995~2005年和2005~2015年不同坡度等级条件下生态服务价值差异突出。在地形坡度为5°~25°的区域间各用地类型提供的生态服务价值相对较高,尤其是灌木林地和旱地。