基于一种土地利用变化新指标的土地利用变化影响因素分析——以大兴安岭林牧交错区为例

研究土地利用变化机制,是保障生态脆弱区生态环境良性发展的必然要求。基于土地利用信息图谱构建新指标——土地利用转换度,借助土地利用转移矩阵和土地利用转换度刻画1990—2021年研究区土地利用转移的宏观特征,构建渔网提取土地利用转换度,分析其空间自相关性,并用地理加权回归(GWR)分析研究区土地利用变化的影响因素,为林牧交错区社会经济发展服务。研究发现:(1)1990—2021年,研究区土地利用类型的宏观格局变化不大,林地和草地是该区域的主要用地类型,林地主要分布在东部和北部的山区,草地主要分布在西南部,耕地主要分布于山地和草原交接的地区及河谷地带。(2)1990—2021年林地呈现增加趋势,草地逐年减少,耕地和建设用地缓慢增加。(3)草地、耕地和林地是该地区土地利用变动的主要类型,以草地转出最多,主要转换为林地和耕地。(4)土地利用转换度有显著空间自相关,存在明显的高高聚集和低低聚集。转换频繁区呈倒“C”字形,分布在大兴安岭西部山区与草地过渡带,即海拔700~900 m的地带。(5)GWR分析发现坡度、气温变化、人均GDP变化是影响该区土地利用的主要因素,人均GDP增加会降低土地利用转换度,而其他因素增加会导致土地利用转换加速。(6)土地利用转换度是一种可靠的土地利用变化度量指标,能够将空间和时间融合反映土地利用状态的变化强度。

农牧交错区草地生物多样性研究进展:方法、挑战、不足与展望

土地利用变化是生物多样性丧失的主要驱动因素,农牧交错区耕地-草地界面变化对草地生物多样性有显著影响,系统梳理相关研究进展,对于区域可持续发展至关重要。本文首先从空间尺度、研究层次、研究方法和应用决策4个角度对农牧交错区草地生物多样性研究进展进行了系统阐述,然后分析了当前农牧交错区草地生物多样性保护面临的挑战和机遇,最后就目前已有研究的局限性和未来的发展方向进行了探讨。研究表明,当前农牧交错区“耕地-草地界面变化对生物多样性影响”的研究十分薄弱,研究层次有待扩展、跨尺度集成研究亟须加强。未来应当融入空天地一体化的遥感监测技术,系统推进农牧交错区草地生物多样性研究,在全面理解影响机制的基础上,探索耕地粮食生产和草地生物多样性保护的双赢方案,促进区域可持续发展。

北方农牧交错区复种燕麦品种的筛选与评价

为筛选出适宜呼伦贝尔地区栽培的复种燕麦(Avena sativa)品种,从发芽特征、物候期、生产性能、茎叶比、生长速率和营养品质6个方面开展系统分析,本研究以综合产量和品质参数的灰色关联分析法确定选择的品种,筛选适应于试验区生产的品种资源。结果表明:‘燕麦品系3’发芽率、发芽势表现最好;不同燕麦品种生育期存在一定差异,‘燕麦品系1’与‘香燕8号’成熟性晚于其他试验品种;生产性能方面,‘香燕13号’株高、生长速率和干草产量表现最优,‘小燕麦’鲜草产量最高,‘香燕8号’的茎叶比最小,粗蛋白与饲料相对值表现最高,但产量最低。通过灰色关联统计分析进行综合评价,‘燕麦品系3’‘燕麦品系2’‘小燕麦’‘香燕13号’较适宜试验区作为复种燕麦品种进行栽培。通过燕麦复种,可以获取更高产量和优质的饲草,有利于缓解当地家畜冬季饲草匮乏和优质牧草短缺的畜牧业发展的瓶颈,对保障试验区畜牧业的健康发展和粮食安全具有重要意义。

赛罕乌拉林草交错区典型生态系统土壤理化性质对比

为分析退耕林地、自然草地、农田3种植被管理方式对土壤理化性质的影响,识别不同植被修复模式下土壤理化性质的差异,本研究以内蒙古赛罕乌拉林草交错区自然草地、退耕林地、农田3种典型植被类型为研究对象,通过对比分析3种植被类型下0 cm、10 cm、20 cm、40 cm、60 cm深度土壤容重、含水量、粒径比等物理属性以及全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾养分元素含量,结合元素含量之间的相关性分析,结果发现:1)农田土壤存在明显的犁底层,犁底层之下养分元素含量迅速下降;2)草地土壤pH值低、有机碳含量高,农田pH值最高、有机碳含量低,退耕林地浅层土壤有机碳含量少,其土壤理化性质呈现出居于农田与自然草地之间的特征;3)农田土壤除速效磷、全钾等指标高于自然草地外,其他养分含量均低于自然草地。本研究表明,自然草地、退耕林地和农田是在相同土壤母质基础上,因经营管理方式差异而产生的土壤理化性质差异,草地的有机质含量最高、农田最低,土壤有机碳含量对于其他养分元素含量具有关键作用。因此,林草交错区生态系统固碳功能对于防风固沙等其他生态功能发挥具有决定作用,退耕还草有利于土壤养分元素的恢复,退耕还林工程还应注重林冠下方草本灌木生物量及物种多样性的恢复。

1970—2020年黄土高原水蚀风蚀交错区极端降水时空变化研究及驱动因素分析

黄土高原水蚀风蚀交错区作为中国北方典型的生态脆弱区,因其独特地形和气候条件,极端降雨事件对其环境和生态系统的影响更加突出。选取水蚀风蚀交错区28个气象站点,结合RClimDex模型计算11个极端降水指数,采用线性相关分析法、Mann-Kendall趋势检验法和小波交叉法,分析了1970—2020年黄土高原水蚀风蚀交错区极端降水事件时空分布特征,探讨了极端降水事件的驱动因素。结果表明:(1)1970—2020年水蚀风蚀交错区持续干燥日数(CDD)呈下降趋势,其余10个指数呈上升趋势,反映出近50a研究区极端降水事件的频率、量级和强度不断增加。交错区年降水量增加和极端降水事件增加具有密切关系,且极端降水事件增加主要是由中雨日数(R10)和大雨日数(R20)引起。(2)1970—2020年极端降水事件在全区整体为增加趋势,交错区中部和西南部极端降水事件显著发生,陕西段极端降水量和强度呈显著增加趋势且极端化程度更显著。(3)湿日总降水量(PRCPTOT)、暴雨日数(R25)、5d最大降水量(R5d)3个极端降水指数,与影响因子厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、东亚夏季风(EASM)和太阳黑子(SN)具有不同的功率,与SN的交叉小波变换功率最大,说明影响因子中SN和极端降水指数的相关性最高,SN对极端降水事件的影响最大。

促进农牧系统耦合推进农牧交错区农牧业经济高质量发展研究

农牧系统耦合既是实现乡村振兴的有效举措,也是实现产业兴旺的重要途径,更是农牧交错区农牧业经济高质量发展的客观要求,农牧系统耦合对于促进农牧业经济高质量发展具有重要意义。受制饲草料资源分布的时空差异、生计模式落后、农牧业产业化的滞后性等因素的制约,农牧交错区农牧业经济发展水平不高。因此,应有针对性地培育农牧系统“耦合键”;调整生计策略,增加农牧民收入;提高农牧业技术,促进产业化发展。

宁夏农牧交错区植被覆盖时空变化及成因分析

厘清人类活动和气候变化对宁夏农牧交错区植被覆盖度变化的共同影响对指导宁夏农牧交错区植被恢复具有重要的现实意义。基于Google Earth Engine(GEE)云平台,以宁夏农牧交错区1990-2020年陆地卫星地表反射率数据为基础,采用像元二分模型估算区域植被覆盖度并分析其时空变化规律,通过计算累积植被覆盖度的斜率变化率和残差分析确定人类活动对植被覆盖度的影响,运用相关分析法明确气候因素与植被覆盖度的相关性。结果表明,1)1990-2020年研究区年均植被覆盖度增加,增速为0.58%/a(P<0.05)。其中,1990-2000年年均植被覆盖度无显著变化(P>0.05),2000-2020年年均植被覆盖度显著增加(P<0.05),增速达到1.04%/a。2)空间上,研究区年均植被覆盖度由北向南逐渐递增,植被覆盖度恢复的区域面积大于退化面积,城镇的建城区是植被覆盖度显著降低的主要区域。3)人类活动是研究区植被覆盖度增加的主要影响因素,气象因素次之;气象因素中降雨量对植被覆盖度变化起主要作用。

城乡交错区的土壤微生物多样性格局及其影响因素

以上海市松江区泖港镇为研究地点,采用高通量测序技术全面揭示了该城乡交错区不同土地利用类型中土壤细菌和土壤真菌的多样性分布格局和群落组成格局.研究结果显示,采集的土壤样品中共发现632种土壤细菌OTUs (operational taxonomic units)和593种土壤真菌OTUs,优势类群为变形菌门(细菌)与子囊菌门(真菌). 4种土地利用类型(耕地、坑塘水域、仓储用地和居民居住区)中,土壤细菌的Shannon指数为4.41~4.71,土壤真菌的Shannon指数为1.99~2.60,这两类土壤微生物的α多样性在各土地利用类型间无显著差异.而不同土地利用类型间,土壤细菌(R=0.32, p=0.001)和土壤真菌(R=0.22, p=0.001)的β多样性格局存在显著差异.此外,该城乡交错区土壤细菌和土壤真菌的群落组成格局和β多样性格局与土壤酸碱度、土壤孔隙度和土壤含水率显著相关.

黑龙江大庆农牧交错区草地-农田界面土壤养分与酶活性分析

草地-农田界面是我国北方农牧交错带的重要景观组成部分,具有复杂的生态系统结构、功能和生态过程,对自然因素及人为干扰十分敏感。以松嫩平原大庆市林甸县农牧交错区草地-农田界面为对象,分别向草地和农田延伸50 m,采用多元回归分析、主成分分析等方法对表层(0~20 cm)土壤养分、酶活性指标进行了空间分布变化分析和综合评价。结果表明:土壤养分含量及酶活性各指标在农牧交错区草地-农田界面上存在明显的空间异质性。土壤有机质、碱解氮、速效钾、速效磷等指标在草地高于农田。土壤pH值、含水量、全氮、全磷、全钾含量、土壤过氧化氢酶、脲酶活性等指标在界面0点附近变化剧烈,显著高于草地内部和农田内部(P<0.05),表现出明显的界面效应。相关性分析和主成分分析表明,土壤酶活性和土壤性质密切相关,其中土壤pH值与土壤酶活性呈极显著正相关,有机质和速效养分与土壤酶活性呈极显著负相关(P<0.01)。研究结果丰富了北方农牧交错带草地-农田界面的理论基础,为松嫩平原农牧交错区草地与农田过渡区的合理利用提供了理论依据。

长春市黑土城乡交错区重金属地球化学特征及生态风险评价

以位于东北典型黑土区的长春市城乡交错区为研究区,以土壤-作物系统中Cu、As、Pb和Zn为研究对象,采用Pearson相关性分析及土壤和作物综合质量指数对土壤-作物系统地球化学特征及生态风险进行评价。结果显示,表层土壤重金属存在明显的积累现象,作物籽实重金属含量均未超标,作物籽实对土壤中Zn和Cu的吸收富集能力显著高于As和Pb。不同重金属在土壤-作物系统中的迁移能力不同可能与作物种类、pH值、有机质、N、P和K_(2)O含量有关。作物重金属生物富集系数空间分布特征与作物籽实重金属含量空间分布特征相似,与土壤重金属含量空间分布特征存在显著差异。IICQ介于0.13~4.44,均值为0.62。研究区耕地土壤环境质量整体良好,仅中部存在小范围呈圈层分布的风险区域。

蒙东农牧交错区乡村聚落文化景观区划研究

以内蒙古东部农牧交错区211个乡村聚落为研究对象,通过构建文化景观解构框架分为自然环境、空间形态和社会文化3种类型和8种子类型,并利用ArcGIS 10.8进行可视化呈现;依据SPSS 26.0统计分析软件里的层次聚类分析方法并结合内蒙古东部农牧交错区的实际情况进行分析,最终确定文化景观特征区的分区结果。结果显示:(1)东部农业文化主导型乡村聚落景观特征区;(2)西部牧业文化主导型乡村聚落景观特征区;(3)中部农牧交融文化主导型乡村聚落景观特征区。3个不同文化主导的文化景观特征区验证了蒙东地区农牧文化兼并的属性,以期为当前我国大量的农牧交错区乡村聚落景观区划研究提供借鉴,为区域尺度的乡村聚落景观特征提供研究思路。

农牧交错区三生空间时空演变特征与影响因素——以内蒙古呼和浩特市为例

农牧交错区是我国北方重要生态安全屏障及粮食产地,探索其“三生”空间演变规律与影响因素对生态脆弱区国土空间优化及可持续发展具有重要意义。本文运用土地利用动态度、用地转移矩阵、地理探测器等方法研究2000—2020年内蒙古典型农牧交错区呼和浩特市“三生”空间演变特征及影响因素。结果表明:(1)研究期内呼和浩特市“三生”空间整体动态变化平缓(0.02%~0.04%),生态、农业生产、牧业生产空间趋减,生活、其他生产空间增加。(2)2000—2020年呼和浩特市“三生”空间格局变化显著,主要表现为城区外围生活空间侵占农牧业生产空间,土默川平原及北部、东南部丘陵地区农业生产、牧业生产、生态空间相互转换;(3)研究区生态、农业生产、牧业生产空间在前10 a相互转化剧烈,2010—2020年有所减缓;生活、其他生产空间呈净转入状态并在后10 a突增。(4)平均坡度是影响农牧业生产空间布局的主导因素(0.24~0.4),产业发展、人类活动和农业生产规模对当地空间格局影响较大,精细化治理背景下,政策引导的作用日益突出。

黄土高原水蚀风蚀交错区固氮微生物群落多样性在生物结皮中的演变规律

生物土壤结皮在黄土高原的水土保持、养分补给等方面发挥着重要生态功能。固氮微生物是固氮过程的关键功能群,影响着土壤氮素平衡,然而黄土高原水蚀风蚀交错区严重的水土流失导致土壤养分大量损失,尤其是氮素。该区域生物结皮广泛发育,它们在干旱半干旱区土壤氮素积累过程中起着重要作用。但是该区域生物结皮不同发育阶段中的固氮潜力、固氮微生物群落多样性及其关键环境控制因子尚不清楚。以黄土高原水蚀风蚀交错区为研究区,三种生物结皮类型和裸地对照为研究对象,采用Illumina HiSeq平台对nifH基因扩增产物进行生物信息学分析,揭示了固氮潜力及微生物群落多样性的分布规律。结果表明,生物结皮演替显著影响固氮酶活性、nifH基因丰度和固氮微生物α-多样性,各值均在苔藓结皮最高,显著高于其它演替阶段,且生物结皮层高于结皮下层土壤。在固氮微生物群落组成上,裸地以变形菌门的红螺菌目、酸硫杆菌目和根瘤菌目为主;而在藻结皮、地衣结皮和藓结皮阶段,均表现为蓝藻门的念珠藻目占绝对优势,是固氮微生物的关键类群,其中Trichormus、念珠藻属是优势固氮物种;与藻结皮、地衣结皮相比,藓结皮中念珠藻目的相对丰度显著降低,而变形菌门的红螺菌目、酸硫杆菌目和根瘤菌目的丰度明显上升。除此之外,蓝杆藻属、鱼腥藻属、斯克尔曼氏菌属、瘤胃梭菌属在藻结皮、地衣结皮、藓结皮也占明显优势。念珠藻目以及Trichormus的丰度与固氮酶活性、nifH基因丰度呈显著正相关关系,而与红螺菌目、酸硫杆菌目、梭菌目、根瘤菌目呈显著负相关;Trichormus相关的物种在黄土高原生物结皮氮输入过程中可能发挥着关键作用。生物结皮演替通过改变土壤pH值、有机质、全氮、含水量等理化特征而影响了微生境,通过环境筛选和物种重排作用对固氮微生物群落进行综合调控,其中pH与土壤全氮(TN)发挥着关键作用。

基于GEE云平台的黄河流域农牧交错区植被覆盖度时空变化特征

[目的]通过监测黄河流域农牧交错区退耕还林还草工程实施前后植被覆盖时空变化规律,为该地区生态恢复和可持续生态建设提供理论依据。[方法]以1990—2020年遥感影像为基本数据源,利用像元二分模型估算研究区植被覆盖度,运用岭回归函数分析植被覆盖度变化趋势,采用Hurst指数预测植被覆盖度变化趋势。[结果]黄河流域农牧交错区年均植被覆盖度由1990年的30.05%增加至2020年的49.19%,增速为0.62%/a(P<0.05)。退耕还林还草工程实施以后,恢复面积增加至53.11百分点。Hurst指数在0.75<H≤1.00的区域范围面积占研究区域95%以上。[结论]黄河流域农牧交错区植被覆盖度恢复面积远大于退化面积,植被整体呈恢复状态,且今后一段时间仍然保持恢复趋势。整体来看,黄河流域农牧交错区植被覆盖度不同等级土地面积发生转移的区域主要由低植被覆盖度向中低、中等植被覆盖度转移。生态工程的实施对黄河流域农牧交错区植被生长具有明显促进作用。

碳中和视角下甘肃省农牧交错区典型样带农户生产系统碳平衡研究

为了了解甘肃省农牧交错区农户生产系统碳平衡现状,全面理性地认识微观尺度上的农业碳排放问题,为政府制定相关低碳减排的政策提供有效参考依据,早日实现碳中和目标,选取甘肃省定西市安定区、临夏县、碌曲县为研究区域,通过走访调查,测算农户农业碳排放、碳吸收和碳平衡值,对比分析3个区域农户生产系统碳排放的差异性,并运用EKC模型分析农户碳平衡与作物产量、耕种面积的关系等。结果表明:甘肃省农牧交错区典型样带综合系统中,安定区以种为主,以养为辅;碌曲县以养为主,以种为辅;临夏县则以种养结合的模式生产;该区域综合系统碳排放量均大于碳吸收量,表现为碳源,且碌曲县综合系统的碳源能力最强。甘肃省农牧交错区典型样带作物碳排放量符合环境库兹涅茨曲线模型,作物碳排放量随着作物产量的增加逐渐呈上升趋势,在作物产量为7497.16 kg/hm^(2)时出现拐点,之后随作物产量增加呈逐渐降低趋势。甘肃省农牧交错区典型样带作物碳吸收量随着作物耕种面积的增加呈逐渐上升趋势。

农牧交错区农业资源利用与优化模式——以榆林市为例

受气候变化和粮食生产结构调整的影响,我国农牧交错区旱作农业规模不断扩大,其保障耕地安全与粮食安全的功能愈发突显,但在农业资源开发利用规模不断扩大的过程中,农牧交错区的资源超载风险与生态脆弱性备受关注。本研究以榆林市为例,运用重心模型、超效率SBM模型和时空分析等方法分析了近年来榆林市气候、耕地、水和种质等农业资源的利用现状、趋势以及面临的机遇和问题,提出农牧交错区农业资源优化利用模式。结果表明,气候变化背景下陕西省耕地重心及粮食生产重心北移趋势显著,1990—2019年间分别向北移动了38.40 km和72.51 km,榆林市农业资源开发利用与生产规模不断扩大;榆林市气候要素的整体变化趋势表现为平均气温和积温升高、降水量增加以及无霜期延长;榆林市耕地面积的变化呈现出先下降再上升最后相对稳定的特征,粮食种植结构发生转变,耕地利用强度和生产能力均有明显提升;榆林市水资源利用总量不断增加,2010—2020年的农业用水效率从0.414提升至1.039。研究提出市场导向型、资源整合型和生态休闲型三种不同的农业资源优化利用模式,分别适用于土地退化和人口流失严重的地区、具有一定资源基础或产业基础的农村地区以及城市近郊区等不同地域类型的农业发展。

我国农牧交错区草田轮作发展探讨

草田轮作是增加农田生物产量,提高土地利用效率,实现草牧业可持续发展的重要措施。本文从草田轮作国内外发展历史现状,及其产生的生态效益和经济效益进行了概述分析,并结合我国草田轮作地区应用实际和农牧交错区发展草田轮作所要面临的主要问题提出相应建议和对策。

人类活动影响下蒙辽农牧交错区的生态系统服务空间格局

以蒙辽农牧交错区为研究区,通过InVEST模型,计算其2000年~2019年的产水量、土壤保持、碳固持和生物多样性保护等4种生态系统服务指标,分析各生态系统服务指标的空间分布格局及空间自相关性,探讨人类活动对蒙辽农牧交错带生态系统服务空间格局的影响。结果表明,2000年~2019年研究区产水量空间差异明显,呈现出东南高西北低的分布格局;20年间土壤保持呈现增加趋势;碳固持量整体偏低,生态系统多样性保护服务量较高,但也存在空间异质性。4种服务均呈现不同程度的空间自相关性,具有空间聚集性;2000年和2010年产水量的Moran's I分别为0.6765、0.6823,空间聚集性最强;生物多样性保护的Moran's I提高最明显,从2010年增长至大于0.7,具有较强的空间聚集性。

中国农牧与风水蚀交错区的空间格局与生态恢复

运用遥感与 GIS为技术支撑 ,以专家知识为依据 ,从而定量计算出中国的农牧与风水蚀交错区。在此基础上 ,阐述二者在空间上的分布特征。风水蚀交错区主要分布于我国大兴安岭 -阴山 ,秦岭 -祁连山一线分布的区域 ,农牧交错区主要分布于辽宁与内蒙古接壤处 ,山西北部 ,陕西北部 ,到甘肃东部 ,秦岭以北 ,六盘山以东的地区 ,二者在空间格局上的不重合 ,使得我国 ,特别是北方地区存在两个生态脆弱区 ,这样对环境产生不利影响。进而从生态重建的角度提出治理对策。

交错区可燃物和火行为研究进展

我国年均森林火灾次数多、受害面积大、扑救困难,严重影响着我国生态安全和林业发展。林灌交错区是森林火灾蔓延的快速通道,它也是导致飞火次数和火强度增加、火灾范围扩大的重要因素。研究林火交错区内可燃物载量和含水率计算、预测方法,林火蔓延机制,交错区蔓延路径和火行为模型原理,可为延缓森林火灾蔓延和森林火灾防控提供科学有效的技术支持。