Land use and cover change and influencing factor analysis in the Shiyang River Basin,China

Land use and cover change(LUCC)is the most direct manifestation of the interaction between anthropological activities and the natural environment on Earth's surface,with significant impacts on the environment and social economy.Rapid economic development and climate change have resulted in significant changes in land use and cover.The Shiyang River Basin,located in the eastern part of the Hexi Corridor in China,has undergone significant climate change and LUCC over the past few decades.In this study,we used the random forest classification to obtain the land use and cover datasets of the Shiyang River Basin in 1991,1995,2000,2005,2010,2015,and 2020 based on Landsat images.We validated the land use and cover data in 2015 from the random forest classification results(this study),the high-resolution dataset of annual global land cover from 2000 to 2015(AGLC-2000-2015),the global 30 m land cover classification with a fine classification system(GLC_FCS30),and the first Landsat-derived annual China Land Cover Dataset(CLCD)against ground-truth classification results to evaluate the accuracy of the classification results in this study.Furthermore,we explored and compared the spatiotemporal patterns of LUCC in the upper,middle,and lower reaches of the Shiyang River Basin over the past 30 years,and employed the random forest importance ranking method to analyze the influencing factors of LUCC based on natural(evapotranspiration,precipitation,temperature,and surface soil moisture)and anthropogenic(nighttime light,gross domestic product(GDP),and population)factors.The results indicated that the random forest classification results for land use and cover in the Shiyang River Basin in 2015 outperformed the AGLC-2000-2015,GLC_FCS30,and CLCD datasets in both overall and partial validations.Moreover,the classification results in this study exhibited a high level of agreement with the ground truth features.From 1991 to 2020,the area of bare land exhibited a decreasing trend,with changes primarily occurring in the middle and lower reaches of the basin.The area of grassland initially decreased and then increased,with changes occurring mainly in the upper and middle reaches of the basin.In contrast,the area of cropland initially increased and then decreased,with changes occurring in the middle and lower reaches.The LUCC was influenced by both natural and anthropogenic factors.Climatic factors and population contributed significantly to LUCC,and the importance values of evapotranspiration,precipitation,temperature,and population were 22.12%,32.41%,21.89%,and 19.65%,respectively.Moreover,policy interventions also played an important role.Land use and cover in the Shiyang River Basin exhibited fluctuating changes over the past 30 years,with the ecological environment improving in the last 10 years.This suggests that governance efforts in the study area have had some effects,and the government can continue to move in this direction in the future.The findings can provide crucial insights for related research and regional sustainable development in the Shiyang River Basin and other similar arid and semi-arid areas.

Driving forces behind the spatiotemporal heterogeneity of land-use and land-cover change:A case study of the Weihe River Basin,China

The impact of socioeconomic development on land-use and land-cover change(LUCC)in river basins varies spatially and temporally.Exploring the spatiotemporal evolutionary trends and drivers of LUCC under regional disparities is the basis for the sustainable development and management of basins.In this study,the Weihe River Basin(WRB)in China was selected as a typical basin,and the WRB was divided into the upstream of the Weihe River Basin(UWRB),the midstream of the Weihe River Basin(MWRB),the downstream of the Weihe River Basin(DWRB),the Jinghe River Basin(JRB),and the Luohe River Basin(LRB).Based on land-use data(cultivated land,forestland,grassland,built-up land,bare land,and water body)from 1985 to 2020,we analyzed the spatiotemporal heterogeneity of LUCC in the WRB using a land-use transfer matrix and a dynamic change model.The driving forces of LUCC in the WRB in different periods were detected using the GeoDetector,and the selected influencing factors included meteorological factors(precipitation and temperature),natural factors(elevation,slope,soil,and distance to rivers),social factors(distance to national highway,distance to railway,distance to provincial highway,and distance to expressway),and human activity factors(population density and gross domestic product(GDP)).The results indicated that the types and intensities of LUCC conversions showed considerable disparities across different sub-basins,where complex conversions among cultivated land,forestland,and grassland occurred in the LRB,JRB,and UWRB,with higher dynamic change before 2000.The conversion of other land-use types to built-up land was concentrated in the UWRB,MWRB,and DWRB,with substantial increases after 2000.Additionally,the driving effects of the influencing factors on LUCC in each sub-basin also exhibited distinct diversity,with the LRB and JRB being influenced by the meteorological and social factors,and the UWRB,MWRB,and DWRB being driven by human activity factors.Moreover,the interaction of these influencing factors indicated an enhanced effect on LUCC.This study confirmed the spatiotemporal heterogeneity effects of socioeconomic status on LUCC in the WRB under regional differences,contributing to the sustainable development of the whole basin by managing sub-basins according to local conditions.

基于LUCC的渭河流域生态系统碳储量动态变化及脆弱性分析

[目的]探究土地利用/覆被变化(LUCC)对陆地生态系统碳储量的影响机制,为有效开展国土空间规划和生态保护修复提供理论依据。[方法]以渭河流域为研究对象,利用InVEST模型定量评估了1980—2020年陆地生态系统碳储量时空演变特征及分布格局,分析土地利用变化对区域碳储量的影响,并结合PI指数探讨了流域生态系统碳储量脆弱性。[结果](1)1980—2020年渭河流域土地利用类型以耕地、林地和草地为主,三大地类的面积占到流域总面积的95%左右。土地利用转移以耕地转为建设用地居多,约为1734.93 km^(2);(2)1980—2020年渭河流域碳储量总体呈现波动式下降趋势,累计减少3.8764×10^(6) t,耕地转为建设用地是导致减少的主要因素。空间分布上总体呈现“南高北低”的分布特征;(3)耕地、林地和草地是渭河流域生态系统碳储量的主要来源,2020年贡献率分别为38.91%,27.60%和30.00%,其他3类土地类型的总贡献率不足4%。(4)1980—1990年渭河流域土地利用变化对碳储量为正向影响,其他时段均为负向影响,下游地区生态系统碳储量更为脆弱。[结论]近40年间渭河流域碳储量随土地利用呈现波动式变化,林地增加将对区域碳汇能力产生正向影响,未来国土空间规划中应注重建设用地与林地、草地等生态用地的合理配置。

1970~2020年黄河流域菏泽段LUCC时空演化及驱动力分析

利用ArcGIS提取LUCC类型,采用LUCC动态度、LUCC转移矩阵和驱动因素主成分分析法,对研究区域1970~2020年LUCC的时空变化特征及驱动因素进行分析研究.结果表明:单一LUCC自大到小为耕地、建设用地、水域、林地、草地和未利用土地,建设用地动态度为正值,呈增加趋势,各类用地间互相转化活跃;经济加速发展、城镇化进程的加快,产业结构调整和居民生活水平提高,是驱使LUCC结构发生变化的主要因素.

Influence of Land Use/Cover Change on Storm Runoff—A Case Study of Xitiaoxi River Basin in Upstream of Taihu Lake Watershed

Land use/cover change (LUCC) is one of the main boundary conditions which influence many hydrologic processes. In view of the importance of Taihu Lake Watershed in China and the urgency of discovering the impacts of LUCC on storm runoff, two flood events under five land cover scenarios in the Xitiaoxi River Basin of the upstream of Taihu Lake watershed were simulated by distributed hydrologic modeling system HEC-HMS. The influences of each land cover on storm runoff were discussed. It was concluded that under the same rainstorm the ascending order of runoff coefficient and peak flow produced by the 5 different land covers were woodland, shrub, grassland, arable land, and built-up land; the descending order of swelling time were woodland, shrub, grassland, arable land, and built-up land. Scenario of built-up land was the first to reach peak flow, then arable land, grassland, shrub, and woodland. There were close relationships between the runoff coefficients produced by the 5 different land covers. The degrees of impacts on runoff coefficient of land cover change modes were sorted by descending: woodland to built-up land, shrub to built-up land, grassland to built-up land, arable land to built-up land, woodland to arable land, shrub to arable land, arable land to grassland, shrub to grassland, grassland to arable land, and woodland to shrub. Urbanization will contribute to flood disaster, while forestation will mitigate flood disaster.

Geochemical characteristics and oil family classi-fication of crude oils from the Markit Slope in the southwest of the Tarim Basin, Northwest China

Based on the chromatograms of oils and saturated hydrocarbons, biomarkers and stable carbon isotope analyses, the geochemical characteristics and oil family Classification of crude oils from the Markit Slope in the southwest of the Tarim Basin were investigated. The results showed that crude oils from the Markit Slope are divided into two oil family Classification. Oils collected from the Bashituo oilfield in the western part of the Markit Slope are characterized by high contents of tricyclic terpanes, pregnane, and homopregnane, low contents of garmmacerane (G/H<0.20), dibenzofuran, and methyl cyclohexane, and light stable carbon isotopic values (the δ13C values of satu-rated hydrocarbons and aromatic components are less than -34‰ and -32‰, respectively), with the distribution type of steranes being C27>>C28<C29. Condensate oils collected from the Hetian River gasfield in the eastern part of the Markit Slope are characterized by low contents of tricyclic terpanes, pregnane, and homopregnane, high contents of garmmacerane (0.20<G/H<0.36), dibenzofuran, and methyl cyclohexane, and relatively heavy carbon isotopic values (δ13C of saturated hydrocarbons and aromatic components (> -32‰ and -30.6‰, respectively), with the distribution type of steranes being C27>C28<<C29. In addition, oils from Well Qu 1 have some characteristics similar to those of the above oils, with some special characteristics including high contents of β-carotenes and special distribution of steranes (C27<C28 <C29).

土地利用变化对石羊河流域径流影响分析

土地利用和土地覆被变化(LUCC)对流域可持续发展和水资源管理至关重要。运用SWAT模型,采用1980、1990、2000、2010、2020年5个时期的土地利用矢量图,定量评估了石羊河流域LUCC对径流的时空动态影响。结果表明,1980~2020年耕地和建设用地面积逐年增加,林地、草地和水域覆盖面积整体减小;5个时期模拟的年均径流量分别为97.3、101.8、84.4、77.1、71.5 mm;SWAT模型在石羊河流域有较好的适用性,在率定期和验证期,不同土地利用情景下模拟结果均具有良好的一致性;在过去约40年(1976~2014年),石羊河流域地表径流减小,地下水补给增加,雨季地下水补给和径流量最大。

黑河流域LUCC(1988-2000)的生态环境效应研究

利用1988年和2000年Landsat5的4、3、2(RGB)波段合成影象解译结果,采用中国科学院资源环境数据库中的全国1∶10万土地资源利用分类系统,基于GIS(arcview3.2a),通过对黑河流域近12年来土地利用/覆被变化(LUCC)特点揭示,研究了其生态环境效应。结果表明:(1)土地利用结构变化表现出耕地、林地和城镇用地有明显增加,草地和水域都呈减少趋势,反映出区域城镇化进程的加快和生态环境恶化的趋势。LUCC的区域差异明显:上游地区水域在减少,草地和未利用地大量增加,林地和城镇用地变化不大;中游地区耕地、城镇用地大量增加,草地急剧减少;下游地区水域面积大量减少,草场严重退化,未利用地大量增加;(2)上游地区主要表现为冰川退缩,土壤生态系统退化,地表径流中泥沙含量增加,林地水源涵养能力降低,天然植被退化;(3)中游地区农业绿洲虽有较大发展,但天然植被减少,土壤盐渍化、土地沙化、草场退化较为严重;(4)下游地区河道断流加剧,湖泊干涸,地下水位下降,水质恶化,地表植被严重退化,生态功能降低,土地沙化、盐碱化面积迅速扩大,灾害性天气频增。最后,基于流域各段生态环境效应分析,提出了生态重建的对策措施。

黑河分水后中游地区LUCC监测

以2000年Landsat ETM和2005年的Landsat TM数据为信息源,通过人机交互方式提取了两期黑河流域中游地区土地利用/覆被数据。在此基础上,结合研究区的社会经济统计资料和气象观测资料,分析了黑河流域中游地区近5 a来土地利用/土地覆被变化(land use and land coverage,LUCC)的时空变化格局和土地利用类型转变的趋势及其驱动力。结果表明,5 a间耕地和居民用地面积分别扩大了6.95%和9.78%,草地和林地都有相应的减少。尤其是水域和未利用土地,分别减少了1.70%和0.88%,黑河流域生态环境有总体变差的趋势。驱动力分析表明,环境变化是人文因素和自然因素共同作用的结果,并且人为因素占主导地位,在此情况下,本区生态环境存在着继续恶化的潜在危机。

黄河流域宁夏段径流对LUCC的响应研究

宁夏段黄河流域因降水量少、水土流失严重、工农业用水量持续增加等原因导致水资源日益紧张。为了充分合理调度水资源以缓解该区用水压力,研究利用SWAT模型对径流进行了模拟,采用确定性系数(R2)和Nash-Sutcliffe效率系数(Ens)评价了SWAT模型在宁夏黄河流域的适用性。模型构建后,通过改变土地利用和土地覆被类型,研究了水田、水浇地、旱地、有林地、灌木林地、草地6种土地利用方式的面积分别增加5%、10%、15%、20%和分别减少5%、10%、15%、20%的条件下径流的变化情况。结果表明:草地和灌木林地面积增加,径流量增大;水田、水浇地、旱地、有林地面积增加,径流量减小。

基于PLUS土地利用模拟的阿克苏河流域NEP时空格局研究

净生态系统生产力(NEP)是评估陆地生态系统碳吸收量的重要指标,而土地利用/覆盖变化(LUCC)是影响区域碳吸收量变化的主要因素之一,分析LUCC与NEP的变化趋势,对区域实现“双碳”目标具有重要意义。基于阿克苏河流域2000—2020年LUCC与MODIS遥感数据估算区域内各土地利用/覆盖类型的年均固碳速率,借助PLUS模型模拟未来40 a的LUCC,预测未来40 a流域NEP时空变化趋势。结果表明:(1)近20 a流域内总NEP呈上升趋势,上升速率为0.136 Mt C·(10a)-1,林地平均固碳速率最高;(2)未来40 a阿克苏河流域总碳吸收量在不断上升。林地面积的增加是阿克苏河流域碳吸收量上升的主要途径,生态保护工程的积极性对流域内碳吸收量起到关键作用。

FLUS模型和PLUS模型在年楚河流域土地利用模拟中的应用与对比

为准确进行西藏年楚河流域未来土地利用模拟,对比分析了FLUS模型(Future Land Use Simulation Model)和PLUS模型(Patch-generating Land Use Simulation Model)在该流域LUCC(土地利用(Land use)/土地覆盖变化(Land cover change))模拟的结果,并在此基础上开展了研究区2030年的土地利用模拟应用。结果表明:(1)采用本地化参数的FLUS模型获得的模拟结果与真实数据的Kappa系数(0.6350)、FOM系数(0.0800)以及模拟图像的总体精度(0.8240)均优于PLUS模型模拟的结果,表明FLUS模型在研究区具有更好的适用性;(2)依据过去的土地利用变化数据对模型的领域权重和转移矩阵参数进行本地化处理,可提高模拟结果与真实数据的Kappa系数,有助于增强模型在区域的适用性;(3)基于FLUS模型的2030年年楚河流域土地利用模拟结果显示,该区域草地、湿地与水体面积将继续减少,耕地、城市、未利用土地、积雪与冰川将增加,林地变化不大,其中,最主要的土地利用变化由草地变为未利用土地。

LUCC及气候变化对澜沧江流域径流的影响

运用SWAT模型,通过设置不同情景,定量分析了澜沧江流域土地利用与土地覆被变化(Land Use and Land Cover Change,LUCC)和气候变化对径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5两种排放情景对流域未来径流的变化进行预估。结果表明:SWAT模型在澜沧江流域径流模拟中具有很好的适用性,率定期和验证期的模型参数R2分别达到0.80、0.74,Ens分别达到0.80、0.73;从土地利用变化方面考虑,流域内的农业用地转化为林地或草地,均会导致径流量的减少,而林地转化为草地则会引起径流量的增加,农业用地、林地、草地三者对径流增加贡献顺序为农业用地>草地>林地,从气候变化方面考虑,流域内的径流量与降雨量成正比,与气温成反比;2006-2015年间澜沧江流域气候变化引起的月均径流减少幅度强于LUCC引起的月均径流增加幅度,径流变化由气候变化主导;在RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下,2021-2050年间澜沧江流域的径流均呈增加趋势,这与1971-2015年间流域实测径流的变化趋势相反。

基于情景分析的LUCC和气候变化对南盘江流域径流的影响

为揭示土地利用/土地覆被变化(Land Use and Land Cover Change,简称LUCC)和气候变化对南盘江流域径流的影响,基于情景分析,运用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,定量研究不同土地利用类型和气候要素对流域内径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5两种排放情景对流域未来径流的变化进行预估。结果显示:①南盘江流域SWAT模型的率定期参数R^2、Ens分别为0.68、0.67,验证期R^2、Ens分别为0.65、0.63,SWAT模型适用于南盘江流域的径流模拟;②不同土地利用类型对比情景显示,农业用地、林地、草地对产流的贡献次序分别为,农业用地最强,草地次之,林地最弱;气候变化情景显示,径流变化与气温变化成反比,与降雨量变化成正比,且径流变化对降雨量变化更为敏感。③2006-2015年间,LUCC、气候变化二者均会导致南盘江径流量的减少,但气候变化在径流变化中占主导作用。④在RCP4.5、RCP8.5两种排放情景下,南盘江径流在2021-2050年间都呈现减少趋势,减少速率分别为18.74×10~8m^3/10年和21.35×10~8m^3/10年,分别达到1974-2015年减速的1.37、1.56倍,减小趋势明显增强。

基于GIS与RS下的1990—2015年塔里木河流域LUCC及景观格局时空分析

针对西北干旱区流域生态环境恶化、人-地关系矛盾突出等问题,以新疆塔里木河流域为例,以Landsat卫星影像为主要信息源,通过解译数据分析了研究区1990-2015年土地利用变化特征。结果表明:1990-2015年研究区土地类型变化综合动态度3.16%,土地利用格局变化明显,土地利用类型单一动态度依次为耕地(2.11%)、建设用地(0.64%)、水体(0.06%)及未利用地(0.002%),林地(-0.25%)与草地(-0.21%)面积25 a间持续减少。耕地的持续扩张导致流域内草地和水体斑块个数成倍增加,斑块破碎化程度进一步加剧:通过对遥感解译数据、公开统计面积及相关普查成果等多源数据的比较印证,得出2015年塔里木河流域较为准确的流域耕地面积37531 km^2,25 a间流域耕地面积增加12940.92 km^2。研究成果为未来改善流域生态环境、促进流域生态文明建设、土地资源可持续利用及其管理等决策提供基础信息支撑,对我国西北干旱区土地利用管理规划和生态环境保护具有实际意义。

基于土地利用覆被变化(LUCC)的人类活动与流域生物多样性灰色关联分析

以黄土高原中部的泾河流域为研究区,通过采用结合InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)模型生境质量与植被覆盖度的综合方法,分析植物多样性在栅格尺度上的时空变化,并结合灰色关联分析方法,分析植物多样性与土地利用强度、人口密度等因子的关联关系。结果表明:(1)泾河流域植物多样性处于中等水平(BS>0.53),空间格局变化明显。2000-2015年,流域内植物多样性平均值从0.5382增加到0.5951,其中,植物多样性高值区域占总面积的22.1%,主要分布在山地、国家自然保护区和林业地区,植物多样性低值区占总面积的5.99%,主要分布在城区及北部植被覆盖低区域。(2)土地利用强度是流域植物多样性的主要影响因素,其次太阳辐射和人口密度也会造成较大影响,此外还受其他因素的共同作用。

奎屯河流域中下游地表温度对LUCC响应监测研究

基于奎屯河流域中下游地区2000年和2010年的Landsat TM夏季影像,提取了土地利用/覆被变化(LUCC)信息;再利用单窗算法反演了区域地表温度(LST);然后在对不同地类LST进行归一化的基础上,分析了该地区2000-2010年LUCC与LST变化之间的联系。结果表明,研究区主要地类包括草地(28.9%)、耕地(29.3%)、沙地(29%)等;10 a间人们将大量草地和其他地类开垦为耕地,耕地增长了37.6%;在气候、环境等因素影响下,研究区生态恢复情况可观,其中草地虽缩减了23.2%,但其植被覆盖度增加且LST降低了3%;盐碱地恢复为草地部分(13.1%)的LST降低了12.7%,开垦为耕地部分(14.6%)的LST降低了21%。

渭河流域土地利用类型转换及其对生态空间格局的影响

【研究目的】自然资源综合调查作为中国地质调查局2021年的新拓展业务,旨在服务国土空间规划、用途管制及生态保护修复。【研究方法】本文基于流域2000年、2010年和2020年土地利用/覆被变化监测数据,利用ArcGIS软件对流域的土地利用类型和生态空间用地时空变化特征进行分析。【研究结果】结果表明:(1)2000—2010年流域耕地转换为草地、林地以及建设用地的面积分别为804.4 km^(2)、350.3 km^(2)、327.6 km^(2),而草地、林地以及建设用地转换为耕地的面积分别为94.3 km^(2)、10.4 km^(2)、1.2 km^(2);(2)2010—2020年流域耕地转换为草地、林地以及建设用地的面积分别为16646.8 km^(2)、3024.5 km^(2)、2547.9 km^(2),而草地、林地以及建设用地转换为耕地的面积分别为16867.7 km^(2)、3103.6 km^(2)、2528.82 km^(2);(3)2000—2020年流域生态空间用地面积转换达48165 km^(2),其中生态用地→半生态用地面积为20172 km^(2),半生态用地→生态用地面积为20897 km^(2),弱生态用地→半生态用地面积为2519 km^(2),半生态用地→弱生态用地面积为2754 km^(2),反映流域生态空间用地转换趋于平衡和生态系统服务质量稳中趋增。【结论】以上成果对于促进渭河流域自然资源综合区划和国土空间“三区三线”优化具有重要意义。

人类活动对秦岭月河流域径流变化的影响分析

气候变化和人类活动是河川径流变化的主要驱动力。在相似气候的前提下,人类活动是流域径流变化的主导因素,定量识别人类活动对径流变化的作用机制对深入探究径流的变化特征具有重要意义。本研究以秦岭月河流域为研究对象,基于流域内水量平衡的基本原理,在相似气候的前提下,结合土地利用/覆被变化(LUCC)和归一化植被指数(NDVI)的变化,分析月河流域的径流变化来量化人类活动对径流的影响程度。结果表明:(1)1960—2018年流域内径流量的平均值为8.3×10^(8)m^(3),径流整体呈现出减少的趋势,变化趋势不显著。(2)在相似气候的前提下,本研究共得出6组气候相似年组,其中有3组年径流量增加,2组年径流量减少。(3)以第3组相似年组(2000年和2016年)为例来定量区分气候变化和人类活动对流域径流的影响,2016年与2000年相比,径流减少了4.7×10^(8)m^(3)。(4)在第3组相似年组的时段内有25751.4 hm^(2)的耕地转化为林地,林地面积增加了24998.9 hm^(2)。(5)NDVI的变化主要是由于人类活动所致,同一时段内NDVI增加的面积为242652.0 hm^(2),NDVI的变化趋势与径流量变化趋势相反。本研究可为分析人类活动对秦岭河川径流变化的影响提供理论依据。

2010~2020年汉江中下游流域景观格局变化分析

为探究汉江中下游流域景观格局变化的结构特征和驱动因素,基于遥感数据,分析汉江中下游流域2010~2020年土地利用/覆盖变化(LUCC)及景观格局变化,采用支持向量机法,分析土地利用类型时空变化及其景观破碎度、多样性变化和斑块形状等,从不同角度探讨该区域景观格局变化驱动因素。研究结果表明:汉江中下游流域景观格局在自然和人文因素驱动下向着更均衡、更多元化的方向演变,集聚的大型景观类型倾向于被其他景观分割、离散,由单一景观的优势格局演化为更丰富多样的区域景观格局分布;在类别水平上,耕地和草地景观斑块形状破碎化程度增加,城镇建设用地景观形状指数(LSI)和斑块密度(PD)均有不同程度增加。研究结果可为汉江中下游地区的经济发展和生态环境保护提供理论基础。