过去百年青海和西藏耕地空间格局重建及其时空变化

网格化的历史土地利用/覆被数据集,可为历史气候变化和碳循环研究提供基础数据。本文估算了1910年,并订正了1950-2000年青海和西藏的省域耕地面积数据;基于现代耕地空间格局,量化了海拔高程和地面坡度与耕地空间分布之间的关系,构建了历史耕地网格化重建模型。将1910、1960、1980和2000年的省域耕地面积数据带入网格化重建模型,得到了4个时间断面的耕地空间格局。结果表明:青藏两省耕地面积1910-1950年稳定,1950-1980年快速增加,1980-2000年基本稳定,略有降低。就空间格局而言,1960-1980年,河湟谷地和"一江两河"地区土地开垦范围的扩张和垦殖强度的增长在过去百年最为明显。模型检验表明,模型重建的2000年耕地空间格局与2000年遥感数据相关系数达0.92。     

1954-2005年三江平原沼泽湿地农田化过程研究

作为中国重要的粮食生产基地和淡水沼泽湿地集中分布区, 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, 1954～2005年期间, 三江平原大面积的沼泽湿地已被农田所替代, 并引发了一系列环境问题.国内以往的相关研究未能深入揭示区域尺度湿地农田化的过程与规律.基于遥感和地理信息系统技术,集成地形图与遥感影像(Landsat MSS,Landsat TM,CBERS)数据,分析了1954～2005年间三江平原湿地农田化过程及其主要驱动因素.研究结果表明:(1)从1954到2005年,三江平原沼泽湿地面积减少了77.03%;与湿地大面积减少相对应,耕地面积增加了2.5倍,2005年耕地面积占整个三江平原面积的55.14%,成为三江平原的主导景观.1954～1976年和1977～1986年为湿地农田化规模最大的2个阶段,沼泽湿地转化为耕地的面积分别为186.40×104 hm2 和120.29×104 hm2.至2005年,三江平原沼泽湿地农田化过程基本结束,大面积成片的湿地仅存在于几个较大的湿地自然保护区内.1954～2005年期间,三江平原沼泽湿地农田化的面积为258.48×104 hm2,为1954年沼泽湿地面积的73.3%.(2)三江平原发生湿地农田化过程的主要自然地理环境背景为:海拔为0～100 m,坡度为0°～1°,地貌类型为河漫滩、河流阶地、沼泽洼地、冲积洪积平原和低台地,土壤类型为草甸土、沼泽土和白浆土.(3)1954～2005年间,三江平原地区年平均气温显著升高,增温速率为 0.029 ℃/a.气候变暖为农业开垦提供了有利的前提条件.区域人口大量增加是湿地开垦为农田的最直接和最主要的驱动因素,1959～2005年间三江平原总人口增加了3.13倍,耕地面积与总人口及农业人口之间均存在显著线性相关关系.国家政策对于三江平原沼泽湿地农田化过程具有重要的影响作用.     

1954～2005年三江平原自然湿地分布特征研究

以ArcGIS9.1为数据处理平台,从三江平原1954年、1976年、1986年、1995年、2000年和2005年6期土地利用数据中提取自然湿地空间分布信息,分别将其与三江平原的地貌、地形、水系等环境因子进行空间叠加分析,研究了6个时期三江平原自然湿地的空间分布特征.结果表明,52 a来,三江平原自然湿地面积不断减少,由1954年的353×104 hm2减少至2005年的81×104 hm2;低河漫滩上的自然湿地面积占三江平原自然湿地总面积的比例由1954年的42.5%增加至2005年的64.7%,6个时期平均,有57.2%的自然湿地分布在低河漫滩上,21.3%分布在高河漫滩上;自然湿地主要分布在30～60 m高程上;0°～1°的坡度范围内,几乎分布了三江平原所有的自然湿地;坡向对自然湿地分布的影响不大;近年来自然湿地主要分布在距离河流0～1 km的河漫滩上;湖泊周围的自然湿地分布变化很小.     

基于景观结构变化的青海湖流域湿地空间分析

以青海湖流域为研究区域,以遥感影像为主要信息源,以景观指数为空间分析方法,从流域和县域两级水平对青海湖流域1977-2000年湿地景观变化进行空间分析。结果表明:近30年青海湖流域湿地面积净减少101247hm2,斑块数目增加了1099个,破碎程度明显增加,分离度呈上升趋势,分维数逐渐变小趋近于1,人类活动的加剧导致青海湖流域湿地景观空间结构变化。     

1954 年以来三江平原土地利用变化及驱动力

在遥感和地理信息系统技术支持下,获取了自1954年以来三江平原6期土地利用数据,在GIS空间分析模块下对三江平原土地利用方式及格局的动态变化进行了定量研究.结果表明在过去50年里,三江平原的土地利用方式发生了显著变化.耕地净增加了38.55×105hm2,年均增加75597.3 hm2,其中湿地、林地与草地对耕地的增加贡献最大;湿地减少了25.67×105 hm2,除极少数退化为草地外,绝大部分转化为耕地;草地减少了57.65×104 hm2hm2,面积比由9.13%缩减为3.86%;林地在整个研究期间呈现出一定波动趋势,但总体呈减少趋势;水域与未利用地也呈现出减少趋势;居工地则呈现快速增长趋势,而且其年增长率为6.96%,远远大于其他土地利用的年增长率.耕地变化是驱动三江平原其他土地利用变化的直接因素,通过对人口与国家农业经济政策分析表明,耕地变化与人口增加关系密切,回归确定性系数为0.93,同样国家宏观农业政策与市场对土地利用格局变化起着不可忽视的作用,近年来水田面积的快速增加就是其直接作用的结果.     

20世纪中国耕地格网化数据分区重建

针对中国国家尺度层面耕地历史数据集的缺乏,提出了分区建模的方案.首先,将中国定性划分为四大区域,即传统农区、东北地区、西北地区、青藏地区;在此基础上,分别量化地形、人口要素与耕地分布之间的关系,构建空间格网化模型.利用该方案,重建了中国1913、1933、1950、1970、1990 和2000 年6 个时间断面空间分辨率为10 km的格网化耕地数据.对比1990 年的重建结果与遥感解译结果,发现无论是县域尺度,还是栅格尺度,数据集的准确性都较高.对重建的耕地数据集进行分析发现,近百年来中国的耕地面积出现先增后减的趋势,拐点大体在20 世纪后期,不仅是耕地总量的先增后减,而且垦殖强度也是先增后减,但区域之间并不一致,其中变化较大的是东北和西北地区.     

三江平原沼泽湿地时空动态特征

在遥感数据支持下,利用景观生态学的定量分析方法,分析了近20年三江平原区域湿地景观结构动态,同时以位于三江平原中北部的富锦县为例,分析了湿地与其它土地利用类型的转化.研究表明:三江平原湿地近20年大面积减少,但减少的趋势有所遏制,其中1980～1996年湿地面积减少了51.33%,1996-2000年间较少了4.19%;湿地的破碎度加大,1986-1996年间,斑块数量增加了326块,1996-2000年间又增加了18块,斑块数量增加的速度明显降低.湿地图斑破碎度有明显减少的趋势,表明湿地开发由大片沼泽湿地的破碎性开垦,转向已有湿地的边缘围垦上;开发后的湿地基本上变为水田和旱田;三江平原湿地分布的质心也有向西南偏移的趋势.三江湿地的大面积开发直接影响着三江地区自然环境,区域气候由"冷湿"转为"暖干",使气温低的北部和积水深的东部的湿地进一步适合农业开发.三江平原湿地大面积减少是由人类活动引起的,依靠其自身力量无法实现湿地恢复.文中就三江平原湿地如何保护和恢复提出了相应建议.     

北宋路域耕地面积重建及时空特征分析

基于垦田和户口史料及耕地分布影响因子的分析,本文建立了北宋册载垦田数据的订正方法以及路域耕地分布倾向模型和分配模型,重建了北宋4个时点的路域耕地面积。结果表明：① 北宋开宝九年（976年）、至道三年（997年）、治平三年（1066年）和元丰元年（1078年）的耕地总量分别为468.27×10⁶今亩、495.53×10⁶今亩、697.65×10⁶今亩和731.94×10⁶今亩,百年间耕地面积增加了约2.64亿今亩;垦殖率从开宝九年（976年）的10.8%,增加至元丰元年（1078年）的16.9%,提高了约6个百分点;而人均耕地面积由15.7今亩降至8.4今亩。② 从空间变化特征看,东南地区是北宋土地垦殖发展最快的地区,土地垦殖率增加了约12.0%,北宋中期长江中下游平原局部地区垦殖率高达40%;其次是北方地区,土地垦殖率增加了5.2%,北宋中期黄淮海平原的土地垦殖率也超过了20%;西南地区农业发展相对落后,区域土地垦殖率仅增加1.2%,除成都府路外,各路垦殖率均低于6%。③ 从评估结果看,本文所构建的路域耕地分配模型具有一定的可行性,相对误差绝对值小于20%的路域占总路数的84.2%,结果能较好地反映北宋时期路域耕地面积的时空变化特征。     

1700—1978年云南山地掌鸠河流域耕地时空演变的网格化重建

基于多源数据资料重建小尺度区域历史时期土地利用/覆盖变化,对深入理解土地利用变化的驱动力机制及其环境和气候效应具有重要意义。本文利用从流域尺度聚落格局演变重建到聚落尺度耕地数量和空间分布重建,再到流域尺度耕地格局重建的思路,以云南山地典型的中小流域为研究区,以历史文献资料、田野考察资料、历史地理学研究成果、档案资料、现代统计资料、地理基础数据为支撑,综合考虑区域自然因素（坡度、海拔高度）、人文因素（人口、政策、农业技术、耕地与居民点距离）,设计了历史时期山地小尺度区域耕地网格化重建模型,重建了1700—1978年具有明确时间和空间属性的网格化耕地格局。结果表明：① 掌鸠河流域的耕地面积近300 a增长6.3倍,垦殖率从1700年的2.1%上升到1978年的15.6%。② 不同地形区的耕地面积差异较为显著,其中山区和半山区的耕地面积最大,且增长速度最快;平坝区和中下游河谷区的耕地面积增长相对平缓,是自然环境、人口、政策和农业技术等因素综合作用的结果。③ 通过总耕地面积和人均耕地面积等对结果进行验证,证明了重建结果的合理性。本文设计的网格化重建模型可以为模拟具有明确时间和空间属性的小尺度区域历史耕地网格化数据集提供参考。     

人类活动影响下淡水沼泽湿地温室气体排放变化

利用静态箱/气相色谱法,研究了三江平原淡水沼泽湿地及垦殖农业利用下CO₂、CH₄、N₂O排放变化。不同类型湿地生长季土壤呼吸速率以季节性积水的小叶章草甸最大,湿地垦殖后土壤呼吸速率明显增大。不同类型沼泽湿地CH₄排放在时空两个方面都有明显的变化,与土壤水分条件、植物群落类型和生长状况有密切关系。沼泽湿地及垦殖后农田土壤在植物生长季都为N₂O的源,常年积水沼泽湿地在植物生长季N₂O排放通量值较小,而土壤水分常年处于非饱和的草甸灌丛土壤N₂O排放相对较高,垦殖后农田土壤N₂O排放通量最大,沼泽湿地土壤N₂O排放通量与土壤温度呈正相关关系,而垦殖后农田土壤不显著。     

三江自然保护区耕地与湿地协调发展水平的评价研究

构建了衡量耕地—湿地协调发展的评价指标体系,并以三江自然保护区为例,采用综合指数法对耕地生产与湿地环境的协调发展水平进行了评价。结果表明:1954~2000年耕地生产与湿地环境比较协调,1995年协调度达最高点0.992,2000年二者综合发展水平达最高点0.389;2000~2005年协调度和综合发展水平开始出现大幅度下降,湿地开垦已经超过其临界规模,湿地面积的急速下降已威胁到区域的可持续发展。1995~2000年这段期间三江自然保护区耕地与湿地协调水平最高,此时耕地面积大约为2.6×10⁴ hm²,湿地面积大约为3.5×10⁴ hm²。此结果可以作为三江自然保护区湿地恢复重要的参考标准。在该标准下,通过改变传统农业发展模式和提高单产水平,三江自然保护区粮食可满足目前的需求,湿地重要的生态功能也可大大恢复。     

三江平原抚远县景观格局变化研究

基于RS和GIS技术,应用集成地形图与遥感影像(MSS和TM)数据,获得抚远县6期景观类型图;通过计算各景观类型的相对变化率、转入和转出贡献率,应用景观格局分析方法,对1954~2005年三江平原抚远县湿地农田化过程进行分析。结果表明,1986年以后,耕地成为抚远县面积最大的景观类型;1954~2005年,各景观类型中耕地的相对变化率最大,1995~2000年间其相对变化率达到10.50;湿地的相对变化率在1976~1986年最大,为1.31%,湿地转出变为耕地的贡献率较大,这主要是湿地大面积被开垦为耕地的结果。景观指数在过去50多年间都发生了明显变化,最大景观形状指数(LSI)出现在1995年,为36.99;最大Shannon多样性指数(SH-DI)出现在1986年,为1.45;最大斑块聚集度指数(CONTAG)和斑块指数(LPI)出现在2005年,分别为64.14和53.35;最大斑块周长—面积分维数(PAFRAC)出现在1954年,为1.54。大规模农业开发与景观指数变化规律存在密切关系。     

三江平原浓江、别拉洪河地区湿地退缩过程及其成因

20世纪50年代以来,三江平原北部的浓江、别拉洪河地区进行了大面积的开荒,使湿地面积迅速减少,同时耕地面积迅速扩大,湿地环境遭到严重干扰和破坏。本文应用景观生态学的方法,在遥感和地理信息系统的支持下,通过分析1954、1967、1976、1986以及2000年的土地利用数据,揭示研究区50年来的土地开发和湿地退缩过程。着重进行1954年与2000年、1976年与1986年景观的对比研究。并在此基础上进行了湿地面积退缩的原因分析,指出1954年以来人类开发活动是该地区湿地面积退缩的主要原因。     

The spatial-temporal dynamic characteristics of the marsh in the Sanjiang Plain

Using the methods of combining landscape ecology with GIS spatial analysis, this paper analyses the dynamics of the marsh landscape structure of the Sanjiang Plain in the past 20 years, furthermore, taking Fujin County, located in the north of the plain, as an example, analyzes the conversion between marsh and other land use types. It is shown that the marsh in the Sanjiang Plain decreased greatly in the past 20 years, but the trend has begun to reverse. The marsh area decreased by 51.33% from 1980 to 1996, whereas it decreased by 4.19% from 1996 to 2000. The fragmentation of the marsh increased; the number of the patches increased by 326 from 1986 to 1996, whereas it only increased by 18 patches from 1996 to 2000. It is obvious that the speed of patches number diminished and the marsh fragmentation decreased, which shows that the reclamation of the marsh converted from the fragmentation to the brim in a large area of the marsh. The reclaimed marsh has mainly converted to paddy field and dry land. Large-scale reclamation in the Sanjiang Plain influences its natural environment directly: the climate of the region turns from cold and wet to warm and dry, which makes the marsh both in the low-temperature northern part and in the deeply stagnant eastern part suitable for further agricultural development.     

三江平原沼泽湿地时空动态特征

1IntroductionThe wetland ecosystem is the latest one understood by humans and it is the most seriously damaged ecosystem (Williams, 1991). The Sanjiang Plain, located in northeast China, is the largest concentrated area of freshwater wetland in China. Since the 1950s, large-scale reclamation of the marsh in the Sanjiang Plain has been started. According to statistics, the natural marsh has lost about 80% of its total area. The marsh resources in the Sanjiang Plain decreased greatly and the…     

大面积开荒扰动下的三江平原近45年气候变化

黑龙江省三江平原近45年来，经过大规模的开荒，农田已取代原来的沼泽和沼泽化湿地，成为现今三江平原的主要景观类型，其下垫面发生了巨大变化，采用1955－1999年三江平原地区21个气象台站的气温，降水，日照时数和气压4个要素的资料，分析近45年来三江平原的气候变化和发展趋势：用Yamamoto法和Mann-Kendall法对5年滑动平均的区域季节和年时间序列进行突变检测，定量地认述了三江平原地区的气候变化事实，对于各气候要素出现在20世纪60年代，70年代和80年代的突变事实，尤其是20世纪70年代以来的阶梯式的持续变暖事实，认为三江平原区域气候系统内部的变化可能是引起这些突变的直接原因。     

三江平原别拉洪河流域湿地农田化过程研究

自20世纪50年代以来,三江平原的别拉洪河流域在经历了3次大规模开荒后,大面积的湿地被农田所替代,耕地面积迅速增加,湿地农田化过程干扰和破坏了原有的湿地环境。在遥感和地理信息系统技术支持下,应用景观生态学方法,利用1954年、1976年、1986年、2000年和2005年的土地利用数据,分析了研究区近50 a来的湿地农田化过程。结果显示,湿地农田化过程中大面积的湿地斑块被农田斑块所取代,破碎化的小耕地斑块又逐渐合并为大的耕地斑块,并导致斑块形状复杂度指数逐渐增大,景观均匀度指数呈现波动变化;耕地面积在1954~1986年期间增长幅度较大,特别是在20世纪70年代末和80年代初的改革开放初期,研究区景观动态度为0.201,远高于其它时期;目前,农田景观已成为主要景观类型,农田面积占研究区总面积的63.69%,湿地面积占研究区总面积的比例由1954年的64.83%减小到2005年的19.44%。质心模型的分析结果显示,近50 a来研究区耕地景观质心平移幅度明显大于湿地景观,湿地景观质心不断地向东北方向移动,偏移了约20.5 km,而农田景观质心逐渐向东平移,平移了约44.7 km。农业开垦是研究区湿地大面积消退的主要原因。