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.     

农业开发对生态系统服务价值的影响——以三江平原浓江—别拉洪河中下游区域为例

利用2010年Landsat TM遥感影像以及1954年、1980年、1995年、2000年和2005年的土地利用数据,采用面向对象方法,对三江平原浓江—别拉洪河中下游区域土地覆被数据信息进行提取,分析了研究区沼泽地因农业开发而逐渐消失的过程。结果表明,1954～1980年期间,研究区沼泽地面积共减少69.66×104hm2,平均年损失率为2.44%;1980～2000年期间,沼泽地面积共减少5.66×104hm2,平均年损失率为0.75%;2000～2010年期间,沼泽地面积共减少15.67×104hm2,平均年损失率为4.67%。利用中国陆地生态系统服务单位面积价值当量,以及补充的水田生态系统服务价值,对研究区各时期生态服务价值量进行了评估,结果显示,在1954年,研究区生态系统服务总价值为950.84×108元/a,之后,由于沼泽地被大规模开垦为农田,造成研究区生态系统服务价值总量锐减,至1980年,研究区生态系统服务总价值减少为590.08×108元/a,损失了360.76×108元/a,减少幅度为37.9%。1980～2000年,研究区生态系统服务总价值变化相对较小,减少了13.84×108元/a。2000～2005年,研究区生态系统服务总值出现较快速的下降,减少了87.65×108元/a。2005～2010年期间,随着水田面积的增加、旱田面积的减少,研究区生态系统服务总价值呈上升趋势,与2005年相比,共增加了7.15×108元/a。从研究区生态系统服务类型上分析,1954～2010年间,生态系统调节服务价值损失量最大,为399.36×108元/a,其次为文化服务价值,损失量为46.24×108元/a,再次为支持服务价值,损失量为17.1×108元/a,而供给服务价值增加了7.59×108元/a,仅弥补了总损失量的1.67%。     

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.     

云南省第一、二次全省湿地资源调查结果比较研究

第一次湿地资源调查,云南省有100 hm2以上各类湿地总面积23.53×104hm2,以河流湿地和湖泊湿地占绝对优势;第二次调查云南省湿地总面积56.43×104hm2,其中自然湿地39.31×104hm2,占湿地总面积69.66%,人工湿地17.12×104hm2,占湿地总面积30.34%。与第一次相比,第二次全省湿地资源调查湿地面积增加32.50×104hm2;第二次调查增加了季节性河流、喀斯特溶洞湿地、洪泛平原湿地、灌丛沼泽、森林沼泽、淡水泉、运河/输水河及水产养殖场8种湿地型,增加湿地面积2.34×104hm2;全省湿地类型自然保护区无论数量还是面积都呈现增加态势,数量共增加12个。     

5个时期黑龙江省天然湿地动态及其影响因素研究

在地理信息系统平台上,利用1980年、1990年、2000年、2010年Landsat TM影像和2014年Landsat 8ETM+影像数据、1980~2014年黑龙江省气象数据和社会经济数据,采用主成分分析方法和灰色关联度方法,研究黑龙江省主要天然湿地变化及其主要影响因素,以及各环境因子与各类型湿地的关联性。研究结果表明,沼泽湿地面积从1980年的617.5×104hm2减少为2014年的389.0×104hm2,约萎缩了37.0%;与1980年相比,2014年黑龙江省的天然湿地(沼泽湿地、湖泊湿地和河流湿地)面积减少了243.1×104hm2,萎缩了34.4%;分布在研究区东部、东北部和西南部的天然湿地大面积消失;消失的天然湿地主要转变为耕地和城市建设用地,有关土地利用的相关政策对黑龙江省天然湿地面积变化也有一定影响。     

三江平原沼泽湿地的蓄水与调洪功能

以三江平原挠力河1956~2000年宝清站与菜咀子站实测的洪峰流量为例,分析沼泽湿地的蓄水与调洪功能。在该河45 a的实测洪峰流量中,有26 a是下游菜咀子站的洪峰流量小于上游宝清站,表明有大量洪水在其间的河漫滩沼泽(面积28.82×104hm2)之中漫散与蓄存。沼泽的巨大蓄水能力,与其土壤容重小、孔隙度大、持水能力强有关。三江平原沼泽土壤草根层与泥炭层的容重为0.10~0.28 Mg/m3,总孔隙度大于70%,饱和持水量可达4 000~9 700 g/kg,估算全区沼泽土壤的蓄水总量可达46.97×108m3。由于沼泽均分布在地势低洼的负地貌部位,地表平均积水30 cm,则全区沼泽地表积水的储水量还可达17.15×108m3。根据沼泽湿地的蓄水、调洪功能与生物多样性价值,提出严禁开垦与破坏现有的河漫滩沼泽,实施湿地保护的生态工程。     

塔里木河干流区土地利用/覆被变化及其生态环境效应

在GIS和遥感技术支持下,利用1973年MSS遥感影像、1983年航空遥感土地利用图、1990年TM、2000年TM和2005年CBERS遥感影像对新疆塔里木河干流区土地利用/覆被变化过程和生态环境效应进行了分析。结果表明,1973~2005年塔里木河干流区土地利用/覆被发生了显著变化,耕地、未利用地和城乡居民及建设用地面积分别增加了25.72×104hm2、17.33×104hm2和0.51×104hm2,林地、草地和湿地面积分别减少了29.10×104hm2、8.63×104hm2和5.84×104hm2。在1973~1983年、1983~1990年、1990~2000年、2000~2005年4个时段中土地利用变化呈"显著变化—缓慢变化—显著变化—急剧变化"的过程。土地利用类型转移的主要方向是林地和草地转化为耕地、耕地转化为城乡居民及建设用地、草地转化为未利用地。土地利用/覆被的变化引起了干流区水环境恶化、土壤质量改变、天然植被严重退化、土地荒漠化和盐渍化加剧、湿地面积减少和生物多样性丧失等一系列生态环境问题。     

闽江口琅岐岛湿地景观格局变化研究

以闽江口琅岐岛为研究区,选取1989年4月9日、1997年1月28日的Landsat TM影像和2005年1月7日的SPOT5影像为数据源,根据琅岐岛湿地的区域特点,将湿地景观划分为滩涂、灌溉水田、养殖水面、河漫滩、水库坑塘、河流6种类型;研究了琅岐岛湿地景观格局特征、变化和各景观类型间的转化.结果表明,3个时期的湿地面积发生明显变化,与1989年和1997年相比,2005年湿地面积大幅增加,达到4 056.12 hm2,湿地景观类型以灌溉水田、养殖水面和滩涂为主;1997年,湿地斑块数量(60块)、斑块密度(2.250 8)和景观破碎度(0.020 5)最大,人类活动对湿地景观的干扰较大;各湿地景观要素中,水库坑塘的斑块密度和分离度指数最大,斑块小,分布零散,灌溉水田的斑块密度和分离度指数最小,表明灌溉水田斑块大且连通件好,破碎化程度低;研究期间,除河流较稳定外,其他类型湿地面积变化较明显,面积变化较大的是养殖水面和灌溉水田;与1989年相比.2005年养殖水面面积净增1 124.01 hm2,其中由其他类型湿地转化的面积有541.44 hm2,还有582.57 hm2由非湿地转化而来;灌溉水田面积净增252.54 hm2,除各类湿地之间转出、转入外,另有761.76 hm2由非湿地转入;在人类活动干扰下,琅岐岛湿地景观多样性趋于增加.     

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.     

1955~2010年小三江平原沼泽湿地景观格局变化及其对人为干扰的响应

以湿地变化较为剧烈的小三江平原为研究区域,以1955~2010年的地形图和Landsat TM遥感数据为数据源,采用网格分析法研究景观指数的时空分异规律,并分析不同时期人为干扰度对景观格局指数的影响。结果表明：① 从时间上看,1955~2010年小三江平原沼泽湿地的面积和最大斑块逐渐减小,斑块占景观比从52.87%下降到10.41%,最大斑块减少了47.6%,破碎化和分散性逐渐增加,连接度从1.02%增加到2.88%后下降为0.79%,呈先增加后降低的趋势,斑块的形状由复杂变得简单后又变得复杂,人为干扰度逐渐增加,从0.31%增加到0.6%;② 从空间上看,1955年研究区沼泽湿地景观由西南向东北破碎化逐渐减弱,1986年后变为由西南向东北破碎化逐渐增加的格局。沼泽湿地斑块类型所占景观面积比例和连接度指数的高值区主要分布在研究区的中部和东北部。人为干扰度的空间分布格局是由西南向东北逐渐减弱;③ 1955~2010年人为干扰对小三江平原沼泽湿地的邻近与连接程度的影响逐渐减弱,对沼泽湿地边缘密度影响逐渐增强,人为干扰对沼泽湿地斑块密度的影响主要受沼泽湿地面积的影响,人为干扰对沼泽湿地斑块的形状影响较小,沼泽湿地的优势景观控制力逐渐下降,人为干扰是小三江平原湿地面积减少的主要原因。     

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。     

基于GIS的三江平原退耕还湿空间决策分析

以三江平原为研究区,探讨了利用遥感和GIS技术确定退耕还湿的数量及其空间分布的可行性。通过建立土地利用、现有沼泽湿地缓冲区、环境背景因子(高程、土壤类型、地貌类型、河流缓冲区)、耕地生产力数据等栅格GIS数据库,选取具有区域特色的退耕还湿指标,利用各指标构建了基于GIS的一、二级退耕还湿决策模型及其空间复合模型,并且得到一、二级退耕面积分别为525652hm²、194029hm²,分别为现有耕地面积的8.76%和3.23%。最后,将其分别与研究区行政区数据进行空间叠加统计分析,得到各县级行政区退耕还湿情况。研究结果可以为三江平原的湿地恢复提供科学依据。     

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。     

Study on ecological fragility of wetlands in Sanjiang Plain

Along with tile approaching to the Zlst cenny the eec-environmental pressure on human beingsaggravates rapidly. Both the spatial extent and the fragile degree of the ECOTONE are increasingconsiderably [1]. NatUral resources are threatened more and more seriously. Consequently. much moreattenhon 11as been paid to the StUdy on ecological ffugility by hUInan beings. Weakeds, as one of the keyregions with the highest biodiversity, are a kind of precious resources and special ecosystem. Wetla…     

三江平原区域生态旅游规划研究

三江平原是中国著名的低平原沼泽分布区、农业生态示范区和国家重要的商品粮生产基地,拥有丰富的旅游资源.对三江平原区域旅游资源保护性开发,具有非常重要的社会意义、经济意义和生态意义.三江平原旅游资源主要分为自然景观、历史文化景观和现代农业观光景观.三江平原区域旅游应充分挖掘该区湿地资源,推广湿地旅游品牌,整合旅游资源,规划...     

2000-2015年三江平原主要作物需水量征及影响因素分析

全生育期内作物需水量的研究是农业水资源有效利用和进行合理灌溉的重要依据。基于三江平原22个气象站点2000—2015年逐日气象观测资料及中国区域地面气象要素数据集，利用国际粮农组织 （FAO）Penman-Monteith模型和分段单值平均作物系数法，分别对三江平原水稻、玉米和大豆的作物需水量进行计算，分析作物需水量年际变化特征，采用通径分析法研究作物需水量的变化成因。结果表明：（1）三江平原16 a来年均参考作物蒸散量为537.4 mm，日均为 3.5 mm，呈波动减少趋势。（2）生长季内，水稻在分蘖期需水量最大，为177.1 mm，玉米在七叶期需水量最大，为99.7 mm，大豆在结荚期需水量最大，为96.1 mm；水稻、玉米和大豆的净灌溉需水量分别为195.4 mm、130.8 mm和72.2 mm，对灌溉的依赖程度水稻>玉米>大豆。（3）由通径分析结果可知，三江平原作物需水量的主要影响因素为净辐射、气温和日照时数。     

三江平原近50年耕地面积动态变化序列重建

基于1950-2000年三江平原23个县市和3个农垦管理局耕地面积的统计数据,利用空间插值和线性时间内插方法对统计缺失数据进行插补,重建其50年耕地面积时空变化序列。重建的耕地面积变化序列显示,1950年该区域耕地面积仅有88.7万hm2,到2000年增至269.6万hm2,增加了203.9%,除20世纪60年代后期外,该区域耕地基本表现为持续增加。在空间变化方面,近50年三江平原耕地面积增加的重心表现为由早期的平原西部逐渐向中东部转移。耕地面积变化的主要原因在于该区域3个农垦管理局所辖的农场对自然湿地的大规模垦殖,其108.8万hm2的耕地面积几乎全部源于近50年的湿地垦殖。     

三江平原湿地生态特征变化及其可持续性管理对策

近５０年来,由于三江平原太面积开荒,使得湿地面积缩小,湿地水状况及水质的改变,湿地产品的不可持续开发以及外来物种的引入等,湿地退化和丧失的最根本原因是人口压力的变化,文章提出了对三江平原湿地进行了可持续性管理方案,并从生态,社会,经济指标出发,探讨了湿地可持续性管理的对策。     

三江平原NDVI时空变化及其对气候变化的响应

基于2000—2014年生长季MODIS NDVI数据和同期降水、平均气温的格点数据，采用趋势分析法、SPEI指数、相关分析法，对三江平原NDVI时空变化特征和对气候变化的响应进行了分析。结果表明：近15年三江平原区生长季的NDVI以0.017/10a的速率呈缓慢上升趋势。其中NDVI显著增加和极显著增加的面积占比分别为13.43%和12.55%，NDVI变化趋势轻度改善的面积较大，占比为25.52%；三江平原地区生长季的多年平均气温总体呈下降趋势，降水量呈上升趋势，总体上生长季标准化降水蒸散指数（SPEI）数值呈上升趋势，干旱化逐年减弱，中等干旱状况得到缓解，渐渐过渡到轻微湿润状态，对植被覆盖面积的增加有促进作用，也为该区域的生态环境恢复提供了有利条件；三江平原地区生长季NDVI与生长季气温、降水量及SPEI主要呈正相关，与降水呈正相关面积占72.64%，与SPEI呈正相关的面积占70.51%，与气温呈正相关的面积占56.73%。NDVI与降水的相关性最高，说明降水是三江平原植被生长的主导气候因子。     

三江平原土壤质量变化评价与分析

土壤质量是土壤特性的综合反映,是揭示人类活动影响下的土壤动态变化的最敏感的指标,建立土壤质量变化评价模式,计算三江平原地区主要耕作土壤表层土（耕作层）的土壤质量矩阵。利用主要耕作土壤表层土的土壤质量指数的变化来定量地分要三江平原地区大面积开荒后土壤质量的变化趋势,结果表明,大面积开荒后主要耕作土壤的表层土的土壤质量指数均呈下降趋势,土壤发生了明显的经,最后还探讨了一变化趋势的形成原因。