近50年基于农作物种植结构的新疆绿洲农田蒸散发时空变化分析

基于农作物种植结构准确估算绿洲农田蒸散发,对中国西北干旱区水土资源优化配置和生态环境可持续发展有重要意义。利用1960-2010年县级农业统计数据和基于遥感提取的绿洲耕地分布数据,产生逐年的新疆绿洲三种农作物(棉花、小麦、玉米)种植比例时空分布数据集,并在此基础上利用Penman-Monteith单作物系数法估算农作物蒸散发。结果表明:1960-2010年全疆绿洲耕地面积持续增加,粮食作物占优势的单一种植结构类型已被经济作物替代,形成南疆棉花快速增加、北疆小麦快速减少的种植格局。近50年全疆三种农作物总蒸散发量增加了47.85%,棉花贡献率最高,其次为玉米,小麦最低。耕地面积和结构变化对绿洲农作物蒸散发时空分布和组成结构变化具有重要影响。     

基于MODIS数据的柴达木盆地南缘绿洲土地覆盖动态变化研究

基于遥感和GIS技术手段,利用2000—2009年生长季的MODIS数据对柴达木盆地南缘绿洲进行了土地覆盖分类,得到前期（2000—2004年）和后期（2005—2009年）两期土地分类图以及2000—2009年土地覆盖类型变化趋势图,分析了2000—2009年10 a尺度上该地区土地覆盖类型的面积变化以及空间分布格局。分析得知,柴达木盆地南缘绿洲同时存在两种演化趋势:绿洲化和荒漠化。近10 a来绿洲化的总面积为1 040 km2,占研究区面积的4.58%,主要集中在荒漠化区域与稳定区域之间;荒漠化的总面积为399 km2,占研究区面积的1.76%,其中80%集中在绿洲边缘（4 km以内）,也就是说,绿洲的边缘地区相对于绿洲的其他区域更易于发生荒漠化现象。从整个研究区来看,绿洲化趋势高于荒漠化趋势,其原因可能主要是由于近年来气候变暖,昆仑山上大量冰雪融化,为下游绿洲提供了一定的水资源,但绿洲上游一些地区人类活动的加剧使用了大量的水资源间接地影响了绿洲的演化,使得绿洲边缘水资源缺乏的地区荒漠化加剧。     

TM影像目视解译显示尺度的选择及尺度效应分析——以内陆河流域绿洲-荒漠过渡带为例

选择干旱区对目视解译显示尺度敏感的绿洲—荒漠过渡带的TM影像,应用格局指数法和转移矩阵法,从受显示尺度影响明显的面积和斑块形状特征两方面进行尺度效应分析。将显示尺度划分为3个尺度区间:≥1∶7.5万,数据精确,信息丰富;1∶7.5万～1∶12.5万,尺度效应明显,细节信息大量丢失;≤1∶12.5万,细节信息较少,而形状复杂、面积较大的斑块出现尺度效应。研究结果表明,1∶7.5万是研究绿洲—荒漠过渡带景观的最小适宜尺度。     

艾比湖流域绿洲化与荒漠化过程时空演变研究

艾比湖流域生态格局是绿洲化过程和荒漠化过程相互作用的结果,以1990、2000年和2005年的遥感数据作为数据源,进行景观分类与制图,利用ArcGIS提取了艾比湖流域的绿洲和荒漠景观,基于占补平衡原理和变化检测,对比分析了绿洲退缩区和扩张区的数量特征和空间格局,并利用重心迁移模型得出绿洲和荒漠重心的变化趋势。结果表明：①1990-2005年间,研究区绿洲面积有所增加,荒漠面积呈减少趋势,绿洲退缩区的面积为1 853.75 km2,而绿洲扩张区的面积达到了1 912.13 km2。②研究时段内,绿洲的空间变化较大,其扩张区多位于艾比湖湖区周围以及艾比湖湖区西部以耕地为主的区域,绿洲退缩区主要位于研究区的东北部。③绿洲的重心向西南方向迁移了3.4196 km,同时,荒漠的重心向东北迁移,迁移距离为6.9999 km。     

应用遥感技术模拟净初级生产力的尺度效应研究进展

采用遥感技术估算地表植被净初级生产力(NPP),已经成为模拟NPP的主要发展方向。遥感技术以及数据处理能力的迅速发展和基于遥感观测生理生态理论研究的进展使大尺度生态系统格局和过程的定量、动态观测成为可能。多种卫星传感器提供了丰富的多尺度对地观测数据,从而形成了不同空间分辨率的影像数据层次体系,使得从定量遥感出发的NPP估算必然存在多尺度的问题。NPP遥感估算模型以不同分辨率的遥感数据(代表不同的研究尺度)作为输入参数时,得到的NPP模拟值差异明显。为了提高NPP的估算精度,需要充分认识不同分辨率的遥感数据对NPP估算结果的影响差异,即NPP的尺度效应问题。本文介绍了遥感尺度效应研究进展,多分辨率遥感数据监测NPP变化的多尺度研究进展,以及NPP估算尺度效应问题的研究进展。并分析了应用遥感技术研究NPP尺度效应的发展趋势。     

农田景观空间异质性分析及遥感监测最优尺度选择——以三江平原为例

农情遥感监测需要高时间分辨率的遥感数据,目前这些数据大都为中低空间分辨率影像。在这些尺度下,像元内部往往是异质的,从而影响农情参数反演精度。因此分析和表达农田景观空间异质性和最优尺度选择对遥感农情监测质量的提高具有重要的应用价值。选取建三江农垦区四种典型农田景观为研究点,Landsat/TM NDVI为实验数据,利用实验变异函数对四种景观类型的各向空间异质性进行了分析, 而后通过变异函数模型拟合,定量分析了各个研究点的整体空间异质性,并在此基础上进行了研究区遥感监测最优尺度选择。研究表明:(1) 基于实验变异函数的结构分析方法,可定性地认识空间异质性的大小和方向,进而挖掘出其背后的自然和人为驱动因素。(2) 对实验变异函数进行拟合分析,可定量地刻画不同景观格局各自的空间异质性特性。此外,基于变异函数对空间异质性的定量表达,讨论了利用积分变程A结合Nyquist-Shannon采样定理进行最优尺度选择的方法。     

共和盆地不同类型防护林的改善小气候效应

防护林是荒漠生态系统中绿洲的生态屏障。本文在青藏高原共和盆地的沙丘和丘间地生境中,分别选择不同类型的防护林,在春季和夏季测量它们的风速、气温、相对湿度、土壤温度和土壤体积含水量,据此选择改善小气候效应较好的防护林类型。结果表明：与流动沙丘相比,沙丘上栽植柠条和沙蒿均能够明显降低风速和气温,增加相对湿度,降低土壤温度,并且增加土壤体积含水量;柠条改善小气候的效应优于沙蒿。与赖草草地相比,丘间地各种类型的防护林均能够降低风速和气温,增加相对湿度,降低土壤温度,但是大部分防护林会降低土壤体积含水量,仅小叶杨林带能够在7月增加土壤体积含水量;小叶杨+乌柳混交林和乌柳+沙柳混交林改善小气候的效应优于柽柳和乌柳。     

干旱区绿洲扩展过程中的景观变化分析

绿洲化过程中的景观变化和尺度效应是景观生态学研究的热点之一。针对这一目标以黑河中游张掖绿洲为研究区域,应用“3S”技术的缓冲分析方法,以绿洲标志景观类型农田、林地和湿地为核心,确定了不同时期绿洲范围并划分了老绿洲区和新增绿洲区。在此基础上,从景观组成动态和斑块连通度的尺度依赖特征两个方面分析了绿洲化过程中的景观变化机制和尺度效应。研究结果表明,绿洲化过程是以农田和建设用地斑块动态为主要特点。主要表现为：在不同的分区中,农田斑块以总面积和最大斑块指数增加为特点,说明农田斑块趋向集中连片分布;建设用地斑块总面积、斑块密度和最大斑块指数等3个指标都为增加,在景观上呈星点状扩张分布。老绿洲与新增绿洲的比较分析显示,新增绿洲的建设用地面积增加速率小于老绿洲,而农田面积的增加速率大于老绿洲。从景观斑块连通度的尺度依赖特点来看,在老绿洲中景观斑块类型的空间尺度依赖规律明显,但在时间尺度上的变化不显著;在新增绿洲内,林地、水域和建设用地的尺度依赖性比老绿洲高,其中林地、建设用地的空间变化规律明显,在时间尺度上无明显的差异;而水域斑块的尺度依赖性1985年高于2006年。     

三工河流域山地—绿洲—荒漠系统降水空间变异性研究

山地—绿洲—沙漠系统（MODS）是中国内陆干旱区最基本、也最典型的地理景观格局,以天山北麓中段、准噶尔盆地南缘的三工河流域为典型区,设置降雨量监测网,获取2007-2014年5-8月份降雨量数据,利用（旋转）经验正交函数分解（REOF/EOF）、分形理论及克里金法（Kriging）等方法探讨流域尺度干旱内陆区MODS多地貌单元复合情况下降水的空间结构型及异质性特征,为深入了解MODS生态系统植被演变规律及其恢复提供借鉴。主要结论为：依据第一特征向量（对总体方差贡献82.4%）0~30 km、30~70 km及70~150 km的3个荷载区段,将研究区划分为山地区、绿洲区及沙漠区;其夏季降水场以“整体一致”型为主,表现为降水一致全流域整体增加,且增幅自山地—绿洲—荒漠依次减小。山地区半变异函数曲线符合高斯模型,绿洲区符合球状模型变程为15.3 km,荒漠区5月、6月及其它时段分别符合高斯模型、指数模型及球状模型,变程58.6 km比山地和绿洲大。随机因素引起的空间异质性占0.01%~9.57%;绿洲区降水空间变异性最大,山地次之沙漠区最小;6月份降水空间异质性最显著,8月最小;在南北方向（0°）和东南—西北方向（135°）变异性最强。     

基于通径分析的酒金盆地绿洲化时空变化及影响因子研究

基于Landsat遥感影像和社会经济数据等,重建1963~2009年间西北干旱区酒泉金塔盆地(酒金盆地)绿洲空间分布图,采用转移矩阵、绿洲动态度和通径分析法等开展酒金盆地绿洲时空变化过程的区域差异和影响因子差异研究。结果表明：近50 a来,酒金盆地绿洲面积呈现增加趋势,表现为酒泉绿洲连续增长和金塔绿洲的波动式增长。酒泉绿洲扩张主要表现为绿洲边缘区的外延扩张,金塔绿洲主要表现为绿洲边缘区和季节性河道两侧绿洲波动变化。酒泉绿洲稳定性较金塔绿洲的高,水资源的持续供给与否决定着绿洲边缘稳定的关键,尤其在金塔绿洲。人类活动的区域差异和政策响应程度及经济水平的差异是造成2个绿洲时空变化差异的内在影响因子。     

贺兰山麓草场防护林的营建及其综合效益的研究

贺兰山东麓半荒漠草场约有20余万公顷,多年开发利用证明,这里发展畜牧业,必须首先建立草场防护林体系。为此,我们在贺兰县草原试验站进行有关草原防护林的营建及其综合效益的研究。经过1980~1986年的试验,建成20公顷防护林体系,林木覆盖率达30%,从根本上改善了生态环境,使试验区产生了"绿洲效应",从而大大地提高了半荒漠草场的生产力。     

中国历史时期森林空间格局网格化重建方法研究——以东北地区为例

具有空间信息的历史土地覆被数据集是研究土地覆被变化气候与生态效应的基础数据。本文在潜在植被数据和现代遥感土地利用数据的基础上,确定了土地垦殖前森林植被可能的分布范围;遴选并量化了影响我国土地宜垦性的主导因子,评估了省域尺度上土地的宜垦性;构建了以土地宜垦性为权重的历史森林覆被网格化重建模型（网格大小为10 km×10km）;重建了我国东北三省1780 年和1940 年网格化的森林覆被。结果表明：基于省域森林面积数据,该方法较好地再现了历史时期森林空间格局;与2000 年遥感有林地空间数据对比分析显示,模型重建结果与遥感数据绝对误差的单样本t 检验相伴概率（双尾）为0.12,大于显著性水平0.05,表明模型重建结果与遥感数据不存在显著性差异,网格化重建方法具有较好的可行性;同时,重建结果准确性评估也表明：1780 年重建结果在县域尺度上的相对误差在-30%~30%之间的县级政区有99个,占县级政区总数（不含无值区）的74.44%,总体误差相对较小。     

土地利用对河西走廊荒漠绿洲区土壤入渗的影响

绿洲是由农田、林地、沙荒地、湖泊和湿地等多种景观组成的镶嵌体,农田、林地、沙荒地是该镶嵌体的主要组成部分。探究不同土地利用土壤入渗特征对深入了解绿洲内部水循环和水转化具有重要意义。本文研究了农田、防护林地和沙荒地3种土地利用方式0—40 cm土层土壤物理性质及入渗特征,探讨不同土地利用对土壤入渗特征的影响及其驱动机制。结果表明：（1）不同土地利用土壤质地差异显著,较沙荒地,防护林地和农田0—40 cm土层土壤黏粉粒含量分别增加了100.25%和285.23%,土地利用对干密度和总孔隙度影响较小,仅防护林地表层（0—10 cm）干密度减小（1.37±0.12 g·cm^-3）、总孔隙度增大（48.22%±4.56%）;（2）不同土地利用方式土壤入渗性能存在显著差异,与沙荒地相比,农田和防护林地土壤初始入渗率分别减小了75.49%和37.05%,饱和导水率分别减小了80.04%和42.02%;（3）不同土地利用方式显著影响土壤水流模式,防护林地和农田土壤水流入渗非均匀性显著高于沙荒地,其优先流比分别是沙荒地土壤的3.84倍和5.46倍;（4）土壤初始入渗率和饱和导水率与黏粉粒含量显著负相关,优先流比和长度指数与黏粉粒含量和总孔隙度显著正相关,土壤入渗性能和水流模式均受土壤质地的影响,表明土壤质地是土地利用对土壤入渗影响的关键因子。     

层次分析法在民勤绿洲农田防护林生态效益评价中的应用

基于防护林的定位观测数据,利用AHP法建立了防护林生态效益评价指数,并用该指数评价了民勤绿洲不同状态防护林的生态效益。结果表明,防风效益是决定民勤农田防护林的关键因素,林网内温湿度改变率、土壤有机质和土壤水分的改变率等因素对防护效益的影响也较大。防护林层次结构和疏透度是影响防护效益的主要参数。综合评价结果表明,疏透结构、林下乔灌草结构完整的林网防护效益相对较高,而通风结构或紧密结构、林下层次结构不完整的防护效益并不高。     

新垦沙地农田土壤有机碳时空变异特征

针对河西走廊临泽绿洲边缘区域的新垦沙地农田,采用传统统计学和地统计学相结合的方法研究田块尺度的土壤有机碳时空变异特征。结果表明：（1）在本研究的空间尺度内,土壤有机碳含量在2.66～6.90 g·kg-1范围之间变化,平均值为4.45 g·kg-1,变异系数为24.5%;其空间分布呈明显的斑块状,最佳的变异函数理论模型为指数模型,其块金值和基台值分别为0.13和1.28,偏基台值和基台值的比值及变程分别为0.90及18.24 m;土壤有机碳空间分布与全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量及电导率显著正相关（p＜0.01）,与pH值显著负相关（p＜0.05）。（2）在本研究的监测时间尺度内（2004-2010年）,土壤有机碳年平均值在3.81～4.71 g·kg-1幅度内变化,变异系数为6.8%,无明显的变化趋势;土壤有机碳含量年际间变化与播种量显著正相关,与作物产量显著负相关,而与施氮量、灌溉量和地上部生物量相关不显著。综上所述,新垦沙地农田土壤有机碳含量较区域水平低,其田块尺度的空间异质性是由成土母质、地形等区域因素作用的结果,而对农田管理影响下的新垦沙地农田土壤有机碳含量演变规律的研究需建立在更长时间尺度的土壤监测数据基础上。     

基于ChinaCover数据集的绿洲结构数据制图——以河西内陆河流域为例

生产兼具绿洲独特性和结构特点的绿洲专题数据是目前绿洲学研究亟待解决的关键基础性问题。以河西内陆河流域为研究区,在构建绿洲生态系统的二级分类体系基础上,结合ChinaCover数据和Landsat NDVI影像,利用面向对象随机森林分类和叠加分析方法,完成1975—2020年7期河西内陆河流域绿洲土地结构数据的制图。结果表明：（1）基于ChinaCover数据集的绿洲结构数据制图方法可以快速准确地生产出绿洲专题数据;（2）绿洲生态系统一级类型总体精度为96.17%,二级类型精度为82.64%～92.99%,制图精度明显高于现有土地覆被产品;（3）2020年河西内陆河流域绿洲占研究区比例为8.97%,一级类型以人工绿洲为主,二级类型以耕地和草地为主;（4）近45年河西内陆河流域人工绿洲呈持续扩张趋势,荒漠-绿洲过渡带呈萎缩趋势,自然绿洲呈先萎缩后扩张趋势;人工绿洲的扩张主要是耕地和建设用地的增加,而过渡带和自然绿洲的萎缩主要是草地减少。     

中国城市体系等级结构及其空间格局——基于DMSP/OLS夜间灯光数据的实证

完善的城市体系可以不断优化各个城市的时空资源并强化区域城市的集聚效应,切实推动区域可持续发展与城市综合效益最大化。受惠于城市因素流与城市作用潜力的显著相关关系,节点体系研究可以准确测度城市体系内部各个城市之间的相互作用关系,又避免了功能体系研究所需矢量数据的难以获取与测算庞杂,而DMSP/OLS夜间灯光遥感数据可以综合地定量测度城市地区人类活动的广度与强度。基于夜间灯光指数的引力模型定量测度中国341个城市之间的相互作用关系,并通过二阶段聚类法综合分析其城市体系等级结构与空间格局。中国节点城市被划分为7 大国家节点城市（包括北京、天津、上海、广州、重庆、哈尔滨与沈阳）、26 个区域节点城市与107 个省域节点城市,而中国城市体系则被划分为2 个国家城市体系（北方城市体系与南方城市体系）、8 个区域城市体系（华北城市体系、东北城市体系、西北城市体系、黄河中游城市体系与华东城市体系、华南城市体系、西南城市体系、长江中游城市体系） 与31 个省域城市体系。城市体系的地域范围是相对的、局部的,没有明确的识别界线,不过通过对基于DMSP/OLS夜间灯光数据的中国城市体系等级结构与空间格局与顾朝林实证研究的分析结果进行进一步的综合比对评估,总体而言,基于DMSP/OLS夜间灯光数据对城市体系的等级结构与空间格局进行实证研究是可信的和可行的。     

霍山县县域范围内不同空间尺度下农田土壤有机碳变异分析

基于安徽省霍山县第二次土壤普查数据,提取2005～2008年耕地监测数据资料建成土壤有机碳含量数据库,对耕地监测的有机碳数据按县域内不同空间尺度进行了统计分析。结果表明:20年来该县农田表土有机碳含量明显提高,显示农田土壤的有机碳库积累。县域范围内耕地土壤有机碳含量的不同尺度的变异系数介于4.53%～14.91%。村民组(自然村)单元内变异性最高,有机碳含量乡镇间变异性低于行政村间变异性。因此,从县级尺度的农田土壤碳计量来说,以乡镇尺度采样研究比村级尺度可靠性要高。影响县域内农田土壤有机碳含量与变异的动力因子主要是农业利用和农田基本建设,茶、桑和水稻利用下农田土壤有机碳含量明显较高。     

科尔沁沙地不同尺度上沙丘景观格局动态变化分析

研究了科尔沁沙地过去30 a不同尺度上沙丘景观格局及其动态变化。结果表明,大尺度研究区（892.74 km2）从1975—1995年流动沙丘面积、斑块数、景观面积百分比和最大斑块指数逐渐增加;1995—2005年流动和半流动沙丘面积减小,半固定沙丘和固定沙丘面积增加。中尺度（110.42 km2）和小尺度（14.14 km2和14.10 km2）研究区从1975—1985年流动沙丘面积、斑块数增加,1985年后流沙面积减小。通过沙漠化过程指数计算表明,大尺度上沙漠化经历了发展（1975—1995年）—逆转（1995—2005年）的过程,中尺度和小尺度上,沙漠化经历了发展（1975—1985年）—逆转（1985—2005年）的过程。科尔沁沙地不同尺度上景观结构变化具有差异性,显示出景观空间格局变化存在尺度效应;景观格局变化主要受流动沙丘斑块变化的影响,而这一变化的主要原因是人类生产活动引起的。     

中国农田生产力变化的空间格局及地形控制作用

中国政府高度重视粮食安全, 采取一系列措施提高粮食生产并取得了一定的成效, 但是20 世纪90 年代全球农业生产徘徊不前并不仅是一种由特定政策或市场因素导致的短期现象。因此, 认识在长时间尺度上农田生产力变化的特征及其控制因素对保障国家粮食安全、制定农业政策及调节生态系统服务功能具有重要意义, 研究稳定少动但对农田生产力形成有 重要影响的地形因子对农田生产力变化的作用是其中的一项重要内容。生态系统生产力遥感 机理模型能够清晰地表达国家尺度农田生产力的时空格局, 应用1981~2000 年的NOAA/AVHRR 卫星遥感数据驱动GLO-PEM 模型, 以10 年为时间尺度分析20 世纪80 年代 到90 年代农田生产力变化的空间格局特征。研究结果表明, 在10 年的时间尺度上, 地形特征控制着农田生产力变化空间格局分异规律, 农田生产力降低的几率随地形起伏度增大而增加, 山区耕地发生生产力下降的可能性比平原耕地高10%~30%。在研究时期内尽管中国农田生产力总量增加, 但仍有24%的农田发生农田生产力下降, 其中71%在丘陵山地, 尤其是地形起伏破碎的黄土高原及云贵高原地区。