20世纪80年代以来全球耕地变化的基本特征及空间格局

本文基于全球1982-2011年土地利用/覆被的矢量数据,分析了20世纪80年代以来全球耕地变化的基本特征及空间格局。结果表明：① 20世纪80年代以来,全球耕地面积增加了528.768×10⁴ km²,增加速率为7.920×10⁴ km²/a,呈不显著增加趋势,全球耕地面积以20世纪80年代增速最快。20世纪80年代以来,北美洲、南美洲、大洋洲耕地面积呈显著增加趋势,分别增加了170.854×10⁴ km²、107.890×10⁴ km²、186.492×10⁴ km²,增加速率分别为7.236×10⁴ km²/a、2.780×10⁴ km²/a、3.758×10⁴ km²/a;亚洲、欧洲、非洲耕地面积为减少趋势,分别减少了23.769×10⁴ km²、4.035×10⁴ km²、86.76×10⁴ km²,减少速率分别为-5.641×10⁴ km²/a、-0.813×10⁴ km²/a、 -0.595×10⁴ km²/a。② 20世纪80年代以来,全球增加的耕地主要由草地、林地转化,分别占53.536%、26.148%。新增耕地面积主要分布在非洲南部及中部、澳大利亚东部和北部、南美洲东南部、美国的中部及阿拉斯加、加拿大中部、俄罗斯西部及芬兰北部、蒙古北部等区域。非洲南部的博茨瓦纳为全球耕地增加比例最高区域,增加了80%~90%。③ 20世纪80年代以来,全球耕地换化为其他用地共计1071.946×10⁴ km²,全球减少的耕地主要转化为了草地、林地,分别占比为57.482%、36.000%;全球减少耕地主要分布在非洲中部的苏丹南部、美国中南部、俄罗斯南部及欧洲南部的保加利亚、罗马尼亚、塞尔维亚和匈牙利等国,减少最大的区域为非洲南部,减少了60%。④ 各大洲耕地均表现出向高纬扩张的趋势,全球多数国家表现出新增耕地扩张而原有耕地减少的特点。     

1961—2015年中国降水面积变化特征研究

基于中国0.5°×0.5°逐月与逐日降水量网格数据集，采用线性趋势、克里金插值（Kriging）、森斜率等方法，分析1961—2015年中国3个自然区的降水量和降水面积的变化特征。结果表明：（1） 中国1961—2015年年均和季节平均降水量呈现由东南沿海向西北内陆递减的空间分布特征，中国一半以上的地区年均和四季降水量呈增加趋势。（2） 日变化特征上，东部季风区、西北干旱区和青藏高寒区均以小雨和中雨为主，其日降水面积多年平均值分别为：1 112.75×10³ km²、52.65×10³ km²，1 380.57×10³ km²、92.83×10³ km²，1 253.9×10³ km²、34.3×10³ km²，暴雨和大暴雨占的面积较小；三个区域不同等级日降水面积年内变化均符合二次函数曲线，三个区小雨日平均降水面积年际变化均呈略微减少趋势，青藏高寒区和西北干旱区大雨、暴雨和大暴雨均呈略微增加趋势，大暴雨整体波动较大。（3） 季节变化特征上，三个区四季均以小雨为主，暴雨和大暴雨所占面积较少。春季和秋季三个区小雨降水面积均呈减少趋势，春季和夏季三个区暴雨降水面积均呈增加趋势，冬季三个区中雨和大雨降水面积呈增加趋势。（4） 东部季风区春季和秋季，西北干旱区年均和四季，青藏高寒区春季、秋季和冬季不同等级降水量对应的降水面积均符合负指数分布规律。km²     

艾比湖流域植被生态需水量

基于遥感数据,通过SEBAL模型估算蒸散量,计算艾比湖流域不同植被类型下植被生长季（59月）的生态需水量。结果表明：研究区植被主要为牧草地、灌木林地、耕地、乔木林地,面积分别为13 944km²（50%）、8 071km²（29%）、5 022km²（18%）、566km²（2%）。SEBAL模型估算的日蒸散量7月最大,为4.36mm。5、6、8、9月日蒸散量分别为4.26、4.07、4.24、4.15mm。SEBAL模型估算结果整体相对误差在10%以内,在允许范围内。20002015年生长季植被生态需水量整体上呈现出增加-减少-增加的变化趋势,2000、2005、2010、2015年分别为151.003×10⁸、149.611×10⁸、144.431×10⁸、136.374×10⁸m³。各植被类型下的生态需水量相比,牧草地 > 灌木林地 > 耕地 > 乔木林地,牧草地约占总生态需水量的53%～55%,而灌木林地、耕地的生态需水量分别占21%～25%、19%～20%,乔木林地的生态需水量所占比例最小,仅为2%～3%。     

中国北方沙漠化土地时空演变分析

对2000年中国北方256×10⁴ km²区域内沙漠化土地的遥感监测结果表明:沙漠化土地总面积现已达到38.57×10⁴ km²,其中轻度和潜在沙漠化土地13.93×10⁴ km²,占沙漠化土地面积的36.1%;中度沙漠化土地9.977×10⁴ km²,占25.9%;重度沙漠化土地7.909×10⁴ km²,占20.5%;严重沙漠化土地面积6.756×10⁴ km²,占17.5%。与20世纪50年代后期到70年代中期和80年代后期的沙漠化土地发展状况相比,目前我国沙漠化土地演变趋势具以下特征:(1)沙漠化土地仍在蔓延,面积已由1987年的33.895×10⁴ km²增加到了2000年的38.569×10⁴ km²,13a中净增4.674×10⁴ km²;(2)沙漠化土地继续呈加速发展的趋势,年平均发展速率从20世纪50年代后期到70年代中期的1560 km²、70年代中期到80年代后期的2100 km²发展到90年代的3600 km²;(3)部分旱农区以及农牧交错地区沙漠化土地出现明显逆转,但荒漠草原地区沙漠化土地面积继续扩大,并且程度有所加剧。     

气候变化下的祁连山地区近40 年多年冻土分布变化模拟

冻土是一种对气候变化极为敏感的土体介质,故气候的变化过程能反映和模拟冻土的分布及变化趋势。基于高程-响应模型,运用高分辨率的高程数据（DEM）、经度数据（Longitude）、纬度数据（Latitude）、年平均气温数据（MAAT）和气温垂直递减率数据（VLRT）对祁连山地区近40 年的多年冻土分布状况进行了数值模拟。分析表明：① 该高程-响应模型模拟的冻土范围和变化趋势与相关研究所引入逻辑回归模型的模拟结果基本一致。② 该模型模拟的1970s、1980s、1990s,2000s 的祁连山地区冻土分布面积分别为9.75×10⁴ km²、9.35×10⁴ km²、8.85×10⁴ km²、7.66×10⁴ km²。在这40 年中,冻土的分布范围呈现出明显减少的趋势。③ 从1970s 到1980s、1980s 到1990s、1990s 到2000s 三个时间段内,冻土分布范围的退缩速率分别为4.1%、5.3%、13.4%,其呈现逐渐增速的趋势,1990s 到2000s 出现了跳跃式增长。本研究可为分析长时间序列祁连山地区的多年冻土变化提供科学参考依据。     

基于北京1号小卫星的全国沙漠与沙漠化土地监测研究

利用2006和2007年北京1号小卫星多光谱数据,对中国四大沙地和八大沙漠地区沙漠和沙漠化土地分布状况及其动态变化进行研究。结果表明:2007年研究区内沙漠和沙漠化土地总面积为69.18×10⁴km²,占研究区总面积的25.03%,其中重度区面积占14.88%,中度区占5.10%,轻度区占5.05%。2006~2007年研究区内共有440块图斑发生变化,总变化面积为876.41km²,沙漠化土地增加面积47.57km²,减少面积为373.39km²。沙漠化土地类型间的转换面积为455.45km²,主要以轻度和中度沙漠化土地之间相互转化最为明显。     

基于InVEST模型的陕北黄土高原水源涵养功能时空变化

以陕北黄土高原为研究区,基于InVEST水源涵养功能评价模块,定量评价退耕还林还草工程背景下土地利用/覆被变化对研究区水源涵养的影响,在此基础上开展水源涵养空间分区。结果表明：① 2000-2010年,陕北黄土高原草地、灌丛和林地的面积分别增加了3204 km²、285.3 km²和122.7 km²,城镇面积增加了450.4 km²;农田、荒漠、湿地的面积分别面积减少了3984.5 km²、72.7 km²和5.2 km²。② 2000-2010年,陕北黄土高原水源涵养量整体以减少为主,中部减少最为显著,减少量在25 m³/hm²~40 m³/hm²,局部区域在40 m³/hm²以上;其他大部分区域均有0~25 m³/hm²不等的减少。③ 陕北黄土高原水源涵养功能高度重要区和极重要区的总面积为32255.1 km²,所占比例为40.5%。④ 通过陕北黄土高原水源涵养功能评价和重要性分区为生态系统的科学管理提供参考。     

清代青藏高原东北部河湟谷地林草地覆盖变化

河湟谷地是青藏高原东北缘典型的农牧交错区,清代以来耕地的扩张导致林草地覆盖发生明显变化。本文在现代植被图的基础上,选取土壤、地形因素,并依据历史文献数据,重建河湟谷地潜在林地草地格局,在此基础上结合清代耕地变化的重建结果,推算出清代河湟谷地林草地覆盖的变化状况。结果显示：①清代耕地扩张之前,其林、草地分布与现今各类植被类型的空间分布格局基本一致,林地分布范围比现代略大,灌木林地在空间上连续性更强,草地分布区域更广;②估算出河湟谷地潜在林地、灌木林地、草地面积分别约为0.28×10⁴、0.93×10⁴、2.1618×10⁴ km²,由于耕地开垦,至清代末期,河湟谷地草地、灌木林地、林地面积分别累计减少5180.41、1330.35、441.31 km²,其中草地被垦殖占用的面积最大,程度最深,减少的区域主要集中在湟水谷地中游的乐都盆地、西宁盆地以及黄河谷地的尖扎盆地、化隆盆地等;③清代河湟谷地中人类垦殖原始覆盖类型的差异性不仅受自然环境的限制,同样受到社会政策因素的影响。     

近年来的黄土高原耕地时空变化与口粮安全耕地数量分析

基于遥感调查数据集定量分析了1990—2015年中国黄土高原地区耕地的时空变化特征和口粮绝对安全最小耕地保障面积的数量变化。结果表明：黄土高原耕地面积从1990年的192 529.65 km²至2015年的182 688.50 km²，净减少了9 841.14 km²，幅度达5.11%，其中2000—2010年的减幅最大，净减少8 483.00 km²；较大的耕地动态变化图斑主要分布于中部和西部区域，细碎的变化图斑广泛分布；耕地地类转出面积（31 875.82 km²）大于转入面积（21 815.25 km²），耕地面积的增加主要由草地和林地转化而来，主要分布在灌溉农业区和东南部平原区，减少的耕地主要转化为草地和林地，主要分布在中部沟壑区的雨养农业区。此外，该时期耕地转化为建筑用地和交通用地等人工表面的面积逐渐增加，主要分布在东南部低海拔平原地区；黄土高原口粮绝对安全所需最小耕地保障面积呈明显减少特征（从1990年的70 913.37 km²下降到2015年的33 981.64 km²），占该区耕地总面积比例呈明显缩减态势（从1990年的36.83%缩减到2015年的18.60%），目前耕地总量的净减少未对口粮绝对安全的耕地保障数量造成大的影响。     

新疆巴音郭楞蒙古自治州生态敏感性分析

生态环境敏感性分析对于生态环境功能得到保护和恢复,资源得到高效利用,生态安全得到保障,区域可持续发展能力得到增强具有重要作用。本文根据巴音郭楞蒙古自治州自然地理特征,采用GIS分析和专家集成方法,分别进行了巴州土壤侵蚀敏感性、土地沙漠化敏感性、土壤盐渍化敏感性和生物多样性及生境敏感性评价,最后展开生态环境敏感性综合研究。结果表明:巴州生态环境敏感性共分为极敏感、高度敏感、敏感、轻度敏感以及不敏感5个等级。生态环境极敏感区面积为2.7×10⁴ km²,占全州面积5.7%;高度敏感区为12.7×10⁴ km²,占26.4%;敏感区面积为14.8×10⁴ km²,占30.8%;轻度敏感地区为7.9×10⁴ km²,占16.4%;不敏感区面积为10.0×10⁴ km²,占20.7%。     

基于第二次冰川编目的中国冰川现状

以2004年之后的Landsat TM/ETM+和ASTER遥感影像为基础,参考第一次中国冰川目录及其他文献资料,经过影像校正、自动解译、野外考察、人工修订、交互检查和成果审定等技术环节,完成占全国冰川总面积85.5%的现状冰川编目,确定中国目前共有冰川48571条,总面积约5.18×10⁴βkm²,约占全国国土面积的0.54%,冰川储量约4.3~4.7×10³βkm³。中国冰川数量和面积分别以面积<0.5βkm²的冰川和面积介于1.0~50.0βkm²的冰川为主,面积最大的冰川是音苏盖提冰川（359.05βkm²）。中国西部14座山系（高原）均有冰川分布,其中昆仑山冰川数量最多,其次是天山、念青唐古拉山、喜马拉雅山和喀喇昆仑山,这5座山系冰川数量占全国冰川总数量的72.3%;冰川面积和冰储量位列前3位的山系分别为昆仑山、念青唐古拉山和天山,尽管喀喇昆仑山冰川数量和面积均小于喜马拉雅山,但前者冰储量高于后者。从冰川海拔分布来看,海拔4500~6500βm之间是冰川集中发育区域,约占全国冰川总面积的4/5以上。冰川资源在各流域分布差异显著,东亚内流区（5Y）是中国冰川分布数量最多、面积最大的一级流域,约占全国冰川总量的2/5以上;黄河流域（5J）是冰川数量最少、规模最小的一级流域,仅有冰川164条,面积126.72βkm²。新疆和西藏的冰川面积和冰储量约占全国冰川总面积的9/10。     

扎龙盐沼湿地对乌裕尔流域径流变化的水文响应

乌裕尔河流域水环境的变化导致下游湿地迅速退化。探讨了近65 a（1951—2015）扎龙湿地系统对乌裕尔河流域径流量变化的响应。结果表明：乌裕尔河中下游的径流量急剧减少给下游湿地的演替带来明显的影响，上游来水供给不足导致湿地长期处于干旱缺水的状态，湿地水面面积与蓄水量显著减少，并导致扎龙湿地地下水位显著降低（P<0.05）。湿地持续干旱缺水引发此区域大面积的沼泽退化并发生次生盐渍化。近年来，扎龙湿地发育的盐渍土面积达到250 km²以上，并且向核心区蔓延。湿地持续退化对在湿地栖息和繁殖的珍稀水禽带来巨大的冲击。     

近50年新疆天山奎屯河流域冰川变化及其对水资源的影响

基于地形图、遥感影像、气象与水文资料,对气候变化背景下奎屯河流域近50 a冰川变化及其对水资源的影响进行了研究。结果表明：1964~2015年该流域冰川面积减小了约65.4 km²,冰储量亏损了约4.39 km³,且2000年后冰川消融与退缩加快。消融期内正积温增大带来的冰川物质支出（消融）高于源自年内降水的冰川物质收入（积累）是造成该流域冰川消融与退缩的主要原因。1964~2010年该流域径流年际变化总体呈上升趋势,1993年后径流增加趋势显著,且周期性丰枯变化发生了改变。52 a间该流域冰储量亏损引发的水资源损失量达39.5×10⁸m³,年均亏损量约占多年平均径流量的12%,且20世纪80年代后冰川融水在径流中所占比重增大。     

2010-2015年中国土地利用变化的时空格局与新特征

土地利用/覆被变化是人类活动对地球表层及全球变化影响研究的重要内容。本文基于Landsat 8 OLI、GF-2等遥感图像和人机交互解译方法,获取的土地利用数据实现了中国2010-2015年土地利用变化遥感动态监测。应用土地利用动态度、年变化率等指标,从全国和分区角度揭示了2010-2015年中国土地利用变化的时空特征。结果表明：2010-2015年中国建设用地面积共增加24.6×10³ km²,耕地面积共减少4.9×10³ km²,林草用地面积共减少16.4×10³ km²。2010-2015年与2000-2010年相比,中国土地利用变化的区域空间格局基本一致,但分区变化呈现新的特征。东部建设用地持续扩张和耕地面积减少,变化速率有所下降;中部建设用地扩张和耕地面积减少速度增加;西部建设用地扩张明显加速,耕地面积增速进一步加快,林草面积减少速率增加;东北地区建设用地扩展持续缓慢,耕地面积稳中有升,水旱田转换突出,林草面积略有下降。从“十二五”期间国家实施的主体功能区布局来看,东部地区的土地利用变化特征与优化和重点开发区的国土空间格局管控要求基本吻合;中部和西部地区则面临对重点生态功能区和农产品主产区相关土地利用类型实现有效保护的严峻挑战,必须进一步加大对国土空间开发格局的有效管控。     

托木尔峰国家级自然保护区土地利用/覆被生态服务价值变化分析

参照中国陆地生态系统服务价值当量,结合研究区不同土地利用∕覆被类型的生物生产量,研究各土地利用/覆被类型的生态服务价值变化。结果表明：① 1989-2014年,冰川面积增长27.63%,草地增长35.69%,水体减少55.43%,荒地减少13.81%,林地减少9.87%;1989-2002年的区域综合动态度为0.72%,2002-2014年的为0.62%。② 保护区的生态服务价值为52.31×10⁸元/a,突出了保护区重要的生态地位。在保护区11项生态服务功能中,水文调节和水资源供给生态服务功能价值最高,食物和原料生产生态服务功能价值较低。③ 1989-2014年生态服务总价值量降低31.49%,其中冰川和草地的总价值量持续增长27.63%和35.70%,水体和荒地的持续减少55.43%和13.81%,林地的先减22.13%,后增15.75%。在价值构成比例上,1989年水体占主要地位,2014年冰川占主要地位。     

1959年来中国天山冰川资源时空变化

基于两期冰川编目数据与气象数据,对天山1959年来冰川资源的时空变化特征进行研究。研究发现：① 天山地区现有冰川7934条,面积7179.77 km²,冰储量756.48 km³。冰川数量以面积< 1 km²的冰川居多,面积以1~10 km²和≥ 20 km²的冰川为主,冰川集中分布在海拔3800~4800 m之间。② 在四级流域中,阿克苏河流域冰川面积最大为1721.75 km²,面积最小的是伊吾河流域,为56.03 km²。在各市（州）中,阿克苏地区冰川资源量最多,其面积和储量分别占天山总量的43.28%和68.85%;冰川资源量最少的市（州）是吐鲁番地区,面积和储量仅占天山总量的0.23%和0.07%。③ 1959年来,天山地区冰川面积减少了1619.82 km²（-18.41%）,储量亏损了104.78 km³（-12.16%）,其中数量以< 1 km²的冰川减少最多,面积减少以< 5 km²的冰川最为严重。④ 冰川变化呈现明显的区域差异,变化速度最快的是天山东段博格达北坡流域,变化最慢的是中部的渭干河流域。初步分析认为夏季气温显著上升带来的消融大于年内降水带来的积累是天山冰川退缩的主要原因。     

Modelling the impacts of cropland displacement on potential cereal production with four levels of China’s administrative boundaries

Cropland displacement, as an important characteristic of cropland change, places more emphasis on changes in spatial location than on quantity. The effects of cropland displacement on global and regional food production are of general concern in the context of urban expansion. Few studies have explored scale-effects, however, where cropland is displaced not only within, but also outside, the administrative boundary of a certain region. This study used a spatially explicit model (LANDSCAPE) to simulate the potential cropland displacement caused by urban land expansion from 2020 to 2040 at four scales of the Chinese administration system (national, provincial, municipal, and county levels). The corresponding changes in potential cereal production were then assessed by combining cereal productivity data. The results show that 4700 km² of cropland will be occupied by urban expansion by 2040, and the same amount of cropland will be supplemented by forest, grassland, wetland, and unused land. The potential loss of cropland will result in the loss of 3.838×10⁶ tons of cereal production, and the additional cropland will bring 3.546×10⁶ tons, 3.831×10⁶ tons, 3.836×10⁶ tons, and 3.528×10⁶ tons of potential cereal production in SN (national scale), SP (provincial scale), SM (municipal scale), and SC (county scale), respectively. Both SN and SC are observed to make a huge difference in cereal productivity between the lost and the supplemented cropland. We suggest that China should focus on the spatial allocation of cropland during large-scale displacement, especially at the national level.     

景电灌区移民对祁连山植被恢复的相对生态价值

近些年来，生态系统的服务价值研究已成为生态学以及生态经济学领域中的一个热点问题。祁连山被称为伸进西北干旱区的一座湿岛，在我国“一带一路”建设中占有重要地位。景电灌区兴建以来从祁连山移出了大量农牧民。那么，景电灌区移民对祁连山植被恢复的生态价值如何呢？以景电灌区移民涉及到的祁连山东端景泰、古浪、天祝3县山区为研究区，用价值工程方法对从祁连山区向景电灌区移民退耕退牧还林还草的生态价值做了分析，并与模型因子当量法的计算结果进行了比较。结果表明：祁连山向景电灌区移民退耕退牧还林还草总的生态价值为37.458 1×10⁸元。其中，退耕还林还草的生态价值为37.438 6×0⁸元，退牧后草场植被盖度增加的生态价值为194.79×104元。计算结果为用COSTANZA和谢高地模型因子当量法计算得的祁连山向景电灌区移民退耕退牧还林还草总的生态服务价值40.054 0×0⁸元的93.52%。两种方法计算结果祁连山向景电灌区移民退耕退牧还林还草总的生态价值为景电工程年总成本1.45×0⁸元的25.8~27.6倍。两种计算结果一致表明，景电灌区生态移民对祁连山植被恢复的生态价值十分突出。由此也可以看出，COSTANZA和谢高地模型因子当量法适用于祁连山的生态服务价值分析。