湖南省耕地变化态势分析与预测

首先利用统计资料揭示了８０ 年代以来湖南省耕地减少的状况： ①年均耕地减少呈增长趋势;②耕地减少以非建设占用为主, 但其所占比重逐步下降; ③耕地建设占用以国家建设占用为主, 并呈快速增长趋势; ④耕地减少地区分布不均。进而运用相关分析、主成份分析和多元回归分析等方法,对湖南省耕地减少的原因进行系统分析与探索, 得出湖南省耕地建设占用主要是由于市镇人口增长、居民消费增长、地方财政基本建设支出扩大和经济发展等造成的。然后根据市镇人口对耕地减少的趋势进行预测, 指出到２０１０ 年如果将湖南省市镇人口控制在３ １５０ 万人以内, 并开发全部宜耕荒地１９ ×１０４ ｈｍ ２ , 则湖南省耕地将比１９９６ 年净增３７６ ×１０４ ｈｍ ２ 。最后提出了控制耕地减少的措施     

黄土高原耕地变化趋势及驱动力研究——甘肃陇东地区为例

利用GIS技术并结合相关统计资料,对黄土高原典型区近50年来的耕地数量变化的基本特征、变化过程、耕地流向进行了分析.并应用相关分析法和主成分分析法对近17年耕地变化的驱动因子进行了定量分析.结果表明:1949-2002年陇东地区耕地总量经历了缓慢增加-缓慢减少-急剧减少-缓慢减少的波动变化过程;耕地的主要流向是非农建设用地、林草地和果园等;耕地的增加主要是草地、林地和未利用地开垦而成;干旱、降水不均及水土流失等是耕地变化的自然驱动力.经济增长、人口增长、城市化水平及农业科技进步等是耕地变化的社会经济驱动力.耕地变化过程与国家宏观政策背景相关联.     

黄土高原耕地变化趋势及驱动力研究——以甘肃陇东地区为例

利用GIS技术并结合相关统计资料,对黄土高原典型区近50年来的耕地数量变化的基本特征、变化过程、耕地流向进行了分析。并应用相关分析法和主成分分析法对近17年耕地变化的驱动因子进行了定量分析。结果表明:1949-2002年陇东地区耕地总量经历了缓慢增加-缓慢减少—急剧减少—缓慢减少的波动变化过程;耕地的主要流向是非农建设用地、林草地和果园等;耕地的增加主要是草地、林地和未利用地开垦而成;干旱、降水不均及水土流失等是耕地变化的自然驱动力。经济增长、人口增长、城市化水平及农业科技进步等是耕地变化的社会经济驱动力。耕地变化过程与国家宏观政策背景相关联。     

中国县域耕地与农业劳动力变化的时空耦合关系

利用1996 年、2000 年和2005 年中国县域耕地与农业劳动力数据,基于GIS 技术和模型方法,分析了县域耕地面积与农业劳动力变化态势及其时空耦合特征。研究表明：① 县域耕地面积和农业劳动力变化均呈先增后减态势。1996-2000 年,耕地总量、劳动力数量分别增长2.70%和1.40%;2000-2005 年,耕地总量、劳动力数量分别减少1.51%和8.18%。②“胡焕庸线”是刻画中国耕地和劳动力变化格局的重要分界线。沿此线带状区域内因退耕还林造成耕地快速减少,而农业劳动力转移滞后;其西北部区域耕地快速增加,农业劳动力也在增长;其东南部区域耕地明显减少,而农业劳动力减少速度更快,二者呈现协调态势。③ 耕地非农化进程中县域劳动力转移效率呈下降趋势。1996-2000 年和2000-2005 年,全国分别有447 个和505 个县域的耕地减少和劳动力转移呈良性变化,90%的县域劳耕弹性系数(LFEC) 的中位数分别为4.58 和2.97。④ 基于SOM自组织特征映射神经网络聚类方法,可将1996-2005 年中国县域耕地与劳动力变化的耦合特征划分为9大类型区。多情景模拟分析表明,2005-2015年的LFEC趋势值为2.55。     

现阶段我国耕地变化趋势及其驱动力分析

在前人研究基础上,利用国家统计资料,分析了我国近20年来耕地变化总体趋势：耕地总量持续减少;耕地质量不断下降,且地区间的数量、质量变化不平衡。并采用最大似然法对多变量作因子分析,找出我国耕地变化的主要驱动力：人口的不断增长,第三产业的迅速发展,洪涝灾害的频繁发生及水土流失的日益加剧。最后针对分析结果,提出藏粮于土、加强水土保持、加强第三产业用地管理等若干关于耕地资源保护与管理的建议。     

耕地安全时空变化及其驱动力研究——以江西省鹰潭市为例

耕地安全是保障我国持续增长的人口能健康生存的关键。掌握耕地安全的时空变化特征及其驱动力对维护耕地安全意义很大。本研究考虑耕地数量、质量和生态安全的平衡与稳定性,构建了耕地安全评价指标体系,采用改进的TOPSIS方法,对江西省鹰潭市1995-2015年耕地安全状况进行评价,并分析其时空变化特征。利用空间回归模型研究耕地安全时空变化的驱动力,可消除空间自相关的影响。研究结果表明:1995-2005年鹰潭市耕地安全呈快速下降趋势,2005-2015年耕地安全呈缓慢上升趋势。非常危险的耕地主要分布在月湖区,而安全状态的耕地主要位于南部山地区域,一般危险的耕地范围随城市发展方向往西部扩张延伸。驱动因素中,社会经济因素和政策因素对耕地安全变化有显著影响。根据耕地安全的时空变化规律和耕地安全的驱动因素,可采取相应措施提高耕地安全水平。     

近10年来中国耕地资源的时空变化分析

根据中国资源环境数据库中的耕地数据以及20世纪80年代末期、1995年和2000年3期覆盖全国时间跨度约为10年的遥感数据,对中国耕地时空变化进行分析。总趋势表明,近10年来我国耕地资源总量有所增加;东部及沿海地区优质耕地迅速减少;东北地区和内蒙古自治区耕地大量开垦;水田旱地转换明显。利用GIS方法将耕地变化数据与中国生态环境质量数据进行叠加,表明近10年来耕地的生态环境质量下降了。近10年耕地动态变化的空间分布表现出13种动态格局。对80年代末至1995年 (前5年) 和1995年至2000年 (后5年) 这2个时间段内的耕地变化进行对比分析,表明了前5年与后5年耕地变化的动态格局有空间上的相似性,但前后变化幅度相差较明显。近10年来气温的升高与中国水田北移有较好的一致性,而降水的减少对西北地区耕地的撂荒和开垦有明显作用。中国经济的发展所导致的城市化过程使得大量耕地被占用。近10年来相关的耕地政策对控制耕地面积的减少有作用,但耕地的总体质量却下降了,这直接影响了粮食产量。     

中国农田土壤有机碳贮量变化预测

基于遥感反演的1988年与2000年土地利用数据、土地动态模拟系统(DLS)模拟的2012年与2020年全国栅格尺度的耕地分布数据及我国农业综合区划结果,应用CENTURY模型估算了中国1988~2020年农田土壤有机碳贮量时空变化规律,分析了1988~2000年、2000~2012年与2012~2020年三个时段中国农田土壤有机碳贮量变化情况。研究结果表明,1988~2000年全国大部分地区的农田土壤有机碳贮量呈增长态势;而2000~2012年全国农田土壤有机碳贮量将出现一定幅度的下降;2012~2020年间,虽然全国范围内的农田土壤有机碳贮量仍表现为下降趋势,但下降幅度较2000~2012年间显著减少。研究结果还表明,我国九大农业生态区的农田土壤有机碳贮量变化具有显著的时空分异特征。     

我国耕地保护政策运行效果与效率分析

分析我国现行耕地保护政策运行效果与效率对于完善耕地保护政策具有重要意义。运用对比分析法和数据包络分析法对我国耕地保护政策运行的效果与效率进行分析,结果表明,耕地总量动态平衡和耕地保有量政策没有得到有效实施,而非农建设占补平衡政策的实施情况则较好;在政策运行效率方面,1999-2004年,只有1999年耕地保护政策是有效的,2003年只有黑龙江、江苏、广西、贵州、甘肃和宁夏6省(区)的耕地保护政策是有效的。我国耕地保护政策运行效果欠佳,运行效率不高,且有逐年下降的趋势,调整现行耕地保护政策、提高其运行效果和效率是耕地保护政策改革的迫切要求。     

宁夏耕地压力与社会经济发展耦合时空特征分析

根据耕地压力指数和重心坐标模型,计算了宁夏回族自治区1980-2012年耕地压力指数及GDP重心坐标,在此基础上分析了耕地压力指数在时间上的动态变化及空间上的差异;并通过地理关联率的计算,进一步探讨了耕地压力指数与GDP在空间上的耦合关系。结果表明:30多年耕地面积减少了37.8×104 hm2,最小人均耕地面积和实际人均耕地面积不断减小,耕地压力指数总体随时间呈减小趋势,到2012年减小到0.72;但各县(区)耕地压力差异较大,北部能源开发区一直是宁夏耕地压力最大的地区;中部干旱区和南部黄土丘陵沟壑区在2000年以前耕地压力较大,而后明显减轻。经济发展、农业科技、水利工程及生态移民政策共同影响了耕地压力变化。到2012年耕地压力和GDP地理关联率为0.85,表明两者之间的地理联系率较高。     

国家重点研发项目:中国陆地生态系统生态质量综合监测技术与规范研究（英文）

生态质量是指一定时空范围内生态系统要素、结构和功能的综合特征,具体表现为生态系统的状况、生产能力、结构和功能的稳定性、抗干扰和恢复能力。生态系统的质量是我国生态文明建设和生态环境监测的重要内容,多时空尺度观测技术的发展为生态系统质量监测与评价提供了新机遇,但同时也对国家尺度生态要素、生物多样性和生态功能的观测标准与技术规范提出了新的要求。本国家重点研发项目自2017年7月立项以来,围绕国家尺度生态质量监测技术与规范,开展了生态系统网络观测技术规范、台站生态要素监测、区域生物多样性和区域生态功能监测技术与规范的研究,在典型农林草湿地生态系统开展应用示范。项目在生态质量综合监测指标体系构建、生态系统研究网络观测技术、区域生物多样性和区域生态功能监测、基于无人机和机器学习的荒漠植被监测等方面取得了重要进展,促进了生态质量监测技术的发展。我们组织本专辑从不同视野集中系统介绍本项目已取得的生态质量监测技术和评价方法,以期促进生态学及其观测技术的发展。     

基于模型模拟的中国秸秆还田固碳潜力空间格局分析（英文）

农作物秸秆还田作为农田土壤和养分管理的推荐做法之一,对于土壤有机碳(SOC)固定和CO_2减排具有重要意义。本研究利用环境政策综合气候模型(EPIC)模拟了4种作物秸秆还田情形下2001年至2010年中国农田表层土壤有机碳变化及其空间格局。模拟结果显示,秸秆完全移除(CR0%)下的土壤有机碳损失为28.89 Tg yr^–1,当前30%的秸秆还田(CR30%)能够减缓22.38 Tg C yr^–1的碳损失。若秸秆还田率从30%提高至50%(CR50%)乃至75%(CR75%),中国农田表层土壤将变为净碳汇。中国农田表层土壤固碳潜力在CR50%和CR75%情形下分别可达25.53 Tg C yr^–1和52.85 Tg C yr^–1,且在不同农业区存在空间异质性。单位面积土壤固碳潜力在西北和华北地区最高,而华东最低。华北地区具有最高的区域固碳潜力。在这十年间,CR50%和CR75%情形下增加的土壤表层有机碳相当于减少了1.4%和2.9%的中国CO_2排放总量。总之,我们建议鼓励我国农民将原本直接焚烧或用作家用燃料的秸秆返还田间以改善土壤性质和减缓大气CO_2增加,尤其是华北地区更应推行这一举措。     

基于遥感指数的中国南亚热带常绿林光合作用季节动态变化研究（英文）

准确监测中国南亚热带常绿林生态系统光合作用动态变化对全球陆地生态系统碳吸收估计及其对气候变化的响应至关重要。涡动协方差技术一直被认为是评估生态系统碳通量最直接的方法,虽然具有较高的时间分辨率,但在空间上有其自身的局限性。近10年,光谱观测和卫星遥感技术在植被生产力监测方面的应用大大提高了对碳通量的时空评估能力。本研究基于长时间序列光谱观测数据,提取叶绿素荧光指数(FRI)和光化学植被指数(PRI),进而评价两个生理遥感指数跟踪亚热带常绿林光合作用季节动态变化的能力。结果表明,传统NDVI指数受光照条件影响较大(R^2=0.88,p<0.001),并呈现出饱和现象,而FRI和PRI指数则能较好地跟踪植物光和功能季节性变化,且在季节尺度上两者受光照条件的影响相对较弱(FRI指数R^2=0.13;PRI指数R^2=0.51);相比PRI指数与光能利用效率(LUE)在午间具有较强的相关性,FRI指数与GPP的相关性则在早上优于午间时段;而这两种相关关系均在植被衰退季优于植被生长季。另外,通过考虑光合有效辐射因子,基于FRI指数监测GPP的能力得到显著提高,R 2从0.22提高到0.69,呈显著正相关关系(p<0.001);同时,在植被衰退季也呈现出更强的相关性(R^2=0.79,p<0.001)。研究成果表明,FRI和PRI两个生理遥感指数能够准确地监测亚热带常绿林光合作用季节动态变化,建议把其引入碳循环模型中以改进区域碳收支估计。     

太行山区“三生空间”的功能分类与空间分布（英文）

为促进人类、资源、生态、环境、经济和社会的协调发展,科学界定生态、生产和生活空间是关键。太行山区作为华北平原和京津冀地区的生态屏障和水源保障,存在生态环境脆弱、土地利用不合理和人地关系紧张等问题,但其"三生空间"的研究至今仍是空白。因此,本研究以太行山作为研究区,基于多源数据,构建了"三生空间"的功能分类体系,并绘制了生态、生产和生活空间的分布图。结果表明,太行山区生态、生产和生活空间的面积分别为7.84万km^2、5.19万km^2和0.66万km^2,各占全区总面积的57.28%、37.87%和4.85%。其中,生态空间占主导,以林草地为主,主要分布在海拔较高的山地,承载调节和维持生态安全的功能;生产空间以耕地为主,主要分布在海拔较低的平原丘陵和地势低缓的山间盆地,维系域内及域外的生计;生活空间比重最小,多数集中在地势平坦、交通便利的地区,保障人类居住。     

基于CiteSpace的北极研究综述

以北极研究为中心,基于CNKI和Web of Sciences Core Collection数据库2000—2017数据,采用CiteSpace,系统展示了中国和国际(含中国)在北极科研领域的发展趋势、前沿、热点和机构合作特征。研究表明,国内的北极研究经历了由气候海冰—航运—北极治理的研究过程,发文量以北极航运为主导。国际针对北极的研究经历了三个逐步加速阶段:1990、2000和2005,北极八国和德、英、法是北极研究的主力军。北极科技合作仍主要以国家内部合作为主,但科研机构合作频率高度爆发且出现一批以“Helmholtz Centrefor Polar and Marine Research(德国)、The Arctic University of Norway(挪威)、Aarhus University(丹麦)和KoreaPolar Research Institute(韩国)”为代表的北极研究合作爆发单位;北极研究领域多样,呈现出以“arcticocean”、“climate”、“arctic temperature”、“variability”、“sea ice”、“model”等为重点的关键词,表明近年国际北极研究主要热点在气候变化、海冰、洋流等领域,这些领域相互交叉。通过对国内外北极通航经济性的系统综述分析得出:国内外学者均认为与北极海冰有关因素是制约北极通航的关键;国内学者对北极通航的经济效益较为乐观,而国外学者则较为辨证且谨慎。这与研究所考虑的角度有关,国内学者较多考虑北极通航的技术管理、人力资源、能耗、时间和政治等因素,而国外学者在这些因素的基础上,还侧重于贸易需求、通航意愿性和通航对气候的影响等因素。     

基于Forest-DNDC的长白山阔叶红松林土壤碳氮温室气体通量的模拟研究（英文）

土壤温室气体排放是土壤与大气之间的温室气体交换的重要途径,但对土壤温室气体排放动态变化的理解和收支水平的估算仍存在较大的不确定性。基于动态箱原位监测的高频、连续土壤温室气体通量数据,本研究初步检验了生物地球化学模型(Forest-DNDC)对长白山阔叶红松林(CBF)土壤CH_4、CO_2和N_2O温室气体通量的模拟效果。结果显示,当前版本的Forest-DNDC可以反演得到土壤温度、土壤湿度和积雪等主要环境要素的总体变化趋势,但是对于环境要素季节变化的准确模拟尚存在较明显偏差,特别是在非生长季节。模拟得到的土壤CH_4通量与监测结果相当接近,并且受到了土壤温度和积雪变化的显著调控。受温度变化的影响,模拟CO_2通量的季节变化与测定值相似,均在夏季达到高峰,但模拟的土壤CO_2排放量明显小于实际测定结果。与监测的土壤N_2O通量在春季冻融期间出现排放高峰的变化显著不同的是,模拟土壤N_2O通量主要受温度变化的影响,其最大值出现在夏季。因此,有必要结合更长时段的土壤温室气体监测数据,进一步优化模型参数与过程,特别是土壤水热传导和温室气体的产生过程等,为模拟改进和生态系统碳氮收支评估,以及从站点到区域的扩展提供支撑。     

多云条件有利于亚热带人工针叶林不同季节净生态系统碳吸收（英文）

太阳辐射的动态变化对生态系统固碳有重要影响,而不同天气条件下太阳辐射的改变对森林净生态系统碳交换(NEE)的影响还不明确。本研究利用亚热带人工针叶林生态系统2012年的通量数据和气象数据,分析了晴天、多云、阴天三种天气对NEE的影响。基于一年数据的研究结果表明:在不同季节中,不同天气下光响应曲线的变化没有季节性差异。和晴天条件相比,多云条件下的表观量子效率(?),150和750 W m^–2光强下的潜在光合速率(P₁₅₀和P₇₅₀)分别平均提高了82.3%、217.7%、22.5%;阴天条件下的α和P₁₅₀分别平均提高了118.5%和301%。中等辐射条件有利于NEE达到最大值,但低辐射条件对NEE有抑制作用。在大多数情况下,与晴天相比,多云下NEE的相对改变量(%NEE)为正,但阴天下为负。多云条件下最大%NEE的平均值在春夏秋冬分别为42.4%、34.1%、1.6%、-87.3%。本研究表明多云天气促进亚热带人工针叶林的潜在光合速率和NEE。     

基于不同景观的LAI-ET时空协同效应研究——以蒙古高原和青藏高原为例（英文）

近几十年来,蒙古高原和青藏高原的增温速度高于全球变暖的平均水平,导致生态系统的结构和功能发生了显著变化。叶面积指数(LAI)和蒸散发(ET)在塑造陆地表面过程和气候方面发挥着重要作用。在文中,我们重点关注LAI和ET的时空变化及其相互关系。基于2000-2014年的MODIS产品,我们发现蒙古高原的LAI和ET之间存在普遍的正相关关系,而青藏高原则没有协同作用。总体而言,青藏高原LAI的显著增加(减少)区域占总面积的49.38%(50.62%),蒙古高原则为94.92%(5.09%);青藏高原ET增加区域面积占总面积的21.70%(124.10×10~3 km^2),蒙古高原为88.01%(341.60×10~3 km^2)。更重要的是,随着时间的推移,这种关系在整个空间中发生了很大的变化,并且在景观的某些部分发现了不匹配。需要通过观测和/或实验研究来探讨这些关系,包括植被特征及其干扰的影响。     

基于地理加权回归模型的典型山地卫星反演降水产品降尺度研究

降水是陆地水循环的关键变量,高分辨率降水数据的获取是准确模拟陆地水循环过程的前提。虽然卫星反演降水产品具有较强的空间代表性和连续性,但其空间分辨率较低的问题限制了它的应用。以太行山、横断山和喀斯特山区为研究对象,基于降水与高程(DEM)、植被指数(NDVI)之间存在较好相关关系的假设,构建了GPM降水(Global Precipitation Measurement Mission)与高程、植被指数的地理加权回归模型,得到了2014—2016年研究区1km分辨率GPM降水数据。研究结果表明:地理加权回归模型能有效地提高GPM数据的空间分辨率。降尺度后,GPM数据精度在太行山和横断山区略有提高。年尺度上,相比于原始GPM数据,太行山和横断山区降尺度数据站点实测数据的确定系数分别提高了0.06和0.08,RMSE分别降低了0.45%和3.89%,MAE分别降低了0.16%和1.70%;月尺度上,太行山区67%的月份,横断山区83%的月份GPM产品降尺度后更加接近于站点实测数据。喀斯特地区GPM数据降尺度后精度略有下降,降尺度后,年尺度的降雨数据与实测数据的RMSE和MAE分别增加了10.00%和8.00%,R^2降低了0.06,月尺度上仅8月和9月降尺度后的精度更高。降雨与地形和NDVI的关系较弱是喀斯特地区降尺度效果较差的主要原因。     

三峡水库消落带优势草本植物对土壤氮磷的吸收富集特征

三峡水库消落带春夏出露,植物生长茂盛,可能拦蓄提取大量库区营养盐,研究消落带植物对氮磷养分的富集特征及其种间差异将为三峡消落带高效截污植被的筛选与重建提供重要基础数据。本文通过三峡水库消落带实地调研,采集典型草本植物,测定生物量和养分含量,计算富集系数和养分累积吸收量,从生态计量角度分析种间差异。结果表明,(1)三峡水库消落带优势植物主要为草本植物,优势草本植物有苍耳、青蒿、籽粒苋、铁线蕨、鬼针草、水蓼、稗草、空心莲子草、狗牙根、牛鞭草等。地上生物量的种间差异显著,苍耳和青蒿的地上生物量最高,铁线蕨地上生物量最低。(2)不同种类草本植物的氮磷吸收富集能力差异显著,苍耳和水蓼的氮富集系数最高;狗牙根和青蒿对磷的富集系数最高,苍耳和青蒿氮磷累积吸收量最高。另据植物对氮磷的富集系数、累积吸收量和其地上生物量,可将消落带草本植物分为5类:强氮磷富集型(苍耳和青蒿)、氮富集型(籽粒苋)、磷富集型(狗牙根)、弱磷富集型(水蓼和空心莲子草)、弱氮磷富集型(稗草、鬼针草、铁线蕨和牛鞭草)。(3)若仅考虑植物对消落带土壤(底泥)的养分吸收,强富集型和富集型植被具有更强的光合吸收提取效率,生态截污能力强,因此,消落带截污植被恢复草本可选苍耳、青蒿、籽粒苋、狗牙根等。