土地利用/覆被變化對太湖貢湖灣水質(zhì)影響的研究

介紹了土地利用/覆被變化的主要形式,分析了土地利用/覆被變化對河流的水文情勢、水質(zhì)、泥沙、河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生物多樣性的影響,為生態(tài)保護(hù)提供技術(shù)指導(dǎo)。

土地利用及其覆被變化與區(qū)域生態(tài)環(huán)境息息相關(guān),分析研究lucc對區(qū)域水環(huán)境的影響,對調(diào)整和改善當(dāng)前土地利用現(xiàn)狀具有重要指導(dǎo)意義。本文通過闡述lucc對區(qū)域水環(huán)境的影響機(jī)理,分析不同土地利用現(xiàn)狀對水環(huán)境的影響,并對現(xiàn)階段區(qū)域水環(huán)境的研究方法,水文模型和研究成果等方面進(jìn)行總結(jié),論述lucc對區(qū)域水文水資源影響的研究進(jìn)展。

本文應(yīng)用湖北省1996年~2006年的土地利用變化及2000年以來江河湖泊的水質(zhì)統(tǒng)計數(shù)據(jù),分析10年來土地利用方變化強(qiáng)度、近年來長江、漢江、中小河流以及主要湖泊的水質(zhì)變化趨勢以及水質(zhì)惡化和湖泊富營養(yǎng)化的原因.分析結(jié)果表明:耕地和未利用地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化,土地利用變化強(qiáng)度最大的是耕地;近年來,江河湖泊的水質(zhì)都在明顯下降;湖北省水質(zhì)不能明顯改變的主要原因在于農(nóng)業(yè)土地利用,以及人類對江河湖泊的不合理養(yǎng)殖和改造;化肥農(nóng)藥等污染源直接導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量惡化,而不合理的農(nóng)業(yè)土地利用方式使湖北省生態(tài)環(huán)境惡化,加劇水質(zhì)惡化;通過增加植被覆蓋、降低更低坡度以減少雨水對地表土的沖刷、控制農(nóng)藥化肥使用量、建農(nóng)村企業(yè)污水處理廠、走生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展道路改善水質(zhì).

土地利用變化對土壤侵蝕和水質(zhì)的影響

本文以福建省山區(qū)為例,在對福建省水土保持實驗站、建甌市牛坑龍水土保持試驗站長期觀測、實驗資料深入分析對比的基礎(chǔ)之上,探討了土地利用/土地覆被變化對土壤侵蝕的影響規(guī)律。分析結(jié)果表明,土地利用/土地覆被變化對徑流的產(chǎn)生和土壤侵蝕有重要影響,植被的覆蓋度的變化直接影響著徑流系數(shù)和土壤侵蝕模數(shù);植被的覆蓋度和徑流系數(shù)呈負(fù)線性關(guān)系,隨著覆蓋度的增加徑流系數(shù)逐漸減小;植被覆蓋度和土壤侵蝕模數(shù)為負(fù)指數(shù)關(guān)系,隨著植被覆蓋度的增大,土壤侵蝕模數(shù)急劇下降。

基于landsat遙感影像解譯得到1986年和2011年深圳市土地利用/覆被數(shù)據(jù),采用中尺度氣候模式wrf/ucm,在較高分辨率的地形資料和城市冠層參數(shù)支持下,將兩個時期的土地利用/覆被作為模式強(qiáng)迫參量,分別進(jìn)行兩組數(shù)值模擬試驗.將模擬結(jié)果與自動氣象站點觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和驗證,發(fā)現(xiàn)wrf模式能夠較準(zhǔn)確地反映深圳市月平均氣溫西高東低的空間分布特征.1986—2011年,深圳市在快速城市化進(jìn)程中發(fā)生大規(guī)模的土地利用/覆被變化,引起近地表氣溫整體上呈現(xiàn)增高趨勢.其中,7月增溫幅度(0.91℃)普遍大于1月(0.42℃),各種自然植被覆蓋型用地轉(zhuǎn)變成城鎮(zhèn)建設(shè)用地的升溫幅度大多為0.70～1.57℃.主要原因是城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴(kuò)張導(dǎo)致地表反照率減小,凈輻射和感熱通量增加,潛熱交換變?nèi)?

基于landsat遙感影像解譯得到1986年和2011年深圳市土地利用/覆被數(shù)據(jù),采用中尺度氣候模式wrf/ucm,在較高分辨率的地形資料和城市冠層參數(shù)支持下,將兩個時期的土地利用/覆被作為模式強(qiáng)迫參量,分別進(jìn)行兩組數(shù)值模擬試驗。將模擬結(jié)果與自動氣象站點觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和驗證,發(fā)現(xiàn)wrf模式能夠較準(zhǔn)確地反映深圳市月平均氣溫西高東低的空間分布特征。1986—2011年,深圳市在快速城市化進(jìn)程中發(fā)生大規(guī)模的土地利用/覆被變化,引起近地表氣溫整體上呈現(xiàn)增高趨勢。其中,7月增溫幅度(0.91℃)普遍大于1月(0.42℃),各種自然植被覆蓋型用地轉(zhuǎn)變成城鎮(zhèn)建設(shè)用地的升溫幅度大多為0.70~1.57℃。主要原因是城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴(kuò)張導(dǎo)致地表反照率減小,凈輻射和感熱通量增加,潛熱交換變?nèi)酢?/p>

準(zhǔn)確估計土地利用/覆被變化(lucc)對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的影響已成為當(dāng)前全球變化和全球碳循環(huán)研究的重點內(nèi)容。本文通過文獻(xiàn)調(diào)研和數(shù)據(jù)的整合分析方法總結(jié)討論了近年來中國區(qū)域lucc時空特征及其對陸地碳收支影響,為合理評價中國區(qū)域陸地碳平衡以及確定未來研究發(fā)展方向提供參考。已有大量研究對近年來中國區(qū)域lucc主要特征進(jìn)行了探討,并分別利用衛(wèi)星遙感方法和ipcc清單法對中國區(qū)域陸地碳源匯影響進(jìn)行了評估。結(jié)果表明,目前全國土地利用活動,特別是農(nóng)林活動正對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支產(chǎn)生了比較顯著的積極作用,但基于以上兩種方法的研究結(jié)論之間差異很大,反映出中國lucc導(dǎo)致陸地碳收支變化的評估結(jié)果仍存在著較大的不確定性。通過分析認(rèn)為,中國未來的研究工作應(yīng)著重于發(fā)展和利用基于土地利用相互轉(zhuǎn)化面積的計量方法,以提高對中國區(qū)域lucc導(dǎo)致陸地碳收支變化評估的準(zhǔn)確性。

【目的】土地利用/覆被變化通過改變陸地植被覆蓋度對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響,筆者估算1990—2015年三峽庫區(qū)不同土地利用類型碳儲量的變化,及時有效地評估土地利用變化與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的關(guān)系,了解三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量對土地利用變化的響應(yīng),為區(qū)域碳循環(huán)研究提供參考。【方法】以1990年、2000年、2015年landsat影像獲取三峽庫區(qū)土地利用/覆被變化數(shù)據(jù),應(yīng)用invest模型定量分析了土地利用/覆被變化對三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響。【結(jié)果】1990—2015年三峽庫區(qū)土地利用格局和各類土地面積發(fā)生了明顯變化,林地、水域、建設(shè)用地和未利用地面積均不斷增加,而耕地和草地面積減少；1990—2015年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量呈持續(xù)增加趨勢,凈增加量為90.43tg,增加率為24.47%,年增加率為0.98%；三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量空間分布不均,呈現(xiàn)出東高西低、南高北低的趨勢；耕地轉(zhuǎn)化為林地是庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量增加的主要原因,碳損失途徑主要源于林地開墾為耕地、其他土地利用類型轉(zhuǎn)為水域和建設(shè)用地。【結(jié)論】三峽庫區(qū)土地利用類型變化導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量時空分布格局發(fā)生了相應(yīng)變化,生態(tài)系統(tǒng)碳儲量隨林地面積的增加而增加。因此,在保障耕地安全的前提下,加大三峽庫區(qū)退耕還林力度,加強(qiáng)三峽庫區(qū)林地保護(hù),有助于增加庫區(qū)碳匯潛力并改善庫區(qū)生態(tài)環(huán)境。

基于土地利用空間分析指標(biāo)和圖譜方法,利用五期土地利用數(shù)據(jù),結(jié)合gis和rs技術(shù),得出南四湖流域1990?2010年土地利用/覆被變化的時空特征:(1)1990?2010年南四湖流域土地利用方式以耕地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地和水域為主,流域土地利用類型的分布與流域內(nèi)地形密切相關(guān)。(2)近20年流域綜合土地利用動態(tài)度為0.39%,總體變化速度較緩慢。其中,南四湖流域未利用地的減少速度最快,是該流域土地利用變化最獨特的特征。(3)流域內(nèi)各土地類型存在著不同程度的相互轉(zhuǎn)換,城鄉(xiāng)建設(shè)用地占用耕地是各階段土地利用類型轉(zhuǎn)換的主要特點,集中分布在流域內(nèi)的各個縣域；82.39%的未利用地在1990?1995年轉(zhuǎn)化為人工水域,主要分布在南四湖濕地自然保護(hù)區(qū)；耕地與林地和草地之間的相互轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在流域東部的多山地丘陵地帶。

對于土地利用方式方面的研究與對全球氣候變化、生物多樣性變化、生態(tài)環(huán)境的變化以及人與自然相互關(guān)系的研究存在著密切的相關(guān)聯(lián)系。以杭嘉湖平原地區(qū)2009年、2011年和2013年3個時期的土地的利用類型為參照因子,根據(jù)三年的土地利用類型的面積和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算方法,對所調(diào)查地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行研究。結(jié)果表明：2009~2013年杭嘉湖平原地區(qū)耕地面積一直居于首位,在土地利用方式的變化上,草地、林地和灘涂減少的面積相比較少,而水域和耕地減少的面積較多。從生態(tài)服務(wù)價值總量的角度看,在調(diào)查期間內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量呈現(xiàn)出了先下降后上升的波動。從敏感性分析的結(jié)果來看,2009~2013年所有土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)的敏感性指數(shù)結(jié)果趨向于0,這表明杭嘉湖平原地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對于系數(shù)的變化是彈性不足的,因此研究成果是具有研究意義的。

利用滇池流域2008年tm影像數(shù)據(jù)和入湖河流67個監(jiān)測點的水質(zhì)數(shù)據(jù),以子流域為基本研究單元,從子流域綜合分析和子流域分類分析兩個角度,研究土地利用類型(國家分類標(biāo)準(zhǔn))對入湖河流水質(zhì)的影響.結(jié)果表明,21個子流域單元的水質(zhì)污染指標(biāo)(codmn、tp、tn、nh3-n)與居民點及工礦用地呈顯著正相關(guān),與耕地、林地、草地呈負(fù)相關(guān).對整個流域而言,城鎮(zhèn)及工礦用地是入湖河流水質(zhì)污染的主要來源,其污染貢獻(xiàn)掩蓋了耕地的貢獻(xiàn);根據(jù)土地利用結(jié)構(gòu)和空間分布格局的差異,將滇池流域的21個子流域分為3類(城鎮(zhèn)及工礦用地為主、耕地為主、林地為主).分類分析表明,水質(zhì)污染指標(biāo)與居民點及工礦用地始終呈現(xiàn)正相關(guān),與林地始終呈現(xiàn)負(fù)相關(guān).同時,討論了土地利用空間格局差異對水質(zhì)的影響,說明土地利用比例結(jié)構(gòu)和分布格局對水質(zhì)亦具有重要影響,

利用遙感圖像、1980年和2000年landsattm影像數(shù)據(jù),用分類統(tǒng)計方法、分段比重百分比指標(biāo)法分析渭河流域土地利用及覆被變化空間分布和轉(zhuǎn)移情況。以清源河小流域為研究實例,用分類水文模型對其進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明,黃土高原土地利用及覆被變化對流域年徑流有顯著影響,即:對徑流的影響表現(xiàn)為季節(jié)性特征明顯;對暴雨形成的洪水過程有延時效應(yīng)。

應(yīng)用l-thia（long-termhydrologicimpactassessment）模型，模擬吉林省石頭口門水庫流域1986年至2000年的非點源污染負(fù)荷，定量評價土地利用／覆被變化對非點源污染負(fù)荷的影響。研究結(jié)果表明：1）1986-2000年期間，研究區(qū)土地利用／覆被變化的主要特點為：水田和旱田增加，草地和裸地減少；土地利用／覆被變化對非點源污染負(fù)荷的影響非常顯著；2）1986年、1995年、2000年三個時段內(nèi)研究區(qū)各非點源污染負(fù)荷呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，泥沙和總氮的變化幅度較大，總磷的變化幅度相對較??；整個研究時段內(nèi)表現(xiàn)為總磷的變化幅度大于泥沙和總氮；3）農(nóng)田、林地、居民地的變化對非點源污染負(fù)荷影響明顯，屬于非點源污染的敏感區(qū)，其面積的較小變化均可引起污染負(fù)荷的較大變動；4）林地和草地轉(zhuǎn)化為農(nóng)田導(dǎo)致各非點源污染物負(fù)荷均增加，其中草地轉(zhuǎn)化為農(nóng)田的區(qū)域較?。?km^2），但導(dǎo)致總磷污染增加了255．52kg；農(nóng)田變?yōu)榫用竦睾土值貙?dǎo)致污染負(fù)荷減少，林地轉(zhuǎn)化為草地使得泥沙、總磷污染增加，總氮污染減少。

土地利用/覆被變化對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響已成為國際土地科學(xué)研究中最為活躍的前沿領(lǐng)域之一,也是相關(guān)領(lǐng)域研究的重點。從氣候、生物多樣性、土地退化等幾個方面分析了福建省土地利用/覆被變化對陸域生態(tài)環(huán)境的影響,土地利用變化對濕地的影響。結(jié)果表明:土地利用通過改變土地覆被將從正反兩面影響區(qū)域的生物多樣性;土地利用/覆被變化主要通過改變地表反射率和大氣中氣體含量影響氣候質(zhì)量;不同的土地利用類型和土地覆被程度引起土壤侵蝕的程度不同,土壤侵蝕過程加速了土壤養(yǎng)分的流失與土壤退化。

通過選擇3個具有不同地質(zhì)背景、氣候條件等環(huán)境特征的山西汾陽馬跑-郭莊巖溶泉域、湖南湘西大龍洞地下河流域、廣西桂江流域,對流域內(nèi)具有代表性的不同土地利用方式和覆被類型下墊面土壤20～50cm深處co2濃度進(jìn)行檢測。結(jié)果顯示,土地利用方式和覆被變化對3個流域巖溶土壤中20cm、30cm、40cm和50cm深處co2濃度具有明顯的影響作用:湖南湘西大龍洞地下河流域多數(shù)樣地土壤co2表現(xiàn)為隨土層的加深先增加后降低的雙向梯度;山西馬跑-郭莊泉域玉米地的土壤co2濃度比種植馬鈴薯的高,且隨著覆被條件由草地→灌叢→林地的改善,土壤的擾動性變小,co2濃度差趨于減少,變幅趨于穩(wěn)定。各個流域相同覆被類型,群落結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢種變化越小,土壤co2濃度變幅越小。

作為我國重要的糧食生產(chǎn)基地和淡水濕地集中分布區(qū),三江平原對于保障國家糧食安全和區(qū)域生態(tài)安全具有舉足輕重的地位。由于人類活動的劇烈影響,過去50年期間,三江平原土地利用/覆被發(fā)生了顯著變化。本文在分析1954年~2005年三江平原土地利用/覆被變化過程的基礎(chǔ)上,深入探索了土壤類型對土地利用/覆被變化過程的影響。結(jié)果表明,過去50余年中,三江平原土地利用/覆被變化劇烈,其中耕地增加了2.25倍,增加面積為385.55×104hm2。與耕地面積相對應(yīng)的是濕地、林地和草地的大幅度減少,減少面積分別為256.72×104hm2、66.92×104hm2和57.65×104hm2。草甸土、白漿土、沼澤土、暗棕壤和黑土為土地利用變化最為劇烈的幾種土壤類型,農(nóng)業(yè)開墾活動和耕地面積的增加是研究區(qū)土地利用變化的主要特征和主導(dǎo)因素,濕地、林地和草地減少區(qū)域的土壤類型與耕地增加區(qū)域的主要土壤類型一致。三江平原耕地開墾對土壤類型的選擇順序為:草甸土、白漿土→沼澤土→暗棕壤。這一現(xiàn)象表明耕地開墾首先從自然條件相對優(yōu)良的土壤資源-草甸土、白漿土進(jìn)行開發(fā);隨著草甸土和白漿土面積的迅速減少,沼澤土于1986年~1995年和1995年~2000年期間成為耕地開發(fā)最多的土壤類型;隨著以上3種土壤類型中可開墾的土地資源減少,暗棕壤于2000年~2005年期間成為耕地開發(fā)最多的土壤類型。

以欽江流域為研究對象,在gis軟件的支持下,構(gòu)建研究區(qū)swat分布式水文模型,以徑流和泥沙實測數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行校準(zhǔn)和驗證,結(jié)果顯示相關(guān)系數(shù)r2高于0.9,nash-sutcliffe系數(shù)高于0.8,模型模擬精度較高。在固定天氣因子等不變的情況下,基于1990、2008年兩期土地利用數(shù)據(jù),模擬研究區(qū)1968—2008年徑流產(chǎn)沙過程,并分析土地利用/覆被變化對水文效應(yīng)的影響,結(jié)果表明:1990—2008年土地利用變化主要表現(xiàn)為林地、水田面積減少,旱地、草地、水域和建設(shè)用地面積增加;與1990年土地利用情景相比,2008年土地利用情景下徑流和輸沙總量均增加,土地利用變化對產(chǎn)流影響較小,對產(chǎn)沙影響較顯著;由土地利用變化引起的月均徑流產(chǎn)沙變化量為汛期增幅大于非汛期;土地利用變化對枯水年徑流產(chǎn)沙過程影響最大,平水年次之,豐水年影響最小。

為了評估未來氣候變化可能對鄱陽湖區(qū)土地利用變化產(chǎn)生的影響,本文根據(jù)ipcc的建議,利用新近建立的基于主體的土地利用變化模擬模型,詳細(xì)分析了4種氣候變化情景下鄱陽湖區(qū)1985-2035年的土地利用變化過程。這4種氣候變化情景分別為a1b(經(jīng)濟(jì)高速增長模式)、a2(區(qū)域經(jīng)濟(jì)多樣化增長模式)、b1(引進(jìn)更多清潔能源的經(jīng)濟(jì)增長模式)和情景4(無氣候變化模式)。在這些氣候變化情景中,由于耕地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力差異顯著,農(nóng)戶主體的收入和他們對土地利用方式的決策也發(fā)生了相應(yīng)的改變。通過對這一過程的模擬和結(jié)果分析,發(fā)現(xiàn)氣候變化可能有利于鄱陽湖區(qū)土地利用變化向著環(huán)境友好的方向自我調(diào)整。與a1b和a2兩種氣候變化情景相比,b1情景對土地利用變化的影響更具環(huán)境友好性。

基于landsat遙感影像提取大凌河流域1986~2014年7期土地利用/覆被變化信息,并結(jié)合1986~2014年流域氣候變化情況,發(fā)現(xiàn)大凌河流域土地利用變化對流域氣候變化具有負(fù)面影響。研究表明:(1)近30a大凌河流域土地利用/覆被變化情況表現(xiàn)為:建設(shè)用地和農(nóng)林用地的大幅度擴(kuò)張,面積分別增加了322.30km2和1504.94km2,并伴隨著水域和旱地及其他未利用地面積的顯著減少,面積分別減少了102.42km2和1724.61km2;(2)大凌河流域近30a來土地利用變化導(dǎo)致流域平均年降水量、平均相對濕度及平均風(fēng)速小幅度下降,分別減少了14.94mm、0.2%和0.04m/s,平均氣溫緩慢上升,增長了0.1℃;(3)退耕還林還草及成立凌河保護(hù)區(qū)等工作能提高流域植被覆蓋面積、使流域水域面積得以回升,從而可以緩解城市熱島效應(yīng)帶來的溫度升高,提高流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

本文通過研究土地利用/覆蓋變化和生態(tài)安全的相互關(guān)系,探討了兩者的相關(guān)性,并在此基礎(chǔ)上對我國土地利用/覆蓋情景模式下的生態(tài)安全進(jìn)行了深入分析,提出了相應(yīng)政策建議。

本文以landsattm/etm+圖像為主要的數(shù)據(jù)源,提取了土地利用/覆被信息,利用單窗算法反演了地表溫度,結(jié)合渭庫綠洲近幾年的土地利用/覆被變化研究成果,分析了2001~2013年間渭庫綠洲土地利用/覆被變化及其對地表溫度的影響,同時利用像元分解模型得出綠洲植被覆蓋度,并分析了其與地表溫度的關(guān)系。結(jié)果表明:在2001~2013年的12年期間,渭庫綠洲耕地的面積增加了1588.83km~2。水體、鹽漬地、林地與其他土地類型的面積減少了2811.47km~2,綠洲地表溫度升高了8.4℃。植被覆蓋度與地表溫度呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。渭庫綠洲土地利用/覆被變化改變了該區(qū)域的植被覆蓋度和地表溫度的空間分布特征,總體上研究區(qū)地表溫度的空間分布與土地利用/覆被的空間變化格局存在明顯的一致性。本文為渭庫綠洲生態(tài)環(huán)境規(guī)劃、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等提供了一定的參考依據(jù)。