綜述土地利用/覆被變化(lucc)對區域氣候影響研究進展,并對其研究熱點進行分析。lucc對區域氣候各因素影響的研究仍然存在較多分歧,如lucc對溫度的作用是增是減,影響程度有多大,對降水有無影響以及降水的增減,今后需要更加深入的研究。

為了研究坡度因素對土地利用/覆被分布及其動態變化的影響,以陜西省西安市長安區為研究區,采用數字高程模型、遙感影像及相關輔助數據,應用gis手段提供的空間分析方法,將長安區地形進行坡度分級,把兩個不同時期的遙感影像解譯結果與坡度分級圖進行了空間疊加分析。研究結果表明,耕地、建筑用地、水域等分布在坡度較小范圍,林地、草地的坡度分布范圍近似于正態分布。不同年份各土地利用類型在相同坡度所占面積比例基本不變;不同坡度范圍內的土地利用變化不盡相同。其它土地類型向耕地和建筑用地的轉化主要集中在低坡度范圍內,而其它土地類型向林地和草地的轉化在整個坡度范圍上大體呈正態分布。因此,坡度因素是土地利用/土地覆被的重要影響因素,坡度因素對土地利用格局具有明顯的控制作用。

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、泥沙、河流生態系統的結構、功能和生物多樣性的影響,為生態保護提供技術指導。

以福州市南臺島為例,研究了不同土地利用/覆被變化對土壤全碳、全氮含量的影響。結果表明:1)不同土地利用方式下土壤全碳(totalcarbon,tc)、全氮(totalnitrogen,tn)含量均存在顯著差異(p0.05)。總體而言,城市化地區的土壤具有較大的變異性,存在明顯的人為干擾痕跡。

作為我國重要的糧食生產基地和淡水濕地集中分布區,三江平原對于保障國家糧食安全和區域生態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,農業開墾活動和耕地面積的增加是研究區土地利用變化的主要特征和主導因素,濕地、林地和草地減少區域的土壤類型與耕地增加區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。這一現象表明耕地開墾首先從自然條件相對優良的土壤資源-草甸土、白漿土進行開發;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最多的土壤類型。

土地利用變化對土壤侵蝕和水質的影響

土壤是人類生存和發展的必要物質基礎,土地利用方式的改變直接影響土壤性質。從土壤理化性質和微生物特性兩個方面,綜述了土地利用變化對土壤性質的影響,旨在為土地有效利用及可持續發展提供科學依據。

基于landsat遙感影像解譯得到1986年和2011年深圳市土地利用/覆被數據,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支持下,將兩個時期的土地利用/覆被作為模式強迫參量,分別進行兩組數值模擬試驗.將模擬結果與自動氣象站點觀測數據進行對比和驗證,發現wrf模式能夠較準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程中發生大規模的土地利用/覆被變化,引起近地表氣溫整體上呈現增高趨勢.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變成城鎮建設用地的升溫幅度大多為0.70～1.57℃.主要原因是城鎮建設用地擴張導致地表反照率減小,凈輻射和感熱通量增加,潛熱交換變弱.

基于landsat遙感影像解譯得到1986年和2011年深圳市土地利用/覆被數據,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支持下,將兩個時期的土地利用/覆被作為模式強迫參量,分別進行兩組數值模擬試驗。將模擬結果與自動氣象站點觀測數據進行對比和驗證,發現wrf模式能夠較準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程中發生大規模的土地利用/覆被變化,引起近地表氣溫整體上呈現增高趨勢。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變成城鎮建設用地的升溫幅度大多為0.70~1.57℃。主要原因是城鎮建設用地擴張導致地表反照率減小,凈輻射和感熱通量增加,潛熱交換變弱。

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

【目的】土地利用/覆被變化通過改變陸地植被覆蓋度對生態系統產生影響,筆者估算1990—2015年三峽庫區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域生態系統碳儲量的關系,了解三峽庫區生態系統碳儲量對土地利用變化的響應,為區域碳循環研究提供參考。【方法】以1990年、2000年、2015年landsat影像獲取三峽庫區土地利用/覆被變化數據,應用invest模型定量分析了土地利用/覆被變化對三峽庫區生態系統碳儲量的影響。【結果】1990—2015年三峽庫區土地利用格局和各類土地面積發生了明顯變化,林地、水域、建設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年三峽庫區生態系統碳儲量呈持續增加趨勢,凈增加量為90.43tg,增加率為24.47%,年增加率為0.98%；三峽庫區生態系統碳儲量空間分布不均,呈現出東高西低、南高北低的趨勢；耕地轉化為林地是庫區生態系統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為水域和建設用地。【結論】三峽庫區土地利用類型變化導致生態系統碳儲量時空分布格局發生了相應變化,生態系統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,加大三峽庫區退耕還林力度,加強三峽庫區林地保護,有助于增加庫區碳匯潛力并改善庫區生態環境。

土地利用及其覆被變化與區域生態環境息息相關,分析研究lucc對區域水環境的影響,對調整和改善當前土地利用現狀具有重要指導意義。本文通過闡述lucc對區域水環境的影響機理,分析不同土地利用現狀對水環境的影響,并對現階段區域水環境的研究方法,水文模型和研究成果等方面進行總結,論述lucc對區域水文水資源影響的研究進展。

以貴州省關嶺縣為例,利用1987和1999年兩個時段tm影象和相關資料,分析研究區12年間的土地利用/土地覆被變化及其土壤侵蝕風險。發現:(1)研究區土地利用動態變化較大,年均土地利用綜合動態指數為1.36%;(2)旱地和草地互相轉化比例高,草地開墾為旱地和旱地棄耕為草地的動態變化幅度遠遠超過旱地和草地最終面積變化的幅度;(3)山區土地利用的空間變化主要體現在垂直方向;(4)研究區裸土面積下降,一部分被植被覆蓋,另一部分由于土壤流失殆盡,形成裸露基巖,故植被覆蓋率和基巖出露率上升;(5)石漠化程度加劇,其中旱地石漠化發展速度最快;(6)土壤侵蝕形勢嚴峻。

利用usle方程和徑流場對大姚縣水土保持生態修復區土壤侵蝕進行監測,旨在探討采取退耕還林、封禁、坡改梯等修復措施后,土地利用變化對修復區土壤侵蝕的影響。研究結果表明:高強度土壤侵蝕主要發生在坡耕地特別是陡坡耕地,而林地和梯地少有發生;經過退耕還林增加林地面積和坡改梯后,土壤侵蝕現象得到緩解,流失面積減少2867.35hm2。

通過野外考察、典型剖面采樣及室內實驗，研究了黃土高原洛川塬典型耕地轉變為蘋果園后土壤顆粒組成和土壤容重等土壤物理屬性的變異特征.研究結果表明：耕地改為蘋果園地后，在0~20cm土層中，土壤粘粒含量顯著增加(p<0.01)，其他土層沒有顯著變化；在0~60cm土層中，土壤容重顯著降低(p<0.01)；在60~100cm土層中，沒有顯著性變化.在剖面垂直方向上，耕地顆粒含量從表層向下隨著深度增加呈現先升高再降低的趨勢，在20~40cm土層粘粒含量最高(17.18%)，容重最大(p<0.01)，而蘋果園0~60cm土層粘粒含量大于60~100cm土層，土壤容重則隨著土層深度的增加有降低的趨勢.可見，土壤容重和土壤顆粒中的粘粒含量均對土地利用變化表現出一定的敏感性.

為更好地理解礦區土壤退化機理,選擇焦作采煤沉陷區4種代表性土壤景觀即有裂縫耕地、無裂縫耕地、有裂縫林地、無裂縫林地,評價土地利用與裂縫對沉陷土壤養分的影響.沉陷區耕地與林地2種利用方式中土壤有機碳(soc)、全氮(tn)、全磷(tp)含量差異不顯著(p＞0.05),但裂縫有無對這3個養分參數影響顯著(p＜0.05);土地利用方式(耕地、林地)與裂縫因素(裂縫有無)之間的交互作用對soc含量影響顯著(p＜0.05).沉陷區soc,tn,tp含量均表現為:無裂縫的林地與耕地＞有裂縫的林地與耕地(p＜0.05).與對照區相比,4種景觀的soc含量均顯著下降(p＜0.05),tn,tp僅在有裂縫的耕地與林地顯著降低(p＜0.05).研究結果表明,裂縫加劇了沉陷區耕地與林地的土壤c,n,p庫損失,尤其是c庫損失.在有裂縫情況下,沉陷耕地-林地轉變降低土壤c庫損失,但在無裂縫情況下,該轉變加劇土壤c庫損失.

為更好地理解礦區土壤退化機理,選擇焦作采煤沉陷區4種代表性土壤景觀即有裂縫耕地、無裂縫耕地、有裂縫林地、無裂縫林地,評價土地利用與裂縫對沉陷土壤養分的影響.沉陷區耕地與林地2種利用方式中土壤有機碳（s0c）、全氮（tn）、全磷（tp）含量差異不顯著〉0.05）,但裂縫有無對這3個養分參數影響顯著〈0.05）;土地利用方式（耕地、林地）與裂縫因素（裂縫有無）之間的交互作用對s0c含量影響顯著（p〈0.05）.沉陷區s0c,tn,tp含量均表現為：無裂縫的林地與耕地〉有裂縫的林地與耕地〈0.05）.與對照區相比,4種景觀的s0c含量均顯著下降〈0.05）,tn,tp僅在有裂縫的耕地與林地顯著降低〈0.05）.研究結果表明,裂縫加劇了沉陷區耕地與林地的土壤c,n,p庫損失,尤其是c庫損失.在有裂縫情況下,沉陷耕地-林地轉變降低土壤c庫損失,但在無裂縫情況下,該轉變加劇土壤c庫損失.

采用gis空間分析與傳統統計分析相結合的方法,通過在arcgis8.1的grid模塊中,對瀾滄江流域南段土地的柵格(grid)圖進行地圖代數運算,形成具有復合數據的新grid數據表;對新生成grid屬性表的數據進行統計計算,獲得研究時段內不同空間范圍的土地利用轉移矩陣數據及各類用地上的土壤侵蝕數據;通過土壤侵蝕綜合指數(index)的計算,反映了不同區域、不同土地利用類型上的土壤侵蝕程度及其變化.研究結果表明,耕地、其它林地、低覆蓋度草地上土壤受侵蝕的可能性較其它用地類型大;耕地、中覆蓋度草地、水域的土壤侵蝕強度較其它用地類型大;土地利用變化對土壤侵蝕變化的影響在瀾滄江中游和下游區域表現較為明顯,而在上游區域不明顯;上游區域土壤侵蝕的主導因素不是土地利用及其變化,而是地形、氣候等其它因素.

以欽江流域為研究對象,在gis軟件的支持下,構建研究區swat分布式水文模型,以徑流和泥沙實測數據對模型進行校準和驗證,結果顯示相關系數r2高于0.9,nash-sutcliffe系數高于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年兩期土地利用數據,模擬研究區1968—2008年徑流產沙過程,并分析土地利用/覆被變化對水文效應的影響,結果表明:1990—2008年土地利用變化主要表現為林地、水田面積減少,旱地、草地、水域和建設用地面積增加;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,土地利用變化對產流影響較小,對產沙影響較顯著;由土地利用變化引起的月均徑流產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沙過程影響最大,平水年次之,豐水年影響最小。

利用遙感圖像、1980年和2000年landsattm影像數據,用分類統計方法、分段比重百分比指標法分析渭河流域土地利用及覆被變化空間分布和轉移情況。以清源河小流域為研究實例,用分類水文模型對其進行了模擬。結果表明,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:對徑流的影響表現為季節性特征明顯;對暴雨形成的洪水過程有延時效應。

利用武漢市主城區1996年、2000年、2005年和2010年的tm遙感影像數據以及土壤樣品的實測數據,分析了武漢市主城區1996年～2010年的土地利用/覆被變化（lucc）及其對土壤有機碳儲量的影響.結果表明：武漢市主城區的lucc表現為水域、耕地、林地、草地和未利用地減少,城鄉居民用地增加;有機碳密度為林地＞草地＞耕地＞城鄉居民綠化用地＞水域＞未利用地;武漢市主城區土壤有機碳總儲量先遞減后上升,各時期都是耕地和水域的有機碳儲量最高,且城鄉居民綠化用地的土壤有機碳儲量年年增加,而水域的有機碳儲量年年減少;土壤有機碳儲量增加的來源主要是水域轉化為耕地和城鄉居民綠化用地,減少的來源主要是耕地轉化為城鄉居民綠化用地和水域.

以生態綠當量作為土地利用變化環境影響評價的度量指標,引用生態綠當量數學模型,以固原市上黃試區為例,利用1982年、2000年及2010年土地利用現狀數據,測算上黃試區不同時期各種用地類型的綠當量和總綠當量,用以衡量生態環境狀況。結果表明:1982年,上黃試區生態綠當量為0.88,說明該時段生態服務功能差,沒有達到應有的生態標準;1982—2000年,這時期為治理期,經過近20a的生態綜合治理,到2000年該試區生態綠當量達到1.266,說明該試區生態環境達標,生態服務功能良好;2000—2010年,在國家退耕還林還草政策條件下,坡耕地進行了深度地退耕,至2010年,該試區生態綠當量達到1.479,說明生態服務功能進一步加強。生態綠當量作為評價區域生態環境指標具有涵義明確、計算方便等優點。