作为建设用地的重要组成部分,工业用地的节约集约利用直接影响到建设用地特别是城市土地利用和管理的效果。基于行业视角的工业行业土地集约利用评价能分析工业行业土地集约利用现状,揭示不同工业行业土地集约利用的差异,为制定工业行业土地集约利用控制标准提供参考。论文通过构建包含用地结构、用地强度、用地投入和用地产出在内的4个子目标、11个指标的工业行业土地集约利用评价指标体系,采用RAGA-AHP方法实现了江苏省工业行业土地集约利用评价。研究结果表明,实码加速遗传算法与层次分析法的集成,能获得高精度的权数并能保证全局收敛性;江苏省工业行业总体的土地集约利用水平较低。通信设备、计算机及其他电子设备制造业的集约度最高,为76.74;饮料制造业的土地集约度最低,仅13.42。不同行业的土地集约利用水平存在差异,且归属于同一类别的不同行业之间的土地集约利用水平差异不大,归属于不同类别的行业之间的土地集约利用水平差异显著。
农业适度规模经营是解决农业资源优化利用最有效的手段之一,也是缩小城乡差距、保障国家稳定的最有力措施。研究以江苏省为例,在对其农业规模化的可能性和必然性论证的基础上,运用非线性模型探讨发达地区在保障粮食自给率达到80%以上的前提下,如何实现农业规模经济的稳定增长及其最适增长空间。结果表明,对于拥有良好农业资源和厚实经济基础的江苏,最适粮食自给率应维持在82.5%~84.9%之间,此时的粮食作物、一般经济作物和高效经济作物最佳用地比为68:20:12。在现有规模化水平上,规模经济的最适增长潜力界于6.40%~7.54%之间。此外,非线性模型能较好地模拟出不同粮食自给率下的江苏省农业规模化曲线,确定不同类型的作物用地空间及经济收益,其结果符合江苏省农业发展的特征,对江苏农业的规模化发展具有较强的辐射性,该方法可用于对类似地区农业资源优化利用分析。
以吉林省9个地级市市区为研究对象,从土地投入强度、利用程度、利用效益和生态环境集约度四个方面构建城市土地集约利用度评价的指标体系。采用SPSS 13.0的全局主成分分析法和聚类分析方法对所属9个地级市2000-2009年的土地集约利用度进行综合评价,并分析其空间分异特征。结果表明:2000-2009年吉林省城市土地集约利用度提高,在空间上呈现为较强的极核效应,同时存在明显的东、中、西差异,10 a间省内城市土地集约利用度总体差异呈现波动性缩小趋势。并从产业结构、区域发展基础、经济发展水平、城市规模等方面分析了差异产生的原因,得出:影响吉林省各地级市土地集约利用的因素是复杂的,区域自然条件和地理环境差异只是基底条件,经济发展差异对土地集约利用分异作用较大。
选择黑龙江省哈大齐地区(哈尔滨-大庆-齐齐哈尔)为研究区,把土地利用功能划分为资源功能、生态功能、经济功能和社会功能四项主功能,并进一步细分成资源供给、景观维护、生态防护、环境净化、经济增长、人口承载、居住生活和文化休闲等8项子功能;然后从土地利用、生态环境和社会经济三方面选择指标,研究了1976年和2005年两个时段各指标的空间化方法,并采用层次分析法进行了各土地利用功能的识别, 在千米格网尺度上对土地利用功能变化热点进行了监测,采用相关分析研究了不同土地利用功能之间的消涨关系,实现了土地利用功能的空间化、定量化和动态化研究,其结果可为土地利用功能的协调配置提供参考。
以天山北坡典型荒漠草地为研究对象,利用"点-线-面"的方法,结合景观生态学的原理,以人类活动频繁的城市和农业为主要研究点,设置横竖样带分析典型荒漠草地19 a间的动态变化,进而从自然社会因子角度探讨荒漠草地退化成因。结果表明:1990-2008年间,研究区域荒漠草地面积急剧下降,而农业及其它用地面积增加。同时,荒漠草地覆盖度也明显下降,特别是中覆盖度和高覆盖度草地植被变化较大。从自然因素和社会因素角度分析草地退化原因,起主导作用的是人类的活动和不合理的资源利用导致草地面积减少、覆盖度降低。因此,通过对天山北坡草地退化特征及其成因分析的研究,以期为合理利用、科学管理天然草地提供理论基础。
为了解岩溶区土壤允许流失量(T值)与土地石漠化的关系,根据岩溶土壤圈系统论,采用实地调查与GIS空间分析技术,结合贵州碳酸盐岩岩石组合类型测算了T值,并探讨了其对石漠化的影响。结果发现:①岩溶区的T值可分为三大类,在极纯、较纯和不纯的碳酸盐岩地区,T值分别为20、100和250 t·km-2·a-1,在无土可流、完全是石山的地区,T值只有几吨或更低;②在T=20、100和250 t·km-2·a的地区,石漠化发生率分别为29.86%、28.12%和23.25%,石漠化严重度分别为73.55%、60.57%和52.19%。因此,岩溶区的T值总体偏小,且具有多样性和异质性的空间分布特点;在相同社会背景下或不考虑人类活动的干扰差异,T值对石漠化的发生率和严重度有明显影响,T值越低,阈值越小,抗干扰能力越弱,石漠化的发生率越高,程度也越严重。
为研究城市建设用地扩张的驱动力,论文利用1999-2008年全国31个省(市、自治区)的数据,使用计量工具分析了城市建设用地扩张与经济发展、城市人口增加和产业结构调整之间的关系,得到以下主要结论:①全国、东部、中部和西部地区城市建设用地扩张速度都很快,东部地区最快,但增长率近年呈现下降趋势,而中部地区和西部地区增长速度相对较慢;②经济发展、城市人口增加和产业结构调整能够非常好地解释全国及东部、中部和西部地区城市建设用地的扩张,3个变量对城市建设用地扩张均有着正影响,但影响力度存在差异;③逐年回归结果表明经济发展、城市人口增加和产业结构调整对城市建设用地的扩张也同样有着正影响,城市人口增加对城市用地扩张的影响基本保持稳定,且力度大于经济发展和产业结构调整的影响,经济发展因素的影响力度越来越大,产业结构调整的影响力度逐渐减弱。
农业区和牧业区的粮食安全在概念上存在着一定的差别,在关注农业区粮食安全的同时,牧业区粮食安全的研究也值得重视。论文从青海省达日县牧区牧民食物能量折算入手,构建了最小人均草地面积和草地压力指数两个计算方法,并以乡为基本单元,对各乡粮食安全进行定量计算。计算结果表明:达日县1987-2007年最小人均草地面积和草地压力指数呈增加趋势,1997年粮食安全区、警戒区、短缺区、危机区4个等级均有分布,至2007年该区域已全部演变为粮食短缺区和危机区,主要原因是草地退化严重,人口数量增加,人均草地面积减少以及技术和物质投入不足,牧业生产条件恶化。
论文采用PSR框架构建评价指标体系,利用云理论分别构建定量指标与定性指标的云模型,对农用地生态环境进行评价。以广东省新兴县为例,得出新兴县农用地生态环境分值为0.75,农用地生态环境良好。并将云理论与模糊规则进行对比,得出新兴县农用地生态环境分值分别为0.75和0.70,两者结果差异不大,但是结果表明云理论能完整表达评价问题中的不确定性,避免模糊规则中隶属度函数确定繁琐的问题。
以植被种类丰富的大香格里拉地区为研究区,利用气象站点数据、数字高程数据(DEM)以及该地区植被分布图,通过最大熵模型(Maxent)和ArcGIS软件的空间分析功能,研究该地区典型植被空间分布的环境特征,分析了大香格里拉地区植被分布的气候特征和地形特征,量化了植被空间分布的气候范围,并根据二者的关系特征,得到了植被与气候因子关系模型。同时,界定了不同植被分布的海拔、坡度、坡向范围。发现大香格里拉地区影响不同植被空间分布的气候因子不同,影响草甸分布的是多年平均最低气温和多年7月平均气温,影响针叶林分布的是多年平均最低气温和多年平均日照时数,影响灌丛分布的较分散。同时不同植被的海拔分布界限和坡度不同,坡向对植被分布的影响不明显。研究结果可为该地区植被保护和管理,以及植被的气候变化响应提供基础参考。
论文选择西北干旱区塔里木河流域、玛纳斯河流域、石羊河流域以及黑河流域4个典型流域为研究对象,以1994年土地利用分类图、TM影像,2005年CBERS影像数据为基础,参照谢高地等提出的"中国生态系统服务价值当量因子表",在对这4个典型流域生态系统服务价格根据其消费指数以及不变价格订正的基础上,逐项估计了这4个流域农田、森林、草地以及水体生态系统各项生态系统面积、服务价值及其变化。结果表明,这4个流域提供环境保护的支撑生态系统(森林、草地、水体)面积2005年普遍小于1994年,而农田生态系统面积增加显著,并且相对于较大面积的内陆河流域,小流域内各类型生态系统面积变动比较大,变动速度相对较快;塔里木河流域生态系统服务价值最大,具有较高的稀缺性,但黑河流域生态系统服务价值的增加幅度最大,这两个流域相比,黑河流域各生态系统的服务功能对于该区域人们的生活生产更为重要,影响更直接;塔里木河流域农田生态系统面积增加幅度最大,但其区域内人们对农田生态系统服务价值支付意愿的增长速度却保持最低,这说明该区域内部人们对这种生态系统服务功能的支付意愿与其资源丰富程度并不对称,需要加强宣传水土安全保护与生态经济发展的观念。
太白山地处陕西秦岭腹地中段,是秦岭最高峰。基于5月的遥感影像提取研究区NDVI数据,结合实际调查,对太白山自然保护区1979-2009年植被指数变化特征进行分析,研究不同植被带NDVI对温度变化的响应。结果表明:近30 a来,太白山5月植被指数NDVI平均值达0.2以上的面积占研究区面积的89.5%,植被整体覆盖较高;但NDVI表现出明显的垂直性差异,中低海拔区NDVI大多分布在0.2以上,而较高海拔区NDVI则主要分布在0.2~0.5区间。有56%以上的区域NDVI基本没有发生变化;NDVI增加极显著和减少极显著区占总面积的4.88%和3.92%。近30 a来,研究区年平均温度呈明显上升趋势,线性增加趋势为0.35℃/10 a;随着海拔的升高,各植被带NDVI对温度的变化更为敏感,高海拔植被对温度变化的敏感性远大于低海拔植被,即人为影响相对较小、但海拔相差巨大的太白山植被生态系统,已成为气候变化影响的敏感场所。
为阐明施肥通过增加植物同化能力,是否可影响土壤可溶性有机碳(DOC)、氮(DON)为目的,采用田间试验,研究了施肥对黄土高原水蚀风蚀交错区黑麦草生长农田DOC及DON含量及累积量的影响。结果表明,不论施氮或施磷,均能提高黑麦草冠层和根系生物量,且施氮水平与黑麦草冠层和根系生物量之间均呈极显著正相关关系。施磷对土壤DOC含量影响相对较小;土壤DOC含量随施氮水平增加呈现减少趋势,0~20 cm土层土壤DOC含量下降幅度最高达25.9%;施氮后不同土层土壤DON含量及累积量增加,0~100 cm土层DON累积量与施氮量呈显著正相关关系;单施磷时0~60 cm土层土壤DON含量较不施肥对照减少,但差异不显著。以上结果表明,在黄土高原水蚀风蚀交错区,高量无机氮肥投入可增加该区植物产量及土壤DON,但不利于土壤DOC累积,说明氮肥投入对改善该地区土壤供氮能力有积极意义。
结合"3S"技术与野外调查,提取土地利用、植被覆盖度和坡度等信息,生成1995、2000和2007年水土流失现状图,采用地统计模型对3个年份水土流失强度进行计算。结果表明:福建省水土流失强度可用球状的半方差函数模型进行模拟,其方向约呈北北东-南南西走向,与地形走向大体一致;水土流失强度的基台值不断减少,整体向轻度化和均质化方向发展。1995年福建省水土流失强度的结构方差所占比例为12.31%,块金方差所占比例为87.69%,2000年分别为3.51%和96.49%,2007年分别为2.94%和97.06%,块金方差占主导地位且呈上升趋势,表明水土流失强度受多种因素综合影响且人为活动等随机性因素的影响不断加强,小尺度上人为活动等随机性因素为主导因素而中尺度上反之。今后研究中应进一步探讨结构性因素和随机性因素的内涵,并加强小尺度水土流失空间变异中人为活动影响的研究。
基于闽江流域1960-2006年逐月径流、降水以及气温等资料,应用Mann-Kendall趋势分析、经验模态分解等方法,探讨流域径流演变规律及其对气象要素变化的响应特征。结果表明:①闽江流域年径流呈上升趋势,其上升主要来自非汛期径流的贡献;秋季和冬季径流始终以上升趋势为主;夏季径流20世纪90年代以来呈上升趋势,而春季径流则呈现下降趋势。②流域降水和气温均存在上升趋势,尤以气温上升为显著;径流的上升趋势比降水显著。③径流和降水变化均存在多尺度特征,降水变化周期大于径流;80年代以来,径流和降水的年代际变化振荡幅度有所减弱,而年际变化的波动幅度在加强。分析表明,闽江流域径流上升趋势较降水显著的原因,一方面是由于流域蒸发的减少和降水强度的增大;另一方面是流域下垫面特征改变等因素的影响。
以阿克苏河流域的托什干河、库玛拉克河和阿克苏河干流为例,基于1957-2008年的径流序列,运用小波分析和R/S分析方法分析了阿克苏河径流过程的非线性特征,揭示了流域径流的变化规律,得出以下结论:①库玛拉克河、托什干河及阿克苏河干流的年径流序列均呈增加的趋势,且都以20世纪80年代后期为分界点分为两个阶段:前期径流较少,处于枯水期;后期径流较多,处于丰水期。②阿克苏河流域年径流量变化存在较长周期,长周期中又包含着短周期;其中,18 a和22 a的周期贯穿于整个时间序列,为流域径流的第一主周期。③流域内三条河流各个时段径流量的Hurst指数值几乎都大于0.5,表明流域径流的时间序列具有长期持续的特征;从各条河流最后一个时段的Hurst指数可以推断,在2008年后的一段时间里流域径流量将会继续保持增加趋势。
流域水循环过程是水资源合理配置对象依存和演化的基础。针对内陆河流域水资源多次转化多次利用的特点,建立以水资源转化过程为基础的流域水资源优化配置模型。按水力联系将内陆河流域系统分为独立的子系统。按水资源转化特点和用水格局将各独立水系统分渠灌区、井灌区和渠井混灌区三个一级计算单元,每个一级计算单元由若干灌区(二级计算单元)组成。运用水均衡模型和BP人工神经网络模型模拟一级计算单元间的水资源转化过程,分别模拟井灌区和渠井混灌区的来水量。建立一级计算单元和二级计算单元两层水资源优化模型,分别以灌溉用水效益最大和公平用水为配置目标。将一级计算单元的优化模型耦合到水资源转化模拟模型中。凉州区配置水量10.68×108 m3,金川区为2.63×108 m3,流域农业灌溉用水16.64×108 m3,占总毛用水量的75％,相比现状有大幅下降。分别采用模拟寻优和遗传算法求解两层优化模型,将水量分配到灌区,进而分配到行政区,实现水资源的流域配置和行政区配置的统一,便于水资源统一管理。
物质和能量流动是环境-经济系统正常运行的基本条件,研究原料、能源转化为产品和废弃物的代谢过程及环境影响,对于提高资源生产力,从根本上解决资源环境问题至关重要。参考区域物质流分析和能流分析方法,提出了区域物质流与能流分析的概念和研究框架,并对天津市1998-2007年间的物质流和能量流进行了实证研究。结果显示:2007年天津市物质消耗为97.25×106 t,能源消耗为47.15×106 tce,年均增长率分别超过10%和8%;外部调入物质约占直接物质输入量的46%,其中煤炭占了约40%,且完全依赖外部调入;资源消耗强度较高、产出率较低,导致资源大量消耗、污染物排放总量持续增长,这对区域资源环境产生了较大压力,环境容量总体处于饱和状态。最后针对存在的问题提出了相应措施与建议。
由于地下水中溶解氧的约束与电子供体的缺乏,地下水硝酸盐污染的原位修复十分困难。论文通过实验室微元体、砂柱和含水砂槽实验研究,发现:乙醇作为电子供体,容易被普遍存在的反硝化菌利用,同时导致硝酸盐被快速去除,且没有亚硝酸盐积累;含水介质中的溶解氧对该过程影响是短暂的,有限的溶解氧被率先利用后,硝酸盐去除速率明显加快;乙醇不会被含水介质吸附,迁移能力强,其羽状体中溶解氧与硝酸盐通常是低浓度的,甚至是缺失的。用乙醇作为电子供体,促进地下水硝酸盐原位修复,投注简便,不要外来微生物接种,具有很强的可利用潜力。
