论文以人口分布的水资源限制性与限制度评价为核心,采用水资源承载指数和水资源限制度等模型,从全国、分省、分县等三个不同尺度,系统评价了2000 年和2010 年中国人口分布的水资源限制性与限制度,定量揭示了中国人口与水资源关系的地域格局与变化规律。结果表明:①1949—2010 年中国水资源承载力以水量盈余为主要特征,人水关系趋于紧张;从2000到2010 年,中国人口分布的水资源限制度由30.66 提升到35.25,中国人口分布的水资源限制度有所增强;②2000 年和2010 年,中国分省水资源承载力以水量盈余为主要特征,中国大部分省份人口分布的水资源限制度处于较低水平,但近10 a 水资源限制性大多有所增强;③2000 年和2010 年,中国约有3/4 左右的分县单元基本不受水资源限制,中国基于分县人口分布的水资源限制度整体较低,2010 年与2000 年相比,水资源限制性与限制度有所增强;④就空间分布来看,中国分省和分县水资源限制性与限制度整体呈现出北部强于南部、泛黄河流域强于长江流域的基本地理格局。
在5 期时间跨度20 多年的武汉市土地利用数据基础上,利用ArcGIS 的空间统计和空间分析功能,拟合出武汉市耕地非农化的空间洛仑兹曲线并制作了基于耕地非农化速度分级的重心曲线,结合统计数据分析耕地非农化扩散路径及其与经济、人口重心曲线变化的相关关系。研究结果表明:①武汉市是个典型的单中心城市,其耕地分布不均衡,耕地非农化仍是在围绕城市中心进行,耕地非农化在乡镇级别上是非均衡发展的,但非均衡程度在逐年减缓;②基于耕地非农化速度分级的耕地非农化重心曲线表明,耕地非农化速度快的点到速度慢的点的密度有逐步降低的趋势,并且速度快的点到速度慢的点还有向外围扩散的趋势;③武汉市耕地非农化扩散路径、GDP重心变化路径和人口重心变化路径在移动方向上大体上都符合在南北向是向北,转而向南又复向北;而在东西向是先向西然后向东,武汉市的耕地非农化与经济和人口的相关性表明武汉市的耕地非农化在空间上是有序发展的。研究结果能较好地揭示武汉市耕地非农化的空间非均衡发展状况,实现了武汉市耕地非农化空间非均衡发展的可视化,反映了武汉市耕地非农化、经济和人口之间的关系。
空间冲突是源于空间资源的稀缺性和空间功能外溢性的一种客观地理现象,是在人地关系作用过程中伴随空间资源竞争而产生的空间资源分配过程中的对立现象。地理学视角下空间冲突的基本指向在于不同类型的地理空间在结构比例、空间组合以及相互转化过程中的不协调。基于此,论文借鉴景观生态指数理论与方法,构建空间类型冲突指数(STC)、空间格局冲突指数(SSC) 以及空间过程冲突指数(SPC),并明确其内涵及计算方法,并选择长株潭城市群进行实证区测度与验证,实证分析结论与实际情况吻合,进一步说明了空间冲突指数构建的科学性及其地理学意义。
人类活动驱动下的土地利用变化对生态系统服务功能影响是当前生态学研究的前沿和热点,中国东部沿海经济发达地区耕地变化对生态系统服务功能影响尚不清楚。论文以中国经济快速发展和典型商品粮基地——太湖流域为研究区,利用多期遥感解译数据、统计资料和历史文献,分析太湖流域25 a 来耕地变化情况,并选取农产品生产、碳蓄积、水源涵养三个关键指标探讨耕地变化对生态系统服务功能的影响。结果表明:① 25 a 来太湖流域耕地减少显著,以城市建设用地占用为主,1985—2000 年流域耕地仅减少1 346.82 km2,主要集中在上海市和江苏省,态势并不严峻;2000—2010 年是流域耕地减少的主要时期,减少面积达4 317.46 km2,县级市耕地减少明显加剧。② 25 a 间太湖流域耕地变化造成生态服务功能退化明显,供给服务功能中仅小麦产量有所提高,稻谷和油料产量分别下降39.60%、56.56%,调节服务功能中土壤碳储量降低显著,但对水源涵养能力影响较小。建议加强耕地保护力度,协调耕地保护、经济发展和生态服务之间的平衡,有助于减缓流域耕地减少对生态服务功能退化的压力。
明确土地利用方式变化条件下引起土壤呼吸差异性的因素,对预测黄土区退耕还草条件下土壤碳循环变化有重要意义。基于建立于1984 年的长期定位试验,于2011 年3 月至2012年12 月,利用Li-8100 系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测了退耕还草(苜蓿)处理和农田(冬小麦)土壤呼吸季节变化以及土壤表层(0~5 cm)温度和含水量,研究了土地利用变化下土壤呼吸变化特征及其与土壤温度、水分以及有机碳特性之间的关系。结果发现,退耕27 a 来(自1984年麦地转化为苜蓿地),土壤呼吸速率苜蓿地(3.55 μmol·m-2·s-1)达小麦地(1.36 μmol·m-2·s-1)的2.61 倍,累积呼吸量苜蓿地(981 g·m-2)达小麦(357 g·m-2)的2.75 倍。土壤呼吸温度敏感系数(Q10)苜蓿地较小麦地2011 年提高24.5%,2012 年提高2.4%。苜蓿地SOC含量(10.5 g·kg-1)较小麦地(6.5 g·kg-1)提高61.5%,微生物量碳(204 mg·kg-1)较小麦地(152 mg·kg-1)提高34%,0~5 cm土壤水分含量同期高于小麦地,但二者土壤温度差异不显著。土壤水分、SOC、微生物量碳等是造成二者呼吸差异的因素。
农田生态补偿政策是采用经济手段激励农户对农田生态系统服务功能进行保育和维护,解决因市场失灵造成生态效益外溢的一种有效方式,对于改善农田生态环境、提升农地开敞空间、增加农户收益具有积极作用。论文从发达地区农户生计多样性角度入手,利用结构方程模型分析农户生计多样性对农户参与补偿政策的支持意愿、政策实施效果响应的影响。结果表明:①农户基本特征、家庭特征、生计多样性特征、村庄发展特征在5%的水平下对农户在农田生态补偿政策上的支持意愿具有正向影响;②农户基本特征、家庭特征、生计多样性特征在5%的水平下对农户在补偿政策实施效果上的响应具有正向影响,农户村庄发展特征在5%的水平下对其具有负向影响;③农户生计多样性特征是影响农户补偿政策支持意愿最主要的因素,是影响补偿政策实施效果响应的次要因素。这表明补偿政策实施后,农户生计多样性特征对于提高农户对补偿政策支持意愿与政策实施效果响应方面具有积极的作用。把握三者之间的关系有利于政府制定和完善现有农田生态补偿政策,为引导农户生计多样性发展提供参考。
理清1980—2010 年间中国粮食产量变化的作物贡献及其主要贡献因子,为今后农业政策的调整提供决策依据。论文采用对数平均迪氏分解模型(LMDI)开展1980—2010 年间中国粮食产量变化及作物构成分解研究。研究结果表明:①30 a 间中国粮食产量增加了2.26×108 t,粮食播种面积效应和粮食单产效应分别为-0.21×108和2.47×108 t;粮食单产水平提升对粮食增加量的贡献值大,但这一贡献效应的增加量在减弱。②稻谷、小麦和玉米三种作物产量在全国粮食总产量中的比例波动性上升;稻谷单产、小麦单产、玉米单产,以及玉米播种面积的增产效应最为明显,是驱动全国粮食产量增加的主要因素。③地区贡献以黑龙江和河南最为突出,累积贡献率约占1/3,省域粮食生产“北进中移”的趋势明显;各省域粮食产量的贡献因素差异显著,大豆、薯类和其他作物对粮食总产量变化的贡献较小。建议实施差别化的粮食生产政策,在继续提高粮食单产的同时稳定粮食播种面积,确保国家粮食安全。
研究以多时序土地利用、遥感数据为基础,通过GIS技术结合土地利用动态度、空间叠置与转置模型分析1992—2009 年大连金石滩国家旅游度假区土地利用空间格局演变及驱动机制。研究表明:①土地利用数量变化模式呈现耕地面积大量减少,建设用地迅速增加:1992—2009 年各土地利用类型单一动态度中耕地减少速度最快,为4.66%;建设用地增加最快,为21.32%;耕地大部分转移为建设用地,1992—2009 年耕地转向建设用地的面积为891.35 hm2,占总耕地转移面积的54.76%;旅游用地面积增加了425.35 hm2,占建设用地增长面积的27.69%;②建设用地空间扩展呈现出沿交通干线和海岸线分布,且主要集中在龙山村、满家滩和陈家村的南部交通干线区域,并从该区域不断向周围地区扩张;③与非旅游城镇相比,金石滩逐步从原有单一土地利用类型向旅游主导的复合型用地转变,在“政府”、“企业”和“居民”三个主体影响下,经历了以“自然保护为主—旅游开发为主—保护为前提适度开发”的演化历程。
以1973、1990、2001、2006 和2010 年的Landsat 系列遥感影像为主要数据源,结合历史文献和专题图的多数据方法,在贵阳城市区域遥感信息提取的基础上,对1279 年建城以来,包含1626、1930、1947 年的共9 个时相的贵阳市时空扩展特征进行分析,主要包括城市扩展的时间轨迹、方向性、扩展强度、扩展规模和城市扩展的空间分异等。结果表明:花溪、金阳是贵阳城市扩展的主要区域;1947 年以前,贵阳市扩展速度极其缓慢,基本处于停滞状态;1947—1973年,城市已填满贵阳狭小的盆地区域,并开始沿着河谷地形向外扩展;1990 年贵阳市向外扩散趋势加剧,2006 年以后,贵阳以喷水池-大十字为核心,以南明河为主要的扩展轴,沿着南、东、东北、西分别向花溪、龙洞堡、新添寨和金阳扩散,呈现显著的Y字形扩展格局。贵阳城市扩展过快,停止外延型扩展进程,将有助于区域的和谐发展。
基于分布式水文模型SWAT以及SUFI-2 程序对东江流域进行了51 a(1960—2010 年)月径流模拟,并在此基础上讨论了东江流域水文过程的空间差异。模拟结果表明,河源站受新丰江水库影响,模拟结果不确定性较大,确定性系数R2和Nash-Sutcliffe 效率系数相对其他站点较低,龙川站、岭下站、博罗站R2和Nash-Sutcliffe 效率系数皆满足模型适用性要求。流域出口博罗站率定期R2、Nash-Sutcliffe 效率系数分别为0.83、0.83,验证期为0.84、0.84,模型模拟精度较高。东江流域径流深主要受降水空间不均影响,形成由北向南先增后减的趋势。流域下垫面差异对产流过程也有一定影响。其中土壤含水量受土壤性质、人类活动等影响,由北向南差异明显;蒸散发量受植被覆盖影响亦较为明显,北部蒸散量占降雨量的比例大于中部及南部。
论文以赣江流域为研究区,基于SWAT分布式水文模型及SUFI-2 算法,利用流域DEM、土地利用、土壤、气象等数据,结合GIS和RS技术,对流域土地利用变化的径流响应进行定量分析与研究。结果表明:影响模型模拟效果前3 位的敏感参数分别为ALPHA_BF、CN2、ESCO,得出率定期和验证期的模拟值与实测流量过程拟合程度较优,其R2和Nash-Sutcliffe 效率系数ENS均高于0.90,相对误差|Re|均小于3%;流域内1990 年与2000 年土地利用均以林地、水稻田、草地为主,此3 种类型约占流域总面积的85%;在相同气象条件下,两期土地利用情景下的月、年均径流量变化趋势较为一致,2000 年土地利用情景下的年径流量比1990 年略大;相比1990 年土地利用情景,2000 年产水量增加最为显著的区域主要为赣江流域东部、东南部和西南部,建筑用地、水浇地和裸岩面积的增加、林地面积的减少可能是引起产水量增加的主要因素。
应用Z指数和标准化降水指数SPI,结合REOF方法和Hurst 指数对西南地区旱涝等级及其时空分布规律、演变趋势进行分析和预测,结果表明:SPI 和Z指数的计算结果和现实情况较一致,从多年平均值来看,云南的中甸及四川的石渠、德格等地干旱指数处于低值区,属重旱区。贵州和广西及云南南部部分地区属易涝区。逐年的SPI 和Z指数结果大体一致,2000 年以后,干旱指数波动较大。通过REOF分析,Z指数的分布大致分为川西区、川东(包括渝)区、云贵(包括广西北部)区、广南四个区域。云贵区Z指数总体呈下降趋势,涝情呈减弱趋势;川西区在1964 年至1973 年间干旱严重,1995 年以后变化相对稳定,但干旱也时有发生;川东区旱涝变化不显著。经Hurst 指数分析,西南五省市未来的旱涝情况大致为干旱程度呈逐步加大的态势,洪涝程度呈较弱的逐步减小态势。
以喀斯特地区植被为研究载体,利用2001—2010 年MODIS NDVI、MODIS EVI 序列和气候资料,分析两种植被指数与同期及前1—9 期水汽压、降水量、相对湿度、最高气温、最低气温、平均气温、露点温度、气压、风速、日照时数多个气候因子的相关性及响应差异,为合理选择植被指数序列对植被进行监测研究提供参考。结果表明:①喀斯特地区植被EVI和NDVI与多数气候因子显著相关,但二者对气候因子的响应有明显差异。除日照外,EVI 与其他各气候因子相关性明显高于NDVI。与NDVI相关性较高的气候因子为日照、最高气温、平均气温,其对应的相关系数平均为0.616、0.535、0.474;而与EVI相关性较高的气候因子为水汽压、平均气温、露点温度,其对应的相关系数平均为0.857、0.844、0.839。②喀斯特地区植被EVI和NDVI对多数气候因子的响应存在明显的滞后性,较之于EVI,NDVI对气候因子的响应更为滞后。EVI与气候因子的相关系数最高时期多出现在前1 期,NDVI与气候因子的相关系数最高时期多出现在前2 期。两种植被指数对日照、风速的响应无滞后性。除相对湿度、日照、风速外,各站点两种植被指数与其他各气候因子在0—9期的响应趋势均较一致。
