从土地利用无差异比较的角度出发,在阐释土地利用差异性比较的思路后,构建容积率指数(VRI)分析了不同区域工业用地利用强度变化,并消除工业产业结构对不同区域工业用地面积的影响,在此基础上利用单要素DEA方法分析了全国不同区域工业用地利用效率的特征及变化趋势.研究结果表明:VRI高的区域多分布在东南沿海地区,VRI低的区域多分布在中西部地区,并且东部地区VRI呈下降趋势;工业用地面积修正后,工业用地利用效率增大的区域多集中在中西部地区,工业用地利用效率下降的区域主要出现在东南沿海地区;以长江三角洲和珠江三角洲为主的东南沿海经济发达地区工业用地利用效率明显高于中西部地区;变异系数反映出区域间工业用地利用效率的差异程度正在逐渐缩小,工业产出的不均衡程度大于工业用地配置的不均衡程度.
南方红壤典型水土流失区——福建省长汀县曾因生态破坏导致严重的水土流失.经过多年以植树为主的生态修复,该县生态面貌有了明显的改观.论文首先采用线性光谱混合分析模型计算植被覆盖度,并在此原始模型的基础上提出了对地形阴影进行修正的方法来获取植被覆盖度.精度验证表明,在线性光谱混合分析模型中加入山地指数(NDMVI)波段能够削弱地形阴影问题,提高植被覆盖度反演精度.在此基础上利用多时相遥感影像分析了长汀2001—2013 年植被覆盖度的时空变化,并利用遥感生态指数(RSEI)定量评价了长汀水土流失生态修复的效果.结果表明,经过13 a 的水土流失治理,长汀的植被覆盖度有了明显的升高,从2001 年的75.1%上升到2013 年的86.5%.RSEI 生态指数值也随之上升,生态等级为优良的面积比例从85.83%增加到90.59%,反映了长汀县生态质量整体有了明显的提高.植被的生态效应定量研究表明,长汀县的植被覆盖度每增加10%,RSEI 生态指数值至少提高10%,植被覆盖度的生态提升效应显著.
通过提取西藏当雄县Landsat ETM影像NDVI以及DEM的海拔要素,在坡面的小尺度水平上分析了NDVI的海拔格局,并利用沿海拔梯度的草地地上生物量实测数据进行验证,进一步在全县尺度上分析了当雄NDVI >0.2 的区域内草地NDVI 的海拔分异特征.主要结果如下:①在坡面尺度上,随海拔的增加,不同计算方式的NDVI均表现为先增加后降低的单峰格局,与沿海拔梯度实测的地上生物量格局一致,NDVI最大值与围栏外生物量最大值均出现在4 950 m左右;②在全县尺度上,当雄草地NDVI随海拔的变化略为复杂:在4 300 m以上,NDVI随海拔的增加表现为先升高后降低,最高值出现在4 700 m左右;在4 300 m以下植被可能以湿地草甸为主,形成另一个NDVI高值区,但其分布面积仅为总草场面积的10%左右.上述结果表明,海拔是影响当雄县NDVI 空间分布的重要地形因子,NDVI 的海拔格局体现了较大尺度上草地植被对不同水热组合环境的适应特征,这对于在气候变化背景下实施高寒地区生态保护工程以及制定合理的草场资源配置方案具有重要指导意义.
文章以城乡建设用地扩张的高程变化为焦点,运用太湖流域1985、1995、2000 和2010 年4 期土地利用数据及90 m DEM数据,通过构建建设用地密度指数、增量比、扩张速度、扩张强度及建设用地高程指数等指标,探寻太湖流域城乡建设用地高程变化的空间分异特征及其演变规律,结果表明:建设用地流域整体扩张的热点从中等高程区向较高和较低高程区转移,且向较低高程区转移态势尤为凸显,流域空间分布上表现为流域东部下游平原河网及北部沿江的城镇密集区和南部苕溪上游山谷地带建设用地向较低高程区逐渐扩张的趋势,而在除苕溪外的流域其他上游山地丘陵区逐渐向较高高程区扩张;新区开发及新城建设推动着城乡建设用地快速扩张,适宜建设土地供给有限与土地财政驱动下用地需求旺盛之间的矛盾迫使建设用地扩张走向较低和较高高程区,尤其苏南城镇密集区向较低高程区转移趋势更显著;建设用地向低海拔地区扩张必然挤占自然蓄滞水空间,分割和阻塞自然行洪通道,且地势低洼处洪水易蓄难排,而高海拔地区扩张会加快汇流缩短下游洪峰时间,导致区域水文安全隐患和内涝事件频发.
基于1960—2013 年北京及其周边34 个气象站点逐日降水数据,利用标准化降水指数(SPI),辅以小波分析、滑动平均和相关分析等气候诊断方法,论文分析了近54 a 北京旱涝变化特征,探讨了城市化和大气环流异常与旱涝变化的关系.结果表明:① 近54 a 北京轻微旱涝事件呈减少趋势,极端旱涝事件逐渐增多;② 在年代变化上,20 世纪60—80 年代SPI 值呈稳定波动,80 年代中后期SPI 值呈下降趋势,涝灾逐渐减少,旱灾逐渐增多,1999—2008 年形成10 a连旱的降水偏少期;③ 快速城市化对北京旱涝变化影响明显,但是并未改变旱涝宏观变化趋势;④ ENSO与北京旱涝变化关系存在不稳定性,El Niño 事件并非严格对应旱灾,La Niña 事件并非严格对应涝灾;副热带高压位置和东亚夏季风强弱与北京旱涝变化关系相对稳定.当副热带高压明显北移、东亚夏季风偏强时,北京多发生干旱;反之,则北京明显偏涝.
在定义生长季节长度(GSL)、生长季节开始时间(LSF)以及生长季节结束时间(FFF)三个生长季节指数的基础上,采用模糊聚类、稳健回归及Mann-Kendall 非参数检验等方法分析新疆1961—2010 年生长季节指数时空变化特征,并针对作物生长季节指数变化对区域农业生产的影响进行了深入探讨.结果表明:新疆20 世纪90 年代中期,GSL变化幅度很大,低纬地区生长季节受低温影响较小,而随纬度上升,中高纬地区生长季节受低温影响越大.生长季节长度的变化与秋季低温(生长季节结束时间)变化情况紧密相连,全疆生长季节长度在80%的保证率下,较多年平均生长季节长度缩短5~14 d.生长季节长度的延长,会导致净初级生产力以及年蒸散发总量上升,继而影响水文、生态系统以及生物地球化学过程.
为了探明中国重要丛生竹的硅(Si)储量的大小及空间分布特征,在广东、福建、浙江、云南和四川等丛生竹的主产区选择了8 种重要丛生竹(青皮竹、粉单竹、麻竹、绿竹、黄竹、龙竹、缅甸竹和慈竹),通过测定不同丛生竹叶、枝、秆和现存凋落物中的硅含量和生物量,对我国重要丛生竹的硅储量进行了初步估算.结果表明:① 8 种丛生竹不同竹龄叶、枝、秆Si 含量大小依次表现为叶(12.47~62.71 g·kg-1) >枝(7.66~29.26 g·kg-1) >秆(1.12~11.77 g·kg-1),且各器官中Si含量均低于凋落物(40.86 ~123.74 g·kg-1);在不同竹种间,绿竹2、3 a 叶、枝Si 含量均显著高于其他竹种,粉单竹的1、2、3 a 秆中的Si 含量分别与1 a 麻竹、2 a 绿竹及3 a 缅甸竹存在显著差异;② 8 种丛生竹地上部分的总Si 储量为5 082.93 kg·hm-2,其中,现存凋落物的贡献率可达51.18%,远大于叶、枝、秆.不同竹种Si 储量大小依次为:龙竹 >黄竹 >慈竹 >绿竹 >青皮竹 >缅甸竹 >粉单竹 >麻竹;③ 通过对竹种面积与地上部分总Si 储量计算可得,8 种重要丛生竹地上部分Si 总储量约为41.55×104 t Si,目前全国丛生竹地上部分Si 总储量约为51.94×104 t Si.论文对丛生竹生态系统硅储量的估算能为整个竹林系统以及亚热带森林生态系统硅储量的估测提供一定基础数据.
青海省地处高寒区,近几十年来针对这一区域农田生态系统中土壤有机碳(SOC)库变化及其影响因素的研究较少.研究利用第二次土壤普查数据(1982 年),结合近期(2011 年)重复采集的田间土壤样品,以土壤类型为单元,对县域尺度(青海乐都县)农田表层(0~20 cm)SOC库的时空变化特征进行分析.结果表明:① 乐都县1982 年表层有机碳密度(SOCD)为3.8kg·m-2,2011 年降低至2.8 kg·m-2,30 a 间降幅达26%,且呈东北部和南部降低、西北地区增加的趋势;② 乐都县1982 年表层SOC储量1.8×106 t,2011 年1.4×106 t,30 a 间降幅达24%;③ 土壤类型中,草甸土、栗钙土和黑钙土表现为丢碳,速率分别为-137.3、-35.0、-91.0 g C·m-2·a-1,潮土和灰钙土表现为固碳,速率分别为9.7、7.3 g C·m-2·a-1,且30 a 来各土类SOCD变化率与1982 年SOCD呈负线性相关(y=0.35-0.13x).
生物结皮是黄土高原地区坡面水土流失不可忽略的影响因素,目前生物结皮对坡面产流特征的影响仍不明确.在陕北神木县六道沟小流域通过径流小区放水试验,以裸地为对照,研究了浅色藻结皮、深色藻结皮、混合结皮(藻+藓)以及藓结皮4 种类型生物结皮对坡面产流特征的影响.结果表明:① 浅色藻结皮、深色藻结皮和混合结皮较裸地显著降低了初始产流时间,三者的初始产流时间较裸地分别减少89.0%、96.2%和96.0%;而藓结皮则较裸地显著增加了初始产流时间.② 浅色藻结皮和混合结皮较裸地显著延长了退水持续时间,其退水持续时间分别是裸地小区的2.28和2.13倍;而深色藻结皮的退水持续时间与裸地差异不显著.③ 深色藻结皮和藓结皮的径流流速较裸地分别降低了29.1%和67.3%;藓结皮的径流流速显著低于其他生物结皮小区;各生物结皮小区的径流深与裸地均无显著差异;浅色藻结皮的径流深显著高于深色藻结皮.④ 不同类型的生物结皮较裸地明显改变了坡面产流过程和径流量;浅色藻结皮小区的径流系数显著高于裸地,深色藻结皮和混合结皮小区的径流系数较裸地差异不显著;浅色藻结皮小区的径流系数是深色藻结皮小区的2.44 倍,差异显著;放水时段内,藓结皮小区没有径流流出.以上结果表明,生物结皮是坡面产流特征的重要影响因素,影响程度与生物结皮的发育阶段和生物组成有关.
利用典型地物高光谱数据和TM遥感影像,对毛乌素沙地处于旺盛生长期(7—9 月)的由苔藓结皮主导的生物结皮进行了提取研究.结果表明:① 苔藓结皮在生长期具有与绿色植物相似的光谱曲线变化趋势;红边参数显示,二者除红边位置非常接近外,红边振幅、红边宽度和红边面积差异均较大;在近红外区域,苔藓结皮比绿色植物的反射率低很多;苔藓结皮无明显的553 nm反射峰;低盖度苔藓结皮(33%)、藻类结皮和植被枯落物在整个波段光谱曲线比较接近,与裸沙相比,三者反射率均较低.② 基于TM影像,用生物结皮指数(BSCI)、归一化植被指数(NDVI)、监督分类和坡度分级相结合的方法提取生物结皮,发现苔藓结皮的像元面积为0.72×104 km2,占研究区总面积的6.43%.
建立基于TM遥感影像植被指数的耕地地力反演模型,为区域耕地资源管理及可持续利用提供科学依据.选择耕地地力相似的山东郯城县和东平县,利用耕地地力实地调查分析和TM遥感数据,通过相关分析筛选对郯城耕地地力有较好反映的植被指数,通过回归分析建立耕地地力-植被指数模型,以郯城县数据建模,东平县数据进行反演和验证.结果显示,增强型植被指数(EVI)与耕地地力评价结果有最显著的正相关性,相关系数达到0.82.以EVI 为自变量建立的二次方程式模型拟合效果最好,决定性系数达到0.69.采用决定性系数(R2)、均方根误差(RMSE)、精密度和准确度4 个指标对模型的反演结果和原始评价结果之间的符合度进行统计检验,EVI 的二次方程式模型准确度最高,为95.84%,RMSE和精密度最小,分别为5.21 和0.04,为耕地地力最佳反演模型.对比分析东平县耕地地力反演图和常规耕地地力评价图,模型反演的各耕地地力等级与实际耕地地力评价等级具有较好的空间分布一致性.将耕地地力归并为高、中和低3 个等级,高中低等级面积比例差异均在3.3%以内,符合研究区实际,反演效果较好.研究证明了基于定量遥感手段进行耕地地力估测的可行性,为耕地资源的监测利用提供了有效手段.
利用东北地区2000—2007 年的APHRODITE降水数据,基于GWR方法对TRMM降水数据进行修正,分析新的TRMM降水数据精度,并基于修正的TRMM降水数据对东北地区降水进行时空分布特征分析.结果表明:①APHRODITE降水数据与观测数据之间的线性相关性更高、均方根误差RMSE更小,数据具有较高的精度;②修正后的TRMM降水数据相关系数R有所提高,且RMSE值均有降低.整体来看,TRMM降水数据的降水量数值偏大于观测值;③修正TRMM降水数据在5—10 月的误差相对较小,整体来看,在大部分区域的误差在0~30%之间;④东北地区降水分布极不均匀,整体呈从东南向西北减少趋势.11 月到翌年3 月的降水稀少,降水主要集中在夏季,其中7月降水量最大.
合理的间套作种植模式具有高产高效及环境友好的特点,可能成为未来可持续农业的重要组成部分.光能的高效利用是间套作群体产量占优的主要原因之一.论文综述了计算间套作群体光能截获及分配的半经验模型及理论模型,分析了间套作群体产量优势形成的生理生态基础.间作套种可形成有利于作物吸收光能的冠层结构,或者可促进作物的光合速率,或者可改变作物的收获指数.对于共生期较长的间套作群体而言,优势作物对光能的高效截获和劣势作物对光能的高效利用是群体产量优势形成的主要原因,而对于共生期较短的间套作群体而言,两种作物光能吸收量的增加是该群体高产的主要驱动力.
