多空间尺度景观格局与地表水质响应关系研究

截至2020年底,北京市已建成466条生态清洁小流域,其中,密云水库上游(北京境内)179条小流域,将于2022年底全部达到生态清洁小流域标准.本研究对密云水库流域进行子流域划分并创建缓冲区,通过汛期水质监测,结合统计分析和景观格局指数计算,量化不同空间尺度景观格局和水质的响应关系.结果表明:①密云水库主要河流水质除总...     

草海湿地小流域土地利用与景观格局对氮、磷输出的影响

识别主要污染物和污染源对草海湿地生态系统的保护与管理具有重要的现实意义.基于2012年5—10月6个小流域的水质观测数据、土地利用结构与景观格局指数,研究了草海湿地入湖小流域氮、磷输出的时空变化规律及其与景观格局的关系,以期为草海湿地综合治理提供参考.结果表明,草海湿地北面建设用地面积比例呈西北、东南方向逐渐降低和景观破碎度逐渐减小的趋势,具有明显的城市-城郊-农村的景观格局梯度,景观格局影响流域水质.多元统计分析表明,小流域氮磷输出受景观组成属性和空间属性综合影响,城镇建设用地百分比与TN、TP和COD呈显著正相关关系(r分别为0.995、0.978和0.996,p0.01),景观破碎度(CONTAG、ED、MPS)和多样性(SHDI)与水质(TN、TP、COD)具有显著的相关关系,CCA的第一排序轴解释了建设用地面积比例、景观指数与水质指标相关性的96.0%.可见,威宁城镇化快速发展威胁了草海湿地生态安全,需进行草海周边城镇化进程的调整和控制.     

湘江流域传统村落景观基因变异及其分异规律

传统村落在历史、文化、经济、旅游和科学等多个方面价值颇高,保护传统村落的空间格局和文化内涵极为重要。以中国湘江流域上中下游六个典型传统村落为例,以景观基因理论为基础,运用景观基因分析法识别了湘江流域传统村落景观基因,分析了上中下游传统村落显性物质景观基因与隐性非物质文化基因的变异特征,总结了湘江流域传统村落景观基因变异特征及分异规律,研究结果显示：（1）湘江流域上游传统村落平面基因变异相悖于本土的情况侧重发生在平面结构变异上;立面基因的变异相悖于本土、突变后直接消亡的情况较多;文化基因上受外来冲击的不适感较强,有加剧景观基因变异的风险和趋势。（2）湘江流域中游传统村落对立面基因的改动需求较大,且改动时间较早,造成立面基因变异以及平面基因中街巷格局、平面布局变异较大,变异后相悖于本土的特征显著;而在文化基因中,对文化的变异融合接受能力强,变异相融于本土的情况显著。（3）湘江流域下游传统村落在形态、布局特征明显的平面基因中产生的变异不大显著;在立面基因中遭遇突变后直接消亡的特征明显;在文化基因中,对家风信仰的基因变异以相融于本土为主,习俗礼仪的基因变异呈现分化趋势,单民族聚居式的家族以相悖于本土的特征为主,多民族聚居式的家族以相融于本土的特征为主。     

巢湖流域地表热环境与景观变化相关分析及其尺度效应

基于Landsat ETM+/TIRS影像数据,采用大气校正法反演巢湖流域地表温度,分析2000~2013年的流域地表热环境效应演变规律,通过5个尺度的网格化采样,在不同幅度水平上定量分析LST与下垫面景观的相关性及其尺度效应.结果表明:2000~2013年,巢湖流域LST高强度区域主要以合肥市区为集聚中心并向城市周边蔓延,低强度区域逐渐缩小,流域地表热环境效应增强.LST与下垫面景观结构相关关系分析表明,建设用地景观是流域热环境效应的主要原因,而水体、林地景观可有效抑制地表温度;景观格局对热环境效应影响显著,建设用地与农地景观的破碎度、分离度指数与LST呈极显著负相关,而林地、水体景观的破碎度和分离度与LST呈极显著正相关;LST对景观优势度的影响最敏感,建设用地优势度与LST呈极显著正相关,而林地、水体优势度增加则能有效降低地表温度.探索性空间数据分析(ESDA)及尺度效应分析表明:巢湖流域地表热环境具有显著的空间聚集性,且LST空间格局具有明显的尺度效应,巢湖流域地表热环境效应相关研究的适宜幅度域为2~4km.通过规划合理配置林地和水体景观类型资源,加强建设用地增长调控,优化景观格局是抑制流域地表热环境效应的主要对策.     

农业源头流域景观异质性与溪流水质耦合关系

以丹江口库区胡家山流域为研究区域,分析了溪流枯、丰水期的水质变化特征,结合流域和河岸缓冲带景观类型及其格局,运用Spearman秩相关分析筛选了影响溪流水质的景观指数,利用逐步回归和冗余排序法定量描述景观格局与溪流水质的耦合关系.结果表明：溪流水质指标中氨氮和总磷浓度时空变化较大,其标准变异系数范围分别为69.8%~207.6%和52.0%~146.1%.景观类型中耕地和居民地是溪流水体污染的重要来源,两者在100m河岸缓冲带尺度上对氨氮的解释程度为58.6%,高于流域尺度;景观格局指数中蔓延度、林地和居民地斑块密度、林地和居民地最大斑块指数以及林地和耕地聚集度指数等显著影响溪流水质（P<0.05）,流域尺度上各景观类型的景观指数对总氮和总磷的解释程度分别介于71.1%~81.6%和74.5%~83.8%,均高于100m河岸缓冲带尺度,其中蔓延度对总氮和总磷均有显著影响（P<0.05）.无显著因子进入高锰酸盐指数模型中,其浓度变化是各景观指数共同作用的结果.此外,景观格局季节变化也显著影响溪流水质.枯水期景观指数能够更好的解释总氮和总磷变化,而丰水期对氨氮的解释程度要好于枯水期.     

流域景观格局对土壤保持服务的影响

以子流域为空间单元,应用生态系统服务和交易的综合评估模型（InVEST）进行土壤保持服务评估,并借助景观指数计算软件（FRAGSTATS）表征景观格局特征,综合运用空间自相关探讨土壤保持量与景观格局指数的空间关联关系,同时从景观格局角度出发,开展土壤保持量与景观格局指数的空间回归分析.结果表明：2014年土壤保持服务较高的子流域具有景观类型组成相对单一、景观各类型间非均匀分布、存在优势斑块、景观分离度低的格局特征; 2014年甘肃白龙江14个子流域表现出土壤保持服务与景观格局显著的空间相关关系,占子流域总数量的37.84%;模型对比方面,空间滞后模型（SLM）优于非空间线性模型（OLS）,表明甘肃白龙江各子流域的土壤保持量在空间上具有实质性的空间依赖.景观类型多样性及其均匀程度是影响甘肃白龙江子流域土壤保持量的重要景观指标.     

景观格局对河流水质影响的尺度效应Meta分析

景观格局决定了陆域污染物的源汇过程,是影响河流水质状况的关键因素.由于尺度效应,不同尺度下景观格局与河流水质关系的研究结果不尽相同.然而,景观格局对河流水质影响的尺度效应问题尚缺乏系统研究.收集了国内外4 041条研究数据,采用Meta分析法定量分析了不同尺度下景观格局对河流水质的作用特征,识别了影响河流水质的关键时间和空间尺度以及景观指数.结果表明,相对于降水事件、平水期和年际尺度,丰水期下景观格局对河流水质的影响最大;相对于流域尺度,缓冲区尺度的景观格局对河流水质的影响更大;丰水期-缓冲区尺度是景观格局影响河流水质的关键时空耦合尺度.与耕地、水域、草地以及流域整体景观相比,林地和城镇用地的景观格局对河流水质的影响更大;破碎度是影响河流水质最重要的景观格局因子.在河流水质治理中,应重点考虑缓冲区的景观配置,增加缓冲区林地面积、减少林地和水域的斑块密度和减少城镇用地的面积占比和聚集度,以有效保护河流水质.     

鲁东山区流域景观格局与面源污染关联关系

基于实地监测和3S技术,以鲁东低山丘陵地区栖霞市为研究区,采用Spearman相关、非约束性PCA、对应典范分析（CCA）等方法,研究不同流域尺度下景观格局与面源污染的关联关系。结果表明：（1）研究区景观格局空间分异明显,在特征尺度下农用地和建设用地斑块较为破碎,林地、园地斑块聚集性强。（2）研究区河流面源污染物主要以TN为主,EC、COD污染次之,主河道出水口为污染较为严重的区域。（3）景观格局对水质的影响丰水期要大于平水期,TN和EC对土地利用类型面积比例和景观格局指数的变化最为敏感。（4）平水期河岸带尺度下景观格局对TN影响最大的为斑块密度,EC受景观边缘密度影响最大,小流域尺度TN受景观蔓延度影响最大,COD与景观多样性关系密切;丰水期河岸带尺度景观多样性对TN影响最大,EC受斑块聚合度影响最大,小流域尺度影响TN最大的因素与平水期一致,EC与景观蔓延度关系密切。（5）小流域景观类型水平下,TN主要受林地斑块密度影响,TP与耕地散布与并列指数关系密切;丰水期TN受林地散布与并列指数影响显著,TP对林地平均分维数变化敏感,EC受草地聚集性影响最大。本文分析了研究区景观格局与面源污染空间分布特征,探讨了两者在不同尺度下的相关性,可为栖霞市水土资源可持续利用提供科学依据。     

黑土丘陵区小流域土壤有机质空间变异及分布格局

土壤有机质的空间变异和分布格局是土壤科学领域研究的热点.在经典统计学和地统计学的基础上,结合"3S"技术,对黑土丘陵区海沟河小流域土壤表层(0~20 cm)中有机质的空间变异、分布特征及影响因子进行深入探讨.结果表明,海沟河小流域土壤有机质含量在黑土区处于较低水平,变异程度为中等变异,且存在空间自相关性;土壤有机质的空间变异受人类活动、耕作措施等随机因素影响很小,受结构性要素影响较大,空间上各向异性显著;土壤有机质含量从东向西逐步减小,以高程为协变量的协同克里格插值能够提高空间插值精度.土壤有机质空间分布受地形地貌等自然因素以及受其制约的土地利用的影响较大,受交通道路、居民点等要素的影响较小;采样点周边环境会增加有机质的空间变异和分布的不确定性.以流域为单元,进行SOM的空间变异、分布及影响因子研究具有重要意义和科学价值.     

基于流域单元的营养盐输出与景观异质性影响研究

选择太湖上游西苕溪流域,利用GIS、RS及景观生态方法进行小流域划分和流域景观异质性分析,基于改进的输出系数模型估算小流域营养盐输出,并对流域单元主要景观类型空间异质性及多样性指数与营养盐输出的关系进行了分析.结果表明,西苕溪各小流域TN、TP输出强度变化范围分别为3.01～15.44 kg/(hm2.a)与0.049～0.355 kg/(hm2.a),营养盐输出水平空间差异性明显;小流域单元优势景观类型与营养盐输出关系明显,小流域林地面积增加10%,TN、TP输出强度分别降低0.203 1、0.015 2 kg/(hm2.a);小流域耕地面积增加10%,TN、TP输出强度分别增加0.572 6、0.027 3 kg/(hm2.a);西苕溪小流域景观多样性指数与氮磷输出水平关系呈二次多项式关系,营养盐输出强度随着SHDI增大而增大,当SHDI为1.5时,输出强度达到最大值,然后随着SHDI增大而降低.研究结果将为流域非点源污染治理提供参考.     

纳板河流域自然保护区拉祜族村寨对土地和野生植物资源的利用

报道了西双版纳纳板河流域自然保护区3个拉祜族村寨对土地和野生植物资源的利用现状,认为转变单纯采集为栽培种植价值大的野生植物是发展的根本出路。     

微波植被指数在云南省植被动态监测中的适用性研究

基于遥感的植被指数是科学监测植被动态变化的最有效方法。然而,在我国西南地形复杂区域,基于植被光谱特征的光学植被指数常常因大气状况及环境条件等的影响而受到很大的限制。利用云南省2013年1月至2018年12月AMSR2 (Advanced Microwave Scanning Radiometer 2,即先进微波扫描辐射计2)双极化亮温数据,计算了云南省2013—2018年多年平均逐月微波植被指数,并选取草地、耕地、落叶阔叶林、常绿阔叶林及常绿针叶林五种典型植被类型区,对比分析了不同植被类型区各微波植被指数的季节变化规律及其与光学植被指数(NDVI)的相关性。结果表明:各微波植被指数的变化幅度均较小,低频和高频微波极化差异指数(MPDI)可以反映云南省各种植被类型的季节变化规律,同时低频MPDI对植被季节变化特征的响应更显著,而低频微波植被指数(MVIA和MVIB)对草地的季节变化响应更敏感。各微波植被指数与NDVI的相关性在低矮植被区更显著,更能反映低矮植被类型随季节变化规律。总体看来,各微波植被指数能够很好地识别不同类型植被的季节变化规律,可作为光学植被指数的有力补充,用于长时序、大范围植被动态监测。     

2010年春西南酷旱的监测与机理分析

针对2010年春季我国西南地区出现的严重干旱,采用MODIS数据和TVDI方法对云南省春季旱情进行了监测,揭示了云南省入春以来的旱情动态变化及旱情分布特点。以TVDI作为旱情评价的指标,并结合气象观测的探空资料、天气图以及ncep月平均气温资料和MODIS数据反演大气含水量,分析了导致云南省春旱的地面温湿特征、大气环流特征及大气能量结构特征,提出了此次干旱特殊的形成机理:大气环流、大气能量结构以及地热蒸发等因素的综合作用导致了严重干旱的发生,这对干旱的监测预警提供了有益探索。     

滇西北与滇东南干热河谷植物群落物种多样性研究

环境变迁下生物多样性格局形成及维持机制研究是生物多样性研究的核心科学问题之一. 滇西北和滇东南两地曾在地质历史上具有相似森林植被,随着板块运移,两地出现明显环境区化,植被类型亦产生巨大变化,仅在两地干热河谷生长着相似外貌和类型的植物群落,而其物种组成和生物多样性格局有何异同尚不清晰. 该研究分别在怒江和元江干热河谷设置100 km样带,每间隔4 km布设样地,对其植被进行群落学调查. 通过计算两地不同生活型植物重要值、Alpha及Beta多样性指标,拟阐明起源相近、外貌相似的两地植被在环境变迁后群落物种组成及生物多样性的变化规律. 结果表明:①滇西北干热河谷共调查到维管植物125种(51科104属),滇东南干热河谷共调查到114种维管植物(44科102属). 滇西北乔木和灌木物种丰富度均略高于滇东南,草本反之. 滇西北乔木多度极显著高于滇东南(P<0.01),灌木多度未出现显著性差异,草本多度滇东南显著高于滇西北(P<0.05). ②从科水平分析,滇西北和滇东南乔木和草本优势科组成种类相似,但灌木优势科组成种类差异性较大. 从种水平分析发现,两地乔木优势种种类差异较大,而灌木和草本组成相似. ③滇西北植物群落Shannon-Wiener指数、Simpson指数均略低于滇东南,但无显著性差异,而Pielou指数显著低于滇东南(P<0.05). 滇西北干热河谷植物群落中优势种单一,物种分布具有聚集性;滇东南植物群落物种分布较均匀,物种多样性丰富. ④两地植物群落之间相异性系数较高,处于极不相似水平,群落间生境差异性较大,不同生活型植物Beta多样性差异极显著(P<0.001),其中以灌木物种组成的相异性最大. 研究显示,起源相近、外貌相似的滇西北与滇东南干热河谷的植物群落物种组成存在明显差异,Alpha多样性差异不明显,Beta多样性存在显著性差异,环境变迁后区域环境差异改变了植物群落结构.      

中国农田土壤重金属富集状况及其空间分布研究

在统计有关我国农田土壤重金属相关文献数据的基础上,探讨了我国农田土壤重金属Pb、Cd、Cu、Zn和Cr的空间富集现状.收集到有关土壤Pb、Cd、Cu、Zn和Cr含量的研究分别为173、138、156、139、140个.首先剔除异常值,然后利用剩余样本进行克里金插值,并统计各省地区重金属含量平均值.结果表明我国重金属空间分布具有明显的区域特征,西南地区土壤重金属含量较高,其他地区相对较低;与分省的土壤背景值相比较,农田土壤Pb和Cd的含量明显高于背景值.土壤Pb在云南省超出背景值最高,为背景值的1.91倍;Cd在辽宁省超出背景值最高,为23.02倍;Zn在云南省富集最为严重,是背景值的1.55倍,Cu最高的是广东省,达到背景值的2.92倍.     

典型云南高原湖泊叶绿素a与影响因子的定量关系及对比分析

湖泊富营养化的影响因子涉及水文、物化、生物等多方面,具有复合性和非线性特征,定量化其与影响因素间的相关关系有助于识别影响湖泊营养状态的关键因子,可以用较低的成本、较短的时间达到理想的控制效果.云南高原湖泊具有易发生富营养化的自然和气候特征,对其富营养化发生条件及影响因子的分析可为科学的控制决策提供参考.本文选取云南滇池、程海、抚仙湖和异龙湖4个高原湖泊,比较湖泊自然特征与流域社会经济条件的异同;构建包括绝对主成分多元线性回归分析(APCS-MLR)、结构方程模型(SEM)及人工神经网络模型(ANN)的综合分析方法,重点关注并确定浮游初级生产力的代表指标(叶绿素a,Chla)与相关影响因子间的定量相关关系.研究发现:14个湖泊中,对Chla浓度变化影响最大的均为理化因子,但在各湖中该影响的正、负性及不同理化因子的贡献权重有较大差异;2流域污染源构成的不同在一定程度上影响了入湖的氮、磷负荷,使4个湖泊表现出不同的营养盐限制性特征;3流域面积、湖泊形态及湖体水动力条件影响着营养盐在湖体中的迁移转换,造成4个湖泊富营养化的差异性特征;4对Chla与影响因子间因果关联的识别须结合深入的机理过程分析.     

洱海流域环境经济相协调的农林土地利用不确定性系统规划

以云南大理洱海流域为例，应用区间数量优化模型对流域的农林土地利用进行了研究．结果表明，洱海流域目前的土地利用结构需要进行适当调整，具体调整方案因分区不同而不同．决策者可以在模型解的基础上，结合经验和系统新信息对模型解作进一步解译以生成合理可行的实施方案，确保在适当的非点源污染贡献的范围内土地利用的经济产出最大，从而达到流域农林土地利用的环境经济协调发展     

洱海流域环境经济相协调的农林土地利用不确定性系统规划

以云南大理洱海流域为例，应用区间数量优化模型对流域的农林土地利用进行了研究。结果表明，洱海流域目前的土地利用结构需要进行适当调整，具体调整方案因分区不同而不同。     

基于第二次全国土地调查的云南省坝区县、半山半坝县和山区县的划分

云南是我国西部的典型山区省份,地形坡度<8°的坝区面积仅占土地总面积的6%左右。应用云南省第二次全国土地调查中对各县（市、区）≥1 km²坝子的调查和核定成果,选取坝区耕地面积比例、坝区土地面积比例、≥100 km²坝子数等3 个单项指标,并构建了综合指标--坝区土地综合指数,采用主导指标与综合分析相结合的方法,对全省129 个县（市、区） 进行坝区县、半山半坝县和山区县的划分。结果表明,全省有21 个县属于坝区县,37 个县属于半山半坝县,71 个县属于山区县。这一研究修订了以往云南省仅以坝区耕地面积比例为指标而划分出的坝区县、半山半坝县和山区县方案,为云南省及各地合理地进行产业布局（尤其是农业生产布局）、保护坝区优质耕地资源提供科学依据和基础支撑。     

湖泊沉积物-水界面微量重金属扩散作用及其水质影响研究

通过对云南泸沽湖、洱海沉积物孔隙水微量重金属剖面特征及界面扩散通量的研究,定量评估了微量重金属界面扩散作用对上覆湖水水质的影响,并探讨了春季节性变化规律,结果表明,孔隙水微量重金属浓度面均呈典型的峰形分布,界面氧化还原状况的变化是影响这种分布的主要因素;微量重金属界面扩散通量在夏季明显大于冬季,深水区大于浅水区;这种擅长 用作用对湖水中微量重金属含量的变化影响较大,尤其对深度较小,水体寄宿时间长、