土地利用和覆被变化对岩溶区土壤CO_2浓度的影响

综述土地利用/覆被变化(lucc)对区域气候影响研究进展,并对其研究热点进行分析。lucc对区域气候各因素影响的研究仍然存在较多分歧,如lucc对温度的作用是增是减,影响程度有多大,对降水有无影响以及降水的增减,今后需要更加深入的研究。

为了研究坡度因素对土地利用/覆被分布及其动态变化的影响,以陕西省西安市长安区为研究区,采用数字高程模型、遥感影像及相关辅助数据,应用gis手段提供的空间分析方法,将长安区地形进行坡度分级,把两个不同时期的遥感影像解译结果与坡度分级图进行了空间叠加分析。研究结果表明,耕地、建筑用地、水域等分布在坡度较小范围,林地、草地的坡度分布范围近似于正态分布。不同年份各土地利用类型在相同坡度所占面积比例基本不变;不同坡度范围内的土地利用变化不尽相同。其它土地类型向耕地和建筑用地的转化主要集中在低坡度范围内,而其它土地类型向林地和草地的转化在整个坡度范围上大体呈正态分布。因此,坡度因素是土地利用/土地覆被的重要影响因素,坡度因素对土地利用格局具有明显的控制作用。

介绍了土地利用/覆被变化的主要形式,分析了土地利用/覆被变化对河流的水文情势、水质、泥沙、河流生态系统的结构、功能和生物多样性的影响,为生态保护提供技术指导。

以福州市南台岛为例,研究了不同土地利用/覆被变化对土壤全碳、全氮含量的影响。结果表明:1)不同土地利用方式下土壤全碳(totalcarbon,tc)、全氮(totalnitrogen,tn)含量均存在显著差异(p0.05)。总体而言,城市化地区的土壤具有较大的变异性,存在明显的人为干扰痕迹。

作为我国重要的粮食生产基地和淡水湿地集中分布区,三江平原对于保障国家粮食安全和区域生态安全具有举足轻重的地位。由于人类活动的剧烈影响,过去50年期间,三江平原土地利用/覆被发生了显著变化。本文在分析1954年~2005年三江平原土地利用/覆被变化过程的基础上,深入探索了土壤类型对土地利用/覆被变化过程的影响。结果表明,过去50余年中,三江平原土地利用/覆被变化剧烈,其中耕地增加了2.25倍,增加面积为385.55×104hm2。与耕地面积相对应的是湿地、林地和草地的大幅度减少,减少面积分别为256.72×104hm2、66.92×104hm2和57.65×104hm2。草甸土、白浆土、沼泽土、暗棕壤和黑土为土地利用变化最为剧烈的几种土壤类型,农业开垦活动和耕地面积的增加是研究区土地利用变化的主要特征和主导因素,湿地、林地和草地减少区域的土壤类型与耕地增加区域的主要土壤类型一致。三江平原耕地开垦对土壤类型的选择顺序为:草甸土、白浆土→沼泽土→暗棕壤。这一现象表明耕地开垦首先从自然条件相对优良的土壤资源-草甸土、白浆土进行开发;随着草甸土和白浆土面积的迅速减少,沼泽土于1986年~1995年和1995年~2000年期间成为耕地开发最多的土壤类型;随着以上3种土壤类型中可开垦的土地资源减少,暗棕壤于2000年~2005年期间成为耕地开发最多的土壤类型。

土地利用变化对土壤侵蚀和水质的影响

土壤是人类生存和发展的必要物质基础,土地利用方式的改变直接影响土壤性质。从土壤理化性质和微生物特性两个方面,综述了土地利用变化对土壤性质的影响,旨在为土地有效利用及可持续发展提供科学依据。

基于landsat遥感影像解译得到1986年和2011年深圳市土地利用/覆被数据,采用中尺度气候模式wrf/ucm,在较高分辨率的地形资料和城市冠层参数支持下,将两个时期的土地利用/覆被作为模式强迫参量,分别进行两组数值模拟试验.将模拟结果与自动气象站点观测数据进行对比和验证,发现wrf模式能够较准确地反映深圳市月平均气温西高东低的空间分布特征.1986—2011年,深圳市在快速城市化进程中发生大规模的土地利用/覆被变化,引起近地表气温整体上呈现增高趋势.其中,7月增温幅度(0.91℃)普遍大于1月(0.42℃),各种自然植被覆盖型用地转变成城镇建设用地的升温幅度大多为0.70～1.57℃.主要原因是城镇建设用地扩张导致地表反照率减小,净辐射和感热通量增加,潜热交换变弱.

基于landsat遥感影像解译得到1986年和2011年深圳市土地利用/覆被数据,采用中尺度气候模式wrf/ucm,在较高分辨率的地形资料和城市冠层参数支持下,将两个时期的土地利用/覆被作为模式强迫参量,分别进行两组数值模拟试验。将模拟结果与自动气象站点观测数据进行对比和验证,发现wrf模式能够较准确地反映深圳市月平均气温西高东低的空间分布特征。1986—2011年,深圳市在快速城市化进程中发生大规模的土地利用/覆被变化,引起近地表气温整体上呈现增高趋势。其中,7月增温幅度(0.91℃)普遍大于1月(0.42℃),各种自然植被覆盖型用地转变成城镇建设用地的升温幅度大多为0.70~1.57℃。主要原因是城镇建设用地扩张导致地表反照率减小,净辐射和感热通量增加,潜热交换变弱。

准确估计土地利用/覆被变化(lucc)对陆地生态系统碳收支的影响已成为当前全球变化和全球碳循环研究的重点内容。本文通过文献调研和数据的整合分析方法总结讨论了近年来中国区域lucc时空特征及其对陆地碳收支影响,为合理评价中国区域陆地碳平衡以及确定未来研究发展方向提供参考。已有大量研究对近年来中国区域lucc主要特征进行了探讨,并分别利用卫星遥感方法和ipcc清单法对中国区域陆地碳源汇影响进行了评估。结果表明,目前全国土地利用活动,特别是农林活动正对陆地生态系统碳收支产生了比较显著的积极作用,但基于以上两种方法的研究结论之间差异很大,反映出中国lucc导致陆地碳收支变化的评估结果仍存在着较大的不确定性。通过分析认为,中国未来的研究工作应着重于发展和利用基于土地利用相互转化面积的计量方法,以提高对中国区域lucc导致陆地碳收支变化评估的准确性。

【目的】土地利用/覆被变化通过改变陆地植被覆盖度对生态系统产生影响,笔者估算1990—2015年三峡库区不同土地利用类型碳储量的变化,及时有效地评估土地利用变化与区域生态系统碳储量的关系,了解三峡库区生态系统碳储量对土地利用变化的响应,为区域碳循环研究提供参考。【方法】以1990年、2000年、2015年landsat影像获取三峡库区土地利用/覆被变化数据,应用invest模型定量分析了土地利用/覆被变化对三峡库区生态系统碳储量的影响。【结果】1990—2015年三峡库区土地利用格局和各类土地面积发生了明显变化,林地、水域、建设用地和未利用地面积均不断增加,而耕地和草地面积减少；1990—2015年三峡库区生态系统碳储量呈持续增加趋势,净增加量为90.43tg,增加率为24.47%,年增加率为0.98%；三峡库区生态系统碳储量空间分布不均,呈现出东高西低、南高北低的趋势；耕地转化为林地是库区生态系统碳储量增加的主要原因,碳损失途径主要源于林地开垦为耕地、其他土地利用类型转为水域和建设用地。【结论】三峡库区土地利用类型变化导致生态系统碳储量时空分布格局发生了相应变化,生态系统碳储量随林地面积的增加而增加。因此,在保障耕地安全的前提下,加大三峡库区退耕还林力度,加强三峡库区林地保护,有助于增加库区碳汇潜力并改善库区生态环境。

土地利用及其覆被变化与区域生态环境息息相关,分析研究lucc对区域水环境的影响,对调整和改善当前土地利用现状具有重要指导意义。本文通过阐述lucc对区域水环境的影响机理,分析不同土地利用现状对水环境的影响,并对现阶段区域水环境的研究方法,水文模型和研究成果等方面进行总结,论述lucc对区域水文水资源影响的研究进展。

以贵州省关岭县为例,利用1987和1999年两个时段tm影象和相关资料,分析研究区12年间的土地利用/土地覆被变化及其土壤侵蚀风险。发现:(1)研究区土地利用动态变化较大,年均土地利用综合动态指数为1.36%;(2)旱地和草地互相转化比例高,草地开垦为旱地和旱地弃耕为草地的动态变化幅度远远超过旱地和草地最终面积变化的幅度;(3)山区土地利用的空间变化主要体现在垂直方向;(4)研究区裸土面积下降,一部分被植被覆盖,另一部分由于土壤流失殆尽,形成裸露基岩,故植被覆盖率和基岩出露率上升;(5)石漠化程度加剧,其中旱地石漠化发展速度最快;(6)土壤侵蚀形势严峻。

利用usle方程和径流场对大姚县水土保持生态修复区土壤侵蚀进行监测,旨在探讨采取退耕还林、封禁、坡改梯等修复措施后,土地利用变化对修复区土壤侵蚀的影响。研究结果表明:高强度土壤侵蚀主要发生在坡耕地特别是陡坡耕地,而林地和梯地少有发生;经过退耕还林增加林地面积和坡改梯后,土壤侵蚀现象得到缓解,流失面积减少2867.35hm2。

通过野外考察、典型剖面采样及室内实验，研究了黄土高原洛川塬典型耕地转变为苹果园后土壤颗粒组成和土壤容重等土壤物理属性的变异特征.研究结果表明：耕地改为苹果园地后，在0~20cm土层中，土壤粘粒含量显著增加(p<0.01)，其他土层没有显著变化；在0~60cm土层中，土壤容重显著降低(p<0.01)；在60~100cm土层中，没有显著性变化.在剖面垂直方向上，耕地颗粒含量从表层向下随着深度增加呈现先升高再降低的趋势，在20~40cm土层粘粒含量最高(17.18%)，容重最大(p<0.01)，而苹果园0~60cm土层粘粒含量大于60~100cm土层，土壤容重则随着土层深度的增加有降低的趋势.可见，土壤容重和土壤颗粒中的粘粒含量均对土地利用变化表现出一定的敏感性.

为更好地理解矿区土壤退化机理,选择焦作采煤沉陷区4种代表性土壤景观即有裂缝耕地、无裂缝耕地、有裂缝林地、无裂缝林地,评价土地利用与裂缝对沉陷土壤养分的影响.沉陷区耕地与林地2种利用方式中土壤有机碳(soc)、全氮(tn)、全磷(tp)含量差异不显著(p＞0.05),但裂缝有无对这3个养分参数影响显著(p＜0.05);土地利用方式(耕地、林地)与裂缝因素(裂缝有无)之间的交互作用对soc含量影响显著(p＜0.05).沉陷区soc,tn,tp含量均表现为:无裂缝的林地与耕地＞有裂缝的林地与耕地(p＜0.05).与对照区相比,4种景观的soc含量均显著下降(p＜0.05),tn,tp仅在有裂缝的耕地与林地显著降低(p＜0.05).研究结果表明,裂缝加剧了沉陷区耕地与林地的土壤c,n,p库损失,尤其是c库损失.在有裂缝情况下,沉陷耕地-林地转变降低土壤c库损失,但在无裂缝情况下,该转变加剧土壤c库损失.

为更好地理解矿区土壤退化机理,选择焦作采煤沉陷区4种代表性土壤景观即有裂缝耕地、无裂缝耕地、有裂缝林地、无裂缝林地,评价土地利用与裂缝对沉陷土壤养分的影响.沉陷区耕地与林地2种利用方式中土壤有机碳（s0c）、全氮（tn）、全磷（tp）含量差异不显著〉0.05）,但裂缝有无对这3个养分参数影响显著〈0.05）;土地利用方式（耕地、林地）与裂缝因素（裂缝有无）之间的交互作用对s0c含量影响显著（p〈0.05）.沉陷区s0c,tn,tp含量均表现为：无裂缝的林地与耕地〉有裂缝的林地与耕地〈0.05）.与对照区相比,4种景观的s0c含量均显著下降〈0.05）,tn,tp仅在有裂缝的耕地与林地显著降低〈0.05）.研究结果表明,裂缝加剧了沉陷区耕地与林地的土壤c,n,p库损失,尤其是c库损失.在有裂缝情况下,沉陷耕地-林地转变降低土壤c库损失,但在无裂缝情况下,该转变加剧土壤c库损失.

西南岔河为汤旺河一级支流,随着人类活动对下垫面的影响,河道内的悬移质泥沙含量逐年增多。本文应用swat(soilandwaterassessmenttool)分布式水文模型构建了流域水沙模型,研究分析了西南岔河流域1995—2015年土地利用空间变化对土壤侵蚀的影响,模拟分析了绿化对减轻水土流失的作用,为当地水土保持选择灌木品种和种植规模提供依据。

采用gis空间分析与传统统计分析相结合的方法,通过在arcgis8.1的grid模块中,对澜沧江流域南段土地的栅格(grid)图进行地图代数运算,形成具有复合数据的新grid数据表;对新生成grid属性表的数据进行统计计算,获得研究时段内不同空间范围的土地利用转移矩阵数据及各类用地上的土壤侵蚀数据;通过土壤侵蚀综合指数(index)的计算,反映了不同区域、不同土地利用类型上的土壤侵蚀程度及其变化.研究结果表明,耕地、其它林地、低覆盖度草地上土壤受侵蚀的可能性较其它用地类型大;耕地、中覆盖度草地、水域的土壤侵蚀强度较其它用地类型大;土地利用变化对土壤侵蚀变化的影响在澜沧江中游和下游区域表现较为明显,而在上游区域不明显;上游区域土壤侵蚀的主导因素不是土地利用及其变化,而是地形、气候等其它因素.

通过对比晋西黄土区蔡家川流域人工刺槐林地、人工油松林地、退耕荒草地和农地土壤有机碳和总氮含量的差异性,探讨了土地利用变化对该流域土壤碳氮储量的影响。结果表明：（1）4种土地利用类型下,土壤有机碳和总氮均表现出表聚效应,且荒草地垂向降幅最大,各样地土壤有机碳和总氮均呈极显著线性正相关;（2）油松林地0—48cm土层有机碳含量高于其他样地,刺槐林地0—48cm土层总氮含量显著高于其他样地,而4种土地利用类型在48—96cm土层和96—160cm土层中有机碳和总氮含量差异不显著;（3）从蔡家川流域退耕土壤固碳和固氮效应整体而言,退耕林地具有显著的土壤碳氮固存效应,随着人工林地面积占比的增加,流域土壤总有机碳和总氮储量相应增加。

通过对比晋西黄土区蔡家川流域人工刺槐林地、人工油松林地、退耕荒草地和农地土壤有机碳和总氮含量的差异性,探讨了土地利用变化对该流域土壤碳氮储量的影响。结果表明：（1）4种土地利用类型下,土壤有机碳和总氮均表现出表聚效应,且荒草地垂向降幅最大,各样地土壤有机碳和总氮均呈极显著线性正相关;（2）油松林地0—48cm土层有机碳含量高于其他样地,刺槐林地0—48cm土层总氮含量显著高于其他样地,而4种土地利用类型在48—96cm土层和96—160cm土层中有机碳和总氮含量差异不显著;（3）从蔡家川流域退耕土壤固碳和固氮效应整体而言,退耕林地具有显著的土壤碳氮固存效应,随着人工林地面积占比的增加,流域土壤总有机碳和总氮储量相应增加。

以钦江流域为研究对象,在gis软件的支持下,构建研究区swat分布式水文模型,以径流和泥沙实测数据对模型进行校准和验证,结果显示相关系数r2高于0.9,nash-sutcliffe系数高于0.8,模型模拟精度较高。在固定天气因子等不变的情况下,基于1990、2008年两期土地利用数据,模拟研究区1968—2008年径流产沙过程,并分析土地利用/覆被变化对水文效应的影响,结果表明:1990—2008年土地利用变化主要表现为林地、水田面积减少,旱地、草地、水域和建设用地面积增加;与1990年土地利用情景相比,2008年土地利用情景下径流和输沙总量均增加,土地利用变化对产流影响较小,对产沙影响较显著;由土地利用变化引起的月均径流产沙变化量为汛期增幅大于非汛期;土地利用变化对枯水年径流产沙过程影响最大,平水年次之,丰水年影响最小。