地理科学进展

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气候与水文过程

城市河流形态及稳定性演变研究进展

尹小玲, 李贵才, 刘堃, 钟愉佳

2012, 31(7): 837-845. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.001

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人为干扰导致的城市河流退化在地理科学和水文学领域引发了广泛关注, 针对城市河流形态及演变过程的研究成为退化河流生态修复的一项重要内容, 然而, 目前国内相关基础理论的系统梳理相对缺乏。本文回顾了半个多世纪以来城市河流形态及稳定性演变的研究成果, 从研究内容和方法两方面对不同城市化阶段河流形态及稳定性变化的特征和原因进行总结, 同时评述了不同研究方法的特点与局限。本文认为, 城市化进程改变了河流自然演化过程, 破坏了河流原有形态及稳定性, 其中, 沉积和径流体系变化是其根本原因。为了更好地运用河流演变机理进行河流修复, 学者们发展了河流分类体系, 主要包括形态导向法、过程导向法和综合分类法, 重点从河流退化的地貌形态、沉积和径流变化过程、河流演变的时间周期等方面概述各分类体系的优缺点, 阐述具有预测功能的河流分类体系不断完善的过程。本文通过梳理城市河流演变的研究成果, 以期为中国城市河流修复与管理提供科学依据和现实借鉴。

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气候与水文过程

黄河上游夏季流量对气候变化的响应及未来趋势预估

刘彩红, 杨延华, 王振宇

2012, 31(7): 846-852. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.002

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本文从气候变化的角度出发, 研究黄河上游龙羊峡水库夏季流量与流域气候条件的响应关系及流量预估模型, 并根据区域气候模式输出数据降尺度生成的未来气候情景, 对未来龙羊峡夏季水库流量进行了预估。结果表明:近35 年来, 黄河上游夏季气温升高、蒸发增大, 降水略有减少;黄河上游龙羊峡水库平均入库流量呈递减趋势, 夏季流量对流域降水量、平均最高气温及最低气温的响应显著;未来两个时期(2020s、2030s)龙羊峡夏季流量均较基准期(1988-2010 年)减少, 但在不同气候变化情景下流量变化有所差异, 其中A2 情景下夏季平均流量分别减少23.9%(2020s)和19.8%(2030s), B2 情景下分别减少14.4%(2030s)和17.3%(2030s), 据此, 未来气候变化对黄河上游流域夏季流量的可能影响将弊大于利, 但仍具有较大不确定性。

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气候与水文过程

青海湖北土壤水分分布与土壤干层恢复

赵景波, 祁子云, 魏君平, 邢闪

2012, 31(7): 853-858. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.003

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通过对青海湖北沙柳河镇土壤含水量的测定, 研究了该区土壤水分含量和土壤干层恢复等问题。结果表明:青海湖北沙柳河镇土壤含水量随着深度的增加而减少, 在年降水量略多于400 mm的条件下, 多数土壤干层中的水分得到了恢复, 干层消失, 少数土壤还有干层存在。在2009 年降水增多, 到2011 年土壤水分恢复深度达到了1.3 m, 2011 年土壤含水量显著高于2009 年。在年降水量为410 mm左右的条件下, 土壤干层恢复到1.3 m深度需要的时间为2 年左右。该区土壤水分运移缓慢, 干层恢复比黄土高原缓慢, 恢复的深度较小, 这主要是该区土壤冻结期较长等决定的。土壤干层中水分的恢复表明, 该区2009年以来草原土壤水分输出量略小于输入量。

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土地利用

耕地多功能内涵及其对耕地保护的启示

宋小青, 欧阳竹

2012, 31(7): 859-868. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.004

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近年来, 耕地多功能管理引起了国内外的广泛关注。针对耕地需求无序竞争、耕地边际化与耕地生态系统退化三大现实问题, 建立了以土地单功能利用为症结的综合分析框架, 认为中国耕地保护须向耕地多功能管理转型。然而, 目前尚缺乏耕地多功能的内涵解释框架。本文通过梳理耕地多功能的相关研究, 从实证与规范、供给与需求及其相互关系角度, 建立了耕地多功能内涵的综合解释框架。最后, 本文提出耕地保护转型可同时注重构建以主体功能差异化为前提的耕地多功能空间融合模式、拓展耕地价值的提升途径并建立耕地多功能统筹利用保障机制。

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土地利用

中国东部地区城市建设用地变化与利用效益分析

曹银贵, 周伟, 乔陆印, 许多

2012, 31(7): 869-877. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.005

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此次研究以中国东部地区87 个城市的建设用地为研究对象, 分析2000-2008 年城市建设用地变化的规律及变化的原因, 并对城市建设用地开展利用效益分类与判定研究。在研究的过程中, 主要应用了聚类分析法和判别分析法, 并利用ArcGIS 9.2, 将建设用地变化情况及影响因子空间化。研究结果表明:①城市建设用地总量增长非常大, 增长速度非常快;②城市建设用地的增长速度呈降低的趋势, 不同阶段差异明显;③城市建设用地变化在省域和区域经济圈内差异明显;④城市建设用地与国内生产总值和固定资产投资的相关性最高, 经济投入的增加与人口的增长推动了东部地区城市建设用地的变化;⑤将城市建设用地利用效益分为5 类, 并且第3 类城市的总数为488 个, 占到样本总体的62.32%, 地均建设用地第二产值对聚类结果的影响最大;⑥对5 类城市建设用地效益进行了判别, 确定了各类别的判别式, 并达到检验的要求。

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土地利用

1960-2010 年贵州省喀斯特山区陡坡土地利用变化

张跃红, 安裕伦, 马良瑞, 李雪

2012, 31(7): 878-884. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.006

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基于GIS 与RS技术, 以贵州省喀斯特山区坡度大于25°的区域为研究对象, 利用1960 年1:50000 地形图、1990 年Landsat TM遥感影像以及2010 年的环境减灾卫星(HJ-1A/1B)影像, 解译获取1960、1990、2010 年3 个时间点的土地利用数据, 并结合贵州省水文地质图、坡度图进行陡坡土地利用变化分析。结果表明:①1960-1990 年的30 年间, 有林地、灌木林、水体呈减少趋势, 其中灌木林减少的最多, 其次是有林地;而草地、建设用地、裸岩和耕地呈持续增长趋势, 其中草地增加的最多, 其次是耕地。②1990-2010 年的20 年间, 灌木林、裸岩、耕地呈减少趋势, 其中耕地减少的最多;而有林地、疏林地、草地、水体呈增长趋势, 其中疏林地增加的最多。③随坡度增加覆盖比例呈降低趋势的土地利用类型为有林地、疏林地、水体、建设用地和耕地;随坡度增加覆盖比例呈增加趋势的土地利用为灌木林、草地和裸岩。

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植被与土壤

草原植被长势遥感监测研究进展

于海达, 杨秀春, 徐斌, 金云翔, 高添, 李金亚

2012, 31(7): 885-894. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.007

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草原植被长势监测是草原监测的重要领域, 它能从宏观上揭示草原的生长状况及其动态变化, 从而为草原科学管理提供快速、准确的参考依据。目前长势监测主要利用遥感的方法, 即选择归一化植被指数NDVI作为反映植被生长状况的指标, 方法有同期对比法、植被生长过程曲线法、直接监测法。本文在总结草原长势监测进展与方法的同时, 指出了其中存在的问题——监测中过分依赖NDVI、不区分草原类型而使用同一种方法进行监测;对未来发展方向做了展望——监测中选用适宜植被指数、监测方法, 分区域、分类型的监测长势, 提高监测精度, 将长势监测与草原产草量、生产力结合, 为牧民生产提供指导。

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植被与土壤

1982-2009 年珠穆朗玛峰自然保护区植被指数变化

聂勇, 刘林山, 张镱锂, 丁明军

2012, 31(7): 895-903. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.008

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植被指数是指示植被变化的重要指标, 本研究基于1982-2009 年珠穆朗玛峰自然保护区(简称珠峰地区)植被指数(NDVI)时间序列数据、土地覆被和野外调查等数据, 采用时序变化趋势和空间分析法, 对珠穆朗玛峰地区植被的时空变化过程及保护区成效进行了定量分析。研究表明:①珠峰地区NDVI分布的总特征是南部和北部高, 中部低。②1982-2009 年珠峰地区NDVI年际变化趋势和空间异质性十分明显:1982-1997 年, 珠峰地区NDVI总体上呈显著上升趋势, 北部地区增幅较大;1998-2009 年, NDVI总体下降(56.96%的NDVI呈下降趋势), 其中, 珠峰地区中部和北部的NDVI下降最为明显, 而南部核心保护区森林和灌丛的NDVI则呈显著上升趋势, 且变化幅度较大。③长时间序列植被指数变化的过程和空间差异性推断:1998 年以来, 天然林保护等生态工程促使珠峰地区保护效果更加明显。

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植被与土壤

新疆渭干河流域土壤盐渍化时空变化及成因分析

乔木, 周生斌, 卢磊, 闫俊杰, 宋鹏, 徐薇薇

2012, 31(7): 904-910. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.009

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以1985 年渭干河流域土壤普查数据、1998 年Landsat TM影像和2008 年CBERS影像为数据源, 通过人机交互解译方式获取3 个时期土壤盐渍化分布状况, 然后采用GIS空间分析方法对23 年来土壤盐渍化时空变化特征进行分析。结果表明:①1985-2008 年, 总趋势是随着流域灌区和耕地面积的扩大, 盐渍化耕地也随之增加, 土壤盐渍化耕地面积由13.32×10⁴hm²增至13.78×10⁴hm²。②流域土壤盐渍化现象普遍, 主要分布在绿洲的下部边缘地带, 河流中下游、地势平缓低洼等区域, 盐渍化耕地在绿洲内部呈条形状分布, 在绿洲外围呈片状分布。③河道、渠系和水库渗漏、耕作制度不合理、土地不平整和气候变化等多种因素导致渭干河流域土壤盐渍化扩大, 但在局部地区由于生态恢复和改良利用措施, 使得土壤盐渍化面积也有缩减。

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植被与土壤

基于优化GeoCA模型的土壤侵蚀时空变化模拟——以福建省长汀县为例

林晨, 周生路, 吴绍华

2012, 31(7): 911-920. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.010

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土壤侵蚀动态监测是侵蚀研究体系中的重要内容, 目前研究主要集中在强度评价以及趋势预测两方面, 其中, 地理元胞自动机(Geo-Cellular Automata, GeoCA)是最常用的土壤侵蚀趋势模拟模型, 但是现有研究主要基于邻域计算规则, 强度模型的数学意义, 而忽视了元胞自身发生变化的可能性, 不能完全体现土壤侵蚀演变的复杂性, 这些问题不仅降低了模拟的精度, 而且使得趋势预测与侵蚀评价两者间的融合性降低, 不利于完整的研究体系形成。本研究认为土壤侵蚀时空变化趋势是其自身侵蚀状态、自然条件以及邻域转换规则共同作用决定, 从而设计元胞侵蚀强度指数算法、元胞侵蚀强度函数以及元胞邻域转换函数, 对传统GeoCA进行了优化, 并在GIS与遥感技术支撑下, 以福建省长汀县为研究区, 设计了上述算法的整合模型, 对福建省长汀县30 年来土壤侵蚀时空演替过程进行了测算与分析。研究结果显示: 长汀县土壤侵蚀最严重的地区主要分布在以河田镇为中心的汀中地区, 20 世纪90 年代以来, 土壤侵蚀治理工作成效显著, 改善趋势明显加快, 至2000 年以后有所放缓。预计至2020 年, 土壤侵蚀区的比重将从1990 年的约40%下降至约20%。通过比较, 整合算法的精度达到72.7%, 高于单纯的侵蚀强度评价算法以及传统GeoCA模型, 证明优化GeoCA不仅是进行土壤侵蚀时空演变模拟研究的有效手段, 更为土壤侵蚀这一复杂地理系统的元胞表述规则研究进一步深入提供了思路。

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植被与土壤

塔里木河中游典型绿洲盐渍化土壤的反射光谱特征

张飞, 塔西甫拉提·特依拜, 丁建丽, 买买提·沙吾提, 韩桂红, 桂东伟, 孙倩

2012, 31(7): 921-932. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.011

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研究盐渍化土壤的光谱特性是利用遥感技术实现在区域尺度上进行土壤盐渍化监测和评价的工作基础, 是建立地面数据和遥感数据关系的桥梁。本文以塔里木河中游典型绿洲——渭干河-库车河三角洲绿洲为研究对象, 采用光谱学技术以及多元统计相结合的方法, 研究干旱区典型绿洲盐渍化土壤的反射光谱特征。首先, 对光谱数据进行预处理(去噪、剔除水分吸收波段), 以便消除仪器本身噪声及外界条件的影响, 并且计算了部分盐渍地样本的光谱吸收特征参数, 说明相同程度的盐渍化土壤具有相似的吸收特征;其次, 研究盐渍化土壤的反射光谱与盐分因子(八大离子、电导率(EC)、含盐量(salt content)、pH、总溶解固体(TDS)等) 之间的关系, 并选择具有代表性的盐分因子与野外实测光谱数据建立定量回归模型, 通过多元线性回归分析得出含盐量、SO₄^2-、TDS、EC与原始光谱数据的相关性分别是0.746、0.908、0.798 和0.933, 达到了理想的效果。本研究对于干旱区典型绿洲盐渍土的光谱特征研究有着重要指示意义, 为发展和完善中国盐渍土理化特征的可见光-近红外反射光谱分析理论奠定科学积累, 并进一步为干旱区土壤盐渍化、沙漠化灾害等环境恶化问题的解决提供新的科学技术手段。

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模型与方法研究

基于PSR模型的区域生态持续性评价概念框架

彭建, 吴健生, 潘雅婧, 韩忆楠

2012, 31(7): 933-940. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.012

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区域可持续发展是可持续发展的重要基础, 生态持续性则是实现区域可持续发展的重要前提与基本途径, 但目前仍缺乏普遍认可的生态持续性目标分解方案;而在人类活动对自然生态影响日益显著且不断增大的背景下, 生态系统健康、风险、安全与可持续性评价已成为当前宏观生态学的研究热点, 虽然在各类评价之间普遍存在概念混淆、指标体系雷同等问题。本研究在系统梳理生态持续性相关概念逻辑关联的基础上, 将区域视为人类自然-经济复合生态系统, 强调人类活动的主导性, 基于“压力-状态-响应(PSR)”模型, 从生态胁迫、生态系统健康和生态可持续能力3 方面构建了一个具有鲜明生态意义的区域生态持续性评价概念模型, 并对评价模型、评价指标筛选及其阈值与权重展开了深入探讨。研究认为:系统工程的综合评价法是区域生态持续性评价的基本方法;不存在绝对的评价标准, 区域生态持续性评价的终极目标, 不在于静态的评价某时某地人类-自然复合生态系统可持续与否, 而在于定量表征时空尺度上系统可持续性的动态变化与空间分异。

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模型与方法研究

水环境非点源污染模型研究进展

夏军, 翟晓燕, 张永勇

2012, 31(7): 941-952. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.013

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水环境非点源污染已引起严重的生态环境问题, 非点源污染的量化是当今国际研究热点, 数学模拟是研究非点源污染最直接有效的途径之一, 建立以实用性为目标的非点源污染机理模型已成为管理和控制非点源污染的有效手段。本文阐述了国内外非点源污染模型的发展、功能、存在的问题, 及构建非点源污染机理模型的思路, 最后展望了非点源污染模型研究的发展趋势。

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模型与方法研究

适应自然灾害的研究方法进展

尹衍雨, 王静爱, 雷永登, 易湘生

2012, 31(7): 953-962. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.014

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自然灾害损失虽然不可避免, 但可通过调整人类活动规避或减轻风险, 实现人类社会与自然灾害共存的协调适应。本文基于适应自然灾害研究发展的历程, 综述了现有适应性研究中的定性和定量研究方法。前者主要集中在对多尺度的适应主体综合分析、底层家庭或群体适应以及顶层的政策适应等方面;而后者主要集中在生态系统适应、民众或区域适应对策优选及适应能力评估等方面。基于数理模型或者实地观测实验的定量评估以及多指标、多标准的综合评估方法是适应自然灾害定量研究的主流。研究表明:①适应自然灾害研究有向综合性和精细化方向发展的趋势, 一些系统综合分析方法以及本地乡土的适应自然灾害逐渐引起重视。②目前适应自然灾害研究方法上存在自上而下与自下而上两种研究途径, 而探索这两种途径有效结合的多尺度综合研究方法是适应自然灾害研究的关键。

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生态系统服务价值评估专栏

生态系统服务价值评估理论框架与生态补偿实践

戴君虎, 王焕炯, 王红丽, 陈春阳

2012, 31(7): 963-969. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.015

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生态系统服务价值评估是生态系统保护和管理的基础。近年来很多研究对不同尺度和类型的生态系统服务价值进行了评估, 有效地增强了人类对生态系统服务及其与人类福祉关系的认识。但其中一些研究的生态系统服务价值评估结果偏离实际较多, 对生态补偿等生态系统管理实践作用有限。因此需要继续深入探讨生态系统服务价值评估的理论框架, 为客观认识生态系统服务价值提供科学的理论依据。基于上述考虑, 本文在已有研究基础上, 综合考虑了各框架的优点, 总结出完整的生态系统服务价值评估理论框架, 并强调了评估的经济学基础、研究尺度及利益相关者问题。该理论框架要求以人类的支付意愿(Wish To Pay, WTP)为基本原则对生态系统服务进行合理估价, 并将各项服务的具体价值分配到不同尺度的利益相关者。这可以增强价值评估结果的应用价值和可操作性, 为生态补偿标准及对象的确定提供指导性帮助。

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生态系统服务价值评估专栏

基于土地利用数据集的三江源地区生态系统服务价值变化

陈春阳, 戴君虎, 王焕炯, 刘亚辰

2012, 31(7): 970-977. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.016

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本文采用千年生态系统评估(Millennium Ecosystem Assessment, MA)的理论框架, 结合市场价值法、影子工程法、机会成本法等方法, 以土地利用变化数据、社会经济调查资料为数据源, 对三江源地区1985、1996、2000、2008 年生态系统服务价值进行了评估, 评估的生态系统服务类型包括食物生产、调节气候、净化空气、水源涵养、控制侵蚀、废弃物降解、营养物质循环7 项。结果表明:三江源地区1985、1996、2000、2008 年生态系统服务总价值分别达到602.94 亿元、601.58 亿元、603.60 亿元、669.90 亿元, 整体呈现先降低后增加的趋势。其中, 调节气候、涵养水源的价值占据较大比例。三江源地区的生态系统服务所蕴含的巨大经济价值将对维持该地区生态平衡、保障区域可持续发展发挥重要作用。

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生态系统服务价值评估专栏

三江源地区草地生态系统服务价值评估

陈春阳, 陶泽兴, 王焕炯, 戴君虎

2012, 31(7): 978-984. https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.07.017

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三江源地区的草地生态系统对于维持区域生态平衡和保障社会经济可持续发展具有重要意义。本文基于千年生态系统评估(Millennium Ecosystem Assessment, MA)的生态系统服务分类体系, 采用多种方法对三江源草地生态系统的9 项服务价值逐项进行了评估, 得出2000 年三江源草地生态系统服务价值为562.60 亿元, 其中价值最高的两种服务类型依次为气候调节和食物生产, 分别达259.09 亿元和111.68 亿元, 贡献率分别为46.05%、19.85%。按照草地类型划分, 高寒草甸和高寒草原服务价值分别为490.95 亿元、64.68 亿元, 占总服务价值的87.42%和11.52%。虽然沼泽单位面积服务价值最高, 为4230.77 元/hm², 但在草地生态系统面积中所占比例较低, 总价值相对很低。本文关于三江源草地生态系统的评估结果可以为制定区域生态保护和生态补偿政策提供科学支撑。

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