纵向岭谷区灌溉需水空间变异性及其与"通道-阻隔"作用的关系

利用纵向岭谷及对比区58个典型站点1971~2000年逐月气象资料及逐日降水量,分析各站ET0年值、月ET0最大值(5月份)、月ET0最小值(12月份)、水稻灌溉需水及农业综合灌溉需水定额(年值及4~6月主灌溉期),以地统计学方法分析了6者的空间变化特性.研究表明:在小范围内,6个灌溉需水变量随距离都有正的自相关性,且绝大多数都在S-N方向的Moran’sⅠ系数最大,空间自相关性最强;受不同季风气候、纬度、海拔及土壤因素影响,水稻灌溉需水的空间自相关性较其他变量更复杂;所有变量都是结构性因素引起的空间变异起主导作用,结构性变异达到60.2%~87.9%,随机成分引起的空间变异只占12.1%~39.8%;受夏季来自印度洋和太平洋两股水汽交汇区的移动轨迹、冬季来自大陆干暖的南支西风作用,ET0年值、5月份及12月份的ET0值都是在NW-SE和NE-SW两个方向的分形维数最小、变异性最大;水稻灌溉需水和农业综合灌溉需水定额(年值及4~6月主灌溉期)在S-N的变异性最大,主要受纵向岭谷走向的影响,水气和能量在南北向的河流通道作用下形成扩散的梯度效应;所有6个需水变量在E-W的空间自相关性都最小,证实纵向岭谷区各个灌溉需水变量在空间分布上受到"通道-阻隔"作用的影响.     

纵向岭谷区南部"阻隔"作用及植被时空异质性研究

以MODIS-EVI为定量指标,应用ARCGIS和SPSS等软件对纵向岭谷区南部的植被时空分布格局及成因进行分析,结果显示增强植被指数EVI区域差异显著,地形特别是纵向山地山体效应明显.时间异质性上,由于影响研究区的季风气流间存在一定的时相差,而EVI空间分布区域差异明显,这种区域差异与大地形,尤其是哀牢山和无量山,具有显著的位置相关性;空间异质性上,大体以哀牢山为界,研究区西北部高山峡谷相间分布,降水量自西而东随山地、峡谷地形几成正弦曲线般变化,EVI数值递变迅速,而东部整体地势平缓,EVI递变趋势不明显.究其EVI时空异质性格局形成的原因,纵向山地对水、热因子空间再分配所造成的影响是主要的,特别是无量山和哀牢山雨季对水汽的截留作用以及干季对冷空气的阻挡作用更为突出统计横剖面上的海拔高度在1400～1500 m之间点的自西而东5分区雨季多年平均降水量和干季平均极端低温,依次为1244.67,1081.44,1111.41,1033和807.11mm以及7.93,7.46,7.28,8.44和9.16℃.     

纵向岭谷区南部“阻隔”作用及植被时空异质性研究

以MODIS-EVI为定量指标，应用ARCGIS和SPSS等软件对纵向岭谷区南部的植被时空分布格局及成因进行分析，结果显示增强植被指数EVI区域差异显著，地形特别是纵向山地山体效应明显．时间异质性上，由于影响研究区的季风气流间存在一定的时相差，而EVI空间分布区域差异明显，这种区域差异与大地形，尤其是哀牢山和无量山，具有显著的位置相关性；空间异质性上，大体以哀牢山为界，研究区西北部高山峡谷相间分布，降水量自西而东随山地、峡谷地形几成正弦曲线般变化，EVI数值递变迅速，而东部整体地势平缓，EVI递变趋势不明显．究其EVI时空异质性格局形成的原因，纵向山地对水、热因子空间再分配所造成的影响是主要的，特别是无量山和哀牢山雨季对水汽的截留作用以及干季对冷空气的阻挡作用更为突出：统计横剖面上的海拔高度在1400-1500m之间点的自西而东5分区雨季多年平均降水量和干季平均极端低温，依次为1244．67，1081．44，1111．41，1033和807．11mm以及7．93．7．46．7．28．8．44和9．16℃．     

纵向岭谷区水汽通道作用及植被生产力响应

纵向岭谷区河谷“水汽通道”作用,使通道与其毗邻地区形成特殊的水热分布格局,并产生了强烈的生态效应,并对该区的生物产生了深刻的影响．在本区30年平均年降水、气温空间数据、净初级生产力、植被类型、地形(高度、坡度、坡向)、太阳辐射等数据基础上,构建纵向岭谷区“地-汽-水-生”系统数据库;通过河谷水汽通量、降水格局、“分水岭”空间分析,印证河谷“水汽通道”作用的并存;水汽通道作用对植被的垂直分布带谱南北差异和植物种类的反常分布产生了重要的影响;与相邻同纬地区比较,本区NPP(净初极生产力)值总体偏高,向北突出、延伸趋势显著,并且高值线的流动方向与河谷相一致;人工神经网络分析结果确定最低温度、海拔高度、降水、坡度是影响本区NPP的关键因子,它们的影响率依次为1．588,1．053,1．006和1．003．最后分析了各植被类型及同一植物物种的净初级生产力对水热条件的具体响应过程,“水汽通道”作用产生了重要的生态效应．     

纵向岭谷区土地利用时空变化与岭谷格局及通道效应的关系研究

以中国西南纵向岭谷区整体为研究对象,基于研究区1980和2001年两个时期的遥感影像与土地利用解译数据以及该区1:50000DEM数据,通过GIS地图代数手段,分析土地利用和海拔因子与水系因子之间的相互关系,以及人为干扰的空间格局,将人为干扰与纵向岭谷区通道的空间分布相结合,进行综合分析得出如下结论:(1)在低海拔、水资源丰富的河谷内,各种土地利用类型的空间格局和时间动态具有以河流为中心规律性分布的特点,土地系统的活跃程度具有一定的空间递变性;(2)以海拔因子为基础,从土地利用动态和人为干扰强度变化的角度,将纵向岭谷区分为4个海拔层,不同海拔层内,土地利用和人为干扰作用存在差异;(3)纵向岭谷区人为干扰空间分布不均匀,会对河谷的通道效应产生阻隔作用,形成4个具有阻隔作用的潜在区段．     

纵向岭谷区降水量时空变化及其地域分异规律

利用纵向岭谷区内36个气象观测站1960~2001年逐日观测降水量,根据纵向岭谷区典型南北走向山系河谷特点,选取区内7个典型剖面,通过系统分析区内降水量纬向、经向的时空变化特征及其地域分异规律,探讨降水变化与纵向岭谷特殊环境格局中"通道-阻隔"作用的关联.分析结果表明:由于受到纵向岭谷特殊地形的影响,研究区水热条件的分布格局及其变化具有独特的"通道-阻隔"多重效应,区内北部(>26°N)大部分地区降水量的年内分配状况出现具备"桃花汛"小雨期的"多峰型";至26°N,"桃花汛"小雨期渐趋消失,降水量年内分配由"多峰型"逐渐过渡为"单峰型";24°~25°N地区,降水量年内分配均为单峰型、且峰型相似,至纵向岭谷区南部,年内分配出现了具备"后雨期"的"准双峰型",且随着经度增加,这种双峰型特点更突出.由于干季该区大气环流较为单一,纵向岭谷"阻隔"作用对干季降水年际变化的空间影响并不明显,区内干季降水变化趋势较为一致;湿季降水量年际变化趋势的空间分布则更复杂,空间分异也较大.     

纵向岭谷区高速公路对沿线土壤-植物系统的影响

以纵向岭谷区云南省境内的大理-保山高速公路沿线作为案例研究区,从土壤养分、土壤重金属、土壤水分、土壤酸碱性、植物养分、植物重金属和植物多样性等7个指标入手,分析公路对沿线不同土壤-植物系统的影响,利用样点与参照点的对比分析公路对单个指标的影响,利用相关性分析,分析公路与各类指标之间的联系,最后利用灰色关联分析,比较公路对3种土壤-植物系统影响范围和强度.分析结果表明:在高速公路的影响范围内,对于公路的干扰,各类指标的表现形式不同.公路建设造成了土壤和植物中的重金属积累,而且这种积累在农田系统中表现的最为明显,公路带来了土壤的微碱化,这种效应在灌草丛系统中表现的最为明显.对林地和灌草丛系统来说,公路是影响沿线土壤重金属、土壤水分、植物重金属、植物多样性这四类指标分布的主要因素,对农田系统来说,公路是影响农田的土壤重金属和植物重金属的分布的主要因素;与公路没有显著相关性的指标,公路通过土壤-植物系统内各指标形成的影响链间接起作用.总体对比3种土壤-植物系统,高速公路对林地和农田的影响多集中于距公路10m以内的地带,对灌草丛的影响多集中于距公路30m左右的地带.     

公路网对纵向岭谷区生态系统服务价值的影响

以纵向岭谷区1985和2000年的土地利用数据及该区公路网为基础,利用景观退化指数估算在公路网干扰下的生态系统服务价值,揭示人类活动对生态系统服务功能的影响.研究表明,生态系统类型的转换使研究区在这16年期间损失了65多亿元服务价值,该区有5.42%的生态系统受各等级公路的影响,公路网对生态系统的结构破碎化效应显著,这种破碎化影响具有累积性.2000年生态系统在公路网干扰下,损失了1900多亿元生态系统服务价值,公路网密度对生态系统服务价值的影响呈指数递减,该区2010和2020年的规划公路网预测表明,生态系统服务价值平均每年以1.2%速率减少.文中从价值量的角度反演生态系统结构的变化对服务功能为复杂的非线性影响,考虑人类重大工程——公路对生态系统服务功能的干扰,对生态系统服务价值的精确估算以及生态系统功能的定量研究探索一种新的研究思路与方法,为公路建设的生态影响研究具有理论与现实意义.     

纵向岭谷区公路建设对沿线地区土壤质量的影响

以纵向岭谷区内丽江-大理-保山-龙陵公路沿线作为案例研究区,利用空间替代时间的方法研究公路建设对沿线公路上下坡不同类型土壤质量的影响,并对土壤质量的恢复进行预测.研究表明,公路建设对自然土壤和人工土壤质量都有较大的影响,公路在施工期对土壤质量的影响较大;公路建设对其下坡土壤质量的影响大于上坡,下坡影响范围为距公路200m,上坡为距公路150m.土壤质量受到工程扰动后恢复状况很大程度上和公路的破坏程度、公路的营运时间、当地植被的恢复状况以及土壤有机质、全氮等各要素是密切相关的,其中公路建设是最重要的影响因素.对公路周边土壤质量的恢复情况进行预测,结果表明经过10年的恢复,植被覆盖度恢复到对照的30%时,土壤质量恢复到44%,说明公路周边土壤一经破坏,需要经过相当长的时间来恢复.在公路施工和营运期,应尽可能的控制人为影响以降低干扰.     

纵向岭谷区典型公路沿线的土壤侵蚀风险

以云南纵向岭谷区的思茅-景洪公路沿线20 km缓冲区作为典型研究对象,选择地形、气候、地表覆被等3个方面的5个因素,采用GIS空间分析和人工神经网络中的BP神经网络方法,对典型公路沿线的土壤侵蚀风险进行研究．结果反映出区域内较易发生侵蚀(风险值在2．5-3．5之间)的土地面积比重较大,公路沿线一定范围内的土壤侵蚀风险要高于远离公路的区域,说明公路对于其沿线区域的土壤侵蚀具有影响,这种影响有公路修建的直接影响,也有因公路修建所产生的间接影响,总体上表现在公路修建所引起的地表覆被(土地利用及植被状况)的变化方面．     

纵向岭谷区高速公路建设对沿线植物光合速率影响的定量研究

以大保(大理-保山)和思小(思茅-小勐养)两段高速公路为例,结合研究区地形特征确定了公路沿线典型的样点及其参照点,对各处乔、灌、草和作物4个优势植物种的光合速率进行了实地测定;采用对比分析、回归分析和数理统计等方法定量研究了高速公路建设对沿线植物光合速率的影响,分析了其发生机理．结果表明:高速公路建设降低了沿线选定乔木和作物优势种群植物的光合速率,改善大部分样点处灌木、草本优势种群植物的光合作用;公路建设对沿线植物群落结构和生命状态产生了直接的影响,并通过干扰影响植物光合速率的环境因素对其产生了间接影响;二者综合作用导致了公路沿线植物光合速率的改变;不同地貌条件下两条公路对沿线各类植物光合速率的影响范围和影响强度明显不同．     

纵向岭谷区的跨境生态安全与调控体系

在对国内外跨境生态安全研究综合的基础上,系统地判识了纵向岭谷区存在的跨境生态问题类型、分布、特点、驱动力,提出了综合调控体系框架.研究结果表明:除沙尘暴外,中国陆疆地带目前所面临的跨境生态安全问题在纵向岭谷区均有分布,较直接的主要驱动力包括水电梯级开发、公路建设和国际陆路大通道开发、河道整治和国际航运开发、坡地开垦和矿山开发;跨境生态安全问题主要集中在陆地,只能影响地域上有直接关联的区域;在国际水道系统中的跨境生态安全问题,以境内的生态变化对境外产生影响为主;在沿边地带则以境外的生态变化对境内的影响为主,其中尤以境外生物入侵的危害严重、扩散速度快、影响范围广.需要从边境生态防护工程建设、生态安全阈值设定、跨境保护区建设、生物入侵调控、生态安全监控平台构建设、生态补偿机制和法规建设、合作机制以及机构能力建设等多方面,构建跨境生态安全多尺度综合调控体系.目前最为重要的是,在现有多重国际区域合作中,加强跨境生态安全维护的参与式国际合作机制建设、成立区域跨境生态安全风险基金、促进国际跨境生态补偿、建立信息共享平台和预警系统等.研究为维护该区的跨境生态安全、减少跨境冲突等提供了科学依据,对中国其他陆疆沿边地区的跨境生态安全维护具有参考意义.     

纵向岭谷区人口密度的空间分布规律及其影响因素

将GIS手段和统计方法相结合,选择地貌因子和气候因子,研究各类因子对人口分布的影响强度和函数形式,并通过人口分布影响因子法模拟西南纵向岭谷区的人口密度分布状况.研究结果表明:(1)各类自然地理要素对纵向岭谷区人口的空间格局均具有影响,但影响程度、影响形式存在差异.地貌因子和交通网密度对人口分布影响较为强烈,而温度和降水因子对研究区人口分布影响甚微;人口分布与海拔和交通网密度分别呈现负线性和正线性相关趋势,水网密度和坡度对人口分布分别表现为指数和对数的函数关系;(2)受自然条件影响,人口在纵向岭谷区的分布不均匀,具有整体零散,局部集中的特点,在纵向岭谷区中部形成人口高密度分布带,在东南部形成人口高密度片区;(3)西南纵向岭谷区的人口密度与土地利用的人为活动指数(HAI)具有很好的线性回归关系,人口密度可以反映人为活动对区域自然生态系统的干扰强度;(4)人口密度提高导致植被指数NDVI降低.     

纵向岭谷区植被特征参数的空间变异

采用GPP(总初级生产力)、NPP(净初级生产力)、NDVI(归一化植被指数)、EVI(增强型植被指数)四项表征植被特征的参数,对中国西南纵向岭谷区植被特征参数的空间变异性进行分析．采用Moran系数(MC)对植被特征参数的空间自相关程度进行度量,采用半变异函数进行西南纵向岭谷区植被特征参数的空间分异及其结构特征研究．研究结果表明:(1)植被特征参数在全局范围内呈现负的空间自相关,各向异性自相关程度均表现在南-北方向自相关程度较大,其次为东南-西北方向;(2)植被特征参数的空间变异尺度较大;(3)植被特征参数在南-北方向上空间自相关距离较大,其次为东北-西南方向．西南纵向岭谷区植被特征参数的空间分异特征与本区地形走向吻合,表现出南-北方向的自相关程度较大,东西方向自相关程度最小．     

纵向岭谷区沿边地带的生态环境变化及其空间扩散研究

选取纵向岭谷区沿边地带为研究区域,基于LUCC遥感监测数据及相关资料的收集处理,利用空间分析技术与方法,对该特殊地区的生态环境变化及其空间扩散效应进行分析探讨,目的在于揭示自然与人为双重作用下的边境地带地表覆盖景观模式、环境时空变化规律,为边境地带的生态安全调控提供基础依据.研究得出:纵向岭谷区沿边地带地表覆盖总体以林地为基质,以其他斑块为镶嵌体的景观模式;在自然与人为双重作用下,该格局各类型之间存在着必然的动态变化与转换关系;边境25个县市,随其内部自然环境、社会经济发展与管理调控水平不同,表现为其环境变化空间扩散所受阻力差异而呈现出空间片区集聚效应.     

纵向岭谷区生态承载力的时空动态及驱动因子研究

纵向岭谷区(LRGR)是中国生物多样性保护的关键地区,该区资源富集、环境复杂、生态脆弱,区域生态系统的安全水平和生态承载能力差异较大,生态系统受到的扰动和变化显著,分析生态承载力时空动态及其驱动因子对区域生态管理具有重要意义.以纵向岭谷区核心区各县(市)为研究对象,在GIS的支持下,从市级和县域两个尺度上研究区域生态承载力的时空动态变化;进而利用主成分分析法(PCA),辨识区域生态承载力空间分异的驱动因子.结果表明:纵向岭谷区各地州人均生态足迹、人均生态承载力与生态安全水平地区差异显著;区域生态承载力随时间呈下降趋势,空间分布格局由北部、南部向中部递减;驱动力分析表明,人均生态承载力受社会经济发展和人口增长因素影响较大,主要驱动力为国内生产总值、人口等指标,驱动力的空间变异决定了生态承载力时空动态.     

纵向岭谷区流域景观变化与现代地表过程的关联分析

针对纵向岭谷区特殊的流域地貌景观构成状况,综合运用观测资料分析与空间信息处理方法,选取相应的可量测形态指标,对比分析纵向岭谷区不同流域景观构成的特征差异,探讨各流域景观不同的河网模式与土地覆盖状况,从空间多角度揭示纵向岭谷区的流域景观格局特性及其分布规律．基于对流域景观构成及格局分析,剖析纵向岭谷区流域景观变化与现代地表过程的交互作用,并从生态水文学角度探索其关联效应．     

纵向岭谷区地表径流对气候变化的敏感性分析:以长江上游龙川江流域为例

由于受印度洋强势季风系统及当地复杂地形的影响,中国西南纵向岭谷区过去50年的气候变化显现出与中国南方其他地区不同步的变化趋势．为研究西南纵向岭谷区地表径流对气候变化的响应,以龙川江流域为例和研究区1960-2001年气候因子-径流关系为背景,在综合考虑全球环流模型(GCMs)预测结果及区域气候变化历史趋势的基础上,通过建立人工神经网络模型对气温变化-1,0,1,2和3℃以及降水变化0％, 10％和 20％共25个气候情景下的气候变化-地表径流响应关系进行了分析．结果表明,尽管总体上降水与径流呈非线性正相关关系,气温与径流呈负相关关系,但径流的年和季节的具体变化却取决于气温和降水变化的组合．冬春季的地表径流的趋势更多的受气温变化的影响,夏秋季则基本与降水变化的趋势一致(径流响应高于降水变化)．若如GCMs所预测,暖冬和湿润夏季为今后气候变化的趋势的话,岭谷区将面临更加严重的干旱和洪涝灾害．     

纵向岭谷区不同水电梯级开发情景胁迫下的区域生态系统变化

以纵向岭谷区澜沧江流域和红河流域为研究对象,在对比分析澜沧江和红河流域生态环境现状的前提下,结合澜沧江、元江-红河干流的水电梯级开发规划,构建了水电梯级开发胁迫下的生态脆弱度评价指标体系,设置了8种不同的水电梯级开发情景,模拟和预测不同开发情景下引起的区域生态系统变化,在计算过程中考虑了生态系统功能的突变特征.分析中没有考虑水电梯级开发带来的发电、航运等经济效益,只是从生态保护的层面进行考虑.结果表明,干流规划的梯级电站联合运营后,澜沧江流域的生态脆弱度将由现状的0.34变为0.90~0.91,红河流域的生态脆弱度将由现状的0.43变为0.86~0.89,并且两个流域的生态系统均可能发生突变,导致不可逆转的后果.为了保证生态环境遭到最小的破坏,澜沧江上游适合进行高响应水平下的间隔开发,开发后流域的生态脆弱度为0.56~0.62;元江-红河干流如果在响应实施水平不能够保证的情况下,也建议间隔开发,高响应水平下间隔开发后生态脆弱度为0.42~0.43.一方面,为水电梯级开发引起的生态系统变化理论和方法研究提供参考,另一方面,旨在能够提醒相关部门在水电梯级开发过程中注意对生态环境的保护和加强开发后的生态恢复力度,并对纵向岭谷区其他流域的水电开发进行预警.