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基于Geodetector模型的鄂北岗地土壤有机质空间格局及影响因素分析——以枣阳市为例

长江流域资源与环境 2022年第1期31卷 166-178页

作者：高浩然周勇王丽吴正祥华中师范大学地理过程分析与模拟湖北省重点实验室湖北武汉430070 华中师范大学城市与环境科学学院湖北武汉430070

为探明鄂北岗地耕地土壤质量及影响因素情况,以湖北省枣阳市为研究区,选择样点240个,以土壤有机质土壤有机质(SOM)含量为研究对象,运用经典统计学、地统计学对耕地土壤有机质含量空间格局进行分析,引入地理探测器Geodetector模型结合佩... 详细信息

为探明鄂北岗地耕地土壤质量及影响因素情况,以湖北省枣阳市为研究区,选择样点240个,以土壤有机质土壤有机质(SOM)含量为研究对象,运用经典统计学、地统计学对耕地土壤有机质含量空间格局进行分析,引入地理探测器Geodetector模型结合佩尔森(Pearson)相关系数法,得出影响枣阳市土壤有机质含量空间格局的显著性因子。结果表明:(1)枣阳市耕地土壤有机质含量分布空间格局呈弱变异,空间变异模型为球状模型拟合,分布格局呈现四周高,中心向东北向偏低的空间格局;(2)对土壤有机质含量单因子影响最强的5种因子均为降水量、土壤类型、NDVI、地表起伏度、公路距离;(3)各因子交互作用解释力均大于单因子作用解释力,表现为非线性协同作用。该研究将地理信息科学与遥感、统计学以及地理探测器等多学科技术相结合,为探索控制鄂北岗地土壤养分的空间格局及其因素提供方法途径,尝试为水稻种植区及盆地地区进行农业管理、施肥管控及土壤养分空间预测等研究工作提供基础。

关键词：鄂北岗地土壤有机质空间格局地统计学地理探测器

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中部快速城市化地区城市扩张与生态景观时空异质性分析——以武汉市为例

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长江流域资源与环境 2023年第8期32卷 1583-1593页

作者：张雪松王云冬华中师范大学地理过程分析与模拟湖北省重点实验室湖北武汉430079 华中师范大学城市与环境科学学院湖北武汉430079

中国正处于城市化快速发展阶段,城市扩张侵占生态空间,导致大量生态景观日益破碎,分析城市扩张与生态景观的时空异质性可促进生态文明建设和城市可持续发展。采用景观扩张指数(LEI)结合形态学空间格局分析法(MSPA)研究武汉市城市扩张与... 详细信息

中国正处于城市化快速发展阶段,城市扩张侵占生态空间,导致大量生态景观日益破碎,分析城市扩张与生态景观的时空异质性可促进生态文明建设和城市可持续发展。采用景观扩张指数(LEI)结合形态学空间格局分析法(MSPA)研究武汉市城市扩张与生态景观时空异质性特征,并通过建立多环缓冲区分析城市扩张类型与生态景观类型变化的关联特征。结果表明:(1)城市扩张类型中边缘式扩张处于主导地位但扩张速度逐渐减慢,飞地式扩张数量减少,分布于远城区且分散较广,填充式扩张则较集中连片,主要集中于江岸区等中心城区;(2)不同圈层的城市扩张类型和生态景观类型的关系在不同发展阶段差异显著;(3)生态景观类型以景观核心区为主,中心城区景观核心区面积随城区扩张减少,在城市扩张过程中,生态景观总体上越加破碎,边缘式扩张会加速生态景观核心区减小,飞地式扩张加剧景观单元的破碎化,填充式扩张则会弱化生态景观的破碎。本研究结果可为武汉市国土空间规划中提供决策参考,并对中部快速城市化地区同类研究具有借鉴意义。

关键词： LEI MSPA 城市扩张生态景观武汉市

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稻田-田埂过渡区土壤优先流特征研究

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土壤学报 2018年第5期55卷 1131-1142页

作者：李胜龙易军刘目兴张君杨燕张海林地理过程分析与模拟湖北省重点实验室华中师范大学城市与环境科学学院武汉430079

为揭示田埂对稻田—田埂过渡区土壤水分渗漏的影响,对比不同位点(田内、过渡带和田埂)优先流特征差异,采用室外亮蓝染色示踪方法,对江汉平原典型稻田—田埂过渡区进行研究。结果表明:过渡区土壤染色面积比(SAR)随深度的增加呈波动下降,... 详细信息

为揭示田埂对稻田—田埂过渡区土壤水分渗漏的影响,对比不同位点(田内、过渡带和田埂)优先流特征差异,采用室外亮蓝染色示踪方法,对江汉平原典型稻田—田埂过渡区进行研究。结果表明:过渡区土壤染色面积比(SAR)随深度的增加呈波动下降,其中0~20cm土层SAR较高,占剖面总SAR的53.85%~88.55%。不同位点土壤SAR差异明显,0~20 cm土层平均SAR由大到小依次为田内、过渡带、田埂,20 cm以下各位点SAR均较低,但田埂平均SAR高于田内。各位点水平剖面染色结果与垂直染色结果能较好对应,且随着深度增加,土壤染色区域急剧减少。各位点染色路径数(SPN)与SAR显著相关,田埂中、下层土壤SPN均高于田内。染色路径宽度(SPW)结果显示,0~20 cm田内以10~80 mm和大于80 mm SPW为主,过渡带和田埂大于80 mm SPW较少,均以小于10 mm和10~80 mm为主。各位点SPW的差异反映在水流类型上,田内为非均质指流—高相互作用大孔隙流,过渡区和田埂以混合作用大孔隙流—高相互作用大孔隙流为主。水分渗漏路径结果显示,田内水分由过渡带和田埂的垂直和侧向渗漏较强,且田沟田埂侧向流较田间田埂明显。田埂是稻田水分快速流失的主要区域,加剧了稻田水肥流失和水环境污染风险。本研究可为稻田水分保持和制定合理施肥、灌溉等措施提供依据。

关键词：优先流染色示踪染色面积比染色路径宽度侧向流稻田—田埂过渡区

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鄂北低丘岗地乡村三生空间功能耦合协调度时空变化研究——以湖北省广水市长岭镇为例

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长江流域资源与环境 2024年第6期33卷 1354-1368页

作者：杨政琨张雪松雷自耕彭宏杰杨福芳胡秀荣华中师范大学地理过程分析与模拟湖北省重点实验室湖北武汉430079 华中师范大学城市与环境科学学院湖北武汉430079

优化村域尺度下三生空间布局,揭示乡村三生空间功能耦合协调度时空变化,是实现乡村振兴与可持续发展的前提。基于村域尺度以地处鄂北低丘岗地的广水市长岭镇为研究区,通过土地利用转移矩阵测算了2000~2020年三生空间时空变化特征,利用... 详细信息

优化村域尺度下三生空间布局,揭示乡村三生空间功能耦合协调度时空变化,是实现乡村振兴与可持续发展的前提。基于村域尺度以地处鄂北低丘岗地的广水市长岭镇为研究区,通过土地利用转移矩阵测算了2000~2020年三生空间时空变化特征,利用耦合协调度模型分析了三生空间功能,并采用地理探测器研究了其主要驱动因素,对鄂北低丘岗地乡村三生空间功能耦合协调度时空变化进行研究,能为后续村域尺度下乡村可持续发展、国土空间治理以及生态环境保护提供更加有效的参考依据。结果表明:(1)2000~2020年广水市长岭镇的生活空间和生产空间呈现由西向北扩张的趋势;(2)2000~2020年广水市长岭镇三生空间耦合协调度处于一个较为稳定的趋势,整体处于中度失调状态;(3)从三生空间功能耦合协调度时空变化的主要驱动因素分析来看,土地利用强度是影响三生空间耦合协调度空间分异的最主要驱动因素,其次是耕地面积占比以及人口密度等次要驱动因素。总体而言,湖北省广水市长岭镇三生空间功能耦合协调度时空变化总体上受人类活动影响较大。

关键词：三生空间耦合协调度时空变化地理探测器长岭镇

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基于Landsat影像的武汉东湖30年来水生植物动态变化

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植物生态学报 2022年第12期46卷 1551-1561页

作者：姜艳陈兴芳杨旭杰华中师范大学地理过程分析与模拟湖北省重点实验室华中师范大学城市与环境科学学院武汉430079

水生植物的动态分布可以反映水域生态环境的变化,掌握水生植物的时空分布情况对湖泊的管理与监测具有重要意义。该研究基于Landsat影像数据,结合归一化水体指数、绿度指数和藻类指数,利用决策树分类方法,构建武汉东湖水生植物的提取模型... 详细信息

水生植物的动态分布可以反映水域生态环境的变化,掌握水生植物的时空分布情况对湖泊的管理与监测具有重要意义。该研究基于Landsat影像数据,结合归一化水体指数、绿度指数和藻类指数,利用决策树分类方法,构建武汉东湖水生植物的提取模型,绘制了东湖2020年挺水/浮水植物和沉水植物的季节分布图和1990-2020年31期年际分布图。主要结果表明,决策树模型能较为准确地获取东湖水生植物的分布情况,其总体精度为82.29%,Kappa系数为72.39%。东湖水生植物季节性变化分析表明,水生植物面积呈先增大后减少的趋势,2月份东湖水生植物分布面积较小,4-8月面积逐渐增加,10月以后水生植物开始衰退。水生植物面积的年际变化较大,可分为3个阶段:第一阶段(1990-1996年)挺水/浮水植物的面积先减少后增大,而沉水植物的面积持续增加;第二阶段(1997-2015年)沉水植物与挺水/浮水植物面积的年际波动较大,在此期间,东湖水生植物最大面积为2.61km^(2),最小面积仅为0.49km^(2);第三阶段(2016-2020年)东湖水生植物逐渐恢复,挺水/浮水植物面积增加30%,沉水植物面积增加18%。通过研究30年来水生植物面积与年平均气温和年降水量的关系,发现年平均气温和年降水量对东湖水生植物的影响较小。东湖中有水生植物的分布和无水生植物分布环境指标存在差异,总磷含量、总氮含量、水深、透明度和浊度均可能影响水生植物的分布。

关键词：水生植物遥感水质武汉东湖

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1980~2018年湖北省土地生态风险时空演变分析

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长江流域资源与环境 2022年第10期31卷 2246-2258页

作者：胡海周勇徐涛华中师范大学城市与环境科学学院湖北武汉430079 地理过程分析与模拟湖北省重点实验室湖北武汉430079

研究区域土地生态风险对于指导土地合理利用,促进生态文明建设有重要意义。以湖北省1980、2000、2018年三期土地利用/覆被数据为基础,通过构建综合土地生态风险指数,采用普通克里金插值法,模拟并分析了近40 a间湖北省土地生态风险的时... 详细信息

研究区域土地生态风险对于指导土地合理利用,促进生态文明建设有重要意义。以湖北省1980、2000、2018年三期土地利用/覆被数据为基础,通过构建综合土地生态风险指数,采用普通克里金插值法,模拟并分析了近40 a间湖北省土地生态风险的时空演化。结果表明:(1)研究期间湖北省土地生态风险的平均水平由0.434 9下降到0.434 1,再上升到了0.441 0,表现出先减后增的变化特征;(2)在10 km×10 km尺度下,空间自相关结构是湖北省土地生态风险空间分异的主导因素,在1980、2000年表现为各向异性,2018年表现为各向同性。(3)研究期间,风险等级提高的概率远高于下降,且转化几乎仅在相邻等级间发生,出现跳跃性改变的可能性极低;高风险地区增加了7 785 km^(2),其余等级均呈减少趋势,低风险区、较低风险区、中风险区、较高风险区面积分别减少了283、6 539、339、625 km^(2)。(4)湖北省土地生态风险的分布格局整体呈东高西低,低风险核心区位于神农架林区,高风险核心在江汉平原及武汉片区,此外襄阳市北部也存在一个稍小的高风险区域,并逐渐沿枣阳-荆门和随州中部-孝感两条线路往江汉平原方向蔓延。

关键词：土地利用景观生态生态风险评价土地生态风险湖北省

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基于人工神经网络多源数据融合的子像元冬油菜提取——以两湖平原为例

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自然资源学报 2019年第5期34卷 1079-1092页

作者：刘文斌陶建斌徐猛陈瑞卿郭洋地理过程分析与模拟湖北省重点实验室/华中师范大学城市与环境科学学院武汉430079

油菜是我国第五大农作物和重要的油料作物。获取油菜的种植分布信息对食用油市场的发展和粮食安全具有重要意义。两湖平原泛指包括湖北江汉平原和湖南洞庭湖平原在内的广大平原区域,是我国重要的粮棉油生产基地,"湖广熟,天下足&qu... 详细信息

油菜是我国第五大农作物和重要的油料作物。获取油菜的种植分布信息对食用油市场的发展和粮食安全具有重要意义。两湖平原泛指包括湖北江汉平原和湖南洞庭湖平原在内的广大平原区域,是我国重要的粮棉油生产基地,"湖广熟,天下足"指的就是这一地区。由于耕地破碎,种植结构复杂,两湖平原轮作和间作的现象非常普遍,传统的遥感监测方法难以准确地获取冬油菜的空间分布。本文提出了一种基于人工神经网络ANN的子像元冬油菜提取方法,将时间序列MODIS-EVI和GF-1数据结合以提取两湖平原的冬油菜丰度信息。首先采用顺序前向选择SFS算法从时间序列MODIS-EVI数据集中进行物候特征优选;然后构建融合多源数据的ANN模型估算两湖平原的冬油菜丰度。结果表明:基于ANN方法获取的冬油菜分布具有较高的精度(ANN估算结果与GF-1和统计数据的验证精度分别为91.54%和74.70%),在利用中分辨率影像进行大尺度冬油菜精细制图方面显示出巨大潜力,可为我国冬油菜的空间分布制图和时空格局分析提供技术方法。

关键词：人工神经网络冬油菜子像元时间序列MODIS 两湖平原

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三峡库区不同植被覆盖坡地的土壤优先流运动特征研究

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土壤学报 2022年第5期59卷 1321-1335页

作者：刘目兴宋兴敏卢世国张海林易军地理过程分析与模拟湖北省重点实验室武汉430079 华中师范大学城市与环境科学学院武汉430079

研究土壤优先流运动特征与植被覆盖、坡位及土壤结构的关系,既能丰富山坡水文学的研究内容,还能进一步揭示森林涵养水源、保持水土的机制。以三峡库首大老岭林区常绿林、林灌混合落叶林和弃耕草地覆盖的坡地为研究对象,运用染色示踪和... 详细信息

研究土壤优先流运动特征与植被覆盖、坡位及土壤结构的关系,既能丰富山坡水文学的研究内容,还能进一步揭示森林涵养水源、保持水土的机制。以三峡库首大老岭林区常绿林、林灌混合落叶林和弃耕草地覆盖的坡地为研究对象,运用染色示踪和图像处理的方法,定量分析了3种植被覆盖的坡上和坡下位置优先流染色特征,阐明了植被覆盖和坡位对土壤优先流运动和坡面水分入渗特征的影响。结果表明:(1)各样地染色面积比(SAR)和染色路径数(SPN)均呈现浅层高、深层低的特征。不同植被覆盖下,0~60 cm土层的SAR表现为落叶林坡地(44.2%)>弃耕坡地(36.1%)>常绿林坡地(35.3%),SPN表现为落叶林坡地(43条)>常绿林坡地(19条)>弃耕坡地(15条)。不同坡位下,0~60 cm土层的SAR表现为坡上(41.5%)>坡下(35.6%),SPN表现为坡上(23条)<坡下(28条)。落叶林坡地土壤染色深度最大,60~110 cm深度土层仍有很多狭长的水流路径延伸,而其他样地较少出现;(2)各样地的染色路径宽度(SPW)以1~10 cm和>10 cm为主,二者之和占剖面总染色面积的84.2%。除弃耕地坡上位点缺少均质流与非均质指流外,其他样点0~30 cm土层以均质流和非均质指流为主,30 cm以下为不同类型大孔隙流的混合分布;(3)弃耕坡地的侧向流最为明显,染色剂延伸到染液喷洒区外50 cm处,常绿林地和落叶林地仅延伸至10~20 cm。植被覆盖类型与坡位的耦合作用影响了土壤理化性质,从而影响优先流路径的形成与水分的入渗过程。常绿林与落叶林的水源涵养能力强于弃耕坡地,耕作形成的犁底层限制了弃耕坡地的水分垂直入渗,增加了侧向入渗与地表径流的风险,需要通过破除犁底层或种植根系发达的乔灌木以增加降雨蓄存能力。

关键词：优先流染色示踪染色面积比侧向流三峡库区

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秦岭山区植被春季物候的海拔敏感性

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应用生态学报 2021年第6期32卷 2089-2097页

作者：李建豪陶建斌程波吴琪凡彭宏杰地理过程分析与模拟湖北省重点实验室武汉430079 华中师范大学城市与环境科学学院武汉430079

植被物候作为自然界规律性、周期性的现象,对自然环境尤其是气候变化有着重要的指示作用,研究其时空变化特征对陆地植被生态环境监测具有重要意义。本研究采用Savitzky-Golay滤波法重建秦岭山区2001—2018年MODIS增强植被指数时间序列影... 详细信息

植被物候作为自然界规律性、周期性的现象,对自然环境尤其是气候变化有着重要的指示作用,研究其时空变化特征对陆地植被生态环境监测具有重要意义。本研究采用Savitzky-Golay滤波法重建秦岭山区2001—2018年MODIS增强植被指数时间序列影像,利用动态阈值法提取研究区春季物候信息(返青期),并对返青期多年平均值和年际变化与海拔、坡度进行相关分析。结果表明:海拔每升高100 m,植被返青期推迟1.82 d;返青期的年际变化趋势主要集中在0~5 d·(10 a)^(-1)。其中,呈推迟趋势的像元主要分布在低海拔地区,呈提前趋势的像元主要分布在高海拔地区。高海拔地区返青期的年际变化比低海拔地区复杂;秦岭山区植被返青期存在南北差异。北坡植被返青期多年平均值较南坡早2.9 d,南坡植被返青期的推迟程度大于北坡。南北坡植被返青期的年际变化在低海拔地区呈推迟趋势,且南北坡相差不大,而提前趋势在中高海拔地区存在显著差异。

关键词：秦岭山区 MODIS EVI 植被返青期海拔南北差异

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基于最优尺度的鄂西南山区景观生态风险时空变化特征

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生态学杂志 2023年第5期42卷 1186-1196页

作者：左岍周勇李晴王丽刘婧仪何楠华中师范大学地理过程分析与模拟湖北省重点实验室武汉430079 华中师范大学城市与环境科学学院武汉430079

探究景观生态风险对优化生态脆弱山区景观格局和加强生态管理具有重要意义。利用鄂西南山区多期土地利用数据,构建基于景观格局指数的生态风险评估模型,采用地统计、空间自相关和地学信息图谱等方法,探究最优尺度下山区景观生态风险的... 详细信息

探究景观生态风险对优化生态脆弱山区景观格局和加强生态管理具有重要意义。利用鄂西南山区多期土地利用数据,构建基于景观格局指数的生态风险评估模型,采用地统计、空间自相关和地学信息图谱等方法,探究最优尺度下山区景观生态风险的时空分异规律与变化趋势。结果表明:鄂西南山区景观生态风险分析最适宜尺度为50 m栅格和4 km网格;1990—2018年,鄂西南山区景观类型结构稳定性较强,以林地、耕地和草地为主,其中建设用地面积增量最大且持续扩张,并且以耕地的转出和生态用地之间的相互转换为主;景观生态风险整体呈下降趋势,等级以低、较低风险水平为主,局部高风险和低风险区存在交错分布现象,景观生态风险等级面积变动也多为相邻等级间的转移;山区景观生态风险空间分布表现为显著正相关,主要以高值、低值集聚模式为主,风险空间集聚效应明显,局部空间自相关模式变化不大,空间分布稳定性较强;提出鄂西南山区景观生态风险防范与生态环境保护建议,为山区生态安全保障决策制定提供数据基础和理论支持。

关键词：尺度效应景观格局景观生态风险时空演变鄂西南山区

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