全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 9 期摇 摇 2011 年 5 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
EAM会议专刊述评———气候变化下旱区农业生态系统的可持续性
李凤民, Kadambot H. M Siddique, Neil C Turner,等 ( 玉 )
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第二届生态系统评估与管理(EAM)国际会议综述 李朴芳,赵旭喆,程正国, 等 (2349)………………………
应对全球气候变化的干旱农业生态系统研究———第二届 EAM国际会议青年学者论坛综述
赵旭喆,李朴芳,Kadambot H. M Siddique,等 (2356)
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微集雨模式与降雨变律对燕麦大田水生态过程的影响 强生才,张恒嘉,莫摇 非,等 (2365)……………………
黑河中游春小麦需水量空间分布 王摇 瑶,赵传燕,田风霞,等 (2374)……………………………………………
祁连山区青海云杉林蒸腾耗水估算 田风霞,赵传燕,冯兆东 (2383)……………………………………………
甘肃小陇山不同针叶林凋落物量、养分储量及持水特性 常雅军,陈摇 琦,曹摇 靖,等 (2392)…………………
灌水频率对河西走廊绿洲菊芋生活史对策及产量形成的影响 张恒嘉,黄高宝,杨摇 斌 (2401)………………
玛纳斯河流域水资源可持续利用评价方法 杨摇 广,何新林,李俊峰,等 (2407)…………………………………
西北旱寒区地理、地形因素与降雨量及平均温度的相关性———以甘肃省为例
杨摇 森,孙国钧,何文莹,等 (2414)
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黑河河岸植被与环境因子间的相互作用 许莎莎,孙国钧,刘慧明,等 (2421)……………………………………
干旱胁迫对高山柳和沙棘幼苗光合生理特征的影响 蔡海霞,吴福忠,杨万勤 (2430)…………………………
树锦鸡儿、柠条锦鸡儿、小叶锦鸡儿和鹰嘴豆干旱适应能力比较 方向文,李凤民,张海娜,等 (2437)…………
胡杨异形叶叶绿素荧光特性对高温的响应 王海珍,韩摇 路,徐雅丽,等 (2444)…………………………………
柠条平茬处理后不同组织游离氨基酸含量 张海娜,方向文,蒋志荣,等 (2454)…………………………………
玛河流域扇缘带盐穗木土壤速效养分的“肥岛冶特征 涂锦娜,熊友才,张摇 霞,等 (2461)……………………
摩西球囊霉对三叶鬼针草保护酶活性的影响 宋会兴,钟章成,杨万勤,等 (2471)………………………………
燕麦属不同倍性种质资源抗旱性状评价及筛选 彭远英,颜红海,郭来春,等 (2478)……………………………
光周期对燕麦生育时期和穗分化的影响 赵宝平,张摇 娜,任长忠,等 (2492)……………………………………
水肥条件对新老两个春小麦品种竞争能力和产量关系的影响 杜京旗,魏盼盼,袁自强,等 (2501)……………
猪场沼液对蔬菜病原菌的抑制作用 尚摇 斌,陈永杏,陶秀萍,等 (2509)…………………………………………
不同夏季填闲作物种植对设施菜地土壤无机氮残留和淋洗的影响 王芝义, 郭瑞英,李凤民 (2516)…………
不同群体结构夏玉米灌浆期光合特征和产量变化 卫摇 丽,熊友才,Baoluo Ma,等 (2524)……………………
脱硫废弃物对碱胁迫下油葵幼叶细胞钙分布及 Ca2+ 鄄ATPase活性的影响
毛桂莲,许摇 兴,郑国琦,等 (2532)
………………………………………
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过去 30a玛纳斯河流域生态安全格局与农业生产力演变 王月健, 徐海量, 王摇 成,等 (2539)………………
基于 RS和转移矩阵的泾河流域生态承载力时空动态评价 岳东霞,杜摇 军, 刘俊艳, 等 (2550)……………
毛乌素沙地农牧生态系统能值分析与耦合关系 胡兵辉, 廖允成 (2559)………………………………………
民勤绿洲农田生态系统服务价值变化及其影响因子的回归分析 岳东霞,杜摇 军,巩摇 杰,等 (2567)…………
青岛市城市绿地生态系统的环境净化服务价值 张绪良,徐宗军,张朝晖,等 (2576)…………………………
基于 3S技术的祖厉河流域农村人均纯收入空间相关性分析 许宝泉,施为群 (2585)…………………………
专论与综述
全球变化下植物物候研究的关键问题 莫摇 非,赵摇 鸿,王建永,等 (2593)………………………………………
区域气候变化统计降尺度研究进展 朱宏伟,杨摇 森,赵旭喆,等 (2602)…………………………………………
干旱胁迫下植物根源化学信号研究进展 李冀南,李朴芳,孔海燕,等 (2610)……………………………………
山黧豆毒素 ODAP的生物合成及与抗逆性关系研究进展 张大伟,邢更妹,熊友才,等 (2621)…………………
旱地小麦理想株型研究进展 李朴芳,程正国,赵摇 鸿,等 (2631)…………………………………………………
小麦干旱诱导蛋白及相关基因研究进展 张小丰,孔海燕,李朴芳,等 (2641)……………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*306*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄05
封面图说: 覆膜鄄垄作燕麦种植———反映了雨水高效利用和农田水生态过程的优化(详见强生才 P2365)。
彩图提供: 兰州大学干旱与草地生态教育部重点实验室莫非摇 E鄄mail:mofei371@ 163. com
生 态 学 报 2011,31(9):2550—2558
Acta Ecologica Sinica
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目(40671179,41021091);教育部新世纪优秀人才计划项目(NECT鄄09鄄0449);国家重点基础研究发展计划项目
(2009CB421308);高等学校学科创新引智计划项目
收稿日期:2010鄄10鄄29; 摇 摇 修订日期:2011鄄03鄄15
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: yuedx@ lzu. edu. cn
基于 RS和转移矩阵的泾河流域生态
承载力时空动态评价
岳东霞*,杜摇 军, 刘俊艳, 郭建军, 张佳静, 马金辉
(兰州大学西部环境教育部重点实验室 /西部环境与气候变化研究院,兰州摇 730000)
摘要:利用泾河流域 1986、1995、2000、2008 年 4 期遥感数据和转移矩阵分析方法,在 GIS平台上,对该流域近 23a的生态承载力
时空变化进行了定量评价和空间化表达,结果表明,泾河流域生态承载力空间分布极不均匀,整体呈南高北低,并由东南向西北
递减,由上游向下游递增的空间变化趋势,表现出与流域地貌特征,土地利用 /覆被和环境禀赋相关联的地理特性和空间异质
性;随着时间的推移,全流域生态承载力呈逐年降低趋势,尤其以 2000 年以后下降趋势明显,但流域内部不同区域的生态承载
力及其各类土地生态承载力的变化幅度与趋势各有不同;3 个时段内(1986—1995 年、1995—2000 年、2000—2008 年)流域各类
土地生态承载力转换频繁,转向趋势明显,且以 2000 年为拐点,前两时段以林地和草地生态承载力向耕地和建筑用地生态承载
力转移为主,后一时段以耕地和建筑用地生态承载力向林地和草地生态承载力转移为主,导致近 23a来泾河流域生态承载力及
其内部组成变化均较大,说明土地利用 /覆被的变化是流域生态承载力变化的主导因素,而 1999 年以后国家实施的退耕还林还
草生态工程则是 2000—2008 年该流域生态承载力变化的主要驱动力。
关键词:生态承载力; 遥感(RS); 地理信息系统(GIS); 转移矩阵; 泾河流域
Spatio鄄temporal analysis of ecological carrying capacity in Jinghe Watershed
based on Remote Sensing and Transfer Matrix
YUE Dongxia*, DU Jun, LIU Junyan, GOU Jianjun, ZHANG Jiajing, MA Jinhui
MOE Key Laboratory of Western China忆s Environmental System, The Research School of Western China忆s Environmental System and Climate Change, Lanzhou
University, Lanzhou 730000, China
Abstract: The spatiotemporal dynamic and space pattern changes of Ecological carrying capacity ( ECC) in a given
watershed is an important topic in the field of watershed ecology and development sustainabiliby research on the basis of the
remote sensing (RS) data and transfer matrix of land use with the help of geographic information system (GIS) techniques.
The paper, for a case study of the Jinghe Watershed with Ecological Footprint method, estimated the ECC time series and
analyzed the spatial distribution, spatiotemporal dynamic and transfer matrix of ECC using high resolution remote sensing
data of 1986,1995,2000 and 2008 during 23 years. The results showed that the spatial distribution of ECC was significantly
uneven in this region, in which the ECC in southern part of the watershed is greater than the northern part, tended to
descend from southeastern to northeastern part and ascend from upstream and downstream gradually. As a whole, the
differences between ECC were caused by different geography characteristics, environment conditions and land use / cover,
and total ECC increased from 1986 to 1995 and decreased from 1995 to 2008, especially after 2000(a point of inflection) .
The transfer matrix of ECC showed the transfer changes of ECC of 6 major categories land are frequent. The amount of total
change for cropland was found largest, followed by forest, pasture, building鄄up land, water area and unused land. The
change in ECC of cropland was nearly a pure swap鄄type of change to forest and pasture after 2000. The results provided a
more extensive understanding on the spatiotemporal dynamic and space pattern of ECC in Jinghe Watershed and its changes
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really were caused by Land use / cover change after 2000 with the driving force came from the State campaign of Grain for
Green Project introduced in 1999.
Key Words: ecological carrying capacity;remote sensing;geographic information system;transfer matrix;Jinghe Watershed
近年来,流域生态承载力(ecological carrying capacity,ECC)评价成为流域生态学研究的新热点[1鄄11]。 生
态足迹方法是当前国内外应用较广的生态承载力评价方法[4鄄7]。 在该方法中,生态承载力值的计算取决于土
地利用 /覆被面积和土地生产力两个基本因素,因此,区域土地利用 /覆被的变化可直接引起生态承载力值的
变化,也同时决定着生态承载力的空间格局的转变[8]。 然而,传统的生态足迹方法多以行政区域的土地利用
统计数据计算生态承载力,由于行政区划与地理单元的尺度不匹配、土地利用统计数据尺度较粗、时间滞后等
原因,使得以自然地理单元为区域的生态承载力时空动态评价成为当前研究的难点[8]。 流域作为一个相对
独立的自然地理单元,具有独特的历史形成背景及发展过程,其内部各组成部分有着频繁的物质、能量和信息
交换,因此,认识其内部生态承载力的时空格局及其变化过程对于指导流域生态环境的综合治理和可持续发
展规划的制定具有重要意义。 本文以泾河流域为样区,选取该流域近 23a来 4 个典型时期(1986、1995、2000、
2008 年)的遥感数据,基于遥感与 GIS空间分析技术[11鄄14]和转移矩阵分析方法[15鄄16], 对该流域内部生态承载
力的时空动态进行了评价,并探讨了流域生态承载力的组成结构及其时空变化特征, 以揭示该流域生态承载
力变化的主要驱动力,为该流域的生态环境综合治理和可持续发展提供科学依据[11鄄18]。
1摇 研究区概况
泾河是渭河的主要支流,黄河的二级支流,全长 483km。 泾河流域位于黄土高原中部,地处 106 °14 ¢—
108 °42 ¢E,34 °46 ¢—37 °19 ¢N,流域面积为 45 421 km2,横跨宁夏、甘肃、陕西三省(区)的部分地区(图 1),囊
括 31 个县级行政区域。 泾河流域地貌复杂,各级支流均深切于梁、塬、峁,黄土沟壑镶嵌分布,使得流域内地
形支离破碎,沟壑纵横;流域内地表覆盖类型多样,分布地带性明显,类型层次比较分明,自南向北依次分布有
落叶阔叶林、森林草原带、草原带等大的植被类型带;流域土壤为典型的黄棉土和黑垆土,土壤结构疏松,极易
塌陷和流失;流域年降水量在 350—600mm之间,并集中于夏、秋汛期,因植被稀少,水分涵养和土壤保持能力
差,暴雨、旱灾较为频繁,农业生产长期处于较低水平,流域内不同地区的生态环境禀赋以及地区经济发展程
度空间差异均较大,生态环境非常脆弱,是世界上水土流失最严重的地区之一[10,17]。 自 20 世纪 80 年代以
后,随着该地区经济的快速发展,人口的稳步增加,人类对自然资源的不合理开发和过度利用不断加剧,废弃
物的排放持续增加,生态环境问题日益突出,表现为水土流失严重、植被覆盖稀少、水资源短缺、水体、土壤和
大气的立体污染严重、土地生产力低下等等。 1999 年以后,我国实施了退耕还林还草工程和天然林保护工
程,对该流域的生态环境保护起到了巨大的促进作用。 工程实施 10a 后,该流域内部生态承载力的时空格局
发生了怎样的变化,与实施前又有什么不同,这些都亟待解决。
2摇 研究(实验)方法
2. 1摇 生态足迹方法简介
20 世纪 90 年代,Rees[4]提出并与Wackernagel[5鄄6]一同完善了生态足迹评价方法,指出特定区域的生态承
载力是指该区域在一定时期内(通常为 1a)实际生产人类所需的生物资源和吸纳人类废弃物的所有可用的生
物生产土地和水域面积的总和,亦视为生态系统的生态承载力阈值,体现了自然资源的可再生能力,是人类赖
以生存的物质基础。 生态足迹方法的核心思想是通过比较一个地区的生态承载力需求和供给的差距,来判断
该地区可持续发展的状况。 可以说,生态足迹方法不仅反映了人类对地球环境的影响和压力,揭示了地球系
统对人类的承载能力,同时也体现了地球生态环境的可持续发展机制[6]。 生态足迹方法将“公顷(hm2)冶这
一土地面积单位转换成基于全球平均生产力的生物生产土地面积单位(简称全球公顷(ghm2)),并利用这一
均衡后的生物物理指标定量地指示区域生态承载力,实现了不同地区、不同类型土地生态承载力的可加性和
1552摇 9 期 摇 摇 摇 岳东霞摇 等:基于 RS和转移矩阵的泾河流域生态承载力时空动态评价 摇
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水系 行政边界 流域边界
图例
N
0 50 100km
图 1摇 研究区:泾河流域(红线内)
Fig. 1摇 Study area:Jinghe Watershed, China
可比性,这一理论为研究不同类型土地生态承载力的转
换机制提供了理论基础。 这一方法因其较为科学、完善
的理论基础和精简统一的度量指标,以及评价方法的普
适性和可复制性得到了国内外学者的深入探讨和广泛
应用[4鄄11,19鄄22]。
生态承载力模型:
ECC = N 伊 (ecc) (1)
ecc =移
6
j = 1
a j 伊 r j 伊 y j (2)
式中, ECC 为地区总的生态承载力, N 为总人口
数, ecc为人均生态承载力, a j为实际人均占有的第 j类
生物生产土地面积, f j 为均衡因子, y j 为产量因子。 总
生态承载力为各类土地生态承载力之和。
生态承载力模型的具体使用方法可参考相关
文献[6,8]。
2. 2摇 基础数据处理
利用 25m分辨率的数字高呈模型 DEM(1 颐5 万)提
取泾河流域的边界空间数据(图 1)。 以 1986、1995、
2000、2008 年 4 期 Landsat TM 遥感影像 (分辨率为
30m)为数据源,参照生态足迹模型的生物生产土地分
类[6],将以上 4 期土地利用 /覆被数据划分为 6 种主要
类型:耕地、草地、林地、建筑用地、水域和未利用地,利
用遥感影像处理软件 Erdas Imagine 9. 1,对遥感影像进
行坐标转换、几何校正,人机交互解译,获得 4 期比例尺
为 1 颐10 万的泾河流域土地利用 /覆被类型图,同时建立属性数据库。 通过 GPS 进行了野外抽样验证,4 期土
地利用数据分类总体精度可达 90% 。 利用 GIS 空间分析技术的空间叠加方法获得泾河流域 3 个时段
(1986—1995 年、1995—2000 年、2000—2008 年)的土地利用转移矩阵。 基于该矩阵,利用生态承载力模型,
计算各时段各类土地生态承载力转移矩阵。 为了便于对跨年度的生态承载力数值进行对比,本文统一采用
Wachernagel在《国家生态足迹》 [6]报告中公布的中国各类土地生态承载力的“均衡因子冶和“产量因子冶。 未
利用地因生产力极低,其产量因子和均衡因子均赋值为 0[11]。
2. 3摇 生态承载力计算
基于以上数据,在 GIS平台上,根据生态承载力模型,将 4 期流域土地利用图的属性表与 6 类土地生态承
载力的均衡因子和产量因子相关联,产生新的土地利用属性表,该表的每条记录对应于土地利用图的每个图
斑;将此属性表按因子数据项制图,由于每个图斑包含土地类型及其对应的均衡因子和产量因子属性,而无行
政区划属性,可称为“生态承载力绝对值冶 [11],用于表示由于土地利用类型不同所致的生态承载力差异,即生
成 4 期高分辨率的流域生态承载力(绝对值)空间分布图(图 2)。 其次,将流域各类土地利用 /覆被数据、流域
边界图和生态承载力绝对值图叠加,获得流域各类土地生态承载力和流域总生态承载力值(图 3)。 最后,根
据 4 期土地利用图,运用 GIS的空间分析功能,获得泾河流域 3 个时段的各类土地利用转移矩阵,进而计算各
类土地生态承载力转移矩阵(表 1—表 3),开展相关数据的分析。
2552 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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表 1摇 1986—1995 年泾河流域生态承载力转移矩阵
Table 1摇 The transfer matrix of ECC in Jinghe Watershed from 1986 to 1995
建筑用地
Built鄄up area
/ ghm2
未利用土地
Unused Land
/ ghm2
林地
Forest
/ ghm2
水域
Water area
/ ghm2
耕地
Arable land
/ ghm2
草地
Pasture
/ ghm2
建筑用地 Built鄄up area / ghm2 286004. 26 0. 00 2741. 89 111. 01 50509. 24 3002. 73
未利用土地 UnusedLand / ghm2 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00
林地 Forest / ghm2 206. 91 0. 00 380264. 76 110. 24 9680. 04 13987. 09
水域 Water area / ghm2 5. 37 0. 00 4. 13 3192. 61 297. 97 135. 40
耕地 Arable land / ghm2 25374. 61 411. 13 27864. 33 17436. 20 10457230. 61 294066. 67
草地 Pasture / ghm2 170. 77 22. 19 7932. 52 115. 52 8202. 83 381637. 65
表 2摇 1995—2000 年泾河流域生态承载力转移矩阵
Table 2摇 The transfer matrix of ECC in Jinghe Watershed from 1995 to 2000
建筑用地
Built鄄up area
/ ghm2
未利用土地
Unused Land
/ ghm2
林地
Forest
/ ghm2
水域
Water area
/ ghm2
耕地
Arable land / ghm2
草地
Pasture
/ ghm2
建筑用地 Built鄄up area / ghm2 318367. 75 0. 00 1815. 39 162. 67 30881. 92 4891. 55
未利用土地 UnusedLand / ghm2 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00
林地 Forest / ghm2 562. 25 0. 00 384824. 64 69. 79 5548. 55 22352. 60
水域 Water area / ghm2 7. 79 0. 00 13. 92 3194. 20 600. 94 85. 86
耕地 Arable land / ghm2 21727. 19 172. 07 36543. 93 8187. 90 10471415. 41 214176. 53
草地 Pasture / ghm2 104. 37 19. 81 2434. 37 115. 95 9997. 58 385348. 54
表 3摇 2000—2008 年泾河流域生态承载力转移矩阵
Table 3摇 The transfer matrix of ECC in Jinghe Watershed from 2000 to 2008
建筑用地
Built鄄up area
/ ghm2
未利用土地
Unused Land
/ ghm2
林地
Forest
/ ghm2
水域
Water area
/ ghm2
耕地
Arable land
/ ghm2
草地
Pasture
/ ghm2
建筑用地 Built鄄up area / ghm2 303832. 83 0. 00 540. 71 129. 55 10880. 57 4304. 79
未利用土地 UnusedLand / ghm2 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00
林地 Forest / ghm2 424. 17 7. 02 394164. 84 76. 46 35197. 30 25679. 14
水域 Water area / ghm2 8. 43 0. 00 61. 27 3502. 75 229. 88 91. 18
耕地 Arable land / ghm2 18209. 33 64. 03 22689. 27 6402. 24 9538405. 19 109567. 58
草地 Pasture / ghm2 1475. 23 9. 80 2908. 95 141. 10 37378. 94 388531. 34
3摇 结果与分析
3. 1摇 流域生态承载力时空动态分析
摇 摇 如图 2 所示,泾河流域生态承载力表现为极不均匀的分布状态,整体呈南高北低,并由东南向西北递减,
由上游向下游递增的空间分布格局,表现出与流域地貌特征,土地利用 /覆被和环境禀赋相关联的地理特性和
明显的空间异质性;随着时间的推移,在近 23a间整个泾河流域生态承载力色度呈逐渐变淡趋势,说明全流域
及其内部大部分地区的生态承载力呈逐年降低趋势,尤其在 2000—2008 年间变化最为明显。 但流域内部各
地区生态承载力变化幅度却不尽相同,其中,南部冲积平原地区(陕西境内)生态承载力整体较高,连片分布,
在 4 个时期内整体不断降低,但降低幅度较小,空间格局变化不大;中部黄土残塬沟壑区(甘肃、宁夏境内)由
于各级支流深切于梁、塬、峁,沟壑镶嵌分布,景观破碎严重,呈黄土塬和较为宽广黄土沟壑区的生态承载力值
较高,而黄土斜坡和梁区生态承载力值较低,与北部相比呈较粗的树枝状分布格局,在 4 个时期内降低趋势最
为显著,空间分布格局变化较大;北部黄土丘陵区景观更为破碎,生态承载力较中部低,并呈细密的枝杈状分
布;流域东翼子午岭山地生态承载力较低,而西翼六盘山山地较高,在 4 个时期内两个山地生态承载力变化均
3552摇 9 期 摇 摇 摇 岳东霞摇 等:基于 RS和转移矩阵的泾河流域生态承载力时空动态评价 摇
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0 100km
0 100km0 100km
0 100km
图例
水系
流域边界
生态承载力供给绝对值00.000001—0.195000 0.195001—0.2000000.200001—1.001000 1.001001—4.6480004.648001—5.376000
a 1986年
c 2000年 d 2008年
b 1995年
°
°
°
°
°
°
°
° ° ° °
°
°
°
°
°
°
° ° °
° ° ° ° ° ° ° °
图 2摇 1986—2008 年 4 期泾河流域总生态承载力空间分布图
Fig. 2摇 Spatial distribution of ECC in Jingher Wateshed for 1986—2008
不大;流域的东北角(宁夏境内),生态承载力较高,分布格局与中部相似,在四个时期内降低趋势明显;总之,
整个泾河流域生态承载力表现出因土地利用 /覆被格局变化所导致的空间差异极为明显。 以上分析说明,泾
4552 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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河流域生态承载力时空变化与土地利用 /覆被的时空变化具有直接关系,尤其以中部黄土残塬沟壑区最为明
显,究其原因,这些地区大于 25毅的坡耕地较多,景观极其破碎,经退耕还林还草以后,耕地减少较快,而导致
生态承载力快速降低。
122120118116114112110108106104102 1986 1995 2000 2008
总生态承载力
生物
生产
土地
面积
/(×1
05 gh
m2 )
Biolo
gical
prod
uctiv
e are
a
时间 Time
图 3摇 1986—2008 年泾河流域总生态承载力变化趋势
Fig. 3 摇 The development trend of ECC in Jinghe Watershed for
1986—2008
由图 3 进一步可知,近 23a 来,泾河流域总生态承
载力呈先增长后下降趋势,1995 年为拐点,而以 2000
年以后下降趋势最为明显。 3个时段内生态承载力年均
变化量分别为:1986—1995 年年均增长 3992郾 38ghm2、
1996—2000 年年均降低 9419. 04ghm2、2000—2008 年年
均降低 127338. 7ghm2, 说明自 1999 年以后,国家实施
退耕还林还草生态工程,流域整体生态效益得到了一定
的改善,但短期内,由于大面积坡耕地被退耕,林地与草
地土地生产力(单产)又远小于耕地,致使该流域实际
生态承载力呈降低趋势。
88.00088.500
89.00089.500
90.00090.500
91.000
1986 1995 2000 2008
耕地
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
1986 1995 2000 2008
建筑用地
林地
草地 0.0260.028
0.0300.032
0.0340.036
0.038
1986 1995 2000 2008
百分
率 P e
rce n t
ag e/
%
百分
率 Pe
rcent
age/
%
水域
0
时间 Time 时间 Time
时间 Time
图 4摇 1986—2008 年泾河流域各类土地生态承载力占总生态承载力的百分率
Fig. 4摇 The percentage of ECC of six major categories of biological productive area in Jinghe Watershed for 1986—2008
3. 2摇 流域各类土地生态承载力转移动态分析
为了进一步揭示泾河流域内部生态承载力的时空
动态特征,基于 3 个时段的流域土地利用 /覆被转移矩
阵计算了流域各类土地生态承载力转移矩阵(表 1—表 3)。
由图 4 可知,近 23a间,泾河流域内部各类土地生态承载力在整个流域中所占比例不均匀,且随着时间的
推移呈不同的发展趋势。 其中,耕地生态承载力的比例最高,各期均占总生态承载力的 88%以上,但整体呈
逐年降低趋势,2000 年以后降低幅度最大;林地、草地和建筑用地生态承载力所占比例不大,均在 2%—5%之
间,建筑用地生态承载力呈先曾后降趋势,2000 年为拐点,而林地和草地生态承载力均呈先降后曾趋势,1995
年为拐点,2000 年以后呈快速增长趋势;水域生态承载力在该流域所占比例极低,在 0郾 030%—0. 036%之间,
也呈先降后增趋势,拐点为 1995 年。 未利用地生态承载力所占比例为 0,在此忽略不计。 以上分析说明,在
泾河流域,耕地生态承载力是人们生存和发展所依赖的主要生态承载力类型,占该流域的主导地位,但是自
2000 年以后,耕地生态承载力呈显著降低趋势,而林地和草地呈明显增加趋势,这种变化趋势与我国 1999 年
以后实施的退耕还林还草生态工程密切相关(图 4)。
5552摇 9 期 摇 摇 摇 岳东霞摇 等:基于 RS和转移矩阵的泾河流域生态承载力时空动态评价 摇
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由表 1—表 3 可知,在 1986—2008 年间的 3 个时段内, 泾河流域生态承载力在维持主体相对稳定的同
时,各类土地生态承载力转移较为频繁,而且转移方向以及转移趋势各有不同:
(1)建筑用地生态承载力摇 主要转移对象是耕地生态承载力,3 个时段内转向耕地生态承载力值在逐渐
减少,分别占该类土地总转出生态承载力的 98. 5% 、97% 、90. 5% ;而转向林地、草地、水域生态承载力值较
少,呈波动变化状态。
(2)耕地生态承载力摇 主要转向建筑用地、林地和草地生态承载力。 其中,转向建筑用地生态承载力值
呈明显下降趋势,分别占该类土地总转出生态承载力的 73. 5% 、65. 7% 、13% ,2000—2008 年降低幅度最大;
转向林地与草地生态承载力的趋势与建筑用地生态承载力的趋势基本相反,其中转向林地生态承载力值前两
时段呈下降趋势,分别占总转出量的 14. 1% 、11. 8% ,而后一时段又呈大幅增长的趋势,占总转出量的
42郾 1% ;转向草地生态承载力值呈快速增长趋势,3 个时段内其占总转出量的百分比由 11. 9%增为 44. 7% 。
(3)林地生态承载力和草地生态承载力摇 这两种类型生态承载力的主要转移对象是耕地生态承载力,其
中林地生态承载力转向耕地生态承载力值呈前两时段增长,而后一时段下降的趋势,分别占该类土地生态承
载力总转出量的 72. 3% 、89. 6% 、86. 6% ;草地生态承载力转向耕地生态承载力呈持续降低趋势,尤以 2000—
2008 年降低幅度最大,分别占该类土地生态承载力总转出量的 94. 5% 、88. 7% 、78. 5% ;这两类生态承载力系
六类土地生态承载力中转出较少,比较稳定的类型。
(4)水域生态承载力摇 在泾河流域生态承载力中占比例极低,其转出对象主要为耕地生态承载力,3 个时
段的转出量呈逐渐降低趋势,但变化不大。
(5)未利用土地生态承载力摇 主要转移对象是耕地生态承载力,3 个时段内转向耕地生态承载力值在逐
渐减少,分别占总转出量的 94. 9% 、89. 7% 、79. 2% ;其次为草地生态承载力,呈逐渐增加趋势,占总转出量的
比例为 5. 1% 、10. 3% 、12. 1% ;此外,未利用土地生态承载力只有在 2000—2008 年间才开始向林地生态承载
力转移,占总转出量的 8. 7% 。 由此可见,自 1999 年该流域实施退耕还林还草生态工程以后,未利用土地生
态承载力逐渐由向耕地生态承载力转移改为向林地和草地生态承载力转移。 在 3 个时段内转向建筑用地、水
域生态承载力的值为 0。 因未利用土地的生产力极低,其本身的生态承载力被视为 0,但当未利用土地转向其
他类型土地后,土地生态承载力则会得到提高。
由于单位面积的各类土地生产力差异较大,使得各类土地转移前后的生态承载力值也差异较大。 以
2000—2008 年为例,泾河流域参与转移的土地原有生态承载力为 1. 243伊106 ghm2,而转移以后的土地生态承
载力为 0. 278伊106ghm2,因转移而减少生态承载力 0. 964伊106ghm2,是原生态承载力的 77. 5% 。 由此可见,虽
然该流域土地总面积没有变化,但由于土地利用类型的转移而直接导致了流域生态承载力的变化,说明土地
利用 /覆被变化是流域生态承载力变化的主导因素,而 1999 年以后国家实施的退耕还林还草生态工程则是
2000—2008 年该流域生态承载力变化的主要驱动力。
综上所述,生态承载力转移矩阵不仅能够展示土地利用类型的转移方向,而且可以揭示因土地类型的变
化而引起的流域生态承载力内部组成结构的变化过程及其动态特征,从而体现与土地利用转移矩阵不同的生
态学意义。
4摇 结论
流域生态承载力的空间异质性是流域生态系统固有的特性[23],而其时空格局却往往受到人类活动的深
刻影响,本文的研究结果证实了这一点。 遥感与 GIS技术的应用为高分辨率、空间化表达和分析流域生态承
载力的时空变化趋势及其分布格局提供了技术手段,也为利用转移矩阵方法分析流域生态承载力内部不同组
分(各类土地生态承载力)的转移情况提供了技术保障。 本文构建了泾河流域生态承载力转移矩阵,并对其
进行初步分析,获取了泾河流域各类土地生态承载力的转移信息,更清晰地辨别出该流域生态承载力各组分
及其组成结构的变化过程及其动态特征,为深入理解泾河流域生态承载力时空动态变化及其驱动力提供了新
思路,同时也弥补了传统生态足迹方法仅用社会统计数据研究区域生态承载力的不足。 本文的研究结果可为
6552 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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泾河流域开展生态环境综合治理、制定土地利用调控政策和科学、有效地实施退耕还林还草工程提供科学
依据。
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8552 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 9 May,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Guest Editorial from EAM Workshop———Sustainability of agricultural ecosystems in arid regions in response to climate change
LI Fengmin, Kadambot H. M Siddique, Neil C Turner, et al ( 玉 )
……
………………………………………………………………
Overview on the 2nd international workshop on ecosystem assessment and management (EAM)
LI Pufang, ZHAO Xuzhe,CHENG Zhengguo, et al (2349)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
Arid agricultural ecology in response to global change: Overview on Young Scholar Forum of the 2nd International Workshop on
EAM ZHAO Xuzhe, LI Pufang, Kadambot H. M Siddique, et al (2356)…………………………………………………………
The effects of micro鄄rainwater harvesting pattern and rainfall variability onwater ecological stoichiometry in oat (Avena sativa L. )
field QIANG Shengcai, ZHANG Hengjia, MO Fei, et al (2365)…………………………………………………………………
Spatial variation of water requirement for spring wheat in the middle reaches of Heihe River basin
WANG Yao, ZHAO Chuanyan, TIAN Fengxia, et al (2374)
……………………………………
………………………………………………………………………
Model鄄based estimation of the canopy transpiration of Qinghai spruce (Picea crassifolia) forest in the Qilian Mountains
TIAN Fengxia, ZHAO Chuanyan, FENG Zhaodong (2383)
……………
…………………………………………………………………………
Litter amount and its nutrient storage and water holding characteristics under different coniferous forest types in Xiaolong Mountain,
Gansu Province CHANG Yajun,CHEN Qi,CAO Jing,et al (2392)………………………………………………………………
Effect of irrigationfrequency on life history strategy and yield formation in Jerusalem artichoke(Helianthus tuberosus. L) in oasis
of Hexi Corridor ZHANG Hengjia, HUANG Gaobao, YANG Bin (2401)…………………………………………………………
The evaluation method of water resources sustainable utilization in Manas River Basin
YANG Guang, HE Xinlin, LI Junfeng, et al (2407)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………
Correlation of topographic factors with precipitation and surface temperature in arid and cold region of Northwest China: a case
study in Gansu Province YANG Sen, SUN Guojun, HE Wenying, et al (2414)…………………………………………………
The relationship between riparian vegetation and environmental factors in Heihe River Basin
XU Shasha, SUN Guojun, LIU Huiming, et al (2421)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of drought stress on the photosynthesis of Salix paraqplesia and Hippophae rhamnoides seedlings
CAI Haixia, WU Fuzhong, YANG Wanqin (2430)
………………………………
…………………………………………………………………………………
The comparation of drought resistance between Caragana species (Caragana arborescens, C. korshinskii, C. microphylla) and two
chickpea (Cicer arietinum L. ) cultivars FANG Xiangwen,LI Fengmin, ZHANG Haina, et al (2437)……………………………
Response of chlorophyll fluorescence characteristics of Populus euphratica heteromorphic Leaves to high temperature
WANG Haizhen, HAN Lu, XU Yali,et al (2444)
…………………
…………………………………………………………………………………
Free amino acid content in different tissues of Caragana korshinskii following all shoot removal
ZHANG Haina, FANG Xiangwen, JIANG Zhirong, et al (2454)
………………………………………
…………………………………………………………………
“Fertile Island冶 features of soil available nutrients around Halostachys caspica shrub in the alluvial fan area of Manas River watershed
TU Jinna, XIONG Youcai, ZHANG Xia, et al (2461)
……
……………………………………………………………………………
Analysis of the activities of protective enzymes in Bidens pilosa L. inoculated with Glomus mosseae under drought stress
SONG Huixing, ZHONG Zhangcheng, YANG Wanqin,et al (2471)
……………
………………………………………………………………
Evaluation and selectionon drought鄄resistance of germplasm resources of Avena species with different types of ploidy
PENG Yuanying, YAN Honghai,GUO Laichun, et al (2478)
…………………
………………………………………………………………………
Ecophysiological mechanism of photoperiod affecting phenological period and spike differentiation in oat (Avena nuda L. )
ZHAO Baoping, ZHANG Na, REN Changzhong, et al (2492)
…………
……………………………………………………………………
Effects of water and fertilization on relationship between competitive ability and seed yield of modern and old spring wheat varieties
DU Jingqi, WEI Panpan, YUAN Ziqiang, et al (2501)
………
……………………………………………………………………………
Inhibitory effect of biogas slurry from swine farm on some vegetable pathogen
SHANG Bin, CHEN Yongxing,TAO Xiuping, et al (2509)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effects of different summer catch crops planting on soil inorganic N residue and leaching in greenhouse vegetable cropping system
WANG Zhiyi, GUO Ruiying, LI Fengmin (2516)
……
…………………………………………………………………………………
Photosyntheticcharacterization and yield of summer corn (Zea mays L. ) during grain filling stage under different planting pattern
and population densities WEI Li, XIONG Youcai, Baoluo Ma, et al (2524)……………………………………………………
Effects of desulfurization waste treatment on calcium distribution and calcium ATPase activity in oil鄄sunflower seedlings under
alkaline stress MAO Guilian, XU Xing, ZHENG Guoqi, et al (2532)……………………………………………………………
The evolution between ecological security pattern and agricultural productive force in Manas River Basin for the past 30 years
WANG Yuejian, XU Hailiang, WANG Cheng, et al (2539)
………
………………………………………………………………………
Spatio鄄temporal analysis of ecological carrying capacity in Jinghe Watershed based on Remote Sensing and Transfer Matrix
YUE Dongxia, DU Jun, LIU Junyan, et al (2550)
…………
…………………………………………………………………………………
The coupling relationship and emergy analysis of farming and grazing ecosystems in Mu Us sandland
HU Binghui, LIAO Yuncheng (2559)
…………………………………
………………………………………………………………………………………………
Dynamic analysis of farmland ecosystem service value and multiple regression analysis of the influence factors in Minqin Oasis
YUE Dongxia,DU Jun,GONG Jie,et al (2567)
………
……………………………………………………………………………………
Environment purification service value of urban green space ecosystem in Qingdao City
ZHANG Xuliang, XU Zongjun, ZHANG Zhaohui, et al (2576)
………………………………………………
……………………………………………………………………
The spatial relationship analysis of rural per capital revenue based on GIS in Zulihe River basin, Gansu Province
XU Baoquan,SHI Weiqun (2585)
……………………
……………………………………………………………………………………………………
Review and Monograph
The key issues on plant phenology under global change MO Fei, ZHAO Hong, WANG Jianyong, et al (2593)………………………
Recent advances on regional climate change by statistical downscaling methods
ZHU Hongwei, YANG Sen, ZHAO Xuzhe, et al (2602)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Current progress in eco鄄physiology of root鄄sourced chemical signal in plant under drought stress
LI Jinan, LI Pufang, KONG Haiyan, et al (2610)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
ODAP biosynthesis: recent developments and its response to plant stress in grass pea (Lathyrus sativus L. )
ZHANG Dawei, XING Gengmei, XIONG Youcai, et al (2621)
…………………………
……………………………………………………………………
Currentprogress in plant ideotype research of dryland wheat (Triticum aestivum L. )
LI Pufang, CHENG Zhengguo, ZHAO Hong, et al (2631)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
Recent advances in research on drought鄄induced proteins and the related genes in wheat (Triticum aestivu L. )
ZHANG Xiaofeng, KONG Haiyan, LI Pufang, et al (2641)
………………………
………………………………………………………………………
2654 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
摇 摇 客座编辑 Guest Editors摇 LI Fengmin摇 XIONG Youcai摇 Neil Turner摇 Kadambot Siddique
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 9 期摇 (2011 年 5 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 9摇 2011
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