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項目名稱: 中國當代土地利用變化及其對生態地理過程的影響

推薦單位: 中國科協

項目簡介: 1、科學技術領域:資源環境科學研究

2、主要研究內容:發展土地利用/土地覆被變化(LUCC)和生態地理過程研究的地理信息科學方法,解決土地利用及生態地理過程研究所需時空信息獲取、信息融合和模型模擬問題;研究二十世紀八十年代以來中國土地利用時空變化過程、模式與驅動機制,以動態區劃揭示中國LUCC的時空模式,提煉并發展LUCC變化的驅動鏈模式;發展LUCC宏觀生態效應研究框架,揭示全球氣候變化背景下中國LUCC對生態地理過程的影響。

3、科學價值:

(1)發展LUCC信息學的方法體系,構建中國LUCC研究信息平臺。該研究成果全面解決了困擾LUCC動力學研究的大尺度和高精度時空信息連續獲取問題,土地利用分類精度大為提高,多源數據融合得以實現,為地理學和宏觀生態學的集成研究提供了堅實的數據基礎和方法論,使陸氣相互作用和陸地生物地球化學循環的模擬精度大為提高。

(2)研究提出并完成了中國土地利用動態區劃體系,揭示其時空變化過程與形成機制,創立土地利用動態度定量分析模型和"中國土地利用動態區劃"方法,顯著提高了LUCC驅動機制研究的時空針對性。在此基礎上提煉并發展了LUCC驅動鏈模式。該成果是揭示地理過程空間分異規律的成功范例,推動了全球環境變化人文驅動因素研究的發展。

(3)發展了LUCC宏觀生態效應研究框架,揭示了LUCC和氣候變化雙重驅動下我國西部生態系統的狀況和未來趨勢,探討了LUCC對中國生態系統生產力和陸地碳循環的影響,推動了中外科學家對我國LUCC宏觀生態效應研究的深入開展,取得了對中國當代LUCC及其宏觀生態效應科學規律及形成機理的相對完整科學認識。研究成果豐富了國際LUCC及其宏觀生態效應定量分析的理論、技術與實踐。

4、同行引用評價情況:SCI他引359次,其中:國際權威期刊他引173次;CSCD引用1792次。

主要發現點: 1、核心發現點

(1)提出并完成了中國土地利用動態區劃體系,揭示其時空變化過程與形成機制。以全國LUCC動態信息為基礎,創立土地利用動態度定量分析模型,提煉出13個一級區劃單元及74個二級單元的"中國土地利用動態區劃",揭示了在90年代每一個5年時間段內一級單元內各土地利用類型的轉類,以及二級單元消長的規律。在"中國土地利用動態區劃"的基礎上,總結出了中國土地利用動態區劃中邊界推移、區劃單元消長與單元特征變化等區劃結果的變化過程,以及土地利用變化過程的區域格局兩者之間的耦合規律,揭示了中國現代LUCC的復雜時空過程(自然地理學,代表作1、3)。

(2)在全國LUCC信息系統中開展當代中國耕地與城市土地利用時空過程模式研究,揭示其時空變化規律。其中:東部城市化、西北開墾與撂荒交錯并存以及農牧交錯帶草地開墾導致耕地南減北增、沃減薄增;城市擴展東先西后、大城市早于小城鎮,并有多種空間擴展模式(自然地理學,代表作2、4)。

(3)揭示了LUCC和氣候變化雙重驅動下我國西部生態系統的退化狀況和未來趨勢。指出,過去30年,西部各類生態系統均存在不同程度的退化,其中永久冰雪面積持續減少和荒漠面積增加嚴重威脅綠洲生態系統;生物氣候帶北移和抬高導致了生態系統多樣性呈增加趨勢;貴州大部、陜甘南部等地區生態承載能力和承載壓力矛盾突出。未來50-100年,生態系統多樣性和林地覆蓋率會有較大增加,各類生態系統生產力提高,碳匯作用加強;大城市周邊、黔陜甘寧等地區生態系統承載能力和承載壓力矛盾進一步突出(自然地理學,代表作6)。

(4)定量模擬發現1960年以來中國陸地生態系統空間格局的變化規律,包括:永凍生態系統和有刺亞熱帶林地的面積持續減少,高山干旱苔原和冷溫帶灌叢面積分別以1.31%和0.34%的年增長率持續增加;亞熱帶和寒溫帶森林每年平均分別以44.5、30.2和24.4公里的幅度發生空間位移(自然地理學,代表作9)。

(5)定量分析發現1960-1980年期間LUCC導致中國陸地土壤有機碳儲量凈損失,不同區域土壤碳儲量變化格局差異顯著(自然地理學,代表作10)。

2、支持上述發現點的核心方法發展

(1)國際上首次提出并實現:土地利用與生態背景組合遙感分類系統,航天雷達和多光譜遙感數據融合的LUCC分類新方法,基于地理區劃的地學/光譜參數多維遙感自動分類的LUCC信息提取方法,以多源數據融合為目標的"結構性柵格數據基準",土地利用動態度模型,遙感/GIS一體化全數字LUCC更新技術系統等,形成了中國LUCC信息學的核心方法體系(地圖學,代表作5)。

(2)建立和發展了高精度曲面建模方法、高精度曲面建模的多重網格法、曲面建模的格點生成法、環境變化探測模型、生態閾值模型、多尺度生態多樣性模型和斑塊連通性模型(地圖學,代表作7、8)。

主要完成人: 劉紀遠

全面負責項目設計,主持、實施并參加項目全過程,主要專著和論文撰寫。設計"土地利用與生態背景組合分類系統"和技術路線,提出并首次完成中國當代土地利用時空信息平臺,首次提出了LUCC 研究中"格局的變化過程和變化過程的格局"的理論,創建了中國LUCC 動態區劃體系,創建并發展了"以LUCC 信息平臺為核心,整合地面生態聯網觀測和遙感生態參數反演信息,經尺度轉換和相互驗證實現集成研究"的LUCC 宏觀生態效應研究框架;對LUCC 和氣候變化雙重驅動下中國生態地理環境的基本狀況和未來趨勢進行了分析。本人對推薦書《主要發現點》核心發現點第1、2、3、4發現點和核心方法第1支持點做出了創造性貢獻,本人在該項研究中的工作量占本人工作量的60%。

岳天祥

實施并參加項目主要過程,撰寫了重要科學論文和專著。建立和發展了高精度曲面建模方法,解決自二十世紀六十年代后期以來困擾土地利用變化模擬的誤差問題;發展了高精度曲面建模的多重網格法,解決了多分辨率數據融合問題;發展了曲面建模的格點生成方法,解決了多尺度問題和跨尺度問題;建立了環境變化探測模型、生態閾值模型、多尺度生態多樣性模型和斑塊連通性模型,為土地利用變化及其對生態地理環境影響的模擬研究奠定了模型基礎。本人對推薦書《主要發現點》核心發現點第3、4發現點和核心方法第2支持點做出了創造性貢獻,本人在該項研究中的工作量占本人工作量的60%。

王紹強

實施并參加項目主要過程,撰寫了重要科學論文。首次詳細分析了中國陸地土壤有機碳庫的蓄積量和空間格局;在景觀尺度上精確估算土地利用變化--生態恢復(植樹造林)對陸地碳匯的貢獻,深入探討了1960s-1980s 土地利用變化和20世紀90年代土壤侵蝕對中國陸地土壤有機碳庫的影響;改進了土地利用變化對陸地碳儲量影響的薄記法;模擬了1901-2001年土地利用變化對中國森林碳匯源時空格局的影響。本人對推薦書《主要發現點》核心發現點第5發現點做出了創造性貢獻,本人在該項研究中的工作量占本人工作量的60%。

李秀彬

實施并參加項目主要過程,撰寫了重要科學論文,參加撰寫了科學專著,是《中國西部生態系統評估》副主編之一。對九十年代中國土地利用變化的分析,發現優質耕地減少而劣質耕地增加的現象,指出了當時政府土地管理部門推行的行政區"耕地總量平衡"政策存在的嚴峻問題;開辟了土地集約度變化的系統研究,定義了測度土地集約度的實物形態指標和價值形態指標。根據用地類型轉移和集約度變化兩類土地利用變化,評估中國糧食安全前景;對華北和西南地區若干流域土地覆被變化的水文水資源效應研究,發現了土地覆被變化對水文過程的影響規律。本人對推薦書《主要發現點》核心發現點第4發現點做出了創造性貢獻,本人在該項研究中的工作量占本人工作量的60%。

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