西南山地景观土地利用变化的特征及管理实践对土壤水、养分和有机碳动态的影响

论文摘要

土地利用变化作为全球变化的主要动因，目前已引起全球变化研究的广泛关注。但关于土地利用变化的轨迹及采取何种措施可以缓解由相应土地利用变化所诱导的生态环境问题等方面，在很大程度上，仍然未能很好解决。换句话说，虽然在理解土地利用变化现代过程中，大量研究结果已经被获得，但大部分文献仍然未能阐明土地利用变化的具体轨迹，未能解决土地利用变化的尺度依靠问题。过去近20年，我国陆续开展一些主要有关土地利用变化的研究项目。但这些研究主要集中在中国的东北、东南和北部区，很少对中国的西南山区尤其重庆付太多的注意。当然，土地利用变化不可避免地产生一定的生态与社会影响，而当这些影响累计超过区域生态环境的容忍限度时，突发事件就会出现。目前，合适的土地管理实践，对管理丘陵坡地土壤水和稻田土壤养分和有机碳可以提供有效的方法，已被广泛接受。但对于坡地土壤水，更多的兴趣出现在干旱、半干旱和半湿润区。而对于土壤养分和有机碳，旱地土壤和不同功能间土地转换或短期单一的管理实践对它们的影响被强调。很少知道，在微观耕作尺度上，长期土地管理实践对湿润区丘陵坡地土壤水和稻田土壤养分和有机碳的影响。而且，在宏观区域土地利用变化背景下，局地土地管理实践对土壤水、养分和有机碳的影响更是很少知道。本研究的目标是，在中国西南山区，识别土地利用变化的轨迹，决定不同土地管理实践对土壤水、养分和有机碳的影响，厘定合适的土地利用方案，推荐有效的管理实践。研究包括两个部分：不同功能间土地利用转换和同一功能内土地利用修改对土壤水、养分和有机碳的影响。前者涉及了遥感数据、统计数据和农户调查数据，而后者则主要使用了田间或实验监测数据。对于坡地土壤水，试验包括6个处理：①横坡耕作（Cross-sloping tillage（CST））、②横坡耕作+有机肥（Cross-sloping tillage with organic manure（CST／OM））、③横坡耕作+秸秆覆盖（Cross-sloping tillage with straw mulch（CST／SM））、④等高垄作（Contour ridge culture（CRC））、⑤等高垄作+有机肥（Contour ridge culture with organic manure（CRC／OM））、⑥等高垄作+秸秆覆盖（Contour ridge culture with straw mulch（CRC／SM））。对于稻田土壤养分和有机碳，实验涉及4个处理：①常规平作+水稻-休闲轮作（Conventional tillage（rice-fallow）（CT／RF））、②常规平作+水稻-小麦轮作（Conventional tillage（rice-wheat）（CT／RW））、③垄作免耕+水稻-休闲轮作（No tillage and ridge culture （rice-fallow）（NTR／RF））、④垄作免耕+水稻-小麦轮作（No tillage and ridge culture（rice-wheat）（NTR／RW））。结果表明：（1）研究区土地利用变化呈现显著的区域异质性，不管是土地转化的速度还是方向。对于两个时段，研究区土地利用变化呈现显著的不同的态势，分别拥有占研究区总面积18.37％和4.18％的斑块发生了利用方式的变化。在1986-1997年间，耕地被用为建设用地、草地和未利用地被开发为耕地和林地组成研究区三大土地利用格局。而在1997-2005年间，耕地被退为林地、耕地被用为建设用地、耕地转换为水域和未利用地开发为耕地和林地是研究区主要的土地转换类型。就土地利用转

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摘要

Abstract

Table of Contents

List of Tables

List of Figures

Chapter 1: Introduction

1.1 Background and Significance

1.2 Statement of the Problem

1.3 Objectives of the Study

1.3.1 Overall Objective

1.3.2 Specific Objectives

1.4 Hypotheses to be Tested

1.5 Organization of the Dissertation

References

Chapter 2: Land Use Change and Its Corresponding Ecological Responses: A Review

2.1 Introduction

2.2 Theoretical Explanation of Land Use Change

2.2.1 Biophysical Factors

2.2.2 Institutional Factors

2.2.3 Technical Factors

2.2.4 Economic Factors

2.3 Model Explanation of Land Use Change

2.3.1 Empirical-Statistical （or Reduced Form） Models

2.3.2 Process-Based （or Structural） Models

2.3.3 Integrated Models

2.4 Ecological Responses of Land Use Change

2.4.1 Effects of Land Use Change on Water

2.4.2 Effects of Land Use Change on Soil

2.4.3 Effects of Land Use Change on Biodiversity

2.5 Discussion

2.6 Conclusions

References

Chapter 3: Remote Sensing of Complex Land Use Change Trajectories

3.1 Introduction

3.2 Materials and Methods

3.2.1 Study Site

3.2.2 Data Collection

3.2.3 Data Analysis

3.3 Results

3.3.1 Temporal Changes in Regional Land Use

3.3.2 Spatial Changes in Regional Land Use

3.3.3 Drivers of Land Transformation

3.4 Discussion

3.5 Conclusions

References

Chapter 4: Explanation Framework of Land Use Change: from Field to Village Level

4.1 Introduction

4.2 Materials and Methods

4.2.1 Study Site

4.2.2 Data Collection

4.2.3 Multilevel Model

4.3 Results

4.3.1 Rice

4.3.2 Corn

4.4 Discussion

4.5 Conclusions

References

Chapter 5: Farm Households' Responses to Land Transfer under Eco-Economic Conflicts

5.1 Introduction

5.2 Data Description

5.3 Results

5.3.1 Distributions in Land Transfer

5.3.2 Modes in Land Transfer

5.3.3 Responses to Land Transfer

5.4 Discussion

5.4.1 Land Tenure

5.4.2 Land Market

5.4.3 Social Security

5.4.4 Management

5.5 Conclusions

References

Chapter 6: Mountain Land Use Scenario in Metropolitan Suburbs

6.1 Introduction

6.2 Materials and Methods

6.2.1 Study Site

6.2.2 Land Uses and Socioeconomic Status

6.2.3 Data Collection

6.2.4 Data Analysis

6.3 Results

6.3.1 Land Use Structure

6.3.2 Land Use Allocation

6.4 Discussion

6.4.1 Land Use

6.4.2 Population

6.4.3 Rural Economy

6.4.4 Urban Economy

6.4.5 Landscape Conditions

6.5 Conclusions

References

Chapter 7: Effects of Land Management Practices on Soil Water Dynamics

7.1 Introduction

7.2 Materials and methods

7.2.1 Study Site

7.2.2 Management Strategies

7.2.3 Data Measure

7.2.4 Data Analysis

7.3 Results

7.3.1 Profile Mean Soil Water

7.3.2 Profile Soil Water

7.4 Discussion

7.5 Conclusions

References

Chapter 8: Effects of Land Management Practices on Soil Organic Matter and Nutrient Dynamics

8.1 Introduction

8.2 Materials and Methods

8.2.1 Site Description

8.2.2 Management Strategies

8.2.3 Soil Sampling

8.2.4 Data Measurement

8.2.5 Statistical Analysis

8.3 Results

8.3.1 Soil Organic Matter

8.3.2 Soil Nutrients

8.4 Discussion

8.5 Conclusions

References

Chapter 9: Effects of Land Management Practices on Labile Soil Organic Carbon Dynamics

9.1 Introduction

9.2 Materials and Methods

9.2.1 Site Description

9.2.2 Management Strategies

9.2.3 Soil Sampling

9.2.4 Fraction Collection

9.2.5 Data Analysis

9.3 Results

9.3.1 Easily Oxidizable Carbon

9.3.2 Dissolved Organic Carbon

9.3.3 Particulate Organic Carbon

9.3.4 Microbial Biomass Carbon

9.4 Discussion

9.5 Conclusions

References

4 Emission'>Chapter 10: Effects of Land Management Practices on Paddy CH₄Emission

10.1 Introduction

10.2 Materials and Methods

10.2.1 Site Description

10.2.2 Management Strategies

4 Sampling and Measurement'>10.2.3 CH₄ Sampling and Measurement

10.2.4 Statistical Treatments

10.3 Results

4 Emission from the Paddy'>10.3.1 Fluxes of CH₄ Emission from the Paddy

4 Emission from the Paddy'>10.3.2 Annual Accumulative Flux of CH₄ Emission from the Paddy

10.4 Discussion

10.4.1 Air Temperature

10.4.2 Temperature at the 5-cm Soil Layer

10.4.3 Illumination in the Paddy

10.4.4 Relative Humidity in the Paddy

10.4.5 Content of Chlorophyll in Paddy Leaves

10.4.6 Depth of Water Layer in the Paddy

4 Concentration in the Crop Canopy'>10.4.7 CH₄ Concentration in the Crop Canopy

10.5 Conclusions

References

Chapter 11: Conclusions and Contributions

11.1 Conclusions

11.2 Contributions

11.3 Future Research

Vita

Acknowledgments

西南山地景观土地利用变化的特征及管理实践对土壤水、养分和有机碳动态的影响

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