水土保持研究

水蚀对黑土微塑料运移和分布影响的初步研究

王琬, 张少良, 刘旭, 王玖琪, 闫鹏科, 李传宝 — 2024年03月20 00:00

[目的]阐明土壤中微塑料(MPs)的运移和分布特征,为土壤MPs污染防控和生态安全评价提供重要依据。[方法]采用人工模拟降雨装置和固定坡度土槽(5°)的方法,研究农田中常见的低密度聚乙烯MP(LDPE-MP)和低密度聚丙烯MP(LDPP-MP)在高容重(1.2 g/cm³)和低容重(1.0 g/cm³)土槽中随地表径流、泥沙和地下径流流失过程,及降雨后土槽内MPs空间分布特征。[结果]不同降雨时段中,径流量随时间增加而增加,降雨后期土壤侵蚀量小于初期,MPs流失浓度随时间的增加逐渐降低。土壤容重越大,地表径流造成的MPs流失量越小; 土壤容重越小,MPs向坡下的迁移量越大。靠近坡下处入渗溶液中MPs流失量和浓度大于坡中位置,且靠近坡下处的MPs垂直迁移程度较大。土壤容重越大流失泥沙中MPs浓度越高,高容重处理在坡中、坡下处的MPs平均流失浓度分别是低容重处理的3.41,1.96倍。同一降雨时段中,高容重处理的降雨入渗量、土壤流失量均与MPs流失浓度呈负相关关系,低容重处理的降雨入渗量与MPs流失浓度呈正相关关系。侵蚀结束后,低容重处理坡上MPs浓度随着土层深度的增加而增加。与初始MPs相比,低容重处理坡中中间土层MPs浓度显著降低,坡下各土层MPs浓度均显著降低,高容重处理坡下中间土层和底层土壤MPs浓度显著降低。[结论]降雨侵蚀过程中MPs主要随地表泥沙迁移,地表径流和入渗同时改变了土壤中MPs的水平和垂直分布。

砒砂岩坡面侵蚀产沙规律及多元回归估算模型研究

2024年03月20 00:00

[目的]揭示砒砂岩坡面侵蚀产沙规律并初步建立侵蚀产沙估测模型,为创新砒砂岩区水土流失综合治理新措施提供参考。[方法]利用室内人工模拟降雨试验,依据18个工况的试验数据,定量研究了不同降雨强度、植被覆盖度和坡度3个因素对砒砂岩坡面降雨侵蚀产沙量的影响规律,并通过多元非线性回归方程建立了坡面侵蚀产沙预测模型。[结果](1)砒砂岩坡面产沙规律曲线均属于平缓型,每分钟产沙量随降雨历时呈现逐渐增大并直至稳定。(2)坡面产沙量受降雨强度的影响最为强烈,植被其次,坡度最小,且降雨强度对植被的减沙效益具有一定的影响,随着降雨强度的增加,低覆盖度的植被减沙效益降低。(3)产沙量同降雨强度呈幂函数关系,而同坡度和植被覆盖度在一定范围内呈线性关系。[结论]通过多元非线性回归方程所建立的侵蚀产沙估算方程的拟合相关系数(R²)可达到0.980,可以有效反映坡面侵蚀产沙量与各个影响因素的相互关系,具有较高的适用性。

大沽河流域水文情势变化研究

2024年03月20 00:00

[目的]探究大沽河流域长时间序列下径流的变化趋势和周期特征,为大沽河流域的水资源管理和可持续发展提供理论参考。[方法]基于大沽河流域南村水文站1956—2020年和闸子水文站1956—2016年的实测径流资料,采用Mann-Kendall检验法、滑动t检验法分析多年径流量变化趋势和突变时间,采用Morlet连续复小波法分析了流域多年径流量的周期特征。[结果]大沽河流域多年径流量整体呈下降趋势,且呈现出汛期(6—9月)流量多、非汛期流量少的特点,流量峰值一般出现在8月。南村站径流于1976年发生突变,闸子站径流于1979年发生突变。大沽河流域径流量在多个时间尺度下均出现明显的周期变化,第一主周期在20 a左右,且在20世纪80年代之前周期震荡显著。[结论]大沽河流域长时间序列径流量呈现出显著下降的变化趋势,流域径流量在20世纪70年代发生突变,且存在不同时间尺度周期变化的特征,未来应加强径流变化机理研究。

长期氮添加对苏北杨树人工林碳储量的影响

安宇超, 顾宇晨, 张茜, 王国兵 — 2024年03月20 00:00

[目的]量化分析氮添加对南方杨树人工林碳储量分配格局的影响,为进一步提升我国杨树人工林在实现“双碳”战略目标中的作用,进而为我国“双碳”战略新时代背景下杨树人工林生产经营模式优化及技术集成提供理论支撑。[方法]基于东台林场杨树人工林长期氮添加样地,采用随机区组设置5个不同浓度氮处理:N₀〔0 g/(m²·a)〕、N₁〔5 g/(m²·a)〕、N₂〔10 g/(m²·a)〕、N₃〔15 g/(m²·a)〕、N₄〔30 g/(m²·a)〕,研究长期氮添加对杨树人工林乔木层、土壤层、凋落物层、林下植被层碳储量的影响。[结果](1)与对照相比,杨树人工林乔木层碳储量在N₃,N₄处理下显著增加,在N₃处理下最为显著,提高了21.6%;(2)各处理均显著提高了0—15 cm土层的土壤碳储量,但对30—45 cm土层的土壤碳储量没有显著影响;(3)N₂,N₃,N₄对凋落物层碳储量影响显著,N₃对其影响最强,提高了49.7%; 各处理均降低了林下植被层碳储量,但差异不显著;(4)相关性分析结果表明:杨树人工林各层碳储量与土壤中TN,MBN,DON,DOC呈正相关,与pH,C/N呈负相关。[结论]在N₃处理下,即15 g/(m²·a)对东台杨树人工林碳储量的影响最大,有利于其生态系统碳储量快速且稳定积累。

喀斯特退耕地不同植被恢复阶段土壤团聚体稳定性特征

2024年03月20 00:00

[目的]探究黔中喀斯特地区黄壤和石灰土发育区耕地退耕对土壤结构和稳定性的影响,为喀斯特区水土流失防治和退耕地恢复植被效益评价提供理论依据。[方法]基于干湿筛法,对耕地(YM)和退耕后不同植被恢复阶段草地(CD)、灌丛(GC)、林地(LD)浅层(0—30 cm)土壤团聚体组成和稳定性差异特征进行了研究。[结果]两种土壤类型发育区土壤机械团聚体含量随粒径减小而降低,水稳性团聚体含量随粒径减小先降低后上升,且土壤机械团聚体均以>1 mm为主,黄壤和石灰土占比分别为82.45%,84.01%; 水稳性团聚体以>2 mm为主,占比分别为53.53%,54.61%。黄壤团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)随土层深度增加而降低,石灰土则相反; 黄壤退耕地的团聚体稳定性相对于石灰土更好; 两种土壤MWD,GMD总体上均为YM最低,土壤结构破坏率(PAD)最高,即YM土壤团聚体稳定性最低,不同退耕植被恢复阶段土壤团聚体稳定性相对于YM皆有所提高。黄壤土壤MWD与有机质含量(SOM)、全氮(TN)显著正相关,GMD与SOM显著正相关,PAD则是与粉粒显著正相关(p<0.05); 石灰土MWD,GMD与砂粒、全钾(TK)显著正相关(p<0.05),和全磷(TP)极显著负相关,PAD与砂粒、TK极显著负相关,与TP极显著正相关(p<0.01),与黏粒显著正相关(p<0.05)。多因素方差分析结果表明:植被类型、土层深度和土壤类型均对土壤团聚体稳定性有显著(p<0.05)影响。[结论]在两种土壤发育区,退耕后不同植被恢复阶段土壤团聚体稳定性指标均高于耕地,可见退耕还林还草有效提高了土壤团聚体稳定性,增强了土壤抵抗侵蚀的能力,研究结果能为喀斯特区水土保持措施布设和退耕地效益评价提供理论依据。

基于Morris和Sobol法的茶园地上部生物量与氮磷流失模拟敏感性分析

2024年03月20 00:00

[目的]揭示土壤、地形和作物参数对DNDC模型模拟的茶园地上部生物量与氮磷流失量的影响程度,识别各模型输出的最敏感参数,为模型的率定提供指导方案。[方法]基于天目湖流域茶园径流小区数据和DNDC模型,应用定性的Morris法和定量的Sobol法对模拟的茶园地上部生物量、氮磷流失量(包括氮磷淋失量和含氮气体排放量)和水分渗漏量进行敏感性分析,评估了各个模型输出结果的敏感参数,并借助蒙特卡洛方法量化模型输出的不确定性。[结果]对地上部生物量产生最主要影响的参数为成熟作物中籽粒占总生物量之比; 对氮淋失量产生最主要影响的参数为土壤黏粒含量; 对磷淋失量产生最主要影响的参数为土壤容重; 对水分渗漏量产生最主要影响的参数为坡度; 对N₂O排放量产生最主要影响的参数为初始土壤有机碳含量; 对NO排放量和对NH₃排放量产生最主要影响的参数为土壤pH。各输出结果中,磷淋失量的不确定性最大,变异系数为43.84%; 水分渗漏量的不确定性最小,变异系数为2.36%。Morris法和Sobol法相比,Morris法优在方便省时,Sobol法优在准确全面,两种方法得到的参数敏感度排序总相关性为0.86,具有一定可替代性。[结论]在率定模型之前,先应用Morris法确定敏感参数的范围,再应用Sobol法精确量化,从而快速准确地筛选出模型敏感参数。在此基础上,固定非敏感参数,先重点校正敏感作物参数,再校正敏感土壤参数。本研究可为DNDC模型参数的本地化提供科学支撑,提高该模型对天目湖流域茶园生态系统的模拟精度和效率。

武夷山西坡退耕还林对土壤溶解性有机质含量和生物降解性的影响

2024年03月20 00:00

[目的]揭示典型人工林土壤溶解性有机质(DOM)含量和生物降解性及其影响因素,为评估武夷山西坡退耕还林工程的生态服务功能提供科学支撑。[方法]选取江西省武夷山西坡杉木林、枫香林、枫香-木荷混交林和弃耕地,调查了0—10 cm和10—30 cm土壤溶解性有机碳(DOC)、溶解性全氮(DTN)和溶解性全磷(DTP)浓度以及DOM芳香化程度,分析了土壤DOM生物降解性及其影响因素。[结果](1)退耕还林对土壤DOM含量的影响趋势取决于造林树种,但退耕还林地土壤DOC:DTP和DTN:DTP均高于弃耕地;(2)在0—10 cm中,枫香林土壤DOM的芳香族碳含量高于弃耕地,在10—30 cm中,杉木林土壤DOM的芳香族碳含量则低于弃耕地;(3)枫香林和混交林0—10 cm土壤DOM生物降解性均低于弃耕地,而杉木林10—30 cm土壤DOM生物降解性则高于弃耕地;(4)土壤DOM生物降解性与DOC:DTN:DTP化学计量比无显著相关,但与芳香族碳含量存在显著负相关关系,即碳质量调控土壤DOM生物降解性。[结论]树种决定着武夷山西坡退耕还林地土壤DOM数量和芳香化程度,而且碳质量是驱动退耕还林后土壤DOM生物降解性变化的主要因素。这些研究结果有助于理解和评估亚热带地区退耕还林工程的土壤碳汇功能。

夏闲期玉米压青对旱地麦田土壤水分周年变化的影响

2024年03月20 00:00

[目的]揭示旱地麦田土壤水分对夏闲期玉米压青的周年适应变化规律,阐明压青模式对小麦产量提高及优化的水分驱动机制,为旱作压青蓄水技术提供理论参考。[方法]通过晋南旱地麦田夏闲期玉米压青还田试验,采用大区对比方法,以夏闲期免耕处理为对照,研究夏闲期玉米压青模式下麦田土壤周年贮水耗水变化规律,分析了其对后茬小麦产量的影响及水分利用效率。[结果]与免耕模式相比,夏闲期玉米压青处理可显著提高0—200 cm土壤周年贮水量,且对100—200 cm较深层土壤的蓄水能力更强; 玉米压青处理0—200 cm土壤周年耗水量及耗水百分比均显著低于免耕处理; 与免耕相比,压青处理可提高夏闲期0—200 cm土层盈水量,减少小麦季0—100 cm浅土层的水分耗散量; 压青处理小麦穗数、穗粒数显著高于免耕,而千粒重差异较小; 压青处理夏闲期0—200 cm土壤对降雨的蓄水效率显著高于免耕; 在夏闲期玉米压青还田生物量显著高于免耕处理条件下,小麦季和周年阶段,压青处理生物产量及籽粒产量的降水、水分利用效率均显著高于免耕处理。[结论]在旱地麦田丰水年份,夏闲期玉米压青可显著提高旱地麦田土壤贮水,降低作物周年耗水量,优化小麦产量三要素,蓄水增产。

人工修复边坡植被演替初期有机碳组分及土壤生态化学计量特征

2024年03月20 00:00

[目的]研究人工修复边坡演替初期土壤有机碳组分、碳氮磷含量及其化学计量比,揭示气候因子对人工修复边坡演替初期土壤有机碳组分、碳氮磷含量及其化学计量比的影响,以期为后期人工修复边坡的养护提供指导和建议,确保人工修复边坡的正向演替。[方法]在湛江、梧州、宜昌、南阳、焦作、潍坊、加查采集了初期基材配制相同、植物配制相近,修复年限为2～4年的植被混凝土人工修复边坡土样,通过实验获得土样有机碳组分、碳、氮、磷的数据,采用冗余分析,开展气候因子对人工修复边坡演替初期土壤有机碳组分、碳氮磷含量及其化学计量比的影响研究。[结果]人工修复边坡演替初期F₁含量的变化范围为1.10～3.64 g/kg; F₂含量的变化范围为1.33～3.04 g/kg; F₃含量的变化范围为2.02～3.34 g/kg; F₄含量的变化范围为10.86～15.24 g/kg; TOC含量变化范围为15.52～24.71 g/kg; TN含量变化范围为0.61～0.93 g/kg; TP含量的变化范围为0.81～1.22 g/kg; C:N变化范围为23.55～27.95; C:P变化范围为17.26～23.09; N:P的变化范围为0.72～0.98; C:N:P的变化范围为17.26:0.75:1～24.81:0.95:1。[结论]演替初期人工修复边坡碳磷表现为中等及以上,氮表现为缺乏; 有机碳组分以惰性有机碳为主且有机碳稳定性较强。有机碳组分的主要影响因子为年平均温度、物种丰富度和年平均降水; 土壤碳氮磷含量及其化学计量比主要影响因子为年平均温度、物种丰富度、pH和容重。

南方典型红壤区不同枯死率芒萁的水土流失阻控效应

2024年03月20 00:00

[目的]探究芒萁植丛不同枯死率(100%,50%和0%)下坡面的产流产沙规律,揭示不同生长状态下芒萁的水土流失阻控效果。[方法]采用人工模拟降雨试验,对不同芒萁枯死率下坡面产流产沙过程随雨强的变化特性进行了定量分析。[结果](1)不同降雨强度和芒萁枯死率下径流速率随降雨历时呈前期缓慢或快速增长,后期趋于稳定。较小雨强下,侵蚀速率除裸坡外随降雨历时呈前期缓慢增加、后期趋于稳定状态; 较大雨强下,侵蚀速率随降雨历时变化呈前期快速增加,中后期逐渐下降趋于稳定。(2)除2 mm/min雨强下的累积产流量外,其余处理条件下累积产流产沙量差异明显,且产沙量随芒萁枯死率的增加而增加。(3)两种雨强不同处理下坡面累积产流量和累积产沙量关系符合幂函数模型(R²>0.99)。[结论]两种雨强芒萁植丛不同枯死率下径流速率和侵蚀速率随降雨历时变化前期迅速增加、后期逐渐波动稳定,各处理下累积径流量与累积产沙量的函数关系拟合回归效果良好,证实了枯死芒萁亦可在中国南方红壤侵蚀区起到良好的水土流失阻控效果。

模拟干旱下杨树树干液流特征及其对环境因子的响应

张星宇, 杨金艳, 阮宏华, 张瑞婷 — 2024年03月20 00:00

[目的]研究干旱对杨树人工林树干液流的影响,可以深入理解杨树人工林对全球降水格局改变的响应。[方法]于2018年9月—2020年11月以东台林场10年生杨树(Populus deltoides)人工林为对象,采用穿透雨移除法模拟干旱处理:CK(对照)、D₁(30%穿透雨移除)、D₂(50%穿透雨移除),利用热扩散探针技术连续测定杨树人工林的液流变化,结合同步监测的环境因子,揭示杨树人工林对环境因子的响应规律。[结果](1)3个处理下杨树人工林树干液流年变化曲线呈现单峰型,与饱和蒸汽压差、光合有效辐射的年际变化曲线相似。树干液流速率在夏季达到峰值,接着随着时间推移逐渐下降,到达林木休眠期时液流密度趋近于0;(2)模拟干旱下,随着截流程度增大,树干液流随之降低。D₁和D₂生长季液流密度平均值比对照组显著下降了24%～39%(p<0.05);(3)混合效应模型表明饱和蒸汽压差和土壤温度与液流变化极显著相关(p<0.01),大气温度,降雨量和土壤温度与液流变化显著相关(p<0.05)。[结论]移除30%的穿透雨提高了各环境因子对液流变化的解释程度,即干旱条件下会提高树干液流对环境变化的敏感性,其中土壤含水量对液流变化的解释率最高。未来仍需继续探讨树木自身性状对环境的响应。

荒漠草原人工柠条引入后土壤大孔隙拓扑结构演变特征

2024年03月20 00:00

[目的]认识人工柠条种植对土壤生态过程的影响,从而为人工植被的管理提供科学依据。[方法]以宁夏盐池县典型荒漠草原区风沙土生境的草地(0 a)及9,14,24,35 a生人工柠条林为对象,分别进行原状土柱采集、CT扫描及图像处理分析,获取土壤大孔隙几何分布特征,量化大孔隙表面积、等效直径和连接度等拓扑结构参数,研究了柠条生长过程中土壤大孔隙演变特征。[结果]通过三维图像可以看出,和0 a样地相比,随着林龄增加,各样地在0—200 mm土层大孔隙数量明显增多且结构更加复杂。定量分析表明,和0 a样地相比,不同林龄柠条林地在同一土层,大孔隙数量密度、长度密度、等效直径、连接度之间差异显著(p<0.05),而表面积密度、体积密度无显著差异(p>0.05)。具体表现为在0—100 mm和100—200 mm土层大孔隙数量密度、长度密度均显著增加(p<0.05),且随着林龄增加,表层土壤(0—100 mm)增幅要大于深层土壤(100—200 mm); 等效直径在0—100 mm土层显著减小,在100—200 mm土层显著增加(p<0.05),而连接度变化规律恰好相反。进一步分析发现,林龄与大孔隙数量密度、长度密度、表面积密度呈显著正相关(p<0.05),与大孔隙等效直径呈显著负相关(p<0.01),与大孔隙体积密度差异不显著(p>0.05)。[结论]人工柠条林的引入会促进土壤大孔隙致密网络状结构形成,改善大孔隙表面积、连接度等拓扑结构,且随着林龄增加,对土壤改良效果越明显。

黄淮海平原不同土地利用方式下土壤呼吸空间变异预测

2024年03月20 00:00

[目的]探究土壤呼吸的空间变异特征及协同克里金法预测土壤呼吸准确性,从而为精准预测陆地不同生态系统土壤碳收支研究提供数据参考。[方法]选取黄淮海平原北部典型耕地、草地和林地作为研究样区,基于表征土壤理化性质的辅助指标用协同克里金法对土壤呼吸进行了预测,以评估其与普通克里金法预测的精准度。[结果]土壤呼吸在不同土地利用方式的研究样区均呈现中等程度变异,变异系数分别为33%(耕地),24%(草地)和31%(林地)。土壤呼吸空间相关距离由大到小依次是林地(15.12 m)、耕地(3.83 m)和草地(2.47 m)。基于相关分析和协同克里金法模拟确定土壤呼吸空间变异最优辅助指标,在耕地为碳磷比(C/P)、氮磷比(N/P)和土壤pH值; 草地和林地除共有辅助指标土壤水分(SM)和土壤温度(ST5)外,土壤pH值和气温(TEMP)依次为其二者特有的辅助指标。土壤呼吸空间变异预测表明协同克里金均比普通克里金法插值精度高,其在草地提升最为明显,平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)、均方根误差(RMSE)和平均标准误差(MSE)分别提高10.14%,9.82%,9.10%,10.87%,在林地中各误差精度提高介于4.78%(MAE)～12.09%(MRE),在耕地中预测精度提升最小,协同克里金法比普通克里金法预测精度仅平均提高3.27%。[结论]土壤呼吸的影响因子作为辅助变量的协同克里金法可以更准确地预测林地、耕地和草地土壤呼吸的空间变异特征。

蒙古高原土壤水分时空演变格局演变特征分析

2024年03月20 00:00

[目的]解析蒙古高原土壤水分的时空分异及变化规律并量化关键驱动因素的影响,为区域生态恢复及生态系统可持续发展提供理论依据。[方法]基于ERA5土壤水分数据揭示了2000—2020年蒙古高原0—289 cm土壤水分空间分异特征及变化规律,并量化了气象、归一化植被指数(NDVI)、陆地水储量异常(TWSA)、土壤质地、地形等不同环境因子的影响。[结果](1)2000—2020年蒙古高原土壤水分整体呈东北高、西南低的分布特征。土壤水分由浅至深呈先增加再减少的趋势,且仅深层土壤水分(100—289 cm)变化趋势显著。(2)大部分区域未来变化趋势呈持续稳定状态,从土壤表层到第4层分别有58.5%,76.7%,91.3%,98.8%的区域土壤水分变化趋势与过去相同; 蒙古高原西北部及内蒙古中部地区土壤水分干化情况可能会进一步加重。(3)温度、TWSA、降水和NDVI是影响土壤水分空间分布的主导环境因子。大部分因子交互呈现出双因子增强作用,蒙古高原土壤水分空间分异是多因子共同作用的结果。(4)表层和次表层土壤水分的变化主要受降水的正向影响,主控区域分别占98.7%,94.8%; 降水和TWSA对28—100 cm土壤水分的主控区域分别集中在森林和草原覆盖区,主导区域面积占比分别为38.7%,38.8%; TWSA降低是导致深层土壤水分干化的主要驱动力且其主控区域面积占比达58.6%; 植被耗水的增加以及温度的升高分别主控16.2%,14.8%区域100—289 cm土壤水分变化。[结论]土壤水分的时空分异及变化规律明显,各深度的土壤水分的主要驱动力各有不同,对蒙古高原生态恢复及生态系统可持续发展意义重大,未来应深入分析人类活动对其的影响。

黄土高原典型流域水蚀因子多重分形特征

2024年03月20 00:00

[目的]探索高程、坡度、土地利用、植被覆盖度等水蚀因子的空间内部多重分形特征,进而深刻认识黄土高原水蚀机理。[方法]分别以黄土高原沟壑区和黄土丘陵沟壑区的两个典型流域(长武县王东沟流域与淳化县泥河沟流域,米脂县泉家沟流域与安塞县纸坊沟流域)为例,利用多重分形方法计算分析了水蚀因子的多重分形谱及其主要参数,探讨了水蚀因子多重分形特征。[结果]地貌相对起伏最大和土地利用空间不均匀程度最高的是王东沟流域,其坡度与土地利用的奇异指数Δα值分别是0.817,0.310,而植被覆盖区域差异最大的是泉家沟流域,其植被覆盖的Δα=1.309; 黄土丘陵沟壑区高程的Δf(α)<0,黄土高原沟壑区坡度的Δα与Δf(α)皆大于丘陵沟壑区,即丘陵沟壑区的相对起伏更大,地貌表面更尖锐,土地利用破碎化更严重,植被覆盖区域间复杂程度高。[结论]王东沟流域的地貌相对起伏程度和土地利用破碎化更大,泉家沟流域的植被覆盖复杂程度最高,与实际情况相符,即在区域开展水蚀因子量化进行多重分形特征分析是可行的。

基于希尔伯特-黄变换与小波分析的降雨序列多时间尺度研究

2024年03月20 00:00

[目的]对比分析不同方法在多尺度周期计算性能方面的差异,为区域水文周期分析方法的选择提供更多参考。[方法]利用2组已知周期和趋势特征的人工序列,对基于多元经验模态分解(Multivariate Empirical Mode Decomposition,MEMD)改进的希尔伯特—黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)与小波分析在多尺度周期计算性能差异上进行了测试、对比与分析; 并在此基础上,使用改进的HHT(后称HHT)进一步分析了毛乌素沙地11个站点39年降雨序列的多时间尺度特征。[结果]对于人工序列,小波分析(对称延拓)结果偏大,与预设周期存在显著差异(Sig.=0.003<0.05); 而HHT和小波分析(周期延拓)的周期结果与预设周期没有显著差异,且HHT精度(Sig.=0.142>0.05)要略高于周期延拓小波(Sig.=0.109>0.05)。对于实测降雨序列,HHT显示毛乌素沙地的降雨主周期存在明显区域差异:腹地站点降雨主周期为5.5 a,而边缘站点为2.7～3.3 a; 分解后的残差分量表明了沙地降雨在时间上呈上升趋势,而空间上呈现由东到西逐渐减少的分布状态。[结论]HHT因其自适应性,无需考虑众多参数的选取,在保持精度的同时可以提取更多水文信息,在区域降雨序列多尺度分析上更具优势,因此具有重要的实际应用价值。

西南小流域洪峰流量估算

2024年03月20 00:00

[目的]准确预测小流域的洪峰流量,为小流域水文应用和水保措施设计提供支撑。[方法]利用重庆万州刘家沟小流域2013—2021年共215次降雨事件数据,采用皮尔逊相关分析的方法,分析了重庆小流域次暴雨洪峰流量与降雨参数和径流参数的相关关系,进而采用线性回归和非线性回归方法,根据降雨径流资料估算了洪峰流量。[结果]研究建立了适用于西南小流域的洪峰流量公式,使用172场降雨事件数据进行参数率定,其模型有效系数为0.85; 使用43场降雨事件对模型进行验证,相应的模型有效系数为0.82,结果表明新公式在研究区是可以接受的。[结论]研究建立的洪峰流量公式,能够较好地预测研究流域的洪峰流量,新建公式将为重庆乃至中国西南小流域进行水土保持措施的决策、水土保持工程设施设计和土壤侵蚀评价等提供一定技术基础。

TVDI与土壤湿度关系的多时间尺度分析与旱情监测

梁守真, 王猛, 韩冬锐, 王菲, 王国良, 隋学艳 — 2024年03月20 00:00

[目的]揭示不同时间尺度的TVDI与土壤湿度的关联关系,确定反映土壤湿度的最佳时间尺度,以更为准确地获取土壤湿度信息,精准监测旱情。[方法]以3种不同时间尺度(8 d,16 d和月)的遥感地表温度、反射率数据以及山东省31个地面观测站土壤湿度数据为基础,分析不同时间尺度下植被指数-温度空间特征,建立不同时段不同时间尺度温度植被干旱指数(TVDI)的热边和冷边函数,研究TVDI与土壤湿度之间的关联性随时间尺度的变化规律,确定了区域土壤墒情监测的时间尺度,反演了区域土壤湿度,监测旱情。[结果]植被指数-温度二维空间形状呈三角形,但随时间发生改变; 二维空间中植被指数与最大、最小温度之间有明显的线性关系,湿边并非理想的与坐标轴平行的直线; TVDI与土壤湿度线性相关,但两者之间的紧密程度随时间尺度而变,8 d尺度的TVDI与土壤湿度有更高的相关系数; 山东省冬小麦旱情与降水高度一致。[结论]短时间尺度的TVDI更适于区域的旱情监测,尽管人工灌溉有效降低了对降水的需求,但降水的多寡仍是影响区域小麦旱情的主要因素。

基于CMIP6多模式的黄土高原气温变化模拟评估及情景预估

豆明玉, 段克勤, 石培宏, 孟雅丽, 陈荣, 侯晓静 — 2024年03月20 00:00

[目的]明晰黄土高原未来气温增加趋势和幅度,以期为黄土高原未来气温变化决策事件和防洪减灾等提供参考。[方法]基于第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中的22个地球-气候系统模式的模拟结果,通过观测数据系统评估了各模式历史时期(1961—2014年)模拟能力后,选用较好的10个模式的集合平均,对不同共享社会经济路径(SSPs)下黄土高原2015—2100年气温的时空变化特征进行了分析。[结果]在SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下,2015—2100年黄土高原增温速率分别达到了0.09℃/10 a,0.28℃/10 a,0.48℃/10 a,0.66℃/10 a,且相对于1995—2014年,2081—2100年增温分别达1.53℃,2.69℃,3.83℃,5.25℃。除SSP1-2.6情景外,其余情景增温已远远超过《巴黎协定》全球2℃升温的目标,而且在SSP5-8.5情景下,2041—2060年增温已达2.44℃。SSP5-8.5情景下,2081—2100年黄土高原春、夏、秋和冬季气温相对于1995—2014年增温幅度变化范围为3.83～4.75℃,4.75～5.67℃,4.98～5.67℃,4.29～5.67℃。[结论]未来黄土高原将面临强大的增温压力,排放情景越高增温越显著,未来应加强对黄土高原气温的观测研究。

云南省1961-2020年降水结构时空变化特征

2024年03月20 00:00

[目的]揭示近60 a云南省降水结构的变化,加强对云南省降水的监测和预警,为云南省水旱灾害风险评估提供科学参考依据。[方法]基于云南省32个气象站点逐日降水观测数据,引入降水发生率和降水贡献率两个指标,利用创新趋势分析法(ITA)、Mann-Kendall检验法和反距离权重法(IDW),探讨了在不同降水历时和降水等级下,降水结构时空变化的特征。[结果](1)降水发生率随降水历时增加呈减少趋势,降水贡献率呈先增加后减少趋势,云南省以短历时降水为主。空间上,短历时降水发生率和贡献率整体呈现自东北向西南递减趋势,长历时与之相反。(2)随降水等级的提升,降水发生率呈增加趋势,降水贡献率呈先增加后减少趋势,云南省降水以小雨为主。空间上,小雨发生率呈自北向南递减趋势,中雨、大雨和暴雨发生率趋势与之相反。小雨和中雨贡献率呈自西北向东南递减趋势,大雨和暴雨与之相反。滇中、滇南和滇西南地区大雨和暴雨发生率和贡献率均较高,可能造成洪涝灾害的风险较大。(3)不同降水历时下,大多数站点短历时降水发生率和贡献率呈增加趋势,上升幅度大于5%,长历时呈5%以上下降趋势。不同降水等级下,大多数站点的小雨发生率、贡献率呈10%以内下降趋势,大雨和暴雨发生率、贡献率呈5%以上的上升趋势。[结论]云南省短历时大雨和暴雨发生概率有所上升,地区发生洪涝灾害和土壤侵蚀的几率增大,未来应持续对其降水结构进行监测研究。

1961-2020年中国降水等级的变化特征

2024年03月20 00:00

[目的]探究全国各等级降水的时空分布特征及季节变化规律,增强对我国不同等级降水发生规律的认知,进而为提升全国防灾减灾能力提供科技支撑。[方法]基于1961—2020年全国681个气象站点的逐日地面降水资料,分析了全国不同等级降水(小雨、中雨、大雨和暴雨)日数、强度的时空分布特征和季节变化规律。[结果](1)1961—2020年全国小雨日数呈减少趋势,中雨以上等级日数呈增长趋势,除暴雨强度变化幅度较大外,小雨、中雨和大雨强度均无明显变化。秋季小雨日数减幅最大,大雨、暴雨日数在夏季增加最快、秋季最缓,暴雨强度在各季节波动幅度均较大。(2)不同等级降水空间分布有一定差异性,小雨日数高值区主要分布在西南诸河流域,中雨以上等级降水日数以及各等级降水强度均从东南向西北逐渐减小,内陆河流域降水日数、强度均为最小。(3)春、秋、冬三季降水主要集中在东南诸河流域和珠江流域,小雨占主导地位,夏季降水主要集中在西南诸河流域、东南诸河流域和珠江流域。(4)小雨日数的减少在春季和冬季较为明显,东南诸河流域和珠江流域对小雨日数减少起到了很大贡献,中雨以上等级降水日数在各季节大致以上升趋势为主,大雨强度在春季增强、秋季减弱,各流域暴雨强度在春季呈增强趋势。[结论]全国各等级降水在时空分布以及季节尺度上有明显差异,九大流域对全国不同等级降水的贡献作用不尽相同,未来应加强各流域主要环流系统及水循环等对不同等级降水影响的研究。

未来气候情景下青藏高原草地净初级生产力时空演变特征

徐士博, 张美玲, 宿茂鑫 — 2024年03月20 00:00

[目的]揭示SSP126和SSP585两种气候情景下,不同气候因素(气温和降水)对青藏高原草地净初级生产力的影响,阐明青藏高原地区影响草地净初级生产力时空分布特征的主控气候因素,为未来青藏高原地区植被生态系统的综合治理提供理论依据。[方法]基于青藏高原48个气象站点基准期(1971—2020年)的日值气象数据、土壤类型数据以及模型所需要的站点管理数据,利用DAILY CENTURY(DAYCENT)模型,结合文献中对应站点的NPP实测值和MOD17A3遥感数据,对模型参数进行了校准,利用均方根误差、可决系数、效率系数等统计指标对模型模拟结果进行了评价。其次单向嵌套BCC-CSM1.1气候模式,对未来气候SSP126和SSP585情景下的青藏高原草地净初级生产力进行预测,并对预测结果进行了时空统计分析。[结果](1)在SSP126和SSP585情景下青藏高原草地NPP均呈现出由东南向西北递减的分布特征,且NPP值较高的区域主要位于青藏高原的东南部,NPP值较低的区域则位于青藏高原以西的区域;(2)在SSP126情景下,青藏高原草地净初级生产力总体呈现出下降趋势,波动范围最大的是长远期(2081—2100年),减小幅度为12.1%,; 在SSP585情景下,NPP总体呈现出平稳的上升趋势,其中近期(2021—2040年)的增长速率最高为12%;(3)与基准期(1971—2021年)相比,在SSP126和SSP585情景下,青藏高原85%以上的草地NPP呈现下降趋势,其中SSP126和SSP585与基准期(1971—2020)相比NPP值分别相对减少28%,23%。[结论]两种不同气候情景下,温度与NPP的相关性均高于降水。低温少雨是造成青藏高原西北地区草地NPP减少的主要原因。

1982-2015年黄河中游NDVI时空变化及驱动力分析

2024年03月20 00:00

[目的]探究黄河中游NDVI时空变化,阐明自然和人为因素对NDVI变化的影响和驱动力,并为黄河中游生态保护与发展提供科学依据。[方法]基于AVHRR GIMMS NDVI数据集,采用线性回归分析、Mann-Kendall检验、地理探测器模型,分析了1982—2015年黄河中游植被NDVI的时空演变特征,并对影响植被NDVI的自然和人为因子进行了驱动力分析。[结果]1982—2015年黄河中游NDVI呈上升趋势,空间上呈东南高西北低分布.植被覆盖改善面积高达70.79%,显著改善面积为49.2%。年降水量是黄河中游NDVI变化的主要驱动因子,植被类型、地貌类型、土地利用类型和土壤类型等因子也能很好地解释黄河中游植被覆盖状况。自然因子对植被变化的影响远高于人为因子,因子交互结果为双因子增强或非线性增强。[结论]黄河中游植被NDVI主要受年降水量影响,34年间在自然和人为因素交互作用下植被显著改善,未来应更加注重人类活动对植被覆盖的影响。

四川凉山州孙水河流域耕地撂荒时空格局分析

2024年03月20 00:00

[目的]提取长期、精确的撂荒地空间分布信息,摸清流域耕地撂荒分布规律,进而为大凉山区域土地资源管理、乡村振兴战略规划等提供数据支撑。[方法]以凉山州孙水河流域为研究区域,应用CART决策树分类方法提取了研究区2009—2016年的撂荒地分布数据,分析了近10年来孙水河流域撂荒地时空格局、演变动态与影响因素。[结果](1)2009—2016年流域耕地撂荒情况呈现两个阶段:2009—2011年缓慢降低,2012—2016年快速增加。撂荒地多分布在中高山区域,并向河谷平原地区逐渐聚拢。多年平均撂荒面积为5 357.88 hm²,2016年达到最大撂荒率(24.50%),年均撂荒面积:中游(2 260.50 hm²)>上游(1 716 hm²)>下游(1 381.37 hm²),年均撂荒率:上游(19.17%)>中游(15.46%)>下游(8.50%)。(2)撂荒地标准差椭圆分布呈现两个发展阶段,2009—2012年表现为“东南—西北”的方向分布,2013年后重心回移,撂荒更为聚集。(3)撂荒地多分布在海拔>2 800 m,坡度15°～25°,距水系500 m内的地形单元。[结论]地形条件、生产水平、政治因素等均会导致区域撂荒时空格局变化,未来应加强辨析人类活动及自然条件对撂荒地影响机制的深入研究。

北洛河上游流域植被覆盖度时空变化及其地形分异特征

2024年03月20 00:00

[目的]揭示退耕还林还草工程实施前后黄土丘陵沟壑区流域植被恢复过程,阐明流域植被恢复的地形分异效应,进而为黄土丘陵沟壑区制定适宜的流域生态建设和保护对策提供科技支撑。[方法]基于北洛河上游流域1990—2019年4期Landsat影像及数字高程模型数据,利用像元二分模型结合GIS技术,开展了退耕还林还草工程实施前后该流域植被覆盖度变化地形分异特征研究。[结果](1)流域植被覆盖度在空间上呈现东南高、西北低的分异特征。1990—2019年流域年均植被覆盖度呈持续上升趋势,在退耕还林还草工程实施以后高等级植被覆盖度面积占比大幅提升,1990年、2000年、2010年、2019年高等级植被覆盖度面积占比分别为0.97%,6.96%,42.17%,64.18%。(2)在工程实施的各个时期,流域植被覆盖总体持续改善,但西北局部地区植被退化。研究期间,流域植被覆盖度结构改善明显,中高及高植被覆盖度面积以转入为主,中低及低植被覆盖度面积以转出为主。(3)流域植被覆盖度在地形上存在明显分异特征,植被覆盖度随高程的增加呈减小趋势,植被覆盖度与坡度呈正相关,坡度越陡,植被覆盖度越大,植被覆盖度随坡向遵循阴坡>半阴坡>平地>半阳坡>阳坡的分布规律。[结论]实施退耕还林还草工程对增加北洛河上游流域植被覆盖度起到了关键作用,但部分区域植被退化严重,未来该流域应重点关注城市空间扩展以及气候变化对植被建设的影响,以应对环境演变下植被生态系统可持续发展面临的挑战。

宁夏草地绿度时空变化图谱及驱动因素分析

杨航, 马彩虹, 滑雨琪, 李聪慧, 刘园园 — 2024年03月20 00:00

[目的]揭示宁夏草地绿度的时空变化规律,探明其驱动因素,为有效管理北方农牧交错生态脆弱区草地碳库和推动宁夏草地长效生态增汇提供决策参考。[方法]基于NDVI、气象及土地利用数据,采用地学信息图谱、Sen+Mann-Kendall趋势分析、变异系数、Hurst指数、偏相关分析及残差分析等方法,分析了宁夏草地绿度时空分布及变化特征,探究了气候变化和人类活动对草地绿度的影响。[结果]2000—2020年,宁夏草地绿度以速率为0.007/a波动上升,草甸草地绿度最高且增速最快为0.011/a,荒漠草地绿度最低且增速最慢为0.004/a; 草地绿度月均变化呈倒“U”型,不同类型草地绿度最大值相差较大,最小值相近。草地绿度空间分异明显,呈“南高北低”的格局,3—8月绿度提升由南向北推进,9月至次年2月渐次降低由北向南推移。97.76%草地绿度呈增加趋势,极其显著增加比重最大为48.78%,荒漠草地和典型草地绿度变化为高波动且绿化趋势不持续,草甸草地绿度变化为中低波动且绿化趋势可持续。宁夏草地绿度与气温正负相关并存,与降水呈正相关,67.10%区域以降水驱动为主; 残差分析显示人类活动对宁夏草地绿度以正效应为主,退耕还草等生态工程促进草地绿度提升,建设用地扩张导致草地绿度降低。[结论]2000年以来,宁夏草地绿度有了明显提升,且在宁夏南部地区增加成效尤为显著。荒漠草地和典型草地绿度波动较大,需要在后期管理中减少人类活动对其的扰动。

基于土地利用和地形的生态系统服务空间分布及权衡-协同-独立关系——以安塞区为例

2024年03月20 00:00

[目的]生态系统退化问题日益突出,开展生态系统服务空间分布及其相关关系研究对区域生态文明建设具有重要意义。[方法]基于InVEST和CASA模型,在10 m空间分辨率下定量评估安塞区2020年土壤保持、固碳释氧、水源涵养和生境质量及其随地形和土地利用变化趋势,分析生态系统服务间权衡—协同—独立关系。[结果](1)林地和草地生态系统服务较强,未利用地和建设用地较弱; 耕地、林地和草地生态系统服务间协同作用明显,而未利用地表现为权衡作用,水域表现为独立作用。(2)土壤保持量最高值在中低海拔、急悬坡和半阴坡,固碳释氧量最高值在中低海拔、陡峭坡和阴坡,涵养水源量最高值在低海拔和阳坡,生境质量最高值在高海拔、急悬坡和阳坡。(3)地形和土地利用视角下,生态系统服务整体表现为协同度>独立度>权衡度,协同作用常发生在土壤保持、固碳释氧和水源涵养之间,生境质量与其他生态系统服务权衡作用明显。(4)协同作用随着海拔升高和坡向向阳程度加强而提升,随着坡度增加呈先升高后降低变化趋势,权衡则与之相反。[结论]土地利用和地形对生态系统服务影响较大,应因地制宜开展土地规划和生态管理,基本证明了退耕还林还草生态恢复措施与其地形气候的适应性和决策的正确性。

黄土高原陆地生态系统碳储量的时间演进与空间分异特征

吕文宝, 徐占军, 郭琦, 王俊俊, 李哲 — 2024年03月20 00:00

[目的]揭示土地利用变化导致黄土高原陆地生态系统碳储量的时间变化及空间分异,为维护区域生态安全和土地管理提供理论指导。[方法]运用GIS、统计模型和地理探测器等方法,探究了1985—2019年黄土高原因LUCC引起的陆地生态系统碳储量的变化及空间分异的影响因素。[结果](1)1985—2019年黄土高原耕地减少277.14万hm²,林地、草地和建设用地分别增加167.97万hm²,119.35万hm²,128.47万hm²,其他土地减少143.75万hm²。(2)1985—2019年黄土高原陆地生态系统碳储量共增加5 225.51万t,2002年后,随着还林还草等生态工程的进一步推进,碳储量增幅明显,尤其是植被碳储量。(3)1985—2002年黄土高原陆地生态系统碳储量变化热点区域主要集中在陕西、山西、宁夏和内蒙古的部分地市; 冷点区域主要集中在河南、山西、甘肃的部分地市; 2002—2019年热点区域主要集中在陕西、甘肃、内蒙古和山西的部分地市; 冷点区域主要集中在陕西、河南、山西、内蒙古和宁夏的部分地市。(4)黄土高原陆地生态系统碳储量空间格局受自然和人类活动的综合影响,年NDVI、实际蒸发量、人类活动强度、年降水量、坡度和高程是主要影响因子,且自然因子和人为因子组合交互作用高于单类型因子之间的组合。[结论]以退耕还林还草为主的生态工程所引起的林、草地面积增加使得黄土高原陆地生态系统碳储量不断增加。在保证粮食安全的前提下,科学制定差异化的生态治理方案,强化推进研究区生态工程建设,限制建设用地扩张,有利于提高区域碳储量。

山江海耦合关键带生态系统服务价值时空变化及其权衡研究

2024年03月20 00:00

[目的]量化和分析山江海耦合关键带生态系统服务价值及时空变化,有助于深入了解其生态系统服务现状,进而阐明山江海耦合关键带生态服务之间的权衡/协同关系,对提高生态系统服务之间相互作用的认识,促进区域全面可持续发展和生态环境保护与修复具有重要意义。[方法]基于1990—2020年7期土地利用数据及结合修订后的当量因子表,运用网格法、地理加权回归等方法分析了山江海耦合关键带1990—2020年ESV时空变化和各项生态系统服务相互关系及其空间分异特征。[结果]1990—2020年山江海耦合关键带总ESV从788.55亿元增加至792.30亿元,增幅为0.48%,林地、耕地、水域地类ESV较高,为区内总ESV主要贡献因子,建设用地ESV较低,ESV在空间上呈现从西北向东南降低的趋势; 1990—2020年各项生态系统服务相互关系以协同关系为主,约占85.45%,其中权衡高值区主要分布在山江海耦合关键带中部及南部地区,低值区主要分布在百色市喀斯特山区; 协同低值区主要分布在人口密集、人类活动频繁、经济较为发达的市县级城区及沿海地区。[结论]1990—2020年山江海耦合关键带生态系统服务整体协调且保持动态平衡,食物生产活动会影响其他生态服务的能力,未来地方应严格把控生产活动开发边界,注重对生产地区的环境保护与修复。

陕西省城镇化与生态环境质量时空交互关系研究

2024年03月20 00:00

[目的]推进具有中国特色的城镇化,生态安全是必不可少的环节。同时城镇化是影响区域生态安全格局的重要因素,厘清城镇化与生态环境质量之间的关系,为陕西省城镇化开发和促进区域生态保护与高质量发展提供决策参考。[方法]以陕西省为研究对象,基于栅格尺度构建城镇化与生态环境质量评价体系,在分析2000—2020年每隔五年陕西省城镇化与生态环境质量时空格局演变的基础上,采用耦合协调度模型和双变量空间自相关模型剖析了二者耦合关系及时空变化特征。[结果](1)2000—2020年间,陕西省城镇化水平总体呈现稳步上升趋势,综合城镇化率提高了111.45%。整体RSEI均值呈稳步上升趋势,生态环境呈现出好转的态势,但地区间的差异依旧显著,整体呈现“北低南高”的分布格局。(2)陕西省城镇化与生态环境质量耦合协调度呈波动上升趋势,陕西省内部各县域的生态环境与城镇化耦合协调发展长期存在明显差距,但随着时间推移,发展协调的地区逐渐增多。空间格局上以关中地区为核心总体呈现“中部高两边低”的分布特征。(3)陕西省城镇化与生态环境质量的耦合协调存在一定短板,相比之下陕北地区城镇化与生态环境质量耦合协调呈现相对滞后的情况。[结论]2000—2020年陕西省城镇化与生态环境质量的耦合协调关系存在明显差距但整体呈变好趋势,建议在城镇化的道路上,陕西省能够强化绿色生态发展能力、补齐生态短板、因地制宜,优化区域发展空间布局,加快形成区域良性互动格局,制定出更加科学合理的乡村振兴政策。

武陵山区国土空间开发对生态安全影响的时空异质性研究

陈勤昌, 王兆峰 — 2024年03月20 00:00

[目的]揭示国土开发强度变化对生态安全时空格局演变的非线性影响,为推进武陵山区高质量发展和筑牢长江上游生态安全屏障提供科学依据。[方法]以国家重点生态功能区武陵山区为考察对象,构建国土开发强度和生态安全综合评估体系,采用空间杜宾模型解析了国土开发强度对生态安全的空间溢出效应,并利用门槛模型厘清多重约束条件下的非线性影响。[结果](1)武陵山区国土开发强度从2000年的0.195升至2020年的0.273,生态安全指数从2000年的0.282增至2020年的0.438,两者均呈波动上升发展态势。(2)国土开发强度与生态安全存在正向空间溢出效应,国土开发强度对本县区生态安全指数增长的溢出效应明显强于邻近县区溢出效应,整体驱动着武陵山区生态安全水平正向演化。(3)武陵山区国土开发强度提升对生态安全存在门槛效应,呈现“增强—减弱”的倒“U”型曲线关系,当门槛值介于[0.158,0.309],则国土空间开发对筑牢生态安全屏障具有显著的强化作用。[结论]研究期间武陵山区国土开发强度及其阈值逐渐增大,对生态安全的影响程度存在明显的时空异质性,因地制宜设置国土开发强度区间成为优化国土空间开发保护新格局的关键。

基于FLUS模型多情景土地利用变化对陆地生态系统碳储量影响——以江西萍乡为例

2024年03月20 00:00

[目的]揭示萍乡碳储量时空分布特征,阐明土地地类变化与碳储量之间的关系,为探明区域生态系统碳储量状况提供数据支撑。[方法]利用FLUS(future land use simulation)模型与InVEST(integrated valuation of ecosystem services and trade-offs)模型,预测了2030年萍乡市3种不同情景下(自然发展、耕地保护和生态优先)碳储量值。[结果](1)2010—2020年萍乡市碳储量整体呈下降趋势,共减少1.47×10⁶t;(2)耕地、建设用地、草地、水体和建设用地面积增加和林地与灌木面积减少,是导致碳储量变化的主要原因;(3)2030年自然发展、耕地保护和生态优先情景下陆地生态系统碳储量分别约为4.906×10⁷,4.919×10⁷,5.038×10⁷t,其中生态优先情景下碳储量损失最少。[结论]萍乡生态系统碳储量呈下降趋势,主要受耕地与建设用地增大的影响,未来应加强对安源区与经济开发区重点变化区域的监测研究。

植被覆盖度对生态脆弱性动态演变的影响——以河北省张家口为例

2024年03月20 00:00

[目的]研究区域植被覆盖度变化对生态脆弱性时空格局演变的影响可为地区生态保护、资源合理开发利用、土地格局优化和可持续发展提供科学依据和有益借鉴。[方法]以张家口地区为例,首先采用序关系法、CRITIC法和博弈论组合赋权法等方法探究张家口地区生态脆弱性时空演变特征,然后在此基础上探求了植被覆盖度变化对生态脆弱性动态演变的影响。[结果]2010—2019年,张家口地区生态脆弱性先升后降,脆弱性较高地区集中在北部坝上和中西部地区,脆弱性较低地区分布在东部和南部地区,且空间集聚效应明显。9年间植被覆盖度由低向高转变,植被改善区面积增加了7 807.77 km²,恶化区面积减少了3 433.14 km²。植被恶化区主要分布在张家口中部城区和东部区域,其余大部分地区均为植被改善区。植被改善区、恶化区与生态脆弱性升高、降低区域的变化趋势和空间分布格局基本一致。[结论]张家口地区植被覆盖度与生态脆弱性关系密切,二者之间呈现负相关关系,区域植被覆盖度的增加能够降低其生态脆弱性。

黄土高原沟壑区生态用地空间格局变化分析——以陕西省洛川县为例

2024年03月20 00:00

[目的]揭示基础生态用地与生产性生态用地相结合的现实条件下生态用地的时空格局变化,为探索果业生产在林地资源有限区域的现实生态意义提供支撑。[方法]利用国土二调和三调数据,从景观生态学和空间统计学视角,对洛川县生态用地数量变化、转移过程、空间冷热点进行了分析。[结果](1)2009—2019年,洛川县生态用地总量增加了4 703.87 hm²,其中林地和果园增加面积最大,分别为23 103.4,9 025.31 hm²。(2)全县稳定性生态用地面积达108 583.1 hm²,其中北部的低峁丘陵区稳定性生态用地以林地为主,其面积占比达到了90.04%。中部塬区与南部残塬沟壑区稳定性生态用地以生产性生态用地类型为主,面积占比分别达到了各区域稳定生态用地总面积的44.35%,45.7%。(3)生态用地占比的局部空间自相关分析显示,2009年和2019年两个年度基础性生态用地的聚集度格局未发生显著变化,但生产性生态用地的空间聚集格局变化较大,其高—高聚集区和低—低聚集区分别增加了6 079.64,10 792.11 hm²,统计不显著区域减少了18 309.15 hm²。(4)以园地为代表的生产性生态用地变化直接促进了整个县域生态用地格局的变化,其中高—高聚集区和低—低聚集区分别减少了18 262.62,8 373.14 hm²,统计不显著区域增加了27 725.61 hm²,并显著提高了乡村农民的收入水平,对区域环境的可持续发展具有重要的促进作用。[结论]洛川县以果园为代表的生产性生态用地对该区生态用地稳定性影响较大,未来应加强果业生产对林地资源有限区域的生态研究。

碳排放视角下武汉市土地生态风险时空格局演变

2024年03月20 00:00

[目的]探究土地利用碳排放对土地生态安全的不利影响,揭示不同因素的演变情况。[方法]引入碳足迹压力指数,并结合植被覆盖度、降水距平百分比指数、土壤侵蚀程度和土地利用混合度一同构建土地生态风险评价模型。使用熵权法确定风险指标权重并计算了综合风险指数。最后,利用空间分析方法,探究了武汉市2010年、2015年、2020年土地生态风险及空间集聚效应的时空演化规律。[结果]武汉市生态风险整体呈降低态势但幅度较小,各行政区风险指数差值大,中心城区植被覆盖度低、土地利用混合度低、碳排放压力高、土地生态安全状况堪忧; 土地生态风险指数呈较强的空间集聚状态,冷热点集聚程度先增强后减弱,热点主要集中在中心城区和汉南区内。[结论]土地利用碳排放量的激增造成了土地生态风险的进一步加剧和风险来源的多样化,引入碳足迹压力指数能更全面地评估区域土地生态风险情况,为降低土地生态风险提供依据。

环鄱阳湖城市群土地利用碳排放传导效应及预测

胡宜之, 余敦 — 2024年03月20 00:00

[目的]量化地类转化视角下土地利用碳传导效应,预测环鄱阳湖城市群未来土地利用碳排放趋势,并为区域低碳土地利用管理提供决策依据。[方法]基于2000—2020年环鄱阳湖城市群土地利用碳排放变化结果,构建碳传导效应测度模型揭示土地利用转移内部碳排放变化情况,并借助FLUS-Markov模型和GM-Markov模型对未来土地利用碳排放进行了预测。[结果]2000—2020年环鄱阳湖城市群共有1.01×10⁴km²土地发生转化,耕地与林地间的相互转化以及耕地转为建设用地最为活跃。2000—2020年环鄱阳湖城市群土地利用净碳排放由8.79×10⁶t增至3.63×10⁷t,碳源/碳汇比值逐年上升,其中,建设用地为主要碳源,林地为主要碳汇。不同时期土地利用碳传导效应均表现为碳排放,且呈先增后减态势,研究期间共产生4.05×10⁷t碳排放,主要由耕地、林地和水域向建设用地转化引致。2025年、2030年、2035年环鄱阳湖城市群土地利用碳排放预测结果为4.13×10⁷t,4.69×10⁷t和5.39×10⁷t。[结论]未来环鄱阳湖城市群土地利用碳排放仍会持续增加,减排重心应集中在减少建设用地碳源和增加林地碳汇两方面。

湖北省国土空间“三生”功能权衡特征及影响因素分析

2024年03月20 00:00

[目的]阐明湖北省“三生”功能之间的关系及其影响因素对国土空间布局的作用,为优化国土空间开发保护格局提供理论支持。[方法]遵循“功能评价—关系量化—机制识别”的框架,基于格网尺度评价“三生”功能,采用均方根误差(RMSE)模型和地理探测模型等方法分别探究了空间功能权衡关系的时空演变格局及其驱动因素,突破了既有研究对微观尺度上空间功能关系动态演变研究不足的局限。[结果](1)2000—2020年,区域生产功能和生活功能不断提高,其中武汉市“高”等和鄂西山区“低”等区域变化显著,分别扩张了538.54 km²,14 207.47 km²; 整体生态功能减弱,四大山区“高”等区域降低尤为凸显,年均减少1 009.50 km²。(2)研究期间,生产-生活功能权衡强度呈“Λ”形演变特征,空间布局呈“低值区扩张、高值区收缩”态势,尤以随州市中西部和武汉市主城区较为显著; 生产-生态功能权衡强度和生活-生态功能权衡强度变化规律相似,均呈倒“N”字形演变趋势,但空间分布格局差异明显,分别呈“中间高、四周低”的分布规律和中心-外围的空间布局。(3)2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年和2015—2020年,“一主两副”主城区、武汉城市圈部分县区和鄂西山区生产-生活功能权衡指数的动态变化尤为凸显; 生产-生态功能权衡指数变化和生活-生态功能权衡指数变化显著区主要分布在湖北省四大山区和江汉平原部分县区。(4)人口密度、GDP和人类活动强度是国土空间功能权衡关系的主要驱动因子。[结论] 湖北省“三生”功能之间协同水平整体呈提升态势,社会经济活动对“三生”功能协调发展的影响较大,后续应因地制宜加强国土空间调控与管理。

主体功能区视角下的滇中城市群人口-经济-资源环境时空耦合分析

2024年03月20 00:00

[目的]探析人口、经济和资源环境三者之间协调及发展水平状况,阐明各县耦合协调关系及影响因素,为主体功能区规划实施提供有力支撑。[方法]基于2010年、2015年、2020年滇中城市群的自然、经济及人文数据,从主体功能区视角建立人口-经济-资源环境耦合协调发展评价指标体系。运用序关系分析法(G1)与熵权法(EW)确定综合权重,通过耦合协调度模型度量各县耦合协调关系,定量分析了2010年、2015年、2020年滇中城市群人口-经济-资源环境耦合协调演变状况,探析其发展规律。[结果](1)3个时段内,研究区人口在县域尺度呈空间正相关关系,且空间聚集性逐渐增强,呈现西部低人口密度聚集和中部高人口密度聚集态势且常年稳定;(2)2010—2020年,人口、经济和资源环境三者之间的耦合协调度综合发展水平有微弱提升,严重失调的协调类型逐渐消除,濒临失调占比46.94%成为最主要的协调类型;(3)人口、经济和资源环境两两耦合协调分布不均,其中2020年人口-经济综合耦合协调指数最低为0.454 3,协调度水平时空分布与三系统协调评价结果吻合度是两两耦合协调评价中最高的,对人口-经济-资源环境耦合协调评价结果影响最大;(4)在主体功能区划实施前后,国家重点开发区两两耦合协调水平变化显著,人口-经济-资源环境整体耦合协调水平较低且有倒退趋势,省级重点开发区长期稳定可控;(5)研究区的人口、经济和资源环境三者之间存在较强的相互作用关系,但协调性在一定程度上处于制约状况。[结论]高耦合协调性主要依赖于人口对市县区经济的带动作用。重点开发区的有效实施必须抓好人口与经济协同发展,人口和经济协调是未来优化主体功能区的重点方向。

基于DPSIRM模型的长江中游城市群生态安全时空特征及障碍因素

2024年03月20 00:00

[目的]客观识别长江中游城市群生态安全时空演化特征并诊断其影响因素,为构建区域生态安全格局提供参考。[方法]以长江中游城市群31个市级行政单元为研究对象,基于DPSIRM模型构建生态安全评价指标体系,运用探索性空间方法剖析了研究区2006—2020年生态安全时空演化特征,采用障碍度模型识别其生态安全主要障碍因素,并提出了对应提升路径。[结果](1)在2006—2020年长江中游城市群各地市生态安全水平总体不断提升,生态安全等级存在空间差异,但总体差距不大;(2)长江中游城市群生态安全障碍度排序结果为管理因素>影响因素>压力因素>响应因素>驱动力因素>状态因素。其生态安全水平受固定资产投资额比重、人均水资源量、地方财政一般预算内教育支出、绿地与广场用地面积、水土流失治理面积和人均GDP共同制约;(3)长江中游城市群生态安全水平存在空间自相关性,江西省中部形成高值集聚区,而在湖北省中部形成低值集聚区;(4)长江中游城市群各地市多处于临界安全等级(Ⅲ),距离整体达到安全等级(Ⅴ)状态仍有较大差距。[结论]长江中游城市群生态安全水平呈整体向好态势,需要多关注经济对策响应、生态资源利用以及生态制度建设管理方面,助力构建长江中游城市群生态安全屏障。

基于RSEI的山东省不同土地覆盖区生态环境质量变化特征及驱动因素

2024年03月20 00:00

[目的]厘清城市化建设的持续推进下山东省目前的生态环境质量时空状况及其演化的主要驱动因子,对认清山东省生态环境现状及后期制定切实可靠的保护战略和制度至关重要。[方法]基于1991—2021年的综合指标——遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI)并辅以Sen趋势法、变异系数法、Hurst指数法和地理探测器对山东省生态环境质量变化特征及其变化的驱动因子进行了探究。[结果](1)1991—2000年山东省生态环境质量总体为下降趋势,变化较为稳定; 2001—2010年RSEI总体呈增加趋势,以稳定变化趋势为主; 2011—2021年RSEI变化大部分区域呈稳定状态,林地和耕地区域RSEI为增加趋势,其他土地利用类型均为减小趋势。(2)RSEI未来一段时期内以增加趋势为主,且不同土地利用类型区域未来一段时间内变化趋势与过去31 a相反。(3)1990—2000年、2001—2010年土地利用变化对山东省RSEI空间分布变化的影响最大,2011—2021年RSEI空间分布变化受到湿度变化和土地利用变化的影响较大,且土地利用与其他因子间的交互作用对RSEI的影响均较大。[结论]山东省不同时段、不同生态环境质量对环境因子的敏感性存在显著差异,这是因为不同区域人类活动强度、方式和不同区域生态环境脆弱性存在差异。生态环境质量的可视化表达可以较好地反映生态环境质量时空演化特征,为维护人-生态环境平衡的决策制定提供重要的参考信息。

矿粮复合区“三生”空间冲突诊断及演化特征分析——以大冶市陈贵镇为例

2024年03月20 00:00

[目的]促进乡镇级矿粮复合区空间结构协调稳定,为国土空间规划的合理布局及实施提供科学参考。[方法]以矿粮复合区陈贵镇为例,基于生命周期法选取1986—2020年的5个研究时间节点,通过空间现状图和转移矩阵解释空间格局变化,构建改进的空间冲突测度模型,利用ArcGIS 10.2结合Fragstats 4.2软件分析空间冲突演化特征,使用Google Earth历史影像验证了冲突结果。[结果]农业生产空间和生态空间是转入和转出面积最大的两类空间类型,“耕地—林地”互转成为最显著的土地转换方式; 1986—2020年,陈贵镇“三生”空间冲突整体有上升的趋势,在矿业衰退期,较弱、中等和强空间冲突空间单元占比分别减少3.2%,3.09%,0.22%,较强空间冲突占比增加6.51%; “三生”空间的冲突等级除了生活空间,均集中在较弱空间冲突和中等空间冲突等级,两者面积占比超过70%; 借助Google Earth历史影像进行对比验证,发现“三生”空间冲突结果与空间现状较吻合。[结论]矿粮复合区受城市化和工业化的影响较大,空间冲突特征明显,参考空间冲突诊断结果,可针对性地实施空间冲突缓解措施,促进地区的可持续发展。

基于有效干旱指数的锡林郭勒干旱时空分布特征

王思楠, 王文君, 吴英杰, 李玮, 张伟杰, 陈泽勋 — 2024年03月20 00:00

[目的]识别锡林郭勒草原干旱事件、干旱频率和干旱强度,明确锡林郭勒气象干旱场,进而为锡林郭勒减轻干旱引发的环境和经济问题。[方法]选取1969—2018年锡林郭勒地区9个气象站点逐月观测数据,计算有效干旱指数(effective drought index,EDI),结合Mann-Kendall检验、经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分解、干旱定量表征等方法,分析了60年来锡林郭勒干旱时空格局特征。[结果]锡林郭勒地区的年平均EDI指数以0.029/10 a的速度下降,干旱趋势明显增强,平均每年发生0.5次干旱事件。锡林郭勒正常发生的频率为67.17%～72.65%,发生重旱的频率为0.02%～0.99%,发生不同干旱的频率差异性较大,西南部、中部是干旱强度较高的区域。锡林郭勒前2个主要特征向量的方差贡献率分别达52.75%和14.38%,空间模态表现为一致型和东南—西北反位相型。[结论]考虑有效降水的EDI指数在揭示草原干旱时空变化趋势方面更有优势,可以用来识别气象干旱时空模态的变化情况。

陕西省生态环境对耕地利用生态效率的响应

2024年03月20 00:00

[目的]揭示陕西省耕地利用生态效率、生态环境质量的时空分布特征,阐明生态环境质量对于耕地利用生态效率的响应方式,进而为陕西省农业高质量发展提供科学支撑。[方法]以陕西省为研究区域,基于遥感数据,计算了遥感生态指数以表征陕西省生态环境质量; 利用SBM模型测度陕西省耕地利用生态效率; 采用地理加权回归模型探究了生态环境对耕地利用生态效率的响应。[结果](1)2005年、2010年、2015年和2019年陕西省耕地利用生态效率总体上处于中等水平,有88%以上的地区属于低效率、较低效率和中等效率等级;(2)2005年、2010年、2015年和2019年陕西省生态环境质量在不断提高,黄土丘陵沟壑区和毛乌素沙地等地区生态环境质量有明显改善,空间格局总体上保持“南高北低”不变;(3)陕西省耕地利用生态效率和生态环境存在显著的正相关,相关关系空间分布具有不均衡性。[结论]陕西省生态环境与耕地利用生态效率的协同发展模式并不稳定,还需进一步探索与巩固。

漓江流域“三生”功能时空分异特征及动态模拟

2024年03月20 00:00

[目的]揭示漓江流域“三生”功能时空分布动态变化特征,模拟预测自然发展、生态保护情景下漓江流域“三生”功能指数变化趋势,为喀斯特地区流域可持续发展提供决策参考。[方法]基于2010年、2015年及2020年漓江流域土地利用数据,采用重心模型及PLUS模型等方法,开展了“三生”功能重心迁移、“三生”功能指数时空变化及模拟研究。[结果](1)2010—2020年,生产、生活功能指数整体分别提升0.77%,23.85%,高值区分别集中在低海拔地区和桂林市区; 生态功能指数整体下降1.39%,高值区沿高海拔地区分布。(2)2010—2020年,“三生”功能变化幅度的大小为生产功能<生活功能<生态功能。其中,后阶段生产、生活功能增强区面积分别较前阶段上升了4.0%,11.6%,功能减弱区面积分别下降了3.2%,9.4%,生态功能增强区和减弱区面积则分别较前阶段下降16.4%和增加17.3%。(3)10年间,生产功能和生活功能重心整体上向西北方向移动,生态功能重心整体上向东南方向移动。(4)自然发展情景下,2030年生产、生活功能均值比2020年分别提升0.278,0.4,生态功能均值下降0.138; 生态保护情景下,2030年生产、生活、生态功能均值比2020年分别提升0.421,0.211,0.06。[结论]生产、生活功能整体上有所增强,生态功能则有所减弱,但生态功能的整体变化幅度最大。生态保护情景模拟结果更符合《桂林市国土空间总体规划(2021—2035)》发展目标。

2000-2020年陕西省植被NDVI时空变化及气候因子探测

2024年03月20 00:00

[目的]揭示陕西省不同生态系统植被时空变化,厘清不同气候因子及相互作用对植被变化的影响机制,为区域生态环境保护提供理论依据。[方法]基于MODIS NDVI及年均高温、年均低温、年均温、年总降水数据,采用Theil-Sen Median趋势、偏相关、地理探测器等方法,分析了2000—2020年各地貌分区植被NDVI时空变化特征,结合变量分离探究了植被NDVI变化与降水、气温的内部关联和响应机制。[结果] 2000—2020年陕西植被NDVI波动增加,速率为5.9%/10 a,速率大小为陕北>关中>陕南; 全省多年植被NDVI值为0.71,南高北低; 植被NDVI显著改善区域占比67%,分区占比为陕北>陕南>关中。2000—2020年陕西气候因子随时间波动变化,速率大小为陕南>关中>陕北,空间上呈现年均高温降低、年均低温上升、年均温降低、降水增加。2000—2020年陕西及各分区植被NDVI与年均高温整体呈负相关,与年均低温、年均温、年总降水量呈正相关; 全省及陕北年总降水贡献最大,关中和陕南年均高温贡献最大; 年均高温与年总降水交互主导全省、陕北及陕南植被NDVI变化,年均温与年总降水的交互主导关中植被NDVI变化。[结论]研究期陕西及各分区植被整体变好,各分区植被对气候的响应关系、各因子的贡献及其相互作用不同,降水和年均高温、年均温的交互显著影响植被NDVI变化。

东北黑土区沟蚀研究进展与热点——基于CiteSpace计量分析

2024年03月20 00:00

[目的]直观把握东北黑土区沟蚀研究进展与热点,推进东北黑土区沟蚀研究领域的发展。[方法]以CNKI与Web of Science数据库中245篇相关文献为对象,利用文献计量的方法,使用CiteSpace软件绘制东北黑土区沟蚀研究知识图谱。[结果]结果表明:(1)黑土区沟蚀研究起步较晚,近十年发文量显著增加,但国际期刊发表成果较少,仅占26%。(2)该领域研究力量主要分布在我国东北,其中水利部松辽流域委员会、北京师范大学、中国科学院东北地理与农业生态研究所、东北农业大学、沈阳农业大学等机构贡献突出、影响较大; 张树文是该领域中文发文量最多的学者,刘宝元和伍永秋是英文发文量最多的学者。(3)关键词共现表明,目前对东北黑土区沟蚀的关注重点主要集中在侵蚀沟发育特征、影响因素和沟蚀防治措施等方面。[结论] 东北黑土区沟蚀尚未形成完整的研究框架和全面的认识,在未来的研究中,需进一步注重东北黑土区沟蚀形成和发育过程及机理研究,并深入分析地质、地形、水文、人类活动等因素的影响。