水土保持研究

暴雨条件下黄土高原荞麦地的沟蚀特征——以陕西省定边县为例

刘焕永, 杜鹏飞, 赵莹, 陈吟 — 2024年08月10 00:00

[目的]探究暴雨条件下黄土高原荞麦地的侵蚀特征,分析影响荞麦地沟蚀的可能影响因素,为黄土高原坡耕地的治理提供参考依据。[方法]以陕西定边2022年7月10日暴雨事件为例,采用遥感和实地测量相结合的方法,分析了荞麦地的沟蚀特征,探讨了影响荞麦地的主要因素。[结果](1)暴雨条件下的荞麦地侵蚀沟沟头多从与其他地类交接处发育。(2)细沟平均宽度和平均深度范围分别为5.2～29.5 cm和2～19.6 cm,宽深比和沟密度分别介于0.88～3.782 m/m²,0.028～1.56 m/m²,细沟侵蚀强度最大为20 294.66 t/km²。(3)浅沟平均宽度和平均深度范围分别为37.3～173 cm和8～30.7 cm,宽深比和沟密度分别介于2.161～18.750 m/m²,0.003～0.142 m/m²,浅沟侵蚀强度最大为31 629.83 t/km²。(4)荞麦地沟蚀过程同时受到坡度、坡长、上方汇水面积以及相邻地块措施因素的影响。[结论]与草地、覆膜玉米地等其他地类相比,暴雨条件下荞麦坡耕地沟蚀土壤侵蚀较为严重,达到了剧烈侵蚀强度。

基于REE示踪法的工程堆积体坡面泥沙来源研究

2024年08月10 00:00

[目的]探究生产建设项目工程堆积体坡面侵蚀的泥沙来源,更有针对性地布设水土流失防治措施,减少人为扰动造成的水土流失。[方法]结合室内人工模拟降雨试验与REE(Rare Earth Elements)示踪技术,研究90 mm/h雨强下不同砾石含量〔0(纯土),10%,20%,30%〕工程堆积体坡面不同坡位的侵蚀特征及侵蚀贡献率。[结果](1)不同砾石含量堆积体各坡位侵蚀量均为下坡位最大,同时下坡位平均侵蚀贡献率(57.40%)大于上坡位和中坡位,表明下坡位是坡面泥沙的主要来源。(2)含砾石堆积体坡面中坡位和下坡位的侵蚀量显著小于纯土堆积体。含砾石堆积体坡面上坡位和中坡位的侵蚀贡献率显著+大于纯土堆积体坡面,下坡位侵蚀贡献率显著小于纯土堆积体坡面。(3)砾石含量对下坡位侵蚀量和贡献率的影响更显著(p<0.05)。含砾石堆积体中,20%砾石含量堆积体坡面上坡位和下坡位的侵蚀量显著大于10%,30%砾石含量堆积体。10%砾石含量堆积体坡面上坡位侵蚀贡献率显著大于20%,30%砾石含量堆积体坡面,下坡位侵蚀贡献率显著小于20%,30%砾石含量堆积体坡面。[结论]各砾石含量工程堆积体坡面中,下坡位侵蚀贡献率均最大,表明下坡位是工程堆积体坡面泥沙的主要来源,要加强工程堆积体下坡位的防护和治理。

雨型和种植模式对鄱阳湖平原区农田水土流失的影响

陈昱, 刘方平, 吴彩云, 王子荣 — 2024年08月10 00:00

[目的]分析不同种植模式下农田地表径流及泥沙流失对降雨雨型的响应,探究新形势下鄱阳湖平原区农田地表径流及泥沙输移规律,为防治农田地表水土流失提供科学依据。[方法]利用K-均值聚类方法将64场降雨进行分类,结合径流小区产流、产沙等监测数据,分析了3种种植模式下不同雨型对农田地表径流及泥沙流失的影响。[结果](1)以次降雨历时、次降雨量和最大30 min雨强为降雨特征指标,降雨可划分为4种雨型(A雨型:“中历时、小雨量、小雨强”; B雨型:“短历时、小雨量、中雨强”; C雨型:“长历时、大雨量、中雨强”; D雨型:“短历时、中雨量、大雨强”)。(2)各种植模式径流量与降雨量的变化规律基本一致,降雨量较大时,产生径流量也较多; 各月份下旱作模式处理产生径流量最多。(3)无论何种雨型,旱作模式处理径流量和泥沙流失量均最高,在A,C雨型下,水作模式处理产流产沙量均最小,B雨型下,水旱轮作模式处理减少产流效果最佳。(4)不同种植模式下径流总量和泥沙流失总量均存在显著性差异,表现为旱作模式>水旱轮作模式>水作模式。[结论]与旱作模式处理相比,水作模式处理在减少水土流失方面具有一定优势,尤其是应对A雨型和C雨型时,减少径流和泥沙流失效果更为明显。

黔东南丘陵山地5种林分类型土壤有机碳与理化性质间的关系

2024年08月10 00:00

[目的]探明贵州省黔东南地区不同林分类型土壤有机碳含量与土壤理化因子间的关系,以期为营造合理的林分类型和树种结构,有效提升森林碳汇潜力提供科学参考。[方法]以天柱国营林场马尾松林、杉木林、针叶混交林、阔叶混交林及针阔混交林为研究对象,在5种林分类型中分别设置3个25.82 m×25.82 m样地,采集各样地0—20 cm,20—40 cm,40—60 cm层土样,测定土壤有机总碳、pH、含水量、容重、石砾含量、氮、磷、钾等理化指标及相关性,并分析不同林分类型土壤有机碳及土壤理化性质间的相关性。[结果](1)马尾松林土壤总有机碳含量22.25～42.08 g/kg,杉木林土壤总有机碳含量30.12～50.33 g/kg,针叶混交林土壤总有机碳含量22.93～48.17 g/kg,阔叶混交林土壤总有机碳含量24.01～67.68 g/kg,针阔混交林土壤总有机碳含量32.99～92.36 g/kg。针阔混交林土壤有机碳含量最高,且各林分类型均出现表层富集特征。(2)马尾松林土壤有机碳含量与水解氮极显著正相关; 杉木林与全氮、水解氮显著负相关; 针叶混交林与土壤pH显著负相关,与土壤含水量、全氮及全钾显著正相关; 阔叶混交林与土壤pH极显著正相关; 针阔混交林与土壤含水量、全氮、全磷、全钾含量极显著正相关。(3)各相关因子中,水解氮是马尾松林土壤有机碳含量的主导因子,全氮是杉木林与针叶混交林的主导因子,土壤pH是阔叶混交林的主导因子,土壤含水量是针阔混交林的主导因子。[结论]不同林分类型土壤环境的差异对土壤有机碳积累的影响有所不同。受枯落物、根系、养分迁移等影响,针阔混交林土壤有机碳含量较其他4种林分类型高。

不同坡度下蔗地土壤侵蚀及氮素流失对雨型和甘蔗生育期的响应

韦美敬, 黄艳荟, 杨浩宇, 赵子贵, 王业阳, 李桂芳 — 2024年08月10 00:00

[目的]探究自然降雨下坡度、雨型及甘蔗生育期对坡面土壤侵蚀与养分流失特征的影响,为甘蔗种植区土壤侵蚀的机理完善与防治提供理论依据。[方法]采用径流小区野外原位观测法,分析了不同雨型和甘蔗生育期下不同坡度(5°,10°)蔗地坡面土壤侵蚀及氮素养分(硝态氮和铵态氮)流失特征。[结果](1)各生育期下坡面径流量大小表现为伸长期>分蘖期>幼苗期>成熟期,氮素养分流失量则表现为分蘖期显著高于其他3个时期(2.6～905.2倍); 侵蚀量及其氮素养分流失量大小表现为分蘖期>伸长期>苗期>成熟期,其中,甘蔗分蘖期坡面侵蚀量显著高于其他时期(2.9～71.4倍),在10°坡面下差异更明显;(2)B雨型(中雨量,短历时,大雨强)和C雨型(大雨量,短历时,超大雨强)是引起研究区蔗地土壤侵蚀及氮素养分流失的主要雨型,贡献70%以上的坡面产流产沙及氮素养分流失量。不同坡度处理中,C雨型下的侵蚀泥沙量、A雨型下的泥沙铵态氮流失量与B雨型下的径流铵态流失量存在显著性差异。(3)雨型与甘蔗生育期极显著影响蔗地坡面产流产沙及氮素养分流失(p<0.01),且影响程度高于坡度、坡度与雨型的交互作用以及坡度与生育期的交互作用。相比径流及其氮素养分流失量,坡度及其与雨型、生育期的交互作用对侵蚀泥沙及其氮素养分流失量变化的影响更突出。[结论]坡度对蔗地坡面产沙及其氮素养分流失过程的影响更显著; 蔗地坡面土壤侵蚀及氮素养分流失在分蘖期流失量最大,主要由B雨型和C雨型贡献。

喀斯特区土石工程堆积体坡面植被恢复评价

2024年08月10 00:00

[目的]对喀斯特区土石工程堆积体坡面植被恢复进行评价,以期为喀斯特区工程堆积体生态修复提供基础理论支撑,并为生态文明建设提供参考依据。[方法]选取喀斯特区不同恢复年限(3,5,7 a)及不同植被类型(草地及草灌混交)的公路线性土石工程堆积体为研究对象,运用主成分分析法,选取石砾含量、土壤物理参数、土壤化学指标、水力学参数及植物群落指标构建评价指标体系,分析了土石工程堆积体坡面植被恢复特征与各生态影响因子之间的互作关系。[结果](1)喀斯特区土石工程堆积体坡面植被恢复过程是一个不断对资源和空间重新分配的过程,随着恢复时间的增加,坡面植被物种丰富度逐渐降低,群落的优势种越来越明显。(2)土壤有机质、自然含水率和饱和导水率是影响土石工程堆积坡面植被恢复初期的主要因子,而植被恢复又有助于改善其坡面土壤结构状况及养分含量,其坡面植被恢复的前期重点是如何改善坡面土壤水力学特性。(3)喀斯特区土石工程堆积体坡面先锋植被群落构建阶段的植被恢复模式可采取草灌混交,后逐步考虑增加乔木,同时适当搭配一定的深根植物。[结论]改善坡面土壤水力学特性有助于喀斯特区土石工程堆积体坡面初期植被恢复,可采取先草灌混交、后逐步搭配深根乔木的植被恢复模式。

保水剂施用量对西南紫色土水分和养分特征及烟叶品质的影响

2024年08月10 00:00

[目的]揭示保水剂聚丙烯酸钾不同施用量对西南烟区紫色土水分、土壤孔隙状况、土壤养分特征及烟叶品质的影响,为缓解季节性干旱区植烟土壤水分缺乏及高产优质的烟草生产提供重要参考。[方法]采用随机区组设计,定量研究了不同保水剂施用量条件下的紫色土水分、养分及烟叶品质特征。[结果]保水剂添加后,土壤pH值变化范围为7.4～7.7,土壤总孔隙度、毛管孔隙度、土壤饱和含水量、田间持水量、毛管含水量均呈先增大后减小变化规律,当保水剂施用量为150 kg/hm²时,土壤容重达到最低值,土壤总孔隙度和毛管孔隙度、土壤饱和含水量、毛管含水量均达到最大值。土壤的阳离子交换量(CEC值)呈现出波动式变化。土壤有机碳、全钾和速效钾含量随着保水剂施用量的增加呈先增加后降低的趋势,土壤全氮、全磷、碱解氮和速效磷含量呈逐渐增加趋势。土壤容重呈现出先减小后增大的趋势。烟叶氯含量、总氮含量变化为上部叶<中部叶<下部叶。随着保水剂施用浓度的增加,烟叶氯含量呈波动变化。中上部烟叶含钾量高于下部烟叶含钾量且随保水剂施用浓度的增加略有增加。烟碱含量变化为上部叶>中部叶>下部叶,且烟碱含量与保水剂施用浓度相关性较弱。烟叶还原糖和总糖的变化趋势较为一致。不同部位的烟叶钾氯比表现为上部叶>中部叶>下部叶,且最随着保水剂施用浓度的增加,烟叶钾氯比呈波动态变化。不同叶位烟碱/总氮比和糖碱比均表现为上部叶<中部叶<下部叶,且随着保水剂浓度的增大,均表现为递增趋势。植烟土壤全氮含量与不同叶位的烟叶氯含量、上部叶含钾量、还原糖含量之间均呈显著正相关关系(p<0.05)。不同叶位烟叶氯含量、还原糖含量、上部烟叶钾含量、下部烟叶烟碱含量均与土壤有机碳间存在显著正相关关系(p<0.05)。[结论]保水剂为150 kg/hm²对于西南紫色土的改良效果最佳,研究可为植烟土壤抗旱性能增强及烟叶品质的提升提供科学依据。

陕北黄土丘陵区主要作物需水量变化趋势及其应对策略

2024年08月10 00:00

[目的]探讨陕北黄土丘陵区干旱、降雨和主要作物需水量在过去及未来的变化趋势,以期掌握该区气象干旱变化特征及主要作物水分供需状况,为该区主要作物合理灌溉及优化种植提供参考。[方法]基于陕北黄土丘陵区1980—2017年日尺度基本气象数据,采用去趋势预置白处理的Mann-Kendall法和R/S法分析了过去及未来作物生育期内(4—10月份)的干旱、降雨及作物需水量变化趋势。[结果](1)干旱年发生频率达56.76%,干旱在4—6月呈现降低趋势,在7—10月份呈现增加趋势; 有效降水量的变化趋势在不同地区的月份表现各异; 作物需水量在4—8月呈增加趋势。(2)作物未来生育期内,陕北黄土丘陵区有效降水量分别在5月、7月、10月份呈现降低趋势,在8月、9月份为增加趋势; 干旱及作物需水量在4—6月份延安地区分别呈现增加和降低趋势,榆林地区同期干旱及作物需水量与延安地区相反。[结论]陕北黄土丘陵区干旱频发,有效降雨量难以满足作物需水量。建议控制红枣及苹果种植面积,加大谷子产业投入,利用覆盖与集雨补灌结合的方法来满足作物对水分的需求,达到增产增收目的,助力新时代乡村振兴。

喀斯特地区典型植被根系对优先流的影响

师雪淇, 程金花, 管凝, 侯芳, 沈子雅 — 2024年08月10 00:00

[目的]揭示西南喀斯特地区优先流特征及根系对其影响,明确不同植被类型根系对优先流程度的影响,为当地植被恢复和水源涵养提供依据。[方法]以云南喀斯特地区3种典型林分为研究对象,采用野外染色示踪和统计分析相结合的方法,获得优先流形态特征与染色面积比,结合植物根长密度等4个根系特征参数,运用单因素方差法分析不同林分类型下的优先流程度。[结果](1)3种典型林分根系特征总体呈现天然次生林>天然混交林>人工纯林。(2)不同林分最大染色深度为20—30 cm,随深度增加呈现减少的趋势,垂直剖面和水平剖面均反映出土壤水分发生侧渗。(3)0—2 cm土层出现基质流,随着土层加深其余染色剖面呈指状或漏斗状流动,并显示出明显的根系路径。混交林中优先流主要的运移方式是垂直下渗,而纯林横向流发育程度较高,天然次生林的优先流比最大且长度指数最小,表明复杂的根系结构能有效加强水分在土壤中的运移深度。[结论]3种典型林分根系特征参数与优先流发育密切相关且均有促进作用,但不同林分类型根系指标与优先流发育程度相关性不同。天然次生林的根系指标均呈现负相关关系; 人工纯林的根长密度和根表面积密度呈现正相关关系,根体积密度和根生物量密度呈现负相关关系; 天然混交林的根系指标均呈现正相关关系。

基于DNDC模型分析氮添加对内蒙古草甸和荒漠草地碳动态的影响

张新宇, 方昭, 焦峰 — 2024年08月10 00:00

[目的]确定内蒙古不同草地类型在氮沉降背景下植物生物量碳和土壤有机碳的变化,探究DNDC模型对该区域草地碳动态模拟的适用度,对减缓气候变化和实现“双碳”目标具有重要意义。[方法]通过调查内蒙古草甸和荒漠草地对氮沉降的响应,并利用DNDC模型进行模拟验证。设置不同氮添加梯度〔0,5,10,15,20,25,30 gN/(m²·a)〕,分析了氮添加对不同草地碳库的影响,评估了DNDC模型对其模拟的差异。[结果](1)与空白对照相比,氮添加对草甸草地和荒漠草地地上生物量碳具有促进作用,平均分别增加了72.68%和66.52%,草甸草地在N₅处理下地下生物量碳达到最大值(240.93 gC/kg),荒漠草地则在N₄处理下增幅最大(129.67 gC/kg);(2)相对于对照组,氮添加对两种草地地下生物量碳没有显著影响,与地上生物量碳的响应不同,但整体而言,地下碳量表现为草甸草原>荒漠草原;(3)氮添加对两种草地土壤有机碳含量的影响均不显著,且不同氮添加处理间也没有显著性差异,总体而言,草甸草地土壤有机碳含量高于荒漠草地;(4)DNDC模型能够较好地模拟研究区草甸草地和荒漠草地的地上、地下生物量碳和土壤有机碳,模型的模拟值与实测值基本一致,决定系数R²分别为0.9426,0.756 8,0.825 7,0.523 8,0.909 9,0.955 2,0.861 0,0.732 4,模型效率系数E分别为0.834 5,0.674 8,0.799 4,0.428 8,0.873 1,0.926 5,0.716 8,0.538 1,点位模拟效果整体良好,但对于生物量碳的模拟吻合程度更好,且对荒漠草原的模拟优于草甸草地。[结论]氮添加促进了不同干旱类型草地的固碳能力,DNDC模型能较好反映氮沉降对内蒙古两种类型草地的影响,因此模型可用于模拟内蒙古草地生态系统的生物量碳和土壤有机碳。

北川县典型林分根—土复合体抗剪强度

李佳静, 杨建英, 王新, 杨欣蕊, 杨春艳 — 2024年08月10 00:00

[目的]探讨不同林分根—土复合体的抗剪强度特征和其差异性,为更好地解决当地的水土流失问题提供理论依据。[方法]以四川省北川县为研究区,对当地几种典型林分的原状根—土复合体进行直剪试验,测量其抗剪强度、土壤性质及根系特性等相关指标,并利用主成分法进行抗剪强度影响因素的分析。[结果](1)不同林分根—土复合体抗剪强度差异明显。30年辛夷林(XY)抗剪强度最大,斑竹林(BZ)抗剪强度次之,5年柳杉林抗剪强度最小;(2)植物根系固土效果显著,根—土复合体的抗剪强度较素土增加值为0.13～0.99 kPa,平均增幅为350.0%; 同时,根—土复合体的峰值点位移、软化段长度、残余剪切强度均得到增强,平均增幅分别为75.0%,66.7%,262.5%; 不同林分类型根—土复合体的能量消耗总值出现不同程度的差异,但与其抗剪强度的大小变化基本保持一致;(3)通过主成分分析法对抗剪强度影响因素进行综合分析得出,除土壤容重与5～8 mm根系的干湿重外,其余指标均与之密切相关。[结论]植物根系可以很好地发挥固土效果,不同林分之间根—土复合体抗剪强度差异明显。

鲁中南地区不同经济林种植模式的改良土壤效应

2024年08月10 00:00

[目的]探明鲁中南地区不同经济林种植模式对土壤水分物理性质和土壤养分的影响规律,为该区域水土保持经济林种植模式筛选和栽植管理提供依据。[方法]选取鲁中南地区临沂市蒙阴县孟良崮小流域的桃树纯林(Amygdalus persica L.)(TS)、山楂纯林(Crataegus pinnatifida Bunge)(SZ)、苹果+樱桃混交林(Malus pumila Mill.+Prunus pseudocerasus(Lindl.)G.Don)(PY)、板栗+花椒混交林(Castanea mollissima Blume+Zanthoxylum bungeanum maxim.)(BH)4种经济林种植模式为研究对象,以荒草地(CK)作为对照,测定分析土壤容重、孔隙度和蓄水量等水分物理指标,以及土壤有机碳、全氮、全磷和速效养分等养分指标,采用主成分分析和模糊数学隶属函数法综合评价其改良土壤效应。[结果](1)经济林种植可提高土壤孔隙度和蓄水性能。与CK相比,4种经济林种植模式可降低土壤容重7.3%～22.1%,提高土壤毛管孔隙度14.2%～42.0%,提高土壤最大贮水量16.5%～43.8%。土壤持水性能表现为TS>PY>BH>SZ>CK。除PY外,其他经济林种植模式均可有效增加土壤涵蓄量与蓄涵降水量,表现为BH>TS>SZ>CK。经济林种植对0—20 cm土层涵蓄降水量与有效涵蓄量提高效果更明显,与0—20 cm土层相比,20—40 cm土层孔隙度与最大贮水量均有下降,TS变化幅度最小。(2)经济林种植可提高土壤有机碳和速效养分。与CK相比,4种经济林种植模式可提高土壤有机碳6.9%～270.4%,表现为TS>PY>BH>SZ>CK; 土壤全氮和全磷含量表现为TS>PY>BH>SZ>CK。经济林种植对0—20 cm土层养分含量提高效果更明显,与0—20 cm土层相比,20—40 cm土层养分含量均有下降。(3)反映经济林种植模式改良土壤效应的指标可归纳为3类,一是土壤毛管持水特征和养分特征,二是土壤蓄水特征,三是土壤非毛管持水特征。[结论]不同经济林种植模式的土壤改良效应综合评价为桃树>板栗+花椒混交林>苹果+樱桃混交林>山楂纯林>荒草地。与荒草地相比,经济林种植可显著改善土壤水分物理特性,提高土壤养分性能,但随种植模式的不同其改良土壤效应差异较大。在鲁中南干旱瘠薄山地桃树纯林种植模式对土壤改良效应最好,其次为板栗+花椒混交林,山楂纯林相对较差。

施肥和生物炭添加对高粱—玉米轮作土壤呼吸的影响

2024年08月10 00:00

[目的]探明农田生态系统中施肥和生物炭添加对土壤呼吸(R_s)、环境因子和植被指数的影响,及生物因子和非生物因子对土壤呼吸的影响,为农田生态系统作物生长和碳排放评估提供依据。[方法]以太原盆地高粱—玉米轮作地连续5年(2011—2015年)施肥和生物炭添加4种处理(对照:CK; 生物炭:B; 无机肥:INF; 无机肥+生物炭:INF+B)下的土壤为研究对象,利用连续2年(2015—2016年)对生育期的R_s、生物因子和非生物因子定期观测数据,分析4种处理对R_s及其与生物因子、非生物因子关系的影响。[结果](1)与CK处理相比,B,INF和INF+B处理降低土壤温度(2.8%～4.2%),提高R_s的温度敏感性(Q₁₀)(4.5%～20.2%)、R_s速率(0.5%～8.8%)和3种植被指数(VI):增强植被指数(EVI)(1.5%～6.2%)、差值植被指数(DVI)(0.7%～6.0%)、归一化植被指数(NDVI)(1.2%～5.4%),但其对这些因子的影响均未达显著水平(p>0.05)。(2)B,INF和INF+B处理对R_s的影响在不同生育期不同,它们均提高了生育前期的R_s,而生育后期CK处理的R_s高于其他处理(除灌浆期的B处理),导致各处理R_s在整个生育期无显著差异。(3)3种植被指数中,DVI的季节变化对R_s季节变化的解释度最高,为75.5%,10 cm深度的土壤温度(T₁₀)和土壤湿度(W_s)分别解释R_s季节变化的30.8%和20.1%。从R²和AIC值来看,以T₁₀,W_s和DVI为自变量的三因子模型对R_s季节变化的预测效果较好。[结论]高粱全生育期4个处理间R_s均无显著差异,施肥和生物炭添加并未增加R_s。研究结果可为无机肥和生物炭施加对农田土壤碳排放与土壤改良、农作物生长之间的影响关系提供依据。

黄土丘陵区林分密度对人工刺槐林土壤理化性质及酶活性影响

2024年08月10 00:00

[目的]探讨陕北黄土丘陵沟壑区刺槐人工林土壤理化性质及土壤酶活性随林分密度的变化趋势以及土壤理化性质和土壤酶活性的关系,以期明确改善该区刺槐人工林土壤质量的适宜林分密度, 阐明影响土壤养分可利用性的主导环境因子,为该地区刺槐人工林高质量发展的修复模式提供理论依据。[方法]以位于黄土丘陵沟壑区的陕西省延安市安塞区县南沟流域的刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林为研究对象,分析了高(1 500株/hm²)、中(1 200株/hm²)、低(900株/hm²)3种林分密度之间土壤理化性质和土壤酶活性的差异,利用冗余分析探讨了土壤酶活性与土壤理化性质的关系。[结果](1)中密度土壤含水率、有机碳、全氮、有效磷和硝态氮含量均显著高于低、高密度;(2)土壤β-葡萄糖苷酶、纤维素酶、蔗糖酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶、脲酶、亮氨酸氨基肽酶和N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性均随林分密度增大呈先降低后升高趋势,在1 200株/hm²时最低;(3)Pearson相关性分析结果表明与土壤碳、氮、磷循环相关的酶活性与对应的养分含量呈显著负相关关系;(4)冗余分析结果显示:土壤有机碳、全氮和全磷对土壤酶活性的解释度显著,分别解释了土壤酶活性变异的59.8%(p<0.01),20.8%(p<0.01)和9.5%(p<0.05),土壤有机碳含量是影响土壤酶活性的主要因子。[结论]中等密度(1 200株/hm²)有利于提高刺槐林土壤养分、水分含量,是一种适宜的刺槐林营林措施,同时应注重土壤有机碳含量变化,以期及时采取林分密度调控措施,从而改善土壤酶活性,进而提高土壤养分水平,促进刺槐林质量提升。

东北黑土区土壤侵蚀自然驱动因子时空分布特征

季晓琪, 范昊明 — 2024年08月10 00:00

[目的]东北黑土区复合营力带来的土壤侵蚀作用明显,研究东北黑土区不同典型区间的土壤复合侵蚀自然驱动因子年内交替叠加情况,对于区域内土壤侵蚀治理具备现实意义。[方法]针对东北黑土区11个典型区域,利用气象及遥感等数据,通过分析对比不同区域水、风、冻、融作用自然驱动因子时空分布特征,阐明了各因子交替与叠加特点。[结果]在时间上,东北黑土区年内水力、风力、冻融、融雪作用驱动因子叠加交替出现,春季风力、冻融、融雪作用最为复杂,夏季以水力作用为主,秋季水力、风力、冻融复合作用有限,冬季风力、冻结作用明显。在空间上,水力驱动作用由东南向西北逐渐减小,风力作用由西南向东北逐渐减小,冻融作用由西南向东北逐渐减小,融雪作用呈现由西北向东南逐渐减小的趋势。根据侵蚀驱动因子分异特征将全区划分为水力、水力—融雪、水力—风力—冻融、水力—风力—融雪、水力—冻融—融雪侵蚀作用区。[结论]各营力表现出明显的时、空作用分异特点,根据自然驱动因子年内交替叠加情况得出了复合侵蚀驱动因子年内时空分布特征,为不同区域针对性土壤侵蚀治理、深化研究区复合侵蚀防控提供参考。

西南高山峡谷区水力侵蚀时空变化及其驱动力

2024年08月10 00:00

[目的]确定西南高山峡谷区水力侵蚀的空间分布及其时空变化特征,探究区域水力侵蚀的驱动机制,并为区域水土流失治理提供对策。[方法]基于GIS和RUSLE模型,利用Sen趋势分析和Mann-Kendall显著性检验法、随机森林回归对西南高山峡谷区水力侵蚀的时空演变特征以及驱动力进行分析。[结果](1)西南高山峡谷区水力侵蚀微度和轻度侵蚀占比78.05%以上。(2)整体上,2000—2020年水力侵蚀量变化范围为4.606 3×10⁸～1.487 4×10⁹ t,多年均值为7.966 4×10⁸ t。降雨侵蚀力因子变化范围为125.11～249.93 MJ·mm/( hm²·h·a),多年均值为186.71 MJ·mm/( hm²·h·a)。植被覆盖与管理因子变化范围为0.37～0.70,多年均值为0.48。(3)整体上坡度坡长因子对西南高山峡谷区水力侵蚀空间分异的解释程度最高,达到41%,其次是植被覆盖与管理因子,达到24%,其余是降雨侵蚀力因子>土壤可蚀性因子>水土保持措施因子,分别达到16%,12%,8%,且各因子对水力侵蚀空间分异的解释程度随着水土保持分区的不同而出现差异。[结论]西南高山峡谷区侵蚀严重的区域主要分布于藏东—川西高山峡谷生态维护水源涵养区南部,藏东南高寒高山峡谷生态维护区西北部、东部。坡度坡长因子及植被覆盖管理因子是西南高山峡谷区水力侵蚀空间分布的主要驱动因素。藏东—川西高山峡谷生态维护水源涵养区、藏东南高寒高山峡谷生态维护区和滇西北高山峡谷生态维护区,建议改善此区域植被覆盖,提高土壤抵抗侵蚀能力; 滇北—川西南高山峡谷蓄水保土区建议在改善植被覆盖的基础上,在生态脆弱的区域布置适当水土保持措施。

安徽省重点水土流失区土壤可蚀性K值评估与修正

2024年08月10 00:00

[目的]评估不同土壤可蚀性K值计算方法在安徽省重点水土流失区的有效性,并基于实测可蚀性K值校正各计算方法。[方法]应用Nomo方程、修正Nomo方程、EPIC模型、DG模型及Torri模型估算各径流小区土壤可蚀性K值,并基于霍山县、广德县、岳西县及歙县四地的径流小区监测资料,获取真实土壤可蚀性K值,以评估各方法的有效性。[结果]霍山县、广德县、岳西县及歙县土壤可蚀性K值分别为0.033～0.035,0.018,0.021,0.041(t·hm²·h)/(hm²·MJ·mm)。不同方法计算的土壤可蚀性K值差异较大且都远远高估了实测值,整体表现为K_Torri>K_Nomo>K_M-Nomo>K_DG>K_Epic。校正后的各可蚀性K值计算方法较之前均有很大改进,其中校正后的Nomo方程及修正Nomo方程具有较高的性能。[结论]校正后的Nomo方程及修正Nomo方程被推荐在安徽省重点水土流失区使用。

裸露砒砂岩区沟坡泻溜侵蚀特征与地形因子的关系

2024年08月10 00:00

[目的]研究沟坡泻溜侵蚀和地形因子的关系,可为裸露砒砂岩区沟坡泻溜侵蚀机理和侵蚀灾害监测提供理论参考。[方法]选取泻溜侵蚀严重的砒砂岩区为研究区域,基于野外原位监测结合三维激光扫描技术分析了沟坡泻溜侵蚀特征及地形因子的变化特征。[结果](1)泻溜侵蚀量与温度和风速表现为极显著相关,相关系数分别为0.867,0.917。(2)地形因子数值总体呈增大趋势,坡上地表粗糙度和地表起伏度波动变化较为明显,坡中及坡下波动变化较缓,沟壑密度无明显规律特征。(3)泻溜侵蚀量与地表粗糙度和地表起伏度相关性显著且呈多项式回归关系,与沟壑密度相关性不显著。各地形因子间存在一定的相关性,地表粗糙度和地表起伏度呈显著正相关关系,相关系数为0.89。[结论]裸露砒砂岩区沟坡泻溜侵蚀量可以通过地表粗糙度和地表起伏度的数值波动来表征。

长期植被覆盖对紫色土坡面减流减沙能力的影响

2024年08月10 00:00

[目的]研究长期林草植被覆盖小区减流减沙能力的变化速率,为西南土石山区水土保持植被恢复提供科学依据。[方法]2018—2021年在贵州省赤水市天台镇径流场观测了15°裸地、15°草地、15°林地、30°林地与30°草地5个径流小区的产流产沙、植被覆盖、土壤表层含水量数据,用径流系数和含沙量的变化反映各小区减流减沙能力的变化。[结果]5个小区减流减沙效益排序为30°草地>15°林地>30°林地>15°草地>裸地。其中,30°草地小区植被覆盖度最高,为92.8%,其径流量和土壤侵蚀模数分别为2.43 mm和6.51 t/(km²·a)。裸地小区径流量最高,为153.49 mm,土壤侵蚀模数最高,为1214.5 t/(km²·a); 15°草地小区径流系数降低速率最快,为-0.292%/a,其含沙量降低速率也最快,为-14.6 g/(L·a)。植被覆盖度与径流量之间负相关关系极显著,与含沙量负相关关系显著,与土壤表层含水量呈极显著正相关关系。[结论]高植被覆盖度有利于植被恢复、水源涵养和控制水土流失。对于水土流失相对严重的15°草地坡面,其长期植被覆盖的水土保持效益更为明显。

有限样本下土壤有机碳密度空间分布预测模型对比分析

2024年08月10 00:00

[目的]探讨不同机器学习模型在有限样本条件下预测表层土壤有机碳密度(SOCD)空间分布的精度和适用性,为黄土高原流域尺度碳库研究提供参考。[方法]基于延河子流域有限样本,对比多元线性逐步回归(SR)、随机森林(RF)、极端梯度提升(XGB)、支持向量机(SVM)这4种机器学习模型对表层土壤(0—20 cm)SOCD的预测精度和稳定性。[结果](1)在有限样本条件下,4种机器学习模型均可以较好地预测流域尺度SOCD空间分布,其中SVM模型精度最优,其50次预测的RMSE,R²,MAE平均值分别为0.74,0.43,0.64;(2)不同土地利用类型的SOCD均值估算结果大小一致且具有显著差异,均为灌木林>林地>草地>耕地,研究区总有机碳储量(0—20 cm)为2.39×10⁶t;(3)SOCD空间分布预测因子重要性评价结果表明地形因子、NDVI_max、近红外波段地表反射率(B5)以及K-T变化中的Brightness因子对模型预测精度具有显著贡献。[结论]研究表明在有限样本条件下机器学习模型结合相关变量因子可有效应用于黄土高原流域尺度表层SOCD空间分布反演及碳库研究。

古尔班通古特沙漠流动沙丘土壤水分与地形—植被因子关系

2024年08月10 00:00

[目的]确定沙漠沙丘土壤水分的分布规律,明确土壤水分与各个地形与植被因子间的关系,进而为沙漠地区的植被保护和重建提供科学合理的建议。[方法]以古尔班通古特沙漠流动沙丘为研究对象,在小尺度上研究了不同深度(表层0—40 cm,中层40—200 cm和深层200—300 cm)、不同微地貌(迎风坡、背风坡、丘顶和丘底)上土壤水分的分布特征(描述性统计); 并采用广义线性、广义加性和随机森林模型研究了土壤水分与地形—植被因子间的关系。[结果](1)不同深度下迎风坡与丘底上的土壤水分高于背风坡与丘顶; 表层土壤水分在背风坡(包括丘顶和丘底)与迎风坡上有显著性差异。(2)地形因子对土壤水分的影响大于植被因子; 影响表层土壤水分的主要因子是坡度与坡向,影响中层和深层土壤水分的主要因子是灌木盖度。(3)随机森林模型的拟合效果显著高于广义线性和广义加性模型。[结论]地形因子对古尔班通古特沙漠流动沙丘不同微地貌上土壤水分的影响较植被因子大,坡度和坡向对表层土壤水分具有重要影响,灌木盖度对中层和深层土壤水分具有重要影响。

白于山区土壤干燥化对人工林植被恢复40年的响应特征

2024年08月10 00:00

[目的]确定白于山区典型人工林的土壤干燥化特征,为白于山区人工林的合理选择和可持续发展提供理论依据。[方法]选取植被恢复40年的人工林(河北杨、油松、樟子松)为研究对象,以荒草地作为对照,采用人工土钻法研究人工林0—5 m土壤的干燥化特征及影响因素。[结果](1)不同人工林土壤平均含水量依次为荒草地(4.95%)>樟子松林(4.49%)>河北杨林(4.39%)>油松林(2.44%)。(2)不同人工林的土壤干层均存在且形成深度和干层厚度基本一致,但干层内土壤平均含水量不同,油松最低,荒草地最高。(3)不同人工林的土壤干燥化指数依次为油松林(69.75%)>河北杨林(28.83%)>樟子松林(26.73%)>荒草地(17.05%)。(4)相关性分析和多元逐步线性回归模型表明,粉粒、砂粒和深度分别是影响樟子松、油松和河北杨土壤干燥化特征的主要因素。[结论]樟子松林在种植40年后土壤干燥化程度最低,可作为白于山区典型人工林造林的最优选择。

渭河流域土壤水分时空变化及其影响因素分析

顾倩, 耿广坡, 郑若琳, 张保, 何祖鑫 — 2024年08月10 00:00

[目的]揭示渭河流域土壤水分时空变化特征,厘清影响土壤水分变化的主要因素,为渭河流域有效监测农业干旱提供科学依据。[方法]基于2000—2020年渭河流域MODIS NDVI、LST数据、气象数据,综合趋势分析、地理探测器等方法,构建NDVI-Ts特征空间,分析了土壤水分时空变化及其驱动因子。[结果]渭河流域近20年土壤水分整体以0.0049/a的速率呈显著下降趋势,有明显变干的现象。在不同土地利用类型中,近20年来土壤水分含量表现为林地>草地>耕地>城市和建设用地。总体干湿等级以正常为主(0.4≤TVDI<0.6),土壤水分的低值区主要分布在渭河流域西部及北部地区,高值区主要集中在东南以及西北边缘地区。子流域中渭河主流域发生干旱面积占比呈现上升趋势,其中渭河主流域南部关中平原土壤水分下降趋势最为显著。探测因子影响力分析发现高程、平均温度、潜在蒸散发是影响渭河流域土壤水分分布的主导因素,其解释力显著高于其他因子; 因子交互作用分析显示平均温度与累计降水量组合对渭河流域土壤水分空间分布有明显的影响。[结论]渭河流域近20年土壤水分显著下降,有明显变干的趋势,流域土壤水分变化主要受地形地貌和气象因素的影响。

不同尺度下土壤粒径及分形特征

2024年08月10 00:00

[目的]土壤粒径及分形特征因研究尺度不同而存在差异,从不同尺度上探讨土壤粒径及分形特征异质性,以期明确尺度效应对土壤粒径及分形特征的影响。[方法]以黑河源区和八宝河小流域为研究区域,采用单因素方差分析方法对不同尺度土壤粒径及分形维数进行差异显著性检验,利用Pearson相关分析研究不同尺度下土壤分形维数与环境因子的相关性,并使用地理探测器模型探究不同尺度下土壤分形维数环境驱动因素作用。[结果](1)黑河源区和八宝河小流域土壤粒径组成以粉粒和砂粒为主,随着研究尺度扩大到黑河源区,土壤黏粒、粉粒、砂粒和分形维数(D)空间变异性增强,土壤黏粒、粉粒和砂粒属于中等变异,分形维数属于弱变异;(2)不同土地利用类型土壤颗粒组分和分形维数因研究尺度不同而存在差异,与八宝河小流域相比,黑河源区3种土地利用类型土壤PSD频率曲线异质性增大,土壤质地呈粗化趋势;(3)皮尔逊相关分析和地理探测器结果均表明,土壤粒径对分形维数的影响明显大于其他因子,分形维数可以表征土壤质地情况。[结论]不同尺度下土壤粒径及分形维数存在明显的异质性,而这种异质性的产生是不同尺度环境因子综合作用的结果。

黄土区不同地貌类型耕地土壤养分空间格局及驱动因素

2024年08月10 00:00

[目的]了解黄土区不同地貌条件耕地土壤养分空间格局,揭示养分空间变化的驱动因素,可为区域农业精准管理及农田工程建设提供参考。[方法]基于陕西黄土区2020年耕地土壤养分数据,采用克里金插值揭示4种不同地貌耕地土壤养分空间格局,采用地理探测器模型探讨养分空间变化的驱动因素作用。[结果](1)长城沿线风沙滩区、陕北黄土丘陵沟壑区、渭北黄土台塬区和关中平原区有机质(SOM)含量均值分别为10.20,10.08,15.28,18.78 g/kg,全氮(TN)均值分别为0.63,0.66,0.98,1.19 g/kg,有效磷(AP)均值分别为12.99,13.10,16.97,27.24 mg/kg,速效钾(AK)均值分别为117.72,149.94,217.27,252.83 mg/kg,各养分空间格局总体呈现出“风沙滩—丘陵沟壑—台塬—平原”逐渐递增的趋势;(2)日照时长对陕西黄土区整体养分含量解释力最大,其次为年气温与化肥用量,风沙滩区养分分布受土壤容重影响最大,丘陵沟壑区、台塬区及平原区均受化肥用量影响最大,排名前列的因子交互作用对养分的解释力均强于其单因子作用。[结论]风沙滩区及丘陵沟壑区宜适当增加养分输入及提升土壤保肥能力,台塬区及平原区宜注重提高养分利用效率; 在农田建设过程中,应根据不同地貌区环境特征因地制宜地进行人为活动。

滇中主要森林类型土壤团聚体稳定性及其变化机制

2024年08月10 00:00

[目的]团聚体稳定性是评估退化生态系统植被恢复后土壤质量变化的重要指标,研究滇中地区主要森林类型土壤团聚体稳定性差异及其变化机制,为该地未来植被恢复、改造过程中的树种选择、森林资源管理提供科学支撑。[方法]选择云南松林(PY)、华山松林(PA)、银荆林(AD)、旱冬瓜林(ACF)、针阔混交林(TF)、次生常绿阔叶林(SF)6种主要森林类型作为研究对象,以坡旱地(DSL)作为对照,采集0—20 cm,20—40 cm和40—60 cm土样,利用干、湿筛分法分离测定>5 mm,5～2 mm,2～0.25 mm,<0.25 mm 4个粒级团聚体含量,计算水稳性大团聚体含量(WR_>_0.25)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和结构破坏率(PAD)4个稳定性指标,对土壤团聚体稳定性进行研究。[结果](1)6种森林类型在0—60 cm均以0.25～2 mm的小团聚体为主,而坡旱地随着土层深度的增加,粒级从0.25～2 mm向<0.25 mm转变;(2)0—60 cm土层中坡旱地平均WR_>_0.25,MWD,GMD和PAD分别为55.40%,1.16 mm,0.52 mm,40.47%,6种森林类型分别为71.61%～78.20%,1.97～2.61 mm,0.93～1.27 mm,12.59%～20.47%,团聚体稳定性总体表现为坡旱地最差,次生常绿阔叶林、针阔混交林最好,其次是云南松林、旱冬瓜林,银荆林和华山松林较差;(3)团聚体稳定性在宏观尺度上受森林类型、土层深度及其交互作用的显著影响(p<0.001),而在微观尺度上主要受土壤容重、非毛管孔隙度、全钾、有机质、砂粒和黏粒含量的显著影响(p<0.05),土壤理化性质、养分、质地解释了团聚体稳定性的90.5%,其中以理化性质、养分及其交互作用的贡献最大,解释率为61.3%,土壤质地往往与其他因子共同影响团聚体稳定性,其独立解释率仅为5.1%。[结论]滇中地区退耕还林可显著提高土壤团聚体稳定性,未来的生态恢复应该以营造云南松林和旱冬瓜林为主,同时避免高强度的人类活动,改善土壤理化性质和增加土壤养分积累,促进人工纯林向针阔混交林及常绿阔叶林演化。

高原鼠兔洞穴对土壤入渗的影响及机制

2024年08月10 00:00

[目的]探究高原鼠兔洞穴对高寒草甸土壤入渗性能及其相关因素的影响,以揭示其对高寒草甸生态系统水分循环和土壤水文功能的潜在作用。[方法]以高寒草甸高原鼠兔洞穴不同部位作为研究对象,包括洞口(PE)与洞道(PB),对照为无高原鼠兔洞穴分布的未扰动高寒草甸(AM),用单环法对土壤入渗速率进行测定。[结果](1)高原鼠兔洞穴促进高寒草甸土壤入渗速率,相比于未扰动高寒草甸,洞口和洞道初始入渗速率分别升高377.63%和189.47%,稳定入渗速率分别升高314.29%和220.00%(p<0.05);(2)高原鼠兔洞穴破坏高寒草甸土壤结构,相比于原生高寒草甸,洞口表层土壤总孔隙度和毛管孔隙度分别显著降低4.69%和16.27%,但非毛管孔隙度显著升高22.47%,洞口和洞道团聚体平均重量直径分别显著降低20.09%和9.45%,土壤有机质含量显著降低,各部位大小依次为未扰动高寒草甸>洞道>洞口(p<0.05);(3)高原鼠兔洞穴主要通过影响高寒草甸草毡层根系促进土壤入渗,根系生物量是影响初始入渗速率和稳定入渗速率的主导因子,标准化总效应分别为-0.717和-0.539。[结论]鼠兔洞穴一定程度上有利于高寒草甸生态系统的水分循环,但同时也破坏了高寒草甸原本的土壤结构,加剧高寒草甸退化风险。

陕北黄土区不同植被下深剖面土壤的分形特征

刘一迪, 姬王佳, 李志 — 2024年08月10 00:00

[目的]探究不同植被下深剖面土壤分形特征及其与土壤理化性质和水力学参数的关系,为植被恢复和农业生产提供重要的参考依据。[方法]以陕西省神木六道沟流域为研究区域,采集该区域4种植被(草地、杏树、油松、柠条)下>13 m深剖面土壤样品,测定土壤颗粒组成、含水率以及有机碳含量等,计算土壤分形维数,分析不同植被下深剖面土壤的分形特征。[结果](1)该区土壤黏粒、粉粒及砂粒含量分别为15%,40%和45%,不同植被下土壤颗粒组成的差异显著(p<0.05)。(2)整个剖面上4个样地的分形维数无显著差异(p>0.05),在1—2 m土层深度内,植被类型对土壤分形维数的影响显著(p<0.05),且油松及草地样地的分形维数大于其他两个样地。(3)土壤分形维数与黏粒含量及土壤水力参数(θ_r,n和K_sat)的相关性显著(p<0.05),但与有机碳和含水率相关性不显著(p>0.05)。[结论]土壤分形维数主要受土壤细小颗粒影响,且对土壤水力性质具有一定的指示作用,油松及草地对土壤结构改善作用最佳。

基于GF-1卫星遥感反演排水河沟水体溶存N₂O浓度模型对比研究

2024年08月10 00:00

[目的]探究利用GF-1卫星数据反演水体溶存氧化亚氮(N₂O)浓度的可行性,为实现低成本、高效率的水质实时监测提供有效途径。[方法]以宁夏青铜峡灌区第1和第5排水河沟为研究对象,选取与排水河沟水体溶存N₂O浓度相关性高的GF-1卫星影像波段反射率和水质参数作为自变量,通过最优子集筛选法确定最优自变量组合,分别构建了多元线性回归、BP神经网络和支持向量机模型,对水体溶存N₂O浓度进行预测对比。[结果]水温(T)、溶解性有机碳(DOC)等是影响水体溶存N₂O浓度的主要因素,同时近红外(NIR)等卫星波段与水体溶存N₂O浓度变化趋势显著相关。当自变量包括T,NIR等7个因素时,模型预测效果最佳。在3种模型中,BP神经网络模型验证结果R²为0.64,具有最高预测精度。[结论]GF-1卫星数据以及水质参数与水体溶存N₂O浓度存在复杂的相关性关系,且BP神经网络能够实现利用GF-1卫星数据较高精度地反演水体溶存N₂O浓度。

基于遥感降水产品的西南地区降水时空动态分析

2024年08月10 00:00

[目的]探究遥感降水产品在西南地区的适用性,揭示区域降水时空特征,为西南地区旱涝灾害评估及水资源利用等提供科学参考依据。[方法]首先结合西南地区内100个地面气象站点降水数据,从多年平均和年际两种时间尺度以及气象站点空间尺度评价了2001—2019年TRMM降水产品和GPM降水产品的适用性,然后基于优选的降水产品,采用变异系数法、Theil-Sen Median趋势分析耦合Mann-Kendall显著性检验方法及Hurst指数法进行降水时空变化及其可持续性分析,并预测了未来降水趋势。[结果](1)GPM,TRMM在西南地区均表现出较好的一致性和适用性,虽然都存在一定的高估现象,但GPM的降水空间细节表征能力优于TRMM,在整体上更接近实测数据。(2)19年间西南地区整体降水波动变化并不突出,主要表现出较低波动变化和中等波动变化,共占全域的87.54%; 近19年西南地区降水变化趋势整体上表现为增加,降水增加区域占全域的83.71%,降水变化趋势以弱(50.38%)、中(24.30%)持续性为主; 未来西南地区62.24%的区域降水趋势将持续增加,主要分布在西南地区中部和北部地区,13.23%的区域降水趋势将持续减少,主要分布在云南中部和四川西南部地区。[结论]GPM比TRMM更适合表征西南地区的降水特征,能有效用于开展降水的时空动态分析。

内蒙古草原内陆河流域水文循环要素时空演变及驱动因素

2024年08月10 00:00

[目的]开展内蒙古草原内陆河流域水文循环要素对植被动态和气候变化的响应研究,对于内蒙古草原内陆河流域的生态保护及区域水资源开发利用具有重要的理论意义。[方法]以内蒙古草原内陆河流域为研究区,基于多源遥感、气候气象、水文等数据,采用趋势检验、显著性检验和相关性分析等方法,对流域水文循环要素的时空演变及驱动因素进行相关分析。[结果](1)流域蒸散发呈显著上升趋势(0.994 mm/a),降水量呈显著下降趋势(2.69 mm/a),土壤水分呈增加趋势,其中子流域锡林河径流呈下降趋势,巴拉格尔河径流呈上升趋势;(2)生长季植被总体呈增加趋势,植被归一化指数(NDVI)、总初级生产力(GPP)和叶面积指数(LAI)整体呈东高西低的阶梯状空间分布格局,气温整体呈现上升趋势;(3)植被变化与蒸散发(ET)、土壤水分(SSM)呈正相关,气温和蒸散发整体上呈现显著正相关(R=0.699,p=0.01),空间相关性由西向东递增; 气温和径流呈负相关,和土壤水分在流域东、西部呈显著负相关性。[结论]流域水文循环变量(降水、蒸散发、土壤水分、径流量)随着植被增加而增加; 降水、土壤水分和径流量随气温上升而减少,蒸散发随气温上升而增加。

基于CMIP6气候模式对长江流域四川段的未来降水变化预估与分析

2024年08月10 00:00

[目的]了解和掌握气象时空变化,合理预估气候变化的未来趋势,可为区域应对措施的制定提供重要的理论依据。[方法]以长江流域四川段作为研究区,基于1980—2014年实测站点资料进行数据分析,采用偏差订正后的国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)中情景齐全的GCM预估3个未来假定气候情景模式(SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP5-8.5),分析了区域内降水气候变量的变化情况。[结果](1)气候模式模拟长江流域四川段降水量的结果存在一定程度的低估,在时间尺度上表现为月尺度>季尺度>年尺度。(2)对气候模式进行校正和评估后,数据更加符合实际情况,分位数映射法对气候模型数据的校正是很有效的。(3)相对于基准期(1980—2014年),研究区域未来降水量在3种情景下均高于历史时期,表现为SSP5-8.5>SSP2-4.5>SSP1-2.6。(4)降水量增加较大的区域主要位于研究区的西北部,呈现西部低东部高的空间格局。[结论]气候模式对研究区未来降水变化的预估结果为整体呈增长趋势,但存在一定程度低估。

太行山南麓3种典型人工林健康评价

2024年08月10 00:00

[目的]森林健康评价是进行森林管理的依据,开展森林健康评价能够为实现森林可持续经营目标提供一定理论基础。[方法]以太行山南麓广泛分布的侧柏人工林、栓皮栎人工林和刺槐人工林为研究对象,综合使用主成分分析法、聚类分析法和判别分析法3种多元统计分析方法,选择林分生产力、立地条件、群落结构、稳定性与可持续能力4个一级指标和21个二级指标构成森林健康评价体系,对其森林健康状态进行评价。[结果]树高、胸径、土壤全K含量、森林火险指数是影响研究区森林健康的主要因子,其主成分因子载荷均大于0.6; 在所调查的17块样地中,8个样地森林健康等级为“健康”或“亚健康”(占比和为47.0%),侧柏、栓皮栎和刺槐人工林相应森林健康等级占比和分别是60.0%,33.4%和50.0%,9块样地森林等级为“中健康”或“不健康”(占比和为53.0%),侧柏、栓皮栎和刺槐人工林相应森林健康等级占比和分别是40.0%,66.7%和50.0%。[结论]整体上看,研究区侧柏和刺槐人工林林分健康状况良好,栓皮栎人工林健康状况较差。

基于Budyko模型的渭河流域蒸散发时空变化归因分析

2024年08月10 00:00

[目的]定量评估渭河流域蒸散发变化趋势,分析其对环境变化的响应,有利于该区域水资源变化的研究。[方法]基于Budyko框架,结合归一化植被指数、土地利用类型、GLEAM蒸散发遥感数据、气象水文和社会经济等数据分析各驱动要素的趋势,构建了时变Budyko参数n的经验模型,采用弹性系数法定量评估各要素变化对蒸散发的影响。[结果](1)1990—2020年渭河流域实际蒸散发呈现显著增长的趋势,整体增速为1.98 mm/a,空间上呈东南向西北逐渐减少的趋势。(2)渭河流域下垫面参数n呈现增长的趋势,参数n与该地区的NDVI、人口、耕地面积、草地和GDP相关性较高。在对蒸散发模拟时,时变参数n模拟蒸散发的精度整体优于恒定参数n。(3)渭河流域蒸散发对降水量最敏感,对下垫面参数n不敏感,下垫面参数n对NDVI最敏感。(4)影响蒸散发变化程度大小依次为降水、下垫面参数、潜在蒸散发。[结论]研究时段内渭河流域蒸散发呈现显著增长趋势,气候变化对该地区蒸散发的变化起着主导作用,但人类活动对蒸散发的影响越来越明显。

城市化背景下合肥暴雨时空演变和水汽输送特征

2024年08月10 00:00

[目的]研究城市化背景下合肥暴雨事件的演变、水汽输送来源,可以为当地暴雨预报和制定适应性防灾减灾政策提供科学依据。[方法]利用趋势分析、Mann-Kendall非平稳性检验、GIS空间插值等多种方法探究合肥暴雨事件的时空分布,在此基础上基于拉格朗日方法的后向轨迹HYSPLIT模式对暴雨水汽输送特征进行分析。[结果](1)合肥城市热岛强度呈上升趋势(0.266℃/10 a),不透水面持续增多,增幅达4.99%。城—郊暴雨月分布呈单峰型,大尺度年际变化具有不对称性,城市暴雨雨量和暴雨日数增多,暴雨强度减少,减少趋势1.7 mm/(10 a·d); 郊区暴雨雨量和日数减少,暴雨强度增多,线性趋势1.1 mm/(10 a·d)。暴雨强度大值区空间分布从城区向郊区扩展。暴雨事件均发生由少到多的突变。(2)城市化对下风向区暴雨事件存在增加效应,暴雨雨量和日数分别增多26.84 mm/10 a和0.11 d/10 a,且快速发展阶段的城市化效应比缓慢阶段更显著,城市化影响对暴雨雨量、暴雨日数的正贡献度分别为41.2%和50.1%。(3)暴雨异常偏多年份,来自印度洋、孟加拉湾—中国南海和西太平洋的水汽输送贡献分别占总水汽的44%,64%和54%,且源自西南方向的水汽气团初始高度较低、比湿大,是暴雨过程的主要水汽来源。[结论]合肥城郊暴雨事件年际变化的不对性在城市化快速发展阶段更显著,未来应加强对城市化快速发展阶段暴雨事件变化机理的研究。

2000—2020年青海湖流域植被净初级生产力时空格局及驱动分析

2024年08月10 00:00

[目的]明确2000—2020年青海湖流域植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)时空格局变化特征,探究影响植被NPP的主要因素及驱动比例,为青海湖流域基础科学研究提供参考。[方法]以青海湖流域为研究区域,基于2000—2020年植被NPP、气温、降水量、植被覆盖度、人类活动强度数据,采用ArcGIS空间分析、地理探测器模型等方法,分析植被NPP在子流域、海拔、微地形上的时空变化,并对流域NPP与气温、降水量和植被覆盖度的相关性及植被NPP的驱动要素进行研究。[结果](1)21年间青海湖流域年植被NPP逐年波动上升,增速为2.22 g C·m²/a,空间上自西北向东南递增。(2)年植被NPP与年均气温、年降水量、年植被覆盖度的显著相关区域占流域面积比依次为40%,9%,59%。年均气温和年降水量与年植被NPP的一级偏相关系数显著区域占流域面积比分别是59.26%和33.39%。(3)驱动分析表明气温(q=0.58)、海拔(q=0.54)、人类活动(q=0.38)是流域NPP的主要驱动因子,并且因子交互解释力强于单因子解释力。[结论]2000—2020年青海湖流域植被NPP整体逐年增长,在海拔、子流域和微地形格局上表现出显著的空间分异性,气温、海拔、人类活动的交互驱动是流域NPP的主要驱动类型。

黄河砒砂岩区土地利用生态系统服务价值响应

2024年08月10 00:00

[目的]探究生态系统服务价值对土地利用变化的响应并预测未来变化的趋势,为砒砂岩区土地利用格局规划提供科学参考。[方法]以砒砂岩区2000—2021年四期遥感影像为基础,基于GIS技术和ESV评估方法,分析了20年来LUCC与ESV的变化特征,探究LUCC引起的ESV的响应关系,并利用马尔科夫模型对两者的发展趋势进行了预测。[结果](1)2000—2020年,LUCC总面积保持不变,建设用地增幅最明显,共增加762.73 km²,增长率达4.57%; 草地减幅最明显,共降低548.79 km²,减少率达3.28%。(2)ESV整体水平呈下降趋势,从199.496 5亿元下降到189.971 9亿元,下降4.78%,其中,草地ESV变化最大,减少7.462 9亿元,占总体下降率的78.35%。(3)ESV与草地、林地、耕地、水域及建设用地面积变化呈正相关,与未利用地呈负相关。(4)经预测,未来10年耕地、林地、草地、水域面积会下降至2020年的96.69%,98.94%,94.27%,99.12%; 建设用地、未利用地会增加至150.03%,121.61%,砒砂岩地区整体ESV水平会继续减少至92.81%。[结论]耕地、林地、草地和水域的面积在减少,建设用地及未利用地的面积会增加,ESV会持续减少,ESV变化与土地利用变化之间呈线性关系,未来建设用地的面积会增加,ESV会继续减少,合理调节建设用地的面积有利于黄河砒砂岩区生态建设和植被恢复重建。

生态脆弱区县域生态系统服务综合管控分区模拟与优化——以陕西陇县为例

2024年08月10 00:00

[目的]明晰生态脆弱区县域单元内多元生态系统服务时空分异特征与综合管控路径,对维护区域生态安全,践行生态文明战略有重要意义。[方法]以陕西陇县为例,评估县域空间2000年、2010年、2020年5项关键生态系统服务物质量值,识别服务供给高值区及权衡关系、权衡协同变化趋势; 结合OWA方法,筛选出综合最优的管控情景并给出优化建议。[结果](1)2000—2020年,县域多项服务整体呈现出上升趋势;(2)生境质量的高值聚集区分布与自然保护地位置一致; 土壤保持和水源涵养热点区主要分布于南北部林草高覆盖区域; 食物供给的热点区沿千河主河道分布。(3)生态休闲与食物供给服务在东南镇、温水镇、天成镇权衡空间扩张较为明显。水源涵养和生境质量的协同空间在西南部呈扩大趋势。(4)选取能够响应“供给高值区、权衡协同变化区”管控需求的模拟情景9作为最优管控模式,其中管控优先级最高的“关键保护与修复区”占县域面积的13.9%。[结论]生态脆弱区县域生态系统服务管控不仅应注重对服务供给高值地区的保护,还应关注局部服务权衡加剧、协同减弱的现象,适时调控地域发展导向,探索综合可持续管控模式。

基于InVEST模型的长江中下游地区生境质量变化研究

徐云, 高明坤, 张增信 — 2024年08月10 00:00

[目的]生境质量是生态系统能够提供给物种生存繁衍所需条件的潜力,是提升生态系统功能的关键。研究长江流域的生境质量对长江经济带绿色发展和长江大保护等国家重大战略具有重要意义。[方法]以长江中下游地区1980—2018年土地利用数据为基础,利用InVEST模型研究了1980—2018年长江中下游地区的土地利用变化与生境质量、生境退化度的时空变化。[结果](1)林地作为研究区主要的土地利用类型且在不断减少,主要转向建设用地和水域。(2)38年来研究区整体生境质量处于较高等级,生境质量指数平均值为0.628,但呈现下降趋势。空间上表现出东部、中部低,南部高的态势,这与研究区东部、中部大多以建设用地为主,南部以林地、草地为主的土地利用格局相吻合。(3)研究区生境退化度呈现中部区域高,周围较低的分布,生境退化度的变化在时间上呈现升高的趋势,空间上生境退化度发生变化的区域较集中,比如沿江城市群、城乡等人口聚集地的退化度变化剧烈,其余区域变化不明显。[结论]长江中下游地区的生境质量总体上正处于一个退化的过程,城市化的进程使得土地利用中林地、草地和耕地大量转向建设用地,导致生境质量的不断下降,尤其以沿江城市群的问题尤为突出,我们应当更加合理地开发建设用地,划定生态保护红线,逐渐恢复和提高长江中下游的生境质量,扎实推进长江生态环境保护修复,筑牢长江经济带生态安全底线。

长株潭城市群人居环境质量评价及空间分异研究

2024年08月10 00:00

[目的]分析长株潭城市群内各市县之间人居环境质量的时空演变差异,探究其空间分异格局的成因,为未来长株潭城市群缩小人居环境差距,构建良好人居环境提供科学支撑。[方法]选取长株潭城市群2013年、2015年、2017年、2019年、2021年相关人居环境指标,运用熵值法、耦合协调度和地理探测器模型等研究方法,对长株潭城市群包括23个区市县人居环境质量及其分异机理展开探究。[结果](1)总体上研究区内人居环境质量都得到不同程度的改善,但有差距扩大的趋势;(2)空间分布呈“中心高、周边低”向“均衡”的格局发展;(3)城市群各市县人居环境耦合度高但协调度较低;(4)从自然生态环境、经济发展环境、社会保障环境和个人居住环境等方面进行影响因素分析发现:自然生态环境对人居环境的改善起着底托作用; 经济发展环境是人居环境改善的关键; 社会保障环境是人居环境的后盾; 个人居住环境是人居环境质量高低的直接体现。[结论]长株潭城市群内各市县间的人居环境在时空发展过程中没有达到一个较好的协调发展阶段,人居环境的质量是一个多因素综合作用的结果,长株潭城市群各地区要自觉承担“三高四新”和强省会战略的历史使命,依托各自的优势实现经济错位发展和高质量发展; 进一步完善各地区的基础设施和城市更新行动,加强生态环境建设,实现资源的均等性; 党和政府工作重心下沉,关注基层群众的基本民生问题,从而建成高质量的人居环境。

长江经济带旅游生态安全时空格局及影响因素

2024年08月10 00:00

[目的]科学评价旅游生态安全对长江经济带旅游业高质量发展和低碳化转型具有重要现实和理论意义。[方法]以长江经济带为案例地,从效率视角采用“DPSIR-DEA”指标框架构建区域旅游生态安全评估体系,通过探索性空间分析、GTWR模型分析了2008—2019年长江经济带旅游生态安全的时空演化过程和影响因素。[结果](1)2008—2019年长江经济带旅游生态安全呈现波动变化特征,表现为“W”型螺旋上升的趋势;(2)2008—2019年长江经济带旅游生态安全时空演化存在较强的空间差异性,具有“整体稳定,局部波动”的特征,在空间上,中部区域旅游生态安全时空变化较小,长三角地区、成渝地区旅游生态安全波动性较大;(3)影响长江经济带旅游生态安全的主要因素有经济、社会、环境等方面,各个方面存在显著空间差异,此外,旅游生态安全影响因素存在较强的时空非平稳性。[结论]从效率视角切入长江经济带旅游生态安全的测算和评估,为旅游业高质量发展和区域旅游协调发展提供新的视角,有助于发挥好旅游业对长江经济带“共抓大保护、不搞大开发”战略的重要贡献价值。

长株潭“三生”空间适宜性耦合协调度分析

2024年08月10 00:00

[目的]探索“三生”空间适宜性之间的耦合协调关系,明确国土空间发展的主要矛盾和影响因素,为促进长株潭地区“三生”空间协调发展提供科学依据。[方法]基于长株潭地区发展现状,构建“三生”空间适宜性评价指标体系,分别评价生产、生活、生态空间的适宜性,并采用耦合协调度模型基于三类适宜性的空间分布分析耦合协调性,探索“三生”空间适宜性之间的作用关系。[结果]2000—2020年生产空间面积先减后增、生活空间面积加速递增、生态空间面积加速递减,大量农业生产空间和林地生态空间转化为工业生产空间和城市生活空间。“三生”空间适宜性呈现出由市区向外扩散的“生活—生产—生态”圈层空间格局特征,生产空间适宜性北高南低、中高外低,生活空间适宜性呈现“一片八核多点”分布特征,生态空间适宜性东高西低、南高北低。基于适宜性的“三生”空间格局中,生产、生活和生态空间分别占国土面积的34.36%,19.55%和46.09%,其与“三生”空间现状差异明显,突出生态保护的重点区域。研究区整体处于基本协调水平,高度协调、基本协调、临界失调和失调区域面积分别占国土面积的56.29%,36.65%,6.91%和0.16%。“三生”空间适宜性耦合协调度空间分异明显,反映出不同的国土空间发展矛盾,需采取针对性措施促进“三生”空间协调发展。[结论]“三生”空间适宜性之间呈现生态空间与生产或生活空间不协调、生产和生活空间较协调的特点,生态空间与生产空间之间、生态空间与生活空间之间适宜性的不协调是长株潭地区国土空间发展的主要矛盾,地形地貌是影响“三生”空间适宜性耦合协调度的根本因素。

川南城市群植被覆盖度时空演变及驱动力

2024年08月10 00:00

[目的]探究川南城市群植被覆盖度时空演变规律,并分析其驱动机制,以期为推动长江上游生态环境保护和社会经济可持续发展提供参考和决策依据。[方法]以植被覆盖度为研究对象,采用变异系数和线性回归研究方法分析了2001—2021年川南城市群植被变化时空演变特征,并采用地理探测器模型探究了其影响因素。[结果](1)川南城市群植被覆盖度整体状况良好,植被覆盖度为0.4以上的区域占比为71.74%。植被覆盖度变化以低波动为主,占比为78.16%。植被退化趋势显著,占比为8.89%。(2)各驱动因子对植被覆盖度影响程度降序排列为高程>土地利用类型>年均气温>坡度>人口密度>GDP>城镇化率>年均蒸散发>年均降水量>坡向。其中,前6个因子的解释力q值均大于16%,是影响植被覆盖度变化的主要驱动因子。(3)任意两个因子交互关系以双因子增强和非线性增强为主,其中高程与土地利用类型交互的q值最大,为0.369。(4)当高程1 200～1 400 m、年均气温12.15～15.16 ℃、坡度32°～35°、人口密度小于22.31人/km²、GDP为122～1 221元/km²以及土地利用类型为林地时,最适宜植被生长。[结论]2001—2021年川南城市群植被覆盖度整体状况良好,地形地貌、气象条件和社会经济因素均对区域植被变化产生显著影响。

喀斯特山地城市群生态系统服务价值演变及影响因素

赵祖伦, 罗军华, 李威, 黄亮, 尹林江, 吕思思, 赵卫权 — 2024年08月10 00:00

[目的]研究喀斯特城市群城镇化背景下的生态系统服务价值(Ecosystem service value,ESV)演变及影响因素,为区域生态环境保护、生态功能区划和生态补偿决策提供科学依据。[方法]基于黔中城市群2000—2020年土地利用数据,从自然和社会经济角度选取16个土地利用变化驱动因子,构建Markov-FLUS模型模拟自然发展和生态约束情景下的2030年土地利用格局,然后采用修正的ESV系数评估ESV时空演变规律,利用地理探测器分析ESV空间分异影响因素。[结果](1)2000—2020年人造地表对耕地(53%)、林地(12%)和草地(10%)侵占严重; 生态约束情景下重要自然保护区得到有效保护,人造地表增加5.55万hm²,增速有所放缓。(2)ESV整体呈现先升后降的趋势,其中调节服务(71.08%)>支持服务(23.59%)>文化服务(4.51%)>供给服务(0.82%); 自然发展情景下2030年ESV值为592.11亿元,生态约束情景下ESV值为589.06亿元。(3)ESV空间分异因子解释力分别为区县面积(0.79)>农林牧渔增加值(0.51)>第一产业增加值(0.50)>GDP(0.41)>人均GDP(0.30)>建成区面积(0.09)>常住人口(0.04),区县面积、农林牧渔增加值和第一产业增加值与ESV呈显著正相关,人均GDP与ESV呈显著负相关关系,影响因素的交互对于ESV具有非线性增强和双因子增强的解释作用。[结论]区域生态系统服务类型主要为调节服务,水域与林地生态系统对于整体ESV的影响较大,是区域环境保护与生态建设的重心。

农户生计资本对农地流转意愿与行为的影响机制——基于山东曲阜359份农户调查问卷的实证

2024年08月10 00:00

[目的]探究农户生计资本五个维度对农地流转意愿及行为的影响机制,为推动农地合理流转、提高农地利用效益、促进适度规模经营提供科学依据。[方法]基于山东省曲阜市3镇12村调查获取的359份农户问卷数据,采用二元 Logistic回归进行了分析。[结果]物质资本、金融资本与流转意愿和转入意愿呈5%显著相关,自然资本与转出意愿呈5%显著相关,社会资本与转入行为呈10%显著相关,物质资本、社会资本与转出行为呈10%显著相关。[结论]调研区域流转意愿较为旺盛,农地流转比例相对较高,但二者还存在一定差距。不同维度的生计资本对于流转意愿和流转行为的影响并不完全相同。为推动农地合理流转,应进一步完善农地流转市场机制,加强政府宏观调控与中介职能,提高农户生计资本。

水土保持研究

暴雨条件下黄土高原荞麦地的沟蚀特征——以陕西省定边县为例

基于REE示踪法的工程堆积体坡面泥沙来源研究

雨型和种植模式对鄱阳湖平原区农田水土流失的影响

黔东南丘陵山地5种林分类型土壤有机碳与理化性质间的关系

不同坡度下蔗地土壤侵蚀及氮素流失对雨型和甘蔗生育期的响应

喀斯特区土石工程堆积体坡面植被恢复评价

保水剂施用量对西南紫色土水分和养分特征及烟叶品质的影响

陕北黄土丘陵区主要作物需水量变化趋势及其应对策略

喀斯特地区典型植被根系对优先流的影响

基于DNDC模型分析氮添加对内蒙古草甸和荒漠草地碳动态的影响

北川县典型林分根—土复合体抗剪强度

鲁中南地区不同经济林种植模式的改良土壤效应

施肥和生物炭添加对高粱—玉米轮作土壤呼吸的影响

黄土丘陵区林分密度对人工刺槐林土壤理化性质及酶活性影响

东北黑土区土壤侵蚀自然驱动因子时空分布特征

西南高山峡谷区水力侵蚀时空变化及其驱动力

安徽省重点水土流失区土壤可蚀性K值评估与修正

裸露砒砂岩区沟坡泻溜侵蚀特征与地形因子的关系

长期植被覆盖对紫色土坡面减流减沙能力的影响

有限样本下土壤有机碳密度空间分布预测模型对比分析

古尔班通古特沙漠流动沙丘土壤水分与地形—植被因子关系

白于山区土壤干燥化对人工林植被恢复40年的响应特征

渭河流域土壤水分时空变化及其影响因素分析

不同尺度下土壤粒径及分形特征

黄土区不同地貌类型耕地土壤养分空间格局及驱动因素

滇中主要森林类型土壤团聚体稳定性及其变化机制

高原鼠兔洞穴对土壤入渗的影响及机制

陕北黄土区不同植被下深剖面土壤的分形特征

基于GF-1卫星遥感反演排水河沟水体溶存N2O浓度模型对比研究

基于遥感降水产品的西南地区降水时空动态分析

内蒙古草原内陆河流域水文循环要素时空演变及驱动因素

基于CMIP6气候模式对长江流域四川段的未来降水变化预估与分析

太行山南麓3种典型人工林健康评价

基于Budyko模型的渭河流域蒸散发时空变化归因分析

城市化背景下合肥暴雨时空演变和水汽输送特征

2000—2020年青海湖流域植被净初级生产力时空格局及驱动分析

黄河砒砂岩区土地利用生态系统服务价值响应

生态脆弱区县域生态系统服务综合管控分区模拟与优化——以陕西陇县为例

基于InVEST模型的长江中下游地区生境质量变化研究

长株潭城市群人居环境质量评价及空间分异研究

长江经济带旅游生态安全时空格局及影响因素

长株潭“三生”空间适宜性耦合协调度分析

川南城市群植被覆盖度时空演变及驱动力

喀斯特山地城市群生态系统服务价值演变及影响因素

农户生计资本对农地流转意愿与行为的影响机制——基于山东曲阜359份农户调查问卷的实证

基于GF-1卫星遥感反演排水河沟水体溶存N₂O浓度模型对比研究