水土保持研究

基于CSLE的泛第三极地区土壤侵蚀强度空间分布特征

2024年04月30 00:00

[目的]定量评估泛第三极地区的土壤侵蚀状况,明确土壤侵蚀的分布特征,以期为土壤侵蚀的科学防治提供依据。[方法]基于分层不等概系统抽样方法,共布设31 406个调查单元。利用中国土壤流失方程CSLE计算泛第三极地区土壤侵蚀速率,并利用莫兰指数(I)探讨其分布特征。[结果](1)泛第三极地区平均土壤侵蚀速率为162.73 t/(km²·a),水土流失面积比例为7.75%,土壤侵蚀速率超过500 t/(km²·a)的地区主要位于西亚、东亚和南亚;(2)土壤侵蚀存在明显的空间聚集性(I=0.920 9),以高高型和低低型聚集为主,高高型聚集主要分布在西亚北部、南亚北部和西南部以及中国的东北、黄土高原和西藏南部;(3)草地、灌丛和耕地是土壤侵蚀较严重的土地利用类型,其中>1 000 m的草地、>500 m的灌丛和耕地的土壤侵蚀更严重,超过25%的土地都发生了水土流失,平均土壤侵蚀速率变化于426.85～683.72 t/(km²·a)。[结论]海拔介于1 000～6 000 m的草地、500～4 000 m的灌丛以及1 000～4 000 m的耕地是泛第三极地区土壤侵蚀发生的重点区域,需特别关注。

砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性K值空间变异特征

2024年04月30 00:00

[目的]研究砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性的空间变异特征,为砒砂岩覆土区土壤侵蚀机理深入探究和土壤侵蚀有效防治提供科学依据。[方法]以内蒙古准格尔旗砒砂岩覆土区二老虎沟小流域为研究对象,采集0—10 cm和10—20 cm土层共144份土壤样品,基于EPIC模型估算土壤可蚀性K值,并利用GIS和地统计学方法分析土壤可蚀性K值空间变异特征。[结果](1)二老虎沟小流域土壤砂粒、粉粒、黏粒和有机碳均呈中等变异程度,除黏粒和有机碳为中等空间自相关性外,其他土壤属性均呈弱空间自相关性。(2)小流域土壤可蚀性K值介于0.018 7～0.047 6 t·hm²·h/(hm ²·MJ·mm),0—10 cm和10—20 cm土层K值变异系数分别为15.5%和20.3%,属中等变异强度; 0—10 cm土层K值主要受随机性因素影响,呈弱空间自相关性,而10—20 cm土层受随机性因素和结构性因素共同影响,为中等空间自相关性。(3)3种克里格插值方法结果表明:小流域土壤可蚀性K值空间变异受海拔和坡度影响明显,其总体分布趋势为西部和东南部较高、中部及偏东部较低; 普通克里格插值方法较适宜应用于砒砂岩覆土区小流域,其估算结果可较好地显示土壤可蚀性的整体和局部两方面的空间变异特征。(4)在垂直空间变异上,0—10 cm和10—20 cm土层土壤可蚀性K值总体分布规律相似,但10—20 cm土层土壤可蚀性K值较0—10 cm土层空间变异更为明显。[结论]海拔和坡度对砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性K值空间变异影响明显,未来应优先对坡面和坡顶区域进行土壤侵蚀防治。

基于RUSLE模型的雅鲁藏布江流域土壤侵蚀评价

2024年04月30 00:00

[目的]研究雅鲁藏布江流域土壤侵蚀时空变化特征,并分析气候和植被覆盖变化对土壤侵蚀的影响,以期为高寒区土壤侵蚀防治、生态系统保护和水土资源开发利用提供理论支撑。[方法]以雅鲁藏布江流域为研究区,采用RUSLE模型定量评估了1980—2017年流域土壤侵蚀的时空变化特征。[结果]1980—2017年,雅江流域土壤侵蚀强度整体呈现先减小后增加的趋势,1980—1999年年均土壤侵蚀模数波动下降,2000—2017年年均土壤侵蚀模数则呈现不显著上升趋势; 流域中上游地区土壤侵蚀变化较为显著,下游地区侵蚀强度先增加后减小。年均土壤侵蚀模数与降雨侵蚀力呈显著正相关关系,Pearson相关系数为0.92,而与NDVI关系不显著。不同土地利用类型中,土壤侵蚀最强烈的是未利用地,其次是稀疏草地,由于其面积占比最高,对流域总侵蚀量的贡献比超过54%。[结论]降雨是影响雅江流域土壤侵蚀强度变化的主要因素,未来土壤侵蚀防治的重点区域应为流域东部下游降雨量较大的地区,重点防范极端降雨造成的水土流失。

基于地形梯度的典型退耕区土壤侵蚀时空分异特征研究

2024年04月30 00:00

[目的]研究典型退耕区退耕前后地形分异条件下的土壤侵蚀时空动态变化特征,为巩固退耕还林(草)成果提供科学支撑。[方法]采用RUSLE模型定量分析了延安市1989—2019年土壤侵蚀强度时空演变特征,结合地形因子探究了土壤侵蚀在各高程、坡度上的分异规律,通过LMDI模型了解影响土壤侵蚀模数变化的降雨因子、植被因子与水土保持因子,并分析了其贡献值,利用CA-Markov模型预测了延安市2029年土壤侵蚀状况。[结果]1989年、1999年、2009年、2019年延安市平均土壤侵蚀模数分别为12 554.80 t/(km²·a),8 237.17 t/(km²·a),5 936.57 t/(km²·a),4 473.02 t/(km²·a),侵蚀类型整体以微度侵蚀为主,在空间上呈现北高南低的分异特征; 侵蚀强度总体随高程的升高而降低,但在五级高程上侵蚀加剧; 侵蚀强度与坡度存在一致性,坡度增加,侵蚀加剧; 近年来,植被因子和水土保持因子对土壤侵蚀的抑制作用增加; 2029年延安市土壤侵蚀状况总体好转。[结论]延安市土壤侵蚀状况总体明显改善,但局部依然存在侵蚀加剧的情况,未来延安市应重点治理北部高海拔、东部黄河沿岸地区,加强对高坡度区域的监测。

黄土高原林区植被变化对水沙演变的影响——以仕望川流域为例

2024年04月30 00:00

[目的]研究林区植被变化对水沙演变的影响,可以为黄河流域生态环境建设政策的制定与调整提供科学依据。[方法]基于仕望川流域控制水文站大村站1959—2018年的径流量与输沙量数据以及流域内的降水数据,分析了其60年水文变化特征。结合1985—2018年的NDVI数据以及五期土地利用数据,分析讨论了流域水沙变化的植被下垫面驱动效应。[结果]仕望川流域近60年来的径流量和输沙量呈显著减少的趋势(p<0.01),突变年分别在1988年和1983年,而流域内土地利用情况和降水在60年间并无明显的变化趋势,流域内生长季NDVI在2000年前变化不明显,但在2000年后有显著提升趋势。[结论]2000年以前,各种水土保持治理措施的实施是流域径流量与输沙量减少的主要原因; 进入21世纪后,流域内植被质量的提升使径流量与输沙量进一步减少。

典型喀斯特流域介质结构的降雨-径流机制研究——以黔中地区为例

2024年04月30 00:00

[目的]探究喀斯特流域介质结构的降雨—径流机制,为合理利用黔中地区水资源及防洪防旱等方面提供理论参考。[方法]选黔中20个典型流域为研究样区,分析流域降雨、径流时空分布特征,利用支持向量回归(SVR)开展多尺度降雨—径流模拟,采用Spearman方法分析流域介质结构的降雨—径流机制。[结果](1)黔中1979—2021年降雨呈缓慢上升趋势(5.02 mm/a),径流呈缓慢下降趋势(-0.17亿m³/a),两者在空间上总体分布不均匀;(2)通过径向基核函数(RBF)训练的SVR相对准确,模拟精度:秋季>冬季>春季>全年>夏季;(3)单因素单因子影响:非喀斯特(0.764)>低活性强酸土(0.566)>峰林地貌型(0.459)>草丛(0.456)>连续性白云岩喀斯特(-0.435)>栽培植被(-0.426);(4)单因素耦合影响:土层覆盖结构(0.714)>地貌组合结构(-0.529)>岩石组成结构(-0.446)>植被分布结构(0.323),多因素耦合影响:234(-0.702)>1234(-0.679)>23(0.607)>34(-0.604)>24(-0.547)>134(-0.544)>13(0.507)。[结论]SVR适用于黔中地区降雨—径流过程的模拟,流域介质结构对降雨—径流影响较大。

黄河中游典型流域土地利用对径流的调控作用

2024年04月30 00:00

[目的]深入研究黄河中游不同土地利用对径流变化的调节效应及其阈值,对于山洪防治和流域高质量发展至关重要。[方法]以大理河流域为重点研究区域,分析其近20年来的土地利用变化特征,基于流域月尺度SWAT模型定量分析了土地利用变化对径流年内分配的影响; 通过设置4种极端土地利用情况研究了不同土地利用类型对于汛期径流的影响; 并通过设置12种不同的土地利用覆盖度情景,揭示了影响流域径流的土地利用的覆盖临界。[结果]大理河流域主要的土地利用方式为耕地、草地和林地,草地和林地对径流有抑制作用,耕地对径流存在促进作用,三者的影响系数分别为-0.125,-0.130,0.122。土地利用对径流的年内分配有一定的调控作用,但当土地利用变化较小时,这种调控作用不明显。土地利用覆盖度存在明显的边际效应,其下临界约为5%,草地的上临界为95%,林地的上临界为91%。[结论]由于流域内实际的植被条件较差,林草覆盖度仍处于较低水平,因此修复植被和适当地退耕、退草还林仍能对该流域的水土保持工作和防洪建设起到促进作用。

黄土丘陵沟壑区村庄生态系统服务对人类福祉的影响机理——以陕西省米脂县为例

2024年04月30 00:00

[目的]在生态脆弱区,探究村庄生态系统服务对人类福祉的影响机理,为推动区域可持续发展提供参考。[方法]以黄土丘陵沟壑区陕西省米脂县为例,基于生物物理指标、人类需求理论分别评估村庄服务与福祉,分析了两者的空间分布。基于结构方程模型揭示了村庄禀赋视角下村庄服务对福祉的影响机理。[结果](1)作物和肉类空间分布相近,水果供给呈集中分布; 高土壤保持村庄分布于南部丘陵,水源涵养和生境质量均西部高于东部; 景观美学东部高于西部,高休闲娱乐村庄集中于城镇区。(2)村庄各需求、福祉空间分布差异较大。高福祉村庄包括川道村、多数乡镇中心村、乡村振兴示范村; 低福祉村庄主要位于东西部丘陵,需政府重点关注。(3)村庄服务对福祉产生正向影响,作物、肉类、水源涵养是影响村庄福祉的关键服务。村庄禀赋对服务、福祉产生正向影响,且村庄禀赋通过提高村庄ES间接改善村庄福祉水平。高程是关键的自然禀赋,非文盲率和老龄化率是关键的社会禀赋; 距县城距离是关键的区位禀赋。[结论]村庄服务与福祉空间差异明显,禀赋—服务—福祉的影响路径显著。依据空间差异与路径差异施策,是提升生态系统服务福祉贡献的要求。

基于SWAT模型的涪江流域土地利用变化的水沙响应研究

2024年04月30 00:00

[目的]分析涪江流域水沙对土地利用类型变化的响应情况,为流域水土资源规划管理和生态环境建设提供科学依据。[方法]应用SWAT分布式水文模型,采用情景模拟方法构建3期自然情景以及3种极端情景,分析流域1990—2010年的土地利用变化情况以及量化不同土地利用类型对流域水沙的作用程度。[结果](1)1999—2010年,流域上游以林草地为主,约占流域总面积的46%; 中下游主要为农业用地和居民用地,耕地占流域总面积的51%左右; 居民用地与未利用地扩张率分别为95.86%和434.43%。自然情景下,流域径流变化率小于5%,侵蚀产沙变化率小于15%。(2)SWAT模型在涪江流域具有较强的适用性,径流率定期和验证期的R²和NSE分别为0.86,0.85; 0.80,0.78,泥沙分别为0.68,0.67; 0.68,0.43。情景模拟分析得出具体土地利用类型对径流的影响程度:林地>草地>未利用地,相对于基准期,林地覆被情景减少了35.66%的产流量。对流域侵蚀产沙的影响程度:未利用地>林地>草地,未利用地情景下增加了56.74%的侵蚀产沙量,林地和草地情景分别减少了43.57%和30.04%。(3)基于随机森林算法的自变量影响程度重要性排序结果表明:影响产流量的前3个土地利用类型是耕地、林地、草地,权重系数分别为2.057,2.030,1.148; 影响侵蚀产沙量的是草地、耕地、林地,权重系数分别为1.753,1.208,1.003。[结论]除耕地外,径流对林地变化的响应最显著,侵蚀产沙量对草地变化的响应最显著,当土地利用类型向林草地转化时,对流域具有显著减水减沙效果。该研究可为涪江流域未来土地利用结构优化和水土资源的合理规划提供科学依据。

纸坊沟小流域近80年来土地利用变化及其土壤保持效应

2024年04月30 00:00

[目的]小流域综合治理驱动的土地利用变化可显著影响流域产沙过程,探究纸坊沟小流域不同治理阶段土地利用动态变化特征及土壤保持效应,为黄土高原生态服务功能的改善提供科学支撑。[方法]基于CSLE模型,系统评估纸流域近80年5个治理时段土地利用变化及其土壤保持效应的时空特征。[结果](1)1938年植被破坏前流域林草植被占88.55%,植被破坏后1958年林草植被占比降为32%,林地、草地和耕地比例为1:244:433,1978年土地利用变化平缓; 小流域综合治理实施后,1999年和2020年林草植被占比分别为64.73%和86.55%,2020年林草植被占比与1938年破坏前基本持平,但林地占比还是略小,草地略高,林地、草地和耕地比例为7.6:5:1。(2)流域5个时期土壤保持量分别为24.85万t,18.86万t,22.88万t,23.62万t,24.60万t,植被破坏后土壤保持量有所下降,小流域综合治理后土壤保持量有所增加,由于林地面积仍低于破坏前,2020年土壤保持量仍低于1938年0.01%。(3)受土地流转驱动,不同时期林地、草地和耕地土壤保持量分别较1938年增加或减少了-99.80%～-17.86%,23.90%～69.18%和-25.06%～664.66%,园地土壤保持量在1999年达到最大值,后于2020年降至7 511.14 t。[结论]纸坊沟小流域的植被覆盖已基本恢复至1938年破坏前的水平,说明黄土高原生态恢复在纸坊沟小流域取得了显著成效。

黄土高原宁南山区土壤养分空间分布特征

2024年04月30 00:00

[目的]土壤养分含量及其空间分布状况是陆地生态系统健康与可持续发展的重要评价因素,因此分析土壤养分及其空间特征对该区域的土壤养分管理以及土地可持续利用意义重大。[方法]在半干旱的宁南山区选取不同土地利用类型为研究对象,采用地统计学空间插值分析了土壤养分含量及其空间分布特征。[结果]黄土丘陵不同土地利用类型土壤全量养分均处于中等偏下的水平,表层0—20 cm土壤养分含量均高于20—40 cm土层,“表聚效应”明显。整体上,土壤养分含量基本表现为天然草地>柠条>山杏>裸地>梯田>退耕草地,其中天然草地显著高于其他植被类型(p<0.05)。从土壤养分的空间分布可知,土壤有机碳含量呈中部低、南北高的状态; 土壤速效磷含量呈中部高,南北低的状态; 土壤硝态氮和铵态氮含量变化趋势则是从南到北逐渐递增。[结论]人工种植柠条和山杏有利于改善该地区土壤综合质量水平; 因此,退耕还林(草)的生态恢复措施能够持续、有效改善当地的土壤质量状况。

多场次模拟暴雨下3种草坪坡地微塑料迁移特征

马建刚, 王刘雅, 张春涛, 赵学海 — 2024年04月30 00:00

[目的]探明降雨径流和水分入渗下的微塑料在坡地草坪内的迁移特征,为草坪截存微塑料估算及城市草坪选择提供依据。[方法]通过人工模拟多场暴雨,在径流小区上研究了3种坡地草坪微塑料的径流迁移和土内垂直迁移特征。[结果]绝大多数微塑料保留在草地内; 微塑料迁移量随着径流的增加和消减阶段而相应变化,但径流稳定阶段微塑料迁移量呈波动式下降趋势; 随着降雨场次的增加,微塑料迁移量及其波动显著降低; 微塑料粒径减小其径流迁移量增大,但小于0.5 mm后微塑料迁移量无差异。微塑料向土内最大迁移深度集中在15 cm内; 随着降雨场次增加,迁移深度无明显增加; 迁移粒径主要是<0.25 mm的微塑料,但其10 cm以下迁移量不足0—5 cm的1%,0—5 cm土壤内微塑料在上坡位淋失,在下坡位富集。[结论]微塑料迁移与径流过程和水分入渗规律并不完全一致,且短期降雨引起的微塑料水平和垂直迁移比较少,白三叶草地微塑料的迁移量最少,黑麦草草地最多,狗牙根的水平迁移和垂直迁移量居中。

宁夏南部黄土丘陵区3种草本根土复合体抗冲性及其与影响因素的关系

2024年04月30 00:00

[目的]明确宁夏南部黄土丘陵区3种草本根土复合体抗冲性差异及其与相关影响因素的关系,为研究区生态建设质量提升及植被优化配置提供理论依据。[方法]以研究区常见草本百里香、星毛委陵菜、长芒草根土复合体为研究对象,采用室内原状土水槽冲刷法,并利用LA-S根系扫描分析系统,研究不同草本0—15 cm土层根土复合体抗冲性能及其与根、土的关系。[结果](1)3种草本0—15 cm土层根土复合体抗冲性大小为星毛委陵菜(53.7 L·h/g)>百里香(36.5 L·h/g)>长芒草(14.2 L·h/g),星毛委陵菜根土复合体抗冲性最强。(2)3种草本根系根长密度、表面积密度、体积密度和比根长分别为4.25～10.56 cm/cm³,42.95～111.51 mm²/cm³,5.04～17.94 mm³/cm³,35.06～67.96 m/g,根长密度等参数百里香明显大于其他草本。(3)各草本根系分布土壤的有机碳含量百里香(1.437%)>星毛委陵菜(1.290%)>长芒草(0.430%)。根系土壤黏粒含量百里香是星毛委陵菜、长芒草的1.14倍、1.20倍。3种草本土壤团聚体参数MWD,GMD,R_>0.25分别为13.80～18.23 mm,7.15～11.11 mm,43.06%～70.05%,各指标星毛委陵菜最大。(4)根系、土壤均能直接或间接、单独或共同影响根土复合体抗冲性。百里香土壤黏粒、粉粒、砂粒及团聚体直接影响土体抗冲性,其大部分根系还通过影响土壤机械组成和有机碳含量间接影响抗冲性。星毛委陵菜土壤粉粒和大部分细根直接影响土体抗冲性,其0～0.5 mm根、土壤黏粒、砂粒还通过影响土壤团聚体等间接影响抗冲性。长芒草土壤砂粒、0～1.0 mm根直接影响土体抗冲性,其特定细根还通过影响土壤团聚体和有机碳含量间接影响抗冲性。[结论]3种草本根土复合体抗冲性大小有明显差异,根系、土壤均能影响其抗冲性能,在宁夏南部黄土丘陵区进行生态建设应考虑不同草本(植被)的抗冲性能,并在改善相关影响因素的基础上加以科学配置。

黄土高原不同降雨强度下生物土壤结皮对坡面流水动力参数的影响

2024年04月30 00:00

[目的]明确不同降雨强度下生物土壤结皮对坡面流水动力参数的影响,进一步评估生物结皮的水土保持功能。[方法]以黄土高原典型藻结皮和苔藓结皮为研究对象,系统研究了60,90,120,150,200 mm/h雨强下生物土壤结皮对坡面流水动力参数的影响。[结果](1)所有雨强下藻结皮和苔藓结皮坡面流流型均为层流,除200 mm/h雨强下苔藓结皮坡面流为急流外,所有雨强下藻结皮和苔藓结皮流态均为急流;(2)藻结皮在90,120,150,200 mm/h雨强下流速、径流量和径流系数分别是60 mm/h雨强的1.76～3.9,4.89～9.26,3.91～4.13倍,苔藓结皮则为1.34～2.56,5.86～13.81,2.46～4.26倍,流速和径流量均随雨强呈线性函数增加(R²≥0.85,p<0.01),径流系数呈幂函数增加(R²≥0.49,p<0.05);(3)60,90,120,150,200 mm/h雨强下藻结皮阻力系数和曼宁糙率系数变化范围分别为0.15～0.74,0.01～0.03,苔藓结皮则为0.82～3.02,0.03～0.06,阻力系数和曼宁系数均随雨强成指数函数降低(R²≥0.47,p<0.05);(4)降雨强度与生物结皮种类均与坡面水动力参数显著相关。所有雨强下,藻结皮坡面流速显著高于苔藓结皮(11.77%～118.31%),而径流量、阻力系数和曼宁系数则低于苔藓结皮(1.41%～37.55%,53.32%～90.42%和38.08%～73.00%)。[结论]生物结皮对黄土高原坡面流水动力参数有较大影响,未来应加强生物结皮对坡面流水动力参数的研究。研究对于黄土高原生物土壤结皮坡面流水动力参数特征具有重要意义,可对精准侵蚀预报模型提供理论支撑。

径流深和侵蚀量与集水面积、坡度及降雨量关系研究

2024年04月30 00:00

[目的]分析径流深、侵蚀量与集水面积、坡度等影响因子间定量关系,为土壤侵蚀物理模型构建及参数率定提供参考。[方法]基于不同下垫面措施野外径流小区天然降雨实测资料,构建了年降雨径流深、侵蚀量多参数非线性估算模型。[结果]降雨产流阈值随集水面积、坡度呈先减后增、先增后减的变化趋势。年径流深(Y₁)和年土壤流失量(Y₂)随面积呈先增后减变化趋势; Y₁随坡度呈先减小后迅速增加变化趋势,Y₂随坡度呈持续递增变化规律; Y₁和Y₂随年降雨量持续增加。当坡面面积为130 m²时,Y₁和Y₂均达最大值; 当坡度为13.5°时,Y₁达最小值。Y₁多参数非线性回归估算模型精度较好,70%数据点相对误差分布在±30%内。[结论]集水面积、坡度和年降雨量三者交互作用对年降雨径流深和侵蚀量影响作用最大; 对于年降雨径流深和侵蚀量而言,均存在临界集水面积和临界坡度值。

红壤工程堆积体坡面径流水动力特性研究

2024年04月30 00:00

[目的]揭示裸坡和土石混合2种典型人为扰动工程堆积体在降雨条件下的坡面径流水动力参数特征,量化堆积体侵蚀动力临界条件,进而为阐明堆积体侵蚀动力机制奠定基础。[方法]以红壤工程堆积体为研究对象,通过模拟降雨试验,开展裸坡和土石混合(20%砾石含量)堆积体在不同降雨强度条件下的径流水动力特性分析,进一步量化不同堆积体侵蚀临界动力条件,开展堆积体侵蚀内在机制研究。[结果]随降雨强度1.0 mm/min递增至2.0 mm/min,堆积体的径流由层流缓流过渡为层流急流,砾石使平均阻力系数增大1.40～3.54倍。径流剪切力和径流功率随降雨强度增大呈递增趋势,1.0 mm/min雨强时砾石作用使径流剪切力均值较裸坡下降44.99%,但≥1.5 mm/min时增大2.90%～18.50%,然而3种降雨强度下砾石均使径流功率均值较裸坡减少10.38%～68.13%,同时单位径流功率及过水断面单位能分别减少20.11%～40.45%和21.06%～37.57%。径流功率是表征堆积体侵蚀动态变化的最优参数,≤1.5 mm/min雨强时砾石抑制堆积体侵蚀,临界径流功率提高19.38%～138.12%,土体可蚀性降低79.87%～83.51%,雨强达到2.0 mm/min时,临界径流功率减小97.87%,土体可蚀性增大347.43%。[结论]降雨强度对裸坡和土石混合堆积体水动力参数均有显著影响,但随降雨强度增大砾石对堆积体侵蚀调控作用会发生改变,存在临界降雨强度。

黄土丘陵区典型草本根系特征对土壤抗剪特性的影响

2024年04月30 00:00

[目的]探讨退耕还林(草)工程实施20年以来,退耕地植物根系特征对土壤抗剪特性的影响,旨在为新时期黄土高原植被恢复和水土保持效益评估提供参考。[方法]选取黄土高原丘陵沟壑区不同演替阶段6个典型草地和2个人工草地,采集土壤表层(0—5 cm)土样120个,测定土壤抗剪特性、土壤性质和根系特征指标。[结果](1)各样地土壤容重无显著的差异(p>0.05),毛管孔隙度、总孔隙度和土壤含水量存在显著差异(p<0.05),其中人工草地毛管孔隙度和总孔隙度相对较小,白羊草样地土壤含水量最低。(2)不同演替阶段须根系植物根长密度和表面积密度较大在不同演替阶段均大于直根系植物,须根系植物根体积密度除演替初期外均小于直根系植物,人工草地沙打旺上述根系特征参数均不同程度小于自然撂荒草地。(3)各样地平均根土复合体抗剪强度相较于素土增加了22.11%～46.22%,但自然撂荒草地平均抗剪强度差异不显著(p>0.05)。人工草地黏聚力整体低于自然撂荒草地,不同演替阶段内摩擦角均表现为须根系植物大于直根系植物(1.07,1.25,1.23倍)。(4)黏聚力随总孔隙度(R²=0.82)或根体积密度(R²=0.47)的增加呈线性增大,内摩擦角随土壤容重的增加呈线性减少(R²=0.39)。[结论]在植被恢复过程中,土壤性状、根系特征及根系构型对土壤抗剪特性有一定影响。

梵净山不同海拔土壤团聚体稳定性及影响因素

2024年04月30 00:00

[目的]阐明土壤团聚体稳定性的海拔分布模式及其影响机制对评估山地自然生态系统生态功能稳定性至关重要。[方法]在梵净山900～2100 m海拔梯度下采集不同土层深度的土壤样品,借助干湿筛法和冗余分析(RDA)方法探讨了土壤环境因子与土壤团聚体稳定性的关系。[结果]在0—60 cm土层,土壤团聚体主要以>0.25 mm水稳性大团聚体为主,平均含量为86.78%; 在0—20 cm土层各海拔梯度差异显著,且中海拔1 500～1 800 m处显著高于1 800～2 100 m(p<0.05)。土壤团聚体MWD,GMD和D与海拔存在显著相关性,随海拔的升高土壤团聚体MWD和GMD均呈先升高后降低的单峰分布模式,在中海拔1 500～1 800 m处达到峰值; 且在0—10 cm和10—20 cm土层,1 500～1 800 m的MWD和GMD分别为5.03,3.64和4.79,3.52,显著高于900～1 200 m和1 800～2 100 m(p<0.05)。冗余分析显示,土壤团聚体稳定性沿海拔梯度变化主要受土壤SOC和pH值的影响,解释度分别为76.3%和1.3%,是影响土壤团聚体稳定性的主要环境因子。[结论]梵净山山地森林生态系统土壤团聚体稳定性沿海拔梯度具有明显差异,土壤化学性质是影响团聚体稳定性的重要因素。

民勤风沙区不同灌木林土壤质量综合评价

2024年04月30 00:00

[目的]研究风沙区灌木林土壤养分和生物学性质的变化特征,定量评价不同固沙灌木林土壤质量,对风沙区合理选择固沙树种和指导生态修复具有重要的现实意义。[方法]在民勤风沙区选取白刺(Nitraria tangutorum Bobr.)、红砂(Reaumuria songarica(Pall.)Maxim.)、沙拐枣(Calligonum mongolicum Turcz.)、膜果麻黄(Ephedra przewalskii Stapf)、黄花矶松(Limonium aureum(L.)Hill.)为研究对象,以裸沙地为对照,测定和分析了不同固沙灌木林土壤的养分、微生物数量和酶活性差异,采用主成分分析和土壤质量指数相结合的方法定量评价了不同固沙灌木对土壤质量的改良效果。[结果](1)民勤风沙区固沙灌木林土壤有机质和氮素含量较低,磷素缺乏,钾素含量较高,全盐量过低; 与裸沙地相比,研究区各固沙灌木林土壤有机质、氮素、磷素、钾素含量、微生物数量和酶活性均有所增加; 0—20 cm,20—40 cm,40—60 cm土层土壤养分含量均以红砂最高,土壤微生物数量和酶活性各固沙灌木林表现趋势各不相同;(2)各固沙灌木林随土层深度增加土壤微生物数量和酶活性变化规律各异,土壤养分含量逐渐减小,但各土层间差异不显著;(3)固沙灌木林土壤养分、盐分、微生物和酶活性之间相关性密切,土壤养分、微生物各指标间均呈极显著正相关关系(p<0.01);(4)不同固沙灌木林在不同土层对土壤质量的改良效果不同,0—20 cm土层综合得分排序为红砂>白刺>黄花矶松>沙拐枣>膜果麻黄>裸沙地,20—40 cm和40—60 cm均为红砂>白刺>沙拐枣>黄花矶松>膜果麻黄>裸沙地。[结论]红砂和白刺对土壤质量的改善效果最好,黄花矶松改善表层土壤质量的作用大于中下层土壤。

植被恢复花岗岩红壤土壤颗粒组成及土壤养分储量特征

2024年04月30 00:00

[目的]探明植被恢复下花岗岩红壤土壤颗粒组成和土壤养分的关系以及土壤养分储量特征,为植被恢复花岗岩红壤侵蚀退化地提供理论依据和实践指导。[方法]选择5种植被恢复模式〔乔灌草模式(ASG)、条沟草灌(GGH)、全坡面播草(FSG)、低效林改造(IFT)、封禁(CC))以及严重侵蚀退化地(HDL)和自然林(NV)〕为对照作为研究对象,通过野外调查和室内试验方法,明晰植被恢复模式下土壤颗粒组成和土壤养分的关系,土壤养分储量特征和识别植被恢复退化红壤养分恢复状况的指标。[结果]5种植被恢复模式改善了0—5 cm花岗岩退化地土壤颗粒组成,0—5 cm土壤颗粒组成和土壤养分指标的冗余分析表明,土壤黏粒和土壤养分呈显著正相关。5种植被恢复模式增加了0—5 cm花岗岩红壤退化地的土壤有机碳、全氮、全钾、速效钾、全磷、速效磷的养分含量和储量,0—5 cm土壤有机碳含量、0—60 cm土壤有机碳储量和0—60 cm土壤养分总储量顺序一致,均表现为乔灌草模式>条沟草灌>全坡面播草>低效林改造>封禁。[结论]土壤黏粒是提高0—5 cm土壤养分含量的关键因子,土壤有机质是识别植被恢复模式土壤养分状况的直观指标,乔灌草模式是改善土壤颗粒组成、提高土壤养分含量和土壤养分储量的最佳模式。

露天矿排土场接种AMF对3种植物根系发育与土壤团聚体稳定性的影响

(1.神华准格尔能源有限责任公司, 内蒙古鄂尔多斯 010300; 2.中国矿业大学(北京) — 2024年04月30 00:00

[目的]探究丛枝菌根真菌(AMF)对植物根系和土壤团聚体稳定性的影响规律,为露天矿排土场生态修复提供理论基础。[方法]对复垦3年的紫穗槐、沙棘、柠条3种植物的对照和接菌样地的土壤理化性质、土壤酶活性、植物根系形态、土壤团聚体稳定性等指标进行采样和测定,并进行相关性分析。[结果]3种植物接菌处理能够显著提高植物根系的平均直径,接菌样地是对照的1.33～2.24倍; 在压实土壤条件下,菌丝可能一定程度上代替植物细根系为植物提供水分和养分,使紫穗槐和沙棘样地接菌降低了根系的总根长。接菌显著提高了土壤酶活性,增加了土壤有机质含量,碱性磷酸酶活性最高提高了335.62%,脲酶活性最高提高了44.73%,易提取球囊霉素含量最高提高了82.56%,土壤有机质含量最高提高了64.74%。接菌通过增加土壤有机质含量,提高土壤酶活性等途径,显著增强了土壤团聚体的稳定性,平均重量直径提高了24.14%～34.29%,团聚体破坏率降低了18.25%～24.35%。[结论]露天矿排土场接种AMF能够显著提高土壤生物活性,提高养分含量,促进植物根系发育,从而提高土壤团聚体的稳定性。

乌兰布和沙漠不同演替阶段白刺灌丛沙堆土壤养分分布与富集特征

牧仁, 孙非, 李新乐, 王丹阳, 安景源, 刘雅靖 — 2024年04月30 00:00

[目的]探究乌兰布和沙漠不同演替阶段白刺灌丛沙堆土壤养分垂直分布情况,为该区白刺灌丛稳定发展提供科学依据。[方法]选取不同演替阶段白刺灌丛沙堆作为研究对象。通过前期植被调查,依据白刺灌丛枯死率和盖度将其划分不同演替阶段,分别为发育阶段(枯死率10%～30%,盖度20%～40%)、稳定阶段(枯死率<10%,盖度40%～60%)和衰退阶段(枯死率>50%,盖度<20%),分别选取每个演替阶段3个相对独立的白刺灌丛沙堆,在丘间地、沙堆迎风坡和背风坡进行植被特征调查和土壤养分测定。[结果]随着白刺灌丛演替推进,白刺高度、冠幅长度和宽度呈先升后降趋势,其中,稳定阶段冠幅长度显著高于其他阶段(p<0.05),较发育阶段和衰退阶段分别增加45.50%和50.01%(p<0.05)。背风坡处,发育阶段土壤养分含量随着土层深度增加均呈“降—升—降”趋势,稳定和衰退阶段有机质含量呈下降趋势,40—60 cm达到最小值。迎风坡处,40—60 cm土层土壤有机质和全氮含量随着演替阶段发展在衰退阶段达到最大值,但发育和衰退阶段土壤全氮含量随着土层深度增加在40—60 cm达到最小值,较0—10 cm土层分别低83.33%和80.31%(p<0.05)。不同坡位白刺灌丛沙堆土壤养分均在0—10 cm达到最大值,但总体上白刺灌丛沙堆土壤养分富集作用不明显。[结论]白刺灌丛沙堆土壤养分主要集中在沙堆表层,如何缓解白刺灌丛沙堆活化和土壤养分流失,是白刺灌丛沙堆在干旱环境维持稳定的重要保障。

福建海岸沙地5种防护林土壤微生物群落特征

2024年04月30 00:00

[目的]探明福建海岸沙地不同防护林对土壤微生物群落的影响及机制,为海岸带防护林森林质量提升提供科学依据。[方法]选择5种主要防护林为对象,分别为次生林、木麻黄(Casuarina equisetifolia)人工林、湿地松(Pinus elliottii)人工林、厚荚相思(Acacia crassicarpa)人工林和尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis)人工林,采用磷脂脂肪酸法(Phospholipids fatty acid,PLFA)比较了不同防护林的土壤微生物群落结构。[结果](1)海岸沙地不同防护林土壤中共检测到18种PLFA生物标记,在尾巨桉和次生林中种类最多,湿地松和厚荚相思人工林最少。(2)土壤总磷脂脂肪酸、革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌含量均表现为尾巨桉和次生林较高,厚荚相思和木麻黄人工林较低,土壤真菌含量为尾巨桉林最高,丛枝菌根菌含量为次生林最高,真菌和丛枝菌根菌含量在其他防护林间无显著差异。(3)次生林的土壤微生物多样性和均匀度均高于4种人工林。(4)土壤pH、细根碳氮含量为土壤微生物群落的主要影响因子,其次为土壤全氮和硝态氮含量以及凋落物木质素/氮和细根碳氮比。[结论]不同防护林对土壤微生物群落的影响存在显著差异,在海岸带木麻黄防护林中引种尾巨桉和乡土树种,可以增加土壤微生物多样性,提高森林生态功能。

滇中地区主要森林凋落物有效截留量及其影响因素

2024年04月30 00:00

[目的]研究滇中地区主要森林类型凋落物有效截留量差异及其影响因素,为该地未来植被恢复和森林管理提供科学支撑。[方法]利用样方调查法、烘干法和浸泡法分析了昆明市双河—磨南德水源林自然保护区内的地带性次生常绿阔叶林(SF)、针阔混交林(TF)、旱冬瓜林(ACF)、华山松林(PA)、成熟云南松林(OPY)、幼龄云南松林(YPY)、银荆林(AD)7种主要森林类型凋落物未分解层(OL)和半分解层(OF)的有效截留量及其影响因素。[结果](1)7种森林类型凋落物厚度为2.06～7.57 cm,其中OL层1.10～4.30 cm,OF层0.83～3.93 cm,凋落物层厚度排序为TF>ACF>PA>OPY>SF>AD>YPY,凋落物蓄积量为4.75～17.45 t/hm²,其中OL层占比为32.02%～62.48%,OF层占比为37.52%～67.98%,凋落物层蓄积量排序为TF>PA>SF>OPY>ACF>AD>YPY。(2)凋落物最大持水率为115.3%～170.7%,初始吸水速率为3.65～5.62 g/(g·h),凋落物持水率和浸水时间的关系可用对数函数y=aln(x)+b表示,吸水速率与浸水时间可用幂函数y=ktⁿ表示。(3)凋落物最大持水量为7.05～32.19 t/hm²,排序为PA>TF>SF>OPY>ACF>AD>YPY,有效截留量为5.45～25.34 t/hm²,以TF最高(25.34t/hm²),PA(24.99 t/hm²)和SF(24.62 t/hm²)次之,YPY最低(5.45t/hm²),影响有效截留量的场地特征主要为蓄积量、自然含水率、分解强度以及厚度,影响有效截留量的水动力过程主要是最大失水量、前6.0 h平均吸水速率和前2.0 h平均吸水速率。[结论]滇中地区未来植树造林应以针阔混交林为主,注重对地带性次生常绿阔叶林的保育,采取辅助自然更新的措施促进人工纯林向混交林演化,同时减少踩踏、收集凋落物等人类活动的干扰,从而增加森林生态系统凋落物的水源涵养能力。

智慧水箱径流调控效益研究

2024年04月30 00:00

[目的]探究智慧水箱的径流调控效益变化规律,定量解析关键因素对其径流调控效益的综合影响,以期为智慧水箱的水文设计和径流调控效益评估提供科学参考。[方法]基于日降雨和日需水数据,构建智慧水箱水量平衡模型,采用雨水截留率、溢流率和溢流频率3个指标综合评估智慧水箱的径流调控效益,分析了智慧水箱的径流调控效益变化规律,定量解析水箱容积、水箱排放上限和降雨强度对智慧水箱径流调控效益的影响。[结果](1)智慧水箱和普通水箱雨水截留率相等,均随水箱容积的增大而增加。水箱容积为0～100 m³时,雨水截留率为0～87%;(2)智慧水箱的溢流率比同容积普通水箱低0～19%,且溢流率随水箱排放上限的增大而减小;(3)智慧水箱的溢流频率比同容积普通水箱低0～13%,且溢流频率随降雨强度的增大而增加。[结论]智慧水箱径流调控效益优于普通水箱,可以通过增加水箱容积和排放上限,降低强降雨条件对智慧水箱径流调控效益的影响。

基于多退耕情景的吉林省中部黑土区固碳潜力与增汇格局研究

2024年04月30 00:00

[目的]以农业固碳增汇为目的,结合耕地资源稳定性识别需开展生态退耕的地块,探究典型黑土区未来多梯度退耕情景下的固碳潜力与增汇格局,为优化黑土区耕地空间适宜性和丰富东北地区农业减排固碳理论提供依据。[方法]基于吉林省中部黑土区2005年和2020年土地利用数据,通过PLUS-Markov耦合模型和InVEST模型模拟多梯度退耕情景,并对研究区碳储量及因生态退耕所引起的固碳潜力变化及增汇情况进行测算。[结果](1)设定自然发展情景及A,B,C共3类退耕情景,模拟强度递增。在A,B,C情景下需要退掉的耕地面积分别为1.5×10⁴ hm²,2.65×10⁴ hm²,3.8×10⁴ hm²,主要受社会经济因子驱动较强,约占总贡献度的30%。从退耕类型上看,退耕还林范围分布较广,主要集中在四平市、东辽县和长春市等地,退耕还草规模较小但呈现空间集聚特征,多在双辽市和农安县等地;(2)随模拟退耕强度增大,研究区碳储量呈上升趋势,在退耕情景A,B,C下预计分别达到7.26×10⁶ Mg,7.27×10⁶ Mg和7.27×10⁶ Mg,整体呈现由东南部向西北部递减的分布特征,其中高碳汇地区主要集中分布于舒兰市、永吉县和桦甸市等地。(3)不同退耕情景下,研究区增汇格局相对稳定,多集中在研究区东部和南部。综合权衡粮食安全因素和农业固碳需求,建议参考退耕情景B开展生态退耕,四平市、东辽县和长春市将成为吉林省中部黑土区重点农业固碳增汇单元,预计可增加碳储量分别达到1 963.4 Mg,806.48 Mg与703.06 Mg。[结论]吉林省中部黑土区农业固碳减排依赖于漫川漫岗区的边际不稳定耕地退耕还林,应科学权衡耕地的产能状况和生态效应布局退耕工程、制定退耕时序,同时结合全域土地综合整治调节粮食产能,以达到提升黑土区耕地空间适宜性和农业系统可持续性的目的。

干旱半干旱区典型林分持水性能比较研究

2024年04月30 00:00

[目的]水分供给是制约干旱及半干旱区发展的决定因素,科学评估干旱半干旱区典型林分的持水性能是规划防护林建设,调控林分结构与进行树种选择的重要依据。[方法]以库布齐沙漠鄂尔多斯造林总场内5种典型人工林为研究对象,利用野外收获法与室内浸水法分析林冠层、林下植被层、枯落物层及土壤层持水性能,引入模糊物元模型,结合欧式贴近度对不同林分持水性能进行定量评价。[结果](1)不同树种间林冠持水能力差异显著,表现为杨树旱柳混交林>榆树林>杨树林>沙柳林>樟子松林,林分持水量介于2.36～9.98 t/hm²。(2)各林分林下植被的持水量介于0.84～3.66 t/hm²,生物量介于1.33～3.92 t/hm²,生物量表现出与持水量相同的变化趋势。(3)枯落物持水量介于1.96～29.25 t/hm²,生物量介于1.43～13.62 t/hm²,对数函数和幂函数可较好表现枯落物的动态持水量和动态吸水率。(4)各林分间土壤毛管持水量介于543.80～645.71 t/hm²,饱和持水量介于562.87～694.78 t/hm²,杨柳混交林土壤容重低于其他纯林,同时孔隙度比其他林分高。(5)欧式贴近度大小排序为杨柳混交林(0.805 6)>沙柳林(0.387 7)>榆树林(0.374 7)>杨树林(0.357 2)>樟子松林(0.163 2),欧式贴近度越大,林分持水性能越强,5种林型中杨柳混交林持水能力最强,樟子松林最差。[结论]建议未来经营干旱半干旱区人工防护林建设中,适当提高混交林比例,并尝试通过更多林分合理搭配进行防护林建设保护。

基于改进CASA模型的陕西省植被NPP遥感估算

2024年04月30 00:00

[目的]探究陕西省陆地生态系统植被群落生产状况,分析陕西省植被NPP时空格局变化及影响因素,为准确评估陕西省陆地生态系统碳源/汇,实现区域生态可持续发展,达成碳中和目标提供参考依据。[方法]基于温度—植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI)对CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型水分胁迫因子进行改进,从而估算陕西省2010—2020年植被NPP,并利用热点分析法、趋势分析法以及地理探测器对陕西省植被NPP进行空间分布格局、年际变化趋势和驱动因子研究。[结果](1)陕西省NPP空间分布呈现南高北低、冷热点区域差异明显的特征;(2)陕西省2010—2020年NPP平均值介于331.02～416.34 gC/(m²·a),NPP均值在100～600 gC/(m²·a)占比最大,最低值和最高值区间占比不足20%;(3)全省2010—2020年83.3%的面积植被NPP值无显著变化,4.2%的面积呈增加状态,12.5%的面积NPP值呈下降趋势;(4)降水是陕西省植被NPP变化的单因子主导驱动力,太阳辐射量及土地利用类型交互作用下对NPP变化解释力更强。[结论]基于TVDI改进的CASA模型能够有效量化区域植被NPP,且陕西省植被NPP南北分布差异明显,降水、土地利用类型及太阳辐射量是其主要影响因子。

华北平原夏玉米不同生育阶段大风灾害危险性评估

2024年04月30 00:00

[目的]大风灾害是制约社会经济发展的主要气象灾害之一,科学评估大风灾害危险性对夏玉米生产防灾减灾具有重要意义。[方法]基于夏玉米拔节后不同生育阶段最大风速和大风日数的时空分布特征,筛选并利用历史倒伏案例验证区域适用的夏玉米大风倒伏判别指标,运用风险区划方法,评估了华北平原夏玉米不同生育阶段的大风倒伏危险性。[结果](1)1980—2019年以来,华北平原夏玉米拔节后最大风速和大风日数均呈显著的波动式下降趋势,空间上由东部向中西部逐渐递减。(2)夏玉米拔节后以轻度倒伏为主,区域平均的倒伏发生概率为44.5%,重度倒伏发生概率最小,为7.8%; 拔节—抽雄阶段最易发生倒伏。(3)夏玉米拔节后大风倒伏概率总体呈逐渐降低趋势,但2011年以后局部地区拔节—抽雄期大风倒伏有极端加剧的趋势。(4)夏玉米大风灾害危险性分布整体上呈现由东向西逐渐递减的趋势,东部为高风险地区,中部大部分地区为中风险区,北部和西部部分地区为低风险地区。[结论]尽管近年来最大风速和大风日数均呈下降趋势,但华北平原局部地区夏玉米大风倒伏有加剧趋势,需要加强防灾减灾相关建设。

河南省水土保持投资对农业经济及生态系统服务价值的影响

魏仪媛, 张乐涛, 王清源, 何梦真, 郑泽豪 — 2024年04月30 00:00

[目的]探究水土保持投资状况对区域景观格局、生态系统服务价值及农业经济的影响,可为区域后续生态建设和高质量发展提供参考。[方法]基于河南省2009—2020年水土保持投资和土地利用数据,运用C-D函数、景观格局指数、当量因子法等,研究了水土保持投资驱动下的农业经济增长、景观格局变化、生态系统服务价值(ESV)的时空演变。[结果]2009—2020年,河南省水土保持投资在农业领域的经济效益和投入产出比(ROI)整体均呈上升趋势,投资效率逐年下降,在2018年下降至最低值。ESV,TA,PD和COHESION与ROI均在0.01水平上显著相关。林草斑块景观连通性、聚集度降低,破碎化程度加剧。ESV的变化以2012年为转折点呈先减后增趋势,其中2012—2017年增长最多,年均增加8.42亿元。空间上,结合等高线和自然地貌分区的边界连接成一条“人”字形曲线,景观格局和ESV均沿此线发生变化,各分区内部保持较强一致性。[结论]水土保持投资对改善农业生产自然环境的作用逐渐超过其在农业领域创造经济价值的作用,优化投资配置可以更好促进该区域生态环境的恢复和改善。

珠江—西江经济带广西段耕地多功能利用及优化策略

2024年04月30 00:00

[目的]探析耕地生产、生活、生态功能利用特征并提出优化方案,促进耕地资源多功能利用和协同发展,推动国家耕地利用与保护战略实践。[方法]在明晰耕地多功能利用的内在逻辑后,探讨珠江—西江经济带广西段59个区县耕地多功能的综合评价及其空间格局,最后基于两两功能间的权衡/协同相关性,采用三角坐标图划定耕地功能分区。[结果](1)2000—2020年经济带广西段耕地各项功能指数随时间演变大致呈“U”型态势,生产功能由0.168降至0.130,整体变化率为生态功能(22.62%)>生活功能(16.94%)>生态功能(15.83%);(2)近20年耕地生产、生活、生态功能总体呈“东部高—西部低”的分布特点,且生产功能高值区的数量占比下降至18.64%,生活功能、生态功能高值区的数量占比升至27.06%,28.24%;(3)基于功能间权衡/协同关系,运用三角坐标图法将研究区耕地多功能利用划分为四大类型,其中“三生”功能协调发展区所占区县数量最多,研究区耕地多功能利用整体表现良好。[结论]基于功能评价及分区基础上提出差异化优化策略,有利于促进区域耕地资源的可持续利用与管理,保障粮食安全和促进农业现代化发展。

基于FLUS和InVEST模型的云贵高原土地利用与生态系统服务时空变化多情景模拟研究

2024年04月30 00:00

[目的]探讨云贵高原不同情景下的土地利用与生态系统服务时空变化,为云贵高原土地利用空间格局优化、生态系统服务功能提升和可持续发展策略制定提供科学依据。[方法]以云贵高原为研究对象,以2001年、2010年和2020年3期MCD12Q1土地覆被数据为基础数据,辅以自然和社会经济数据,基于ArcGIS,FLUS模型和InVEST模型,模拟2030年、2040年和2050年自然发展情景、生态保护情景和耕地保护情景下的土地利用以及碳储量、产水量和土壤保持量3项生态系统服务功能时空分布格局。[结果](1)不同情景下云贵高原的土地利用变化以林地持续增加和草地持续减少为主要趋势; 耕地保护情景下,耕地面积最高可占总面积的10.38%; 生态保护情景下,林草面积在2050年可达总面积的90%。(2)3种情景下,云贵高原2020—2050年碳储量和土壤保持量均呈上升趋势,而产水量呈下降趋势。生态保护情景下,2050年碳储量预测值最高,为8.13×10⁹ t; 产水量减少速率显著低于另外两种情景,降幅为0.46%。(3)宜昌市、普洱市和常德市等市州的生态系统服务供给能力较高; 而贵阳市、毕节市和安顺市等市州的生态系统服务供给能力较低。[结论]云贵高原2020—2050年整体生态系统服务供给能力较好,各项服务功能在不同情景下表现出较强的空间聚集性和异质性。云贵高原今后的生态系统服务管理和可持续发展中,应考虑不同生态系统服务功能的空间异质性以及林地面积持续增加可能带来的水资源失衡问题。

昆明市“三生空间”功能耦合协调时空特征与影响因素

2024年04月30 00:00

[目的]探究区域“三生空间”功能耦合协调关系及影响因素,对指导区域国土空间格局优化和实现高质量可持续发展具有重要意义。[方法]以昆明市为例,在构建“三生空间”功能评价指标体系的基础上,集成熵权法、线性加权法、三元图和耦合协调度模型等方法定量测算2000—2020年5个时段昆明市“三生空间”功能耦合协调的时空特征,并采用地理探测器探究影响昆明市“三生空间”功能发展的主导因素。[结果](1)2000—2020年昆明市生产—生活空间功能总体呈现上升趋势,生态空间功能呈现下降趋势,受政策措施、工程建设选址推动,城市功能定位发生变化,“三生空间”功能主要经历了生态—生活、生产—生活—生态优势均衡区,发现2010年是步入生产—生活—生态均衡发展的重要转折点;(2)20年来昆明市“三生”功能耦合协调度总体浮动较小,经历了基本协调和中度协调阶段,空间上呈现“四周高、中间低”的格局;(3)影响昆明市“三生”功能耦合协调的主要因素是万人均粮食播种面积和林地面积,且因子交互后所产生的共同作用增加了对“三生”功能发展的解释力。[结论]生境质量在“三生”功能发展中稳定性较差,具有波动性。

闽东丘陵山区乡村聚落空间格局演变及其影响因素——以福建省屏南县为例

2024年04月30 00:00

[目的]研究闽东丘陵山区乡村聚落空间格局演变及其影响因素,为其乡村聚落空间布局优化与重构提供科学依据。[方法]以闽东地区的屏南县为例,综合运用核密度分析、景观格局指数和GIS空间分析方法,分析2009—2019年屏南县乡村聚落空间格局的时空演变特征,并运用地理探测器揭示其演变影响因素。[结果](1)10年间屏南县乡村聚落数量与规模仅有小幅增加,不同等级聚落中以大型聚落的面积占比最大,但数量增加与规模扩张均以小型聚落为主,聚落空间整体上变化不大。(2)乡村聚落整体形态演变由规则趋向复杂和破碎化,但在县城周边地区存在聚落连片的趋势; 乡村聚落单体形态以点状为主,数量占67.84%。(3)乡村聚落空间呈弱集聚分布,整体为中部集中,四周稀疏的分布格局,但10年间县域中南部聚落分布日趋集中; 受地形控制,乡村聚落多分布在山间盆地,并具有低缓坡度指向性。(4)地形起伏是控制屏南县乡村聚落空间格局与规模演化的主要自然因素,但近10年来县域经济的发展与交通通达度的提高成为新时期驱动屏南县乡村聚落规模扩张的重要因素。[结论]屏南的自然因素塑造了乡村聚落基本空间格局,区位与社会经济因素是推动乡村聚落规模持续扩张的动力,自然、区位、经济因素相互作用推动乡村聚落的进一步演化。

江西省乡村聚落时空演变及影响因素

2024年04月30 00:00

[目的]探究江西省乡村聚落时空演变规律,并分析其影响因素,以期为全面推进乡村振兴战略,优化国土空间规划与促进乡村治理提供参考和决策依据。[方法]利用景观格局指数、核密度估计、重心迁移模型研究2000—2020年江西省乡村聚落时空演变; 借助缓冲区分析、地理探测器探究其影响因素。[结果](1)江西省乡村聚落斑块数量减少而规模扩大。不同聚落规模差异先增后减,聚落不规则程度保持较低水平。(2)江西省乡村聚落分布总体变化较小,但存在显著的空间差异性,表现出“中密周疏,北密南疏”的空间分布格局。(3)江西省乡村聚落的重心在20年间较为稳定,均位于丰城市西南部。(4)江西省乡村聚落主要分布在海拔低于200 m,坡度在5°～15°的地区,并且受河流、县乡道影响显著,而铁路、高速、国道、省道对其影响较小。社会经济因素影响有所增大,其中粮食作物产值、农村居民消费支出、耕地面积影响较大。[结论]2000—2020年江西省乡村聚落时空演变总体较为稳定,自然、区位、社会经济因素均对聚落分布有显著影响。

赣东北土地利用及景观格局变化对生态系统服务价值的影响

谢梦, 吴伟成 — 2024年04月30 00:00

[目的]通过开展生态系统服务价值(Ecosystem Service Value,ESV)对土地利用及景观格局变化的响应研究,维持赣东北生态系统功能稳定以及筑牢区域生态安全屏障。[方法]基于1990—2020年4期土地利用数据,利用GIS空间统计和分析等方法测度赣东北土地利用、景观格局和ESV的时空变化,并引入弹性指数和时空地理加权回归(GTWR)模型分别探究土地利用和景观格局变化对ESV的影响。[结果](1)林地和耕地是主要的用地类型,而除水域和建设用地面积递增外,其他地类面积均减少,使得整个区域景观破碎化和复杂化;(2)ESV总量整体上升,其中林地和水域是生态系统的主要贡献者,两者合计占比超过89%,而各县(市、区)ESV的分布和变化主要受水域、林地和建设用地的影响;(3)高弹性指数(弹性指数>5)主要集中于鄱阳湖及其水系沿岸和各县(市、区)中心繁华地段周边,而较高弹性指数(3<弹性指数≤5)主要集中于城市交界处;(4)散布与并列指数(Interspersionand JuxtapositionIndex,IJI)和分离度指数(Splitting Index,SPLIT)对各县(市、区)ESV的影响呈负向抑制作用为主,欧几里得最邻近距离(Euclidean Nearest Neighbor Distance,ENN)的影响由负向作用向正向作用过渡,而香农多样性指数(Shannon's Diversity Index,SHDI)的影响总体呈正向促进作用且强度逐渐增强,同时4种景观指数的影响强度时空分异性明显。[结论]土地利用及景观格局变化对ESV的影响具有时空分异特征,在赣东北生态环境保护工作中应当采用差异化管理模式。

四川省城市建设用地扩张及其占用耕地的时空特征

谢贤健 — 2024年04月30 00:00

[目的]研究四川省城市建设用地扩张及其占用耕地的时空特征,为保护四川省耕地资源的可持续利用,保障区域内粮食安全提供理论依据。[方法]以四川省为研究对象,基于遥感数据和GIS技术,分析了2000—2020年城市建设用地扩张对耕地占用过程的时空变异特征。[结果]20年间四川省城市建设用地持续扩张,增加了3260.56 km²,增长率达到110.34%,其中新增建设用地2 900.34 km²流转于耕地,耕地是四川省城市建设用地扩张的主要来源,建设用地持续扩张不断蚕食城市周边耕地资源,进而有可能威胁到区域的粮食生产安全; 四川省建设用地扩张在空间上具有集中分布的特征,各地市州建设用地扩张空间差异显著,扩张建设用地分布表现为以成都市为中心的高值区,然后向东部城市呈面状逐渐蔓延,而西部城市呈零星点状分布的特点; 四川省建设用地扩张高度依赖对耕地的占用,近年来,虽然四川省积极推行粮食生产结构优化措施,持续实施土地整治、农业结构调整,不断加大对粮食生产的支持力度。[结论]总体上,四川省耕地面积的减少对粮食产量形成的影响程度不大,但建设用地扩张继续占用耕地加大的趋势假如得不到有效遏制,对未来粮食生产安全仍会构成潜在的威胁。

基于土地覆被变化的北京市生态环境质量时空分异特征及影响因素

2024年04月30 00:00

[目的]评价北京市生态环境状况对推进城市建设和经济发展,为实现生态环境保护和经济社会可持续发展具有重要的现实意义。[方法]耦合区域绿度、湿度、干度和热度特征的遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI),探究了1990—2020年北京市生态环境质量时空动态,并辅以Sen趋势分析、Manna-Kendall突变点检验法和多元回归和结构方程模型,分析了不同环境因子对北京市生态环境质量的影响情况。[结果]1991—2020年北京市生态环境质量总体以减小趋势为主。其中,林地区域生态环境质量表现为“先增加—减小—增加”趋势,灌木区域生态环境质量呈“增加—减小—增加—减小”趋势,草地、耕地、湿地和不透水面区域生态环境质量呈“减小—增加—减小”趋势,荒地区域生态环境质量一直呈“减小”趋势。不透水面区域生态环境质量主要受到干度的负影响和湿度的正影响较大,绿度和热度主要通过影响湿度和干度对其产生影响; 草地、荒地和灌木区域生态环境质量主要受到热度负影响和绿度、湿度和干度正影响; 耕地区域生态环境质量主要受到干度和热度的负影响; 林地区域生态环境质量受到湿度、干度、热度和绿度的影响均较大; 湿地区域生态环境质量受到热度、绿度和湿度的正影响大于干度的负影响。[结论]北京市在生态环境维持与治理方面政策的大方向是有效的,绝大部分区域生态环境质量都在提升,少部分地区略有降低,应有针对性地进行政策调整,改善生态环境质量,但后期仍需要进一步规范化北京市土地覆盖并进一步加强自然灾害的防护策略。

基于CA_Markov模型多情景模拟的三峡库区土地利用变化及其生态环境效应

2024年04月30 00:00

[目的]探究三峡库区土地利用与生态环境质量时空演变特征,揭示土地利用变化引起的生态环境效应,为研究区土地资源整合和生态环境保护提供依据。[方法]选取2000年、2010年、2020年土地利用遥感监测数据,采用CA_Markov模型分别预测自然变化情景(NCS)和生态保护情景(EPS)下2030年土地利用空间格局,并通过转移矩阵、生态环境质量指数、地统计分析、生态贡献率等方法,对三峡库区长时间序列土地利用变化及生态环境效应进行定量分析。[结果](1)2000—2020年,三峡库区土地利用类型间转化明显,其中耕地转向建设用地,草地转向林地和耕地,建设用地面积增长量1 321.56 km²,增长率达275.02%。(2)模拟结果显示2030年生态保护情景下林地、草地面积比例均高于自然变化情景,而建设用地扩大规模相比自然变化情景显著减少。(3)三峡库区生态环境质量呈现出自西向东逐渐升高的阶梯式分布格局,2000—2030年其生态环境质量略微下降,由2000年的0.547 9降低至2030年的0.533 6。(4)2000—2030年,降低三峡库区生态环境质量的两大主导因素是林、草地转为耕地,提高其生态环境质量的主要有利因素是耕地转为林地,生态贡献率比重超过70%。[结论]退耕还林还草和城市快速发展使三峡库区同时存在生态改善与生态恶化,但总的来看,研究区生态环境质量表现为改善略小于恶化的态势,建设用地、林地、耕地、草地之间的转化是其主要原因。

基于InVEST和MGWR模型的安徽省生境质量评估及驱动

2024年04月30 00:00

[目的]评估安徽省生境质量并研究其驱动机制,以期为安徽省生态环境管理和社会经济可持续高质量发展提供理论参考和科学依据。[方法]以安徽省为研究区,基于InVEST模型对2000年、2010年、2020年生境质量进行评估,并运用热点分析和MGWR模型对影响生境质量空间分布格局的自然—社会经济因子进行分析。[结果](1)2000—2020年安徽省生境质量整体呈现下降趋势,下降率为3.01%,且生境质量较差区分布面积最广。(2)生境质量的空间分布格局呈现“以山地丘陵地区为主的南部和西部高,以耕地和建筑用地为主的北部和中部低”态势,且具有明显的空间集聚性。(3)坡度、NDVI、建筑用地比例和土地垦殖率是影响安徽省生境质量空间分布的关键因子,平均回归系数分别为0.138,0.084,-0.213,-0.557。坡度对生境质量具有正向效应,NDVI对生境质量的影响以正向效应为主,三期正向效应影响面积比例均达到80%以上,建筑用地比例和土地垦殖率对生境质量的负向效应随时间变化分别增强和减弱。[结论]建筑用地比例和土地垦殖率会使生境质量降低,未来应加强土地利用的管理和注重城镇扩张规模。

长白山地区乡村聚落空间格局及影响因素

2024年04月30 00:00

[目的]探究长白山地区乡村聚落空间分布特征和影响因素,理解近代大量移民背景下中高纬度山区乡村居民点空间格局的形成过程和机制。[方法]综合运用核密度分析、空间自相关分析、空间回归分析和地理探测器等方法,解析长白山地区乡村聚落的空间格局并揭示其影响因素。[结果]长白山地区的乡村聚落呈现出明显的集聚分布特征,存在东北和西南两个聚集区域; 各类空间回归方法中,空间杜宾误差模型的拟合效果最佳,结果表明耕地资源和高程是影响长白山地区乡村聚落格局最重要的因素,且对于邻域居民点的布局存在“推拉”效应,潜在未知变量(如土壤质量、文化因素等)也是导致乡村聚落表现出空间自相关的因素; 地理探测器分析的结果进一步证实了耕地资源和高程的重要性,同时也表明与县级以上城市、建制镇、主要交通线、主要河流的距离等区位因素以及地形坡度同样对乡村聚落分布有显著影响,且彼此间均呈现出交互增强的特点。[结论]主要由移民形成的中高纬度山区乡村聚落的空间格局是多因素综合作用的结果,其中耕地资源和高程的影响更为显著; 空间回归杜宾(误差)模型能够同时探测自变量和因变量的空间自相关问题,在乡村聚落空间格局的研究中具有一定的适用性。

环鄱阳湖城市群生态系统服务价值时空变化及权衡协同关系

2024年04月30 00:00

[目的]量化和分析环鄱阳湖城市群生态系统服务价值及时空变化,探讨其生态系统服务之间的权衡协同关系,为区域生态环境保护与修复提供决策参考。[方法]以环鄱阳湖城市群2000年、2010年和2020年3期土地利用数据为依据,采用ESV当量因子法、生态贡献率以及生态系统服务权衡协同度模型等方法,探讨环鄱阳湖城市群ESV时空变化以及生态系统服务之间的权衡协同关系。[结果](1)2000年、2010年和2020年环鄱阳湖城市群生态系统服务价值分别为4 163.50亿元、4 219.53亿元、4 202.93亿元,整体呈先增后减的变化特征。研究期间各地类中林地的ESV最大,在单项服务功能中水文调节的ESV最大。(2)ESV空间分布格局较为稳定,中高值格网分布于大型湖泊水库以及水系主干道,低值格网分布于城镇建成区和耕地开发程度高的乡村聚集区。ESV增加的区域主要为鄱阳湖外围,ESV减少的区域为南昌市区、九江市东北部、鹰潭市等区县的城镇建成区。(3)水域对ESV变化的贡献率最大,是影响环鄱阳湖城市群ESV增减变化的主要因素。(4)研究时段内协同关系为生态系统服务之间的主导关系,权衡关系集中存在于水资源供给、净化环境、水文调节与其他生态系统服务功能之间。[结论]修复和保护水域和林草地、严格管控建设用地扩张是维护环鄱阳湖城市群ESV良性增长和生态安全的有效措施。

基于景观指数的关中地区耕地细碎化程度的时空变迁及其驱动因素

2024年04月30 00:00

[目的]优化陕西耕地细碎化治理,协调粮食需求增长与环境约束之间的矛盾,维护地区粮食安全和促进农业现代化发展。[方法]以关中地区为研究区,以土地利用数据和其他自然经济数据为基础,运用洛伦兹曲线、变异系数法、景观指数、空间自相关等方法构建耕地细碎化评价模型以探索关中地区耕地细碎化(Cultivated Land Fragmentation,简称CLF)的时空变迁,并利用地理探测器对区内CLF进行了驱动力分析。[结果](1)关中地区耕地资源空间分布相对均衡,耕地专业化程度保持较高水平。(2)关中地区的CLF程度变化时空差异显著,CLF程度整体呈现下降态势,但部分地区CLF程度呈增减并存趋势,整体呈现东低西高的态势。(3)关中地区CLF时空分化受多种因素影响,社会经济因素的综合影响明显强于自然因素,其中海拔高度、人口密度、人均耕地面积和地区总产值GDP为主要影响因素; 因子间的交互作用效应强于单因子,以双因子增强和非线性增强为主。[结论]关中地区耕地细碎化问题在20年间得到了一定程度的改善,但呈现出较大的地区差异,应进一步在社会经济因素方面对耕地细碎化现象加强综合治理,以推动关中地区农业机械化、现代化发展。

黄河下游水资源承载力与粮食生产韧性时空耦合及驱动因素

张泽琳, 周霞, 周玉玺 — 2024年04月30 00:00

[目的]探究黄河下游水资源承载力与粮食生产韧性协同发展水平,为推动水资源保护利用和粮食生产协调发展提供新的政策视角。[方法]基于水资源承载力和粮食生产韧性评价指标体系,采用熵权法测算2010—2021年黄河下游水资源承载力和粮食生产韧性指数,运用耦合协调度模型和核密度估计分析两者协调发展时空演变特征,同时借助地理探测器探究影响两者耦合协调度的主导因子和交互因子。[结果]时间维度上,水资源承载力与粮食生产韧性耦合协调度由0.484 0上升至0.747 6,耦合协调度类型由濒临失调上升至中级协同; 空间维度上,两者耦合协调度最高值出现在山东省济南市,最低值集中在河南省境内; 年降水量、居民生活用水量、城市绿地面积、耕地面积和财政支农力度5项因子是两者协调发展的主导驱动因子,各主导因子的交互作用解释力表现呈现为双因子增强或非线性增强的特征。[结论]黄河下游水资源承载力和粮食生产韧性耦合协调度逐年上升并逐渐呈现出“东高西低”的空间分布特征,同时两大系统发展日趋紧密,交互作用逐渐增强。

北部湾城市群人口-土地城镇化质量的耦合协调关系及空间差异

2024年04月30 00:00

[目的]揭示北部湾城市群人口城镇化和土地城镇化质量时空演变特征,阐明人口-土地城镇化质量耦合协调度及规律,进而为区域城镇化过程人地资源管理与配置提供科学依据。[方法]在分析人口-土地城镇化相互作用关系框架基础上,构建人口城镇化和土地城镇化质量评价指标体系,采用弹性系数法、耦合协调度模型和核密度等方法,定量测度和分析了2005—2019年北部湾城市群人口-土地城镇化质量及耦合协调发展演变特征。[结果]2005—2019年北部湾城市群人口城镇化与土地城镇化质量呈现不断上升的趋势,但总体水平相对不高,且各城市单元之间城镇化质量差异明显。约60%的城市属于土地城镇化质量滞后型,26.67%的城市是人口城镇化质量滞后型,13.33%的城市人口与土地城镇化质量协调同步。北部湾城市群人口-土地城镇化整体耦合协调发展程度不断上升,且空间差异性呈缩小趋势; 空间上表现为海口市耦合协调度较高(优质协调型),南宁和北海两市为良好协调型,其他城市属于轻度或中等协调类型。[结论]北部湾城市群人口城镇化与土地城镇化耦合协调关系空间差异明显、总体趋好,可分为五种类型城市,并针对性地提出差别化的城镇化发展建议。

“三生空间”视角下贵州省景观生态安全评价及其耦合特征分析

2024年04月30 00:00

[目的]探究喀斯特生态脆弱区景观生态安全格局演变规律,对喀斯特区域生态文明建设和生态风险防控具有指导意义。[方法]以贵州省为研究对象,从“三生空间”视角出发,基于景观生态学理论,借助耦合协调模型,分析了贵州省近20年景观生态安全时空变化机理和耦合协调特征。[结果](1)2000—2020年,贵州省以林地生态空间为主,占国土空间总面积53%以上,工业生产和城镇生活用地快速增长,导致城乡生活空间向外扩张挤占农业生产和林地生态空间。(2)2000—2020年期间贵州省景观生态安全整体处于向好发展,南部景观生态安全等级总体优于北部地区。(3)2000—2020年贵州省景观生态安全的Moran's I值分别为0.340,0.400,0.414,空间相关性显著,“高—高”和“低—低”值为主要空间集聚模式,局部空间自相关分布格局与景观生态安全分布有较高的一致性。(4)贵州省“生产—生活—生态”空间景观生态安全的耦合协调度水平良好,在空间上呈现出“西高东低,北高南低”的分布特征。[结论]人类经济活动和城镇化的快速推进会改变区域土地利用格局,从而影响区域景观生态安全及耦合协调性,因此需要优化区域生产—生活—生态空间格局,提高土地资源使用效率,促进贵州省生态安全建设和土地资源可持续发展。

快速城市化地区耕地功能性流失测度评价与实证分析

2024年04月30 00:00

[目的]揭示快速城市化发展下耕地功能性流失现象的阶段性特征,探讨流失类型和流失等级的时空格局与管控策略,为优化区域耕地保护、保障粮食安全提供思路借鉴。[方法]基于快速城市化地区耕地功能性流失的类型特征解析,从“用途—产能—储量”三维视角构建其综合测度体系,监测耕地功能的流失程度并预测流失风险,进一步针对各级流失区域提出管控策略,以江苏省江阴市为研究区开展了实证研究。[结果](1)统筹考虑耕地功能流失的阶段性特征,以此划分耕地功能性流失的主要类型,探索定量表征快速城市化进程下耕地功能性流失程度和风险的方法,对缓解耕地保护与经济发展冲突具有重要理论支撑。(2)江阴市用途流失维中种植非粮食作物面积占比最大,共涉及267个村; 产能流失维涉及的村域较少,仅59个村; 储量流失中,中低风险类型区涉及的村域较多且数量相当,分别为104个村和115个村。(3)基于综合评价体系,江阴市村域中二级流失占比最大(71.17%),在未来发展中需对不同流失程度实施完善农业建设、优化农业空间布局、加强流失风险监测等差异化治理策略。[结论]耕地功能性流失现象在发生时间、受干扰因素和表现形式等方面存在阶段性特征,其时空格局在分维和综合维度上各具差异,因地施策可为促进区域耕地保护与利用,完善耕地功能风险监测与预警,进而优化国土空间合理布局等提供理论支撑。