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    2024年第38卷第3期
    • 王建羽, 林哲, 廖达兰, 段晓倩, 邓羽松

      2024,38(3):1-11, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.035

      Abstract:

      [目的] 为明确花岗岩红壤坡面沟头溯源侵蚀的关键过程及形成机制。[方法] 通过设定5个沟头高度(25,50,75,100,125 cm)研究花岗岩红壤坡面沟床跌穴发育过程。[结果] (1)随沟头高度增加,沟床径流雷诺数、径流剪切力、径流功率和射流参数(触底流速、射流剪切应力、瞬时动能、跌穴径流能耗)均表现为增加趋势。(2)红土层沟床形成“V”形跌穴,随流量增加跌穴形态变化增大,但只形成面积较小的跌穴。而砂土层在冲刷过程中,沟床跌穴发育较为明显,当流量增大到120 L/min后,沟床破碎化程度增加,跌穴轮廓逐渐清晰,横截面积增大。(3)通过随机森林算法和沙普利值构建并表征模型各参数的关系,红土层沟床径流的弗罗德数、径流功率、水平出射动能、雷诺数与横截面积呈负相关;砂土层沟床径流的弗罗德数和跌穴径流能耗与横截面积呈负相关。沟床跌穴侵蚀程度可用随机森林算法构建模型预测(LCCC=1.02,R2adjusted=0.876和0.868)。[结论] 研究结果可为揭示沟头溯源侵蚀机理和沟蚀防治提供理论依据。

    • 张文博, 韩玉国, 邱业, 曲芝旭, 吴梦雨

      2024,38(3):12-18,28, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.014

      Abstract:

      [目的] 为明确风力作用下迎风坡坡面细沟侵蚀特征。[方法] 采用人工模拟风驱雨试验,研究在不同风速条件(0,3,5,7 m/s)下迎风坡坡面水沙过程变化规律及细沟形态特征。[结果] 与无风坡面相比,迎风坡面产流时间和跌坎出现时间分别增加20.59%~47.06%和33.10%~137.78%,坡面平均流速减小12.86%~22.53%;产流率和产沙率随风速的增加而显著减少(p<0.05),不同风速条件下,迎风坡面产流率变化趋势相近,随着降雨进行产流率逐渐增加,一段时间后保持稳定,不同风速下的阶段性无明显差异。产沙率随降雨历时的延长整体呈先迅速增加后缓慢下降并趋于稳定趋势,产沙率发生变化的节点与跌坎出现时间基本一致。细沟宽度、深度及其波动程度随着风速的增加而减小;细沟宽度、深度及其波动程度随着风速增加而减小;细沟宽深比和细沟倾斜度分别为1.40~1.69和13.47°~14.76°,均随着风速的增加而增大;不同风速条件下,细沟体积、细沟割裂度和细沟密度分别为4.39×103~10.27×103 cm3,0.024~0.042,2.03~2.92 m/m2,三者均随风速的增加而减小。[结论] 细沟体积、细沟密度和割裂度与坡面侵蚀量均呈极显著正相关关系,是表征迎风坡坡面细沟形态的优选指标。

    • 蔡泽康, 王健, 陈俞池, 王晨沣, 封瑞坤

      2024,38(3):19-28, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.011

      Abstract:

      [目的] 为探讨柔性植被倒伏后形成的近地表覆盖减少径流和侵蚀量及调节地表径流水力特性的影响。[方法] 以流体力学和水力学基本理论为依据,通过5个覆盖度、5个坡度和3个流量组合的条件下进行室内放水试验,系统研究柔性植被倒伏下的侵蚀规律以及水动力学特征。[结果] (1)侵蚀量分布随坡度增加呈先上升后下降趋势,流量在高坡度下对侵蚀过程的影响更为显著;(2)随着柔性植被覆盖度增加,以50%覆盖度为分界线,侵蚀量基本呈先降低后增加趋势;(3)平均流速v随覆盖度增加而减小,下降趋势随覆盖度增加由急变缓,Fr变化趋势与平均流速相似;阻力系数f与覆盖度呈线性正相关,随坡度升高,阻力系数值逐渐降低;而雷诺数Re对土壤侵蚀的影响比Frvf更敏感。(4)随着植被覆盖度增加,形态剪切力增大(颗粒剪切力减小),形态剪切力在总剪切力的变化中起决定性作用,总剪切力与植被覆盖度呈正相关。[结论] 柔性植被倒伏后形成的近地表覆盖可减少土壤侵蚀,研究可为坡面流植被侵蚀规律奠定一定的理论基础,促进明渠水力学理论在坡面水流方面的扩展。

    • 陈钧儒, 江子昊, 肖波, 窦韦强

      2024,38(3):29-36, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.038

      Abstract:

      [目的] 为探讨黄土丘陵区不同类型人工生物结皮集雨面的集雨效果及抗侵蚀破损能力。[方法] 以人工移植培养的藻类和藓类生物结皮为研究对象,以裸土为对照,分别对其进行野外模拟降雨和抗侵蚀试验(坡面冲刷、土壤静水崩解和单雨滴溅蚀试验),分析不同类型集雨面的集雨效率与土壤抗冲系数、土壤崩解速率和溅蚀量等抗侵蚀能力指标的差异。[结果] (1)生物结皮集雨面显著提高集雨效率。当雨强为100 mm/h时,相较于裸土,生物结皮集雨面的集雨效率显著提高33.3%(F=300.12,p<0.001)。(2)生物结皮显著降低产沙量并提高抗冲系数。与裸土相比,藻结皮和藓结皮的产沙量分别减少178.8%和364.6%,藓结皮和藻结皮的最大抗冲系数分别是裸土的4.6,2.8倍。(3)生物结皮显著降低土壤崩解速率和最大崩解率,且不同生物结皮类型差异显著。与裸土(6.46 g/min)相比,藻结皮和藓结皮的土壤崩解速率分别降低35.0%和60.2%;生物结皮平均最大崩解率较裸土降低23.8%。(4)生物结皮显著提高临界击穿雨滴动能并降低土壤溅蚀量。藓结皮和藻结皮的临界击穿雨滴动能分别是裸土(0.5 J)的3.9,21.9倍。同时,生物结皮较裸土(0.156 g)的单雨滴溅蚀量平均减少75.3%。[结论] 人工移植培养的生物结皮集雨面显著提高集雨效率和表层土壤的抗侵蚀能力,对旱区集雨措施的可持续利用和水土保持方面具有重要意义。

    • 田昌园, 张红丽, 汪军红, 李嘉宁, 张艺, 查同刚

      2024,38(3):37-44, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.013

      Abstract:

      [目的] 为明确安徽省内长江流域和淮河流域重要的生态过渡区皖西大别山区的景观格局与土壤侵蚀及其关系,为该区域的景观格局调控和水土流失治理提供参考。[方法] 借助RULSE模型计算皖西大别山区近30年土壤侵蚀模数,借助景观指数对其景观格局的变化进行描述,并使用偏最小二乘回归(PLSR)探究该区域景观指数对土壤侵蚀的影响关系。[结果] 近30年,土壤侵蚀模数呈先减少后增加趋势;土壤侵蚀较严重地区主要集中在中西部和南部山区;大部分地区土壤侵蚀强度主要为微度和轻度,且各类土地利用类型的侵蚀强度有明显差别,表现为草地>耕地>林地;土地利用类型及景观格局总体较稳定,景观格局变化主要表现为景观破碎化的降低、景观异质性和连接性的提高;香农多样性指数(SHDI)、边界密度指数(ED)、相似邻近百分比(PLADJ)、景观形状指数(LSI)对皖西大别山区具有显著解释意义,且表现为SHDI、ED、LSI对土壤侵蚀起显著正向作用,PLADJ对土壤侵蚀起显著负向作用。[结论] 在皖西大别山区,景观破碎化的提高和景观连通度的降低显著促进土壤侵蚀。

    • 周琳, 胡斐南, 许晨阳, 杜伟, 张亚楠

      2024,38(3):45-53, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.007

      Abstract:

      [目的] 随着全球变暖及强降水极端事件频发,砒砂岩区滑塌泥流灾害可能将不断增加。为探明水-土互馈作用如何导致脆弱岩土松动变形进而发展为泥流,系统认识其演化过程的关键科学问题。[方法] 以4种典型砒砂岩为研究对象,采用流变学方法,开展动态振荡剪切下砒砂岩浆体的流变特性研究,探索砒砂岩浆体的液化过程及流变特性。[结果] (1)随着剪切应变增加,4种砒砂岩浆体储能模量和损耗模量减小,表现出应变变稀特点。(2)在含水率较低(w<50%)的样品中,紫、棕色砒砂岩浆体与红、白色砒砂岩浆体相比,线性黏弹区的应力和应变更大。在含水率较高(w≥50%)的样品中,红、白色砒砂岩浆体与紫、棕色砒砂岩浆体相比,流动点的应力和应变更大。(3)随含水率增加,4种砒砂岩浆体的储能模量和损耗模量降低,线性黏弹区的应力和应变降低。[结论] 细颗粒物质可增加浆体在线性黏弹区的抗剪强度和弹性,但细颗粒浆体受含水率影响较大,水分加入后,浆体结构破坏、抵抗变形的能力立即减弱,同时,更容易发生相态转变。粗颗粒的存在使浆体非线性黏弹区弹性主导的范围增大,阻碍浆体的相态转变。该研究结果为砒砂岩区泥流灾害的认识和防治提供一定的科学基础。

    • 李潼亮, 赵梓鉴, 李斌斌, 张风宝, 郭正, 何琪琳, 何庆, 杨明义

      2024,38(3):54-63, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.008

      Abstract:

      [目的] 针对黄土高原坡耕地土壤侵蚀过程复杂、人为干扰强烈且难以量化的特点,利用机器学习定量解析主要影响因素对坡耕地土壤水蚀的作用与贡献,模拟分析坡耕地土壤水蚀特征并探究其机理,为坡耕地土壤侵蚀的预报提供基础支撑。[方法] 基于黄土高原子洲试验站坡耕地小区1959—1969年产流产沙观测数据,精细化表征其影响因子,运用梯度提升树模型对侵蚀量和径流深的变化及其影响因素的贡献进行分析。[结果] 数据集中次降雨侵蚀量(0~122.72 t/km2)、径流深(0.02~17.20 mm)、降雨历时(2~1 410 min)及平均雨强(0.02~4.63 mm)属强变异,变异系数均>1,且多数变量呈右偏态;在相同训练集和测试集划分情况下,对侵蚀量模型预测精度(R2=0.81)略优于径流深模型(R2=0.80),但侵蚀量模型的层数(8层)大于径流深模型(5层),表明侵蚀机理相较径流机理更为复杂;通过梯度提升树模型与SHAP算法对自变量重要性进行排序发现,影响侵蚀模型与径流模型的自变量重要性不同。[结论] 受特征提取的限制,在侵蚀量与径流深较小时预测结果不理想,未来研究应当通过引入更多自变量组合方式寻找更多相关变量以提高对侵蚀事件的预测。产流和产沙的主要影响因素存在差异,降水本身特征对产流过程起主要作用,侵蚀产沙过程中主要受到降水与地形相关自变量的共同影响。基于数据驱动,为揭示黄土高原坡耕地侵蚀机理提供参考,并为区域坡耕地土壤侵蚀防治提供科学依据。

    • 刘志强, 张晓茹, 焦钒栩, 李光录

      2024,38(3):64-72,81, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.012

      Abstract:

      [目的] 为探究连续性和间歇性降雨条件下土壤结皮与入渗性能间的变化关系。[方法] 选取3种典型耕作层黄土,通过室内模拟降雨试验,分析不同降雨条件下土壤结皮强度和黏结力与入渗性能的关系。[结果] (1)入渗性能随连续性降雨历时及间歇性降雨场次的增加而减小;同等降雨历时和降雨强度下,间歇性降雨的减渗效应高于连续性降雨。(2)土壤结皮强度和黏结力随连续性降雨历时和间歇性降雨场次的增加而增加;褐土和黑垆土的入渗性能与结皮强度和黏结力呈显著线性相关(p<0.05),连续性降雨历时越长、间歇性降雨场次的越多,土壤结皮强度、黏结力以及减渗效应越大;沙壤土的入渗性能与结皮强度和黏结力则呈显著的非线性相关(p<0.05)。(3)结皮的MWD和GMD越小,入渗性能越差,减渗效应越大;关联度分析结果显示,间歇性降雨对入渗性能的影响较高。[结论] 相同雨强条件下,间歇性降雨下能形成更坚实的结皮,对土壤入渗性能的削弱能力更强。研究结果可为黄土高原防治水土流失、有效利用水资源提供参考依据。

    • 田婧, 王兵, 马金龙, 白洁, 张智健

      2024,38(3):73-81, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.004

      Abstract:

      [目的] 黄土高原退耕还林(草)工程驱动的生物结皮发育可显著抑制土壤侵蚀,为探明土壤抗侵蚀性能随生物结皮生长发育的变化特征及其响应机制。[方法] 设置藻结皮、藓结皮和自然演替结皮3个处理,培育176天,系统研究生物结皮不同发育阶段及其类型差异对黄绵土抗侵蚀性能的影响。[结果] (1)生物结皮盖度、厚度、生物量、叶绿素和粗糙度随生长时间均显著增加,培育初期藓结皮较高,培育末期自然演替结皮反而最高。(2)随生物结皮发育,土壤黏结力呈幂函数增强,较初期增加39.8%~60.3%;质量损失率呈指数函数减小,较初期降低45.6%~57.3%;饱和导水率变化趋势较为复杂,但培育末期均最低(0.08~0.12 mm/min)。(3)土壤黏结力随生物结皮盖度、厚度、叶绿素、生物量和表面粗糙度的增加呈幂函数增长,质量损失率随生物结皮盖度、厚度、叶绿素、生物量和表面粗糙度的增加呈指数函数下降。(4)土壤抗侵蚀综合指数(Cser)可表示为盖度(Cov)、厚度(T)和生物量(B)的幂函数(Cser=0.279 Cov0.194 T0.188 B0.119, R2=0.73, p<0.05)。[结论] 黄土高原生物结皮发育可显著提高黄绵土抗侵蚀性能,藓结皮效果最强。

    • 宋民欣, 吕希恒, 韩陈, 韦杰, 唐强, 贺秀斌

      2024,38(3):82-90,100, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.020

      Abstract:

      [目的] 为探析三峡库区降雨特征和林草覆被格局对坡面水沙产出的影响,适应人地矛盾突出和乡村特色产业发展对林下土地资源优化利用提出的新需求。[方法] 以三峡库区典型退耕林地为研究对象,设置林下全坡草本覆盖格局(QF)、上坡裸地+下坡草本覆盖格局(XF)、等高横坡草本条带覆盖格局(TF)、全坡无草本覆盖格局(WF)4种林草覆被的径流小区,开展24场侵蚀性降雨事件的坡面产流产沙野外观测,辨识降雨特征和林草覆被格局对坡面产水产沙的影响。[结果] (1)24场侵蚀性降雨分为A雨型(雨量小、强度较大、历时短)、B雨型(雨量大、强度大、历时短)和C雨型(雨量小、强度小、历时长)3类。A雨型发生频率最高,为45.83%,B雨型累积降雨量最大,占总降雨量的63.44%。(2)4种林草覆被格局的累积径流深和累积侵蚀量总体呈现QF<XF<TF<WF;径流深和侵蚀量峰值均发生于B雨型,其产流量相比于A雨型增加337.74%~410.32%,产沙量增加283.47%~504.58%。(3)WF径流深和侵蚀量占比为75.75%和98.51%,XF、TF分别占12.20%和1.08%,7.28%和0.34%。与WF相比,XF和TF的径流减少84.18%和75.85%,产沙减少96.99%和93.30%。[结论] 对比不同林草覆被格局的坡面水沙产出,上坡耕种+下坡草本覆盖、条带耕种+等高植物篱的林下适度利用可兼顾林地调水保土和林下生态种植的功能,为三峡库区生态修复与林下土地资源优化利用提供理论依据。

    • 刘益麟, 李朋飞, 李豆, 胡晋飞, 白晓, 严露, 丹杨

      2024,38(3):91-100, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.030

      Abstract:

      [目的] 为比较地形变化监测算法在黄土高原砒砂岩区的适用性。[方法] 以皇甫川流域特拉沟一支沟为研究对象,采用无人机摄影测量技术获取2022年7月至2023年3月影像,结合SfM技术生成三维点云数据,比较分析[digital elevation model of difference(DoD)、cloud to cloud(C2C)、cloud to mesh(C2M)、multiscale model to model cloud comparison(M3C2)]等4种算法的侵蚀产沙监测精度,并分析点云密度变化对各方法精度的影响。[结果] (1)4种常用算法在空间上都能监测到大幅度地表变化。其中,以M3C2算法的结果最优,线性拟合结果最好(R2=0.953,p<0.01),且综合误差最小(MAE=0.016 1 m,MRE=3.37%,RMSE=0.019 4 m),C2M算法其次,DoD算法再次,而C2C算法结果最差。(2)通过比较,DoD算法仅适用于平坦区域的快速检测,坡度陡峭的区域监测侵蚀沉积量存在高估的现象。(3)M3C2和C2C算法对点云密度变化敏感,而C2M和DoD受点云密度变化影响较小。[结论] 研究结果可为黄土高原砒砂岩地区基于UAV-SfM的侵蚀产沙监测方法的选择提供参考。

    • 王德富, 董凌勃, 李澳, 于志静, 邓蕾

      2024,38(3):101-110,120, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.006

      Abstract:

      [目的] 探讨不同植被恢复类型下土壤有机碳和水分含量特征及其关系,为毛乌素沙地植被恢复类型的选取提供科学依据。[方法] 以毛乌素沙地自然恢复草地及沙蒿、沙柳、沙蒿×沙柳(灌灌混交)、樟子松、沙柳×樟子松(乔灌混交)为研究对象,并以裸沙地为对照,分析不同植被恢复类型对0-5.0 m土层土壤剖面碳、水的影响及其相关性。[结果] (1)植被恢复增加土壤有机碳含量,沙柳×樟子松、樟子松、草地、沙蒿×沙柳、沙柳、沙蒿依次降低,0—0.2 m土层显著高于深层,表现为表聚效应;随着土层深度的增加,各植被类型的有机碳含量逐渐降低;沙蒿、沙柳、沙蒿×沙柳在0.8—2.2 m土层范围内表现为碳损失。(2)不同植被恢复类型在深层均存在不同程度的水分亏缺,主要集中在1.0—3.0 m土层,具体亏缺程度为沙柳×樟子松>樟子松>沙蒿×沙柳>沙柳>草地>沙蒿。(3)根系是影响土壤有机碳含量和水分消耗的主要因素;土壤有机碳含量与土壤含水量在0—5.0 m土层范围内负相关。[结论] 植被固存有机碳以消耗深层土壤水分为代价,沙柳×樟子松固定同等单位量的碳消耗水分最少。因此,从土壤固碳和保水2个角度同时考虑,沙柳×樟子松在毛乌素沙地的植被恢复中具有较好的恢复效果。

    • 张峰玮, 王小燕, 陈展鹏, 陈方鑫

      2024,38(3):111-120, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.033

      Abstract:

      [目的] 探究三峡库区典型坡地橘园土壤分离能力与集中水流水力学特性参数间的数学关系,为坡地橘园土壤侵蚀预测建模提供理论依据与数据支撑。[方法] 通过集中流冲刷试验,分析在不同坡度(10°~30°)与流量(18~126 L/min)组合的梯度水动力条件下,清耕样地与绿肥(白三叶、早熟禾和野豌豆)覆盖样地的土壤分离量,探讨柑橘园地土壤分离能力与水流动力参数(水流剪切力、水流功率)、流态流型参数(雷诺数、弗罗德数)、阻力参数(Darcy-Weisbach阻力系数、曼宁系数)的定量关系并建立相应的数学模型。[结果] 绿肥覆盖与清耕柑橘园地的土壤分离能力均与各水力学参数有显著相关性;土壤分离能力与水动力和流态流型参数呈幂函数正相关(R2为0.86~0.99,NSE为0.88~0.98,p<0.01),与水流阻力参数呈幂函数负相关(R2为0.32~0.60,NSE为0.39~0.64,p<0.05),表明土壤分离能力随水动力和流态流型参数的增大而显著提高,随阻力参数的增大而显著下降。[结论] 在绿肥覆盖或清耕柑橘园地,水流剪切力对土壤分离能力的预测效果优于水流功率;雷诺数预测土壤分离能力的效果优于弗罗德数;Darcy-Weisbach阻力系数的预测效果优于曼宁系数。总体来说,水流剪切力预测土壤分离能力的效果最好,精度最高(R2平均值为0.96,NSE平均值为0.96)。

    • 王艺颖, 陈新闯, 董智, 郭建英, 陈阳, 安淳淳, 李欣, 李质瑊

      2024,38(3):121-129,139, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.040

      Abstract:

      [目的] 为探究草原不同放牧强度下植被群落的改变,解析群落特征变化对土壤团聚体的影响。[方法] 以希拉穆仁荒漠草原控制放牧试验区为研究对象,采用野外调查、室内分析相结合的方法,分析轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)、重度放牧(HG)和禁牧(CK)下植被群落特征和土壤团聚体特征及二者的关系,揭示植物群落变化对土壤团聚体的影响。[结果] (1)植物群落物种数随放牧强度的增加而增加,LG的群落Shannon-Wiener多样性指数(H')和Simpson优势度指数(D)显著低于其他放牧强度(p<0.05)。地上生物量随放牧强度的增加而降低,HG的地上生物量显著低于其他放牧强度(p<0.05)。不同放牧强度下地下生物量差异显著,且不同土层的地下生物量均以LG最高。(2)平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)的变化趋势与大团聚体含量一致,在0—5, 5—10 cm土层表现为随放牧强度的增加先增加后降低再增加(LG最高、MG最低)。(3)群落Shannon-Wiener多样性指数(H')、Pielous均匀度指数(J')、地上生物量、容重是影响大团聚体含量、MWD和GMD的显著性因子(p<0.05)。[结论] 放牧强度对土壤团聚体稳定性具有负反馈调节作用,主要通过影响植被群落多样性指数(H'J')、地上生物量、土壤容重的变化而引起土壤团聚体稳定性的变化。该结果为希拉穆仁草原放牧强度选择及生态恢复工作提供理论支撑和科学依据。

    • 蒋莉沙, 甘凤玲, 谭晓红, 石海龙, 赵烜, 蒲俊兵

      2024,38(3):130-139, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.034

      Abstract:

      [目的] 探索岩层倾向对喀斯特槽谷区土壤分离能力的影响机制,为喀斯特槽谷区预防和治理水土流失提供参考意见。[方法] 以重庆市青木关岩溶槽谷区顺/逆层坡为研究对象,通过水槽冲刷试验,分析不同土地利用类型在顺/逆层坡的土壤分离能力差异,并探讨土壤理化性质对土壤分离能力的影响。[结果] (1)顺/逆层坡土壤分离能力均与土壤有机质含量、>0.25 mm水稳性团聚体含量和全氮含量呈显著负相关(p<0.05),其中,逆层坡有机质含量、>0.25 mm水稳性团聚体含量和全氮含量大于顺层坡。(2)4种土地利用方式下的土壤分离能力均为顺层坡高于逆层坡。此外,草地土壤分离能力综合得分在顺/逆层坡均低于辣椒地、玉米地和裸地。(3)根据多元逐步回归分析结果,基于有机质含量和>0.25 mm水稳性团聚体含量建立的顺/逆层坡土壤分离能力预测模型的决定系数R2分别为0.77,0.85,能有效预测土壤分离能力。[结论] 草地土壤分离能力在顺/逆层坡均为最小。因此,为预防喀斯特槽谷区水土流失及促进生态恢复,应合理进行耕种,并且适当增加草地的覆盖面积,提高土壤抗侵蚀能力。

    • 张嘉琪, 张会兰, 刘雪妍

      2024,38(3):140-149, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.025

      Abstract:

      [目的] 青藏高原的湖泊是气候变化的重要指示器,其扩张或缩减亦对青藏高原自然环境产生重要影响。[方法] 选取位于青藏高原不同气候子区的3个典型湖泊(青海湖、羊卓雍错、乌兰乌拉湖),采用遥感监测手段,研究3个典型湖泊1985—2021年水文特征的时空变化规律,揭示关键气候因子的作用,并进一步探讨冰川和冻土对典型湖泊的影响。[结果] 研究期间,青海湖的面积和水位呈显著上升趋势,面积增长238.68 km2,水位增长1.32 m,空间上则向东西方向扩张;羊卓雍错湖泊面积呈先波动上升后减少趋势,面积和水位分别减少16.31 km2和3.25 m,在空间上整体由四周向中心的萎缩态势;乌兰乌拉湖面积和水位呈显著上升趋势,分别增长125.57 km2和8.12 m,扩张区域主要集中在南部。[结论] 在暖湿化环境下,降水增多和冰川冻土加速融化导致的湖泊扩张是青藏高原最为突出的环境变化特征,其中,降水量变化是影响青海湖和羊湖面积变化的关键因素,且面积变化和降水量具有滞后性;而乌兰乌拉湖水位上升的主要原因是气温升高引起冻土的季节融化。探索青藏高原湖泊面积的变化,对深入研究全球气候变化及地表水资源评估具有重要指导意义。

    • 于坤霞, 闫泽云, 李梦楠, 李占斌, 李鹏, 赵阳, 贾路

      2024,38(3):150-158, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.031

      Abstract:

      [目的] 随着气候变化和人类活动影响加剧,流域气候和下垫面条件发生改变,为准确模拟土壤水分变化过程并分析其影响因素对于地区的水资源管理和植被建设的重要意义。[方法] 以黄土高原地区渭河流域为研究对象,基于ABCD水文模型,采用EFAST法分析模型参数敏感性,构建常参数和时变参数模型,比较不同参数模型的径流深和土壤水储量模拟精度,探讨气候变化和植被恢复对渭河流域土壤水储量变化的影响,明确土壤水储量变化的主导因素。[结果] 土壤水层补给地下水的比例参数c最为敏感,地下水储放系数d、流域实际蒸散发量与土壤蓄水量之和的上限参数b次之,表征土壤完全饱和前径流的倾向性参数a最不敏感;与ABCD常参数模型相比,时变参数模型将率定期径流深模拟结果的NSE、KGE、R2分别提高19%,10%,19%,验证期的NSE、KGE、R2分别提高7%,7%,9%,时变参数模型显著改善径流深模拟效果;基于时变参数模型模拟的渭河流域土壤水储量与ERA5-Land 0—100 cm土层土壤水储量的相关关系最强,二者的变化过程基本相同;不同影响因素对渭河流域土壤水储量变化的影响程度由强到弱依次为潜在蒸散发>降水>NDVI。[结论] 研究成果为该地区水资源规划和管理、植被建设提供科学依据,也为其他类似地区的土壤水储量研究提供参考。

    • 李文博, 姜博文, 王晶滢

      2024,38(3):159-167,176, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.028

      Abstract:

      [目的] 盐碱地综合开发利用是提高农业生产力、践行大食物观的必然选择。但受限于开发利用模式单一、耗水压力较大,亟待探索多元化治理模式并依据其水资源效应开展优化调控。[方法] 以吉林省西部地区为研究区,采用FLUS模型预测2030年盐碱地资源在自然发展、粮食安全、粮饲综合开发和生态安全4种情景下的开发利用格局,并对不同情景下的产水量变化进行评估。[结果] (1)2000—2020年研究区开发利用盐碱地1 540.18 km2,主要被恢复为草地或开垦为耕地,但其中旱地次生退化风险较高。(2)不同情景下盐碱地开发均以耕地利用为主。粮食安全情景下水田和旱地开垦面积占比分别为67.48%,4.23%。相较于自然发展情景,粮饲综合开发情景下盐碱地恢复为草地的面积增加139.18 km2,生态安全情景下生态用地规模显著提高。(3)至2030年,4种发展情景下研究区产水量较基期均有所下降,生态安全情景下降幅度最大,达到3.71×108 m3。相比之下,粮饲综合开发情景充分保障粮食和饲草生产,同时缓和盐碱地治理所导致的水资源压力。[结论] 松嫩平原盐碱地开发利用应充分考虑粮饲综合开发模式,统筹粮食和饲草供应,协调粮食和生态安全,以大食物观引领国土空间生态修复和退化土地的开发利用。

    • 白芹菲, 王艳琪, 鲍玉海, 贺秀斌, 罗鹏, 韦杰

      2024,38(3):168-176, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.039

      Abstract:

      [目的] 为阐明水库消落带不同植被恢复模式对土壤水稳性团聚体组成及其稳定性的影响。[方法] 以川中丘陵区黑龙滩水库消落带人工恢复与自然恢复植被下的土壤为研究对象,利用湿筛法测定分析土壤水稳性团聚体组成特征及其稳定性指标。[结果] 消落带土壤>0.25 mm水稳性大团聚体含量与未淹水对照相比降低4.21%,其中,自然恢复植被下土壤水稳性大团聚体含量较对照下降12.27%,人工恢复植被下大团聚体含量较对照增加3.84%;不同植被恢复模式下土壤水稳性团聚体组成差异显著(p<0.05),人工恢复植被下土壤大团聚体含量(69.48%)显著高于自然恢复模式(43.20%);消落带土壤水稳性团聚体稳定性随水位高程增加而升高,团聚体稳定性指标>0.25 mm水稳性团聚体含量(R0.25)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)人工恢复模式下均大于自然恢复模式,团聚体分形维数(D)、土壤可蚀性因子(K)与团聚体破坏率(PAD)人工恢复模式小于自然恢复模式,表明人工恢复模式下土壤水稳性团聚体稳定性、土壤抗蚀性高于自然恢复模式。[结论] 黑龙滩水库消落带在淹水后土壤团聚体稳定性下降,但人工恢复模式能有效改善土壤团粒结构,研究结果可为黑龙滩水库消落带土壤结构稳定性评价及植被恢复提供科学依据。

    • 陈乐, 卫伟

      2024,38(3):177-186,194, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.024

      Abstract:

      [目的] 为评估多源土地利用产品在黄土丘陵沟壑区的精度。[方法] 以黄河二级支流关川河流域为例,基于高精度GCLUCC土地利用数据,从空间分布、面积特征、样本点精度和空间一致性4个方面评估空间分辨率为10,30 m的6种土地利用产品(WorldCover 10 m、ESRI 10 m、GLC_FCS30-2020、GlobleLand30、CNLUCC和CLCD)的准确性。GCLUCC数据是基于GF-2(0.8 m)、DEM(5 m)、野外采样点(6 400个)和Google Earth样本点(2 320个),采用面向对象法和人工目视解译,空间分辨率为1 m,整体精度超过95%。[结果] (1)分类特征方面,多数产品能提取主要土地类别,但提取效率和准确度存在明显差异,特别是在耕地、林地和建设用地等地类的空间分布上。(2)面积一致性上,各产品与GCLUCC在不同地类的面积上存在显著差异。部分产品的草地面积是GCLUCC的2倍以上,而林地和水域面积仅占GCLUCC的0.13%~12.11%和1.41%~11.27%。(3)整体精度方面,GlobleLand30和WorldCover 10 m展现较高精度,空间图谱精度分别达到58.21%和50.19%。而CLCD和CNLUCC的准确性相对较低,其中,林地与草地、耕地与草地及建设用地与耕地间的分类混淆严重。(4)所有产品与实际地表间的空间误差显著,尤其在对乔木、灌木、裸地和水体分类上面临挑战。[结论] 当前土地利用产品在黄土丘陵沟壑区精确表征地表覆盖特征方面存在挑战。未来的产品开发应更多地考虑地形和地理特征,并加强对特定土地利用类型的识别。研究结果可为黄土高原生态保护和地表信息获取提供理论参考。

    • 周苹苹, 罗艺, 宋小燕, 吴浩, 王刚, 单卫华, 张可, 刘正佳, 张诗梅, 李文嘉, 李思豪, 宋松柏, 孙文义

      2024,38(3):187-194, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.005

      Abstract:

      [目的] 为估算陕西省水源涵养量。[方法] 通过耦合InVEST模型和PLUS模型,计算陕西省2000—2020年水源涵养量,并预测未来2030年土地利用变化下的水源涵养量。[结果] 陕西省2000—2020年平均水源涵养量为132.25 mm,空间分布特征为水源涵养量由北向南逐渐增强。从植被类型来看,林地是陕西省水源涵养量的主体,年平均水源涵养量为199.55×108 m3;从行政区来看,安康市水源涵养量最大(308.96 mm)。2030年陕西省水源涵养总量为285.16×108 m3,相比2020年降低8.68×108 m3[结论] 陕西省未来2020—2030年水源涵养量呈略微下降趋势。

    • 李倩, 王成军, 冯涛, 杜传甲, 张炳林

      2024,38(3):195-206,215, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.015

      Abstract:

      [目的] 为探讨不同土地利用方式对区域生态系统碳储量的影响。[方法] 以陕西省为研究对象,利用SD-PLUS耦合模型,采用国际耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)提出的耦合共享社会经济路线和代表性浓度路线(SSP-RCP)情景,对2030年陕西省的土地利用变化进行预测,然后利用InVEST模型模拟未来不同情景下陕西省碳储量及其空间分布。[结果] (1)对构建的SD模型进行历史检验,其误差<5%,PLUS模型模拟的2020年土地利用Kappa指数为0.86,模型精度和可靠性总体符合要求;(2)3种情景下,未来建设用地面积均增加,增长速率从低到高的情景分别为SSP126、SSP245、SSP585;在所有情景下,林地面积均增加,水域面积均保持稳定;草地面积在SSP126情景下有小幅度增加,其他情景下减少;耕地面积3种情景下均减少;(3)3种情景下,陕西省碳储量均减少,关中平原建设用地的扩张占用大量的耕地是造成陕西省碳储量下降的主要原因。[结论] 在SSP126情景下,建设用地扩张所占用的生态用地面积最小,碳储量损失最少,该情景同时考虑社会经济发展及生态保护的需要,可为未来陕西省国土资源保护和高质量发展提供参考模式。

    • 马逸雪, 刘宝元, 张蒙娜, 董丽霞, 张庚

      2024,38(3):207-215, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.001

      Abstract:

      [目的] 为探究东北黑土区防风林带走向与主害风向的关系。[方法] 利用遥感解译和野外调查,获取研究区内林带基本特征数据,结合研究区内43个气象站点风速风向数据,对林带走向与主害风向的交角,即风向偏角进行计算分析。[结果] 蒙东黑土亚区偏西风占比大,风向较为集中,主害风主导性强烈,松嫩黑土亚区风向较为分散,主害风主导性较弱;平均林带密度松嫩黑土亚区>蒙东黑土亚区;防风林带走向在松嫩黑土亚区占比最大的为N-S走向林带,蒙东黑土亚区没有明显的规律性;研究区内风向偏角<30°占比为29.60%,>30°占比为70.40%,防风作用较差。[结论] 研究区内大量防风林带走向与主害风向斜交,对主害风的防护作用较差。该研究结果对于了解现有防风林带密度、走向,进一步建设和改造防风林带有重要参考价值。

    • 常瑨予, 武志涛, 李琪, 梁寒雪, 杜自强, 雷添杰, 孙斌

      2024,38(3):216-226, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.002

      Abstract:

      [目的] 为明晰京津风沙源区生态系统服务时空格局特征及识别其冷热点,评估京津风沙源区实施生态工程后的生态效益及生态影响。[方法] 基于京津风沙源区2000—2017年的遥感、气象、土壤、土地利用等数据,利用CASA(carnegie-ames-stanford approach)模型、InVEST(integrated valuation of ecosystem services and trade offs)模型、RWEQ(revised wind erosion equation)模型和RUSLE(revised universal soil loss equation)模型分别估算产水量、土壤保持、固碳和防风固沙服务,采用Getis-Ord Gi*统计指数方法,识别京津风沙源区生态系统服务冷热点区域。[结果] (1)2000—2017年各项生态系统服务功能均呈现上升趋势,4项生态系统服务功能的高值区集中在研究区的东南部,低值区集中在研究区的西北部。(2)2000—2017年4项生态系统服务均在京津风沙源西南部的鄂尔多斯高原沙化土地治理区出现明显的热点面积增加现象;固碳服务热点区域面积显著增加,其中,浑善达克-科尔沁沙地沙化土地治理区和坝上高原及华北北部丘陵山地水源涵养治理区的冷点区域向热点区域转化;产水服务冷热点面积占比没有明显变化,热点区主要集中在研究区南部坝上高原及华北北部丘陵山地水源涵养治理区,冷点区分布较为零散;防风固沙服务冷点区域面积增加;土壤保持服务冷热点区域面积占比很小且变化不大,区域土壤保持供给能力比较平均。(3)多重生态系统服务结果显示,研究区东南部区域能够提供2项及以上的高值生态系统服务功能,属于重点生态系统服务功能供给区,约占整个研究区15.5%。(4)2000—2017年林地4项生态系统服务热点面积占比较高,草地和林地的固碳服务功能热点面积显著增加,林地可提供较高的综合生态系统服务功能。[结论] 京津风沙源治理工程的实施使得区域内总体生态系统服务功能提升。研究结果可为评估京津风沙源治理工程恢复成效提供一定科学数据,最终实现京津地区生态环境的可持续发展。

    • 张超正, 孙小宇, 张寒, 邓陈宁, 赵可, 靳亚亚, 陈丹玲

      2024,38(3):227-238, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.017

      Abstract:

      [目的] 揭示生态系统服务供需平衡的时空特征,并进一步探究土地利用变化对生态系统服务供需平衡的双重效应及其影响机理。[方法] 选取长江中游地区作为研究对象,引入生态系统服务供需量化矩阵分析生态系统供需平衡的时空格局,并运用土地利用变化生态贡献率模型分析土地利用变化对生态系统服务供需平衡的双重影响。[结果] (1)研究期间,长江中游地区生态系统服务供需平衡状况持续恶化,主要是由建设用地大规模扩张和耕地、林地大面积缩减带来的生态系统服务供给能力减少和消费需求增加造成的。(2)长江中游地区不同类型生态系统服务供给间的关系在时间尺度上由权衡转为协同,需求和供给平衡间的协同关系在时间尺度上进一步增强,但不同类型生态系统服务供给、需求和供需平衡间的权衡或协同性质及其程度在空间尺度上却存在高度异质。(3)长江中游地区土地利用变化对生态系统服务供需平衡存在改善和恶化双重效应,且恶化效应显著大于改善效应,但引起生态系统服务及其分项服务供需改善和恶化的土地利用变化类型具有时序异质性。[结论] 应促进具有协同改善生态系统服务供需平衡的土地利用变化类型,提升与区域主体生态系统服务功能一致的土地利用类型,以及遏制具有协同恶化生态系统服务供需平衡的土地利用变化类型,以实现区域生态系统服务供需改善。

    • 杨玉钱, 彭双云, 吕铭皓, 陈晓弟, 郭秀

      2024,38(3):239-251, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.021

      Abstract:

      [目的] 通过分析滇中城市群30年耕地非农化的演变路径、时空变化特征及驱动机制,为滇中城市群耕地资源的保护及精准管理提供理论依据。[方法] 基于滇中城市群土地利用数据和统计年鉴数据,运用重心迁移模型、变化轨迹模型、空间自相关分析、主成分分析等方法揭示1990—2020年滇中城市群耕地非农化过程、空间分布特征及主要驱动因素。[结果] (1)从时间上看,滇中城市群耕地非农化面积呈波动下降趋势,2000年前后由年均增加约6.88×103 hm2转变为年平均减少约2.66×104 hm2,受政策、经济和城市化影响导致其变化最剧烈。从空间上看,耕地非农化集中分布于滇中城市群的中部、东部、东南部和东北部地区。(2)30年来,滇中城市群耕地非农化在空间分布上趋于均衡,区域间耕地非农化差异变小,空间格局趋于稳定。(3)滇中城市群耕地主要转出为林地和草地,少部分转化为建设用地,变化型耕地中有54.60%与草地相关,29.33%与林地相关,4.64%与建设用地相关,主要发生在滇中城市群的中部、北部、东南部和西北部的局部区域。(4)滇中城市群耕地非农化存在显著的空间聚集效应,以高—高聚集和低—低聚集为主,高—高聚集主要分布在中部、北部和东南部,低—低集聚主要分布在西北部、西部和西南部。(5)滇中城市群耕地非农化受社会经济和自然条件共同影响。社会经济中的农业人口、国有固定产投资和城市化率是耕地非农化最主要的驱动因素,影响系数分别为-0.18,0.11,0.10;而自然因素年平均降水量和年平均气温在耕地非农化空间分布和扩张过程起着关键性的作用,影响系数分别为0.17,-0.15。[结论] 研究结果揭示30年来滇中城市群耕地非农化的时空变化特征、演变路径及驱动机制。对合理利用和保护耕地资源,保障云南省粮食安全具有重要作用,在一定程度上可为滇中城市群的耕地保护和耕地布局优化提供决策参考。

    • 马泽钰, 李鹏, 肖列, 王博, 许垚涛, 潘金金

      2024,38(3):252-265, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.032

      Abstract:

      [目的] 基于“整体保护、系统修复、综合治理”的治理思路识别生态修复优先空间抑制生态退化,是区域社会—经济协调发展、筑牢生态安全屏障和推进生态文明建设的重要举措。[方法] 以青海省为研究区,通过土地利用强度、土地利用重心迁移反映城市化进程,定量评估2005—2020年7项生态系统服务、生态敏感性和生境退化度,提出基于“生态系统服务簇—生态敏感性-生境退化度”识别生态修复优先空间,将内部缺陷和外界胁迫相结合,划定5类生态修复优先区并提出相应修复策略。[结果] 青海省2005—2020年产水深度分别为125.1,106.9,80.0,135.4 mm,水源涵养深度稳定在15 mm左右。粮食产量由1.42 t/hm2提升至2.02 t/hm2,防风固沙能力由2.42 t/hm2提升至4.59 t/hm2,土壤保持能力由85.90 t/hm2下降至65.30 t/hm2;青海省生态系统服务簇可划分为生态宜居和谐簇、水土耦合协调簇、生态源地保育簇、自然生态修复簇、防风固沙功能簇5类。基于双变量自相关识别生态恢复优先点结果可知,青海省主要关键生态恢复点和自然生态恢复点面积分别占5.26%和2.55%,其中关键生态恢复点和生态宜居簇增加区域在空间上分布基本吻合。[结论] 青海省生态修复优先区集中在生态环境脆弱的西北荒漠地区、高海拔山区、水源地和河流沿岸及人类活动较频繁的河湟谷地和天峻县、兴海-玛多—曲麻莱县一带。

    • 兰健, 渠立权

      2024,38(3):266-275, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.026

      Abstract:

      [目的] 分析珠江流域过去20年及未来10年土地利用与碳储量的时空变化,以期为该地区的土地利用格局优化和生态系统固碳管理提供参考依据。[方法] 基于2002年、2012年、2022年3期土地利用数据,分析土地利用类型变化,使用PLUS模型模拟2032年自然发展情景、耕地保护情景和生态保护情景下的土地利用格局,利用InVEST模型评估3种情景下生态系统碳储量变化情况。[结果] 近20年,珠江流域土地类型发生较大变化,耕地向建设用地的单向转化以及耕地与林地间的双向转化是该地区土地利用变化的主要特点;同期陆地生态系统碳储量整体呈下降趋势,降幅为0.52%;2032年碳储量预测显示,生态保护情景下碳储量明显高于耕地保护情景和自然发展情景,分别高出4.81×106,10.22×106 t。[结论] 采取有效的生态保护政策可提高区域碳储量,维系生态系统的健康发展,未来在制定土地利用规划时应考虑经济发展与生态保护的平衡关系,强化流域生态保护和绿色发展理念,增加土地碳存储功能,助力“双碳”目标的实现和区域可持续发展。

    • 陈超男, 王丽园, 朱文博, 朱连奇, 董庆栋, 李艳红, 任涵

      2024,38(3):276-287, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.023

      Abstract:

      [目的] 为探究秦巴山地极端气候事件的时空变化及其对植被的影响。[方法] 基于秦巴山地及其周边115个气象站逐日气象资料(1960—2020年)及MODIS NDVI数据集(2000—2020年),分析秦巴山地NDVI的时空变化特征及其对19个极端气候指数的响应,并利用地理探测器定量评估极端气候指数对NDVI的影响。[结果] (1)2000—2020年秦巴山地大部分区域NDVI呈显著增加趋势(80.34%),少数区域呈显著下降趋势(1.09%),研究区年际变化速率约为0.03/10 a。(2)1960—2020年秦巴山地经历显著增温,夜间增温幅度大于白天,极端气温事件变化幅度较大的区域主要集中在西秦岭;极端降水事件呈微弱变化,具有明显的空间分异,研究区西南部极端降水强度增加,东部极端降水强度降低,极端降水频率增加。(3)极端降水事件是影响西秦岭地区NDVI的主要因素,而极端气温事件是影响秦岭和大巴山地区NDVI的主要因素;极端气候事件对NDVI的影响不是独立的,极端气候指数间的相互作用以双因子或非线性的方式增强单因子对NDVI的影响。[结论] 揭示秦巴山地极端气候事件及植被动态的时空变化特征,明确两者间的相互关系,可为应对全球气候变化下秦巴山地植被保护与恢复提供科学依据。

    • 李慧, 魏兴萍, 蔡云丽, 陈诗蝶, 李良鑫

      2024,38(3):288-297, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.037

      Abstract:

      [目的] 为研究重庆岩溶石漠化和非石漠化地区植被绿度时空变化特征及其对土地利用类型的响应,有利于指导岩溶地区植被生态恢复的影响。[方法] 基于植被叶面积指数(LAI)及土地利用类型数据,采用趋势分析和Hurst指数分析石漠化和非石漠化地区植被绿度的时空演变特征,利用土地利用转移矩阵定量分析土地利用变化对植被绿度的影响。[结果] (1)石漠化和非石漠化地区的植被绿度整体呈增加趋势,分别在2007年和2012年达到最大绿度,绿度值为1.36和1.69,年平均增速为0.014和0.012。(2)石漠化和非石漠化地区植被绿度动态变化趋向良好,改善趋势面积占比分别为86.84%,87.04%,反持续改善趋势面积占比分别为52.82%,80.29%,是未来植被绿度主要变化趋势。(3)石漠化和非石漠化地区主要的土地利用类型是林地和耕地,且林地转化的耕地是植被绿度退化的主要发生区,耕地、灌木和草地转化的林地是植被绿度改善的主要发生区。(4)高LAI的土地利用类型转化为较低LAI土地利用类型导致LAI减小,降低植被绿度,较低LAI土地利用类型转化为高LAI土地利用类型,导致LAI增加。石漠化和非石漠化地区林地LAI转出总量减少最多,分别为11 902.01和4 442.18,转入总量增加最多分别为14 983.78和17 109.46;建设用地、水域和裸地面积较小,对LAI总量的影响不明显。[结论] 研究结果有助于揭示生态脆弱区植被绿度的变化特征及对土地利用变化的响应机制,为重庆市岩溶地区石漠化治理、生态安全和经济可持续发展提供科学依据。

    • 胡斯乐, 董立国, 白晓雄, 许浩, 安钰, 万海霞, 韩新生, 王月玲, 李妍, 郭永忠, 余旋

      2024,38(3):298-305, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.003

      Abstract:

      [目的] 为探讨黄土丘陵区“上退下推”典型生态治理模式对土壤-微生物量C、N、P及其生态化学计量比的影响。[方法] 以宁夏黄土丘陵区典型土地利用类型(人工林地、梯田和川道地)为研究对象,研究土壤-微生物量C、N、P含量对土地利用变化的响应,并分析其生态化学计量比、微生物熵(qMBC、qMBN、qMBP)及化学计量不平衡性(C∶Nimb、C∶Pimb、N∶Pimb)之间的关系。[结果] (1)3种典型土地利用类型下,人工林地土壤SOC、C∶P、N∶P高于梯田和川道地,而农耕用地(梯田和川道地)土壤TP含量则高于人工林地。(2)土壤微生物量C、N、P的含量分别为51.56~133.19,7.97~21.98,4.63~12.81 mg/kg。其中,土壤微生物量C、N、P均表现为人工林地>梯田>川道地;微生物量C、N、P的比值及C∶Nimb、C∶Pimb、N∶Pimb在各土地利用类型间无显著差异,具有一定的内稳性特征。(3)3种典型土地利用类型对微生物熵具有显著影响,qMBC表现为梯田地>人工林地>川道地,而qMBN和qMBP均表现为人工林地>梯田>川道地。通过RDA和蒙特卡洛置换检验得出,微生物量C∶P(R2=0.75,p<0.01)和C∶Pimb(R2=0.74,p<0.01)是影响土壤微生物熵变化的关键因素。[结论] 综上所述,“上退下推”典型生态治理模式引起土壤C、P以及微生物量C、N、P含量的显著变化,典型土地利用类型下土壤-微生物量C、N、P及其化学计量比主要受到P元素的影响。

    • 张蒙蒙, 徐国策, 张铁钢, 方康, 拓梦瑶, 万顺, 王斌

      2024,38(3):306-313, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.009

      Abstract:

      [目的] 研究土壤微生物群落对放牧强度变化的响应机理,为荒漠草原生态保护和修复提供科学的理论和技术支撑。[方法] 以内蒙古荒漠草原为研究对象,研究不同放牧强度(未放牧、轻度放牧、中度放牧、重度放牧)对不同深度(0—20,20—40 cm)土壤理化性质和土壤微生物群落组成及多样性的影响,分析土壤理化性质与土壤微生物群落间的交互作用。[结果] 相比于未放牧,中度放牧显著降低0—20 cm土层土壤全氮(TN)和土壤有机碳(TOC)(p<0.05),分别降低17.99%和19.23%,土壤容重(SBD)最大值出现在重度放牧条件下。20—40 cm土层土壤理化性质在不同放牧强度下并无显著差异(p>0.05)。此外,放牧降低0—20 cm土层土壤中细菌群落的丰度和多样性,增加20—40 cm土层土壤细菌中群落的丰度与多样性。轻度和中度放牧条件下,0—20 cm土层土壤真菌群落的丰度与多样性均有所增加,放牧对20—40 cm土层土壤真菌群落的丰度与多样性无显著影响(p>0.05)。[结论] Mantel分析表明,荒漠草原土壤全氮是影响草原土壤细菌丰度随放牧强度变化的主要因素。研究成果对揭示土壤微生物在荒漠草原生态系统中的生态敏感性与实现荒漠草原的可持续管理具有一定科学指导意义。

    • 汪思佳, 王春霞, 张景瑞, 杨跃发

      2024,38(3):314-324,334, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.018

      Abstract:

      [目的] 为检验减氮条件下AquaCrop模型对北疆膜下滴灌棉花生长及生产的模拟适用性,探究棉花生育期最优减氮与灌水制度。[方法] 通过2022年、2023年大田试验,明确4种施氮水平(常规施氮量、减氮10%、减氮20%、减氮30%)、3种灌溉定额(488,444,400 mm)对棉花产量、水氮利用效率及土壤养分含量的影响;利用各处理实测数据率定并验证模型参数,并用校正好的模型模拟6种施氮水平(常规施氮量、减氮6%、减氮12%、减氮18%、减氮24%、减氮30%)、6种灌溉水平(300,360,420,480,540,600 mm)组合下棉花产量及水氮利用效率,通过综合评价方法筛选出最优水氮组合。[结果] 减氮与灌溉定额共同作用对棉花产量、水氮利用效率及土壤养分具有显著影响。减施氮肥时,可通过适当增加灌溉定额达到对产量的弥补稳定棉花产量,相同施氮量下,适当减少灌溉定额提高水分利用效率;相同灌溉定额下,适当减少施氮量提高氮肥偏生产力;常规施氮时,增加10%的常规灌溉定额(W1N1)可有效提高耕作层土壤中养分含量。模拟与实测结果表明,2年试验处理的冠层覆盖度及地上部生物量各评价指标均满足决定系数(R2)≥0.936,均方根误差(NRMSE)≤40.58%,纳什系数(ENS)≥0.72;产量与水分利用效率各评价指标均满足(R2)≥0.87,NRMSE≤4.29%,(ENS)≥0.81;该模型实现较好的模拟效果。[结论] 基于36种减氮与灌水组合下的情景模拟,综合考虑产量、水氮利用效率及实际生产成本,推荐在北疆地区采用减氮12%,360 mm灌溉定额的减氮灌溉制度。可为AquaCrop模型在今后对不同施肥灌溉制度下的应用提供经验,为干旱区棉花种植过程中提升水分及氮肥利用效率提供理论依据和科学指导。

    • 汪晓珍, 呼海涛, 吴建召, 上官周平, 邓蕾

      2024,38(3):325-334, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.010

      Abstract:

      [目的] 在“双碳”战略实施背景下,准确评估陆地生态系统固碳现状、速率与潜力对实现“碳中和”目标意义重大。陕西省横跨3个气候带,南北气候差异大,植被类型丰富。近年来,由于多项生态工程(退耕还林还草、三北防护林等)的实施,陕西省植被覆盖度进一步提升至60.7%,固碳能力巨大。陆地生态系统NPP(植被净初级生产力)是反映植被固碳能力的重要指标,然而,关于陕西省NPP的时空动态变化,以及NPP未来潜力的空间分布鲜有研究。[方法] 以陕西省陆地生态系统为研究对象,利用CASA模型和邻域相似空间分布法评估陕西省植被NPP及其潜力的时空分布特征。[结果] (1)陕西省植被总固碳量在2000年和2020年分别为687,1 020 Tg,增加333 Tg,增幅为48.5%。(2)陕西省NPP呈南高北低,中间存在最高值或最低值的空间分布态势,平均值在2000年和2020年分别为333.2,494.8 gC/m2,共增加161.6 gC/m2,增加幅度呈北高南低的分布态势。(3)陕西省生态系统NPP的实际最大潜力为2 304 Tg,相比于2020年增加41.3%,空间分布态势表现为由南到北逐渐降低,且空间分布特征均表现高度空间自相关特性,但局部差异较大。[结论] 陕西省植被总固碳量在2000—2020年显著增加,同时,未来植被固碳潜力巨大。评估和预测陕西省区域尺度生态系统NPP时空动态变化及潜力空间分布特征,可为科学评价提升区域碳汇能力提供一定的评价体系和理论参考。

    • 靖娟利, 孙佳荟, 赵婷, 付宝苇

      2024,38(3):335-344, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.016

      Abstract:

      [目的] 为研究植被对不同时间尺度干旱的响应机理,明确西南地区极端干旱事件频发对植被生长产生严重的负面影响。[方法] 基于西南地区2001—2019年的NPP数据和1~24个月连续尺度的SPEI数据,采用相关分析法、最大值合成法及显著性检验等方法探究西南地区不同地貌类型植被NPP对多尺度SPEI的响应特征,并分析不同植被类型NPP对多尺度SPEI响应的差异性。[结果] (1)在年际、季节及生长季尺度,植被NPP与1~24个月尺度SPEI的响应均以1-3月尺度占主导,表明植被NPP对短期干旱变化具有较好的响应,不同地貌分区响应时间表现出差异性。(2)空间上,植被NPP与1~24个月尺度SPEI的最大相关系数呈明显的异质性和季节性差异。年际相关性表现出从东南—西北呈显著正相关—显著负相关的变化趋势,季节相关性表现为夏季均以显著负相关占主导,春季、秋季和冬季均以显著正相关占主导,表明西南地区的夏季温度高且湿润,使植被生长受限,生长季正、负相关关系的区域面积比例相差不大,且呈显著正相关面积最大的地区为广西丘陵,呈显著负相关面积最大的地区为若尔盖高原。(3)不同植被类型NPP对1~24个月尺度SPEI的响应具有一定差异,尽管草地、灌丛、林地对SPEI的响应特征基本相似,但所有植被类型NPP在夏季随SPEI尺度的缩短呈负相关趋势越强烈。表明在夏季高温干旱条件下,各种植被类型都更易受到干旱的影响。[结论] 研究结果为西南地区生态系统的保护和修复提供有效的科学支撑,同时,为防灾减灾及应对气候变化提供重要的理论依据,有助于制定更具针对性的政策和措施,推动西南地区的可持续发展。

    • 李金刚, 何平如, 陈菁, 孙浩, 周明强, 刘闯, 丁思羽

      2024,38(3):345-355,368, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.019

      Abstract:

      [目的] 为探究化肥减施条件下加气对作物生长特性和根层土壤特征的影响。[方法] 通过开展连续2年野外田间试验,以宁夏银北灌区大田栽培番茄为研究对象,设置4组微纳米加气比例(0,5%,10%,15%)和3个追肥(尿素—重过磷酸钙—硫酸钾)水平(180—400—480,135—300—360,90—200—240 kg/hm2)。[结果] 在相同追肥水平下,植株的干物质和营养元素(氮、磷、钾)积累量随加气比例增加而增加,提高加气比例有利于番茄开花坐果期根系磷素积累和果实膨大期钾素积累;在相同追肥水平下提高加气比例5%~15%对应番茄产量增加14.0%~44.2%;在相同加气比例下相对传统施肥模式适当降低追肥水平(-25%)对应番茄产量增加0.4%~9.1%;提高加气比例和追肥水平有利于在番茄开花坐果期和果实膨大期显著提高土壤相关酶(过氧化氢酶、碱性磷酸酶和脲酶)活性,相同追肥水平下提高加气比例5%~15%对应土壤相关酶活性提高27.5%~122.9%。[结论] 在宁夏银北灌区地埋滴灌条件下,为促进植株生长、稳定番茄产量和提高土壤酶活性,适宜的“尿素—重过磷酸钙—硫酸钾”追施水平为180—400—480 kg/hm2(相对传统追肥定额减施25%),适宜的微纳米加气比例为10%。

    • 巩品祥, 付强, 李天霄, 侯仁杰, 李茉, 石国新

      2024,38(3):356-368, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.027

      Abstract:

      [目的] 为探究不同耕作模式和生物炭施加量对黑土区农田土壤氮磷转化和玉米生长发育的影响。[方法] 通过野外大田试验,设置2种耕作(深耕和浅耕)和5个生物炭添加处理(0,3,6,9,12 t/hm2),探究不同耕作模式和生物炭施加量对土壤氮磷组分、酶活性及玉米生理特性的综合影响。[结果] (1)深耕和浅耕配合施加生物炭可有效改善土壤结构,提高团聚体几何平均直径,降低破坏百分比,且深耕处理效果优于浅耕处理;(2)施加生物炭提高土壤氮磷组分、脲酶活性和碱性磷酸酶活性,施加9 t/hm2生物炭效果最好,且深耕更为显著;(3)深耕处理下生物炭施加量达到9 t/hm2时,提高叶片的全氮、全磷含量和谷氨酰胺合成酶活性,降低酸性磷酸酶活性;(4)深耕条件下施加9 t/hm2生物炭的玉米的产量达到17.37 t/hm2,相比于0提高28.9%。[结论] 深耕处理并施加9 t/hm2生物炭对于黑土区农田养分环境和作物生长提供参考意义。

    • 陈梦茹, 邢英英, 解云霞, 刘栩柠, 邵雅婷, 李珊珊, 赵天盛, 卢杰, 王秀康

      2024,38(3):369-381, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.022

      Abstract:

      [目的] 为探究不同施氮量下有机肥等氮替代化肥对陕北旱区春玉米生长、产量和水肥利用效率的影响。[方法] 采用多元回归分析和三维拟合模型,以期建立陕北地区春玉米种植最佳氮肥管理模式。设置3个施氮水平(N1、N2、N3分别为240,180,120 kg/hm2)和5个有机肥等氮替代比例(R0、R12.5、R25、R37.5、R50分别为100%化肥氮、12.5%有机肥氮+87.5%化肥氮、25%有机肥氮+75%化肥氮、37.5%有机肥氮+62.5%化肥氮、50%有机肥氮+50%化肥氮),共15个处理。在春玉米主要生育期测定春玉米生长、产量及产量构成要素,计算生育期耗水量(ET)、水分利用效率(WUE)、氮肥偏生产力(NPFP)及经济效益。[结果] Logistic函数对春玉米干物质累积量具有较高的拟合度,R 12.5处理可推迟干物质快速积累期的起点、终点和最大值出现的时间,N2处理可提升干物质累积量的日最大增长速率。施氮量和替代比例对春玉米干物质累积量、产量及构成要素、ET、NPFP和经济效益有显著影响(p<0.05),两者交互作用对穗长、穗粗、ET的影响显著(p<0.05)。N2处理的平均干物质累积量、产量、ET、净收入分别比N1和N3处理提高5.58%和15.80%,4.25%和16.76%,4.96%和3.41%,8.76%和29.42%。有机替代比例为12.5%~37.5%的处理可显著提升干物质累积量、产量及构成要素、ET、WUE、NPFP、净收入、产投比。随着施氮量增加,WUE上升,而NPFP降低。处理N2R25的干物质累积量、ET最高,处理N2R37.5的产量、净收入、产投比最高。春玉米产量与干物质累积量、ET、WUE、净收入、产投比呈显著正相关。[结论] 综合分析得到,在施氮量和替代比例区间分别为190~210 kg/hm2和17%~29%时,可使春玉米干物质累积量、产量、WUE、NPFP、净收入同时优化。

    • 李林源, 高磊, 彭新华, 钱芮, 王建茜, 杜豪

      2024,38(3):382-390,399, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.029

      Abstract:

      [目的] 为明确侵蚀—沉积在黑土坡耕地土壤质量空间分异格局中的塑造作用。[方法] 以东北典型水蚀区坡耕地为研究对象,利用110个样点的土壤属性,采用基于最小数据集的土壤质量指数(SQI)指标,评价坡面尺度土壤质量的空间分异特征,并利用广义线性模型(GLM)明确坡度、坡位、土层深度等因子对土壤质量的贡献。[结果] (1)坡耕地土壤养分含量和空间特征在耕作层和亚表层间呈相反规律。对于大部分养分指标,耕作层的含量显著高于亚表层,但是,其空间异质性及土壤养分含量间的相关性低于亚表层(p<0.05);(2)侵蚀沉积作用影响坡耕地土壤质量的空间分布特征。SQI在强烈侵蚀的坡中显著低于轻度侵蚀的坡上和沉积区的坡下(p<0.05),与坡上相比,坡中SQI在耕作层和亚表层分别降低26.2%和31.6%,沉积作用并不一定提高强烈侵蚀坡耕地沉积区的土壤质量,坡下和坡上耕作层的土壤质量无显著差异(p>0.05);(3)土层深度、坡位和坡度是坡耕地SQI变异的主要影响因素。GLM结果显示,对于同一个土壤层次,坡度、坡位及其交互作用对SQI变异的解释度达95%,其中,坡位和坡度的解释度分别为68%和22%;考虑土壤深度因素,在0—40 cm土层,土层深度、坡位和坡度对SQI变异的解释度分别为39%,31%和10%。[结论] 采用SQI和GLM相结合的方法,明确侵蚀—沉积过程在坡耕地黑土质量空间分异中的塑造作用,研究成果可为典型水蚀区侵蚀退化黑土地质量评价和管理提供技术支撑。

    • 任白琳, 麻万诸, 章明奎

      2024,38(3):391-399, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.03.036

      Abstract:

      [目的] 黑色岩系含有高量的镉和硒,为明确其在风化成土过程中,岩石镉和硒的形态转变和释放对周围生态环境产生影响。[方法] 在浙西北寒武统荷塘组地层的黑色岩系分布区,通过沿地形不同部位(丘陵上坡、丘陵中坡、丘陵下坡、丘间谷底和河谷阶地)采集土壤剖面分层土样,探讨黑色岩系风化成土及其风化物迁移过程中镉和硒的数量与形态转变规律。[结果] 从母岩经母质到土壤,土壤总镉和总硒均呈下降趋势。黑色岩系风化物镉和硒损失随沿丘陵坡地向下迁移搬运距离增加而增加,其中,由坡积物演变为洪积物的过程中,镉和硒的损失大于由残积物演变为坡积物的损失。从风化物中流失的镉和硒以流水扩散方式对下游河流冲积物发育表土镉和硒含量产生影响,但影响程度随距离增加而减小。随着风化物搬运距离增加和土壤的演变,发生碳酸盐结合态镉和残留态镉向水溶性镉、交换性镉、有机质结合态镉、氧化物结合态镉转变,残留态硒逐渐活化转变为交换性硒、有机质结合态硒、氧化物结合态硒。土壤水溶性镉、交换性镉(硒)、有机质结合态镉(硒)呈现向地表增加的趋势;硒的有机富集及表土富集现象比镉更为明显。[结论] 黑色岩系风化不仅可通过残留方式直接影响其分布区土壤镉与硒的含量,也可通过流水扩散方式影响周边地区土壤镉和硒的含量。

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    • 水土保持措施识别与提取方法的研究进展

      田培, 任益伶, 陈妍

      Abstract:

      水土保持措施类型及其配置模式复杂繁多,准确识别与精细化提取水土保持措施详细配置信息是获取水土保持措施因子值的基础。水土保持措施信息获取方式主要有传统的野外调查、卫星遥感影像、无人机近景摄影等,其识别与提取方法主要包括目视解译、传统的机器学习、面向对象分类方法以及深度学习模型。本文通过梳理国内外水土保持措施识别与提取方法的研究成果,总结存在的不足并提出研究展望;在语义分割中未来的特征融合与多模态学习、弱监督与半监督学习、集成学习和元学习等均可以运用到水土保持措施提取中;当前对于水土保持耕作措施识别与提取的成果鲜见报道,而农业实践中耕作措施较常见,后续应加强耕作措施识别提取的研究;人工智能结合大数据技术是未来水土保持措施信息高效精准识别与提取的发展方向,且需要进一步研究采用半监督和弱监督学习、语义分割和实例分割方法,结合多模态学习、小样本标签等方法进行水土保持点、线状工程措施及植物措施和耕作措施信息的提取,从而完善各类水土保持措施的信息提取方法,为准确获取水土保持措施因子值及核算水土保持碳汇能力提供支撑。

      • 1
    • 黄土塬区不同土地利用方式对土壤理化性质的影响

      张梦月, 张钊玮, 杨毅轩, 张莉敏, 栗如祥, 韩晓阳, 林文

      Abstract:

      [目的] 为探讨不同土地利用方式对黄土塬区土壤理化性质的影响。[方法] 以裸地为对照(CK),设置常规施肥农田(H)、不施肥农田(L)、苜蓿草地(A)4个不同的利用方式于2005年开始在陕西长武开展长期定位试验,并于2021年7月对4个样地0—200 cm土壤的理化性质进行分析测定。[结果] 经过17年长期定位试验后,农田和草地对土壤理化性质的影响差异明显。(1)在土壤表层0—40 cm,苜蓿草地黏粒和粉粒颗粒体积分数较其他3个样地略有提高,沙粒体积分数略有降低趋势,而裸地处理黏粒和细粉粒比例有降低趋势。(2)与裸地相比,苜蓿草地0—20 cm土层土壤pH显著增加0.8%,施肥农田显著降低1.7%;除80—100 cm土层外,施肥农田土壤pH在0—200 cm剖面内整体显著低于其他3个处理。与裸地相比,在0—20 cm土层,苜蓿草地和施肥农田的有机碳储量、有机质和氮素含量显著增加,且苜蓿草地含量高于施肥农田;苜蓿草地与不施肥农田的有效磷和速效钾含量显著降低,施肥农田的速效钾含量也显著降低;不施肥农田碱解氮和硝铵态氮含量显著降低。(3)在不同土地利用方式下,土壤有机质、有机碳及全氮随着土层深度的加深表现出先降低,至60 cm左右后升高,到100 cm左右再次降低的趋势;草地的土壤有效磷含量在60 cm土层以下逐渐增加;其余养分指标在0—200 cm空间垂直分布整体呈下降趋势。(4)0—100 cm土壤有机质、全氮、碱解氮、硝铵态氮之间呈显著正相关,有效磷与有机质、全氮、碱解氮、pH之间呈显著负相关;100—200 cm有机质与速效钾之间呈显著正相关,有效磷与pH之间呈显著负相关。[结论] 黄土塬区合理的农田管理和和连续种植苜蓿均可让有机质、全氮和速效氮等养分指标维持在较高水平,在一定程度上保障土壤质量。为促进该区域土壤的可持续性,建议农田中适当增加钾肥和有机肥的投入,而草地则需要补充适量的磷钾肥。

      • 1
    • 宁南山区不同植被类型土壤生态化学计量特征与碳储量

      丁鑫丽, 马振华, 赵慧雪, 康龙, 曹扬

      Abstract:

      [目的]为了阐明不同植被类型的土壤养分状况与固碳能力差异。[方法]以宁夏南部山区具有代表性的乔木纯林(山杏林和刺槐林)、乔木混交林(刺槐+山杏)、乔灌混交林(山桃+柠条)、灌木林(沙棘)、草地共6种植被类型为研究对象,通过野外调查和室内分析相结合的方式,研究了各植被类型0—100 cm土层的生态化学计量特征与碳储量。[结果]研究区土壤C、N、P含量变化分别为19.74~35.11,1.74~3.19,1.60~1.69 g/kg,C、N含量均表现为随土层深度增加而递减,其中刺槐+山杏林地的C、N在0—80 cm显著高于其他类型,P在各类型和土层间均无显著性差异。土壤C:N在0—40 cm刺槐林显著较低,40—100 cm不同植被类型间无显著差异,土壤C:P和N:P受植被类型影响较大,表现为刺槐+山杏林地最高。各植被类型的C:N在不同土层间没有明显差异,C:P和N:P表现为随着土层的增加而降低。土壤碳储量变化范围在5.98~38.21 t/hm2之间,各植被类型间差异较大,总体表现为刺槐+山杏>刺槐>山杏>沙棘>山桃+柠条>草地,刺槐+山杏林显著高于其他植被类型。[结论]宁南山区乔灌林地养分循环模式与固碳能力优于草地,且刺槐+山杏混交林造林模式最佳,营造混交林是提高土壤固碳能力的一个重要途径。

      • 1
    • 基于流变学法研究植被恢复下土壤微结构稳定性

      王新宇, 周琳, 孟静, 胡少杰, 吕银彦, 许晨阳, 胡斐南

      Abstract:

      [目的]为探究黄土高原植被恢复过程中土壤微结构稳定性的演变规律。[方法]选取子午岭林区4个不同植被演替阶段的土壤为研究对象,通过流变学方法振幅扫描测试方式测定不同基质势(0,-3,-10 kPa)下土壤抗剪切强度参数和粘弹性参数,并分析其与土壤理化性质之间的关系。[结果](1)土壤抗剪切强度和黏弹性随植被演替阶段的增加而增加,主要是由于植被恢复过程中土壤有机碳、交换性Ca2+、砂粒含量增加和Na+含量下降提高了土壤颗粒间的黏附力和摩擦力。(2)土壤抗剪切强度参数随基质势的降低而增加,在低基质势条件下,土壤抗剪切强度参数(G'LVE、τLVE和τmax)与交换性Ca2+、砂粒含量相关性不显著,而在高基质势条件下,土壤抗剪切强度参数与交换性Ca2+呈显著正相关(p < 0.05),τmax、G'LVE、τYP和G'YP均与砂粒含量呈显著正相关。(3)土壤黏弹性参数(γYP和Iz)随基质势的降低而降低;高基质势条件下土壤黏弹性参数与有机碳含量呈正相关,且随着基质势的降低,相关性逐渐减弱;不同基质势下黏弹性参数均与黏粒含量呈显著负相关。(4)土壤整体力学稳定性在0 kPa时与土壤Ca2+呈正相关关系,-3 kPa时与土壤粉粒、K+含量呈负相关关系,-10 kPa时与粘粒含量呈正相关关系。[结论]研究结果揭示了土壤在不同植被类型不同基质势下的力学稳定性变化规律以及影响机制,为理解黄土高原植被恢复过程中土壤特性的演变提供了重要依据,也为未来的土壤保护和生态恢复工作提供理论支撑。

      • 1
    • 东北黑土区土壤侵蚀阻力对土地利用类型的响应与影响因素

      张宁, 张光辉, 邢书昆

      Abstract:

      [目的]土壤侵蚀阻力反映了土壤抵抗侵蚀的性能,包括细沟可蚀性(Kr)和土壤临界剪切力(τc)。通过水槽冲刷试验探究不同土地利用类型下土壤侵蚀阻力差异及其主控因素,为揭示东北黑土区土壤侵蚀动力机制提供理论基础。[方法]在黑龙江省嫩江市鹤山农场鹤北小流域选取7种典型的土地利用类型,利用水槽冲刷试验测定了土壤分离能力,拟合了Kr和τc,采用相关分析和偏最小二乘回归方法,确定了影响土壤侵蚀阻力的主要因素。[结果](1)土地利用类型显著影响土壤侵蚀阻力,不同土地利用类型样地Kr变化在0.003-0.372 s/m之间,道路Kr最高,与农地相比,草地、横向林带、林地、纵向林带和灌木的Kr分别降低94%、86.2%、84%、83.6%和71.6%;τc在4.84-13.85 Pa之间变化,农地和道路的τc偏低,分别为4.84和9.80 Pa,其他样地τc均大于10 Pa,且相互差异不显著。(2)相关分析结果表明,Kr与黏粒含量、团聚体稳定性和有机质含量呈极显著负相关关系(P < 0.01),与砂粒含量、粘结力、根系质量密度和混入表土层的枯落物密度呈显著负相关关系(P < 0.05),与粉粒含量呈极显著正相关关系(P < 0.01);τc与粉粒含量呈极显著负相关关系(P < 0.01),与砂粒含量和混入表土层的枯落物密度呈极显著正相关关系(P < 0.01),与有机质含量和根系质量密度显著正相关(P < 0.05)。(3)偏最小二乘回归结果显示,Kr主要受土壤黏粒含量、粉粒含量、团聚体稳定性、根系质量密度、有机质含量和混入表土层的枯落物密度影响,而τc主要受土壤有机质含量、混入表土层的枯落物密度、粉粒含量和根系质量密度影响。[结论]土地利用类型显著影响土壤侵蚀阻力,土壤理化性质和植被特性是土壤侵蚀阻力的重要影响因素。研究结果为揭示土地利用类型影响土壤侵蚀动力机制以及土地利用优化提供了理论基础。

      • 1
    • 栗子坪自然保护区林分类型对土壤化学计量特征、微生物及其季节动态响应

      陆其伟, 脱云飞, 冯永钰, 黎建强, 施蕊, 王澍, 朱雪虎, 何霞红

      Abstract:

      [目的]为揭示栗子坪自然保护区林分类型对土壤有机碳、氮、磷含量垂直分布特征,土壤化学计量特征(C/N、C/P、N/P)、酶活性、微生物及其季节响应。[方法]选取旱季、雨季的青冈-川杨阔叶混交林、栓皮栎落叶阔叶林、冷杉-云杉针叶混交林、石棉玉山竹林土壤为研究对象,阐明林分类型对土壤化学计量特征、酶活性、微生物及其季节动态响应特征。[结果](1)4个林分类型土壤理化性质和酶活性均表现为雨季大于旱季;(2)土壤C/N在青冈-川杨阔叶混交林表现为旱季大于雨季,其他3个林分均表现为雨季大于旱季;C/P和N/P在栓皮栎落叶阔叶林、冷杉-云杉针叶混交林表现为旱季大于雨季,其余2个林分反之;(3)不同林分类型土壤C/N、C/P、N/P比值变化范围旱季时依次为17~37.33,62.72~114.5,3.09~5.18,雨季时依次为17.72~39.16,63.21~90.72,2.39~5.8。(4)旱季、雨季C/N和C/P均高于全国平均水平(11.9,61.0),表明养分循环过程中氮受限,且释放P的潜力较低;2个季节N/P均低于全国土壤平均水平(5.2)表明土壤更容易受到N限制;(5)4个林分类型土壤微生物物活性在雨季均优于旱季,且土壤生态化学计量特征主要受到酶活性及微生物影响。[结论]研究结果可为探究区域土壤养分分解、供应和限制及其循环过程对季节响应机制提供重要理论依据。

      • 1
    • 麦季不同施磷量对麦玉和麦豆轮作体系作物产量及磷效率的影响

      寇心悦, 桑丽智, 沈玉芳

      Abstract:

      [目的]为研究麦季不同施磷量对陕西关中地区不同轮作体系作物产量和磷肥效率的影响,明确实现不同轮作体系作物高产高效的适宜麦季磷肥施用量。[方法]以麦玉和麦豆2个轮作体系为研究对象,设置5个施磷(P2O5)水平:0,75,150,225,300 kg/hm2,分析2021—2022年和2022—2023年轮作周年作物产量、磷肥利用效率、土壤有效磷含量及其与施磷量之间的关系。[结果]与不施磷处理(0 kg/hm2)相比,试验2年仅麦季施磷处理显著增加麦玉和麦豆轮作体系小麦、玉米、大豆和周年产量(p<0.05),且轮作周年产量和磷肥效率均达到较高水平。2个轮作体系的周年产量均在施磷150 kg/hm2处理最高,麦玉轮作体系显著高于施磷75 kg/hm2处理(p<0.05),但麦豆轮作与施磷75 kg/hm2处理间差异不显著;麦玉和麦豆轮作体系获得最高小麦产量的土壤有效磷含量分别为20.07,16.15 mg/kg。2个轮作体系的磷肥农学效率、磷肥偏生产力、磷肥回收效率、磷效率指数(PEI)均随施磷量的增加而降低;施磷75 kg/hm2麦玉和麦豆轮作体系的PEI分别为施磷150 kg/hm2处理的1.24,2.02倍,麦豆的PEI降低更显著。综合考虑粮食安全、环境安全和肥料利用率,以95%的小麦最高产量为实际目标,对应的麦玉和麦豆轮作体系施磷量分别为115,95 kg/hm2,可实现磷肥回收效率以及较低的磷盈余,同时保证麦玉和麦豆轮作体系周年产量分别达到最大产量的96.23%,95.43%;麦豆轮作体系具有较低的施磷量需求。[结论]对不同轮作体系应从作物丰产、肥料高效利用和基于零盈余的管理政策考虑,进行合理的磷肥施用,以在满足作物—土壤磷养分的协调供应、保证作物高产的同时,提高磷效率。

      • 1
    • 未来十年珠江流域土地利用多情景模拟及碳储量评估

      兰健

      Abstract:

      [目的]分析珠江流域过去20年以及未来10年土地利用与碳储量的时空变化,以期为该地区的土地利用格局优化和生态系统固碳管理提供参考依据。[方法]文章基于2002年,2012年,2022年3期土地利用数据,分析土地利用类型变化,使用PLUS模型模拟2032年自然发展情景、耕地保护情景和生态保护情景下的土地利用格局,利用InVEST模型评估三种情景下生态系统碳储量的变化情况。[结果]近20年来珠江流域土地类型发生较大变化,耕地向建设用地的单向转化以及耕地与林地间的双向转化是该地土地利用变化的主要特点;同期陆地生态系统碳储量整体呈现下降趋势,降幅为0.52%;2032年碳储量预测显示,生态保护情景下碳储量明显高于耕地保护情景和自然发展情景,分别高出4.84×106t和10.22×106t。[结论]采取有效的生态保护政策可以提高区域碳储量,维系生态系统的健康发展,未来在制定土地利用规划时,决策者应考虑经济发展与生态保护的平衡关系,强化流域生态保护和绿色发展理念,增加土地碳存储功能,助力“双碳”目标的实现和区域可持续发展。

      • 1
    • 降雨条件下风速对迎风坡坡面细沟侵蚀特征的影响

      张文博, 韩玉国, 邱业, 曲芝旭, 吴梦雨

      Abstract:

      [目的]为明确风力作用下迎风坡坡面细沟侵蚀特征。[方法]采用人工模拟风驱雨实验,研究在不同风速条件(0,3,5和7 m/s)下迎风坡坡坡面水沙过程变化规律及细沟形态特征。[结果]与无风坡面相比,迎风坡面产流时间和跌坎出现时间增加20.59%~47.06%和33.10%~137.78%,坡面平均流速减小12.86%~22.53%;产流率和产沙率随风速的增加而显著减少(p<0.05),不同风速条件下迎风坡面产流率变化趋势相近,随着降雨进行产流率逐渐增加,一段时间后保持稳定,不同风速下的阶段性无明显差异。产沙率随降雨历时的延长整体呈现为先迅速增加,然后缓慢下降并趋于稳定,产沙率发生变化的节点与跌坎出现时间基本一致。细沟宽度、深度及其波动程度随着风速的增加而减小;细沟宽度、深度及其波动程度随着风速的增加而减小;细沟宽深比和细沟倾斜度分别为1.4~1.69和13.47~14.76°,均随着风速的增加而增大;不同风速条件下,细沟体积、细沟割裂度和细沟密度分别为4.39~10.27 m3,0.024~0.042,2.03~2.92 m/m2,三者都随风速的增加而减小;[结论]细沟体积、细沟密度和割裂度与坡面侵蚀量均呈极显著的正相关关系,是表征迎风坡坡面细沟形态的优选指标。

      • 1
    • 黄土高原水蚀风蚀交错区生物结皮对灌草生态系统水分耗散的影响

      张旭东, 赵允格, 澹台彧, 刘宁, 鱼舜尧

      Abstract:

      蒸散发是土壤水分损失的主要途径,干旱半干旱地区广泛分布的生物结皮显著影响降水入渗和土壤水分剖面分布,可能会影响生态系统的土壤水分耗散。研究采用原状土柱试验,以裸土为对照,设置灌草(单株灌木-20%盖度草本)、灌草-30%生物结皮和灌草-50%生物结皮3个处理,研究生物结皮对灌草生态系统水分耗散的影响。结果表明,模拟30mm降水12h后,灌草-生物结皮处理0~20 cm土层水分含量较裸土处理平均高出15.4%,较灌草处理平均高出12.8%。与裸土相比,灌草及灌草与不同盖度生物结皮显著增加了土壤水分耗散,其中灌草处理较裸土增加120.3%,灌草-生物结皮较裸土平均增加116.5%。生物结皮降低了灌草生态系统的水分耗散,与灌草处理相比,灌草-生物结皮水分耗散平均降低1.7%,降低程度与生物结皮盖度、时段及土层深度有关。其中,灌草-30%生物结皮和灌草-50%生物结皮处理水分耗散量较灌草处理分别提高5.3%和降低8.7%。生物结皮对灌草生态系统水分耗散的降低作用在雨后1~4天表现明显。生物结皮主要通过减少灌草生态系统的20 cm以下土层水分耗散来降低蒸散发与蒸散速率。与灌草处理相比,灌草-生物结皮的0~20 cm土层水分蒸散损耗提高14.4%,20 cm以下土层水分耗散降低15.5%。本文进一步完善了生物结皮对土壤水分影响的研究,并为提高蒸散发模型预测的精确性提供科学依据。

      • 1
    • 2000-2020年陕西省陆地生态系统NPP时空变化与潜力研究

      汪晓珍, 汪晓珍, 呼海涛, 吴建召, 上官周平, 邓蕾

      Abstract:

      在“双碳”战略实施背景下,准确地评估陆地生态系统固碳现状、速率与潜力,对实现“碳中和”目标意义重大。陕西省横跨三个气候带,南北气候差异大,植被类型丰富。近年来,由于多项生态工程(退耕还林还草、三北防护林等)的实施,陕西省植被覆盖度进一步提升到60.7%,固碳能力巨大。陆地生态系统NPP(植被净初级生产力)是反映植被固碳能力的重要指标,然而,关于陕西省NPP的时空动态变化,以及NPP未来潜力的空间分布鲜有研究。本研究以陕西省陆地生态系统为研究对象,利用CASA模型和邻域相似空间分布法评估了陕西省植被NPP及其潜力的时空分布特征。结果表明:(1)陕西省植被总固碳量在2000年和2020年分别为687 Tg和1020 Tg,增加了333 Tg,增幅分别为48.5%。(2)陕西省NPP呈现南高北低,中间存在最高值或最低值的空间分布态势,平均值在2000年和2020年分别为333.2 g C/m2和494.8 g C /m2,共增加161.6 gC /m2,增加幅度呈现北高南低的分布态势。(3)陕西省生态系统NPP的实际最大潜力为2304 Tg,相比于2020年可增加41.3%,空间分布态势表现为由南到北逐渐降低,且空间分布特征均表现出高度空间自相关特性,但局部差异较大。本研究评估和预测了陕西省区域尺度生态系统NPP时空动态变化及潜力空间分布特征,可为科学评价提升区域碳汇能力提供了一定的评价体系和理论参考。

      • 1
    • 青海省生态修复关键区识别及修复分区划分

      马泽钰, 肖列, 李鹏

      Abstract:

      [目的]基于“整体保护、系统修复、综合治理”治理思路识别生态修复优先空间抑制生态退化,是区域社会-经济协调发展、筑牢生态安全屏障和推进生态文明建设的重要举措。[方法]本文以青海省为研究区,通过土地利用强度、土地利用重心迁移反映城市化进程,定量评估2005—2020年7项生态系统服务、生态敏感性和生境退化度,提出基于“生态系统服务簇-生态敏感性-生境退化度”识别生态修复优先空间,将内部缺陷和外界胁迫相结合,划定5类生态修复优先区并提出相应修复策略。[结果] 青海省2005—2020年产水深度分别为125.1 mm、106.9 mm、80.0 mm、135.4 mm,水源涵养深度稳定在15 mm左右。粮食产量由1.42 t/hm2提升至2.02 t/hm2,防风固沙能力由2.42 t/hm2提升至4.59 t/hm2,土壤保持能力由85.9 t/hm2下降至65.3 t/hm2;青海省生态系统服务簇可划分为态宜居和谐簇、水土耦合协调簇、生态源地保育簇、自然生态修复簇、防风固沙功能簇5类。基于双变量自相关识别生态恢复优先点结果可知,青海省主要为关键生态恢复点和自然生态恢复点,面积分别占5.26%和2.55%,其中关键生态恢复点和生态宜居簇增加区域在空间上分布基本吻合。[结论]青海省生态修复优先区集中在生态环境脆弱的西北荒漠地区、高海拔山区、水源地和河流沿岸及人类活动较频繁的河湟谷地和天峻县、兴海-玛多-曲麻莱县一带。

      • 1
    • 重庆石漠化和非石漠化区植被绿度时空变化特征

      李慧, 魏兴萍, 蔡云丽, 陈诗蝶, 李良鑫

      Abstract:

      研究重庆岩溶石漠化和非石漠化地区植被绿度时空变化特征及其对土地利用类型的响应有利于指导岩溶地区植被生态恢复。本文基于植被叶面积指数(LAI)及土地利用类型数据,采用趋势分析和Hurest指数分析石漠化和非石漠化地区植被绿度的时空演变特征,利用土地利用转移矩阵定量分析土地利用变化对植被绿度的影响。结果表明:(1)石漠化和非石漠化地区的植被绿度整体呈增加趋势,分别在2007年和2012年达到最大绿度,绿度值为1.36和1.69,年均增速为0.014和0.012。(2)石漠化和非石漠化地区植被绿度动态变化趋向良好,改善趋势面积占比为86.84%和87.04%,反持续改善趋势面积占比分别为52.82%和80.29%,是未来植被绿度主要的变化趋势。(3)石漠化和非石漠化地区主要的土地利用类型是林地和耕地,且林地转化的耕地是植被绿度退化的主要发生区,耕地、灌木和草地转化的林地是植被绿度改善的主要发生区。(4)高LAI的土地利用类型转化为较低LAI土地利用类型导致LAI减小,降低植被绿度,较低LAI土地利用类型转化为高LAI土地利用类型,导致LAI增加。石漠化和非石漠化地区林地LAI转出总量减少最多为1.19×104和4 442.18,转入总量增加最多为1.50×104和1.71×104;建设用地、水域和裸地面积较小,对LAI总量的影响不明显。研究结果有助于揭示生态脆弱区植被绿度的变化特征及对土地利用变化的响应机制,可以为重庆市岩溶地区石漠化治理、生态安全和经济可持续发展提供科学依据。

      • 1
    • 基于UAV-SfM方法的黄土高原砒砂岩区侵蚀监测算法比较

      刘益麟, 李豆, 李朋飞, 胡晋飞, 白晓, 严露, 丹杨

      Abstract:

      复杂地形及沟谷陡坡的土壤侵蚀监测一直是土壤侵蚀监测的难点。基于无人机的动态恢复结构(Unmanned Aerial Vehicle – Structure from Motion,UAV-SfM)的三维点云重建技术可高效的获取大范围地形数据,并以其成本低廉、简单便携等优点已成为地表变化过程监测重要数据来源之一。针对UAV-SfM地形变化监测算法缺乏深入的比较研究,限制了其在土壤侵蚀、泥沙输移过程研究中的应用。为比较地形变化监测算法在黄土高原砒砂岩区的适用性,以皇甫川流域特拉沟一支沟为研究对象,采用无人机摄影测量技术获取2022年7月至2023年3月影像,结合SfM生成三维点云数据,比较分析了(Digital Elevation Model of Difference (DoD)、Cloud to Cloud(C2C)、Cloud to Mesh(C2M)、Multiscale Model to Model Cloud Comparison(M3C2))等四种算法的侵蚀产沙监测精度,并分析了点云密度变化对各方法精度的影响。研究表明:(1)四种常用算法在空间上都能监测到大幅度地表变化。四种方法中,以M3C2算法的结果最优,线性拟合结果最好(R2=0.953,p<0.01)且综合误差最小(MAE=0.0161m,MRE=3.37%,RMSE=0.0194m),C2M算法其次,DoD算法再次,而C2C算法结果最差。(2)通过比较,DoD算法仅适用于平坦区域的快速检测,坡度陡峭的区域监测侵蚀沉积量存在高估的现象。(3)M3C2和C2C算法对点云密度变化敏感,而C2M和DoD受点云密度变化影响较小。本研究结果可为黄土高原砒砂岩地区基于UAV-SfM的侵蚀产沙监测方法的选择提供参考。

      • 1
    • 花岗岩红壤坡地沟头高度对沟床跌穴发育过程的影响

      王建羽, 林哲, 廖达兰, 邓羽松

      Abstract:

      沟床跌穴发育是溯源侵蚀的关键过程。为明确沟头高度对沟床跌穴发育过程和动力机制的影响,研究探讨了花岗岩红壤坡地不同沟头高度(25 cm、50 cm、75 cm、100 cm和125 cm)下沟床跌穴发育过程及动力机制。结果表明:(1)随着沟头高度的增加,流经沟床部分水流的雷诺数、径流剪切力、径流功率和射流参数:触底流速、射流剪切应力、瞬时动能、跌穴径流能耗均表现为增加的趋势。(2)红土层冲刷后以形成“V”型的小跌穴为主,随着流量的增加跌穴形态逐渐增大,但难以形成面积较大的跌穴。而砂土层在冲刷过程中,沟床跌穴发育较为明显,当流量增大到120 L/min后,沟床破碎化程度逐渐剧烈,跌穴轮廓逐渐清晰,横截面积增大。(3)研究通过横截面积来表征跌穴的侵蚀程度,利用随机森林算法和沙普利值构建模型并表征各参数的关系。红土层沟床径流的弗罗德数、径流功率、水平出射动能、雷诺数与横截面积呈负相关;砂土层沟床径流的弗罗德数和跌穴径流能耗与横截面积呈负相关。随机森林算法可用于沟床跌穴侵蚀程度的预测(LCCC=1.02,R2adjusted=0.876和0.868)。研究可为揭示沟头溯源侵蚀机理和沟蚀防治提供理论依据。

      • 1
    • 岩层倾向对喀斯特槽谷区不同土地利用类型土壤分离能力的影响

      蒋莉沙, 甘凤玲, 谭晓红, 石海龙, 赵烜, 蒲俊兵

      Abstract:

      摘要:[目的]探索岩层倾向对喀斯特槽谷区土壤分离能力的影响机制,为喀斯特槽谷区预防和治理水土流失提供参考意见,[方法]以重庆市青木关岩溶槽谷区顺/逆层坡为研究对象,通过水槽冲刷实验,分析不同土地利用类型在顺/逆层坡的土壤分离能力差异,并探讨土壤理化性质对土壤分离能力的影响。[结果] (1)顺/逆层坡土壤分离能力均与土壤有机质含量、>0.25 mm水稳性团聚体含量和全氮呈显著负相关关系(P<0.05),其中,逆层坡有机质含量、>0.25 mm水稳性团聚体含量和全氮大于顺层坡。(2)4种土地利用方式下的土壤分离能力均为顺层坡高于逆层坡。此外,草地的土壤分离能力综合得分在顺/逆层坡均低于辣椒地、玉米地和裸地。 (3)根据多元逐步回归分析结果,基于有机质含量和>0.25 mm水稳性团聚体含量建立的顺/逆层坡土壤分离能力预测模型的决定系数R2分别为0.77和0.85,能有效预测土壤分离能力。[结论]综上所述,草地的土壤分离能力在顺/逆层坡均为最小。因此,为预防喀斯特槽谷区水土流失以及促进生态恢复,应合理进行耕种,并且适当增加草地的覆盖面积,提高土壤抗侵蚀能力。

      • 1
    • 黑色岩系成壤过程中镉和硒的形态转变与迁移特征研究

      任白琳, 麻万诸, 章明奎

      Abstract:

      黑色岩系含有高量的镉和硒,在风化成土过程中岩石镉和硒的形态转变和释放可对周围生态环境产生影响。本研究在浙西北选择了下寒武统荷塘组地层的黑色岩系分布区,通过沿地形不同部位(丘陵上坡、丘陵中坡、丘陵下坡、丘间谷底和河谷阶地)采集土壤剖面分层土样,探讨了黑色岩系风化成土及其风化物迁移过程中镉和硒的数量与形态转变规律。结果表明,从母岩经母质至土壤,土壤总镉和总硒均呈现下降的趋势。黑色岩系风化物镉和硒的损失随沿丘陵坡地向下迁移搬运距离增加而增加,其中由坡积物演变为洪积物的过程中镉和硒的损失大于由残积物演变为坡积物的损失。从风化物中流失的镉和硒可以流水扩散方式对下流河流冲积物发育表土镉和硒含量产生影响,但影响程度随距离增加而减小。随着风化物搬运距离的增加和土壤的演变,发生了碳酸盐结合态镉和残留态镉向水溶性镉、交换性镉、有机质结合态镉、氧化物结合态镉转变,残留态硒逐渐活化转变为交换性硒、有机质结合态硒、氧化物结合态硒。研究还表明,土壤水溶性镉、交换性镉(硒)、有机质结合态镉(硒)呈现向地表增加的趋势;硒的有机富集及表土富集现象比镉更为明显。研究认为,黑色岩系风化不仅可通过残留方式直接影响其分布区土壤镉与硒的含量,也可通过流水扩散方式影响周边地区土壤镉和硒的含量。

      • 1
    • 典型水蚀区坡耕地黑土质量的空间分异特征及影响因素

      李林源, 彭新华, 钱芮, 王建茜, 杜豪, 高磊

      Abstract:

      [目的]为了明确侵蚀-侵蚀在黑土坡耕地土壤质量空间分异格局中的塑造作用,[方法]本研究以东北典型水蚀区坡耕地为研究对象,利用110个样点的土壤属性,采用基于最小数据集的土壤质量指数(SQI)指标,评价了坡面尺度土壤质量的空间分异特征,并利用广义线性模型(GLM)明确了坡度、坡位、土层深度等因子对土壤质量的贡献。[结果]结果表明:(1)坡耕地土壤养分的含量和空间特征在耕作层和亚表层之间表现出相反规律。对于大部分养分指标,耕作层的含量显著高于亚表层,但是,其空间异质性以及土壤养分含量之间的相关性低于亚表层(p<0.05);(2)侵蚀沉积作用影响坡耕地土壤质量的空间分布特征。SQI在强烈侵蚀的坡中显著低于轻度侵蚀的坡上和沉积区的坡下(p<0.05),与坡上相比,坡中的SQI在耕层和亚表层分别降低了26.2%和31.6%,沉积作用并一定提高强烈侵蚀坡耕地沉积区的土壤质量,坡下和坡上耕作层的土壤质量无显著差异(p>0.05);(3)土层深度、坡位和坡度是坡耕地SQI变异的主要影响因素。GLM结果显示,对于同一个土壤层次,坡度、坡位及其交互作用对SQI变异的解释度达95%,其中,坡位和坡度的解释度分别为68%和22%;考虑土壤深度因素,在0—40 cm范围内,土壤深度、坡位和坡度对SQI变异的解释度分别为39%、31%和10%。[结论]本研究采用SQI和GLM相结合的方法,明确了侵蚀-沉积过程在坡耕地黑土质量空间分异中的塑造作用,研究成果可为典型水蚀区侵蚀退化黑土地质量评价和管理提供技术支撑。

      • 1
    • 变化环境下渭河流域土壤水储量模拟及影响因素分析

      于坤霞, 闫泽云, 李梦楠, 李占斌, 李鹏, 赵阳, 贾路

      Abstract:

      随着气候变化和人类活动影响加剧,流域气候和下垫面条件发生改变,准确模拟土壤水分变化过程并分析其影响因素对于地区的水资源管理和植被建设具有重要意义。本研究以黄土高原地区渭河流域为研究对象,基于ABCD水文模型,采用EFAST法分析模型参数敏感性,构建常参数和时变参数模型,比较不同参数模型的径流深和土壤水储量模拟精度,探讨气候变化和植被恢复对渭河流域土壤水储量变化的影响,明确土壤水储量变化的主导因素。结果表明:①土壤水层补给地下水的比例参数c最为敏感,地下水储放系数d、流域实际蒸散发量与土壤蓄水量之和的上限参数b次之,表征土壤完全饱和前径流的倾向性参数a最不敏感;②与ABCD常参数模型相比,时变参数模型将率定期径流深模拟结果的NSE、KGE、R2分别提高了19%、10%、19%,验证期的NSE、KGE、R2分别提高了7%、7%、9%,时变参数模型显著改善了径流深模拟效果;③基于时变参数模型模拟的渭河流域土壤水储量与ERA5-Land●0~100cm土壤水储量的相关关系最强,二者的变化过程基本相同;④不同影响因素对渭河流域土壤水储量变化的影响程度由强到弱依次为潜在蒸散发>降水>NDVI。研究成果为该地区水资源规划和管理、植被建设提供科学依据,也为其他类似地区的土壤水储量研究提供参考。

      • 1
    • 黑龙滩水库消落带植被恢复模式对土壤水稳性团聚体组成及其稳定性的影响

      白芹菲, 王艳琪, 鲍玉海, 贺秀斌, 罗鹏, 韦杰

      Abstract:

      [目的]为了阐明水库消落带不同植被恢复模式对土壤水稳性团聚体组成及其稳定性的影响,[方法]以川中丘陵区黑龙滩水库消落带人工恢复与自然恢复植被下的土壤为研究对象,利用湿筛法测定分析了土壤水稳性团聚体组成特征及其稳定性指标。[结果]消落带土壤>0.25 mm水稳性大团聚体含量与未淹水对照相比降低了4.21%,其中,自然恢复植被下土壤水稳性大团聚体含量较对照下降了12.27%,人工恢复植被下大团聚体含量较对照增加了3.84%;不同植被恢复模式下土壤水稳性团聚体组成差异显著(p<0.05),人工恢复植被下土壤大团聚体含量(69.48%)显著高于自然恢复模式(43.20%);消落带土壤水稳性团聚体稳定性随水位高程增加而升高,团聚体稳定性指标>0.25 mm水稳性团聚体含量(R0.25)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)值人工恢复模式下均大于自然恢复模式,团聚体分形维数(D)、土壤可蚀性因子(K)与团聚体破坏率(PAD)值人工恢复模式小于自然恢复模式,结果表明人工恢复模式下土壤水稳性团聚体稳定性、土壤抗蚀性高于自然恢复模式。[结论]黑龙滩水库消落带在淹水后土壤团聚体稳定性下降,但人工恢复模式能有效改善土壤团粒结构,研究结果可为黑龙滩水库消落带土壤结构稳定性评价及植被恢复提供科学依据。

      • 1
    • 希拉穆仁草原不同放牧强度植被群落特征对土壤团聚体的影响

      王艺颖, 陈新闯, 董智, 郭建英, 陈阳, 安淳淳, 李欣, 李质瑊

      Abstract:

      [目的]植被群落是影响土壤团聚体的重要因素,然而针对放牧压力下植被群落的改变对土壤团聚体的影响程度仍不明晰。[方法]以希拉穆仁荒漠草原控制放牧试验区为研究对象,采用野外调查、室内分析相结合的方法,分析了轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)、重度放牧(HG)和禁牧(CK)下植被群落特征和土壤团聚体特征及二者的关系,揭示了植物群落变化对土壤团聚体的影响。[结果](1)植物群落物种数随放牧强度的增加而增加,LG的群落Shamnon-Wiener多样性指数(H")和Simpson优势度指数(D)显著低于其他放牧强度(P<0.05)。地上生物量随放牧强度的增加而降低,HG的地上生物量显著低于其他放牧强度(P<0.05)。不同放牧强度下地下生物量差异显著,且不同土层的地下生物量均以LG最高。(2)平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)的变化趋势与大团聚体含量一致,在0-5 cm和5-10 cm土层表现为随放牧强度的增加先增加后降低再增加(LG最高、MG最低)。(3)群落Shamnon-Wiener多样性指数(H")、Pielous均匀度指数(J")、地上生物量、容重、有机碳和全氮含量是影响大团聚体含量、MWD和GMD的显著性因子(P<0.05)。[结论]研究结果可以为希拉穆仁草原合理放牧以及生态恢复工作提供理论支撑和科学依据。

      • 1
    • 绿肥覆盖柑橘园土壤分离能力对集中流水动力学参数的响应

      张峰玮, 王小燕, 陈展鹏, 陈方鑫

      Abstract:

      [目的]探究三峡库区典型坡地橘园绿肥覆盖土壤分离能力与集中水流水力学特性间的关系,为进一步明晰典型坡地橘园陆上流在土壤侵蚀过程中的水力学特性提供数据支撑。[方法]通过集中流冲刷试验,分析在不同坡度(10°~25°)与流量(18~126L/min)组合的梯度水动力条件下,裸坡与绿肥(白花三叶、早熟禾以及野豌豆)覆盖地的土壤分离量,探讨绿肥覆盖下的土壤分离能力与水流动力参数(水流剪切力、水流功率)、流态流型参数(雷诺数、弗汝德数)、阻力参数(Darcy-Weisbach阻力系数、曼宁系数)的定量关系并建立相应的数学模型。[结果]绿肥覆盖能显著降低土壤分离能力(P < 0.01);裸坡与绿肥覆盖地的土壤分离能力均与水流动力和流态流型参数呈幂函数正相关(P < 0.05),与水流阻力参数呈幂函数负相关(P < 0.05);水流剪切力对土壤分离能力的预测效果好于水流功率;雷诺数预测土壤分离能力的效果比弗汝德数好;Darcy-Weisbach阻力系数的预测效果好于曼宁系数。[结论]总体比较,水流剪切力预测土壤分离能力的效果最好,精度最高(决定系数为0.957,纳什效率系数为0.963)。

      • 1
    • 放牧强度对荒漠草原土壤微生物群落特征的影响

      张蒙蒙, 徐国策, 张铁钢, 方康, 拓梦瑶, 万顺, 王斌

      Abstract:

      摘要:[目的]研究土壤微生物群落对放牧强度变化的响应机理可以为荒漠草原生态保护和修复提供科学的理论和技术支撑。[方法]以内蒙古荒漠草原为研究对象,研究不同放牧强度(未放牧、轻度放牧、中度放牧和高度放牧)对不同土壤深度(0—20 cm,20—40 cm)土壤理化性质和土壤微生物群落组成及多样性的影响,分析了土壤理化性质与土壤微生物群落之间的交互作用。[结果]结果表明:相比于未放牧,中度放牧显著降低了0—20 cm深度土壤全氮(TN)含量和土壤有机碳(TOC)含量 (p<0.05),分别降低了17.99%和19.23%,土壤容重(SBD)最大值出现在重度放牧条件下。20—40 cm深度土壤理化性质在不同放牧强度下并无显著差异(p>0.05)。此外,放牧降低了0—20 cm深度土壤中细菌群落的丰度和多样性,增加了20—40 cm深度土壤细菌中群落的丰度与多样性。轻度和中度放牧条件下,0—20 cm深度土壤真菌群落的丰度与多样性均有所增加,放牧对20—40 cm深度土壤真菌群落的丰度与多样性无显著影响(p>0.05)。[结论]Mantel分析表明,荒漠草原土壤全氮是影响草原土壤细菌丰度随放牧强度变化的主要因素。研究成果对揭示土壤微生物在荒漠草原生态系统中的生态敏感性与实现荒漠草原的可持续管理具有一定科学指导意义。

      • 1
    • [1]减氮条件下基于AquaCrop模型的北疆膜下滴灌棉花水氮制度优化

      汪思佳, 王春霞, 张景瑞, 杨跃发

      Abstract:

      [目的]减施氮肥条件下为优化膜下滴灌棉花灌水施氮制度。[方法]采样大田试验与AquaCrop模型相结合开展研究。[结果]试验结果表明,W2Nck(灌水量减少10%配正常施氮量)或W1Nck(灌水量增加10%配正常施氮量)处理棉花产量最高,为5.496 t·hm2和5.126 t·hm2,W2N1(灌水量减少10%配施氮量减少30%)或W1N1(灌水量增加10%配施氮量减少30%)处理棉花产量最低,为3.933×103kg·hm2和3.625×103kg·hm2,水氮胁迫共同作用下对棉花产量有消极影响;与单一措施相比,正常施氮水平下,增加或减少灌水量可使棉花达到增产效应;适当减少灌水量或增加施氮量更有利于增加水分利用效率和减少土壤中的氮素残留。通过两年试验数据对AquaCrop模型模型进行率定校准,利用校准后参数进行减氮条件下300~600mm灌溉定额下棉花产量、水氮利用率的模型模拟。AquaCrop模型模拟结果表明,田间各处理下冠层覆盖度评价指标R2>0.936,NRMSE<14.03%,ENS>0.94;生物量评价指标R2>0.947,NRMSE<40.58,ENS>0.72,产量评价指标R2>0.91,NRMSE<4.29%,ENS>0.85;水分利用效率评价指标R2>0.87,NRMSE<4.22%,ENS>0.81,表明AquaCrop模型对棉田水氮处理有较好的适用性。[结论]240种施氮灌水组合的模型模拟,结合产量、水分利用效率和氮肥偏生产力指标分析,减氮10%,灌溉定额360mm的组合可作为一种水氮高效利用下,达到稳产和减少经济成本的优选方案。北疆膜下滴灌棉花稳产的前提下,对棉花灌水施氮制度进行优化,可作为干旱区棉花种植过程中提升水氮利用效率的参考依据。

      • 1
    • 追肥减施下加气对番茄生长及土壤酶活性的影响

      李金刚, 陈菁, 何平如, 孙浩, 周明强, 刘闯, 丁思羽

      Abstract:

      [目的]为探究化肥减施条件下加气对作物生长特性和根层土壤特征的影响。[方法]通过开展连续2年田间试验,以宁夏银北灌区大田栽培番茄为研究对象,设置4组微纳米加气比例(0%、5%、10%、15%)和3个追肥(尿素-重过磷酸钙-硫酸钾)水平(180-400-480 kg/hm2、135-300-360 kg/hm2、90-200-240 kg/hm2)。[结果]在相同追肥水平下,植株的干物质和营养元素(氮、磷、钾)积累量随加气比例的增加而增加,提高加气比例有利于番茄开花坐果期根系的磷素积累和果实膨大期番茄的钾素积累;在相同追肥水平下提高加气比例5%~15%对应番茄产量增加14%~44.2%;在相同加气比例下相对传统施肥模式适当降低追肥水平(-25%)对应番茄产量增加0.4%~9.1%;提高加气比例和追肥水平有利于在番茄开花坐果期和果实膨大期显著提高土壤相关酶(过氧化氢酶、碱性磷酸酶和脲酶)的活性,相同追肥水平下提高加气比例5%~15%对应土壤相关酶活性提高27.5%~122.9%。[结论]在宁夏银北灌区地埋滴灌条件下,为促进植株生长、稳定番茄产量和提高土壤酶活性,适宜的“尿素-重过磷酸钙-硫酸钾”追施水平为180-400-480 kg/hm2(相对传统追肥定额减施25%),适宜的微纳米加气比例为10%。

      • 1
    • 多源土地利用产品在黄土丘陵沟壑区的精度评估

      陈乐, 卫伟

      Abstract:

      多源土地利用产品精度评估对于获取可靠地表信息、支持土地规划和管理、促进区域生态保护与高质量发展等至关重要。然而,现有的土地利用产品能否准确刻画复杂地形或破碎生境(如黄土丘陵沟壑区)的地表覆盖特征尚未可知。本研究以黄河二级支流关川河流域(Guanchuan River Basin)为例,基于高精度GCLUCC土地利用数据,从空间分布、面积一致性和空间一致性三个方面评估了空间分辨率为10米和30米的6种土地利用产品(WorldCover 10 m、ESRI 10m、GLC_FCS30-2020、GlobleLand30、CNLUCC和CLCD)在黄土丘陵沟壑区的准确性。GCLUCC是基于GF-2(0.8m)、DEM(5m)和6400个野外采样点,借助面向对象法和人工目视解译获得,整体精度大于95%。评估结果显示:(i)在分类特征方面,大部分产品均能提取主要的土地类别,但提取效率和准确度存在明显差异,特别是在梯田、林地和建设用地等地类的空间分布上;(ii)在面积一致性上,各产品与GCLUCC在各地类的面积上均存在显著差异。例如,部分产品的草地面积是GCLUCC的2倍以上,而林地和水域面积仅占GCLUCC的0.13%-12.11%和1.41%-11.27%。(iii)在整体精度上,GlobleLand30和WorldCover 10m展现了相对较高的精度,分别达到58.21%和50.19%。而CLCD和CNLUCC的准确性相对较低,其中林地与草地、梯田与草地以及建设用地与梯田之间的分类混淆显著。(iv)各产品间以及与实际地表间的空间误差显著,特别是对乔木、灌木、裸地和水体的分类准确性存在重大挑战。综上所述,当前土地利用产品在精确描述黄土丘陵沟壑区的地表覆盖特征方面仍存在明显的挑战。未来的产品开发应更多地考虑地形和地理特征,并加强对特定土地利用类型,如乔木、灌木、裸地和水体的识别,以增强数据的准确性和决策的可靠性。

      • 1
    • 三峡库区降雨特征和林草覆被格局对坡面水沙产出的影响

      宋民欣, 吕希恒, 韩陈, 唐强, 贺秀斌

      Abstract:

      [目的]三峡库区是长江上游重要生态屏障和国家级水土流失重点治理区。重大生态修复工程的实施,植被建设成效明显,而恢复植被的调水保土效应缺乏原位观测定量研究;人地矛盾突出和乡村产业发展对林下土地资源优化利用提出了新需求,其对林地水源涵养和水土保持功能的影响尚不明晰。[方法]以三峡库区典型退耕林地为研究对象,设置林下全坡草本覆盖格局(QF)、上坡裸地+下坡草本覆盖格局(XF)、等高横坡草本条带覆盖格局(TF)、全坡无草本覆盖格局(WF)4种林草覆被的径流小区,开展24场侵蚀性降雨事件的坡面产流产沙野外观测,辨识降雨特征和林草覆被格局对坡面产水产沙的影响。[结果]结果表明:(1)24场侵蚀性降雨分为A雨型(雨量小、强度较大、历时短)、B雨型(雨量大、强度大、历时短)和C雨型(雨量小、强度小、历时长)3类。A雨型发生频率最高,为45.83%,B雨型累积降雨量最大,占总降雨量的63.44%。(2)4种林草覆被格局的累积径流深和累积侵蚀量总体呈现QF

      • 1
    • 1990—2020年滇中城市群耕地非农化时空变化特征及驱动机制分析

      杨玉钱, 彭双云, 吕铭皓, 陈晓弟, 郭秀

      Abstract:

      [目的]通过分析滇中城市群30年来耕地非农化的演变路径、时空变化特征及驱动机制,为滇中城市群耕地资源的保护及精准管理提供理论依据。[方法]基于滇中城市群土地利用数据和统计年鉴数据,运用重心迁移模型、变化轨迹模型、空间自相关分析、主成分分析等方法揭示1990—2020年滇中城市群耕地非农化过程、空间分布特征及主要驱动因素。[结果]结果表明:(1)从时间上看,滇中城市群耕地非农化面积呈现出波动下降的趋势,在2000年前后受政策、经济和城市化影响变化最剧烈。从空间上看,耕地非农化集中分布于滇中城市群的中部、东部、东南部和东北部地区。(2)30年来,滇中城市群耕地非农化在空间分布上趋于均衡,区域间耕地非农化差异变小,空间格局趋于稳定,总体上表现出向西南部迁移的趋势。(3)滇中城市群耕地主要转出为林地和草地,少部分转化为建设用地,耕地非农化主要发生在滇中城市群的中部、北部和东南部、西北部的局部区域。(4)滇中城市群耕地非农化存在显著的空间聚集效应,以高-高聚集和低-低聚集为主,高-高聚集主要分布在中部、北部和东南部,低-低集聚主要分布在西北部、西部和西南部。(5)滇中城市群耕地非农化受社会经济和自然条件共同影响。社会经济中的国有固定产投资、农业人口和城市化率是耕地非农化扩张最主要的驱动因素,而自然因素年均降水量和年均气温在耕地非农化空间分布和扩张过程起着关键性的作用。[结论]研究结果揭示了30年来滇中城市群耕地非农化的时空变化特征、演变路径及驱动机制。对合理利用和保护耕地资源,保障云南省粮食安全具有重要作用,在一定程度上可以为滇中城市群的耕地保护和耕地布局优化提供决策参考。

      • 1
    • 1985-2021年青藏高原典型湖泊水文特征及关键影响因素分析

      张嘉琪, 张会兰

      Abstract:

      青藏高原的湖泊是气候变化的重要指示器,其扩张或缩减亦对青藏高原自然环境产生重要影响。选取位于青藏高原不同气候子区的三个典型湖泊(青海湖、羊卓雍错、乌兰乌拉湖),采用遥感监测手段,研究三个典型湖泊1985-2021年间水文特征的时空变化规律,揭示关键气候因子的作用,并进一步探讨冰川和冻土对典型湖泊的影响。结果表明:研究期间,青海湖的面积和水位呈显著上升趋势,面积增长238.68km2,水位增长1.32m,空间上则呈现出向东西方向扩张的趋势;羊卓雍错湖泊的面积呈先波动上升后减少的趋势,分别减少16.316km2和3.25米,在空间上整体呈现由四周向中心的萎缩态势;乌兰乌拉湖的面积和水位呈显著上升趋势,分别增长125.575km2和8.12米,扩张区域主要集中在南部。分析关键气候因子发现,降水量变化是影响青海湖和羊湖面积变化的关键因素,且面积变化和降水量具有滞后性;而乌兰乌拉湖水位上升的主要原因是气温升高引起冻土的季节融化。探索青藏高原湖泊面积的变化,对深入研究全球气候变化及地表水资源评估具有重要指导意义。

      • 1
    • 有机肥等氮替代化肥对春玉米生长、产量和水肥利用效率的影响

      陈梦茹, 邢英英, 解云霞, 刘栩柠, 邵雅婷, 王秀康, 李珊珊, 赵天盛, 卢杰

      Abstract:

      为探究不同施氮量下有机肥等氮替代化肥对陕北旱区春玉米生长、产量和水肥利用效率的影响,采用多元回归分析和三维拟合模型,以期建立陕北地区春玉米种植最佳氮肥管理模式。本试验设置3个施氮水平(N1:240 kg/hm2、N2:180 kg/hm2和N3:120 kg/hm2)和5个有机肥等氮替代比例(R0:100%化肥氮、R12.5:12.5%有机肥氮+87.5%化肥氮、R25:25%有机肥氮+75%化肥氮、R37.5:37.5%有机肥氮+62.5%化肥氮和R50:50%有机肥氮+50%化肥氮),共15个处理。在春玉米主要生育期测定春玉米生长和产量及产量构成要素,计算生育期耗水量(ET)、水分利用效率(WUE)、氮肥偏生产力(NPFP)和经济效益。研究结果表明,Logistic函数对春玉米干物质累积量具有较高的拟合度,R12.5处理可推迟干物质快速积累期的起点、终点和最大值出现的时间,N2处理可提升干物质累积量的日最大增长速率。施氮量和替代比例对春玉米干物质累积量、产量及构成要素、ET、NPFP和经济效益有显著影响(P<0.05),两者交互作用对穗长、穗粗和ET的影响显著(P<0.05)。N2处理的平均干物质累积量、产量、ET、净收入分别比N1和N3处理高5.58%和15.80%、4.25%和16.76%、4.96%和3.41%、8.76%和29.42%。R25处理可显著提升干物质累积量、产量及构成要素、ET、WUE、NPFP、净收入和产投比。随着施氮量的增加,WUE持续上升,而NPFP持续降低。处理N2R25的干物质累积量和ET最高,处理N2R37.5的产量、净收入和产投比最高。春玉米产量与干物质累积量、ET、WUE、净收入和产投比呈显著正相关关系。综合考虑春玉米干物质累积量、产量、WUE和净收入,优化氮肥管理方案,得到在施氮量和替代比例区间分别为160~230 kg/hm2和8~38%时,优化区间所得到的NPFP在66.68~93.98 kg/kg,春玉米干物质累积量、产量、WUE和净收入均可达到最优值的95%以上。

      • 1
    • 秦巴山地极端气候变化特征及其对植被动态的影响

      陈超男, 王丽园, 朱文博, 朱连奇, 董庆栋, 李艳红, 任涵

      Abstract:

      全球变暖引起的极端气候变化对植被产生了重大影响,然而,秦巴山地极端气候事件的时空变化及其对植被的影响尚不清楚。基于秦巴山地及其周边115个气象站逐日气象资料(1960~2020年)及MODIS NDVI数据集(2020~2020年),分析了秦巴山地NDVI的时空变化特征及其对19个极端气候指数的响应,并利用地理探测器定量评估了极端气候指数对NDVI的影响。结果表明:①2000~2020年秦巴山地大部分区域NDVI呈显著增加趋势(80.34%),少数区域呈显著下降区域(1.09%),年际变化速率约为0.03/10a;②1960~2020年秦巴山地经历了显著增温,夜间增温幅度大于白天,极端气温事件变化幅度较大的区域主要集中在西秦岭;极端降水事件呈微弱变化,具有明显的空间分异,研究区西南部极端降水强度增加,东部极端降水强度降低,极端降水频率增加;③极端降水事件是影响西秦岭地区NDVI的主要因素,而极端气温事件是影响秦岭和大巴山地区NDVI的主要因素;极端气候事件对NDVI的影响不是独立的,极端气候指数之间的相互作用以双因子或非线性的方式增强了单因子对NDVI的影响。研究结果可为应对全球气候变化下秦巴山地植被保护与恢复提供科学依据。

      • 1
    • 吉林省西部盐碱地综合开发多情景模拟与水资源效应

      李文博, 姜博文, 王晶滢

      Abstract:

      [目的]盐碱地综合开发利用是提高农业生产力、践行大食物观的必然选择。但受限于开发利用模式单一、耗水压力较大,亟待探索多元化治理模式并依据其水资源效应开展优化调控。[方法]以吉林省西部地区为研究区,采用FLUS模型预测2030年盐碱地资源在自然发展、粮食安全、粮饲综合开发和生态安全4种情景下的开发利用格局,并对不同情景下的产水量变化进行评估。[结果](1)2000—2020年研究区开发利用盐碱地1 540.18 km2,主要被恢复为草地或开垦为耕地,但其中旱地次生退化风险较高。(2)不同情景下盐碱地开发均以耕地利用为主。粮食安全情景下水田和旱地开垦面积分别占67.48%与4.23%。相较于自然发展情景,粮饲综合开发情景下盐碱地恢复为草地的面积增加60.76 km2,生态安全情景下生态用地规模显著提高。(3)至2030年,4种发展情景下研究区产水量均较基期有所下降,其中生态安全情景下降幅度最大,达到3.71×108 m3。相比之下,粮饲综合开发情景充分保障粮食和饲草生产,同时缓和盐碱地治理所导致的水资源压力。[结论]松嫩平原盐碱地开发利用应充分考虑粮饲综合开发模式,统筹粮食和饲草供应、协调粮食和生态安全,以大食物观引领国土空间生态修复和退化土地的开发利用。

      • 1
    • 黑土区土壤氮磷转化及玉米生长的调控:基于田间试验

      巩品祥, 付 强, 李天霄, 侯仁杰, 李 茉, 石国新

      Abstract:

      [目的]为探究不同耕作模式和生物炭施加量对黑土区农田土壤氮磷转化和玉米生长发育的影响。[方法]本文通过野外大田试验,设置10种不同处理:深耕+0t/hm2生物炭(DCK)、深耕+3t/hm2生物炭(D3)、深耕+6t/hm2生物炭(D6)、深耕+9t/hm2生物炭(D9)、深耕+12t/hm2生物炭(D12)、浅耕+0t/hm2生物炭(SCK)、浅耕+3t/hm2生物炭(S3)、浅耕+6t/hm2生物炭(S6)、浅耕+9t/hm2生物炭(S9)、浅耕+12t/hm2生物炭(S12),探究了不同耕作模式和生物炭施加量对土壤氮磷组分、酶活性以及玉米生理特性的综合影响。[结果]研究结果表明:(1)深耕和浅耕配合施加生物炭可以有效改善土壤结构,提高团聚体几何平均直径,降低破坏百分比,且深耕处理效果优于浅耕处理;(2)施加生物炭提高了土壤氮磷组分、脲酶活性以及碱性磷酸酶活性,施加9t/hm2生物炭效果最好,且深耕更为显著;(3)深耕处理下生物炭施加量达到9t/hm2,提高了叶片的全氮、全磷含量和谷氨酰胺合成酶活性,降低了酸性磷酸酶活性;(4)深耕条件下施加9t/hm2生物炭的玉米的产量达到17.37t/hm2,相比于CK组提高了28.9%。[结论]深耕处理并施加9t/hm2生物炭对于黑土区农田养分环境和作物生长提供了参考意义。

      • 1
    • 京津风沙源生态系统服务时空分布及冷热点分析

      常瑨予, 武志涛, 李琪, 梁寒雪, 杜自强, 雷添杰, 孙斌

      Abstract:

      为评估京津风沙源区实施生态工程后的生态效益及生态影响,本文基于京津风沙源区2000—2017年的遥感、气象、土壤、土地利用等数据,利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford approach)模型、InVEST(Integrated valuation of ecosystem services and trade offs)模型、RWEQ(Revised wind erosion equation)模型和RUSLE(Revised Universal Soil Loss Equation)模型分别估算产水量、土壤保持、固碳和防风固沙服务,采用Getis-Ord Gi*统计指数方法,识别京津风沙源区生态系统服务冷热点区域。结果显示:(1)2000—2017年各项生态系统服务功能均呈现上升趋势,4项生态系统服务功能的高值区集中在研究区的东南部,低值区集中在研究区的西北部。(2)2000—2017年四项生态系统服务均在京津风沙源西南部的鄂尔多斯高原沙化土地治理区出现了明显的热点面积增加;固碳服务热点区域面积显著增加,其中浑善达克—科尔沁沙地沙化土地治理区和坝上高原及华北北部丘陵山地水源涵养治理区的冷点区域向热点区域转化;产水服务冷热点面积占比没有明显变化,热点区主要集中在研究区南部坝上高原及华北北部丘陵山地水源涵养治理区,冷点区分布较为零散;防风固沙服务冷点区域面积增加;土壤保持服务冷热点区域面积占比很小且变化不大,区域土壤保持供给能力比较平均。(3)多重生态系统服务结果显示研究区东南部区域能够提供两项及以上的高值生态系统服务功能,属于重点生态系统服务功能供给区,约占整个研究区15.5%。(4)2000—2017年林地的4项生态系统服务热点面积占比较高,草地和林地的固碳服务功能热点面积显著增加,林地可提供较高的综合生态系统服务功能。京津风沙源治理工程的实施使得区域内总体生态系统服务功能提升,研究结果可为评估京津风沙源治理工程恢复成效提供一定科学数据,最终实现京津地区生态环境的可持续发展。

      • 1
    • 黄土丘陵区典型土地利用类型土壤-微生物量及其生态化学计量特征

      胡斯乐, 白晓雄, 董立国, 许浩, 安钰, 万海霞, 韩新生, 王月玲, 李妍, 郭永忠, 余旋

      Abstract:

      [目的]为探讨黄土丘陵区“上退下推”典型生态治理模式对土壤-微生物量C、N、P及其生态化学计量比的影响。[方法]以宁夏黄土丘陵区典型土地利用类型(人工林地、梯田和川道地)为研究对象,研究土壤-微生物量C、N、P含量对土地利用变化的响应,并分析其生态化学计量比、微生物熵(qMBC、qMBN、qMBP)以及化学计量不平衡性(C:Nimb、C:Pimb、N:Pimb)之间的关系。[结果](1)3种典型土地利用类型下,人工林地土壤SOC、C:P、N:P高于梯田和川道地,而农耕用地(梯田和川道地)土壤TP含量则高于人工林地。(2)土壤微生物量C、N、P的含量范围分别为51.56~133.19,7.97~21.98,4.63~12.81 mg/kg。其中,土壤微生物量C、N、P均表现为人工林地>梯田>川道地;微生物量C、N、P的比值以及C:Nimb、C:Pimb、N:Pimb在各土地利用类型间无显著差异,具有一定的内稳性特征。(3)3种典型土地利用类型对微生物熵具有显著影响,qMBC表现为梯田地>人工林地>川道地,而qMBN和qMBP均表现为人工林地>梯田>川道地。通过RDA和蒙特卡洛置换检验,得出微生物量C:P(R2=0.75,p<0.01)和C:Pimb(R2=0.74,p<0.01)是影响土壤微生物熵变化的关键因素。[结论]综上所述,“上退下推”典型生态治理模式引起了土壤C、P以及微生物量C、N、P含量的显著变化,典型土地利用类型下土壤-微生物量C、N、P及其化学计量比主要受到P元素的影响。

      • 1
    • 毛乌素沙地不同植被恢复类型的土壤碳水效应

      王德富, 董凌勃, 李澳, 邓蕾, 于志静

      Abstract:

      植被恢复是改善生态环境脆弱区最有效的措施之一。毛乌素沙地大规模的植被恢复显著影响了区域的土壤碳水循环,探究土壤有机碳和水分对植被恢复的响应,对于该区恢复生态系统的可持续发展具有重要意义。本研究以毛乌素沙地自然恢复草地以及沙蒿、沙柳、沙蒿×沙柳(灌灌混交)、樟子松、沙柳×樟子松(乔灌混交)为研究对象,并以裸沙地为对照,研究不同植被恢复类型对0-5 m土壤剖面碳、水的影响。结果表明:(1)植被恢复增加了土壤有机碳含量,沙柳×樟子松、樟子松、草地、沙蒿×沙柳、沙柳、沙蒿依次降低,0-20 cm且显著高于深层,表现为表聚效应,随着土壤深度的增加,各植被类型的有机碳含量逐渐降低。沙蒿、沙柳、沙蒿×沙柳在80-220 cm范围内表现为碳损失。(2)不同植被恢复类型在深层均存在不同程度的水分亏缺,主要集中在1-3 m,具体亏缺程度为沙柳×樟子松>樟子松>沙蒿×沙柳>沙柳>草地>沙蒿。(3)根系是影响土壤有机碳含量和水分消耗的主要因素。土壤有机碳含量与土壤含水量在0-5 m范围内负相关,植被固存有机碳以消耗深层土壤水分为代价,沙柳×樟子松固定同等单位量的碳消耗的水分最少。因此,从土壤固碳和保水两个角度同时考虑,沙柳×樟子松在毛乌素沙地的植被恢复中具有较好的恢复效果。

      • 1
    • 基于InVEST-PLUS模型的陕西省水源涵养量估算及预测

      周苹苹, 罗艺, 刘正佳, 宋小燕, 吴浩, 张诗梅, 李文嘉, 李思豪, 宋松柏

      Abstract:

      耦合InVEST模型和PLUS模型,本文计算了陕西省2000-2020年水源涵养量,并预测了未来2030年土地利用变化下的水源涵养量。结果表明:陕西省2000-2020年平均水源涵养量为132.25mm,空间分布特征为水源涵养量由北向南逐渐增强。从植被类型来看,林地是陕西省水源涵养量的主体,年平均水源涵养量为199.55×108m3,从行政区来看,安康市(308.96mm)水源涵养量最大。2030年陕西省水源涵养总量为285.16×108m3,相比2020年降低8.68×108m3。

      • 1
    • 基于梯度提升树模型的坡耕地土壤水蚀模拟与分析

      李潼亮

      Abstract:

      由于人为干预强烈,坡耕地土壤侵蚀特征变化复杂多样,现有传统的侵蚀预报模型对其预测能力较差,而近年兴起的机器学习方法具备快速且高精度的预测能力。其中,梯度提升树模型(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)具备定量分析自变量影响力的功能,相对于其它机器学习模型具有明显的优势。本研究旨在利用黄土高原子洲地区坡耕地小区的1959-1969年间产流产沙观测数据,并精细化表征影响因子,运用梯度提升树模型对侵蚀量和径流深的变化及其影响因素的影响能力进行分析。数据集中次降雨侵蚀量(0-122.72 t/km2)、径流深(0.02-17.20 mm)、降雨历时(2-1410 min)及平均雨强(0.02-4.63mm)的变异系数都大于1,且多数变量呈右偏态。在相同训练集和测试集划分情况下,对次降雨土壤侵蚀量预测精度(R2=0.81)略优于径流深预测模型(R2=0.80),但次侵蚀量模型的层数(8层)大于径流深预测模型(5层),表明侵蚀机理相较径流机理更为复杂;受到特征提取的限制,在次侵蚀量与径流深较小时预测结果不理想,未来研究应当通过引入更多自变量组合方式寻找更多相关变量以提高地侵蚀事件的预测。产流和产沙的主要影响变量存在差异,降水本身特征对产流过程起主要作用,侵蚀产沙过程中主要受到降水与地形相关自变量的共同影响。本研究基于数据驱动,为揭示黄土高原坡耕地侵蚀机理提供参考,并为区域坡耕地土壤侵蚀防治提供科学依据。

      • 1
    • 柔性植被对地表径流水力特性及侵蚀的影响

      蔡泽康[], 王健, 陈俞池, 王晨沣, 封瑞坤

      Abstract:

      柔性植被的近地表覆盖对减少径流和侵蚀产量以及调节地表径流水力特性影响的研究较少,本文以流体力学和水力学基本理论为依据,通过5个覆盖度、5个坡度和3个流量组合条件下的室内放水试验,系统研究了柔性植被覆盖条件下的侵蚀规律以及水动力学特征。结果表明:(1)侵蚀量分布随坡度增加呈先上升后下降的趋势,流量在高坡度下对侵蚀过程的影响更为显著;(2)随着柔性植被覆盖度增加,以50%覆盖度为分界线,侵蚀量先降低后增加;(3)平均流速v随覆盖度的增加而减小,下降趋势随覆盖度增加由急变缓,Fr值变化趋势与平均流速相似;阻力系数f与覆盖度呈线性正相关,随坡度升高,阻力系数值逐渐降低;而雷诺数Re对土壤侵蚀的影响比Fr、v和f更敏感。(4)随植被覆盖度的增加,形态剪切力增大(颗粒剪切力减小),形态剪切力在总剪应力的变化中起决定性作用,总剪切力与植被覆盖度呈正相关。研究可为坡面流植被侵蚀规律奠定了一定的理论基础,促进明渠水力学理论在坡面水流方面的扩展。

      • 1
    • 连续性与间歇性降雨下土壤入渗与结皮的关系

      刘志强, 张晓茹, 焦钒栩, 李光录

      Abstract:

      为探究连续性和间歇性降雨条件下土壤结皮与入渗性能之间的变化关系,选取三种典型耕作层黄土,通过室内模拟降雨试验,分析不同降雨条件下土壤结皮强度和黏结力与入渗性能的关系。结果表明:(1)入渗性能随连续性降雨历时以及间歇性降雨场次的增加而减小;同等降雨历时和降雨强度下,间歇性降雨的减渗效应高于连续性降雨。(2)土壤结皮强度和黏结力随连续性降雨历时和间歇性降雨场次的增加而增加;褐土和黒垆土的入渗性能与结皮强度和黏结力呈显著线性相关(P<0.05),连续性降雨历时越长、间歇性降雨场次的越多,土壤结皮强度、黏结力以及减渗效应越大;沙壤土的入渗性能与结皮强度和黏结力则呈显著的非线性相关(P<0.05)。(3)结皮的MWD和GMD越小,入渗性能越差,减渗效应越大;而且关联度分析结果显示间歇性降雨对入渗性能的影响较高。研究可为黄土高原防治水土流失,有效利用水资源提供参考依据。

      • 1
    • 基于SD-PLUS耦合模型的陕西省土地利用变化及碳储量多情景预测研究

      李倩, 王成军, 冯涛, 杜传甲, 张炳林

      Abstract:

      不同土地利用方式对区域生态系统碳储量有显著的影响。本文以陕西省为研究对象,利用SD-PLUS耦合模型,采用国际耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)提出的耦合共享社会经济路线和代表性浓度路线(SSP-RCP)情景,对2030年陕西省的土地利用变化进行预测,然后利用InVEST模型模拟的未来不同情景下陕西省碳储量及其空间分布。结果表明:(1)构建的SD模型进行历史检验,其误差小于5%,PLUS模型模拟的2020年土地利用Kappa指数为0.86,模型精度和可靠性总体符合要求;(2)三种情景下,未来建设用地面积均增加,增长速率从低到高的情景分别为:SSP126、SSP245、SSP585;在所有情景下,林地面积均增加,水域面积均保持稳定;草地面积在SSP126情景下有小幅度增加,其他情景下减少;耕地面积三种情景下均减少;(3)三种情景下陕西省碳储量均减少,其中关中平原建设用地的扩张占用了大量的耕地是造成陕西省碳储量下降的主要原因。在SSP126情景下,建设用地扩张所占用的生态用地面积最小,碳储量损失最少,该情景同时考虑了社会经济发展及生态保护的需要,可以为未来陕西省国土资源保护和高质量发展提供一个参考模式。

      • 1
    • 西南地区植被NPP对多尺度气象干旱的响应研究

      靖娟利, 孙佳荟, 赵婷, 付宝苇

      Abstract:

      [目的]进入21世纪以来西南地区极端干旱事件频发,对植被生长产生了严重的负面影响,研究植被对不同时间尺度干旱的响应机理具有重要意义。[方法]基于西南地区2001-2019年的NPP数据和1-24月连续尺度的SPEI数据,采用相关分析法、最大值合成法及显著性检验等方法探究西南地区不同地貌类型植被NPP对多尺度SPEI的响应特征,并分析不同植被类型NPP对多尺度SPEI响应的差异性。[结果](1)在年际、季节及生长季尺度,植被 NPP与1-24月尺度SPEI的响应均以1-3月尺度占主导,表明植被NPP对短期干旱变化具有较好的响应,不同地貌分区响应时间表现出差异性。(2)空间上植被NPP与1-24月尺度SPEI的最大相关系数呈明显的异质性和季节性差异。年际相关性表现出从东南–西北呈显著正相关–显著负相关的变化趋势;季节相关性表现为夏季均以显著负相关占主导,春季、秋季和冬季均以显著正相关占主导,表明西南地区的夏季温度高且湿润,使植被生长受限;生长季正、负相关关系的区域面积比例相差不大,且呈显著正相关面积最大的地区为广西丘陵,呈显著负相关面积最大的地区为横断山地。(3)不同植被类型NPP对1-24月尺度SPEI的响应具有一定差异,尽管草地、灌丛、林地对SPEI的响应特征基本相似,但所有植被类型NPP在夏季随SPEI尺度的缩短呈负相关趋势越强烈。这表明,在夏季高温干旱条件下,各种植被类型都更容易受到干旱的影响。[结论]研究结果为西南地区生态系统的保护和修复提供了有效的科学支撑,同时为防灾减灾以及应对气候变化提供了重要的理论依据,有助于制定更具针对性的政策和措施,推动西南地区的可持续发展。

      • 1
    • 近30年皖西大别山土壤侵蚀时空变化及其对景观格局的响应

      田昌园, 张红丽, 汪军红, 李嘉宁, 张艺, 查同刚

      Abstract:

      [目的]皖西大别山区是安徽省内长江流域和淮河流域重要的生态过渡区,对该区域的景观格局与土壤侵蚀及其关系进行研究,有助于为该区域的景观格局调控和水土流失治理提供参考。[方法]借助RULSE模型计算皖西大别山区近30年土壤侵蚀模数,借助景观指数对其景观格局的变化进行描述,并使用偏最小二乘回归(PLSR)探究该区域景观指数对土壤侵蚀的影响关系。[结果]近30年土壤侵蚀模数呈现先减少,后增加的趋势;土壤侵蚀较严重地区主要集中在中西部和南部山区;大部分地区土壤侵蚀强度主要为微度和轻度,且各类土地利用类型的侵蚀强度有明显差别,表现为草地>耕地>林地;土地利用类型以及景观格局总体较稳定,景观格局变化主要表现为景观破碎化的降低,景观异质性和连接性的提高;香农多样性指数(SHDI)、边界密度指数(ED)、相似邻近百分比(PLADJ)、景观形状指数(LSI)4个指数对皖西大别山区具有显著解释意义,且表现为香农多样性指数(SHDI)、边界密度指数(ED)、景观形状指数(LSI)对土壤侵蚀起显著正向作用,相似邻近百分比(PLADJ)对土壤侵蚀起显著负向作用。[结论]在皖西大别山区,景观破碎化的提高以及景观连通度的降低会显著促进土壤侵蚀。

      • 1
    • 基于土地利用变化的长江中游地区生态系统服务供需平衡研究

      张超正, 孙小宇, 邓陈宁, 陈丹玲, 靳亚亚

      Abstract:

      [目的]选择长江中游地区作为研究对象和2000—2018年作为研究时段,以期揭示生态系统服务供需平衡的时空特征,并进一步探究土地利用变化对生态系统服务供需平衡的双重效应及其影响机理。[方法]生态系统服务供需量化矩阵和土地利用变化生态贡献率模型。[结果](1)研究期间,长江中游地区生态系统服务供需平衡状况不断恶化,主要原因是由建设用地大规模扩张和耕地、林地大面积缩减带来的生态系统服务供给能力减少和消费需求增加造成的;(2)长江中游地区不同类型生态系统服务供给间的关系在时间尺度上由权衡转为协同,需求和供给平衡间的协同关系在时间尺度上进一步增强,但不同类型生态系统服务供给、需求和供需平衡间的权衡或协同性质及其程度在空间尺度上却存在高度异质;(3)长江中游地区土地利用变化对生态系统服务供需平衡存在改善和恶化双重效应,且恶化效应显著大于改善效应,但引起生态系统服务及其分项服务供需改善和恶化的土地利用变化类型具有时序异质性。[结论]明确土地利用变化和生态系统服务供需平衡的定性和定量关系,有助于通过合理调控土地利用类型转化来实现区域生态环境改善。

      • 1
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主  编:刘宝元
创刊时间:1987年
主管单位:中国科学院
主办单位:中国科学院水利部水土保持研究所
中国土壤学会
出版单位:《水土保持学报》编辑部
联系电话:029-87012707
029-87010802
地  址:陕西省杨凌区西农路26号《水土保持学报》编辑部
邮政编码:712100
Email:stbcxb@nwsuaf.edu.cn
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