摘要:为探索细沟侵蚀的空间分异特性, 通过人工模拟降雨试验的方法, 分析不同降雨强度和坡度下的坡面细沟侵蚀过程, 探讨细沟侵蚀强度及形态在坡面尺度的沿程变化特征。结果表明: 随着坡度和雨强增加, 细沟侵蚀量不断增大; 在特定处理下, 细沟侵蚀强度沿坡长方向均呈现出先增后减的规律; 沟宽、沟深和细沟割裂度等细沟形态参数也表现为先增加后减小, 峰值出现在坡面中部。沟宽和沟深与细沟侵蚀量呈极显著的正相关关系, 细沟侵蚀强度与形态之间的演变具有一致性; 径流汇集导致坡面中部径流侵蚀动力增强, 沟壁崩塌和下切侵蚀严重, 沟宽和沟深扩大, 而坡下位置由于径流含沙量较大且土槽侵蚀基准面稳定而侵蚀较弱。坡面中部易发生严重侵蚀, 需要加强防控或做好截排水措施。研究结果可为细沟侵蚀防控提供理论与技术支撑。

摘要:以石匣小流域水土保持科技示范园10个不同水土保持措施配置模式的径流小区为研究对象, 分析当地2004—2019年降雨格局变化, 并以发生在2010—2018年的19次代表性强降雨作为样本降雨事件, 探究不同配置模式对土壤侵蚀与面源污染特征的影响。结果表明: (1)2004-2019年降雨量变化范围在331.4~598.9 mm, 平均年降雨量484 mm, 小雨、中雨的发生频率降低, 大雨的发生频率增加。(2)水土保持措施在减流减沙、减少养分流失方面效果明显。在减轻地表径流方面, 表现最好的配置模式为鱼鳞坑苜蓿地与玉米梯田, 其减流率分别为88.59%, 88.40%;在减少泥沙方面, 最好的配置模式为玉米梯田, 减沙率高达97.82%;在降低面源污染方面, 表现最好的配置模式为玉米梯田, 其对TN、TP、COD的减少率分别为79.57%, 75.90%, 91.31%。(3)在强降雨条件下, 降雨量与产流产沙量、TN、TP、COD均呈正相关关系, 且降雨量与径流量、径流系数相关性较强, 相关系数分别为0.608, 0.553。I₃₀、I₆₀与产流产沙量、COD的相关性较强。另外, 降雨历时、I₆₀与TN、TP、COD相关性也较强。研究成果为揭示京郊地区强降雨条件下坡面土壤侵蚀机理提供了参考依据, 同时为当地开展强降雨下的水土保持工作提供科学依据。

摘要:侵蚀沟形态特征是了解沟蚀发生、发育的关键性因素, 探究不同季节侵蚀沟形态参数变化特征对深入理解侵蚀沟的侵蚀过程和侵蚀沟的治理工作具有重要意义。选取黑龙江省海伦市光荣小流域内的3条侵蚀沟为研究对象, 探究季节变化下侵蚀沟长度、面积、体积等形态参数值的差异。结果表明: (1)不同季节侵蚀沟横断面形态由沟头到沟尾均呈现出由"V"形向"U"形转变; (2)侵蚀沟在降雨期由沟头前进和沟尾后退所引起的长度增加量大于融雪期由沟头前进所引起的长度增加量; (3)侵蚀沟面积在降雨期的增加量大于融雪期, 但不同时期侵蚀沟面积变化位置不同, 降雨期侵蚀沟面积增加主要是由长度变化和沟头周围发生大规模崩塌引起的, 而融雪期则是由长度变化和沟岸扩张引起侵蚀沟面积增加; (4)侵蚀沟体积在降雨期变化量大于融雪期, 这与侵蚀沟长度、面积和径流的剪切能力有关, 降雨径流的下切侵蚀能力大于融雪径流。研究结果可为侵蚀沟防治提供理论依据。

摘要:为探究不同降雨条件下不同观测时期硝氮在紫色土坡地中的迁移特征, 通过室内土槽和人工模拟降雨装置, 设置单次降雨和间歇性多次(12次)降雨条件, 分别探讨短时期和长时期下的紫色土壤中硝氮迁移特征。结果表明: 在单次降雨后短期内紫色土坡地距地表 15 cm处土壤水和硝氮均匀地向下距地表 35 cm土壤坡脚处迁移, 而在间歇性12次降雨条件下, 前6次降雨中观测点硝氮浓度由初始345.7 mg/L急速下降至99.7 mg/L; 第7次到第9次降雨过程中硝氮浓度由平均值69.7 mg/L缓慢减少至52.0 mg/L, 在最后的降雨中趋于稳定不变。随着降雨发生, 硝氮在土壤中主要向下迁移, 且坡顶处硝氮的迁移幅度最小, 壤中流携带流失的硝氮浓度值约为土壤中硝氮浓度值的1/3。整体上壤中硝氮流失呈现出初期3次降雨后快速下降的趋势。研究结果从间歇性降雨的全新视角为紫色土坡地硝氮迁移流失特征研究提供依据和参考。

摘要:近年来, 黄土高原上的淤地坝在减轻水土流失、淤地造田等方面发挥了重要作用。但相较土石坝, 淤地坝的防洪标准不高, 更容易发生溃坝。淤地坝多以梯级形式分布在若干小流域中, 构成了一个复杂的坝系网络, 为正确评价溃决风险带来很大的挑战。采用一种基于小流域水文计算和考虑复杂入流条件的淤地坝系连溃风险分析模型及相应的计算程序FT-IWHR, 以山西省西廒沟流域淤地坝除险加固工程为实例, 在校核工况(洪水重现期为200年)下对现状淤地坝系进行了连溃风险分析。同时在现状坝系和若干年后各坝淤积面达到设计淤积高程这2种工况下对除险加固方案进行了可行性分析。结果表明: 现有8#中型坝不满足防洪标准, 临界降雨量仅为133 mm; 增设宽6 m、高3 m的溢洪道后临界降雨量增至945 mm, 在淤积面达到设计淤积高程后临界降雨量降为886 mm, 均满足防洪要求; 且增设溢洪道能够有效减少淤积面升高带来的风险。研究提出的淤地坝系连溃风险分析方法及实例应用成果对淤地坝系在极端降雨下的防洪风险分析和规划设计具有一定的参考价值。

摘要:埂坎裂隙发育危害埂坎稳定性, 进而影响埂坎水土保持作用的发挥。为揭示失水过程埂坎裂隙发育规律及其主要影响因素, 以紫色土坡耕地埂坎为样地, 采用模拟埂坎试验, 研究不同初始含水率(25%, 30%, 35%)、干密度(1.3, 1.4, 1.5 g/cm³)和加筋量(0.05%, 0.15%, 0.25%)下裂隙发育过程, 通过图像分析方法获取裂隙发育强度和复杂度指标, 分析了裂隙发育与(初始)含水率、干密度、加筋量的关系。结果表明: 水分耗散下裂隙开裂可分为起始阶段、迅速扩展和基本稳定3个阶段。不同初始含水率下各试样裂隙开裂强度和形态复杂度均随水分耗散快速增大, 直至含水率为12%后趋于稳定。相同初始含水率情况下干密度越小, 试样裂隙强度和复杂度越大。加筋量能抑制裂隙的快速发育, 与裂隙开裂程度呈反比。相比而言, 初始含水率对水分耗散过程中裂隙起始阶段影响较大, 但裂隙开裂之后含水率影响更大, 其次是干密度和加筋量。研究结果为紫色土区埂坎的设计、建设和管理维护提供参考。

摘要:探究黄土高原坡耕地土壤物理结皮对坡面产流产沙的影响和作用机理, 为黄土高原坡耕地水土流失防治提供科学依据。通过室内人工模拟降雨试验, 研究坡耕地沉积结皮和翻耕以后形成的击溅结皮对坡面产流产沙过程的影响。根据研究区坡耕地结皮形成的特点, 试验共设计5个处理, 分别为裸地、沉积结皮、沉积结皮破坏、翻耕和翻耕击溅结皮, 每个处理对应2个重复, 以安塞黄绵土25°坡面为例, 设置雨强为120 mm/h, 降雨历时为1 h。结果表明: (1)坡耕地沉积结皮促进坡面产流、抑制坡面产沙, 打破结皮后, 总产沙量是原来的19.28倍。(2)经过翻耕的坡耕地, 总产流量较原来减少了19.91%, 但总产沙量增加了14.67%;此外, 翻耕地形成击溅结皮以后, 总产流产沙量分别是原来的4.08, 9.98倍。(3)累计泥沙量随累计径流量的增加呈幂函数增加, 根据坡耕地表土结皮的覆盖情况, 可将增加过程分为凸增(结皮覆盖)和凹增(无结皮覆盖)。综上所述, 坡耕地下田埂或草带处, 泥沙沉积脱干而形成的沉积结皮, 应积极保护; 经过翻耕的坡耕地, 由降雨所致而形成的击溅结皮, 应及时打破。

摘要:在土壤优先流研究中广泛使用染色图像分析技术, 优化提升染色图像分析方法, 可促进深入研究土壤优先流运动过程, 定量细化分析优先流的发育组成研究。以典型农地甘蔗地作为研究对象, 通过野外染色示踪试验, 利用色相分割技术, 并结合分形与灰色系统理论对2种典型耕作方式(垄耕和免耕)的甘蔗地土壤优先流程度进行定量分析与评价。结果表明: 在相同外部供水条件下, 垄耕甘蔗地土壤空间内的优先流相对于免耕甘蔗地的枝状染色形态呈零散团块状和散点状, 垄耕甘蔗地染色等级1、等级2和等级3的分形维数均随土层深度增加而减小。垄耕甘蔗地土壤表层(0—10 cm)内发生的"速变"程度的优先流是相同深度下免耕甘蔗地的12.0倍, 免耕甘蔗地的"活跃"程度优先流平均占比值为67.4%, 是垄耕甘蔗地(54.2%)的1.2倍。容重对垄耕甘蔗地优先流发育程度影响最大, 优先流程度随容重的增加而降低, 而免耕甘蔗地的饱和导水率对优先流发育程度影响最大, 优先流程度随饱和导水率减小而降低。垄耕耕作方式会影响甘蔗地田间含水量, 加快土壤表层的水流运动, 降低深层优先流的发育, 减少水分入渗, 在一定程度上可以起到蓄水保肥的作用, 并能为广西甘蔗种植产业的增产增量相关研究提供技术支撑。

摘要:为探究不同植物根-土复合体抗剪强度的差异性及各因素对其的影响程度, 选取汶川县针叶林、阔叶林、灌丛、草地4种不同植被覆盖区为研究区, 通过野外制取16种优势植物根-土复合体和无根裸土原状试样并开展室内快剪试验。分析了汶川县典型植物根系对土体抗剪强度和抗变形能力的增强作用, 运用灰色关联法分析影响复合体抗剪强度的因素。结果表明: (1)16种植物根系均能在一定程度上提高土体抗剪强度和抗变形能力, 且主要通过提高土体黏聚力增强其抗剪强度; 根-土复合体黏聚力均大于裸土, 其增幅为6.09%~153.27%, 不同根系对增强土体黏聚力有明显差异, 但内摩擦角变化不显著, 且大多略小于裸土; (2)各因素与黏聚力和内摩擦角的灰色关联度均较大, 其中黏聚力与干密度的关联度最高(0.803), 根重密度次之(0.793)、塑性指数最低(0.626);内摩擦角与塑性指数、干密度的关联度均较高(0.789, 0.700), D_c最低(0.567), 且根系特征参数对内摩擦角的影响程度不显著。

摘要:冻融循环作用下的土壤结构变化被认为是融雪期黑土坡面土壤侵蚀加剧的主要原因之一, 土壤团聚体稳定性与团聚体微结构是影响土壤可蚀性的关键因子。基于控制条件土壤冻融模拟试验, 采用湿筛法、扫描电子显微技术(SEM)和Image-Pro Plus(IPP)图像分析处理相结合的方法, 分析了冻融循环过程中黑土团聚体微结构的动态变化特征, 阐明了土壤团聚体水稳定性与团聚体微结构特征的内在联系。结果表明: (1)冻融循环对黑土团聚体水稳定性整体呈破坏作用。该作用在微观层面上表现为冻融循环驱动土壤孔隙趋于长条状发育, 且随冻融循环次数的增加, 土壤孔隙连通性增强, 面积孔隙率增加; 宏观层面上表现为土壤大团聚体向微团聚体的迁移转化, 土壤团聚体水稳定性下降。(2)土壤初始含水率增加会导致冻融循环过程中土壤团聚体破坏程度增强, 且在7次冻融循环内呈显著性变化; 随着土壤初始含水率的增高团聚体面积孔隙率呈显著增加趋势。(3)土壤团聚体面积孔隙率与平均重量直径MWD和几何平均直径GMD呈显著负相关, 面积孔隙率的增加分别解释了MWD和GMD变化率的49.1%和50.3%。

摘要:为了改善黄土高原治沟造地土壤结构较差的问题, 采用一维定水头土柱模拟试验, 探讨了不同有机物料(生物有机肥、粉碎秸秆、50%粉碎秸秆+50%生物有机肥、尿素、对照)对治沟造地土壤湿润锋推移、累积入渗量、入渗速率和土壤水分蒸发特征的影响, 并采用Green-Ampt模型、Philip模型和Kostiakov模型拟合分析土壤水分入渗规律。结果表明: (1)粉碎秸秆与有机肥均降低了土壤水分移动速率, 增强了土壤持水能力; 粉碎秸秆同时降低了土壤稳定入渗速率, 与对照相比减小了17.65%;(2)湿润锋推进深度与累积入渗量呈良好的线性关系; 通过对3种入渗模型拟合发现, Philip模型和Kostiakov模型的拟合效果较好, 符合黄土高原治沟造地土壤入渗率和时间的动态关系; (3)土壤水分蒸发过程中, 添加粉碎秸秆具有阻截和蓄积土壤水分, 提高土壤含水量的积极作用。

摘要:为探究不同气候条件下土壤水力参数对土壤水长程相关性的影响, 利用HYDRUS-1D模型, 以湿润、半干旱和干旱气候区的气象数据为驱动, 结合生成的砂土和黏壤土土壤水力参数集, 模拟生成土壤水时间序列集; 而后, 利用去趋势波动分析法对生成的土壤水数据进行长程相关性分析。结果表明: (1)土壤水标度指数(h)介于0.570~1.915, 土壤水中存在显著的长程相关性。砂土中土壤水变化主要表现为持续性, 黏壤土中持续性和反持续性均较为显著。(2)土壤水长程相关性与土层深度、黏粒含量、干旱指数存在正相关关系。(3)影响土壤水长程相关性的主要土壤水力参数包括土壤孔隙分布参数(n)、进气值倒数(α)和饱和导水率(K_s)。在砂土中, n是所有气候区中土壤水长程相关性的主要控制参数; 在黏壤土中, α是湿润区、α和K_s是干旱和半干旱区土壤水长程相关性的主要控制参数。研究结果为揭示土壤水长期演变机理提供依据。

摘要:为明确不同生境果草复合系统的水分利用策略。利用稳定同位素示踪方法, 研究不同生境(陕西关中杨凌和陕北洛川)单作苹果(SA)和果草复合系统(苹果+白三叶(AW)、苹果+黑麦草(AR))土壤水、木质部和茎部水的氢、氧同位素值, 利用直接对比法和IsoSource模型分析不同生境下果草复合系统在不同季节的水分利用策略。结果表明: 不同生境下, 陕西关中杨凌土壤含水量在垂直方向上的波动较陕北洛川大, 杨凌地区40—80 cm土层土壤水分的消耗大于洛川地区, 杨凌果园旱季种植白三叶会加大深层土壤水分的消耗。旱季时, 洛川地区果树主要利用土壤水深度为40—100 cm(63.0%), 牧草为0—20 cm(65.0%); 杨凌地区果树水分利用层位较洛川低, SA和AW的果树为20—40 cm(54.3%), AR为40—100 cm(65.0%), 白三叶和黑麦草分别为0—20 cm(59.3%)和20—40 cm(62.2%)。雨季时, 两地果树水分来源层位相同, SA主要利用20—40 cm, AW和AR主要利用40—100 cm, 牧草介入使果树吸水层位下移。结果说明, 不同生境下, 果草复合系统会随季节变化调整水分利用策略, 洛川地区果草复合系统对水分变化的响应更快, 在水分不足时加大对深层土壤水的利用, 避免水分竞争, 对生境异质的适应机制较杨凌地区好。杨凌地区果草复合系统对土壤起到蓄水作用, 但旱季会加大深层土壤水分消耗, 应适时补充灌溉。

摘要:为了对自1999年起辽宁省沈阳市康平县实施的生态系统恢复工程的成效进行评估, 利用多期Landsat影像解译了康平地区陆表生态系统时空分布特征; 利用气候要素回归分析、生态系统转移矩阵以及生态系统综合人类扰动指数等研究方法, 对康平地区自1984年以来的陆表生态系统格局进行了研究, 特别是对生态系统恢复工程实施20年来的生态系统时空变化规律进行了探索, 并分析了其演变的驱动力机制。结果表明: (1)1999—2020年康平地区的生态系统格局发生显著变化, 主要表现为沙地面积占比减少35.391%, 耕地面积占比减少6.240%, 林地面积大幅增加。(2)通过对气候要素回归分析得出, 研究时间段内康平地区气候整体转湿, 并且在生态系统恢复工程实施后尤为显著, 适合陆表植被生长和恢复。研究最终得出, 康平地区生态系统格局演变的主要驱动力为该地区自上世纪末实施的一系列生态系统恢复工程, 辅助驱动力为该地区年起沙风天数减少和气候转湿的结论。

摘要:为探究喀斯特地区碎石夹层对碳酸盐岩红土水力特性的影响因素, 通过室内模拟土柱入渗试验, 采用垂直入渗水头法研究3种碎石体积含量(0, 40%, 80%)和3种碎石埋藏深度(0, 5, 15 cm)分别与累积入渗量、湿润锋、入渗特性和土壤水分特征曲线之间的关系, 并采用3种模型分析了含碎石土壤对传统土壤入渗模型的适用性, 将实测入渗数据结合改进的Green-Ampt模型反演Brooks-Corey模型参数。结果表明: 在相同碎石埋藏深度下, 累积入渗量、湿润锋、初始入渗率、平均入渗率和稳定入渗率均随碎石含量增加而减小; 当碎石含量为40%时, 埋藏深度是15 cm的土壤稳定入渗率最大(12.71 mm/h), 是埋藏深度为0 cm的1.33倍。Horton模型对含碎石夹层土壤入渗规律的适用性要优于Kostiakov模型和Philip模型。反演参数a、n和h_d在同一碎石埋藏深度(0, 5 cm)下, 随碎石含量增加而增大, 而K_s随碎石含量增加而减小。通过土壤水分特征曲线可知, 对照组土壤持水性最低; 含碎石夹层土壤持水性随碎石含量增加而减弱, 但碎石埋藏深度为15 cm时, 含碎石夹层土壤持水性随碎石含量增加而增强; 当碎石含量为40%时, 不同碎石埋藏深度下土壤持水能力大小为埋藏深度0 cm＞埋藏深度5 cm＞埋藏深度15 cm。研究结果可为西南喀斯特地区水资源利用提供数据参考。

摘要:为探讨物种多样性与地上生物量的相关性以及物种多样性的垂直变化特征。以阿尔泰山布尔津林区5种草地类型为研究对象, 通过对布尔津林区各草地类型的调查, 分析了阿尔泰山布尔津林区各草地类型的物种多样性变化特征。结果表明: (1)5个草地群落类型地上生物量差异明显, 荒漠草原和山地草甸草原较低, 山地草原最高, 而山地草甸和高寒草甸处于两者之间。(2)各草地类型群落间的物种多样性指数、优势度指数、丰富度指数和均匀度指数有明显差异, 高寒草甸的物种优势度、多样性和均匀度的情况最好, 山地草原的丰富度显著优于各草地类型的丰富度。(3)地上生物量只与山地草甸草原山地草甸中优势度和多样性有极显著相关关系, 与荒漠草原物种多样性没有表现出显著相关。(4)在海拔900~2 400 m的范围内, 草地群落的物种优势度、丰富度、均匀度和多样性指数变化基本一致, 均表现为先上升后下降再上升的趋势, 峰值出现在1 200~1 400, 2 200~2 400 m的地带。研究结果对深入理解阿尔泰山布尔津林区草地资源的空间分布格局及可持续利用具有重要的意义。

摘要:探索三生空间演变的生态环境效应及驱动因素, 可为国土空间优化及生态环境保护的实施提供科学依据。以松花江流域哈尔滨段为例, 运用网格单元法, 结合生态环境质量指数、全局自相关模型、核密度函数等方法分析1986—2016年三生空间演变的生态环境效应时空分异特征, 并借助地理探测器模型揭示生态环境质量空间分异的驱动因素。结果表明: (1)1986—2016年研究区三生空间以生产空间为主, 其中农业生产空间和林业生态空间所占比重最大, 呈现生产空间和生态空间减少、生活空间增加的变化趋势; (2)研究期内生态环境质量基本稳定, 整体上略呈下降趋势, 预示着生态环境质量有所恶化。空间分布上, 生态环境质量指数存在显著的、正向的空间自相关性, 总体呈现"南密北疏""边密中疏"的空间格局, 且在空间上出现集聚现象; (3)生态环境质量空间分异的主控因子为到水域距离和到乡级以上道路距离, 各因子之间的交互作用以非线性增强为主, 且社会经济因子内部的交互作用明显强于自然因子和社会经济因子之间的交互作用。多因子共同作用导致了研究区生态环境质量的空间分异差异。

摘要:为深入探究城镇化对生态系统服务价值的驱动因素以及生态系统服务空间溢出效应, 以山西省县域为研究单元, 基于2000—2018年土地利用数据、社会经济数据构建生态系统服务价值和城镇化水平综合评价体系, 通过双变量空间自相关分析县域城镇化与生态系统服务价值相关性的空间特征。结果表明: 研究期间山西省生态系统服务价值整体呈下降趋势, 城镇化综合水平虽有显著提高, 但整体偏低。研究区城镇化和生态系统服务价值之间存在显著的负相关关系, 呈"U"形发展趋势。空间计量模型结果表明, 城镇化率、建成区面积与生态系统服务呈显著负相关, 人均社会消费品零售总额、城镇化水平的平方项与生态系统服务呈显著正相关。生态系统服务价值对邻近县域产生正向的溢出效应, 在控制其他解释变量不变的前提下, 相邻县域生态价值每提高1%将对本县域产生0.243%的促进作用。研究区生态系统服务具有整体性和不稳定性, 使各县域政府丧失自身环境保护的积极性。

摘要:气候变化背景下, 极端降水事件发生频率与强度的增加直接影响区域生态安全, 分析极端降水时空变化特征对于区域风险评估具有重要意义。基于山西省1960—2019年22个气象站点的逐日降水数据, 选取12个极端降水指数, 采用线性趋势分析、Mann-Kendall趋势检验与突变分析、Morlet小波分析和反距离权重插值等方法, 对山西省近60年极端降水的时空变化特征进行研究。结果表明: (1)山西省整体呈干旱化趋势, 降雨日数(R1MM)下降趋势显著; (2)部分极端降水指数在20世纪70年代前后发生突变, 突变后呈显著下降趋势; (3)极端降水变化存在约17年的主要周期, 部分极端降水指数还存在7~8, 4~5年的周期变化; (4)山西省西南部整体呈干旱化趋势, 西北部极端降水事件趋于增加。研究结果将为山西省极端降水事件的响应对策实施提供依据。

摘要:为探究喀斯特区域气象干旱向水文干旱传播过程特征, 使用SPI与SRI标准化指数识别区域干旱, 采用交叉小波、小波相干、状态转移概率等方法探讨传播强度、响应率等干旱传播特征。结果表明: (1)上世纪60 s和70 s气象干旱、水文干旱的干旱持续时间较短, 而80 s与21世纪初期区域干旱持续时间较长; SPI与SRI间呈显著的正相关关系, 气象干旱向水文干旱传播的过程需要1.5个月。(2)喀斯特区域的干旱传播强度DPI＞1, 且响应率偏高, 水文干旱对气象干旱的发生极为敏感, 尤其是在地表切割深度较浅、岩溶发育较为强烈的区域。(3)传播过程主要受地表切割深度的影响较大, 各下垫面条件对干旱传播过程的影响程度依次为地表切割深度＞岩溶发育强度＞高程＞地形地貌, 其中, 干旱传播特征与地表切割深度呈显著的负相关, 与岩溶发育强度、高程、地形地貌呈正相关; 在浅切割、中等切割或海拔较低、岩溶发育强烈的区域, 各等级间的DPI、Rr的转移较为活跃, 整体上传播特征在57年间呈增强的趋势。研究结果旨在为区域干旱防治与监测提供理论依据, 尤其是为喀斯特生态环境脆弱区的可持续发展规划提供理论参考。

摘要:在全球气候变暖的背景下, 干旱灾害日趋频发。为全面精细研究华中地区降水的时空变化, 结合水汽(PWV)、增强型植被指数(EVI)等数据, 基于地理加权回归模型, 结合克里金插值分别对2010—2019年的GPM IMERG和TRMM 3B43数据进行空间降尺度, 并利用区域内53个气象站数据进行精度评价。对优选的降尺度数据采用变异系数法、Theil-Sen Median趋势分析耦合Mann-Kendall显著性检验方法及Hurst指数法, 分析了华中地区的降水时空变化特征及其可持续性特征, 并对未来降水趋势进行预测, 最后构建归一化降水距平百分率(NPA)、标准化降水蒸散指数(SPEI₁₂)来实现研究区的干旱时空监测。结果表明: 降尺度处理后降水细节增强, 能有效改善原始数据的高估现象, GPM数据降尺度数据比TRMM降尺度数据更接近实测数据; 近10年华中地区降水时空分布差异较大, 降水较高波动变化和高波动变化共占全区69.21%;10年间降水变化以非显著变化为主, 其中, 轻微增加地区占全区54.88%, 轻微减小地区占全区40.41%;10年间降水变化趋势以弱(27.33%)、中(34.93%)持续性为主; 华中地区降水未来趋势以持续增加为主, 主要分布在区域北部, 未来趋势无法确定的地区占全区21.63%, 主要集中在湖南; 华中地区NPA空间分布有很大差异性, 整体上处于无旱、轻旱灾害状态, NPA与SPEI₁₂有较好的相关性, 且所有年份均通过了0.05显著性检验, 在一定程度上能反映华中地区的干旱情况。

摘要:准确识别土地利用格局时空演变规律和轨迹特征, 对科学推进该地区生态保护和社会经济高质量发展具有重要意义。采用1990年、2005年和2018年3期土地利用数据构建鄂西南地区土地利用变化轨迹序列, 利用土地利用变化各项指数、弦图可视化、标准差椭圆方法, 从地类总量变化特征、数量变化轨迹特征和空间变化轨迹特征3个方面开展, 揭示近30年来鄂西南地区土地利用格局时空演变特征与变化趋势。结果表明: (1)土地利用总量变化稳定性特征明显。林地和耕地始终是研究区主要土地利用类型, 耕地持续减少, 建设用地持续增加, 土地利用变化活跃但整体态势平缓。(2)土地利用格局数量变化轨迹主导性特征鲜明。1990—2005年以耕地和林地之间相互转换及林地的流出为主, 2005—2018年以耕地、林地和草地之间的相互转换、建设用地的进一步扩张为主, 整体上地类的变化表现为空间位置上的转移。2005—2018年比1990—2005年土地利用变化类型更多样, 土地利用变化行为更活跃。(3)空间变化轨迹集聚性和分异性特征显著。2005—2018年综合土地利用动态变化强度更大。近30年来研究区土地利用格局变化重心、面积、方向和扩散趋势存在空间变化。研究成果为鄂西南地区土地利用研究和国土空间规划提供了参考依据。

摘要:科学地识别区域水生态空间并分析其分布特征对水生态空间的规划和洪涝灾害等水生态问题的调控具有重要意义。以湖南省临澧县为研究区, 构建水生态空间分类体系, 借助GIS及RS平台, 识别区域显性水生态空间, 可视化水源涵养、水土保持、洪水调蓄3种隐性水生态空间, 定量分析各水生态空间分布特征, 并将整合的显、隐性水生态空间与土地利用现状图叠加分析。结果表明: (1)显性水生态空间占临澧县总面积的4.73%, 以点状、斑块状、带状及枝状分布于县域, 处于低海拔、较缓坡区; (2)隐性水生态空间面积占比为49.97%, 少于水源涵养、水土保持和洪水调蓄空间面积占比总和69.68%, 三者分别占比15.44%, 38.07%, 16.17%, 均呈现"小集中、大分散"的特征, 识别结果直观地反映了维护区域水生态安全的空间分布特征; (3)水生态空间占临澧县总面积的49.99%, 主要分布于道水、澧水及其支流周边区域, 中小型水库区域呈斑块散布; (4)水生态空间中的耕地和建设用地所占比例分别为44.40%, 21.19%, 表明水生态空间与人类活动剧烈的非生态用地类型存在重叠空间。研究结果揭示了临澧县土地利用现状与水生态空间存在冲突, 后期可重新规划水生态空间中的非生态用地类型, 以期高效保护水生态空间和规避水生态安全问题。

摘要:土地利用变化是区域碳排放变化的主要驱动力, 揭示土地利用变化对碳排放影响对于碳排放政策的制定具有指导意义。然而, 经济快速发展区域中土地利用变化对碳排放影响研究仍有限。以安徽省为对象, 基于2000—2020年的土地利用变化数据, 从碳源/汇角度评估了安徽省净碳排放, 分析了碳排放时空特点, 从碳足迹、生态承载力和生态赤字3个方面阐明了安徽省碳排放效应。结果表明: (1)从2000—2020年, 安徽省土地利用净碳排放表现为增加趋势, 年均增加503.92万t, 林地是碳排放的主要碳汇, 但其碳汇总量年际变化不大, 建设用地是碳排放增加的主要碳源, 其年均增加511.37万t; (2)2000—2020年, 碳源变化主要分布在安徽省中北部平原地区, 碳汇变化主要分布于西南高山和丘陵地区, 且安徽中北部地区是碳排放强度随时间变化的最大热点区; (3)由碳源/碳汇变化引起的碳排放效应中, 生态承载力2000—2020年变化不大, 但碳足迹和生态赤字表现为增加趋势, 年均增加率分别为6.2%和8.7%。因此, 安徽省中北部平原地区为碳减排重点控制区域, 降低建设用地及增加林地面积可有效调节该地区碳排放效应。

摘要:土壤水分是影响青藏高原高寒草甸生态过程和生态承载能力关键因素之一, 掌握其变化特征对于高寒地区生态保护和修复具有重要意义。基于HOBO土壤温湿度仪器监测数据, 分析2019年8月至2020年8月三江源区不同退化程度(未退化(ND)、轻中度退化(LMD), 重度退化(HD))下高寒草甸表土层土壤3个层级L1(0—5 cm)、L2(5—15 cm)、L3(15—30 cm)土壤水分变化特征。结果表明: (1)不同退化程度下土壤含水量季节差异明显。高值区主要分布在夏季, 低值区分布在冬春季。不同退化程度下土壤表层含水量年内均值大小依次为LMD(0.320 cm³/cm³)、ND(0.284 cm³/cm³)和HD(0.211 cm³/cm³)。(2)夏季降水事件结束后, 土壤含水量24 h后开始明显减小, 其中, L1层变化幅度最大, L3层变化幅度最小。(3)ND和LMD高寒草甸0—5 cm土层, HD高寒草甸5—15 cm土层对应的是相对较高含水层, 这是由于土壤含水量与土壤容重呈显著负相关, 与C/N、有机碳呈显著正相关。

摘要:以北京市重度火烧迹地油松人工林为对象, 基于原位采样法和室内浸泡法于2020年7—12月在对照样地和火烧样地采集凋落物样品并测定分析其现存量、持水量、有效拦蓄量等指标, 探究林火干扰下凋落物的分解及水文效应, 为更好促进森林水源涵养功能以及水土保持功能提供依据。结果表明: (1)油松人工林半分解和完全分解层凋落物平均现存量分别为16.18(叶占比>80%), 31.88 t/hm², 平均厚度分别为2.77, 2.79 cm; 与对照相比, 火烧后半分解层凋落物厚度及现存量分别降低39.35%, 53.77%。(2)油松人工林半分解层凋落物平均自然含水率(41.94%)略高于完全分解层(36.07%), 平均最大持水率为201.88%, 其在7—9月低于完全分解层, 10—12月则反之; 半分解层凋落物平均最大持水量和有效拦蓄量分别为35.80, 19.85 t/hm², 在8—12月均显著(P < 0.05)低于完全分解层(69.28, 46.64 t/hm²)。与对照样地相比, 火烧后半分解层凋落物自然含水率降低32.19%, 最大持水率和最大持水量分别降低13.36%, 60.05%, 有效拦蓄量降低了62.47%。(3)在24 h浸水过程中, 7—9月对照样地半分解层凋落物持水量、吸水速率小于完全分解层, 10—12月则反之; 火烧后, 半分解层凋落物持水量、吸水速率较对照样地半分解层凋落物减少。综上, 油松人工林凋落物(半分解层)分解表现为先快后慢, 火烧后其分解加速; 凋落物持水性能及持水过程主要呈现完全分解层>半分解层, 未火烧>重度火烧, 即凋落物水文效应受分解阶段和火烧干扰影响。

摘要:随着全球变暖的加剧,降雨格局也在发生变化,土壤酶是森林生态系统化学过程的重要参与者,能够快速反映土壤环境的变化。因此研究亚热带土壤胞外酶活性对降水变化的响应,可有效评估气候变化对土壤有机质分解、转化的影响。以福建三明格氏栲自然保护区内的米槠天然林为研究对象,设置对照(CT)、隔离30%降雨(TE1)和隔离60%降雨(TE2) 3种处理,于2020年9月对不同土层(0—10,10—20,20—40,40—60 cm)土壤进行取样,研究9年的隔离降雨对不同土层土壤酶活性的影响。结果表明:不同程度隔离降雨后,4个土层的β—葡萄糖苷酶(βG)、β—N—乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和酸性磷酸酶(AP)活性均呈下降趋势。与CT相比,TE2处理0—40 cm土壤AP、βG和NAG酶活性均显著降低(P<0.05),40—60 cm土壤AP酶活性在TE1和TE2处理中降低均较为显著。随着土层加深,3种土壤胞外酶活性均逐渐降低。冗余分析(RDA)表明,在0—10 cm土壤中,土壤含水量(SWC)、总氮(TN)和可溶性有机碳(DOC)是调控土壤胞外酶活性的主要因素,10—20 cm土壤胞外酶活性主要受控于可溶性有机碳(DOC)和铵态氮(NH₄⁺—N),而可溶性有机氮(DON) 和硝态氮(NO₃^-—N)是调控20—40 cm土层土壤胞外酶活性的关键因素。在40—60 cm土壤中,碳磷比(C∶P)主要影响着3种土壤胞外酶活性。可见,不同深度土壤胞外酶活性对降水减少的响应及调控因素不同。研究结果有助于进一步了解全球气候变化背景下亚热带森林土壤养分转化与循环机制。

摘要:为探究高寒湿地地下水咸化对土壤团聚体稳定性和有机碳库的影响, 以巴音布鲁克高寒湿地季节性地表积水区和常年干燥区土壤为研究对象, 设对照、微咸水、咸水和盐水4个矿化度, 地下水NaCl含量分别为0, 2, 6, 23 g/L, 使用湿筛的方法将土壤团聚体分成不同的粒径。结果表明: 地下水矿化度升高对0—10 cm土壤团聚体分布影响不大, 对10—30 cm土壤团聚体有显著影响。在10—30 cm土层中, ＞2 mm土壤团聚体质量百分比随着矿化度升高先降低再升高, 在2 g/L处理下降至最低1%~14%, 而在23 g/L处理下＞2 mm团聚体质量百分比显著升高达到5%~56%。季节性地表积水区＞2 mm土壤团聚体质量百分比均高于常年干燥区。季节性地表积水区土壤团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)随着土层深度的增加呈现出先增大后减小的趋势, 而常年干燥区MWD和GMD随着土层深度的增加而减小。0—10 cm土层土壤团聚体的MWD和GMD显著高于其他土层, 10—30 cm土层内23 g/L处理下的MWD(0.71~3.59 mm)和GMD(0.25~1.64 mm)显著高于其余处理。0—10 cm土壤团聚体有机碳含量随着粒径的减小先升高后降低; 20—30 cm土壤团聚体有机碳含量与0—10 cm有机碳含量有着相似的趋势, 6, 23 g/L在2~0.25 mm粒径