摘要:

摘要:[目的] 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。[方法] 水土保持措施信息获取方式主要有传统的野外调查、卫星遥感影像和无人机近景摄影等,其识别与提取方法主要包括目视解译、传统的机器学习、面向对象分类方法及深度学习模型。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。[结果] 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被运用到水土保持措施提取中。[结论] 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,需要进一步研究采用半监督、弱监督学习方法,结合多模态学习、小样本标签等方法,获取高质量的标记样本数据,进行水土保持点、线状工程措施的提取;将多模态学习、实例分割方法等深度学习算法与面向对象分类方法相结合应用到水土保持植物措施的识别提取中,提高不同水土保持植物措施的分类提取精度,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。

摘要:[目的] 窟野河流域是黄河中游粗沙区的主要侵蚀策源地。阐明窟野河流域土壤侵蚀时空变化特征,预测流域土壤侵蚀发展趋势,为流域未来水土流失综合治理提供决策支持。[方法] 基于窟野河流域2010—2020年多源数据,刻画流域土壤侵蚀空间分布,结合土壤侵蚀强度动态度、信息熵、综合指数和转移矩阵等定量指标,分析土壤侵蚀强度变化特征;构建CA-Markov模型,预测流域2025年土壤侵蚀状况。[结果] (1)研究区土壤侵蚀以微度、轻度侵蚀为主,面积占比超过70%,较强度侵蚀主要分布于流域中下游和支流悖牛川区域。2010—2020年,平均土壤侵蚀量由1 955.56 t/(km² · a)降至892.98 t/(km² · a),微度侵蚀面积大幅增加,其他侵蚀等级面积相应减少,大部分区域土壤侵蚀强度不变或下降,仅有不到3%的区域侵蚀强度加剧。(2)窟野河流域土壤剧烈、极强度、强度侵蚀的动态度变化较大,土壤侵蚀强度信息熵由1.29稳定下降至0.81,土壤侵蚀强度综合指数由178.96降低至76.61,且前5年下降幅度更高,流域土壤侵蚀强度朝减弱方向转化,主要发生在邻近两侵蚀强度等级之间。(3) CA-Markov模拟显示,预计到2025年,流域土壤侵蚀状况将进一步改善,微度侵蚀占比超75%。[结论] 2010—2020年间,研究区土壤侵蚀状况持续好转,后5年水土流失治理效率更高,2025年流域土壤侵蚀状况将进一步改善。

摘要:[目的] 揭示不同管理措施对三七[Panax notoginseng(Burkill) F.H.Chen] 林地产流产沙和土壤特性的影响,为科学防控林下三七种植的水土流失提供理论依据。[方法] 采用野外径流小区原位观测试验,于2022年雨季对不同坡度(5°,10°,15°)自然林地(CK)、林下整地(SP)、无棚三七林地(NC)、有棚三七林地(HC)的产流产沙量进行量化,探究不同管理措施对三七林地坡面产沙产流及土壤特性的影响。[结果] (1)2022年寻甸县降雨总量为1 031.70 mm,属平水年份。林外和林内累计侵蚀性降雨量分别为845.40,565.60 mm,林冠截留率为9.97%~67.38%。(2)各管理措施三七林地产流产沙存在极显著差异(p＜0.01)。与CK相比,SP、NC和HC平均总径流量分别增加272.23%,171.19%和106.89%,平均总产沙量分别增加385.15%,248.82%和138.84%;三七林地布设雨棚有较好的减沙效果。(3) CK、SP的土壤特性分别与其他管理措施三七林地土壤特性存在显著差异;NC和HC的平均几何直径和土壤抗冲系数存在显著差异(p＜0.05),其他土壤特性无显著差异;主成分分析显示,不同管理措施三七林地土壤饱和导水率、枯落物储量、土壤体积质量和K值对产流产沙的影响较大。(4)各管理措施三七林地次降雨产流产沙量和降雨量或降雨侵蚀力与降雨强度之间呈显著幂函数关系(p＜0.05);总径流量和总产沙量与坡度呈极显著指数关系(p＜0.01),R²＞0.90;且产流产沙量随着坡度增加,流失增幅越大。[结论] 林下整地和林下种植三七导致水土流失显著增加,但最大土壤流失量[34.53 t/(km²·a)] 远低于西南岩溶区土壤容许流失量。建议在缓坡林地种植三七,且可通过搭建遮雨棚和改善土壤特性来缓解水力侵蚀。

摘要:[目的] 为探究间歇性降雨对黑土溅蚀量和溅蚀分选特征的影响。[方法] 基于人工模拟降雨试验,设计2个降雨强度(40,70 mm/h),每个降雨强度5场降雨,分析不同降雨条件下黑土溅蚀量和溅蚀团聚体粒径分布特征。[结果] 2种降雨强度下,不同降雨场次土壤表层存在“无结皮—弱结皮—强结皮—弱结皮—新结皮”强弱交替的结皮动态发育过程。2种降雨强度下,溅蚀团聚体MWD和GMD均在第4场降雨出现最大值,在第1次降雨出现最小值。每场降雨5~2 mm粒级的团聚体均基本未发生迁移,溅蚀团聚体均以2~0.25 mm粒径为主,分别占2种降雨强度溅蚀量的36.49%~58.61%和49.10%~60.09%。5场降雨的溅蚀量随粒径减小呈先增加后减小的变化趋势,而粒径<0.053 mm质量百分数随间歇次数增加的变化趋势为先降低再增加,粒径<0.053 mm质量百分数均在第3场降雨出现最小值,分别为18.21%和17.63%。[结论] 降雨导致土壤结皮的形成,且随降雨次数的增加结皮厚度呈现动态变化,在第3场降雨土壤结皮厚度最大,此时溅蚀量有最小值,且主要以>0.053 mm为主。研究结果为东北黑土区土壤水蚀机理研究提供参考。

摘要:[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(K_r)和土壤临界剪切力(τ_c)。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土壤分离能力,拟合了K_r和τ_c,采用相关分析和偏最小二乘回归方法,确定影响土壤侵蚀阻力的主要因素。[结果] (1)不同土地利用类型样地Kr为0.003~0.372 s/m,道路K_r最高,与农地相比,草地、横向林带、林地、纵向林带和灌木的K_r分别降低94.00%,86.20%,84.00%,83.60%和71.60%;τ_c为4.84~13.85 Pa,农地和道路较低,分别为4.84,9.80 Pa,其他样地τ_c均>10.00 Pa,且无显著差异。(2)相关分析结果表明,K_r与黏粒、团聚体稳定性和有机质呈极显著负相关(p <0.01),与砂粒、黏结力、根系质量密度和混入表土层的枯落物密度呈显著负相关(p <0.05),与粉粒呈极显著正相关(p <0.01);τ_c与粉粒呈极显著负相关(p <0.01),与砂粒和混入表土层的枯落物密度呈极显著正相关(p <0.01),与有机质和根系质量密度呈显著正相关(p <0.05)。(3)偏最小二乘回归结果表明,K_r主要受土壤黏粒、粉粒、团聚体稳定性、根系质量密度、有机质和混入表土层的枯落物密度影响;τ_c主要受土壤有机质、混入表土层的枯落物密度、粉粒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,草地减缓侵蚀效果最佳,减少农地水土流失至关重要。根系质量密度、枯落物密度、土壤质地、团聚体稳定性和有机质是影响土壤侵蚀阻力的关键因子。研究结果为揭示东北黑土区土地利用类型影响土壤侵蚀动力机制及土地利用优化提供理论基础。

摘要:[目的] 东北黑土区切沟侵蚀不断蚕食耕地资源,威胁我国粮食安全。无人机技术的发展为沟蚀监测提供有效手段,但获取数据分辨率越高耗时越长,如何配置无人机参数,使其既能满足精度要求又能提高航摄效率是当前需要解决的问题。[方法] 选择东北漫川漫岗区的鹤北流域为研究区,以实地断面测量数据为验证值,通过评估不同分辨率、不同飞行航向及不同无人机数据提取的切沟参数精度,探究不同无人机参数配置的适用条件。[结果] (1)与实测值相比,分辨率1 cm数据提取的切沟参数精度最高,所有参数的平均百分误差<5.0%,适用于典型切沟发展过程监测;分辨率3,5 cm数据提取的切沟宽度平均误差百分比<10.0%,提取的切沟深度平均误差随切沟深度变小而增大,切沟深度>1 m时,平均百分误差<10.0%,适用于区域范围快速抽样调查;8,10 cm分辨率提取的切沟深度和截面积平均百分误差>40.0%,适用于切沟分布位置和平面参数提取;(2)固定翼无人机垂直地面获取的正摄数据虽在提取切沟二维形态特征指标方面效果略好,但在三维形态特征指标方面不如多旋翼无人机倾斜摄影测量获取的数据;(3)单航向倾斜摄影测量数据提取的切沟平均深度和截面积平均百分误差是交叉双航向数据平均百分误差的1.7,1.9倍。交叉航向获取的无人机数据提取切沟参数精度更高,且细节更丰富。[结论] 倾斜摄影测量和交叉双航向航测能显著提高获取的切沟三维参数精度,1~3,3~5 cm分辨率可分别用于典型切沟监测和大范围切沟侵蚀快速调查。单航向正摄摄影测量获取的5 cm以上分辨率数据适用于提取切沟位置和平面参数。

摘要:[目的] 探明土壤有机碳流失时空分布变化对土壤侵蚀强度的响应机制,以期为侵蚀环境下土壤碳循环机制研究提供基础数据,并为解决黑土“变薄变瘦”问题提供科学依据。[方法] 选取松嫩平原典型黑土区的北安市、克山县、克东县、拜泉县等14个市(区、县)为研究对象,采用RUSLE模型并结合GIS空间分析技术分析东北典型黑土区2000—2019年土壤侵蚀与土壤有机碳流失的时空变化特征。[结果] 研究区土壤侵蚀强度整体呈北高南低的分布格局,并以微度侵蚀为主;2000—2019年典型黑土区微度侵蚀面积占比上升趋势不显著,轻度及以上程度的侵蚀面积占比则整体表现为降低态势,其中87.91%的区域侵蚀强度等级未发生明显变化,仅有3.74%的区域侵蚀强度等级升高;土壤有机碳流失空间分布差异明显,总体呈北高南低的分布特征,研究期间土壤有机碳年平均流失强度为4.74 t/(km² · a);2010—2019年,土壤有机碳流失总量呈增大趋势,其中北安市流失量最大,为研究区总流失量的37.00%;2015—2019年,土壤有机碳流失强度<5 t/(km² · a)的区域面积占比下降,而流失强度>5 t/(km² · a)的区域面积占比上升,导致年平均流失强度增大;研究区北部土壤侵蚀强度高的地区由于有机碳丰富,使得其在遭受侵蚀作用时损失的有机碳总量相对较大,形成土壤有机碳流失总量的地域性差异特征。[结论] 侵蚀作用下土壤有机碳流失的时空变化特征,表明严重的土壤侵蚀是坡面土壤有机碳流失的重要驱动因素。

摘要:[目的] 定量化评价东北黑土区土壤侵蚀退化程度,有助于不同地区因地制宜地布设阻控措施。[方法] 以东北黑土典型水蚀区农田为研究对象,采用铯-137(137Cs)示踪技术量化不同样点的土壤侵蚀速率(SER)。基于黑土退化“变薄”“变瘦”“变硬”3大类问题,分别选择SER、pH、有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)和容重(BD)等7个代表性指标,采用全数据集(TDS)和模糊隶属度函数构建土壤退化指数(SDI)。[结果] (1)不同样点的平均SER表现为宾县[BX,8 417.86 t/(km₂ · a)] >海伦[HL,7 083.96 t/(km² · a)] >公主岭[GZL,3 168.71 t/(km₂ · a)] >北安[BA,2 786.09 t/(km₂ · a)] >龙江[LJ,2 722.46 t/(km² · a)],其中BX和HL属于强烈侵蚀,GZL、BA和LJ属于中度侵蚀;(2) SER与SOM、TN、TP呈显著负幂函数关系,而与BD呈显著正对数关系(p <0.05),R²为0.222~0.532,表明土壤侵蚀显著加剧黑土养分流失和土层硬化;(3)黑土农田“变薄”“变瘦”“变硬”之间存在相互影响,SDI表现为BX (0.44)>HL (0.36)>LJ (0.21)>GZL (0.10)>BA (0.05)。[结论] 研究结果可为东北黑土区侵蚀退化诊断评价和精准防治提供科学支撑。

摘要:[目的] 为探究气候变化和人类活动对基流变化的影响。[方法] 选择黄土高原地区的4个典型流域无定河、窟野河、延河和秃尾河作为研究对象。基于1965—2017年无定河、窟野河和延河及1983—2017年秃尾河逐日流量和多站点气象资料,分析9种基流分割方法的适用性和基流变化特征。基于Budyko理论,采用弹性系数法,量化气候变化和人类活动对基流变化的贡献率。[结果] 数字滤波法F4分割结果在稳定性、离散程度和误差方面表现较好,在黄土高原地区典型流域中最为适用。4个流域年基流深、年径流深和年基流指数的变化趋势有较高的一致性,无定河、窟野河、延河和秃尾河流域多年平均基流指数BFI分别为0.64,0.42,0.28和0.49,年基流深和年径流深均呈显著减小趋势(p <0.01),而年基流指数均为增加趋势。降水、潜在蒸散发和人类活动对黄土高原地区典型流域基流变化贡献率范围分别是-56.72%~33.92%,-0.81%~55.16%和10.92%~104.37%。[结论] 人类活动是影响黄土高原地区基流演变的主要因素,研究结果为黄土高原地区水资源综合管理提供理论支持。

摘要:[目的] 揭示冻融与水力作用在不同条件下对北方土石山区土壤侵蚀的影响。[方法] 以北京市鹫峰地区土壤为研究对象,采用室内径流冲刷及冻融设备进行模拟试验,探讨在冻融与水力作用下冻融循环次数、坡度、流量、土壤初始含水率和冻融温差这5个影响因素对土壤产沙量与抗冲性的影响。[结果] (1)土壤抗冲系数对各因素敏感程度大小为坡度>流量>冻融温差>冻融循环次数>初始含水率,其中坡度与流量对其具有显著影响(p <0.05);土壤产沙量对各因素敏感程度大小为流量>坡度>冻融温差>土壤含水率>冻融循环次数,其中流量对其具有极显著影响(p <0.01),坡度与冻融温差对土壤产沙量具有显著影响(p <0.05)。(2)冻融循环次数、坡度及流量的大小与土壤抗冲系数呈负相关,冻融温差大小却与其呈正相关,而抗冲系数随土壤初始含水率的增加呈先减小后增大的趋势。(3)土壤产沙量随流量、坡度和冻融循环次数的增大而增大,随着冻融温差整体温度的增大而减小;随着土壤含水率的增加,土壤产沙量呈先增大后减小的趋势;在冻融循环次数为7,10次时,土壤产沙率在径流冲刷中期(3~6 min)有峰值出现(96.7~99.7 g/min),随后趋于平稳。[结论] 北方土石山区土壤在冻融与水力复合作用下受多种因素影响密切,研究结果有助对该地区复合侵蚀防治及合理配置水土保持措施提供理论支持。

摘要:[目的] 研究东北黑土区水蚀动力因子的时空格局及其对大气海洋环流模式的响应,对区域极端降水事件诱发的土壤侵蚀防治有重要意义。[方法] 选用降雨侵蚀力(R)、暴雨雨量(R50p)、极端强降水量(R95p)、连续5日最大降水量(R5d)表征水蚀动力因子,基于1960—2020年逐日降雨数据,采用滑动平均、小波分析、Sen斜率估计法、Mann-Kendall检验方法,分析1960—2020年东北黑土区水蚀动力因子的时空格局,解析水蚀动力因子对大气海洋环流模式的响应。[结果] (1)东北黑土区的年降雨侵蚀力(R)为1 145.36~3 575.94(MJ· mm)/(hm² · h· a),暴雨雨量(R50p)为73.17~197.86 mm,极端强降水量(R95p)为265.81~566.35 mm;连续5日最大降水量(R5d)为69.67~124.95 mm。(2)东北黑土区4个水蚀动力因子在1960—2000年均呈不显著上升趋势,且均未发生整体突变,但2015年后上升趋势明显,表明研究区发生降雨侵蚀的潜在可能性增加。4个水蚀动力因子均存在以约44年为主周期,29年为小周期的周期性变化特征,并经历高低交替2次振荡过程。(3)各水蚀动力因子的空间分布均呈现南高北低,东西两侧低中部高的特征,各指标的最大值出现在长白山—完达山山地丘陵区,最小值出现在呼伦贝尔丘陵平原区。(4)东亚夏季风指数(EASMI)是对东北黑土区水蚀动力因子影响最显著的单一环流模式,北极涛动(AO)和多元ENSO-南方涛动指数(MEI)可以通过影响东亚夏季风间接影响水蚀动力因子。东亚夏季风指数-南海夏季风指数叠加(EASMI-SCSSMI)对各水蚀动力因子的影响均为最显著(ΔPSAC>5%);而东亚夏季风指数、南海夏季风指数和多元ENSO-南方涛动的大气海洋环流模式仅对降雨侵蚀力(R)影响显著(ΔPSAC>5%)。[结论] 东北黑土区水蚀动力时空格局的影响因素主要包括地形、东亚夏季风和南亚夏季风等,需关注2014年后水蚀动力增强带来的潜在水蚀危害。

摘要:[目的] 为科学判别流域尺度土壤侵蚀类型并给出相应的发生概率。[方法] 构建基于深度学习(deeplearning,DL)的松花江流域土壤侵蚀模数(erosion modulu,EM)计算模型,并计算不同类型的侵蚀模数。以降雨、气温、风速3个侵蚀模数影响因子为随机变量,利用数值模拟和高斯核密度估计法(gaussian kernel densityestimation,GKDE)构建EM概率评价方法,给出不同土壤侵蚀强度组合的发生概率。[结果] EM计算模型验证期的R²均>0.86。流域内平均每年有74.47%发生微度水蚀与微度风蚀;12.86%的面积发生轻度及以上水蚀与微度风蚀;12.56%的面积发生轻度及以上风蚀与微度水蚀;0.11%的面积水蚀强度与风蚀强度均在轻度及以上。36个典型像元中,发生微度水蚀与微度风蚀的平均概率为57.45%;发生微度水蚀与轻度风蚀的平均概率为30.26%;发生微度水蚀与中度风蚀的平均概率为8.03%;发生轻度水蚀与微度风蚀的平均概率为2.11%;发生微度水蚀与重度风蚀的平均概率为2.08%;发生其余强度组合的平均概率在0.05%以下。[结论] 构建的松花江流域EM计算模型精度较高,揭示了松花江流域土壤侵蚀类型空间分布特征,并给出不同土壤侵蚀强度组合的发生概率,为松花江流域土壤侵蚀治理提供依据。

摘要:[目的] 探究水土保持主要造林树种油松(Pinus tabulaeformis)在水分胁迫下的抗旱生理特性,为该地区油松人工林管理提供科学依据。[方法] 以1年生油松幼苗为研究对象,设置4个水分胁迫处理,分别为对照组(CK)、轻度胁迫(RE25%)、中度胁迫(RE50%)和重度胁迫(RE75%),分析不同水分胁迫处理后油松幼苗的生长特性、水力功能及渗透调节物质含量的变化及其之间的相关关系。[结果] (1)与CK相比,经过20个月的RE50%和RE75%处理后油松地上生物量分别显著降低19.1%和37.0%,地下生物量分别显著增加13.7%和23.9%。(2) CK、RE25%、RE50%和RE75%处理后油松幼苗新枝的抗栓塞水势阈值分别为-1.43,-2.04,-0.91,-0.58 MPa。(3)与CK相比,经过RE50%和RE75%处理后粗根内的可溶性糖分别显著增加123.3%和121.9%,淀粉分别显著增加15.0%和58.0%,非结构性碳水化合物(NSC)总量分别显著增加104.0%和83.2%。与CK相比,经过RE75%处理后新枝内脯氨酸显著降低43.0%,K⁺显著降低23.7%。(4)不同水分胁迫处理下各器官内渗透调节物质对水力功能变化的贡献依次为NSC、淀粉、可溶性糖、K⁺、管胞汁液内的脯氨酸和管胞汁液内的可溶性糖。[结论] 轻度水分胁迫提高新枝的抗栓塞能力,而中度和重度水分胁迫下油松幼苗通过增加根内碳储存维持油松的生长代谢。油松各器官通过积累渗透调节物质提高细胞浓度,降低渗透势以适应水分胁迫环境。研究结果加深对油松抗旱机制的认识,为黄土高原油松人工林管理提供科学依据。

摘要:[目的] 黄河中游多沙粗沙区是我国典型的生态脆弱区,准确量化该区耕地时空动态变化对评估区域粮食安全、生态修复效益、水土流失状况及黄河下游安澜等都具有重要意义。[方法] 基于5种30 m高分辨率土地利用/覆被数据集产品(CNLUCC、GLC_FCS30、CLCD、AGLC-2000-2015、GlobeLand30),运用耕地利用动态度、偏差系数、转移矩阵、空间一致性分析等方法对比分析多源产品耕地在多沙粗沙区的时空特征,形成30 m分辨率高精度融合数据集产品,并对其进行验证,在此基础上基于融合产品分析1990—2020年黄河中游多沙粗沙区耕地的数量、分布、结构特征。[结果] 现有多源数据集产品之间耕地特征存在较大差异,而融合产品精度均优于单独使用5种现有产品。基于融合产品分析发现,1990—2020年耕地面积呈先增加后波动式降低的趋势,退耕还林(草)工程实施为分界线;1990—2020年耕地面积净减少3 170.59 km²,减少17.63%,且＞15°的坡耕地面积占比逐年减少;耕地的动态转移类型主要为草地,其次为人工地表。退耕还林(草)等生态工程的实施和城镇化建设是导致耕地减少的主要原因。[结论] 综合分析多源产品的优劣,基于目标地类融合和解释多源数据探究的有效方法,以深入研究某区域的地类特征,从而获得更为精确的研究结论。

摘要:[目的] 沱江流域面临严重的水土流失、水环境污染和土壤侵蚀等生态环境问题,开展流域生态环境质量评价对推动长江上游生态环境保护和流域社会经济高质量可持续发展具有重要意义。[方法] 基于谷歌地球引擎平台,选取2000—2020年的Landsat遥感影像,以绿度、湿度、热度、干度、生物丰度指数构建生态环境质量评价模型,采用变异系数、一元线性回归和空间自相关分析方法对流域内生态环境质量的时空演变格局进行分析,并运用最优参数地理探测器模型(optimal parameter geographic detector model,OPGD)对其驱动力进行探测。[结果] (1)2000—2020年,沱江流域生态环境质量多年平均值为0.66,等级以良为主,占比为63.01%。成都周边区县、内江、自贡、泸州等城镇地区生态环境质量较差,呈现南北低中间高的空间分布格局。(2)沱江流域生态环境质量总体呈下降趋势,生态环境质量变差的趋势显著,轻微退化和显著退化面积占比分别为19.75%和5.88%。人口密度大,社会经济发展水平高的城镇化地区,生态环境质量以较高波动为主,占比为18.15%。(3)2000—2020年沱江流域全局自相关莫兰指数范围为0.769~0.870,主要分布在第1象限和第3象限,局部自相关的高—高集聚区和低—低集聚区范围随时间呈显著变化,景观斑块破碎化明显。(4) OPGD结果表明,土地利用类型、坡度、高程、夜间灯光为流域生态环境质量变化的主要驱动因子,人口密度、气温和GDP为次要驱动因子,降水量和坡向因子影响较小。土地利用类型与其他因子交互作用增强对流域内生态环境质量变化的影响。[结论] 改进的遥感生态指数模型对开展区域生态环境质量评价提供新方法,研究结果为生态环境保护提供参考。

摘要:[目的] 分析乌鲁木齐市生态用地的时空演化特征,特别是识别建设用地扩张与生态用地的冲突区域,对干旱区绿洲城市的生态用地保护、生态安全格局优化和区域可持续发展具有重要意义。[方法] 基于乌鲁木齐市2000年、2010年和2020年土地利用数据,利用土地利用动态度、建设用地扩张速度及模式、识别生态源地并构建生态安全空间格局,对乌鲁木齐市建设用地扩张与生态用地的空间冲突进行分析。[结果] (1)2000—2020年,研究区林地、草地、水域和建设用地面积总体呈增加趋势,分别增加160.51,451.17,47.58,805.19 km²,耕地和未利用地面积持续下降。(2)研究区建设用地面积加速扩张,其中米东区扩张最为显著,共增加230.62 km²,天山区建设用地扩张面积最小。(3)2000—2020年,乌鲁木齐市生态水平整体呈上升趋势,生态源地面积共增加611.52 km²。(4)建设用地扩张与生态用地产生的空间冲突区域面积乌鲁木齐县最大,其次是米东区、沙依巴克区和水磨沟区,新市区则是无空间冲突区域。[结论] 研究结果表明2000—2020年乌鲁木齐市建设用扩张与生态用地之间存在空间冲突。

摘要:[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黏弹性参数,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⁺、砂粒质量分数增加和Na⁺下降提高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、τ_LVE和τ_max)与交换性Ca²⁺、砂粒质量分数相关性不显著,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),τ_max、G'_LVE、τ_YP和G'_YP均与砂粒质量分数呈显著正相关。(3)土壤黏弹性参数(γ_YP和I_Z)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质量分数呈显著负相关。(4)土壤整体力学稳定性在0 kPa时与土壤Ca²⁺呈正相关,-3 kPa时与土壤粉粒、K⁺呈负相关,-10 kPa时与黏粒质量分数呈正相关关系。[结论] 研究结果揭示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。

摘要:[目的] 为研究生物结皮对灌草生态系统水分耗散的影响。[方法] 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] 模拟30 mm降水12 h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提高15.4%,较灌草处理平均提高12.8%。与裸土相比,灌草及灌草与2个盖度生物结皮处理显著增加土壤水分耗散,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-50%生物结皮的水分耗散量较灌草-30%生物结皮处理降低13.4%。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。生物结皮对灌草生态系统水分耗散的降低主要取决于20—45 cm土层耗散的降低。与灌草处理相比,灌草-生物结皮的0—20 cm土层水分蒸散损耗平均提高14.4%,而20 cm以下土层水分耗散平均降低15.5%。[结论] 30 mm降雨量条件下生物结皮降低灌草生态系统的水分耗散,有利于缓解风蚀水蚀交错区灌草植被的水分亏缺。研究结果揭示生物结皮对灌草生态系统水分耗散影响,可为旱区生态恢复提供理论依据。

摘要:[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、有机质和氮素显著增加,且苜蓿草地高于施肥农田;苜蓿草地与不施肥农田的有效磷和速效钾显著降低,施肥农田的速效钾也显著降低;不施肥农田碱解氮和硝铵态氮显著降低。(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后升高,到100 cm再次降低的趋势;草地的土壤有效磷在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、硝铵态氮呈显著正相关,有效磷与有机质、全氮、碱解氮、pH呈显著负相关;100—200 cm有机质与速效钾呈显著正相关,有效磷与pH呈显著负相关。[结论] 黄土塬区合理的农田管理和连续种植苜蓿均可使有机质、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。

摘要:[目的] 探究青藏高原生境质量的动态变化,为保障青藏高原生态安全、保护生物多样性和筑牢生态屏障提供参考。[方法] 基于1985年、1995年、2005年、2015年和2022年5期土地利用数据,借助InVEST模型,定量评估1985—2022年青藏高原生境质量状况并对其时空格局进行分析,最后利用双变量空间自相关探讨生境质量对气候变化与人类活动的空间响应。[结果] (1)1985—2022年青藏高原生境指数增加0.052 9,高等和较高生境面积比例共增加5.51%,生境质量水平总体提升但仍处于较低等级。(2)1985—2022年青藏高原48.14%的区域生境指数增加,但生境等级总体空间分布变化不大,各等级区由外向内呈嵌套式等级增加。(3)1985—2022年青藏高原生境质量等级转移类型以等级不变为主,但等级转化的剧烈程度不断增强。(4)1985—2022年青藏高原生境质量对气候变化与人类活动存在较为显著的空间相关关系,年平均气温对生境质量存在显著的空间负相关,年降水量和人类活动强度对生境质量存在显著的空间正相关。[结论] 研究结果揭示青藏高原生境质量时空演变特征,明确气候变化和人类活动对生境质量具有深刻的影响,未来应加强底线约束和人类活动引导。

摘要:[目的] 探讨水源涵养功能是应对未来气候变化的重要途径,现有研究主要侧重于历史和现状的水源涵养功能评估,缺乏对未来水源涵养功能的认识,限制了对区域可持续发展和动态管理的指导价值。[方法] 以云南省为例,结合系统动力学模型、斑块级土地利用变化模拟模型(PLUS模型)和InVEST模型,构建了未来气候和土地利用变化影响下水源涵养评价框架。该框架可在未来气候变化和不同经济发展的背景下预测土地利用变化和评估水源涵养。基于3种共享社会经济路径和典型浓度路径(SSP1-1.9、SSP2-4.5、SSP5-8.5)的耦合情景对云南省水源涵养进行评价,并利用最优参数地理探测器识别云南省水源涵养时空变化的主要驱动因子。[结果] (1)2000—2030年,耕地、未利用地面积整体减少,水域和建设用地面积逐渐增加,林地和草地呈波浪线变化;不同情景的土地利用变化趋势大致相同,表现为草地>建设用地>耕地>未利用地>水域>林地。(2)2000—2020年水源涵养量总体上呈现逐渐减少趋势,减少2.27×10⁹ m³;受不同气候和土地利用模式的影响,不同情景下的水源涵养量有所差异,其中SSP2-4.5情景下的水源涵养量最高,为9.338×10⁹ m³;空间上呈“西南高东北低”的分布格局。(3)地理探测结果表明,年平均降水量、土壤类型、DEM是影响水源涵养时空分布差异的主要驱动因素,且降水量与其他因素交互显著增强。[结论] 研究根据云南省水源涵养时空分异提出不同建议,为云南省生态系统服务研究和可持续发展路线规划提供科学参考。

摘要:[目的] 为探究玉米秸秆生物炭对西南喀斯特区石灰土水分入渗特征的影响。[方法] 设置5个生物炭施量梯度(0,2%,4%,6%和8%)、3种砾石含量土壤(10%,20%,30%)和无砾石土壤,进行一维积水入渗试验。[结果] (1)随生物炭施量增加,除10%砾石含量外,湿润锋运移深度均逐渐减少,且添加生物炭对含砾石土壤的抑制效果弱于无砾石情况。以60 min为例,无砾石时比未施生物炭(CK)减少10%~27%,3种含砾石情况则分别减少1%~17%,1%~16%,1%~21%,其中施量为8%时,各处理的运移深度最小。(2)生物炭减少石灰土的累积入渗量。无砾石时的累积入渗量比CK减少9%~27%,而含砾石时比CK减少11%~21%,其中砾石和生物炭施量分别为30%和8%时累积入渗量最少,2%施量均无显著影响。(3)随生物炭施量增加,无砾石土壤初始入渗率和稳定入渗率逐渐减小;而对含砾石土壤稳定入渗率的影响比初始入渗率更显著。(4)与Philip模型相比,Horton和Kostiakov模型均能用于拟合本研究中土壤水分入渗过程,但Horton模型的拟合趋势与实际结果更符。[结论] 玉米秸秆生物炭有效减少喀斯特区石灰土的土壤水分入渗,含砾石条件下玉米秸秆生物炭减少土壤水分入渗效果弱于无砾石的均质土。研究结果可为西南喀斯特区石灰土降雨入渗调控、土壤水分管理提供参考。

摘要:[目的] 冰川融水输沙不仅可以反映冰川侵蚀速率,而且是下游河流泥沙的重要来源之一,因此,认识青藏高原地区冰川融水径流中悬移质和推移质动态输沙特征对于冰川地貌演化预测和下游防灾减灾工作具有十分重要的意义。[方法] 基于2023年8月11—24日七一冰川下游河道的水文泥沙实测数据,分别构建流量—水位、悬移质含沙量—流量和单宽推移质输沙率—水流剪切应力之间的相关关系,进而重建整个研究时段的流量、悬移质和推移质动态输沙过程。[结果] 七一冰川融水径流中悬移质含沙量和推移质输沙率受径流变化控制,日变化十分剧烈。悬移质含沙量每日最小值一般出现在10:00,最大值出现在16:00,中值粒径约为0.3 mm。推移质输沙过程与悬移质含沙量的日变化趋势基本相同,但推移质中值粒径远大于悬移质,约12 mm,而且在每日05:00—09:00时段,由于水流搬运能力的限制,没有推移质输沙。就输沙量而言,七一冰川融水输沙以悬移质泥沙为主,推移质日输沙量远小于悬移质日输沙量,约占悬移质日输沙量的1.73%~2.81%。冰面气温是影响冰川融水径流量、悬移质含沙量和推移质输沙率的关键因素,随着冰面气温的增加,径流量和悬移质含沙量均呈线性增加趋势而推移质输沙率呈指数函数增加趋势。[结论] 在未来气候变化情景下冰川融水径流增加时,七一冰川融水径流中悬移质和推移质输沙均将变得更加显著,值得更加重视。

摘要:[目的] 为了探究三峡库区生物结皮发育对土壤饱和导水率的影响及其驱动机制。[方法] 在经果林下选取5个盖度梯度(0~20%,20%~40%,40%~60%,60%~80%,80%~100%)的苔藓结皮样地,以林下无生物结皮覆盖样地为对照,通过野外采样和室内分析测定不同盖度梯度生物结皮的土壤饱和导水率和基本土壤理化性质,利用非线性回归、偏最小二乘回归和结构方程模型等方法明确经果林地土壤饱和导水率随生物结皮盖度的变化规律及其主控因素。[结果] (1)经果林下生物结皮的发育显著增加土壤饱和导水率,与对照相比,0~20%,20%~40%,40%~60%,60%~80%,80%~100%生物结皮盖度梯度的土壤饱和导水率分别增加36.98%,338.09%,407.17%,900.66%,713.11%。(2)随着生物结皮盖度增加,土壤饱和导水率呈近似对数函数趋势增加,当生物结皮盖度＞60%时,土壤饱和导水率趋于稳定。(3)土壤饱和导水率与生物结皮特性及其驱动的土壤理化性质变化显著相关,生物结皮厚度、土壤容重、总孔隙度、饱和含水率和水稳性团聚体含量是导致不同生物结皮盖度土壤饱和导水率存在差异的主控因素。(4)结构方程模型结果表明,生物结皮的发育主要通过间接改良土壤结构(间接通径系数1.655＞直接路径系数0.887)来增加土壤饱和导水率。[结论] 研究结果为三峡库区经果林地生物结皮发育对水文和侵蚀过程的认识提供理论基础,也为经果林地水土流失的防控提供实践指导。

摘要:[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0,75,150,225,300 kg/hm² 5个施磷(P₂O₅)水平,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及较低的磷盈余,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%和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。

摘要:[目的] 土体裂隙可以改变土壤结构,降低土体稳定性,进而加速崩岗发育。深入探究干湿交替条件下花岗岩崩岗区裂隙发育规律,具有重要的现实意义。[方法] 以花岗岩坡面土壤的7个样点为研究对象,分别为坡上红土层(US)、坡中红土层(MS)、坡下红土层(DS)、崩壁红土层(RL)、崩壁过渡层(TL)、崩壁砂土层1(SL1)和崩壁砂土层2(SL2),进行干湿循环试验,结合数字图像处理技术对土体表观裂隙进行定量分析。[结果] (1)花岗岩崩岗区土体R_sc、Na和土体破碎化程度随含水量的降低而增加,7个样点的R_sc、Na、W_a、L_a均随干湿交替次数增加而逐渐降低;(2)集水坡面坡上、坡中红土层及崩壁砂土层裂隙连通度与砂粒呈显著正相关;各样点R_sc与饱和水含量、有机质、阳离子交换量、游离氧化铁呈显著正相关,黏粒/砂粒高的样点R_sc与黏粒/砂粒呈显著正相关。[结果] 花岗岩崩岗区土壤不同土层之间的干缩裂隙发育存在差异,但发育规律基本为发育准备期、快速发育期、发育稳定期3个阶段;花岗岩土壤坡上红土层裂隙主要为干缩裂隙,坡下红土层干缩裂隙较少。

摘要:[目的] 金沙江流域是西南高山峡谷区的重要生态区域。在全球气候变暖背景下,预测并评估金沙江气候及未来径流变化对流域尺度的水土流失防治、防洪减灾和水土资源规划具有重要意义。[方法] 基于VIC模型模拟金沙江流域的水文过程,对CMIP6全球气候模式下的2种排放情景(SSP2-4.5、SSP5-8.5)的20个气候模式及多模式集合平均(MMEA)的数据进行降尺度处理,预测2015—2100年径流变化趋势。[结果] (1)历史径流模拟显示,模型模拟值与实测值的纳什效率系数超过0.6,BIAS (相对偏差)绝对值控制在0.15以内,表明VIC模型适用于模拟金沙江流域水文过程;(2) VIC模型模拟的水文过程分量显示,降水量从上游到下游递增,蒸散发在中下游较高,地表径流和基流的多年平均值从上游到下游递增,且存在显著差异;(3)基于EEMD (集合经验模态分解)的统计降尺度方法对比单模式和(MMEA)的模拟结果发现,观测数据与MMEA匹配度最高。在未来SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,模拟结果显示高辐射高排放情景(SSP5-8.5)下水文要素变化更显著,尤其是蒸散发增加趋势明显。[结论] 径流量模拟显示,SSP2-4.5情景下年平均径流量变化不明显,而SSP5-8.5情景下年平均径流量呈小幅增长趋势。未来年内月径流量在SSP5-8.5情景下大多数月份高于SSP2-4.5情景。研究结果以期为金沙江流域水资源评估与管理、生态综合治理提供一定参考依据。

摘要:[目的] 为揭示栗子坪自然保护区林分类型对土壤有机碳、氮、磷含量的垂直分布特征、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-云杉针叶混交林和石棉玉山竹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) C/N在青冈-川杨阔叶混交林、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;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比值旱季时依次为17.00~37.33,62.72~114.5,3.09~5.18,雨季时依次为17.72~39.16,63.21~90.72,2.39~5.80;(4)旱季、雨季C/N和C/P均高于全国平均水平(11.90,61.00),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(5.20),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。

摘要:[目的] 为定量解析喀斯特地区农业干旱对单因子的响应机制。[方法] 利用泰森多边形及K阶均值聚类对贵州省83个站点年平均降雨量进行面积计算及分类,将贵州省划分为5个区域,并基于各分区降雨量(Pre)、平均气温(T)、潜在蒸散发(E)、风速(W)、气压(P)、土壤水分(SW)、标准化土壤水分指数(SSI)建立向量自回归(VAR)模型,通过脉冲响应与方差分解分析不同时间尺度农业干旱对各气象因子及土壤水分含量的响应机制。[结果] (1)农业干旱呈现西高东低,总体由南往北逐渐减轻;春、夏季农业干旱强于秋冬季。(2)年尺度各因子对SSI脉冲响应达峰值所需时间为Pre＜E=W＜P＜SW＜T,恢复平稳期则为Pre＞W＞T＞E＞P＞SW。由月尺度到年尺度,岩溶发育较强区域E对SSI脉冲达峰值所需时间缩短2期;SW与之相反,且非岩溶地区比岩溶地区恢复平稳期短。(3)降雨量在农业干旱中占主导地位,降雨与风速随时间尺度增加在农业干旱中作用增强,其农业干旱贡献比例月、季、年分别为31.88%,34.25%,58.33%和1.07%,3.15%,12.88%。[结论] 研究成果可为喀斯特地区农业干旱预警提供参考理论依据。

摘要:[目的] 为了在大气CO₂浓度不断升高的背景下准确估算植被净初级生产力(NPP)。在Carnegie-Ames-Stanford Approach (CASA)模型中引入CO₂浓度因子,来模拟不同植被类型的最大光能利用率,并在此基础上对改进后模型的NPP估计潜力进行探索。[结果] 2000—2020年,年平均大气CO₂浓度在中国陆地范围均表现为显著升高趋势,平均增幅为2.14 μmol/(mol·a);纳入CO₂胁迫因子后,植被类型按最大光能利用率从大到小为农田＞常绿阔叶林＞混交林＞针叶林＞灌丛＞湿地＞草地(1.85,1.69,1.30,0.87,0.52,0.40,0.40 g/MJ);CASA_CO₂模型对NPP的估算精度相比于原CASA模型得到提高,CASA_CO₂模型在植被水平和综合水平的NPP模拟值与实测值之间的R²分别提升-0.1%~3.7%和0.5%,RMSE分别降低0.3%~9.2%和0.7%,年NPP估算结果的RMSE降低1.9%;CASA_CO₂模型改善CASA模型对整体NPP的低估,由10.62%降至9.81%,CASA_CO₂模型对春季、秋季和冬季的整体NPP分别低估5.11%,2.72%,2.51%,夏季高估0.53%。[结论] 在模型中考虑CO₂浓度变化对植被的影响,可以提高NPP估算的精度。

摘要:[目的] 为探究不同季节及降雨类型下,林分冠层结构发生改变对降雨分配特征的影响。[方法] 以喀斯特区典型灌木林为研究对象,选取3个10 m×10 m的样地,分别进行30%(TC₃₀)和10%(TC₁₀)的植被剔除,并以不剔除(TC₀)作为对照,分别于旱雨季对剔除处理后各样地的穿透雨、树干径流等进行监测。[结果] 旱雨季不同降雨类型下,各样地穿透雨率为72.3%~96.6%,不同剔除比例下样地间穿透雨率总体上无明显差异。无论在旱季或雨季,树干径流率在各降雨类型下均表现为TC₀(5.6%~13.9%)＞TC₁₀(4.8%~8.1%)＞TC₃₀(2.1%~6.1%),其中旱季中雨、雨季大雨和雨季暴雨下差异显著(p＜0.05)。相较TC₀和TC₁₀,TC₃₀样地的降雨输入量(穿透雨+树干径流)在旱季或雨季均为最高(分别为98.9%和94.8%)。[结论] 综上可知,剔除植被对穿透雨率影响不明显,但可显著降低树干径流率,且适当疏林可提高降雨输入量,增加土壤和植被可用水量,提高降雨-土壤水转化效率,研究结果可为喀斯特区提高降水资源利用效率提供参考。

摘要:[目的] 为了探究针阔混交改造措施对红壤侵蚀区恢复马尾松林土壤碳库稳定性的影响。[方法] 以福建长汀不同恢复年限(Y10、Y20、Y41)马尾松林(CF)和相对应的针阔改造林(MF)作为研究对象,通过物理分组方法将土壤有机碳分为颗粒态有机碳(POC)和矿质结合态有机碳(MAOC),分析林分改造过程对不同土壤剖面土壤有机碳组分的影响。[结果] (1)相比于马尾松纯林,混交林显著增加MAOC和0—10 cm土层SOC、POC含量,并避免长期恢复马尾松林MAOC的消耗;(2)林分改造显著降低Y20-MF中10—20,40—60 cm土层及Y41-MF中0—20 cm土层POC/SOC,但显著增加Y10-MF中20—60 cm土层及Y41-MF中0—10 cm土层MAOC/SOC;(3)随着年限的增加,混交林中0—10 cm土层MAOC/SOC持续增加,POC/SOC显著降低,而马尾松林则相反;(4)线性拟合发现,POC、MAOC均与SOC呈显著正相关,但混交林土壤SOC增加更多依赖MAOC的增加,而马尾松土壤SOC的增加更多的以非稳定性碳组分(POC)为主;(5)冗余分析表明,DOC、TN、TP、NH⁺₄共同解释碳组分变化的66.2%,表明林分改造后土壤养分有效性的增加是混交林MAOC积累的关键。[结论] 亚热带红壤侵蚀区林分改造通过提升土壤养分有效性,增加稳定碳库的积累从而避免长期恢复过程中土壤碳库流失。

摘要:[目的] 秦巴山片区不仅是我国重要的生态功能区,也是国家集中连片特困区,加强生态敏感性评价,揭示其地形梯度特征,对于山区生态红线划定和生态高地建设具有重要价值。[方法] 借助GIS技术,以土地利用/覆被、气候、地形和土壤等数据为基础,综合采用线性加权求和法、熵权法、空间叠置法等,评价区域生态敏感性,并进行敏感性功能区划。[结果] (1)2000—2018年秦巴山片区生态敏感性呈现波动性变化,2010年以后生态敏感性有所降低;(2)水平方向上呈现南高北低的格局,巴山山区县生态敏感性高于秦岭山区县;(3)垂直方向上,随着地形的增加,生态敏感性呈现"先增加后降低再增加"的态势;在海拔900 m附近最高;重度以上生态敏感性在地表切割深度75~200 m和坡度15°~25°分布面积最广;(4)基于生态敏感性评价结果,将秦巴山片区分为重点建设区、适度开发区、水土保持区、一般生态区和重要生态功能区,归纳各功能区土地利用和生态敏感性特征,并提出生态保护对策。[结论] 未来要持续优化土地利用格局,加强坡度15°以上和中低地形位区域的山水林湖田草综合整治与生态修复。

摘要:[目的] 通过探究植物根系分泌物中的低分子量有机酸对紫色土壤金属阳离子释放的具体影响机制,解析植物根系在矿物风化和土壤形成中的作用。[方法] 采用有机酸浸提试验,研究不同低分子量有机酸下紫色土结构崩解特征及风化过程中离子的释放规律,定量分析释放速率与时间的相互关系,并探讨不同有机酸对化学蚀变指数(CIA)的影响。[结果] 有机酸处理能显著提高紫色土风化产物的CIA值,增幅为7.25%~15.42%,在相同浓度下,柠檬酸较草酸更能加速风化过程;电镜(SEM)扫描结果显示有机酸促进紫色土的结构破坏,Matlab软件分析进一步表明有机酸浸提处理促进土壤矿物表面孔隙的发育,降低土壤颗粒的均匀程度;不同浓度的低分子量有机酸(LMWOAs)浸提处理时土壤金属阳离子释放速率不同,且随着浸提时间的持续,释放速率逐渐降低。金属离子的释放速率随有机酸浓度的增加而增加,且离子释放总量整体呈现Fe³⁺ >Mg²⁺>Mn²⁺> K⁺> Ca²⁺> Na⁺的规律,通过多元非线性回归建立溶液酸度变化条件下的金属阳离子释放速率的定量分析模型发现,金属阳离子的释放速率与时间之间存在显著的指数函数关系。[结论] 低分子量有机酸浸提促进紫色土金属阳离子释放和风化,且柠檬酸较草酸显著。

摘要:[目的] 重庆是位于西南丘陵腹地的特大都市区,人口集聚及粗放的经济发展导致城市景观的快速爬坡和蔓延,城乡二元及立体的空间结构,直接影响景观的结构、功能及可持续性,亟待开展生态风险的时空动态、坡谱特征及未来流转情景的预测。[方法] 基于1990—2020年及SSPs-RCPs的土地利用/覆被数据,整合景观生态风险评估模型,刻画重庆市的景观生态风险的时空动态及爬坡规律,预测2035年和2050年SSPs-RCPs 5种情景的生态风险及空间流转特征。[结果] (1)重庆生态风险指数由1990年的0.14下降到2020年0.12,生境质量总体提升,呈自然景观(除林地)＞人造景观的生态风险,其中城市景观随着城-乡的密度递减,生态风险呈递增趋势,草地的生态风险呈反向梯度;(2)渝东北和东南的大巴山及武陵山生态屏障区的风险低,渝西南及河谷丘陵区高,低和较低风险占全域面积90%以上;(3)89.4%的景观分布于坡度≥5°的地区,分布于坡度＞7.5°的生态屏障区的修复工程,显著降低高坡度水土流失或石漠化等风险;(4)比较2035年和2050年SSPs-RCPs的生态风险及空间流转情景,SSP1的发展路径最可持续,城市景观爬坡及蔓延区的生态风险将继续增加,长江沿岸消落带和武陵山、大娄山的陡坡区和矿山的治理及修复将有效降低风险。[结论] 山地都市区的景观可持续亟待科学-实践-政策的协同治理、科学的景观规划及管理与跨部门和公众的协作。

摘要:[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] [HTSS] 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变化分别为19.74~35.11,1.74~3.19,1.60~1.69 g/kg,C、N均表现为随土层深度的增加而递减,其中刺槐+山杏林地的C、N在0—80 cm土层显著高于其他类型,P在各类型和土层间均无显著性差异。土壤C∶N在0—40 cm土层刺槐林显著较低,40—100 cm土层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0—100 cm土层碳储量为5.98~38.21 t/hm²,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。

摘要:[目的] 为探究不同掺砂量对中度盐碱土壤水力特性和溶质运移过程的影响。[方法] 采用室内土柱试验,设置4种掺砂比例CK (掺砂0)、B1(掺砂10%)、B2(掺砂15%)、B3(掺砂20%),研究中度盐碱土壤在不同掺砂量条件下的土壤水力特性和溶质运移过程变化规律并进行模型模拟。[结果] (1)掺砂量在0~20%内,中度盐碱土掺砂明显影响土壤水分特征曲线变化,掺砂比例越大,曲线越靠近Y轴。在任一吸力条件下土壤含水率表现为CK＞B1＞B2＞B3。且掺砂比例越大,土壤小孔隙数量越多,微小孔隙减少,土壤持水性能减弱。土壤的饱和导水率随掺砂量的增加而增大。(2)随掺砂量的增加,溶质穿透曲线明显左移,初始穿透时间、完全穿透时间及穿透总历时均减少,B1、B2、B3处理总穿透历时分别比CK减少34.48%,47.22%,69.71%。(3) CED方程和两区模型均能较好地模拟掺砂条件下土壤中溶质运移状况,但相较于CDE方程,两区模型的拟合精度更高。对两区模型拟合参数进行分析发现,随掺砂量的增加,土壤孔隙流速、可动区含水比率和质量交换系数逐渐增大,而水动力弥散系数和弥散度呈减小趋势。[结论] 盐碱土掺砂能够有效改善土壤水力特性,促进溶质在土壤中运移,有助于缓解盐碱对作物生长的不利影响。研究结果可为盐碱土改良与治理工作提供参考,为未来的研究和实践提供理论支持和实践指导。