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    2024年第38卷第1期
    • 余新晓, 武昱鑫, 贾国栋

      2024,38(1):1-13, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.039

      Abstract:

      [目的] 陆地生态系统中的碳循环和水循环是陆地生态系统物质和能量循环的核心,也是连接地圈、生物圈和大气层的纽带。森林植被是陆地生态系统的重要组成部分,是表征陆地碳-水循环的重要变量,在维持生物圈和大气圈的动态平衡中发挥着重要作用。目前,对陆地生态系统中碳-水循环的耦合关系和机制缺乏系统的分析和总结。[方法] 从森林植被碳与水过程及其相互作用、植被水分利用和耦合机制的角度,综述了森林植被碳与水循环过程及其相互作用的研究与进展,以及不同空间尺度(叶片到区域/全球尺度)碳-水耦合的定义、方法、进展和展望。[结果] 新兴的技术和方法实现了不同尺度碳水过程的高频观测,WUE等耦合指标体系推动了碳水耦合机制的研究和发展。[结论] 通过系统阐述植被碳水耦合关系的多尺度整合和碳水耦合机理,为系统认识森林碳水耦合机理和水资源管理提供了理论基础,对未来植被经营管理决策具有重要的科学支撑意义。

    • 杨文博, 刘娜, 蔡强国, 孙莉英

      2024,38(1):14-21, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.036

      Abstract:

      [目的] 针对水力侵蚀对土壤碳循环"源汇"效应争议,综述水力侵蚀对土壤有机碳矿化作用和土壤微生物多样性的影响机制,提出未来定量研究的方向与注意事项。[方法] 在提出水力侵蚀对土壤碳循环"源""汇"效应概念和理论的基础上,分析现阶段研究中水力侵蚀对土壤碳循环"源汇"效应争议的核心问题,进而探讨水力侵蚀导致不同种类土壤微生物多样性变化的差异及其作用机制。[结果] 水力侵蚀过程导致土壤有机碳矿化作用形成碳循环中的"源"效应,而沉积过程导致有机碳迁移至低洼处固存形成碳循环中的"汇"效应,微生物的呼吸和分解作用可能解释土壤碳循环中消失的碳"汇"问题;水力侵蚀过程削弱细菌群落结构复杂性,而沉积过程可增加细菌群落结构的复杂性,但侵蚀和沉积过程都可能降低土壤真菌的α多样性和群落结构复杂性;水力侵蚀过程通过影响土壤有机碳含量、植被覆盖度和土壤pH等因素间接影响土壤微生物多样性。[结论] 未来研究应强化不同尺度水力侵蚀过程对土壤碳循环的影响机制、水力侵蚀过程与土壤微生物多样性的相互作用机制及水力侵蚀过程中土壤微生物对碳循环的影响机制相关量化研究。

    • 张元元, 高建恩, 李文证, 高哲, 王照润, 王鹭

      2024,38(1):22-30,39, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.016

      Abstract:

      [目的] 为探明磷素对含沙水流流体变异特性的影响。[方法] 采用自制双竖管流变仪,研究了磷素对不同浓度含沙水流流体类型、流变参数及流体发生变异的临界阈值的影响。[结果] (1)磷素浓度、泥沙浓度及泥沙理化性质是影响含沙水流发生流体变异的主要因素。在25 ℃下,过磷酸钙浓度每增加0.1 g/cm3,黏滞系数和宾汉极限剪切力分别增加0.48~1.47 mPa·s和3.49~6.84 N/m2。(2)随着磷素和泥沙含量的增大,含磷素的含沙水流由牛顿流体变异为宾汉流体。构建并验证了磷-泥沙水流黏滞系数和宾汉极限剪切力等流变参数的计算模型。(3)给出了磷-泥沙水流流体变异的临界浓度阈值。当磷素浓度从0增加至0.45 g/cm3时,含沙水流的流体变异临界浓度阈值降低49%,说明磷素的存在加速了含沙水流的流体变异。[结论] 磷素的增加使得侵蚀水流更容易由牛顿流体变异为宾汉流体,从而影响侵蚀流内部的能量耗散过程,研究结果为深入认识侵蚀污染水流的输移机制提供了新的科学基础。

    • 白力鑫, 何丙辉, 李天阳, 梁珂

      2024,38(1):31-39, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.027

      Abstract:

      [目的] 为探究长期施肥与耕作对紫色土坡耕地产流产沙的影响。[方法] 试验规定各小区均采用冬小麦-夏玉米轮作的紫色土坡耕地典型种植模式,在15°紫色土坡耕地设置5种处理:顺坡耕作无施肥(CK)、顺坡耕作有机肥与化肥配施(T1)、顺坡耕作单施化肥(T2)、顺坡耕作单施化肥增量(T3)、横坡垄作单施化肥(T4),每种处理重复3次。在2008—2020年,共监测107场侵蚀性降雨事件,分析了不同事件降雨量及施肥耕作处理下径流深、泥沙量、泥沙含量的变化特征。[结果] 不同施肥耕作处理中,单位面积年产流深最大为100.37 mm,最小为4.56 mm。除T2与T3处理径流深差异不显著(p>0.05)外,其余处理间径流深差异显著(p<0.05),且均显著小于CK处理,均值大小依次为CK>T3>T2>T1>T4。除T1与T2处理泥沙量差异不显著(p>0.05)外,其余处理间泥沙量差异显著(p<0.05),且显著小于CK处理,均值大小依次为CK>T3>T2>T1>T4。T1、T2、T3的泥沙含量差异不显著(p>0.05),但均显著小于CK处理(p<0.05)且显著高于T4处理(p>0.05),均值大小依次为CK>T3>T1>T2>T4。各处理下的泥沙含量与降雨量均呈幂函数负相关(p<0.05)。[结论] 顺坡耕作有机肥与化肥配施及横坡垄作对减少紫色土坡耕地地表径流、泥沙的产生贡献较大。

    • 王鑫雨, 范昊明

      2024,38(1):40-48,59, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.029

      Abstract:

      [目的] 融雪侵蚀是东北黑土区主要土壤侵蚀形式之一,是该区土地退化的重要作用力,融雪径流侵蚀力是计算融雪径流侵蚀量的关键因子,因此研究融雪径流侵蚀力具有重要意义。融雪径流侵蚀力主要受积雪深度、辐射强度及升温速率影响,其主要驱动力包括融雪速率和地表径流作用。[方法] 通过计算近31年日均融雪径流侵蚀力,分析东北黑土区融雪径流侵蚀力时空分布特征,并利用地理探测器辨析各区域融雪径流侵蚀力的主要影响因子。[结果] 3个黑土亚区1990—2020年日均融雪径流侵蚀力均呈现先增大后减小态势,近些年逐步趋于稳定,多年日均融雪径流侵蚀力为0.01 (MJ·mm)/(hm2·h·a);空间上多年日均融雪径流侵蚀力在0~0.21 (MJ·mm)/(hm2·h·a)范围内,基本呈现中间小、四周大规律。融雪径流侵蚀力影响因子空间上表现为积雪深度北部大、南部小,太阳辐射强度呈现由西向东递减,升温速率值从北部向南部递减。通过地探测器辨析融雪径流侵蚀力影响因子作用强弱发现,升温速率对蒙东黑土亚区作用最强,而积雪深度对松嫩黑土亚区及三江黑土亚区作用最强。[结论] 通过分析1990—2020年东北黑土区融雪径流侵蚀力时空特征及其影响因子,对于深化研究区融雪径流侵蚀特征及融雪侵蚀防控具有一定的理论和实践意义。

    • 谢骁健, 苏正安, 周涛, 王丽娟, 周铃

      2024,38(1):49-59, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.018

      Abstract:

      [目的] 为查明桑干河流域的泥沙主要策源地和侵蚀产沙变化。[方法] 选取阳原县高墙乡典型淤地坝沉积泥沙为研究对象,利用复合指纹识别技术,测定沉积泥沙及其源地的土壤粒径、SOC、TN、137Cs、低频质量磁化率等9种指纹因子,研究了不同淤积阶段的泥沙策源地及坝控小流域侵蚀产沙演变规律。[结果] (1)沉积泥沙中137Cs平均含量较低,与沟壁土壤无显著差异(p>0.05),但极显著小于林草地和耕地的137Cs含量(p<0.01),这指示淤地坝沉积泥沙主要来源于沟壁;(2)由于沟壁中大部分137Cs含量低于检出限,137Cs较好地指示泥沙主要来源沟谷地中的沟壁,但难以用于小流域多种策源地的判别,经Kruskal-Wallis H非参数检验和多元逐步判别分析筛选,确定TN+Xlfb+SOC构成最佳指纹因子组合,有效地判别小流域2006—2017年泥沙源地的平均贡献率为沟壁(82.68%±8.20%)>耕地(15.36%±8.46%)>林草地(1.96%±0.33%);(3)在小流域侵蚀产沙过程中,沟壁长期是主要的泥沙贡献区,林草地对侵蚀性降雨的响应较弱,耕地在极端暴雨发生时其泥沙贡献率显著上升。[结论] 137Cs核素示踪技术有效地适用于该区小流域主要泥沙策源地判别,复合指纹技术则可以更好地厘定多元泥沙策源地。沟蚀引起的沟壁崩塌是桑干河流域土壤侵蚀严重的主要原因。

    • 赵丽娜, 李瑞, 袁江, 敬俊

      2024,38(1):60-69,78, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.032

      Abstract:

      [目的] 西南喀斯特区土壤侵蚀问题十分突出,严重影响着区域社会经济的可持续发展。而喀斯特流域特征环境因子如何影响土壤侵蚀的直接驱动力—径流侵蚀力,目前尚不十分明晰。[方法] 以西南喀斯特地区的野纪河流域为例,基于流域出口水文站长系列高频实测数据,采用水土评估工具(SWAT)和偏最小二乘模型(PLSR)评估了2005—2020年流域径流侵蚀力的时空演变特征,解析了主要喀斯特环境因子对径流侵蚀力的影响。[结果] 流域多年平均径流侵蚀力为2 326.47 m4/(km2·s),并具有较强的空间异质性,2005年径流侵蚀力高值主要分布北部和中部,而2010—2020年,径流侵蚀力高值区逐步向中南部转移。时间上,受益于岩溶区"十一五"以来坡耕地水土流失综合治理、石漠化综合治理等生态修复工程的实施,野纪河流域径流侵蚀力总体上呈降低趋势。岩性、基岩裸露、坡度是影响野纪河流域径流侵蚀力变化的主导控制因子,对径流侵蚀力时空分异的共同解释度达57.7%。[结论] 研究结果可为喀斯特流域水侵蚀导致的水土流失综合防治提供理论参考,有助于制定更加精准和有效的政策和措施,改善喀斯特区生态环境,促进该地区的可持续发展。

    • 池金洺, 于洋, 冯娟龙, 朱锐鹏, 左启林, 朱洪盛

      2024,38(1):70-78, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.023

      Abstract:

      [目的] 为揭示流域土壤侵蚀时空变化特征并开展可持续流域治理工作。[方法] 基于妫水河流域1995—2018年降雨、土壤、数字高程模型及土地利用数据,采用GIS技术与RUSLE模型的方法定量分析妫水河流域土壤侵蚀时空特征,并对流域土壤稳定性进行评价。[结果] (1)1995—2018年,流域内林地和草地面积均呈下降的趋势,2018年林地和草地面积分别为4.41×104,0.84×104 hm2,较1995年分别下降13.52%和10.61%。耕地面积由1995年的3.53×104 hm2增加至2018年的4.07×104 hm2。建筑用地面积逐渐增加,由1995年的0.59×104 hm2增加到2018年的1.90×104 hm2。(2)妫水河流域内土壤侵蚀模数呈波动性变化,由1995年的8.71 t/(hm2·a)降至4.56 t/(hm2·a)后,于2018年升至11.07 t/(hm2·a)。(3)妫水河流域土壤侵蚀强度以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,1995—2015年,土壤侵蚀强度逐渐降低并保持稳定,中度及以上土壤侵蚀面积比例由4.95%降至3.05%,2018年后升至7.42%。(4)妫水河流域在研究时段内土壤稳定性降低,不稳定土壤面积升高。[结论] 妫水河流域城市化的进程中,林草覆盖度略有降低;土壤侵蚀强度整体下降,但在后期略有提高;不稳定土壤所占面积较少。研究结果可为妫水河流域综合治理及土地利用规划提供依据。

    • 李小宇, 信忠保, 杨俊柳, 柳金昊

      2024,38(1):79-90,103, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.009

      Abstract:

      [目的] 为了解青海河湟谷地植被时空变化情况,明晰气候变化、土地开发利用及人类活动等因素对植被变化的影响。[方法] 利用2000—2020年MODIS NDVI数据集表征植被变化,基于Theil-Sen Median趋势检验法、偏相关性分析、地理探测器等方法,探究青海河湟谷地NDVI时空变化情况及其与气温、降水、坡度、土壤类型和人类活动等影响因素的关系。[结果] (1)近20年河湟谷地植被NDVI呈波动增长趋势,显著增长区域面积为2.21×104 km2(p<0.05),占河湟谷地总面积的53.39%;植被NDVI显著下降区域面积为7.04×102 km2(p<0.05),主要分布在湟水谷地中部,占总面积的1.69%;(2)自然因素上,NDVI与气温、降水呈正相关区域分别占总面积的50.32%,80.14%。植被显著上升的区域主要分布在海拔2 800~3 100 m、坡度15°~20°、坡向为北向的区域。在高程小于3 200 m范围内,植被NDVI变化随高程增加呈现上升趋势,其中显著上升区域占总面积的54.37%。人类活动因素上,NDVI与人口密度、夜间灯光呈正相关区域分别占总面积的50.52%,38.53%。植被NDVI在森林、灌木、草地及建设用地上呈显著向好趋势。(3)综合偏相关性分析与地理探测器对植被NDVI变化归因分析可知,不同土壤类型上植被变化差异明显,年降雨量和人类活动是河湟谷地植被NDVI变化主要影响因素,各影响因素间存在交互作用,呈现相互增强和非线性增强关系。[结论] 研究结果揭示了河湟谷地植被NDVI时空变化特征,明确了自然因素与人为因素对植被NDVI变化的驱动机制,可为未来青海省河湟谷地生态保护、建设规划以及生态工程实施提供理论支撑。

    • 杨严攀, 田培, 沈晨竹, 平耀东, 贾婷惠, 乐雪, 黄建武

      2024,38(1):91-103, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.015

      Abstract:

      [目的] 水土流失是鄂西南突出的生态问题,合理评估该区域的土壤侵蚀脆弱性,并探究其驱动机制是采取有效水土保持措施的前提。[方法] 从人地耦合系统视角分析自然和社会经济因素对鄂西南土壤侵蚀的影响,从暴露度、敏感性和适应能力3个方面构建了鄂西南土壤侵蚀脆弱性评价指标体系,并采用综合赋权法确定指标权重。[结果] (1)2010—2020年鄂西南土壤侵蚀脆弱性总体上呈现先降低后升高的趋势,强烈及以上强度的土壤侵蚀脆弱性呈现零星的碎片化分布格局,且主要集中在鄂西南的中南部和东部宜昌市辖区的西部地区;(2)研究区敏感性最高的区域集中在海拔800~1 500 m,敏感性在坡度25°~35°最大,并呈现出向两侧递减的趋势,当坡度>15°时,较高及以上敏感性面积急剧增加;(3)较高及以上土壤侵蚀脆弱性高于土壤侵蚀强度,较低及以下土壤侵蚀脆弱性低于土壤侵蚀强度,土壤侵蚀脆弱性与土壤侵蚀强度存在协同变化趋势;(4)土壤侵蚀脆弱性的分布格局是多因素协同作用造成的,地理探测器的分析表明坡度、植被覆盖度、教育质量和城镇化率对土壤侵蚀脆弱性的解释力较强。[结论] 未来需要高度重视对坡度>15°地区植被覆盖的保护,并通过提高当地的教育质量,加强水土保持的宣传力度,提升当地居民的水土保持意识。

    • 张兴存, 蒋玉琳, 王玉杰, 祁子寒, 王云琦

      2024,38(1):104-112,121, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.030

      Abstract:

      [目的] 在滑坡易发性评价中,滑坡预测模型的选取和优化对运算过程的高效性和预测结果的准确性至关重要。针对现有单目标遗传优化算法(genetic algorithm,GA)易陷入早熟、局部搜索能力差、全局优化速度慢等问题,拟提出一种新的优化算法框架,将多目标遗传算法中的经典算法—带精英选择策略的非支配排序算法(the nondominated sorting genetic algorithm with an elite strategy,NSGA-Ⅱ)与常用机器学习模型[随机森林(random forest,RF)、支持向量机(support vector machine,SVM)]相结合,进行滑坡易发性预测。与单目标优化不同的是,NSGA-Ⅱ算法可同时进行特征选择和超参数优化,并使预测模型同时实现最优准确度、召回率、精密度和AUC(area under curve,AUC)。[方法] 以三峡库区重庆段为研究区,从模型精度评价、滑坡灾害易发性分区图、分区统计3个方面对4种优化模型(RF-GA、SVM-GA、RF-NSGA-II、SVM-NSGA-II)进行对比分析。[结果] NSGA-II较GA优化效果更明显,在模型评价和滑坡易发性分区方面,RF-NSGA-II模型具有更高的预测性能,4项评价值分别为80.91%,81.89%,80.07%,88.60%,证明NSGA-II优化算法的有效性;极低至极高危险区面积占比依次为23.06%,22.46%,22.96%,19.99%,11.53%,验证了RF-NSGA-II模型的可靠性。由RF-NSGA-II模型预测得到的易发性图表明,高和极高易发性区集中在研究区北部,且由东向西呈带状分布。[结论] 研究采取的基于多目标选择的RF-NSGA-II模型,为滑坡易发性评价中机器学习模型调优提供新思路。

    • 王丽园, 赵体侠, 朱文博, 朱连奇

      2024,38(1):113-121, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.003

      Abstract:

      [目的] 秦岭—大巴山地(秦巴山地)是我国重要的南北地理—生态过渡带主体,对秦巴山地的土壤侵蚀研究将有助于该区域的生态保护和水土资源管理。[方法] 基于RUSLE模型计算秦巴山地的土壤侵蚀模数,并量化分析了该区域的土壤侵蚀的时空分布格局。[结果] (1)2000—2020年秦巴山地的微度侵蚀面积呈上升趋势,轻度侵蚀及其以上等级的土壤侵蚀面积均呈下降趋势;从空间来看,秦巴山地东北和西南部的土壤侵蚀等级较高,中间较低;(2)秦巴山地的土壤侵蚀相对集中在500~1 500 m、坡度15°~25°区域内;(3)秦巴山地发生土壤侵蚀最主要的土地利用类型为林地,耕地、林地的微度侵蚀以及草地的微度、剧烈侵蚀面积呈上升趋势;(4)秦巴山地土壤侵蚀主要分布在陕西、四川和甘肃,且甘肃和四川的剧烈侵蚀呈上升趋势。[结论] 2000—2020年秦巴山地的侵蚀面积和强度呈"双下降"的态势,其整体侵蚀状况好转,但侵蚀分布存在明显空间差异。

    • 邱婷, 沈雪, 蔡崇法, 户小会

      2024,38(1):122-129, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.022

      Abstract:

      [目的] 综合考虑梯田土壤性质、梯田形态及降雨雨型的差异,构建梯田蓄水保水效益的估算方法及框架。[方法] 运用土壤水库计算模型与入渗模型,探讨蓄满产流和超渗产流模式下梯田土壤水分的预测方法;基于Richards方程,分析不同田坎边界的土壤水分入渗二维分异。在此基础上,进一步对前峰型、均匀型、后峰型、阶梯型4种降雨雨型下产生的单一产流模式或2种产流模式均存在时土壤水分运动进行情景分析。[结果] (1)提出梯田蓄水效益分布式估算方法,计算单个梯田田块土壤最大蓄水容量(WM);(2)对不同田坎类型的梯田而言,浆砌石坎梯田防侧渗效果最好,土坎梯田防侧渗效果最差,且孔隙大、密度小、修筑时间短的新土坎梯田比修筑时间长的土坎梯田在发生侧渗时损失水分更多;(3)得出不同雨型下蓄满产流的临界时间(t)。[结论] 该估算方法可大幅度降低对野外设施、设备的依赖程度,降低投入成本,借助野外调查采样,基于模型模拟估算梯田蓄水效益。此外,该方法可根据单个梯田田块蓄水效益分布式计算数据,在区域尺度上估算梯田蓄水保水效益,以期为不同区域梯田的蓄水效益估算提供参考。

    • 闫奕飞, 白强, 孙虎, 王宁, 劳显然

      2024,38(1):130-139, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.002

      Abstract:

      [目的] 黄河流域是我国重要的生态保护屏障,但其生态环境脆弱,研究黄河流域植被变化与产水服务之间的关系,为其生态建设和高质量发展提供保障。[方法] 基于NDVI数据和InVEST模型,采用趋势分析和相关分析方法,将植被变化与水源供给服务相结合,对2001—2020年黄河流域NDVI与产水服务的时序变化和空间特征进行分析,研究NDVI与产水服务的趋势变化和相互关系。[结果] (1)黄河流域NDVI与产水深度均呈现增加趋势,增速分别为0.05 /10,18.215 mm/10 a,NDVI以明显增长为主,产水深度则以不明显增长为主,此外,流域产水量也不断增长。(2)NDVI与产水深度联系紧密,二者在时间上呈显著正相关,相关系数为0.75(p<0.01),空间上表现出东北正相关-西南负相关的空间分化。(3)较高植被覆盖度下产水深度增加速率最高,不同植被覆盖度下NDVI与产水深度均以正相关为主,但随着植被覆盖度增多,NDVI与产水深度的负相关比例不断增加,表明目前各类植被覆盖度下NDVI对产水的影响均是积极的,但随着植被覆盖度增加,其对产水深度的消极影响也不断增加。[结论] 黄河流域NDVI与产水服务近年来都呈现增长态势且密切相关,目前的植被恢复对产水依然表现出积极作用,但要注意过度植被恢复对植被生长产生消极影响,适度的植被恢复对黄河流域的产水服务有益。

    • 鲁仕宝, 王少华, 裴亮, 邓伟升, 唐鸿磊

      2024,38(1):140-148, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.021

      Abstract:

      [目的] 水土资源是城市发展的重要生产要素,是探索黄河中游城市群水土资源利用过程中的关键因素,对科学促进黄河中游城市群经济快速发展具有重要意义。[方法] 以黄河中游三大城市群为例,通过运用LMDI加法模型对2010—2019年黄河中游三大城市群分别构建影响水资源消耗量变化及城市建设用地数量变化的因素分解模型,计算并比较不同驱动因素的效应值。[结果] (1)水资源利用效率提高和产业结构的优化能够抑制水资源消耗量的增加,而经济规模和人口规模扩大则促进其增加。(2)产业规模、经济规模及人口规模扩大对建设用地扩张存在推动作用,而城市建设用地消耗强度对建设用地扩张具有抑制作用。(3)对于水资源利用量变化,黄河中游不同城市之间产业结构优化水平存在较大差距;对于城市建设用地变化,三大城市群总效应值比较结果为关中平原城市群>中原城市群>晋中城市群。[结论] 基于区域差异和时间差异角度探讨黄河中游城市群水土资源利用的影响因素,有助于丰富水土资源可持续利用的相关研究,为黄河中游城市群的可持续发展提供理论指导。

    • 胡佳岚, 李双双

      2024,38(1):149-157, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.008

      Abstract:

      [目的] 在陕西3大地理单元中,秦巴山区土壤侵蚀强度仅次于黄土高原。明晰秦岭南北夏季昼晴夜雨强度与气候变暖的响应关系,对区域土壤侵蚀防治具有重要的意义。[方法] 基于1970—2020年逐日降水数据,辅以BG分割法、经验正交函数和Lasso回归等方法,对秦岭南北地区夏季昼晴夜雨强度时空变化特征及其影响因素进行分析。[结果] 1970—2020年,秦岭南北夏季昼晴夜雨强度呈现显著增加趋势。空间上,秦岭南北夏季昼晴夜雨强度主导模态为全区一致增强。其中,1 000 m以下的谷地和平原区,是夏季昼晴夜雨强度变化的敏感区。在影响因素上,秦岭南坡、汉江谷地夏季昼晴夜雨强度变化与气象因子相关性高于关中平原。其中,秦岭南坡夏季昼晴夜雨强度主导气象因子为日照时间,而汉江谷地则受日照时间和平均风速的共同影响。[结论] 2003年后秦岭南北夏季昼晴夜雨强度存在突变增强。以白天高温、夜间强降水为侵蚀形态的降水类型,将成为秦岭南北水土保持防治的重点。

    • 汪东川, 俞长锦, 孙苗苗, 魏奥泽, 王思润, 李亭蓉, 张万恒

      2024,38(1):158-166, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.038

      Abstract:

      [目的] 探究水电开发对局地气候的影响,是预防和减轻水电开发可能带来的负面效应,实现能源的可持续发展与环境保护的重要保障。[方法] 选取金沙江中游的龙开口、观音岩及下游的溪洛渡、向家坝4个典型水电站,运用气候倾向率、M-K趋势检验和小波分析等方法,定量分析了中下游水电局地气温、降水在蓄水前后的月、季、年变化及在水电开发中的突变情况和周期性特征。[结果] (1)蓄水后,水电站对河谷内最高温起抑制作用,最低温起抬升作用;夏季和秋季,下游水电站发挥了降温作用,月平均气温2,6,7,9,10,11月下降显著,而中游水电站调温作用不明显,仅7月平均气温略有下降。(2)蓄水后,各季节降水量均有增加,在4,8,9月增加显著,增幅为0.71~27.95 mm。(3)气温、降水与水电开发相关,中下游水电站的气温、降水在开发中和蓄水后发生不同时间的突变。(4)气温和降水在小波变化周期上呈现相似的特征,蓄水后,局地降水呈现出更显著的周期性,并且具有一定稳定性。[结论] 不同时间尺度上,水电开发在不同河段上影响局地气温和降水的程度不同,受到地理位置、周边环境及蓄水时长的多重因素制约。

    • 黄莉, 徐凤凰, 张晨钰, 宋月, 王伟

      2024,38(1):167-175, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.019

      Abstract:

      [目的] 识别灾害的敏感性是防灾减灾的重要前提,复合灾害系统敏感性评估是复合灾害系统风险评估的重要组成部分。[方法] 首先根据暴雨—滑坡灾害链特征构建复合灾害系统敏感性评估指标体系,进而采用卷积神经网络(CNN)和参数最优地理探测器—层次分析法耦合模型(OPGD-AHP)对粤港澳大湾区的暴雨—滑坡灾害链敏感性进行评估。通过对暴雨和滑坡单灾种的敏感性分析,分别得到粤港澳大湾区暴雨和滑坡的敏感性分级图,并由统计分析得出暴雨诱发滑坡的阈值及其转换概率,以此对暴雨-滑坡灾害链敏感性进行分析,最终得到粤港澳大湾区暴雨—滑坡灾害链敏感性分级图。[结果] (1)粤港澳地区暴雨-滑坡灾害链高敏感区域主要分布在广宁县、怀集县等西北部地区和惠阳区、惠东县等东部地区;(2)次高敏感性和中敏感性区域主要分布在封开、德庆、从化、龙门、博罗等区域;(3)低敏感区和次低敏感区主要分布在南海、荔湾、禅城、顺德、南沙、番禺、三水、白云等中部地区。[结论] 研究结果可为粤港澳大湾区的防灾减灾、增强灾害链风险抵抗力和恢复力提供科学依据和技术支持。

    • 毛轩雯, 陆锦灏, 阮心依, 白晓文, 刘宏缘, 赵杭, 林雅楠, 蒋诗睿, 宋扬, 张宝欣, 谭驭宇, 刘鹏

      2024,38(1):176-186, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.037

      Abstract:

      [目的] 为探明气候变化背景下低温对三角梅生理生化表现及其对低温胁迫的内在适应机制。[方法] 以具有强、中、弱耐寒能力的宫粉、热火、百变三角梅为材料,采用室内盆栽试验,低温处理7,14,21天,研究不同耐寒型三角梅光合系统和抗氧化体系在各周期下对低温胁迫的响应情况。[结果] (1)低温处理期间,各品种初始荧光(F0)均有所上升,其中宫粉三角梅变化最为显著,较第0天增长60.2%,最大荧光(Fm)、PSII有效光化学电子产量(Fv/Fm)以及光合相对电子传递速率(ETR)则迅速降低,并于第21天时达到最低水平。三角梅的光化学猝灭系数(qP)均随着低温胁迫加剧而下跌,而热火三角梅与宫粉三角梅的非光化学猝灭系数(qN)大幅提高。(2)低温胁迫后各品种三角梅SOD、POD、CAT酶活性均显著下降,并随着胁迫时间的延长而加剧,即低温对三角梅抗氧化酶活性产生严重抑制,其中宫粉三角梅的SOD、POD、CAT酶活性均高于其余2个品种,可见宫粉具有强抗寒能力。(3)在AsA-GSH循环体系中,低温下各三角梅叶AsA含量与DHA含量均明显增加,21天时3个品种三角梅的GR活性分别较0天上升180.91%,175.97%,112.37%,且宫粉三角梅在21天时AsA/DHA比率、APX活性与DHAR活性显著提升。[结论] 低温通过影响PSⅡ光化学反应中心而抑制植株的生长,三角梅可通过开启光合系统保护机制减少光抑制,此外还积累渗透调节物质,启动抗氧化系统产生应激调节作用,以清除自身体内快速增生的ROS减轻低温伤害。

    • 李阳阳, 董国涛, 薛华柱, 郑岩超, 廉耀康

      2024,38(1):187-196, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.007

      Abstract:

      [目的] 深入研究黄河流域不同时间尺度的气象干旱对植被的时空响应特征,为生态保护、水资源管理和气候变化适应性提供宝贵信息,能够减轻干旱引发的环境和经济问题。[方法] 基于黄河流域1982—2020年的标准化降水蒸散指数SPEI和归一化植被指数NDVI,采用逐像元线性回归模型、Sen’s趋势分析和Mann-Kendall检验等方法研究黄河流域不同时间尺度气象干旱的时空分布特征及其对植被影响。[结果] (1)1982—2020年黄河流域呈不显著的变干趋势,不同时间尺度SPEI变化趋势为负值的区域主要集中在黄河流域的西部龙羊峡至兰州区域、黄河流域的南部及河套平原周围区域。(2)黄河流域多年平均植被覆盖度的空间分布特征呈南高北低、由东南向西北递减的趋势,研究区内植被覆盖度呈显著增加的区域(61.94%)大于植被覆盖度呈显著减少的区域(5.43%)。(3)黄河流域大部分地区干旱状况与植被状态呈正相关,流域内呈显著正相关区域主要集中在黄河流域西北部和最北端区域,说明这些区域的植被受干旱的影响最为严重。(4)草地和耕地对6个月时间尺度的干旱响应最强,林地和未利用地较其他土地类型更易受长期干旱影响。4种地貌类型都容易受到中长期缺水的影响,其中丘陵地区的植被最易受干旱影响。[结论] 研究结果为黄河流域防灾减灾及生态环境建设提供有效的科学依据,为黄河流域的生态保护、水资源管理和气候变化适应性提供重要的信息,有助于制定更加精准的政策和措施,以减轻干旱对环境和经济带来的潜在影响,促进可持续发展。

    • 杜梦晴, 杨欣

      2024,38(1):197-206,219, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.026

      Abstract:

      [目的] 碳补偿机制是实现双碳目标和社会环境公平的重要途经。[方法] 在测算2010—2020年碳收支基础上,建立碳补偿模型核算碳补偿空间转移额度。[结果] (1)研究期间全省碳排放总量年平均递增率为2.51%,除佛山、东莞、清远外其余城市的碳排放均不同程度增加,空间上呈现以广州为中心的"核心-外围"的格局。广东省2010—2020年碳吸收总量呈现缓慢下降趋势,空间格局趋于稳定,总体呈现北高南低的特点。(2)研究期间碳补偿支付区范围变大,面积占比由55.22%扩大至60.49 %,支付区主要分布净碳排放较多的惠州及净碳排放少但碳排放效率低的云浮、阳江等,受偿区主要分为2类,一类是净碳排放量少的河源、汕尾等地;另一类是碳排放多但碳排放效率高的深圳、广州、东莞等。(3)惠州需支付碳补偿额度居于首位,深圳获得碳补偿额度最多,各市跨区域碳补偿额度占区域GDP的比例在0.017%~0.095%波动,跨区域碳补偿具有可操作性。[结论] 为实现广东省区域间的低碳协同发展,未来应建立以政府为主导的区域横向碳补偿制度,并实施以低碳为导向的差异化的低碳优化策略,这对区域协调和低碳发展具有重要的现实意义。

    • 刘雅璇, 彭秋志, 黄培依, 陈笛

      2024,38(1):207-219, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.004

      Abstract:

      [目的] 区域碳储量与土地利用密切相关。在"双碳"目标下,从碳储量视角开展重点区域土地利用变化预测研究,对协调与优化区域土地利用格局、提高区域生态系统未来固碳潜力具有重要参考价值。[方法] 以川西高原为研究区,以2000年、2010年和2020年土地利用为数据源,预测不同情景下2030年土地利用,结合修正的土地利用碳密度数据和InVEST模型估算区域碳储量变化。[结果] (1)从各地类相对研究区的面积占比变化看,2000—2020年草地从65.20%逐步缩减到63.65%,林地从31.73%不断扩张到32.92%,未利用地先减后增且净增0.57%,水域和耕地先增后减均净减0.11%,湿地持续增加,共净增0.07%;研究区2000年、2010年、2020年碳储量分别为24.26×108,24.29×108,24.27×108 t,呈先增后减趋势。(2)与2020年相比,2030年自然发展情景下碳储量减少3.19×105 t,在耕地保护情景、生态保护情景、耕地生态联合保护情景下将分别固碳4.29×106,9.72×106,9.60×106 t。[结论] 扭转未利用地的扩张趋势,在保持耕地面积的基础上继续稳步推行生态保护政策,提高川西高原陆地生态系统固碳潜力并助力其成为重要"碳汇"区域应成为川西高原国土空间规划和管控的关注重点。

    • 林志, 李石华, 易邦进, 傅涛, 高七算, 孙星玥, 邱利丹

      2024,38(1):220-230, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.005

      Abstract:

      [目的] 优化国土空间开发格局和统筹协调"三生"空间格局配置,是实现未来可持续发展的重点任务和根本途径。[方法] 以云南省土地利用为基础,结合自然和社会发展因素,采用MOP-PLUS耦合模型模拟2030年经济优先、生态优先和协同发展3种情景下"三生"空间及效应变化。[结果] (1)3种情景下经济效益分别增长40.29%,32.10%,34.79%,生态效益分别减少0.89%,0(未变),0.06%,生境质量均值分别下降0.78%,0.38%,0.43%,空间冲突强度均值分别增长2.79%,下降1.21%,下降2.32%;(2)3种情景生活空间均呈上升、生态空间呈下降趋势,生产空间仅在经济优先情景有较小增长;均存在生活空间侵占生产空间、生产空间再掠夺生态空间的情况,生活空间扩张呈中心向四周蚕食趋势;(3)不同发展情景下均伴随一定程度的生境质量下降,通过优化空间布局可平衡空间冲突;相较于其他情景,协同发展情景经济效益增幅适中,生境质量变化幅度相对均衡,空间冲突强度下降最多,符合兼顾生态保护、经济发展、社会进步的多重目标。[结论] 形成的模拟-效应-优化的反馈调控机制,可与不同尺度、不同目标结合开展土地利用变化模拟与效应分析,为国土空间配置提供决策依据。

    • 张超正, 杨钢桥, 孙小宇, 靳亚亚, 陈丹玲, 罗万云

      2024,38(1):231-241, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.006

      Abstract:

      [目的] 基于经济社会发展转型视角,探究长江中游地区土地利用变化的总体特征、过程特征和轨迹特征。 [方法] 通过分析变化幅度、变化速度和地学信息图谱等特征。[结果] (1)2000—2018年,长江中游地区经济社会发展可划分为"由初级产品生产阶段II期向工业化中期转型,城镇化缓慢发展与人口严重外流期"和"由工业化中期向工业化后期转型,城镇化稳步发展与人口持续回流期"2大阶段。(2)就变化总体特征而言,以耕地面积持续减少,水域和建设用地面积持续增加,林地、草地、湿地面积明显减少,未利用地面积保持相对稳定为主。(3)就变化过程特征而言,2000—2010年以耕地和林地相互转化,耕地向建设用地和水域转化,以及水域向湿地转化为主;2010—2018年以耕地和建设用地相互转化,林地向建设用地和耕地转化,以及湿地向水域转化为主。(4)就变化轨迹特征而言,以前期变化型为主,后期变化型和反复变化型次之,持续变化型所占比例较小。[结论] 长江中游地区土地利用变化阶段性特征明显,主要表现为不同经济社会转型过程中由区域内不同土地利用类型转化规模与方向所导致的土地利用数量与空间结构变化。

    • 段炼, 卢明深, 蔡耀君, 凌玉荣, 樊童生, 李震

      2024,38(1):242-254, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.012

      Abstract:

      [目的] 丝绸之路经济带促进沿线各个国家和地区城市经济的快速发展,引起土地利用的深刻变化,研究该区域土地利用所引起的碳储量变化,对优化土地利用格局、实现双碳目标具有重要意义。[方法] 通过耦合PLUS-InVEST模型评估与预测21世纪海上丝绸之路中国沿线5个省市1980—2030年的土地利用碳储量情况,模拟多情景下土地利用碳储量时空特征,探究土地利用对碳储量影响。[结果] 50年间区域的耕地显著减少,建设用地显著增加,林地能够实现基本的动态平衡;50年间该区域的碳储量流失量巨大且流失速度不断加剧,碳储量减少区域主要位于南部粤港澳大湾区、北部上海、杭州地区和沿海岸线;通过现状与多情景分析,未来碳储量减少主要受耕地流失、建设用地激增的影响;在生态保护情景碳储量有所增加、维持建设用地水平的耕地保护情境下,碳储量大量减少。自然变化情景同经济加速发展情景碳储流失量相当。[结论] 通过研究碳储量与情景模拟相结合,可知研究区现处于经济加速发展状态,碳储量流失加剧是由于耕地流失与城市化的进程加速,减缓碳储量流失的关键因素是林地总量动态平衡;基于区域现状与发展地位,应在现有经济发展现状下,严格保障耕地和林地保有量,集约利用现有建设用地,对草地等生态用地提质,以维护区域生态碳储量水平。通过研究为实现海上丝绸之路经济与生态发展协调提供参考。

    • 韩琭, 陶德鑫, 史鲁彦

      2024,38(1):255-266,277, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.013

      Abstract:

      [目的] 探究山东半岛与黄河几字弯两大区域的土地生态安全水平差异,为实现黄河流域生态保护与高质量发展,推动"共同抓好大保护,协同推进大治理"战略提供现实依据。[方法] 运用熵值法、核密度估计、马尔科夫链与障碍因子模型等方法,对黄河流域两大区域的土地生态安全进行动态评价。[结果] (1)在水平变化上,两大区域的土地生态安全增速均呈"倒U"形态势,山东半岛的土地生态安全水平明显高于黄河几字弯,但黄河几字弯的增长速度更快。(2)在时间上,两大区域土地生态安全均呈现"单核"演变特征,山东半岛区域差异有扩大态势,几字弯区域差异则有缩小态势。在空间上,两大区域均呈现出"东中部高—西部低"的空间分布态势。(3)动态演化特征上,两大区域土地生态安全等级演变具有"路径依赖"与"自身锁定"效应。(4)山东半岛土地生态安全受人均耕地面积、地均化肥农药施用量等影响;黄河几字弯土地生态安全受景观破碎度、森林覆盖率等影响。[结论] 未来山东半岛与黄河几字弯既要根据区域优势分类施策,也要从流域全局出发,协同提升黄河流域土地生态安全水平。

    • 谢贤健

      2024,38(1):267-277, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.014

      Abstract:

      [目的] 从社会、经济、生态环境3个方面评价区域土地利用效益及其耦合关系有利于实现土地资源的合理配置及优化用地结构。[方法] 以四川省21个地市州为研究对象,利用熵权TOPSIS法和耦合协调度模型,构建了2010—2020年四川省土地利用效益的综合评价体系,并基于GIS技术,分析了土地利用的社会、经济、生态环境效益及其耦合协调关系的时空演变特征。[结果] (1)四川省各地市州的土地利用综合效益整体上呈上升趋势,空间上具有"西北高东南低"的空间格局;土地利用的经济、生态环境效益整体上具有上升趋势,分别表现为 "西高东低"和"中东部高西部低"的空间格局;土地利用社会效益整体上呈下降趋势,具有"中部高两翼低"的空间格局;三大效益在空间均具有较显著的聚集特征。(2)四川省各地市州的土地利用耦合协调等级为4个,总体协调水平不高,以勉强协调为主,其次是濒临失调,具有"中间高两翼低"的空间格局,且耦合等级相同的城市聚集度较高,土地利用效益耦合协调等级在空间分布上需进一步改善。(3)影响四川省地利用效益大小的因子依次为社会>经济>社会经济>社会生态>生态环境效益系统;土地利用效益耦合协调关系主要受社会、经济效益单一因子影响,其次是社会经济复合因素,最后是社会生态复合因素的影响。[结论] 四川省各地市州的土地利用综合效益整体上呈上升趋势,区域差异显著,总体的耦合协调水平处于较低等级,且耦合等级相同的城市聚集度较高,在今后的发展中应该调控城镇化的无序扩张,注重城市基础公共服务等设施的建设,增加城市环境建设投入,促进四川省土地经济效益-社会效益-生态环境效益间的协调发展,以期为提升四川省土地利用综合效益提供参考。

    • 朱加应, 彭双云

      2024,38(1):278-288, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.017

      Abstract:

      [目的] 生态用地在维持生态平衡和支撑经济发展方面发挥着重要作用。研究滇中城市群生态用地的时空演变特征和驱动机制对优化生态安全格局、推进云南生态文明建设、筑牢国家西南生态安全屏障具有重要现实意义。[方法] 利用Google Earth Engine(GEE)云平台对滇中城市群1990—2020年生态用地进行识别的基础上,采用变化轨迹分析、热点分析和地理探测器对滇中城市群生态用地时空变化轨迹和驱动机制进行了探索。[结果] (1)滇中城市群生态用地变化以非生态用地与林地互换为主,并集中发生在林地和非生态用地的过渡地带,而生态用地内部之间(林地和草地)的转换主要发生在研究区北部和南部的山地区域。(2)生态用地变化以低频次变化为主,高频次较少,频次变化在元江干热河谷、金沙江干热河谷区域、滇东滇东南喀斯特地带表现出明显的聚集效应。(3)耕地面积变化是影响滇中城市群生态用地变化的主要驱动力,社会经济因素对生态用地的影响力显著高于自然因素,在自然环境、耕地扩张、生态修复政策等多重驱动下,多因子交互作用对生态用地变化更具解释力。[结论] 滇中城市群生态用地破碎,自然环境的改变和人类活动的日益增强极易导致生态用地发生变化,亟需分区域合理制定生态保护措施,筑牢国家西南生态安全屏障。

    • 杨智勇, 牛健植, 樊登星, 张卓佩, 杜洲, 赵春光

      2024,38(1):289-299, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.028

      Abstract:

      [目的] 为揭示窟野河流域径流对土地利用变化的响应,并预测未来径流变化。[方法] 以窟野河流域为研究区,基于SWAT和PLUS模型,通过2000年、2005年、2010年、2015年、2020年和预测得到的自然发展情景下2025年、2030年7期土地利用数据,定量分析径流在不同土地利用情景下的变化。[结果] (1)SWAT模型率定期和验证期的R2和NS均>0.7;PLUS模型总体精度为0.877 4,Kappa系数为0.802 1,2个模型在窟野河流域适用性较好;(2)2000—2020年,窟野河流域林地、建设用地面积分别增加102.92,600.90 km2,耕地、草地、水域和未利用地分别减少277.15,366.25,40.44,19.98 km2;(3)窟野河流域年平均径流深整体呈现"上游低,下游高,西部低,东部高"的空间分布格局;(4)在保证其他输入数据不变的情况下,改变土地利用数据,情景分析结果表明,林地、草地面积减少会促进径流,建设用地面积增加同样会促进径流;(5)自然发展情景下,2025年和2030年窟野河流域土地利用空间分布格局未发生显著变化,仍以耕地和草地为主,年平均径流量较2020年分别增加3.21%,5.00%。[结论] 土地利用与径流变化关系密切,情景分析角度下,林地、草地对径流起抑制作用,建设用地对径流起促进作用。未来自然发展情景下,随土地利用变化,径流呈增加态势,研究结果可为窟野河流域的土地利用结构优化和水土资源的合理规划提供科学依据。

    • 杨欣, 肖豪立, 王艺霏

      2024,38(1):300-309,318, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.020

      Abstract:

      [目的] 科学构建长江中游城市群生态网络,为跨区域生态保护和协同治理提供科学依据。[方法] 遵循"源地识别—阻力面构建—廊道提取"框架构建多时点生态网络,基于网络属性和人类活动进行网络评价。[结果] (1)研究区生态源地面积由2000年的2.67×104 km2下降到2020年的2.29×104 km2,主要分布在湖北省西北部山区、江西、湖南交界处的山脉及鄱阳湖流域等地区。生态廊道数量由69条下降为42条,总长度由1.53×104 km下降到1.16×104 km。研究区内生态阻力逐渐上升,网络重心由湖北省转移至湖南省,形态上由"三横两纵"的条带式分布转变为集中组团式分布。生态网络全局集程度、网络连通性均在减弱,总体上呈现结构收缩、功能减弱的变化趋势。网络周围5,15 km范围受人类活动影响最为明显。(2)在网络优化中,基于生态网络与交通网络交汇识别102个断裂点,基于源地间距离设置17个踏脚石。在生态网络5,15 km的范围设立"核心保护带"和"生态控制带",总长1 505 km。[结论] 在协同治理中,省级层面上湖北、江西两省应当完善流域跨省生态补偿机制,湖南、江西两省应当强化协同机制实施中的司法保障;市级层面上针对管理重点实行差别化管控,通过规划潜在生态廊道推进市域层面协同治理。优化后的生态网络集程度由0.22提升至0.30,有效提升区域间生态连通性。

    • 饶洁, 唐强, 冯韫, 韦杰, 贺秀斌

      2024,38(1):310-318, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.040

      Abstract:

      [目的] 三峡水库蓄水运行后消落带生境破碎斑块化加剧,极端生境胁迫严重损害植被的结构和功能。厘清三峡水库消落带生境状况,提出适宜性植被恢复对策,重建河流受损廊道综合生态功能,对构建区域生态安全格局和保障长江流域水资源安全具有重要意义。[方法] 针对三峡水库消落带植被退化与生态功能受损的突出问题,系统解析了消落带生境特征及其对植被生长的影响,围绕水库河岸受损廊道生态修复重大需求,探讨面向消落带微生境构建与植被格局功能优化的三峡水库消落带植被恢复模式。[结果] 三峡水库消落带生境状况受水库运行形成的独特水位节律、出露期植被生长季气候条件、土壤侵蚀与泥沙沉积过程、土壤环境等多生境因子协同影响,呈现高度空间异质性特征。水位变动形成的淹没时长、出露时令、淹水强度是影响植株繁衍、生长的首要因素;土壤侵蚀、泥沙掩埋、土壤水养条件等影响植被生长状况。[结论] 三峡水库消落带植被恢复需综合考虑水位节律、立地条件与物种形态-功能性状,选育优质抗逆物种,注重土壤基质保育,突出植被格局的分区优化配置。重建消落带综合生态功能,为水库消落带生态治理提供理论支撑和科学依据。

    • 娄佳乐, 党晓宏, 蒙仲举, 张昊, 宋慧芳

      2024,38(1):319-327,336, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.031

      Abstract:

      [目的] 十大孔兑是黄河几字湾的重要组成部分,生态环境敏感脆弱,开展其土地利用变化与驱动力分析对黄河流域高质量发展具有重要生态意义。[方法] 对十大孔兑基于1986年、2000年、2010年、2020年4期遥感影像,运用ArcMap 10.8空间分析法和主成分分析法系统分析其土地利用变化情况及驱动因素。[结果] 林地、建设用地、耕地呈逐期扩张趋势,未利用地、草地、水域呈逐期缩减趋势,截至2020年林地成为占地面积最大地类,面积达6 308.43 km2,占总面积的59.99%。2010—2020年综合动态度最高,达1.59 %,表明土地利用变化在2010—2020年变化最为剧烈。平原区地势平坦,耕地和建设用地在此扩张明显;风沙区在生态治理政策与工程作用下,未利用地向林草地转变,在风沙区东部尤为明显,而在风沙区中部则小比例转变为光伏发电建设用地;丘陵区主要由未利用地转变为林地,由于区域工矿业发达,丘陵区东南部极小部分林地转变为城乡工矿建设用地;水域在孔兑内部共减少75.81 km2,而耕地除北部平原区扩张外,在孔兑沿岸增加明显。土地利用变化主要受社会经济、农业生产力、地势、政策驱动变化。[结论] 近35年来,十大孔兑土地利用变化较大,整体生态向好的方向发展较为明显。该研究结果可为决策部门制定黄河流域生态保护政策提供科学参考。

    • 熊健, 赵茜芮, 李伟, 杨博, 孙晶, 杨崛园, 张强英, 吕学斌

      2024,38(1):328-336, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.001

      Abstract:

      [目的] 为探索拉萨河下游湿地土壤的养分特征和肥力状况。[方法] 选取甘曲湿地、巴嘎雪湿地、拉鲁湿地和茶巴朗湿地4个代表性区域的土壤为研究对象,共采集69份土壤样本,测定样品的pH、总氮(TN)、总磷(TP)、总钾(TK)、全盐、电导率、氧化还原电位(redox potential)、阳离子交换量(CEC)和有机质(OM)值,并利用改进内梅罗综合指数法对湿地土壤肥力进行全面的评价。[结果] (1)研究区土壤的pH范围为5.77~7.78,均值为6.62,呈中性;有机质和总氮的相关性强,分布特征相似,含量分别为61.82,3.13 g/kg,均为很丰富的状态,属于一级水平;总磷和总钾含量分别为0.75,18.05 g/kg,为适中的状态,属于三级水平;全盐含量为0.92 g/kg,电导率为2.97 mS/m,整体来看,研究区土壤具有较强的保肥能力。(2)湿地土壤综合肥力系数(P)顺序为茶巴朗湿地(2.01)>巴嘎雪湿地(1.95)>拉鲁湿地(1.93) > 甘曲湿地(1.86),均属于肥沃等级,影响湿地土壤综合肥力的指标是总钾,因各自然湿地形成条件相似,土壤综合肥力系数无显著差异。[结论] 研究结果明晰了拉萨河下游湿地土壤养分现状,为实现研究区湿地资源的可持续利用提供科学依据。

    • 李鹏, 齐实, 张林, 胡俊, 唐颖, 逯进生, 王翔宇, 赖金林, 廖瑞恩, 张岱, 张岩

      2024,38(1):337-346,356, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.025

      Abstract:

      [目的] 综合评价北京山区不同植被恢复类型土壤质量,并进一步确定影响土壤质量的关键因素,为该地区植被恢复与重建提供数据支撑。[方法] 以立地条件相近的侧柏纯林、油松纯林、侧柏油松混交林、侧柏针阔混交林、油松针阔混交林、落叶阔叶混交林和无林地(对照)为研究对象,测定14个土壤理化指标作为土壤质量评价的总数据集(TDS),采用主成分分析法(PCA)和Pearson相关性分析建立土壤质量最小数据集(MDS),利用线性(L)和非线性(NL)2种评分方法计算土壤质量指数(SQI)和一般线性模型(GLM)确定影响土壤质量的关键因素。[结果] 植被恢复后相较于无林地,土壤容重、砂粒含量下降,而有机质、全氮、全钾、速效氮、速效钾等土壤养分含量增加。筛选出的研究区土壤质量评价MDS指标为全氮、砂粒、全钾、pH、有效含水量。4种方法(SQI-LT、SQI-NLT、SQI-LM、SQI-NLM)下,不同植被恢复类型的SQI值排序均为落叶阔叶混交林>侧柏针阔混交林>油松纯林>油松针阔混交林>侧柏油松混交林>侧柏纯林>无林地,植被恢复后土壤质量显著提升。SQI-NLM的土壤质量评价方法在北京山区具有更好的适用性。相较于无林地,其他植被恢复类型的SQI-NLM分别提高64%,48%,45%,36%,33%,27%。GLM模型解释了土壤质量指数总变异的85.24%,植被类型对土壤质量指数的解释比例最大(45.09%)。[结论] 选择适宜的植被恢复类型是改善区域土壤质量的关键。未来实施植被恢复时,树种选择上优先考虑阔叶树种。造林配置方式的选择应取决于树种而定,如侧柏纯林中引入本土阔叶树种形成侧柏针阔混交林或选择油松纯林是最佳造林模式。

    • 韦自强, 郑磊, 贺怀宇, 王振国, 伊怀虎, 任鹏, 辛颖

      2024,38(1):347-356, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.024

      Abstract:

      [目的] 为探寻大兴安岭重度火烧迹地植被恢复后不同林龄落叶松人工林下土壤团聚体养分含量与分布的变化。[方法] 以大兴安岭1987年发生特大森林火灾形成的重度火烧迹地上分别在1989年、2000年、2010年种植的落叶松人工林(11,21,32年)作为研究对象,通过测定土壤团聚体各粒级有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和速效钾的含量,开展土壤团聚体养分分布特征研究。[结果] (1)在重度火烧迹地上不同林龄的落叶松人工林中,土壤各粒级团聚体有机碳、全氮、全磷、碱解氮和速效钾的含量均随着粒径的减小逐渐上升,<0.5 mm粒级含量最大。(2)随着落叶松人工林林龄的增长,土壤各粒级团聚体有机碳、全氮、全磷、碱解氮和速效磷含量均逐渐上升。32年落叶松人工林土壤团聚体有机碳、全氮、全磷、碱解氮和速效磷含量相较于11年落叶松人工林分别显著增加77.35%~130.24%,77.61%~143.36%,105.84%~147.98%,94.58%~155.96%,206.98%~537.09%(p<0.05)。21年落叶松人工林土壤各粒级团聚体有机碳含量高于11年落叶松人工林,但二者无明显差异。(3)土壤各粒级团聚体有机碳与全氮和碱解氮极显著相关(p<0.01),土壤有机碳和碱解氮含量与<0.25 mm粒级含量相关性最强,全氮、全磷、速效磷和速效钾与>0.25 mm粒级含量极显著相关(p<0.01)。[结论] 落叶松人工林土壤团聚体养分呈表聚现象。大兴安岭重度火烧迹地上种植的落叶松人工林,随着林龄的增大土壤团聚体养分含量增加,种植32年的落叶松人工林显著提升土壤团聚体的养分含量,研究结果可为大兴安岭重度火烧迹地人工植被恢复工作提供科学依据。

    • 杨凯博, 张瑞琦, 王进鑫, 白立强

      2024,38(1):357-367, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.034

      Abstract:

      [目的] 构建适应渭北黄土高原人工林资源与生态服务功能特点的人工林生态效益评价方法,阐明不同类型人工林建设对该地区东部、中部、西部生态环境的影响,为准确量化与科学评估不同类型、不同区域人工林的生态服务功能,优化林分结构、制定人工林生态补偿强度标准及准确计量评估人工林碳汇,将"绿色颜值"转化为"生态价值"提供理论依据。[方法] 在构建渭北黄土高原生态林、生态经济林、经济林有效面积计算模型的基础上,采用典型区域调查、测定与森林二类调查资料和计量参数等收集相结合的方法,计算分析了3种不同类型,东部、中部、西部不同区域人工林涵养水源、固碳释氧、保育土壤和净化大气的生态效益。[结果] (1)渭北黄土高原不同类型人工林的生态效益为生态林>经济林>生态经济林;生态效益中涵养水源价值量最高,保育土壤与固碳释氧效益次之,净化大气的价值量最低。(2)人工林单位面积生态效益为经济林>生态林>生态经济林。(3)不同区域人工林生态效益为中部>东部>西部。[结论] 生态林和经济林在生态效益中发挥着重要作用,提高它们所占比重能显著提高人工林的生态效益。为提高西部人工林生态效益,生态林应加强疏林改造、未成林抚育和灌木林封育;同时适度发展经济林,方可有效提升西部乃至整个渭北黄土高原人工林的生态效益。

    • 王茂林, 宋玲, 刘杰, 王云飞, 井文云

      2024,38(1):368-377, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.035

      Abstract:

      [目的] 针对双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障联合应用,开展风洞试验研究,以优化联合沙障中尼龙网阻沙障孔隙度配置及探究各孔隙度下联合沙障的防沙效益。[方法] 基于风洞模拟试验数据,开展不同孔隙度(40%,45%,55%)联合沙障,在不同风速下的风速流场、空气动力学粗糙度、摩阻风速、输沙率随高度和阻沙率方面的变化特征研究。[结果] (1)相同风速下尼龙网阻沙障孔隙度40%时,联合沙障弱风区面积最大;(2)随着尼龙网阻沙障孔隙度的增大,空气动力学粗糙度和摩阻风速减小,相同风速和相同位置时,40%孔隙度下联合沙障空气动力学粗糙度和摩阻风速值最大;(3)风速增加地表输沙率也增加,联合沙障内部与背风侧输沙率随高度增加呈指数型递减,输沙主要集中在0~12 cm高度内;(4)风速大小与沙障阻沙率呈现负相关变化;阻沙率与孔隙度之间也呈负相关关系,孔隙度为40%的联合沙障具有较高阻沙率;双排高立式尼龙网阻沙措施与草方格固沙措施联合之间还存在阻沙率叠加。[结论] 40%孔隙度的双排高立式尼龙网和草方格的阻固联合可以实现较优的配置与防沙效益。

    • 刘祯媛, 张体彬, 梁青, 胡行路, 程煜, 闫思慧, 冯浩

      2024,38(1):378-386, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.010

      Abstract:

      [目的] 微咸水灌溉是缓解农业用水紧张、保障粮食生产的重要途径之一,但灌溉水中的可溶性盐会导致土壤盐分累积,进而影响作物生长,寻求适宜的灌溉水盐分浓度是咸水、微咸水资源得到安全利用的有利保障。[方法] 研究采用遮雨盆栽试验种植冬小麦,以去离子水为对照(CK),添加氯化盐形成不同浓度的微咸水处理,灌溉水电导率(ECw)分别为:0.26(CK),3.00(S1),5.26(S2),7.07(S3),9.24(S4) dS/m,研究土壤水盐分布和冬小麦生长、光合生理及产量形成的响应。[结果] 不同浓度微咸水灌溉下土壤含水率、土壤含盐量随盐分浓度的增加而增大。当灌溉水电导率为9.24 dS/m时,土壤含水率分别比CK高5.43%(0—10 cm),4.21%(10—20 cm),4.98%(20—40 cm);冬小麦收获后CK及S1-S4处理下0—40 cm土层土壤饱和浸提液电导率(ECe)分别为0.66,4.89,7.88,9.34,10.16 dS/m;与CK相比,灌溉水电导率为3.00,5.26 dS/m时,冬小麦生长、光合生理指标、产量无显著差异,而为7.07,9.24 dS/m时显著降低,当灌溉水电导率为9.24 dS/m时,冬小麦净光合速率、最大株高、最大叶面积、成熟期地上部干物质量、根系干物质量及产量相比CK分别降低71.00%,2.81%,15.33%,15.55%,47.25%,27.53%。利用FAO分段函数拟合计算得冬小麦灌溉微咸水电导率阈值为5.82 dS/m,超过该值,每增加1 dS/m,冬小麦相对产量下降8.80%。[结论] 综上所述,灌溉水盐分浓度越高,对土壤水盐分布及冬小麦生长的影响越大,5.82 dS/m为冬小麦的灌溉微咸水电导率阈值。综合考虑冬小麦生长、光合生理指标及土壤理化性质,建议使用微咸水灌溉冬小麦时,ECw不宜超过5.82 dS/m。该研究结果可为微咸水安全利用提供理论支撑。

    • 王之君, 陈蒋, 王志伟, 赵晨希

      2024,38(1):387-395, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.011

      Abstract:

      [目的] 荒漠戈壁因降水量少、蒸发量大等环境因素胁迫,植被稀疏,水土流失严重。探索适宜的土壤改良方法,以提升其保水性、持水性,对于荒漠化防治及戈壁生态农业发展十分重要。[方法] 以无椰糠基质组别T0(风沙土∶有机肥∶人造泥炭=7∶3∶1)为对照,对理化性质较好的3组配比椰糠型生态保育基质(风沙土∶椰糠∶有机肥∶人造泥炭=3.5∶3.5∶3∶1或3∶4∶3∶1或2∶5∶3∶1,依次为T1、T2、T3)进行水力-入渗特性试验;利用离心机法测定基质水分与吸力的关系,探究该基质的水力特性;再通过室内定水头土柱入渗试验分析基质的入渗特征;并以测定的各项指标为基础,结合坐标综合评定法进行配比寻优。[结果] T1、T2、T3组别较之T0组别,田间持水量分别增加10.22%,12.13%,14.99%,全有效水含量分别增加8.10%,8.81%,12.83%;在吸力水头的对数值Pf=1.8~3.8阶段(基质吸力对数值),各组别比水容量均值大小为T3>T2>T1>T0;根据灰色关联分析,入渗能力大小为T3>T2>T0>T1。[结论] 适宜比例椰糠混掺改变基质的有效水含量和孔隙分布比,显著提升基质的保水持水能力。从理化性质、水力及入渗特性角度综合来看,T3配比最优。

    • 崔彩贤, 沈霖, 远佳怡, 伊雅楠, 王忠港, 李玲玲

      2024,38(1):396-408, DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.01.033

      Abstract:

      [目的] 黄土高原是中国一个伟大的地理单元,对国家粮食安全和生态安全具有重要的战略意义。通过长期的坡度治理、流域综合治理、植树造林等多种措施,黄土高原地区的生态环境已经得到显著改善,但仍然面临着局部地区植被恢复配置的合理性不足、全流域统筹不协调、平衡经济发展与生态保护等方面的挑战。在国家双碳目标的指引下,黄土高原生态系统及农业可持续发展的未来方向和目标应当是支持碳中和目标实现、建立环境适宜性的植被群落、推进生态系统统筹社会经济系统的发展实现发展方式绿色转型。[方法] 通过文献计量学工具CiteSpace对1992—2023年发表的黄土高原土壤调控原理与应用研究相关文献进行可视化分析,重点针对该研究领域的核心研究力量、研究热点与研究趋势。[结果] (1)从发文量的嬗变来看,整体呈上升趋势,在2001年后爆发式增长;(2)从发文机构来看,西北农林科技大学在该领域的发文量最高,为2 157篇;(3)从作者的合作关系来看,邵明安和刘国彬是该领域的核心带头人,发文量分别为141,117篇,由他们构成的合作网络已经非常成熟;(4)从该领域的研究热点和发展趋势来看,主要研究热点集中在土壤水分、产量、旱地、土壤侵蚀、土壤养分和植被恢复等方面,未来微观主题趋势将集中在产量、坡位和施氮量上,而未来宏观趋势将探索生态—经济—社会系统耦合协调发展的新模式。[结论] 基于可视化分析后的结果,对黄土高原土壤调控原理与应用研究领域提出了合作研究、研究热点和未来重点发展方向3个方面的展望。

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    • 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
    • 多种两步模式的三维制图方式在丘陵区林地土壤有机碳预测中的对比

      杨华蕾, 王晓晴, 张美薇, 郭倩, 王会利, 曾令涛, 崔宇培, 孙孝林

      Abstract:

      摘要:[目的]为了探讨多种两步模式三维制图方法的准确度影响因素及其规律,[方法]以华南典型丘陵区1个面积约5 km2的林场内土壤有机碳为研究对象,分别使用样条函数、指数函数和幂函数作为深度函数,普通克里格和随机森林作为水平制图方法,以及两步模式的2种不同制图形式(称为形式A和B),进行土壤有机碳含量的三维预测制图,并探究不同的深度函数、水平制图方法或制图形式对两步模式三维制图结果的影响规律。[结果]结果表明:(1)深度函数在很大程度上决定了制图结果在垂直和水平方向上的变异,表现在制图结果的变异在三个深度函数之间差异较大,其中指数函数上的变异最大,幂函数上最弱,而水平制图方法(普通克里格与随机森林)对制图结果的垂直变异影响不大,但对表层的空间变异影响较大;(2)样条函数由于模拟的深度曲线与实测点吻合得最好,因而准确度最好,表现在基于样条函数的三维制图一致性相关系数(CCC)在0.72~0.75之间,均高于同种制图形式下的其他函数(CCC在0.64~0.74之间),而水平制图方法中普通克里格的制图效果好于随机森林,表现在前者的CCC在0.67~0.75之间,后者的CCC在0.64~0.72之间;(3)两步模式的2种制图形式对准确度的影响较小,仅在底层的准确度上表现出形式A(即水平预测制图深度函数模拟值)好于形式B(即水平预测制图深度函数参数);(4)所有制图方式中,普通克里格与样条函数相结合的制图形式A的准确度最高,决定系数(R2)达0.76,一致性相关系数(CCC)为0.75,均方根误差(RMSE)为3.50。[结论]在两步模式的三维土壤制图中,首先应考虑样条函数作为深度函数,其次依据研究区的景观条件和样本量,考虑水平制图方法,最后,尽量采用两步模式的第一种制图形式。

      • 1
    • 气候和土地利用变化情景下闽江流域水沙变化模拟

      余文广, 陈芸芝, 唐丽芳, 汪小钦

      Abstract:

      [目的}模拟未来土地利用和气候影响下的流域水沙变化有利于制定适合的流域管理计划。[方法]本研究基于土地利用和气象数据,结合CMIP6气候模式数据、PLUS模型和SWAT模型,定量模拟2030年土地利用及不同气候情景下径流和泥沙的时空变化。[结果]结果表明:(1) SWAT模型在闽江流域月尺度模拟精度较好,其中径流模拟的R2范围为0.80 ~ 0.95,NSE范围为0.75 ~ 0.91;泥沙模拟的R2范围为0.75 ~ 0.98,,NSE范围为0.64 ~ 0.94。(2)利用2020年土地利用数据对PLUS模型进行精度评估的Kappa系数为0.77,模拟2030年闽江流域建设用地和耕地将分别增加325.64 km2和1157.51 km2。(3)SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,2025—2035年均降雨分别增加了0.15%和2.18%,年均气温分别增加了0.23℃和0.62℃。(4)低碳情景和高碳情景下,仅土地利用变化导致年均径流量相较于基准期分别增加了0.08%和0.07%,年均输沙量分别增加了0.24%和减少了0.05%;仅气候变化导致年均径流量相较基准期分别减少4.76%和4.11%,年均输沙量分别增加18.12%和0.13%;土地利用和气候综合影响导致年均径流量相较于基准期分别减少4.57%和3.93%,年均输沙量分别增加18.28%和0.33%。(5)未来气候和土地利用综合变化情景下,地表径流和产沙量较高且增幅较大的区域集中在以南平邵武市为中心的流域西北部和以三明将乐县为中心的流域西南部。[结论]研究结论为未来闽江流域的合理开发建设提供一定参考依据。

      • 1
    • 基于Budyko假设的三峡库区蓄水前后径流变化归因识别

      陈蒙恩, 魏兴, 周育琳, 史瑞博, 李伊能

      Abstract:

      径流在气候变化和人类活动的共同影响下发生变化,探索径流时空演变规律及其原因对水库科学调度及水资源的可持续利用具有重要指导意义。基于三峡库区“腹心”万州段1960-2019年的气象水文数据,首先采用Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变分析和小波分析对三峡库区蓄水前后径流的时空演变特征进行分析,最后采用两种Budyko水热耦合平衡方程,定量计算气候变化和人类活动对径流变化的影响率。研究结果表明:(1)研究区年径流量呈显著下降趋势(|z|>2.58),2003年(三峡库区蓄水年)出现拐点,随后年内分配更加均匀。(2)与蓄水前相比较,蓄水后气候变化和人类活动对研究区年径流减少的贡献率为27.9%~29.2%和70.8%~72.1%。(3)人类活动主要通过改变土地利用类型和建设水利工程影响流域年径流量,林地、建设用地面积的增加和三峡库区的建设影响了研究区水文循环过程使年径流量减少。

      • 1
    • 残膜对土壤氮排放和氮肥利用效率的影响

      阮国杰, 胡琪, 师倩, 高晓东, 李昌见

      Abstract:

      [目的]为探明不同残膜量对氮素利用效率及损失的影响。[方法] 试验设置5个不同残膜量(0, 180, 360, 720, 1440 kg/hm2)和2种残膜类型(聚乙烯和生物降解残膜)。通过盆栽试验,研究了不同残膜含量对土壤全氮、氮素气态损失、氮肥利用效率及番茄生长等指标的影响。[结果]研究表明,随着残膜含量的增加,土壤氨气和氧化亚氮的累积排放量呈先增大后减小的趋势,当残膜含量达到720 kg/hm2时,氨气累积挥发量显著减少了11.31%~13.70%,氧化亚氮累积排放量减少了4.74%~5.13%;土壤中氮素残留量无显著差异。当残膜含量低于180 kg/hm2时,地膜残留促进了番茄的生长;当残膜含量高于180 kg/hm2时,地膜残留抑制了番茄的生长。低残膜含量对氮肥利用效率无显著影响,当含量高于360 kg/hm2时,氮肥利用效率与残膜含量呈负相关关系。通过综合分析,土壤残膜含量应控制在180 kg/hm2内,才不会对作物生长造成影响。此外,由于可降解地膜的降解特性,其对植株氮素吸收、氮肥利用效率的不利影响弱于聚乙烯残膜;[结论]因此,降解地膜替代聚乙烯地膜具有一定的可行性。

      • 1
    • 四川栗子坪自然保护区不同海拔土壤氮组分垂直特征及季节动态

      谭豪, 脱云飞, 冯永钰, 贺莉莎, 畅翔, 陆其伟, 何霞红

      Abstract:

      [目的]为揭示四川栗子坪国家级自然保护区土壤氮组分(全氮、水解氮、铵态氮、硝态氮)沿海拔梯度的垂直分布差异及其与理化因子响应关系。[方法]于2022年3,6,9,12月测定并分析四川栗子坪海拔1 800,2 100,2 400,2 700 m土壤氮组分及理化因子的垂直变化特征,并采用多变量方差分析及冗余分析法,分析环境因子与氮组分的关系及季节动态。[结果](1)海拔、季节及交互作用对土壤氮组分有显著影响,3,6,9,12月铵态氮含量表现为:海拔2 100 m>2 400 m>1 800 m>2 700 m,硝态氮含量表现为:海拔2 400 m>2 100 m>2 700 m>1 800 m,沿月份梯度增加,全氮含量呈增加趋势,水解氮、铵态氮、硝态氮含量呈先减后增趋势,12月全氮和硝态氮含量有最大值分别为1.25 g/kg、8.26 mg/kg,3月水解氮和铵态氮含量有最大值185.14、5.80 mg/kg。全氮、水解氮、铵态氮、硝态氮沿土层变化规律有一致性,呈“V”型。(2)不同季节和海拔理化因子垂直变化特征与氮组分差异较大,土壤全磷、有效磷、速效钾含量沿土层深度增加先增后减。(3)影响土壤氮组分的关键因子存在季节差异,3,12月为有机质、非毛管孔隙度、速效钾、全磷、有效磷和毛管孔隙度,6,9月为有机质、全钾、毛管孔隙度、全磷、速效钾。[结论]研究为自然保护土壤养分对海拔和季节响应机制及生态保护综合治理提供具体生产实践依据。

      • 1
    • 土壤盐胁迫对紫花苜蓿磷素利用的影响*

      赵 乐, 苏 睿, 何红花

      Abstract:

      为了研究土壤磷肥和盐分及其交互作用对紫花苜蓿生长、磷营养和耐盐性的影响,向塿土中添加不同浓度梯度的磷肥(0、40、80和160 mg P kg–1,以KH2PO4的形式添加)和氯化钠(0、0.4、0.8和1.6 g NaCl kg–1)进行温室盆栽试验,种植紫花苜蓿。结果发现紫花苜蓿地上部生物量和根生物量均随着磷肥施加水平的提高而增加,但随着盐分添加水平的提高而减少;施磷时植物的磷吸收量增加,当磷水平为160 mg kg–1时,根、茎、叶的磷含量均达到最大。添加盐分抑制了对磷的吸收,当盐水平为1.6 g kg–1时,根、茎、叶磷含量与不加NaCl时相比显著减少;与不加磷肥时相比,酒石酸数量随着磷肥水平升高而减少,外源盐分添加显著增加了紫花苜蓿根际酒石酸的数量;大部分处理的根际pH与非根际相比均降低,在盐胁迫的情况下土壤pH值的降低会提高土壤磷的有效性和植物对磷的吸收;高剂量(160 mg kg–1)的磷肥添加使紫花苜蓿的磷吸收效率、磷利用效率均显著降低。研究表明,土壤磷肥与盐分之间存在显著的交互作用,盐分增加加剧了植物磷缺乏,适当施用磷肥可提高紫花苜蓿的耐盐性,并提高其在盐渍土壤中的生产力。

      • 1
    • 基于PLUS和InVEST模型的合肥市生态系统碳储量时空演变特征研究

      智菲, 周振宏, 赵铭, 王诗琪

      Abstract:

      【目的】为寻求“双碳”目标导向下的合肥市城市发展新方案。【方法】本文依据合肥市2000-2020年五期土地利用数据,在合肥市国土空间规划指引下,运用PLUS模型模拟得到2035年合肥市土地利用时空演变规律,耦合InVEST模型探究多情景下合肥市碳储量时空变化特征,并进一步挖掘土地综合利用程度对碳储量的影响。【结果】(1)2000-2020年合肥市土地利用变化特征主要表现为耕地、林地减少,其中耕地为建设用地扩增主要来源。自然发展和农田资源保护情景的土地变化规律大致相同,主要表现为耕地、林地、水体减少;绿色汇增城市发展情景下,林地相比其余两情景面积由减转增。(2)2000-2020年合肥市碳储量逐年递减,其中2005-2010年碳损失最为剧烈。到2035年,自然发展情景、农田资源保护情景、绿色汇增城市发展情景碳储量分别为138.96*106 t、140.13*106 t、139.81*106 t。农田资源保护情景下,碳储量明显增加区域最低,建设用地扩张减缓;绿色汇增城市发展情景下,林地由碳损失转为碳固持,是最具固碳潜力的发展趋势。(3)绿色汇增城市发展情景土地利用率最高,可有效降低土地综合利用程度对碳储量流失的威胁。【结论】农田资源保护情景与绿色汇增城市发展情景均有助于城市固碳发展,实施生态保护与城市发展并行政策,调整土地综合利用模式有助于改善城市碳流失。

      • 1
    • 基于SDG15.3.1的土地利用变化对生态系统服务价值的影响

      张龙江, 陈国平

      Abstract:

      [目的] 可持续发展目标15.3.1是表征土地退化的重要指标之一,探析土地利用变化和生态系统服务价值(ESV)对可持续发展目标15.3.1(SDG15.3.1)的影响是改进土地退化的关键因素。[方法] 本研究基于土地利用及碳储量变化对SDG15.3.1指标制定新的评价规则,并对SDG15.3.1完成情况进行评估。采用等效因子法计算生态系统服务价值,以定量分析土地利用变化对ESV的影响。[结果] (1)研究区土地利用类型转换频繁。主要表现为高林地、水体和建设用地增加,耕地、草地和灌木林减少,未利用地基本保持不变;(2)ESV在空间上呈中间高、四周低,西部高、东部低的分布格局;2000-2020年,总ESV损失了7.319×108 元。其中:2000—2010年,土地退化区域的ESV损失了3.03×109 元;2010—2020年,土地退化区域的ESV损失了2.28×109 元。(3)根据SDG15.3.1评估结果显示,2000—2010和2010—2020年SDG15.3.1指标分别为5.22%和4.77%,而土地净恢复面积为-1.62×105 hm2和-2.4×105 hm2。SDG15.3.1指标的完成情况有所提高,但仍未实现土地退化零增长目标。 [结论] 研究结果为高原城市群在实现可持续发展目标15.3.1过程中土地利用变化对生态系统服务价值的影响提供参考。

      • 1
    • 不同降雨量及雨强条件下兰州南山人工侧柏林土壤水分入渗规律

      鲁睿, 张明军, 张宇, 车存伟, 强玉泉, 刘灵灵, 王志兰, 谷来磊

      Abstract:

      [目的]降雨是干旱半干旱地区土壤水分的主要来源,将野外观测和模型模拟相结合研究降雨入渗规律,可以更系统地掌握土壤水分亏缺状况。 [方法]通过定点观测,应用Hydrus-1d模型对兰州南山人工侧柏林土壤水分动态变化进行模拟,评估模型在干旱区的适用性,分析不同降雨条件下土壤水分响应状况和入渗机制。 [结果]Hydrus-1d模型在兰州南山人工侧柏林有较好的适用性,且深层模拟效果更优。降雨量<30 mm时,10 cm处土壤含水量对降雨响应最为强烈,30和50 cm处受降雨影响相对较小且有明显的滞后,70 cm以下没有响应;降雨量> 8.2 mm时存在湿润峰。模拟期内,最大入渗深度为70 cm,最大入渗量为23.7 mm,入渗深度随时间增加而入渗量和入渗速率却随时间延长而减小。降雨量与入渗量、入渗深度和入渗速率呈显著正相关(p<0.05)。降雨量小于20 mm时,降雨强度对入渗量、入渗深度和入渗速率存在显著影响。 [结论]使用Hydrus-1d模型可以较好的模拟兰州南山人工侧柏林土壤水分动态变化并计算入渗量、入渗速率和入渗深度,且分析发现降雨量对该地土壤水入渗过程的影响更显著。

      • 1
    • 近30年根河流域湿地景观格局变化及驱动因素分析

      宋小梅, 常晓丽, 丁辰

      Abstract:

      [目的] 为了解根河流域湿地时空变化情况,明晰气候变化和土地利用变化对湿地景观格局的影响。[方法]通过分析根河流域1990—2019年间的湿地范围变化,再结合期间的气候变化状况来探究流域内湿地景观格局变化的驱动因素。[结果]近30年,根河流域湿地面积减少31.89%,斑块数量增加3.74%,景观破碎度指数增加4.48,流域湿地面积总体退化显著,流域湿地斑块数量总体有所增多。1990—2004年流域湿地呈现出显著退化趋势(p<0.05),湿地面积与年降水量存在显著正相关,景观破碎度指数与年降水量存在显著负相关,推断年降水量是导致根河流域湿地景观格局发生显著变化的主要因素;2004—2019年流域湿地退化趋势不显著(p>0.05),年平均气温呈现出不显著上升趋势(p>0.05),景观破碎度指数与年平均气温存在显著负相关,可能是气温升高导致流域内浅层多年冻土融化而将湿地连片,降低期间湿地破碎程度。[结论]研究结果对维护根河流域湿地生态系统的多样性与稳定性、促进湿地与非湿地间的协调互融性、保障湿地资源的可持续发展等具有重要的意义。

      • 1
    • 灌溉水盐分组成对番茄生长及土壤盐碱的影响

      李金刚, 何平如, 陈菁, 张娜, 杜斌, 刘闯, 周明强

      Abstract:

      [目的]为探究适宜于干旱、半干旱区番茄大田栽培的灌溉水盐度和盐分组成,[方法]在宁夏银北灌区开展3年番茄膜下滴灌野外田间试验,设置3种不同盐分浓度(1,2,3 g/L)和5个Na∶Ca 摩尔浓度比(1,3,5,7,9)的灌溉水源, [结果]研究发现在较低的灌溉水盐度(1 g/L)下,适当增加灌溉水Na∶Ca摩尔比有利于番茄植株的干物质和氮磷钾素积累;番茄单果重、商品果产量和总产量随灌溉水Na∶Ca摩尔比增加而线性下降,且灌溉水Na∶Ca摩尔比每增加1,番茄商品果产量下降5 761.7~6 036.7 kg/hm2;“高盐度(2,3 g/L)、低Na∶Ca摩尔比(1,3)”的灌溉水较“低盐度、高Na∶Ca摩尔比”的灌溉水,更有利于番茄增产;膜内表层40 cm土壤钠吸附比和表层100 cm土壤积盐量随灌溉水Na:Ca摩尔比的增加线性增加。为在宁夏银北灌区大田栽培番茄生育期内减少积盐并获得相对高产,推荐土壤基质势控制下限-20 kPa下膜下滴灌的适宜灌溉水盐度为2 g/L且Na∶Ca摩尔浓度比为5。

      • 1
    • 黄土塬区果园-农田交界带土壤水分分布及农田对果园的供水特征

      韩晓阳, 王亚萍, 朱元骏, 刘文兆

      Abstract:

      [目的]为探明黄土高原南部塬区果园-农田镶嵌格局下土壤水分空间分布与协同利用特征,[方法]选取长武塬区10龄、21龄和25龄苹果园(AO10、AO21和AO25)及其邻近农田,通过测定2021年雨季后果园—农田交界带有关位点的土壤含水量,定量计算了农田土壤储水对果园耗水的贡献。[结果]2021年降水量756 mm,为典型的丰水年份,农田和AO21、AO25果园降雨入渗深度在11月底分别达8.4,7.0,5.0 m。AO10果园-农田交界带以4 m深度为界,其下部土壤含水量较上部大,4—10 m土层平均含水量为25.5%;AO21果园0—7 m土层平均含水量为22.1%,7—10 m为15.0%;AO25果园0—5 m土层平均含水量为20.9%,5—10 m为 13.6%, AO21和AO25果园分别在7.0,5.0 m以下仍存在土壤干层。水平方向上,AO21、AO25果园利用邻近农田土壤水分的距离分别达到5,8 m,农果交界面上农田向果园的供水量,当以干层上界划分土壤剖面,其上为表观供水量,两个果园分别为0.08和0.25m3/m2;其下为实际供水量,分别为0.45和0.81 m3/m2。[结论]黄土塬区果园和农田镶嵌布局是一种较为合理的利用结构,在其规划管理中应考虑果树年限及其相邻农田宽度等因素,研究结果有助于推进区域土壤水资源的可持续利用及其空间优化。

      • 1
    • 基于InVEST模型的蒲河流域景观格局及生境质量时空演变分析

      刘佳依, 许大为, 徐嘉

      Abstract:

      [目的]通过对景观生态格局和生境质量的时空动态分析,深入研究沈阳市蒲河流域实施水土保持措施前后的生境质量响应情况。旨在为小型流域的水土保持策略提供科学依据,以促进生态经济的协同增长和区域生态的持续健康发展。[方法]基于蒲河流域2000,2010,2020年的土地利用数据以及数字高程模型(DEM)等数据,结合FRAGSTATS和InVEST模型,运用土地利用转移矩阵、景观格局指数、生境质量及生境退化度对土地利用变化进行分析,探究响应机理。[结果]结果表明:(1)在2000—2010年期间,蒲河流域的耕地开发活动频繁,导致森林、草地等土地类型的比例显著下降;在2010—2020年期间,蒲河生态廊道的建设推动了土地利用的变化,耕地面积流向人造地表、森林、草地。(2)在2000—2020年期间,蒲河流域的整体景观格局经历了先趋于完整后破碎化的演变过程,蒲河两岸景观形成多种要素集合的密集格局,城市中心北部边缘地区生境持续破碎化。(3)从流域整体分析,2000年、2010年、2020年的生境平均质量分别为0.349,0.329,0.354,呈现出先降后升的趋势。生境退化平均值分别为0.098,0.112,0.086,与生境质量变化趋势一致。随着蒲河生态廊道建设,2020 年生境质量明显改善,生态系统受到的威胁减少。从空间格局分析,从空间格局分析,东北部与西南部呈现出明显的空间分布特征。东北山区、西南湿地等区域生境质量总体较好,但是有着生境退化的威胁。[结论] 在水土保持措施的影响下,蒲河流域的生态格局得以改善,有效抑制了生境的退化现象。

      • 1
    • 林下植被对寒温带兴安落叶松林土壤磷形态及有效性的影响

      朱正青, 满秀玲

      Abstract:

      [目的]由于大兴安岭寒温带兴安落叶松林林下植被差异较大,其土壤理化性质也有较大差异,研究不同林下植被兴安落叶松林土壤磷形态变化特征及有效性,为科学评价寒温带森林土壤磷素供给水平及磷循环研究提供科学数据。[方法]选取大兴安岭寒温带4种林下植被兴安落叶松林(兴安杜鹃-落叶松林、杜香-落叶松林、苔草-落叶松林和苔藓-落叶松林)为研究对象,于2022年6、8、10月采集0—5cm、5—10cm和10—20cm土层土壤样品,采用Hedley磷分级法测定土壤不同形态磷含量。[结果](1)观测期间4种林下植被兴安落叶松林土壤活性磷(H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po)和中等活性磷(NaOH-Pi、NaOH-Po)在6—10月总体呈降低趋势,中等活性磷含量占全磷的30.08%~52.80%,且中等活性磷均表现出无机磷含量高于有机磷含量。兴安杜鹃-落叶松林和杜香-落叶松林0—20 cm土层活性磷、中等活性磷含量均高于苔草-落叶松林和苔藓-落叶松林。苔草-落叶松林土壤稳定性磷(HCl-Pi、HCl-Po、residual-P)均显著高于其他3种落叶松林,且稳定态磷占全磷的58.86%~65.81%。(2)4种林下植被落叶松林土壤全磷(TP)、有效磷(AP)和磷活化系数(PAC)在6—10月变化范围分别为391.81~1 081.02,7.34~83.9 mg.kg-1和1.62%~7.76%,兴安杜鹃-落叶松林和杜香-落叶松林土壤AP 含量和PAC高于另外2种落叶松林,表现出较高的磷有效性;而苔草-落叶松林和苔藓-落叶松林在8月和10月5—10,10—20 cm土层则出现供磷不足现象。(3)土壤含水率是兴安杜鹃-落叶松林和杜香-落叶松林土壤磷的主要影响因素,可溶性碳是苔草-落叶松林的主要影响因素,而铵态氮对苔藓-落叶松林影响较大。[结论]林下植被对兴安落叶松林土壤磷形态及磷有效性有显著影响,兴安杜鹃-落叶松林和杜香-落叶松林土壤活性磷组分、中等活性磷组分及有效磷含量较高,磷活化系数均在2.0%以上;而苔草-落叶松林土壤稳定性磷组分含量较高,土壤磷有效性相对较低。[意义]本研究对寒温带森林生态系统林下植被生态功能及土壤养分循环研究具有重要意义。

      • 1
    • 黄河流域近40年土地利用/覆被时空变化特征

      廖美玉, 方秀琴, 蒋心远, 朱求安, 金佳鑫, 颜亦琪, 任立良

      Abstract:

      研究土地利用/覆被时空变化特征对于黄河流域土地资源保护与合理开发具有重要意义,可为黄河流域生态保护与高质量发展战略实施提供重要参考。基于黄河流域1980—2021逐年土地利用/覆被数据,采用Mann-Kendall和滑动t检验、地学信息图谱、标准差椭圆和重心迁移模型等方法,探究近40年黄河流域土地利用/覆被变化特征。结果表明:(1)1980-2021年林地、灌丛、水域、建设用地显著增加,耕地、草地、湿地显著减少。(2)流域土地利用/覆被变化时段可划分为1980—1992、1993—2001、2002—2012、2013—2021,数量结构逐渐呈现快速变化特点,建设用地、湿地和水域变化敏感。土地利用结构均衡度逐渐增强,呈现的阶段性变化与实施的重大战略措施关联性高,并与划分的阶段较符合。(3)流域中上游以2012—2021年和间歇变化型、耕地和草地的相互转换为主,下游以2001-2012年和2012-2021年变化型、耕地转为建设用地和草地为主。流域内宁夏北部、内蒙古东部及部分沿黄河水系分布的地区变化频繁。(4)湿地、水域和建设用地的重心向西迁移,分别呈现向西南集中分布、向东分散、向西北集中分布态势。土地利用结构在政策导向下总体趋势变好,未来应重点关注湿地以及土地利用变化频繁的地区。

      • 1
    • 东北地区冻融循环对切沟沟岸崩塌作用及其影响因素探究

      贾晨阳, 张科利

      Abstract:

      切沟侵蚀是导致土地退化的重要因素之一。在我国东北黑土区,切沟侵蚀更为严重,且深受冻融作用影响。然而,有关冻融循环对切沟侵蚀评价的研究很少。由于沟壁崩塌是切沟侵蚀对冻融循环的主要响应,所以,可以通过测量冻融循环期间沟壁崩塌体积来评价冻融循环对切沟侵蚀的贡献。2016-2018年间,选取36条切沟共计463个崩塌点开展了野外调查。基于调查结果,切沟沟壁崩塌主要表现为两种类型:块状崩塌和松散堆积。在每一个崩塌点,测量两种堆积体的形态参数:包括崩塌土壤的体积、切沟横断面的宽度和深度,以及相应沟壁土壤的剪切力和硬度。结果表明:(1)三年研究期间冻融作用导致的沟壁崩塌强度平均为16.12 m3/km/y。两种崩塌类型在切沟内随机发生,单点冻融崩塌量主要集中在0-3 m3,但块状崩塌导致的土方量更大。(2)切沟横断面宽度和深度是沟壁崩塌的主要影响因素,崩塌量随宽深比增大而增加,当宽深比>2.71后,崩塌量会迅速增加。(3)切沟崩塌量也与沟壁土壤的剪切力和硬度等紧密相关。研究结果为定量评价冻融循环对切沟侵蚀贡献提供了数据支撑。

      • 1
    • 等高反坡台阶整地对不同耕作系统根土微生态的影响

      鲁连欣, 王克勤, 段旭, 李珠宇, 赵洋毅, 王帅兵

      Abstract:

      [目的]为探究坡耕地等高反坡台阶整地对玉米连作和玉米-芸豆轮作系统根土微生态特征的影响。[方法]以玉米-芸豆轮作为研究对象,玉米连作为对照,采用野外原位监测采样和室内试验分析相结合的方法,通过GC-MS和高通量测序技术分析作物根系分泌物和土壤微生物群落组成、结构特征,揭示坡耕地等高反坡台阶整地对玉米连作和玉米-芸豆轮作根系分泌物种类、含量和土壤微生物群落组成及多样性的影响。[结果](1)根系分泌物相对含量变化在CRT措施上更为突出,在轮作模式中更为显著。(2)CRT2处理提高土壤微生物群落数量、丰富度和多样性效果更显著。(3)在根系分泌物与土壤微生物互作下,根系分泌物、土壤微生物、土壤环境因子的两两相关性在CRT2处理下更显著。[结论]综上所述,坡耕地等高反坡台阶整地通过改变玉米连作和玉米-芸豆轮作的根系分泌物含量,使作物根土微生态环境发生变化,提高了土壤微生物数量、多样性及丰富度,且该措施与玉米-芸豆轮作结合的提升效果更佳,对根土微生态的改善作用更显著。以期为坡耕地作物种植、耕作方式选择及改善土壤微环境和水土流失综合治理提供理论基础。

      • 1
    • 基于土地利用变化的黄河上游四川段生态系统服务价值评价

      许诺瑾, 丁兵兵, 余新晓, 贾国栋

      Abstract:

      通过定量研究20年间黄河上游四川段土地利用变化与生态系统服务价值的关系,评估该流域段生态综合治理效果,为健全民族区域空间规划、生态环境保护与管理提供依据,助力黄河流域高质量发展。利用黄河上游四川段2000年、2010年和2020年土地利用数据,基于土地利用动态度、土地利用矩阵分析土地利用变化,并参考中国陆地生态系统单位面积生态系统服务价值当量,对黄河上游四川段生态系统服务价值当量的经济价值进行修正,定量研究黄河上游四川段2000—2020年间土地利用变化对生态系统服务价值的影响。结果表明:(1)2000—2020年黄河上游四川段林地、荒漠、湿地和水系土地利用面积呈上升趋势,耕地、灌木、草地和冰川积雪呈下降趋势,2010—2020年土地利用变化比2000—2010年更显著;(2)黄河上游四川段2000年、2010年和2020年生态系统服务价值分别为1.27×1010元、2.51×1010和3.92×1010,呈上升趋势,敏感性分析表明分析结果可靠。各土地利用类型中,对生态系统总价值贡献最为显著的地类是草地,2000—2010年和2010—2020年草地生态服务贡献率分别为93.9%和72.9%,其次是湿地和林地;(3)研究区在20年间各单项生态系统服务价值均呈增加趋势,区域生态服务功能的分项价值大小均为调节服务>支持服务>供给服务>文化服务,11个单项功能中起显著服务价值的为气候调节、水文调节、土壤保持和生物多样性,四项之和占总价值比例均超过58.5%。黄河上游四川段土地利用变化会影响区域生态系统服务价值的变化,其中草地影响最显著,其次是湿地和林地。研究表明20年间生态治理成果逐渐增强,生态环境不断变好。

      • 1
    • 秦巴山区国土空间格局演变特征及驱动力分析

      尹 力, 魏 伟, 薄立明, 张轲, 夏俊楠

      Abstract:

      [目的]科学认知秦巴山区城镇空间、农业空间和生态空间的时空演化过程与形成机理,是助力全国空间发展格局统筹协调和推动中西部崛起的关键,更是地区高质量转型发展的迫切需求。[方法]基于空间转移矩阵、地形位分析和随机森林回归等方法,从“格局规模―地形位置”两个维度切入,研究2000—2020年间秦巴山区国土空间时空演化特征与驱动机制。[结果](1)近20年秦巴山区城镇剧烈扩张、农业和生态空间持续缩减,占比58.33%的县区人口减少的同时城镇用地依然呈扩张态势,“人口总量―城镇规模”出现严重两极分化;(2)城镇、农业空间“上山爬坡”、生态空间“下谷”现象明显,新增城镇和农业空间平均上移1~2个地形位,下游丹江口水库坝体加高工程对山区整体国土空间分布梯度产生显著影响;(3)“农业空间―生态空间”动态调整置换是秦巴山区主导转换类型,财政支出的影响作用最为显著;农业空间是新增城镇的主要来源,同时秦巴山区城镇退化为农业、生态空间的规模显著;(4)国土开发政策、山地地形属性、交通区位条件和社会经济因素共同制约影响秦巴山区国土空间演化结果,各类型因素在不同转换方向上的作用强度和显著因子数量有明显差异。[结论]推动新增城镇向重点开发区集中,科学引导农业和生态空间顺应地形梯度布局,慎重进行水利工程建设,整体谋划区域“三区三线”布局,将对秦巴山区国土空间格局优化起到积极影响。

      • 1
    • 作物旱后复水补偿效应产生的源-库-流的响应及机制

      李涛涛, 刘溢健, 王仕稳, 殷俐娜, 邓西平

      Abstract:

      作物在生长过程,尤其在干旱半干旱地区,时常经受干旱和复水(降雨或灌溉)过程。干旱胁迫下,作物的生长发育受到抑制,产量降低,同时经过干旱胁迫作物对干旱胁迫的耐受性会有所提高;而干旱胁迫后复水,为了弥补作物干旱期间的损失,作物往往表现出补偿性生长,在产量上产生补偿甚至超补偿效应。作物旱后复水补偿效应是作物对干旱胁迫的积极响应与复水后补偿性生长的共同结果,在旱区作物生产中利用旱后复水补偿效应可以有效提作物产量和水分利用效率。“源库”关系被广泛用来解释作物产量的形成过程,调控源库关系也是提高作物产量的重要途径。旱后复水补偿效应的产生与作物“源-库-流”响应关系密切。基于当前的研究进展,本文从“源库”关系总结了作物旱后复水补偿作用产生的机制。在干旱胁迫过程中,源端表现为气孔关闭、光合降低、可溶性碳水化合物累积增加,而库端往往表现为库活性增加。复水后补偿效应产生过程中,在源端气孔打开、光合恢复、甚至高于干旱胁迫前,同时源端(叶片)可溶性碳水化合物代谢增强,促进作物光合作用,碳水化合物的合成能力提高;在库端(籽粒)库活性维持较高水平,同化物卸载和累积速度加快;同时流中同化物转运维持较高水平。在补偿效应产生的源-库响应中同化物的转运积累起着重要的作用,其中蔗糖转化酶(INV)、细胞壁转化酶(CW-INV)和1-FEH w3基因介导酶的活性在旱后复水补偿效应的源库的响应过程中起着至关重要的作用。本文通从源库关系角度对旱后复水补偿效应产生机制进行了深入的总结和分析,为理解作物旱后复水补偿效应产生的机制以及旱区作物水分高效利用提供理论依据。

      • 1
    • 氮磷添加对常绿阔叶林土壤团聚体有机碳及其与磷组分相关的影响

      贺凌云, 陈伏生, 郑志宇, 刘俏, 王晟楠, 王方超

      Abstract:

      为探究磷输入如何调节大气氮沉降对土壤团聚体有机碳含量以及碳与磷之间的关系的影响,在常绿阔叶林土壤建立长达6年(2015-2021年)的养分添加长期监测试验平台,包括4个处理:对照(P0+N0,0 kg P ha-1 a -1+0 kg N ha-1 a -1)、氮添加(P0+N100,0 kg P ha-1 a -1+100 kg N ha-1 a -1)、磷输入(P50+N0,50 kg P ha-1 a -1+0 kg N ha-1 a -1)以及氮磷同时输入(P50+N100,50 kg P ha-1 a -1+100 kg N ha-1 a -1),3个重复,共计12个样地。于2021年8月采集样地0-10 cm土壤样品,测定基础理化性质、土壤粒径分布规律、不同粒径土壤团聚体磷组分以及有机碳(SOC)含量。研究结果表明:(1)P0(无P输入下,0 kg P ha-1 a -1)处理下,氮添加显著增加大团聚体占比,减少黏、粉粒含量,提高各团聚体粒径中SOC含量;氮添加分别显著降低和增加团聚体黏、粉粒中易分解态磷组分(LP)和难分解态磷组分(RP)含量。(2)P50(有P输入下)处理下,氮添加显著提高土壤团聚体平均几何直径(GMD),;对各粒径团聚体中磷组分和SOC含量均无显著影响。(3)P0处理下,土壤团聚体SOC与难分解态磷呈现正相关关系;P50处理下,土壤团聚体SOC与各功能磷组分无显著相关。由此推断,P0处理下,氮添加通过提高常绿阔叶林土壤团聚体黏、粉粒径中难分解态磷而增加土壤有机碳的固持;P50处理下,氮添加对各粒径中有机碳的影响可能受到生物因素的调节,与磷的有效性无关。总之,氮沉降对常绿阔叶林土壤团聚体中碳磷内在关系的影响受到磷的调控,该研究结果为森林土壤碳循环应对全球气候变化提供数据支撑。

      • 1
    • 草原干涸湖床地表粒度特征及其对沙尘释放的影响

      李思瑶, 蒙仲举, 祁帅

      Abstract:

      [目的]为探究干涸湖盆典型地表风蚀过程以及盐碱尘暴形成的机理。[方法]以锡林郭勒盟阿巴嘎旗查干淖尔干涸盐湖为研究对象,从湖心到湖岸根据盐湖地表的动态演化过程选择4种典型地表(结皮地表、破碎地表、活化地表、沙化地表),分析从湖心到湖岸近地表土壤粒度分布特征、风速廓线以及输沙规律等,[结果](1)从湖心向湖岸延伸,地表0—2 cm沉积物颗粒粒配整体呈逐渐变粗的趋势,且以黏粒、粉粒为主;(2)干涸盐湖从湖心到湖岸风速整体呈降低的趋势,不同地表的风速廓线基本符合Karman的速度对数分布规律,且拟合效果较好(R2 > 0.9);(3)破碎地表上的输沙量最大,约是结皮地表的50倍,且由于有限沙尘供应,导致结皮地表的输沙率随高度变化呈现线性规律(R2 = 0.8),其他3种地表的输沙率随高度变化呈现指数函数形式(R2 > 0.97);(4)在近地表0—50 cm高度内,风沙流中携带的沙粒平均粒径在6~9 Φ,属于粉粒,分选性较差,偏度以负偏为主,峰态以中等和尖窄为主。[结论]整体来看,破碎地表上的风蚀作用最强,结皮地表上的风蚀作用最弱。可通过提高沙粒的临界启动风速阈值和下垫面的覆盖度等方式减弱该地区的风蚀作用。

      • 1
    • 菇渣有机肥配施脱硫石膏对黄河三角洲盐碱土活性有机碳及其敏感性的影响

      李传福, 徐家林, 明玉飞, 高舒, 吕欣, 杨宇轩, 李永强, 焦树英

      Abstract:

      摘要:[目的]黄河三角洲土壤盐碱化问题严重制约当地土壤资源高效利用和农业可持续发展,施用改良剂是盐碱土质量改善的有效措施。为探讨菇渣有机肥与脱硫石膏对盐碱土有机碳组分及碳库管理指数的影响,[方法]以黄河三角洲新垦殖小麦?玉米轮作地为研究对象,采用随机区组试验方法,设置不施肥(CK)、农民常用施肥(CN)、菇渣有机肥(MCOF)、菇渣有机肥+脱硫石膏(MCOG)共4个处理。通过3年田间施肥处理,[结果] 菇渣有机肥与脱硫石膏配施显著降低0—20 cm土壤盐碱度,提高土壤氮磷钾养分含量以及阳离子交换量(p<0.05);各处理0—20 cm土层总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(EOC)微生物量碳(MBC)含量高于20—40 cm,而水溶性有机碳(WSOC)含量则相反;与CN处理相比,MCOG处理0—20 cm 土层TOC、EOC、WSOC、MBC分别显著提高15.48%,23.50%,18.98%,51.40%,EOC有效率和MBC有效率分别提高13.94%,30.49%,且MCOG处理较CN和CK处理的土壤碳库管理指数(CPMI)显著提高15.38%和20.00%;MBC的敏感性指数均高于其他有机碳组分,MCOG处理MBC值最高。相关性分析表明,土壤TOC含量取决于其活性组分,而影响盐碱土有机碳活性组分含量及其有效率、碳库管理指数的主要因素为pH、CEC和EC。[结论] 菇渣有机肥与脱硫石膏配施能显著降低土壤盐碱含量、提高土壤肥力并增强固碳效率,研究为拓展盐碱地土壤有机改良方法提供理论依据和数据支撑。

      • 1
    • 尕海湿地区沼泽草甸土壤碳氮组分对增温施氮的响应

      卢朝阳, 马维伟

      Abstract:

      为探究高寒湿地土壤碳氮组分对气候变暖和氮沉降的响应特征,以尕海湿地区沼泽草甸为研究对象,采用开顶箱增温(OTC)和外源氮素(NH4NO3)添加,用以模拟未来气候变暖及氮沉降实验,分别设置对照(CK)、增温(W)、施氮(N)和增温施氮(WN)4种处理。在实验进行一年半后对土壤碳氮组分含量进行了测定。结果显示: 1)开顶箱增温装置提高0~15 cm 土层平均温度0.53 ℃,显著降低了0~10 cm土层含水量(SMC)和pH,以及土壤全氮(TN)、微生物量氮(MBN)、铵态氮(NH4+-N)、有机碳(SOC)及可溶性有机碳(DOC)含量,却显著提高了硝态氮(NO3--N)含量。2)施氮显著降低了NH4+-N、SOC和10~20 cm土层微生物生物量碳(MBC)及DOC含量,但增加了土壤TN、MBN和NO3--N含量。3)增温施氮显著增加了土壤SMC、TN、NO3--N和MBC含量,显著降低了MBN、NH4+-N和DOC含量。4)相关分析显示,土壤水分与各理化因子均存在正相关性,土壤碳氮组分间均呈现正相关性。结果说明,模拟增温施氮缓解了尕海湿地植物生长的温度和氮的限制,促进了TN的积累,对土壤微生物量碳氮组分影响较大,导致土壤微生物碳氮组分及分布特征发生转换。

      • 1
    • 侵蚀性降雨对黑土坡耕地土壤侵蚀特征的影响

      丁贵惠, 任忠政, 胡伟, 陈渊, 张兴义

      Abstract:

      [目的]降雨是黑土坡耕地水力侵蚀的动力来源,研究天然降雨条件下坡耕地土壤侵蚀特征对水土流失防治具有重要意义。[方法]基于黑龙江省海伦市光荣小流域2021—2022年不同坡度(3°,5°和7°)顺坡垄作径流小区观测的43场次侵蚀性降雨事件,采用 K-mean 聚类法对比分析不同雨型和坡度下径流与输沙特征,并探讨了影响坡耕地径流与输沙的影响因素。[结果]研究区以短历时、大雨强、小雨量的降雨(雨型3)为主,其次是中等历时、中等雨强、中等雨量的降雨(雨型2),长历时、小雨强、大雨量的降雨(雨型1)极少发生。相同雨型下,累积径流深和输沙量均随坡度增加而增大。相同坡度下,不同雨型对累积径流深响应不同,累积输沙量整体表现为雨型3贡献最高(50.90% ~ 57.90%),雨型2次之(37.60% ~ 44.10%),雨型1最低。雨型2事件降雨侵蚀力和坡度对径流深产生直接影响,径流深和坡度对输沙量产生直接影响。雨型3事件降雨侵蚀力通过直接和间接作用影响径流深进而影响输沙量。[结论]对于所有雨型事件,降雨侵蚀力和坡度是影响坡耕地径流深的主控因子,径流深和坡度是影响坡耕地输沙量的主控因子。

      • 1
    • 露天煤矿区不同生态措施对紫穗槐水分利用特征的影响

      毕银丽, 高学江, 柯增鸣

      Abstract:

      [目的]为探究排土场不同生态措施下典型植物的水分利用特征,提高植物水分利用效率,加速矿区生态恢复进程。[方法]以黑岱沟煤矿排土场6种生态措施(对照、接菌、绿肥、接菌+绿肥、绿肥+风化煤、接菌+绿肥+风化煤)下紫穗槐为对象,结合水的氢氧稳定同位素等方法分析。[结果](1)排土场土壤含水率为3%~9%,在0—30,70—100 cm较低,在30—70 cm土层较高。(2)紫穗槐的水分供给来源于降水和土壤水,土壤水分在0—30 cm土层发生显著的分馏现象,且在不同生态措施表现出显著差异,绿肥处理最大,接菌+绿肥处理最小。(3)不同生态措施下紫穗槐的水分利用特征存在显著差异,接菌处理对50—100 cm土层的水分利用比例较高,为53.4%;绿肥处理紫穗槐主要利用表层(0—20)土壤水分,为42.6%;接菌+绿肥处理紫穗槐对各层土壤水分利用比例较为均匀。[结论]接菌+绿肥处理优化了紫穗槐水分利用特征,增加了对表层和深层水分的利用比例,可作为排土场的生态复垦措施,促进西部干旱矿区生态恢复速率和效应。

      • 1
    • 根土复合体力学效应及其模型构建研究进展与展望

      谢祥荣, 陈正发, 朱贞彦, 徐兴倩, 阎凯, 李博, 段青松, 李淑芳, 张川

      Abstract:

      植物根系和土体的自身特性以及相互作用是生态护坡的关键。该文采用文献分析法和对比分析法,归纳分析根土复合体概念和内涵、根土复合体力学效应及力学模型的原理、优缺点以及适用范围。研究结果表明:(1)根土复合体是基于根土之间力学耦合效应关系下的一个复合稳定整体,根系在土体中交叉缠绕,起到类似纤维的加固作用;(2)根土之间力学关系实质上是根土复合体土力、水力和复合力学特性相互作用的一个结果,土力特性侧重于研究植物根系特征对土体的影响,水力特性侧重于研究土体中水分运动以及持水能力对土体结构、土体理化性质和根系特征的影响,复合特性侧重于通过土体自身特性对植物根系特征以及结构有直接影响,从而通过三者的相互作用使根系与土体的力学关系处于动态平衡之中;(3)根土复合体复合力学模型的研究较土力和水力学模型略少,土力学模型侧重于通过试验和公式来研究根系与土壤特性之间的关系以此来量化根系的增强,而水力特性模型则是通过数值模拟来量化水力特性参数,两者都是根据参数间的对比来衡量固土效果。但复合力学同时涉及土力特性和水力特性,考虑全面,应是未来重点研究的方向。今后在开展冻融循环、干湿交替、干热循环对不同地区根土相互作用的影响、多类型植物混种抗剪强度、化学作用和微生物作用对土水特性影响机理及复合模型构建等方面有待深入研究。该文可为生态脆弱区的植被恢复、水土保持和可持续发展等提供重要的理论价值和工程借鉴意义。

      • 1
    • 初始含水率和降雨能量对黑土团聚体溅蚀特征的影响

      张转敏, 王 彬, 饶 伟, 王文刚

      Abstract:

      为明晰降雨能量和初始含水率对土壤团聚体溅蚀过程机制的影响,[方法]选取东北典型耕层黑土为研究对象,通过人工模拟降雨试验,探讨不同初始含水率、降雨能量和团聚体初始粒径的团粒溅蚀特征。结果表明[结果]:(1)4种初始粒径黑土团聚体的溅蚀量均在初始含水率4%时最大,其中初始粒径<0.25 mm团聚体溅蚀量是相同降雨能量下各粒径团聚体溅蚀量的1.21~5.50倍。随初始含水率的增加各初始粒级团聚体溅蚀量呈减小趋势,而初始含水率>25%后则呈增大现象。(2)4种初始粒径黑土团聚体的溅蚀量均随降雨能量的增加而增大。相较于降雨能量305 (J/m2)/h(1 m)条件,当降雨能量增加至909 (J/m2)/h(5 m)时,不同初始粒径团聚体溅蚀量分别增加了15.37~20.70倍(<0.25 mm)、52.30~417.60倍(0.25~1 mm)、51.58~359.36倍(1~3 mm)、68.73~777.99倍(3~5 mm)。不同初始粒径黑土团聚体溅蚀量存在明显的阈值现象,当降雨能量达到529 (J/m2)/h(2 m)以上时,不同降雨能量梯度下的溅蚀量存在显著差异。(3)降雨能量是影响溅蚀量的关键因素。降雨能量对溅蚀量的直接效应为0.811,存在显著正向影响,且相关程度最高;初始含水率和团聚体初始粒径的直接效应分别为0.193和0.352,存在显著负向影响。[结论]研究结果可为东北黑土区坡面土壤侵蚀过程机制研究和土壤侵蚀机理模型构建提供科学依据。

      • 1
    • 黄河中游多沙粗沙区土壤侵蚀时空变化及动态驱动力分析

      张卓佩, 牛健植, 樊登星, 苗禹博, 杜州, 杨智勇

      Abstract:

      [目的]揭示黄河中游多沙粗沙区2000—2020年土壤水蚀时空演变特征,分析其动态驱动力。[方法]基于RUSLE模型,计算多沙粗沙区逐年土壤水蚀模数,分析2000年、2005年、2010年、2015年、2020年土壤水蚀强度变化特征,利用Sen+MK趋势分析法结合Hurst指数探究土壤水蚀模数时空变化特征,使用参数最优地理探测器中的因子探测与交互探测量化年均降水、海拔、坡度、植被覆盖度、土地利用/覆盖类型、土壤类型6个因子对土壤水蚀空间分布的解释力。[结果]:(1)2000—2020年5期多沙粗沙区中度、强烈、极强烈、剧烈侵蚀面积分别下降48.09%,77.93%,83.01%,36.13%;微度和轻度侵蚀面积分别上升46.22%、0.33%。现阶段多沙粗沙区以微度和轻度侵蚀为主,二者面积占比分别为62.49%,42.07%。(2)多沙粗沙区土壤水蚀模数总体年际变化呈波动显著下降趋势,由2000年的2 214.89 t/(km2·a)降至2020年的1 169.44 t/(km2·a)。2000—2020年多沙粗沙区土壤水蚀模数空间变化趋势主要表现为下降状态,面积占比为76.13%,未来仍将以下降状态为主,面积占比为62.50%。(3)6个因子间的交互作用解释力均大于单因子,且主要表现为非线性增强和双因子增强;多沙粗沙区土壤水蚀2000—2005年由降水和土地利用/覆盖主导,2010—2020年由植被覆盖度和土地利用/覆盖主导。[结论]:2000—2020年多沙粗沙区土壤水蚀状况不断好转;未来共有62.50%的区域土壤水蚀模数为持续下降与未来下降状态,但仍有20.44%的区域存在上升的潜在风险;退耕还林还草工程改变土地利用/覆盖格局,使得多沙粗沙区土壤水蚀驱动力呈动态变化;在今后多沙粗沙区土壤水蚀防治,优化土地利用/覆盖格局时需要充分考虑坡度因子。

      • 1
    • 基于PLUS-InVEST模型的福建省土地利用变化与碳储量评估

      黄韬, 程颖

      Abstract:

      福建省森林覆盖率高达66.8%,是我国森林覆盖率排名第一的省份。[目的]探讨福建省土地利用变化对碳储量时空变化的影响是探寻社会发展和生态保护平衡点的理论基础。[方法]本文基于PLUS模型和InVEST模型碳储量模块,揭示了2000—2020年全省碳储量时空变化特征和土地利用类型之间的关系,并从自然发展、生态保护和城镇发展3种情景预测了2020—2030年福建省碳储量时空变化。[结果]研究表明,2000年、2010年和2020年研究区的总碳储量分别为214.77×107 ,214.51×107,212.93×107 t,呈现逐年下降的趋势。人类活动对土地的开发和改造是导致碳储量变化的主导因素,大面积的耕地和林地转变为建设用地是导致碳储量降低的直接原因。预测结果认为,与2020年相比,2030年自然发展、生态保护和城镇发展情景下碳储量分别减少了1.47×107 t,增加了0.17×107 t,减少了1.85×107 t。生态保护情景是唯一逆转碳储量下降的发展情景,该情景与2020年相比,林地面积扩张了1 900.87 km2,林地碳储量增长2.08 ×107 t,这在切实保护生态的同时也能够满足城镇发展的土地需求。[结论]因此,落实以林地保护为主,控制建设用地,是福建省实现“双碳”目标的重要前提。

      • 1
    • 干热河谷冲沟系统土壤团聚体对优先路径的影响

      李珠宇, 李志成, 徐贵迁, 段旭, 张广贺, 赵洋毅

      Abstract:

      [目的]为探究金沙江干热河谷冲沟系统土壤团聚体结构对优先路径形成的影响,深化对冲沟系统土壤水分和溶质运移的认识。[方法]选取金沙江干热河谷活跃和稳定冲沟不同部位(集水区、沟头、沟床和沟底)为研究对象,基于染色示踪和形态学图像解析技术,提取土壤水平剖面优先路径。采用RDA、灰色关联和耦合协调度等分析方法探究土壤团聚体结构与优先路径的关系。[结果](1)稳定冲沟土壤团聚体稳定性高于活跃冲沟。除个别土层外,活跃冲沟>0.25 mm机械稳定性团聚体(DR0.25)、水稳定性团聚体(WR0.25)、平均质量直径(MWD)含量均显著小于稳定冲沟(p<0.05),团聚体破坏率(PAD)和不稳定团粒指数(ELT)则呈相反趋势。冲沟系统由集水区向沟底延伸,土壤大团聚体占比减少,团聚体稳定性下降。(2)活跃冲沟优先路径数量和连通性优于稳定冲沟,冲沟系统由集水区向沟底延伸优先路径连通性变差。各部位以>10 mm优先路径为主要通道。活跃冲沟Simpson指数较稳定冲沟增加了3.12%,不同径级的优先路径丰富度高于稳定冲沟。(3)优先路径的形成和分布受土壤团聚体稳定性的影响, MWD和WR0.25与优先路径数量达到极强关联且影响最为显著(p<0.01)。(4)冲沟系统由集水区向沟底延伸,土壤团聚体结构与优先路径的耦合协调性降低。整体上表现为:沟头>集水区>沟底>沟床。 [结论]土壤团聚体结构是优先路径形成的重要驱动因素之一,优先路径的分布对干热河谷冲沟系统发育具有重要影响。

      • 1
    • 模拟降雨条件下坡度和降雨强度对桂南崩积体侵蚀产沙的影响

      常志勇

      Abstract:

      【目的】探究坡度和降雨强度对崩岗崩积体坡面侵蚀产沙特征的影响,为桂南地区崩积体水土流失预测及其防治提供科学依据。【方法】采用室内模拟降雨试验,研究了不同坡度(15?、20?、25?)和降雨强度(60、90、120 mm/h)条件下崩积体坡面侵蚀产沙过程。【结果】各坡度条件下,60 mm/h降雨强度时,崩积体坡面侵蚀速率变化过程较为稳定,且侵蚀速率多低于5.0 g/m2/s,并呈现出一定的下降趋势;90~120 mm/h降雨强度下侵蚀速率呈先波动增大,后波动减小的变化趋势。降雨过程中侵蚀速率最大值随降雨强度和坡度的增大而增大,侵蚀速率最大值出现的时间集中在0~25 min内,且随坡度的增大有提前的趋势。次降雨产沙量(3.64~48.07 kg/m2)随降雨强度和坡度的增大而增大,与降雨强度和坡度之间的非线性回归结果(幂函数)优于线性回归结果。次降雨产沙量与坡度和降雨强度的交互项相关性最为显著,二者呈极显著线性函数关系。【结论】次降雨产沙量对降雨强度的敏感系数要高于对坡度的敏感系数,降雨强度对次降雨产沙量的影响强于坡度,崩积体侵蚀防治中应做好坡面排水措施。

      • 1
    • 不同厚度降解地膜对坡耕地溶解态氮磷流失的影响

      王凯丽, 张含玉, 方怒放, 刘前进, 李靖江

      Abstract:

      坡耕地养分流失可导致土地退化,引起非点源污染。降解地膜既具有普通地膜优点,又易于降解,被广泛用于耕地种植,但其对养分流失的影响机理尚不清楚。为探究降解地膜覆盖对径流及溶解态氮磷流失的影响,利用野外原位径流小区,以覆膜垄作花生种植为研究对象,设置0.003 mm厚聚乙烯普通地膜覆盖处理(PF)和厚度为0.006 mm(BF1)、0.008 mm(BF2)、0.010 mm(BF3)、0.012 mm(BF4)的降解地膜覆盖处理,及未覆膜处理(CK),测定不同处理在自然降雨条件下的径流量及径流中铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、速效磷(PO43--P)浓度,分析不同厚度降解地膜覆盖条件下径流及养分流失特征。结果表明:(1)降解地膜降解所需时间随地膜厚度的增加而增加。(2)各处理的累积径流量由小到大为BF1<BF2<BF3<PF<CK<BF4,BF1与BF4之间差异显著(P<0.05)。(3)与CK相比,各覆膜处理均能不同程度减少氮磷累积流失量。其中,BF1处理对NH4+-N、NO3--N流失量的削减效果较好,而BF2处理对PO43--P流失量的削减效果较好。(4)在五个覆膜处理中,BF4处理的NO3--N、PO43--P流失量最高,而BF3处理的NH4+-N流失量最高。研究结果可为防治覆膜坡耕地水土及养分流失、解决农业面源污染等问题提供理论基础,对绿色农业发展和生态可持续发展具有重要意义。

      • 1
    • 基于高分七号卫星DEM的坡度坡长计算精度评价

      赵云龙, 符素华

      Abstract:

      [目的]坡度和坡长作为重要的地形因子,其计算的准确性直接会影响到坡面土壤侵蚀模型的评价精度。高分7号卫星的高精度高程测量能力在地形因子的准确提取上具有较大潜力,期望能将其利用到坡度和坡长提取之中,实现对地形的准确表达。这需要对利用高分7号卫星DEM提取坡度坡长的结果进行精度评价。[方法]利用地形因子(LS)计算工具,对陕西省吴堡县4个小流域高分7号卫星、1∶10 000地形图、激光雷达影像生成的DEM进行坡度、坡长的提取。采用相关系数(r)、相对偏差和绝对偏差作为评价指标,评价高分7号提取地形因子的精度。[结果]与激光雷达和1∶10 000地形图的坡度和坡长相比,高分7号提取的流域平均坡度偏低7.50%~9.02%、坡长偏大1.83%~19.35%,但坡长和坡度分级的面积比例并不存在显著差异;高分7号提取的坡度结果偏差(16.46%~44.26%)明显小于坡长的偏差(75.25%~140.87%);高分7号所提取的坡度坡长在沟间地上的相对偏差(坡度15.48%~56.63%;坡长50.02%~130.79%)明显低于沟谷地(坡度21.28%~63.61%;坡长93.01%~192.51%)。[结论]利用高分7号DEM提取坡度坡长时,对于获取坡长坡度面积分级和对指定点的坡度提取时是可行的,而对于指定点的坡长提取时则结果不够可靠,在研究流域中坡长坡度的空间分布上具有较大优势,而提取具体某一位置处的坡长坡度时的优势则不明显。

      • 1
    • 积雪变化对东北农田黑土盐基离子及有效硅铝含量的影响

      王子龙, 滕怀淏, 姜秋香, 刘传兴, 单家珣, 王 凯

      Abstract:

      东北地区是我国积雪分布范围最大的积雪稳定区,气候变暖对积雪沉积深度的改变可能对冬季东北黑土区土壤的冻结状态构成影响,使土壤理化环境进一步发生变化,从而改变生长季节土壤盐基离子及有效硅铝对作物的有效性。为探究冬季积雪深度变化下东北农田黑土盐基离子及有效硅铝的季节性含量变化特征,研究采用人工控制积雪深度的方法,通过测定除雪处理组(SR)、减雪处理组(SL)、自然积雪对照组(C)、增雪处理组(SA)的东北农田黑土环境因子(温湿度、含水率、pH值、总有机碳)、盐基离子、有效硅以及活性铝,分析土壤盐基离子及有效硅铝的含量变化过程,以及两者对土壤环境因子的响应关系。研究结果表明,积雪深度的降低改变了季节性雪被覆盖下黑土的水热分布状态,使0-30cm土壤温度显著下降,而土壤平均含水率则呈现出增长趋势。积雪深度降低引起的HCO3-含量减小使各组土壤平均pH值分别变化-0.06、-0.04、-0.02、0.01,土壤的碱性降低使得交换态一价阳离子(Na+K+)含量升高,同时使交换态及碳酸盐态二价阳离子(Ca2+Mg2+)含量降低。碳酸盐态二价阳离子与交换态Na+分别对TOC含量构成正向和负向的影响,使土壤平均总有机碳(TOC)含量随积雪深度的降低分别增长0.87 g/kg、1.09 g/kg、1.32 g/kg、1.48 g/kg。盐基离子与土壤pH、TOC的相互影响关系使在积雪深度降低的条件下土壤pH值与有机质含量降低,造成土壤对有效硅的吸附量降低,同时促进低活性铝向高活性铝转化,最终使土壤有效硅与腐殖酸铝(Al-HA)的含量显著减少,而交换态铝(Ex-Al)、单聚体羟基铝(Hy-Al)与酸溶无机铝(Col-Al)含量显著升高,盐基离子通过与TOC及pH的相互作用关系间接对有效硅铝构成潜在影响。

      • 1
    • 峰丛洼地岩溶裂隙水土漏失过程室内模拟试验

      李娟, 邵明, 李法虎, 赵晗

      Abstract:

      水土漏失控制是喀斯特地区石漠化防治的关键,但漏失机理及其影响因素尚不明确。通过室内模拟试验,研究了水压力、岩溶裂隙宽度和土壤粒径组成对峰丛洼地水土漏失过程的影响。结果表明,在上覆土层被击穿后,水漏失速率迅速增大后逐渐趋于稳定,而土壤漏失速率则急剧增大至峰值后减小并趋于其稳定值。水土漏失量随水压力或裂隙宽度增大而增大。粒组缺失土壤的团聚体粒径大小和裂隙宽度对水漏失无显著影响,而土壤漏失量则随团聚体粒径增大而减小。小团聚体粒组的土壤漏失量随裂隙宽度增大而减小,而大团聚体粒组的土壤漏失量则随之增大。水压力和裂隙宽度越大、土壤团聚体粒径越小或粒组缺失的土壤,土层越易被击穿。土层被击穿后的水土漏失速率及其漏失量显著大于未击穿土层。研究结果为揭示喀斯特地区水土漏失机理提供了一定的理论基础。

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    • 降雨、汇流和坡度对黑土浅沟坡面侵蚀影响的试验研究

      耿华杰, 郑粉莉, 赵录友, 王伦, 赵婷, 秦琪珊, 安小兵

      Abstract:

      [目的]研究降雨、汇流和坡度对浅沟侵蚀的影响,可为黑土区坡面侵蚀治理提供科学依据。[方法]通过室内模拟降雨和汇流试验,设计2个降雨强度(50和100 mm/h)和2个坡度(3°和7°),并在4种降雨强度和坡度组合下设置了5个依次增加的汇流强度(15、30、45、60、75 L/min);分析了降雨、汇流和坡度及其交互作用对浅沟坡面侵蚀的影响,明确了浅沟侵蚀对坡面侵蚀的贡献。[结果](1)坡度和汇流强度对浅沟坡面侵蚀的影响均大于降雨强度。当降雨强度由50 mm/h增加到100 mm/h时,3°和7°对应的坡面侵蚀量分别增加52.3%~81.8%和29.4%~88.4%;而当坡度从3°增大到7°,50和100 mm/h降雨强度对应的坡面侵蚀量分别增加114.3%~395.5%和130.0%~320.9%;当汇流强度由15 L/min增加至75 L/min,坡面侵蚀量增加4.6~13.5倍。同时,汇流强度增加加剧了坡度对坡面侵蚀的作用,而减弱了降雨强度对坡面侵蚀的影响。(2)降雨、汇流、坡度双因子和三因子交互作用对浅沟坡面侵蚀的影响以汇流强度-坡度交互作用和降雨强度-汇流强度-坡度三者的交互作用的影响最大,其次为降雨强度-汇流强度交互作用,而以降雨强度-坡度的交互作用的影响最小。(3)不同试验条件下,浅沟侵蚀量占坡面侵蚀量的比例平均在85%以上,浅沟侵蚀量占坡面侵蚀量的比例随汇流强度和坡度的增加呈增大趋势。(4)坡面侵蚀速率与水流流速、径流剪切力和水流功率之间均表现为极显著正相关,与阻力系数之间呈显著负相关;且坡面侵蚀速率与水流功率关系最好。

      • 1
    • 冻融条件下藻结皮覆盖对土壤结构的影响

      钟志强, 曹文华, 马波, 曾建辉, 张秀梅

      Abstract:

      [目的]为研究生物结皮覆盖和冻融作用对土壤结构的影响。[方法]以黄土高原北部风沙土为研究对象,采用室内模拟冻融的方法,利用田口方法分析不同冻融次数、冻融前土壤初始含水量和生物结皮(藻结皮)盖度对土壤结构特征的影响。[结果](1)通过正交试验获取的土壤结构指数(IGSS)为75.57~96.57,信噪比(S/N)为37.55~39.70 dB,通过田口方法确定的最佳因子组合为15次冻融循环、15%初始含水量、80%藻结皮覆盖度,其预测结果为IGSS=98.09,S/N=39.89 dB。(2)IGSS与冻融次数、初始含水量、藻结皮盖度均呈正相关关系,各因子对土壤结构指数的主效应表现为初始含水量>冻融次数>藻结皮覆盖度;各因子对土壤结构指数变化的贡献率为初始含水量(52.17%)>冻融次数(31.95%)>藻结皮覆盖度(2.12%)。(3)土壤结构指数的变化来自于冻融过程中土壤水分的散失和孔隙扩张,藻结皮覆盖可以减缓冻融过程中水分的散失,从而减缓IGSS变化。[结论]本研究使用正交实验对冻融条件下藻结皮覆盖对土壤结构的影响进行了探讨,研究结果可为复杂条件下的土壤冻融过程研究提供一定的理论参考。

      • 1
    • RUSLE模型对黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀的模拟效果分析

      廖俊, 焦菊英, 严增, 李建军

      Abstract:

      为了探究RUSLE模型在黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀模拟的效果,本研究基于陕北安塞区坊塌小流域内10个径流小区于2016-2022年的降雨产流产沙监测资料,通过RUSLE模型各因子不同常用算法之间的变换组合,模拟了144种因子组合式下各退耕植被恢复坡面的土壤侵蚀量,并采用纳什效率系数NSE和均方根误差RMSE来作为评价模型有效性的判断指标。结果表明:利用RUSLE模型144种因子组合进行土壤侵蚀模拟,退耕植被恢复坡面的NSE系数范围为-38.47~ 0.19,均方根误差RMSE的范围为1.92~12.65 t/(hm2·a),RUSLE模型在退耕植被恢复坡面上的模拟效果较差,现有各因子算法难以适应退耕植被恢复坡面上的土壤流失量的评估,需要对RUSLE模型各因子进一步改进。

      • 1
    • 喀斯特槽谷区顺/逆层坡不同土地利用类型的土壤质量评价及其障碍因子探析

      石海龙, 张林星, 甘凤玲, 蒲俊兵, 苟俊菲, 刘涓

      Abstract:

      不同岩层倾向会影响喀斯特槽谷区侵蚀坡面的水土流/漏失和土壤微生物,从而导致侵蚀坡面的顺/逆层坡面土壤质量差异较大,为准确评价喀斯特槽谷区顺/逆层坡侵蚀坡面的土壤质量特征,以重庆市青木关喀斯特槽谷区顺/逆层坡面的5种典型土地利用类型(林地,草地,裸地,玉米地,辣椒地)为研究对象,利用主成分分析法结合Norm值建立评价指标最小数据集(minimum data set ,MDS),并通过非线性土壤质量评价方法和隶属度函数对喀斯特槽谷区顺/逆层坡面的土壤质量进行评价。结果表明:1)喀斯特槽谷区土壤质量评价指标最小数据集(MDS)包括毛管持水量,毛管孔隙度,全磷。2)通过非线性土壤质量评价方法可知,逆层坡土壤质量(0.519)优于顺层坡(0.451),其中逆层坡林地土壤质量最优(0.653),辣椒地土壤质量最差(0.426);3)非线性评价方法在顺/逆层坡的决定系数R2均高于隶属度函数,因此喀斯特槽谷区更适合采用非线性评分模型;4)顺/逆层坡侵蚀坡面的土壤质量障碍因子差异显著,仅有全氮为共同的障碍因子。综上可知,适当增加草地和乔木林的覆盖更能提高喀斯特槽谷区土壤质量,该研究结果可因地制宜地为喀斯特槽谷区顺/逆层坡侵蚀坡面的土壤质量调控和生态恢复提供依据。

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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
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