喀斯特小流域土壤含水率空间异质性及其影响因素

该文基于网格取样（80 m×80 m），利用地统计学和经典统计学方法，研究了典型喀斯特小流域旱季表层（0～10 cm）土壤含水率（soil moisture content，SMC）的空间变异特征，并分析了其与容重（bulk density， BD）、毛管孔隙度（capillary porosity，CP）、非毛管孔隙度（non-capillary porosity，NCP）、土壤有机碳（soil organic carbon，SOC）、碎石含量（rock fragment content，RC）等土壤理化性质以及坡度（slope gradient，SG）、坡向（slope aspect，SA）、裸岩率（bare rock，BR）等地形因子的关系。结果显示，SMC半方差函数的最优拟合模型为指数模型，变程为381.00 m，块基比为0.382，属于中等程度的空间相关性。普通克里格插值结果显示，SMC呈现出随海拔升高而降低的分布规律。Pearson 相关分析表明，除 SOC 外，其他土壤理化指标均对 SMC 有显著影响（p＜0.05）；各地形因子中仅SG对SMC有显著影响。协方差分析表明，RC、CP和NCP对SMC的方差解释达到显著水平（p＜0.05），地形部位（上坡、中坡、下坡、洼地）、土地利用类型（乔木林、灌木林、灌草丛、耕地）及二者的交互作用均未达到显著水平。这说明土壤理化性质是影响 SMC 的直接因素，地形部位和土地利用类型均通过改变土壤理化性质来影响SMC。该结果有利于辨别喀斯特小流域旱季SMC的主要影响因素，从而为该地区土壤水源涵养功能的提高及流域水文过程研究提供科学依据。

石漠化治理过程中农民参与意识与响应——以广西壮族自治区河池地区为例

基层农民在石漠化治理中有着不容忽视的作用,但对其态度及参与意愿的了解相对较少。基于参与性调查方法,按不同石漠化程度,对广西河池地区环江县、都安县、大化县33个屯154户居民石漠化治理过程中参与意识与响应进行了调查。结果表明,了解石漠化的农民所占比例较小,且随石漠化程度的增加反而减少。影响农民石漠化治理参与意识的主要因素是农民的文化程度和年龄,但生态示范区内农民参与意识要远好于非示范区。生态农业模式能被多数农民所接受,但因存在成本、农产品销路、技术等问题而实施难度大。政府支持的经济发展模式往往具有经济生态双重效益,但实施过程复杂;农民自发形成的发展模式通常具有收益高及操作简单等特点,但规模往往较小,且受市场影响较大。因此,石漠化治理过程中,一方面需要加强对重度石漠化地区农民的宣传教育,同时充分发挥生态示范区的作用,增加示范区的辐射范围;另一方面,在支持已有发展模式的同时,应重点支持种桑养蚕、手工品加工等农民自发形成的发展模式,并开拓农产品市场。总之,在石漠化治理过程中,政府加大支持力度,科研单位提供技术指导,农民群众积极配合,形成政府-科研单位-基层农民共同参与的石漠化治理模式。

喀斯特小流域土壤饱和导水率垂直分布特征

土壤剖面饱和导水率（Saturated hydraulic conductivity, Ks）的垂直分布对土壤水文过程有极其重要的影响，但在地质背景特殊的喀斯特地区其研究还相对匮乏。通过测定典型喀斯特小流域内 23 个土壤剖面（0～10、10～20、20～30、30～50、50～70、70～100 cm）土壤 Ks及土壤碎石含量（Rock fragment content, RC）、容重（Bulkdensity, BD）、毛管孔隙度（Capillary porosity, CP）、非毛管孔隙度（Non-capillary porosity, NCP）、土壤有机碳（Soilorganic carbon, SOC）等土壤性质，并结合各样点的坡位（Slope position, SP）、坡度（Slope gradient, SG）、坡向（Slopeaspect, SA）、裸岩率（Bare rock, BR）、土地利用类型（Land-use type, LU）等环境因素，应用偏相关分析和典范对应分析（CCA）的方法，研究了喀斯特小流域 Ks的垂直分布特征及其主要影响因素。结果表明， Ks随土壤深度的增加而减小并可用对数函数模拟（R2=0.848）。20～100 cm 各层 Ks变幅较小且变异接近，因此在水文模型中可用 20～30 cm 土壤 Ks代替深层。土壤性质中，RC 与 Ks的相关系数（0.484）最大。而环境因素对 Ks垂直分布的影响依次为SP 〉 SG 〉 SA 〉 LU 〉 BR。由此可知，RC 是影响 Ks最重要的土壤性质，而 SP 则是影响 Ks垂直分布最重要的环境因素。该结果有利于弄清喀斯特地区降雨入渗规律及其主要影响因素，为小流域植被恢复及水文模型的构建提供科学依据。

河北滨海盐碱地浅层轻度咸水资源冬小麦灌溉安全利用研究

河北滨海盐碱耕地缺少灌溉水资源,该区具有丰富的浅层微/轻度咸水资源,冬小麦生长关键期适当进行微/轻度咸水灌溉能够缓解该区农田灌溉危机。本文以河北省滨海盐碱地为研究对象,选择沧州市南大港产业园区马营村为试验基地,开展浅层轻度咸水冬小麦农田灌溉试验,分析咸水灌溉对冬小麦产量和土壤盐分含量变化的影响。结果表明:1)河北滨海盐碱地浅层轻度咸水(6 g∙L^(-1))在冬小麦拔节—抽穗期进行一次600 m^(3)∙hm^(-2)的灌溉,产量能够达到旱作冬小麦的1.5倍以上,增产效果明显。2)基于暗管排水排盐工程、在雨季保持多年平均降雨量条件下,2016—2018年雨季后试验地土壤平均含盐量分别为2.86 g∙kg^(-1)、1.60 g∙kg^(-1)和1.38 g∙kg^(-1),呈现逐年降低的趋势。由此得出:河北滨海盐碱地浅层咸水资源在冬小麦灌溉方面能够实现安全利用。在此基础上,以河北滨海沧州市为例分析浅层咸水资源利用前景,从水资源量上,1~5 g∙L^(-1)的浅层微/轻度咸水资源可以满足冬小麦农田因地下水压采限采造成的至少1.7×10^(8)m^(3)灌溉水量亏缺,从耕地资源方面,扩大一年两熟种植面积,增加冬小麦种植面积约131000 hm2。研究结果可为河北滨海盐碱地咸水资源安全利用、土壤健康和粮食安全提供科学依据。

河北滨海湿地生态系统服务供需特征与情景分析

滨海湿地处于海陆生态系统交错地带,研究湿地面积变化带来的生态系统服务和人类福祉的变化,可为湿地生态系统服务提升、近海岸生态环境保护与生态安全管理提供参考。本文通过分析河北滨海湿地面积变化,对2000—2020年河北滨海湿地生态系统服务的供给量和社会对湿地生态系统服务需求量进行评估,并以供需比定量分析了滨海湿地生态系统服务供需特征,最后利用情景分析预测了2030年河北滨海湿地供需安全。结果表明:1)河北滨海湿地生态安全受到威胁,主要表现为自然湿地面积和湿地生态廊道面积减少。2)除水产品供给服务增加外,河北滨海湿地的水资源供给、净化环境、调节洪水、固碳、释氧和美学景观等生态系统服务供给量均降低,河北滨海区社会对湿地生态系统服务需求量均呈增加趋势。3)河北滨海湿地面积仅占河北滨海区全域面积的6.3%,但其提供的调节洪水服务可以满足河北滨海区全域对其需求。4)河北滨海湿地调节洪水服务的生态安全状况较好,水产品供给服务、水资源供给服务和净化环境服务是目前需要重点关注的生态安全问题,是未来可能影响河北滨海湿地生态安全的隐患,固碳、释氧和美学景观服务是未来河北滨海湿地生态安全发展中的短板。5)情景分析下,湿地严格保护情景下生态系统服务供给量和供需比最高,是河北滨海湿地生态系统未来发展的最好情景模式。

滨海盐碱农田暗管排盐渗流场模拟

暗管排水技术是治理滨海盐渍土的有效措施,为制定更为合适的灌排制度,本文以河北省沧州市南大港产业园区近滨海暗管排水排盐试验地为模拟研究对象,通过设置不同地下水埋深和补给水位对滨海农田春夏季不同水位条件进行模拟,使用COMSOL软件对其进行数值模拟,设计室内砂槽物理模型进行对比验证,模拟埋设暗管的滨海盐渍土在变水位条件下的水流迁移过程和盐分运移过程。研究结果表明:1)暗管的排水排盐能力随地下水位升高而增强,水位变化导致水力边界变化,从而影响土体渗流场中的流线走向和水头分布;水力边界条件的改变对土体渗流场影响比水位变化影响更大,地下水位在地面以下时,水位升高8 cm,渗流速度增加0.21 m^(3)∙d^(-1),而地下水位由地下升至地表时,渗流速度增加1.68 m^(3)∙d^(-1)。2)增加地下水位与暗管的垂直距离可以有效增快水盐运移速率,减少携带盐分的水流在土体中的停留时间,同时增快暗管排水排盐速率,防止土体返盐,在距离暗管0.6 m范围内的盐分迁移速度明显加快;地下水位升高8 cm,含盐水流从补给水箱流向暗管的时间周期缩短720 min。3)暗管对土体水流的影响范围不随水力边界条件变化,在不同水位条件下,暗管附近0.6 m范围内水流和盐分的运移特征相似;在距离暗管0.8 m附近都出现了流线转折,水流由流向地下改为流向暗管。利用砂槽物理模型和COMSOL软件可以很好地模拟暗管排水排盐过程的水盐运移过程,为现有淋洗策略的优化提供更便利的试验方式,为不同质地滨海盐碱地暗管排水排盐路径优化和暗管施工设计布局提供更科学的依据。

农田残留地膜累积生态效应研究进展

地膜覆盖是一项优良的现代农业生产技术,显著提高生产力,但随着使用年限的持续增加残留在土壤中的地膜不断累积,对土壤环境与生态健康构成巨大威胁。为系统了解残留地膜带来的生态环境影响,本文基于残留地膜污染特征,通过查阅国内外文献,初次引入累积生态效应概念,总结了残留地膜对土壤健康、动植物生长发育甚至人类健康产生影响的相关工作,并对目前研究中存在的问题和未来发展方向进行了探讨。结果表明:随着覆膜时间的增加土壤中地膜残留量不断增加,受耕作、老化与降解等因素的影响残留地膜的大小、形状和状态不断改变,产生的直接和间接累积生态效应也不断变化;残留地膜老化与降解过程会加重其累积生态效应,残留地膜类型不同、老化程度与降解过程不同产生累积生态效应的程度也不同;随着生物降解地膜使用量的增加,残留地膜累积生态效应的多样化增加,而残留生物降解膜累积生态效应的危害程度不亚于普通残留地膜;残留地膜的直接和间接累积生态效应都对人类健康构成威胁。总之,残留地膜累积生态效应是一个长期动态变化的过程。目前残留地膜累积生态效应的研究多以短期的、静态的效应研究为主,对长期系统性的研究不够深入,应在未来的研究中开展长期性、时空动态性的系统研究,并深化地膜残留累积生态效应机理与管控技术的研究,为农业可持续及人类可持续发展的研究提供理论支撑。

山地植被垂直分布变化格局研究进展与述评

山地植被垂直变化和分布历来是山地生态学研究的重点内容。本文从文献计量统计和文献分析两个方面,对山地植被的垂直分布格局研究进展进行了述评。文献统计分析主要基于CNKI和Web of Science数据库平台,检索了该研究领域1915年1月至2020年12月的国内外期刊论文,分析了山地植被垂直格局的研究历程、现状、进展和趋势。结果表明:国内外研究的文献、作者、国家和机构数量均呈增长趋势,全球范围的研究主要涵盖了美国、德国、中国、西班牙和法国等85个国家,共计34.7%的文献集中在25个主要期刊。基于CiteSpace进行文献关键词共现聚类,分析了国内外山地植被垂直分布的热点领域,并对理论与假说、研究方法和主要研究领域等进行了述评。山地植被垂直格局历经了从单因子描述、多因子分析到机理和假说的求证,代表性理论包括:时间学说、空间异质性学说、竞争共存理论、中性理论及生态位理论等;从传统研究方法、数量分类与环境解释、遥感影像信息技术、模型及数字信息技术等进行了研究方法概述;并对热点研究领域进行了分析和述评,主要包括:山地植被垂直分布与驱动因素、山地植被生产力垂直变化、植物群落的谱系结构、基于生态位理论的植被分布预测等。总之,在全球气候变化背景下,山地植被及生态系统响应敏感且变化剧烈,山地植被对气候变化的响应、植被垂直带谱的数字信息化、水土耦合下的山地生态循环与生态系统服务等领域受到更广泛的重视;多尺度、多学科融合是本领域研究的发展趋势。

太行山东坡中段植物多样性垂直分布格局及其驱动因素

太行山东西坡因地形等因素差异呈现不同的生物多样性,本文聚焦于太行山东坡中段,研究了植物多样性在海拔梯度上的分布格局及其主要影响因素。根据样方调查数据,研究了维管植物α多样性和β多样性的垂直分布格局,由此描述了植物群落的垂直梯度演替特征;应用植被净初级生产力(MODIS NPP)数据产品,分析了垂直梯度植物丰富度与净初级生产力(NPP)和环境因子之间的关系;运用数量分类学方法,研究了主导群落优势物种垂直分布的环境因素。结果表明:太行山东坡中段维管植物群落α多样性垂直分布出现两次峰值,基本符合“中间高度膨胀”理论。植物多样性垂直分布与太行山区产水量和NPP垂直格局相一致。β多样性相似性指数在物种丰富度峰值区达到最低,说明此区段群落间差异性大,群落间演替速率增大,致使群落物种多样性增加。植被NPP与物种丰富度呈现一致的垂直分布格局,二者显著正相关。RDA和CCA排序分析表明,影响优势物种垂直分布的主要环境因素是海拔、温度和降水,与坡度、坡面等地形因子相关性不显著。综合研究结果,太行山东坡中段维管植物垂直分布格局是群落垂直演替进程、环境因素和人为干扰协同作用的结果。

内蒙古河套灌区盐碱地治理中农户参与意识及其影响因素

内蒙古河套灌区土壤盐渍化现象非常严重,而对于在盐碱地治理中起重要作用的基层农户,其参与意识及影响因素仍不明确。本研究利用参与式调查方法,对内蒙古河套灌区农户的种植结构、管理方式、盐碱地认知程度及参与盐碱地治理意愿等方面进行了深入了解,并利用相对感知强度和多元逻辑回归等方法,分析了农户盐碱地治理的参与意识及主要影响因素。结果表明,河套灌区长期采用大水洗盐的灌溉方式,施肥类型以化肥为主,有机肥施用较少。大水洗盐导致地下水位普遍偏高,春季返盐现象严重;较少施用有机肥不利于土壤结构的改良,可见河套灌区农户没有通过改变种植和管理方式来治理盐碱地的意识。有54%的农户认为自家的耕地土壤盐渍化较为严重,但是很少有农户主动采取治理措施。有72%的受访者表示愿意投入资金治理盐碱地,但能接受的投入成本较低(不超过750元·hm^(-2))。影响农民参与盐碱地治理意识的主要因素是文化程度(P<0.05),另外投入成本过高、缺乏技术支持等也是重要因素。因此,调整农作物管理模式、加强宣传教育、增加对农户的补助及技术支持是河套灌区盐碱地改良的必要方式。该结果可为扩大盐碱地治理的群众基础以及制定相关政策提供科学依据。

太行山区生态系统服务冷热点区域识别及其权衡/协同关系分析

生态系统服务冷热点区域特征的研究对生态系统服务的保护与优化提升有重要意义,山地提供的生态系统服务具有不可替代性。因此,本文以太行山区的生态系统服务为研究对象,基于Getis-Ord Gi*统计指数方法,识别太行山区1990年、2000年、2010年和2015年的生态系统服务冷热点区域,分析冷热点区域供给、调节、支持和文化生态系统服务两两之间的权衡/协同关系。研究结果表明:1)时间尺度上:太行山区3 km×3 km栅格尺度上生态系统服务总价值在0~18506万元间划分出5个等级区间,4个研究年度各等级区间的面积和空间分布格局基本保持不变。2)冷热点空间分布上:以2015年为例,太行山区生态系统服务热点区域遍布于整个太行山区,其中以亚高山区面积占比最大;冷点区域主要分布在太行山区东西部的山地平原过渡带的低山丘陵区,冷点区域在亚高山区没有分布。3)土地利用的生态系统类型上:森林、水域和湿地中不存在冷点区域,水域、森林和湿地热点区域面积比例较大。4)权衡/协同关系上:太行山区生态系统服务冷热点区域中,供给、调节、支持和文化生态系统服务两两之间只有协同关系。研究结果以期从空间、土地利用以及生态系统服务类型方面为太行山区生态系统服务保护和提升决策提供理论支撑。

太行山区中段旱季土壤含水量的影响因素

太行山脉为我国第二、第三阶梯的重要分界线,海拔自西向东迅速降低,在这种自然条件复杂的地理空间过渡带内,土壤含水量(SWC)空间格局特征及其影响因素亦复杂而不明确,限制了对山区土壤水文过程的认知。本研究通过在太行山区中段设置间距约85 km的两条样线(长度分别为140 km和164 km),在旱季采集土壤样品,测定SWC、容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、有机碳含量、机械组成等理化性质,详细调查样点的地形条件(坡度、坡向、海拔等)和植被条件(植被类型、枯落物情况等),利用经典统计和地统计的方法,并结合结构方程模型,分析了表层(0~10 cm)和次表层(10~20 cm)SWC在海拔梯度上的变异特征,探讨了其主要影响因素。结果表明,太行山区中段两条样线均表现为表层SWC显著小于次表层,两条样线之间没有显著差异。地统计分析表明,表层和次表层SWC分别适用线性模型和指数模型模拟,说明表层SWC影响因素更加复杂,随机因素占主导地位;次表层呈现出块基效应,随机因素和结构因素共同起作用。两条样线次表层SWC块基比分别为48.01%和31.62%,说明次表层SWC属中等程度的空间相关性。影响SWC的主要环境因子为海拔和降水量,坡度、坡向及植被类型没有达到显著水平;土壤性质中,表层SWC主要受容重的影响,次表层主要受毛管孔隙度和黏粒含量的影响。结构方程模型显示,土壤性质是影响旱季SWC的直接因素,环境因子是间接因素。环境因子对旱季SWC的影响超过80%是通过土壤性质产生的间接影响。以上结果有助于深入了解太行山区SWC特征,为水-土过程的深入研究提供科学依据。

内蒙古河套灌区粮饲兼用高粱和谷子拔节期农艺性状对土壤盐分梯度的响应

粮饲兼用作物种植模式对内蒙古河套地区的农业、畜牧业可持续发展具有重要意义。本研究以粮饲兼用的2个高粱品种(‘F438’和‘2562’)和2个谷子品种(‘张杂19号’和‘张杂13号’)为试验材料,在内蒙古河套灌区五原县进行大田试验,研究2种作物拔节期的农艺性状对不同土壤盐碱水平的响应特征,并探讨作物不同农艺性状与土壤电导率(EC)的相关性。结果表明:以播种前样地的土壤EC为对照,至拔节期2个谷子品种土壤EC低于高粱品种;随土壤EC升高,谷子‘张杂13号’和‘张杂19号’的可见叶片数量、高粱‘F438’和‘2562’的叶片数均显著减少,表明高土壤含盐量显著抑制了2种作物的生长;高盐碱土壤显著限制了2种作物的株高和茎粗,谷子比高粱对土壤盐碱度的耐受能力更高;2种作物的叶面积对土壤盐碱水平都较敏感,低盐碱水平条件下叶面积已显著降低;随土壤盐碱程度增加,2种作物叶片叶绿素含量均呈下降趋势,2个高粱品种叶绿素含量受土壤盐碱梯度干扰相对较小。相关性分析结果表明,拔节期2种作物的茎粗、株高、叶面积和可见叶片数与土壤EC呈显著负相关。比较4个作物品种,谷子品种‘张杂19号’对土壤盐碱度的耐受能力较高,具有更强的盐碱地种植适应潜力。本研究结果对探明粮饲兼用作物在盐碱地种植模式的适应机制提供了科学依据,对内蒙古河套地区传统农业种植模式优化和畜牧业可持续发展具有重要意义。

污水灌溉农田土壤镉污染研究进展

我国污水灌溉面积大,长期的污灌已使部分农田出现重金属污染问题,尤其以镉污染最为严重。为了解国内外污水灌溉农田土壤镉污染研究的现状和最新进展,在利用文献分析软件阐述污水灌溉农田土壤镉污染研究历程的基础上,从土壤-作物系统的整体视角出发,归纳了污水灌溉农田土壤-作物系统内重金属镉含量特征、运移机制及污染修复等方面研究。结果表明,污灌农田土壤中镉具有表聚性,长期采用污水灌溉可能会导致重金属向更深层土壤迁移;镉在同一作物不同器官及不同作物中的富集程度有很大差异,田间试验中土壤与作物镉含量相关性较弱,急需开展污水灌溉农田安全利用研究;已有多个数学模型在土壤-作物系统重金属镉迁移规律研究中得到运用,但因污水灌溉时间、灌溉量和灌溉频次等不同条件的影响,尚未形成系统且较广泛应用的模型。污灌农田土壤镉污染研究中存在的问题包括镉污染垂向分布不清、由土壤至作物体内迁移时形态变化不明、实用修复技术不成熟等,未来应重点关注农田土壤-作物系统重金属镉累积影响因素的定量化研究,加强农田深层土壤中镉的调查与监测,研发污水灌溉农田镉污染土壤修复与安全利用技术。

1990-2020年太行山区土地利用景观格局时空变化

太行山区为华北平原和环渤海经济区的生态安全屏障,对其景观格局的研究对经济社会可持续发展和生态环境保护具有重要指导意义。本文基于1990年、2000年、2010年和2020年4期Landsat 30 m TM遥感数据资料,研究太行山区不同土地利用景观类型的时空变化,并结合重心模型,对比分析30年来太行山区土地利用景观格局的变化趋势。结果表明:1)太行山区1990—2020年土地利用类型以耕地、草地和林地为主,其他土地利用类型作为斑块镶嵌其中。2)30年间,耕地面积总体呈减少趋势,主要转为建设用地;林地和草地面积呈逐步减少趋势,二者主要转化为耕地;水域面积总体呈减少的趋势,2010—2020年在大沙河实施的河流生态修复工程,使大量未利用土地转为水域,减缓了水域面积减少的幅度;建设用地面积呈逐年增加趋势,主要由耕地转入;未利用土地面积呈先增加后减少的趋势,主要表现为与水域的转化。3)30年间,未利用土地重心迁移距离最大,主要受降水量的影响,向东北偏移了93.74 km;耕地的重心偏移方向以北为主,呈现西-东-西摆动,表明太行山低山丘陵区的耕地开垦强度西部高于东部,主要体现在山西省的运城和晋中;林地、草地的重心偏移方向以西南为主,偏移距离较小;水域1990—2010年重心向西南偏移,主要受自然因素影响,2010—2020年重心猛然向东偏移,因大沙河综合治理工程引起东部水域面积的增加;建设用地的重心偏移方向以东北为主,主要受北京的昌平、房山和延庆等城市发展影响。基于上述研究成果进一步阐述了30年间太行山区景观格局动态变化的驱动机制。

我国暗管排水技术发展历史、现状与展望

暗管排水技术是我国盐碱地改良、涝渍区排水、南方稻田养分管理的重要技术之一。21世纪前20年暗管排水技术蓬勃发展,综述其发展历史和现状有助于读者全面、系统地了解该项技术,掌握其未来的发展方向。基于CNKI、万方、维普、百度学术和Elsevier数据库及国家自然科学基金委网站、百度搜索等平台,采用数据统计分析方法对暗管排水技术发展动态、用途变化、应用的空间分布、应用面积和服务对象等进行分析。研究发现,近50年来我国暗管排水发展主要分为初步探索期(1976—1998年)、渐进发展期(1999—2008年)与蓬勃发展期(2009—2020年);江苏和山东为暗管排水技术研究的热门研究省份;水稻、小麦、玉米、棉花是我国暗管排水技术主要的服务对象;暗管排水技术正在盐碱地改良领域快速发展,主要以淋洗土壤盐分为主。水盐调控技术一体化以及暗管生态修复将是未来暗管排水发展的重要方向。随着暗管、滤料等材料的更新和暗管施工机械智能化铺设效率的提高,暗管排水技术的应用领域将更加广泛。

基于RUSLE模型的太行山区土壤侵蚀时空分异特征及影响因子研究

土壤侵蚀特征及区域分异规律的研究对生态环境保护具有重要的意义,为探明太行山区土壤侵蚀特征,本论文应用归一化植被指数(NDVI)、数字高程模型(DEM)和土地利用等数据,结合GIS和RS技术,根据修正的通用土壤流失方程(RUSLE)模型,计算了太行山区2000年、2005年、2010年和2015年4期的土壤侵蚀模数,在此基础上分析了土壤侵蚀的时空变化特征,并探究了土壤侵蚀模数与坡度、土地利用类型和NDVI的关系。结果表明:1)2000—2015年4期平均土壤侵蚀模数分别为4434.14 t∙km^(−2)∙a^(−1)、2984.65 t∙km^(−2)∙a^(−1)、1761.93 t∙km^(−2)∙a^(−1)和1833.81 t∙km^(−2)∙a^(−1),呈现明显的减小趋势,16年间土壤侵蚀模数减少58.64%。2)太行山区土壤侵蚀强度降低1级的面积始终比增加1级的大,至少74.77%的地区未表现出等级上的变化,2005—2010年是侵蚀强度降低变化率最高的时间段。3)中低山区集中了2015年侵蚀总量(2.5×108 t)的86.54%,此区域的侵蚀模数与海拔无明显的相关性,而在亚高山区两者才呈现明显的正相关关系。4)土壤侵蚀总体上随坡度增加而增大,坡度阈值为40º左右;草地是太行山区土壤侵蚀模数最高的土地利用类别,平均达3605.73 t∙km^(−2)∙a^(−1);土壤侵蚀模数随年平均NDVI的增加呈显著降低趋势,NDVI达0.66后侵蚀降低速度放缓。土壤侵蚀是生态环境质量评价的重要指标,本研究可为太行山区水土流失治理和生态工程措施制定提供一定的科学依据。

“三生”用地结构变化对生态系统服务和农户生计的影响--以太行山区洞阳坡小流域为例

太行山区由于受人类活动的影响,在过去的几十年内众多小流域土地利用结构产生了很大的变化,进而影响了小流域生产、生活、生态的“三生”用地结构、生态系统服务和山区农户生计。本文以洞阳坡小流域作为太行山中山区代表,通过对当量因子法系数的修正,对2000—2020年“三生”用地结构变化及其生态系统服务价值进行了评估,并以人工种植面积最大且为本地优势树种的连翘为例,进一步调研分析了“三生”用地结构变化对农户生计的影响。研究结果表明:1)20年来洞阳坡小流域“三生”用地结构比例基本保持不变,呈现出生态用地>生产用地>生活用地。但“三生”用地中生态用地内部的土地利用方式发生了变化,具体表现为人为作用下,当地优势树种连翘种植面积显著增加。2)20年来洞阳坡小流域内生态系统服务价值提高了1528万元,其主要原因是生态用地中大量草地转化为以种植连翘为主的林地,林地生态系统服务的提高对生态系统总服务提高的贡献率为99.95%。3)20年来,连翘林地供给服务的增加占小流域供给服务增加的43.05%,占小流域生态系统总服务增加的28.02%,连翘林地生态系统服务供给效益的提高增加了洞阳坡小流域的农户收入,使得小流域农户生计水平有所改善,连翘种植带来的“三生”用地变化对农户收入来源结构起到了优化调整的作用。本研究可为太行山区的生态经济协同发展提供一定的理论依据。

喀斯特峰丛洼地土壤综合肥力的空间分异特征及其影响因素

利用隶属度函数和因子加权综合法,结合地统计学方法,通过构建土壤综合肥力指数(Integrated Fertility Index,IFI),研究了典型喀斯特峰丛洼地土壤综合肥力的空间分异特征及其主要影响因素。结果表明,各土壤养分因子对土壤综合肥力的贡献大小不一,其中全磷(TP)贡献率最大,权重达到了0.181,pH的贡献率最小,权重只有0.041;土壤IFI的变异系数为0.394,空间变异相对较小。土壤综合肥力空间分布均匀,过渡相对平缓,与单一土壤养分因子的空间分布存在较大的差异,说明单一的土壤养分状况不能代表土壤综合肥力水平;而IFI的总体趋势与单一土壤养分因子相似,均由坡脚向洼地中心递减,说明土壤养分因子对综合肥力的空间分布有一定影响。在土壤综合肥力的影响因子分析中,作物类型与农户管理方式交互作用影响显著,裸岩率与IFI显著相关,说明土壤综合肥力受自然因素与人为因素的共同影响。

典型喀斯特小流域不同植被类型间土壤养分的差异性及其空间预测方法

植被类型制约着土壤结构和元素的异质化过程,致使土壤养分空间分布存在差异性.本文研究了典型喀斯特小流域不同植被类型间土壤养分(全氮TN、全磷TP、全钾TK、有机质SOM)含量分布的差异性,分析比较了普通克里金、回归模型、基于植被类型的回归模型对土壤养分预测的精度.结果表明:TN、TK、SOM与植被类型显著相关(P<0.05),TP与植被类型无显著相关(P=0.390),且TN和SOM在灌木林与耕地之间的差异性显著,TK在乔木林与灌草丛、灌木林与耕地、灌草丛与耕地间的含量差异皆显著;非连续的典型喀斯特小流域地形因子空间异质性较高,基于各样点间真实地形因子的多元线性回归预测模型精度优于基于已知点和预测点位置信息的普通克里金预测方法,且基于植被类型的回归预测模型提高了TN的预测精度.