基于修正风蚀模型(RWEQ)的河北省张家口市防风固沙功能空间格局研究

RWEQ(Revised Wind Erosion Equation)风蚀模型源于农田土壤风蚀量预测模型,早期适用于田块尺度,当前研究者开始尝试利用该模型测算区域尺度防风固沙能力时空格局。基于原RWEQ模型,对气象因子和地表粗糙度因子进行修正,以张家口市域为研究区,测算了2018年研究区防风固沙功能空间格局、四季动态变化,分析了相关影响因子。结果表明:1)2018年张家口市防风固沙总量为1.13亿t,单位面积防风固沙量为25.85 t/hm^(2),整体呈现坝上高原、间山盆地和燕山谷地防风固沙量低,冀西北间山盆地山区、燕山山区和太行山区防风固沙量高的空间分布格局。2)四季防风固沙量由高到低为春季、冬季、秋季、夏季,单位面积防风固沙量分别为8.32、7.65、6.92、2.96 t/hm^(2)。3)2018年张家口市单位面积防风固沙量与风力、地形起伏度和植被覆盖度均呈显著正相关,相关系数分别为0.937、0.955和0.917。修正后的模型可以用于区域尺度防风固沙功能时空格局测算,研究结果可为张家口市防风固沙功能提升和区域生态建设工程布局提供科学依据。

基于风蚀模型的河北省土壤风蚀风险评价

[目的]对河北省空间范围开展土壤风蚀风险评价研究,以期为研究区基于土壤风蚀的土地退化和大气污染防治提供科学依据。[方法]在遥感和地理信息系统技术的支持下,采用第一次全国水力普查中推荐的风蚀模型,对研究区2009年的土壤风蚀风险进行评价。[结果]河北省土壤微度侵蚀面积所占比例最大,约占河北省总面积的65.36%,主要分布在河北平原、太行山地和冀北山地;其次为轻度侵蚀,约占河北省总面积的12.46%,主要分布在坝上高原和冀西北间山盆地;中强度侵蚀的风蚀面积最小,合计不足河北省总面积的0.1%,主要为分布在研究区北部的沙地类型;极强侵蚀和剧烈侵蚀没有分布。[结论]河北省土壤风蚀强度呈现出明显的空间差异性,干燥,风速大,植被覆盖度低的冀西北地区风蚀强度最大,湿润、风速小、植被覆盖度高的冀东北地区风蚀强度最小,南部平原和太行山区风蚀强度中等。

基于不同风蚀模型的区域土壤风蚀变化及影响因素研究——以内蒙古自治区为例

基于遥感数据、气象数据等,利用RWEQ模型和风蚀预报模型对内蒙古自治区2000—2017年土壤风蚀进行评估并分析其驱动因素。结果表明:(1)RWEQ模型(R^(2)=0.85,P<0.01)和风蚀预报模型(R^(2)=0.43,P<0.01)的预测值与^(137)Cs示踪技术风蚀的值具有较好的相关性,其中RWEQ模型预测精度更好。(2)时间上,RWEQ和风蚀预报模型模拟的结果均表明2000—2017年内蒙古自治区土壤风蚀呈下降的趋势,下降趋势分别为0.73,1.18 t/(hm^(2)·a),2个模型模拟的土壤风蚀模数在2011年均达到最低值。空间上,2000—2017年,2个模型的模拟结果均表明内蒙古自治区土壤风蚀以微度和轻度侵蚀为主,其中剧烈侵蚀在整个研究区的占比较小(RWEQ 1.79%,风蚀预报模型5.45%),主要分布于北方风沙区的西南部。趋势上,89.74%(RWEQ)和72.05%(风蚀预报模型)的土壤风蚀模数呈下降趋势,其中显著降低的区域主要分布于北方风沙区的巴丹吉林沙漠和乌兰布和沙漠。(3)大风天数对土壤风蚀具有显著影响,随着大风天数的增多,土壤风蚀呈显著上升趋势,植被覆盖度和降水量的增长在一定程度上可抑制土壤风蚀的进程。

土壤风蚀模型中的影响因子分类与表达

土壤风蚀是包括风、植被、土壤特性、土地利用方式、降水、微地形等多要素交互作用,发生在特定地理空间,具有独特的气流—土壤界面相互作用机制的连续动力学过程。基于统计学理论的土壤风蚀经验模型,不仅难以避免子模型之间有多个风蚀影响要素的交叉出现,使子模型之间不能严格地相互独立,导致建模理论基础存在不足,而且不能客观反映土壤风蚀的动力学过程。在厘清土壤风蚀基本概念,分析国际土壤风蚀影响因子和土壤风蚀模型研究历史与存在不足的基础上,提出一个新的基于风蚀动力学理论的土壤风蚀模型理论框架,以及在此模型框架下土壤风蚀影响因子的分类与表达。阐述了该模型框架和影响因子分类与表达的合理性,并对土壤风蚀影响因子分类与表达的研究途径进行了探讨。

内蒙古自治区重点生态功能区生态系统类型转换对土壤风蚀的影响

[目的]内蒙古自治区重点生态功能区是中国北方生态安全重要屏障。揭示该区生态系统类型转换及对土壤风蚀的影响,为促进该区生态环境安全与绿色发展提供科学参考。[方法]基于土地利用、气象和基础地理信息等数据,采用修正的土壤风蚀方程模型,揭示内蒙古地区重点生态功能区生态系统类型与土壤风蚀的时空变化特征,并剖析生态系统类型转换及其对土壤风蚀的影响。[结果](1)2000—2022年内蒙古地区重点生态功能区内生态系统间转换强烈,生态系统类型转换总面积6019.59 km^(2),以草地与荒漠以及耕地与林草的相互转化为主,2015年之后生态系统趋向稳定,各类生态系统动态变化强度降低;(2)内蒙古地区重点生态功能区平均土壤风蚀模数为56.39 t/hm^(2),按土壤风蚀量由大到小为荒漠、草地、农田和森林生态系统,土壤风蚀程度以微度和轻度侵蚀为主,主要分布在大小兴安岭森林生态功能区和科尔沁草原生态功能区等区域;(3)内蒙古地区重点生态功能区各类生态系统类型之间的转换造成土壤风蚀量净减少了1.08×10^(8)t,生态退耕、耕地开垦、草地质量提升、荒漠化防治和建设用地扩展造成土壤风蚀模数分别减少了0.11,0.23,0.66,0.84,0.68 t/hm^(2)。[结论]应加强巩固内蒙古重点生态功能区的生态治理成效,避免复垦与新开荒事件发生,促进内蒙古地区荒漠化综合防治及高质量发展。

基于RWEQ模型的茫崖市防风固沙功能评估及敏感地类识别

为了较准确评估茫崖市的防风固沙功能,识别对防风固沙功能敏感的土地利用类型,通过4种方法确定修正风蚀模型(RWEQ)中的气候因子(WF)参数,计算出实际风蚀量和防风固沙量,依据指南法、自然间断法和文献—实际结合法对防风固沙功能进行了评估分级,借助ArcGIS软件将土地利用类型和防风固沙功能进行空间叠置分析以识别出敏感地类。结果表明:(1)利用风蚀气候因子(Fq)直接代替法确定的WF空间分布和阈值范围最符合实际,RWEQ模型能较准确地评估荒漠戈壁区茫崖市的防风固沙功能;(2)茫崖市2014年平均风蚀模数为57.99 kg/(m^(2)·a),属于风力侵蚀严重区域,2014年全市单位面积防风固沙量介于0~44.93 kg/m^(2),防风固沙功能整体较弱;(3)在3种评估分级方法中,文献—实际结合法更为详细地反映出2014—2018年茫崖市西南山区较强的防风固沙功能,且高等级功能的区域范围较广;(4)草地是茫崖市2014—2018年对防风固沙功能变化最敏感的土地利用类型。RWEQ模型有效评估了茫崖市的防风固沙功能,并识别出了敏感的土地利用类型。本研究为县级地区防风固沙功能评估技术的应用提供了科学参考。

基于RWEQ模型的浑善达克沙漠化防治生态功能区土壤风蚀与主要影响因子分析

浑善达克沙漠化防治生态功能区地处生态环境脆弱的东亚夏季风北缘,是我国北方生态屏障的重要组成部分,土壤风蚀是该地区面临的主要生态环境问题,决定了整个区域的生态安全程度。为更好地阐明浑善达克沙漠化防治生态功能区地区土壤侵蚀情况,利用RWEQ(Revised Wind Erosion Equation)模型定量分析了近10年来浑善达克沙漠化防治生态功能区土壤侵蚀强度时空变化特征,并通过地理信息再编码叠加分析技术剖析了强烈土壤风蚀区的主要影响因素。结果显示,研究期间研究区土壤风蚀强度特征空间分布变化变较大,受到植被覆盖度、气候条件、土壤特性、地形等因素共同影响,强烈侵蚀区域向西北地区移动,土壤侵蚀程度向恶劣化发展。

呼伦贝尔森林-草原生态交错带土壤风蚀量时空变化及驱动力分析

风蚀量是判断土壤流失和沙地化的重要指标。利用土壤风蚀修正模型,定量分析了2000、2010和2018年呼伦贝尔森林-草原生态交错带土壤风蚀量的时空变化特征,通过地理探测器模型研究了气候变化与人类活动对土壤风蚀变化量的驱动作用,重点探讨了土地利用和植被覆盖度变化对土壤风蚀量变化的影响。结果表明:(1)2000、2010和2018年研究区土壤风蚀总量分别为9.74×10^(7)、1.33×10^(8)、8.51×10^(7) t,总体呈现先上升后下降的趋势;与2000年相比,2018年研究区有9.04%的区域土壤风蚀强度减轻,有0.10%的区域土壤风蚀强度恶化,其余90.86%的区域土壤风蚀强度保持不变。(2)2000-2018年土壤风蚀量变化量的驱动因子之间交互作用显著,风蚀量的减少主要受人类活动与气候变化的协同驱动影响。(3)2000-2018年草地覆盖度增加、沙化土地封育、生态退耕和天然林保护措施对土壤风蚀量减少的贡献率分别为69.32%、19.37%、0.06%和1.81%,可见研究区的生态保护措施对风蚀量的减少具有重要的推动作用。

青海共和盆地土壤风蚀的^(137)Cs法研究(Ⅱ)——^(137)Cs背景值与风蚀速率测定

通过对高寒草原背景值样点(RS7)的分析,将共和盆地的137Cs背景值含量确定为(2691.78±196 08)Bq·m-2,基本接近北半球137Cs背景值的平均水平,其137Cs剖面满足尖峰分布函数,与公认的理论分布(即负指数分布)相比,呈现出峰值下移和曲线趋平的现象,可能与近几十年来137Cs的稳定下渗有关。应用137Cs背景值剖面分布函数,建立了风蚀速率的137Cs估算模型,估算出四个样方的土壤风蚀速率,并由此转化为区域风蚀速率,计算出共和盆地区域土壤风蚀速率为12 556t·hm-2·a-1,通过蚀积平衡检验,其误差水平小于10%。并分析了风蚀物的输出途径及其所占比例。

风沙土水分抗风蚀性研究

以典型风沙土为实验材料，通过风洞模拟实验探讨了风沙土水分含量对临界风蚀风速及风蚀强度的影响。研究结果表明：风沙土临界风蚀风速随含水率的增加呈线性增大；风蚀率（风蚀强度）随含水率的增加呈二次幂函数减少。综合的风沙土水分抗风蚀模型可以表达为Ｅ＝Ａ＋Ｂ（Ｖ／Ｍ）￣２其中，Ｅ为风蚀率；ｙ为实际作用风速；Ｍ为土壤含水率。

青海共和盆地土壤风蚀的^(137)Cs法研究

选择青海共和盆地作为研究区 ,探讨1 37Cs法在土壤风蚀研究中应用的可行性。通过野外考察和大量的1 37Cs取样分析 ,初步查明了共和盆地不同类型地表的1 37Cs含量及其剖面分布 ,确定了区域1 37Cs背景值为 2 691 78± 196 0 8Bqm- 2 ,建立了风蚀速率的1 37Cs评估模型 ,估算出四个样方的土壤风蚀速率 ,并由此转化为区域风蚀速率 ,计算出共和盆地区域土壤风蚀速率为 12 5 5 6thm- 2 a- 1 ,通过蚀积平衡检验 ,其误差水平小于 10 %。

晋北沙漠化地区土壤风蚀动态及防治效果

[目的]对晋北沙漠化区土壤风蚀状况及空间差异进行研究,以期为区域土地退化和京津风沙源治理工程的效益评估提供科学依据。[方法]基于耕地和林草地不同地表类型的土壤风蚀模型,逐像元地计算2001—2014年晋北沙漠化地区土壤风蚀状况及空间差异。[结果](1)2001—2014年晋北沙漠化区的平均土壤风蚀模数达到4.67t/(hm^2·a),处于轻度风蚀状态。区域分布上,北部区域风蚀状况明显高于南部。(2)研究区2001,2005,2010和2014年的平均土壤风蚀模数分别为6.83,3.89,4.36和2.55t/(hm^2·a);土壤风蚀总量分别为2.09×10~7 t,1.19×10~7 t,1.31×10~7 t和7.65×106 t。(3)晋北沙漠化地区植被覆盖度提高和风力减弱是区域土壤风蚀强度削弱的主要原因。研究发现风力作用的减弱贡献率约为77.7%,而植被覆盖度的提高的贡献率为22.3%。[结论]晋北土壤风蚀状况空间差异较大,风速减弱是导致区域土壤风蚀削弱的主要原因。晋北沙漠化地区植被覆盖度尚未恢复到良好的状态,生态工程建设还需进一步实施,生态工程实施的成果需加强保护。

土壤风蚀新技术应用研究进展

土壤风蚀是全球性的生态环境问题。本文从土壤风蚀的发展历程出发,阐述了定性研究、定量研究"3S"等新技术在土壤风蚀中的应用,总结了国内外不同时期取得的代表性研究成果,探讨了"3S"在对风蚀模型应用中的重大意义,并且讨论了在已有的土壤风蚀研究中需要注重的热点问题。在此基础上,对土壤风蚀以后的研究方向进行了展望。

2000—2018年新疆阿克苏地区防风固沙服务功能时空变化特征

土壤风蚀是干旱半干旱地区的主要生态问题,防风固沙功能评价作为定量评估区域土壤风蚀量的方法,是评估区域生态安全程度的重要指标。基于修正风蚀方程与GIS技术,分析2000—2018年新疆阿克苏地区防风固沙服务功能时空变化特征。结果表明,2000—2018年研究区土壤实际风蚀量整体呈增长趋势,2000年、2010年、2018年皆以轻度侵蚀、剧烈侵蚀为主,高值主要在南部,低值主要分布于塔克拉玛干沙漠北部;2000—2018年研究区单位面积防风固沙量和防风固沙总量呈增长趋势,防风固沙功能北部、南部较低,中部绿洲区较高。空间分布以低等级为主;研究区防风固沙主要受风速、土壤湿度、植被覆盖率、土地利用类型变化影响。

2018-2019年河南省兰考县土地利用变化对耕地风蚀的影响

[目的]探索淮河流域黄泛平原风沙预防区耕地风蚀现状、年度动态及其变化原因,为区域风蚀研究与治理提供科学依据。[方法]选取河南省兰考县为研究对象,通过高分辨率遥感影像解译2018,2019年土地利用信息,采用耕地风蚀模型计算风蚀模数,分析土地利用年度变化对耕地风蚀的影响。[结果]①2018-2019年,兰考县土地利用以水浇地为主,出现土地利用变化的区域面积为21.40 km^(2),水浇地动态度为-1.54%,主要变化类型为水浇地转为其他林地,面积7.19 km^(2)。②兰考县耕地风蚀主要为微度,其次为轻度。2018-2019年,轻度侵蚀面积减少17.04 km^(2),动态度为-12.13%。③2018-2019年,兰考县耕地风蚀变化的主要原因是水浇地面积、空间位置的变化,因水浇地转出导致侵蚀减少的面积为3.36 km^(2),主要位于仪封乡、城关镇等区域;因水浇地转入造成侵蚀增加的面积为0.98 km^(2),主要位于仪封乡、葡萄架乡等区域。[结论]淮河流域黄泛平原风沙预防区土地利用结构、耕地风蚀特点鲜明,水浇地变化直接影响耕地风蚀。因此,区域应多关注耕地风蚀治理及耕地合理利用。

甘肃省武威市风力侵蚀分区治理规划及措施

[目的]分析甘肃省武威市风力侵蚀空间动态变化特征,确定风力侵蚀可治理区划及其防治对策,为该市风蚀水土保持工作和生态环境建设提供科学参考。[方法]基于多源地理信息数据,应用遥感、地理信息系统(ArcGIS)等技术手段,使用修正土壤风蚀方程(RWEQ)计算武威市2000—2020年5期风蚀模数,获得区域风蚀的面积分布和变化特征。结合重点建设工程分布等空间要素叠加分析方法,提出该市风力侵蚀可治理区域划分原则,并将该原则应用于划分武威市风力侵蚀可治理区。[结果]修正土壤风蚀方程(RWEQ)能较好地估算武威市多年风力侵蚀模数,其多年风力侵蚀模数为5788.98〔t/(km^(2)·a)〕,多年平均土壤风蚀总量1.92×10^(8)t;研究区风力侵蚀在时间上呈现总体下降,偶有上升趋势,且风力侵蚀强度等级明显减弱;在空间上具有明显的空间异质性,主要分布在民勤县、凉州区、古浪县;依据多要素叠加风蚀分区治理方案,武威市可治理风力侵蚀面积共2872.66km^(2),其中民勤县1468.48km^(2),凉州区708.75km^(2),古浪县695.43km^(2)。[结论]风力侵蚀分区治理是武威市风蚀水土保持的重点工作,根据风蚀分区治理划分结果,针对不同行政区划,民勤县北部坡度较低的平坦戈壁沙漠地区是其重点关注区域,治理措施应以风沙防治和植被恢复为主,并需要注意控制人为工程建设扰动的影响,明确区域管理范围;凉州区应注意采取工程措施和生物措施结合的方式进行治理;古浪县应以封育措施和对天然植被进行保护为主。同时,在戈壁沙漠地区需特别注意大型光伏电站建设等施工扰动的风沙防治和生态恢复。

蒙古高原风蚀颗粒物空间过程数值模拟及预报

基于WRF-IWEMS耦合模型对2016年3月1～9日发生在蒙古高原的强沙尘天气过程进行数值模拟,着重模拟了尘源、粉尘传播路径以及粉尘扩散过程中浓度变化和影响范围,并采用卫星影像、站点监测数据与模型结果进行对比分析。结果表明:此次风沙天气过程的尘源分布在新疆哈密地区、阿拉善高原、中蒙边境戈壁地区以及浑善达克沙地部分地区,粉尘自源区分别沿河西走廊、贺兰山区、张家口等地扩散至华北和京津地区。蒙古高原土壤风蚀可使华北地区来自自然源的大气颗粒物PM_(10)、PM_(2.5)浓度分别达到1 000μg·m^(-3)、200μg·m^(-3)以上,还可使华北地区大气颗粒物浓度高于200μg·m^(-3)的天气持续48 h以上。

新疆生态区的生态系统服务的时空变化特征分析

基于土地覆被与分类数据、气象数据、流域数据、土壤数据、数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)、归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)等数据,利用生态系统服务评估与权衡模型(Integrated Valuable of Ecosystem Services and Tradeoffs Model,InVEST)和改进风蚀方程(Revised Wind Erosion Equation,RWEQ),评估了1992~2018年新疆各生态区的生态系统服务的时空变化及各生态区的服务簇变化。结果表明:1)1992~2018年新疆生境支持服务和碳储存与封存服务能力显著提高,其中在阿尔泰山—准噶尔西部山地森林草原生态区、天山山地森林与草原生态区和帕米尔—昆仑山—阿尔金山高寒草原生态区最为显著。2)土壤保持服务和防风固沙服务以2007年为界呈现分段特征。1992~2007年土壤保持服务和防风固沙服务能力下降,而2007~2018年两种服务能力都呈上升趋势,总体呈现改善趋势。3)以生态区为单位,每个生态区的核心生态系统服务不同。1992~2018年各服务簇整体服务能力提高。区域生态系统服务评估是厘清生态系统复杂性的关键,本研究可为推进新疆乃至干旱区的生态规划、生态修复与保护,提高生态系统服务能力的重要参考。

新疆生物多样性与生态系统服务关系研究

为研究新疆生物多样性和生态系统服务关系,利用InVEST模型和修正土壤风蚀方程(RWEQ)模型分析了2000—2020年新疆食物供给、碳储存、生境质量和防风固沙4种生态系统服务的时空变化特征,利用斯皮尔曼(Spearman)秩相关系数法探讨生物多样性对生态系统服务的影响。结果表明:南北疆物种丰富度存在明显的空间差异,北疆丰富度高于南疆。植物丰富度高值区主要分布在天山以西和阿尔泰山以西,准噶尔盆地西部山区;动物丰富度高值区整体上与植物丰富度高值区空间分布一致,高值区分布范围更大。2000—2020年新疆食物供给呈现先增加后减少的趋势,碳储存和防风固沙服务逐渐增加,生境质量呈下降趋势。2000—2020年新疆生态系统服务空间分布格局变化不大,空间分布与新疆现有的生态系统服务状况比较吻合,由区域的地形地貌等自然特征决定,总体上与植被分布特征比较一致,呈现出纬向伸展的变化。全疆碳储存、生境质量和食物供给3种服务间主要呈现协同关系,防风固沙和食物供给、碳储存、生境质量服务之间主要呈现权衡关系,且在2020年其相关性有所加强。随着物种丰富度的提高,食物供给、碳储存、生境质量和防风固沙服务变化趋势各异,整体上都在高或较高等级上供给水平最高。在物种丰富度等级上,生态系统服务关系呈现出较强的空间异质性。整体上看,在物种丰富度中、较高和高等级上,生态系统服务协同关系最强或是权衡关系最弱,说明较高的物种丰富度能够协调各生态系统服务之间的关系。