基于RWEQ模型的疏勒河流域防风固沙功能价值评估

疏勒河流域地处西北内陆,是“一带一路”的关键节点。近年来随着全球变化与经济社会活动强度增加,导致建设用地快速扩张、土地沙化等问题,影响区域生态与经济社会的可持续发展。疏勒河流域处于北方防沙带中心,开展其防风固沙价值评估对于构建区域生态安全格局和保障流域可持续发展具有重要生态意义。基于修正风蚀方程模型(RWEQ)对2008—2018年疏勒河流域防风固沙功能及其价值进行评估。结果表明:(1)2008—2018年疏勒河流域防风固沙总量为43.927×10^(4)~129.530×10^(4)t·km^(-2),防风固沙量呈上升趋势。(2)2008—2018年疏勒河流域防风固沙价值快速增加,其多年平均价值占比由高到低依次为减少土地损失价值(99.46%)、保持土壤肥力价值(0.47%)、保持土壤有机质价值(0.04%)、减少交通运输经济损失价值(0.03%)。(3)流域防风固沙功能与土地利用密切相关,防风固沙能力较强的区域主要分布在草地、耕地等植被覆盖率较高区域;低值区主要分布在流域土地利用类型为未利用地区域。(4)相较社会因素,自然指标因子对流域防风固沙功能价值影响更大。研究结果可为确定流域生态补偿主客体及补偿标准提供依据。

基于RWEQ模型的土壤颗粒含量与土壤可蚀性关系研究

本文为研究土壤颗粒含量与土壤可蚀性因子EF值的关系,依据RWEQ模型,构建了各土壤颗粒含量分别从1%到98%以及粉粒、粘粒和砂粒含量为1%、2%、10%、30%、50%、70%、90%的整数组合数据集,计算了有机质含量为2%的前提条件下的土壤可蚀因子EF值,分析了不同土壤颗粒含量条件下土壤可蚀因子变化以及其两者间的相关性。结果表明:1) 土壤砂粒含量越高,土壤可蚀性因子EF值越大,说明砂粒含量与土壤可蚀性因子EF值呈正相关;2) 当土壤粘粒含量较低时,向土壤中加入粘土颗粒,土壤可蚀性降低速度显著加快,说明粘粒含量越高,土壤抗侵蚀能力提升越快;3) 影响土壤可蚀性的主要因子为土壤砂粒含量与土壤粘粒含量的比值(Sa/Cl),其比值越大,土壤可蚀性越低,控制好粘土与砂粒的比例,可有效提高土地抗侵蚀能力。

基于RWEQ模型的土壤风蚀模数影响因素研究

RWEQ模型是定量研究土壤风蚀的关键模型,为深刻分析该模型在建模过程中各引入变量与土壤风蚀的关系,以土壤最大转移容量(Qmax)为描述变量,探究植被盖度、土壤粘粒含量与Qmax的关系,对植被盖度、土壤粘粒含量分段赋值,产生9898组变量组合,计算了气象因子为17、可蚀性因子为0.456、土壤粗糙因子为0.68、有机质含量为2%前提条件下的Qmax值,分析了各种组合条件下三者的关系,结果表明:1) Qmax值与植被盖度存在较明显的负相关关系,且40%植被盖度是抑制风蚀作用的重要节点盖度,在达到此盖度前植被具有剧烈的抗风蚀作用;2) 与上述方法相同,土壤粘粒含量也与Qmax值呈负相关关系,且土壤粘粒含量阈值达到30%后抗风蚀作用明显减弱;3) RWEQ模型中各因子对于Qmax值的耦合作用、以及不同分蚀阶段的主导因素不同。低阈值阶段,土壤粘粒含量对于Qmax值的影响较明显;高阈值阶段,植被盖度又对Qmax值的影响较为明显。

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RWEQ模型的青海省土壤风蚀模数估算

土壤风蚀是许多国家和地区的主要环境问题之一,定量分析是风蚀研究的热点和难点。本研究基于修正风蚀模型(RWEQ),运用遥感和地理信息技术对青海省年均风蚀模数进行了估算。结果表明:青海省风蚀发生总面积为3 870万hm2,占全省面积的53.6%,年均风蚀总量约17.8亿t,平均风蚀模数为45.99t/(hm2·a)。青海省风蚀等级在大部分地区以轻度风蚀为主,整体风蚀危害不大,但在中度以上风蚀等级较为集中的柴达木盆地则风蚀危害相对严重。模型估算结果与137 Cs推算结果具有较高的拟合性(R2=0.912),表明RWEQ模型在国内区域尺度运用上具有一定可行性。

基于RWEQ模型的内蒙古高原土壤风蚀研究

土壤风蚀是评价气候变化与人类活动对生态系统服务功能影响的重要指标。应用RWEQ模型定量反演了20世纪90年代以来内蒙古高原土壤风蚀模数,揭示其时空变化特征及其影响因素。结果表明:(1)自20世纪90年代以来,土壤风蚀模数呈先升后降趋势,2000年以后下降趋势显著,下降速率为0.87 t?hm^(-2)?a^(-1);(2)2000年以来,研究区87.85%的区域土壤风蚀模数呈下降态势,中度以上土壤风蚀发生面积减少4.73×104 km^2,西部区域土壤风蚀得到有效抑制,土壤风蚀模数从86.92 t?hm^(-2)?a^(-1)下降至59.46 t?hm^(-2)?a^(-1),中部土壤风蚀量明显减少,土壤风蚀模数降低了14.68 t?hm^(-2)?a^(-1),东部空间变化不明显;(3)极端天气沙尘暴发生次数减少和年平均风速降低与土壤风蚀下降显著相关(P<0.001),退耕还林灌草等土地利用、覆盖变化(LUCC)对降低土壤风蚀模数,提高区域防风固沙功能具有关键作用。研究成果对促进地区荒漠化防治和区域可持续发展具有一定的科学意义。

基于RWEQ模型的典型沙区风蚀治理成效研究

以通辽市科尔沁左翼后旗(科左后旗)为研究区,通过修正的风蚀方程(revised wind erosion equation,RWEQ)计算科左后旗2010—2016年的风蚀强度时空变化,评价通辽市开展科尔沁沙地"双千万亩"综合治理工程的风沙治理效果。研究结果表明:1)2010—2016年,科左后旗风蚀强度呈现明显下降的趋势,总风蚀量从2010年的3893.87万t下降到2016年的1883.56万t,降幅为51.63%;2)工程实施区内平均风蚀强度高于全旗平均风蚀强度,且相对风蚀系数在2016年明显下降,说明项目建设成效显著,有效地削弱了风蚀较高的项目区内的侵蚀;3)项目区建设具有一定的域外效应,范围在3 km左右,项目实施后,不同距离缓冲区的相对风蚀系数均明显下降,且越靠近项目区下降越明显,从而减小了缓冲区之间的差距。

RWEQ模型中土壤结皮和可蚀性因子的改进和应用

[目的]将基于中国土壤粒径分级标准的土壤普查数据应用到RWEQ模型中,旨在解决不同土壤粒径分级标准间土壤质地资料的转换问题。[方法]利用对数正态分布模型进行土壤粒径转换,并探讨该模型在描述内蒙古自治区、吉林省、陕西省等地区土壤粒径分布中的适用情况。[结果]对数正态分布模型能够较好模拟土壤颗粒含量。土壤结皮因子和土壤可蚀性因子高值区均分布于中国北方风沙土区,其次为寒钙土等地。[结论]结皮可降低或增加土壤可蚀性,未来研究的关键在于确定不同气候条件下,引起地表结皮而将土壤风蚀可蚀性降到最低时的降雨量。

基于RWEQ模型修正的土地沙化敏感性评价

中国西北部是土地沙化面积最大,发展最快,危害最为严重的地区,提高土地沙化敏感性评价结果精度对精确识别沙化敏感区、科学划定土地沙化敏感性生态保护红线、制定土地沙化防治对策具有重要意义。基于土壤风蚀修正模型对我国通用的土地沙化敏感性评价方法进行了修正,研究了土壤风蚀修正模型中的风力因子、土壤湿度2个因子分别代替通用土地沙化敏感性评价中的大风天数、干燥度指数2个因子的可行性,并采用通用土地沙化敏感性评价方法与本研究提出的修正土地沙化敏感性评价方法对我国西北部地区土地沙化敏感性进行了评价。结果表明:(1)修正土地沙化敏感性评价方法中的土壤湿度因子、风力因子分别与通用土地沙化敏感性评价方法中的干燥度指数因子、大风天数因子在空间上具有较高的一致性,但在气象站点分布较少的区域,修正土地沙化敏感性评价方法中的土壤湿度和风力因子更能准确地刻画气候干湿状况和大风情况。(2)修正土地沙化敏感性评价方法的评价结果大大提高了通用土地沙化敏感性评价方法的评价结果精度,可为中国沙化敏感性精细化评估提供科学参考。

基于RWEQ的三江源地区防风固沙与NPP研究

分别基于RWEQ模型和改进的CASA模型对2015年三江源地区的防风固沙量和NPP进行评估,并利用格网法探究两者之间的关系。结果表明,该地区的潜在风蚀和实际风蚀程度整体上都表现为西高东低,固沙量呈现出中部高、西部和东部较低的空间分布特征,平均固沙量为29.51kg/m^2,土壤风蚀处于中等水平;与土壤风蚀相反的是NPP呈现出东高西低的空间分布特征;该地区潜在风蚀量与NPP存在着一定程度的线性关系(R2=0.47),而实际风蚀量与NPP表现为显著的指数关系(R2=0.91)。此外,固沙量随着NPP的增加先增加后减少,固沙量达到最值时,NPP约为300gC/m^2。

RWEQ模型中风因子的改进及应用

风是产生土壤风蚀的前提,实地观测的风速是时刻变化的,模型中需要不少于500个的风速值来支撑,而较高时间分辨率的风速数据难以获取,为此很多文章研究风速降尺度拟合的方法,改进修正方程中风因子估算。本文利用二参数韦伯分布函数、日均风速和日最大风速法分别拟合风速,并与实测结果进行对比研究。此外根据修正后的风速值代入RWEQ模型中得到我国北方的风因子空间分布。结果表明:二参数韦伯分布函数拟合风速所求的风蚀力与实测的风速所求的风蚀力存在误差,相对误差值从0.19到0.95,平均相对误差值达到0.52;利用二参数韦伯分布函数拟合所得风蚀力被低估;日均风速和日最大风速法也未能很好地拟合风速,但用该方法拟合风速计算结果风蚀力与实测风速计算结果风蚀力存在相关性,可利用此相关性反推出实测风蚀力;从利用2000—2010年3月份的实测风速拟合所得风因子值来看,我国内蒙古高原上各大沙地的风因子值较高,东北及青藏高原高山地带等地区的风因子值也较高。

基于RWEQ模型的石渠县土壤风蚀评价及影响因素分析

应用修正风蚀模型(RWEQ)对四川省甘孜藏族自治州石渠县进行土壤风蚀模数估算,分析土壤风蚀在石渠县的空间分布特征及各个因素对石渠县土壤风蚀作用的影响。结果表明,石渠县北部抗土壤风蚀能力优于南部,西南部受土壤风蚀影响最大;气象因子为土壤风蚀最主要的影响因子,在6月汛期时土壤风蚀模数达到最大;植被指数的空间分布特征与土壤风蚀模数空间分布特征契合,对其影响较深。

基于RWEQ的土壤粉砂和碳酸钙与土壤可蚀性关系研究

我国是世界上土壤侵蚀面积最大的国家之一,因此我国学者对于土壤侵蚀进行了大量的研究。本文基于修正风蚀模型(RWEQ)对土壤粉砂含量、土壤碳酸钙含量与土壤可蚀性因子之间的关系进行研究。本文运用赋值法建立了一个由2330组数据构成的数据集,绘制其特征图,并对数据做相关性分析。结果表明:1) 土壤粉砂含量与土壤可蚀性因子呈正相关,说明土壤粉砂含量越大,土壤抗侵蚀能力越差;2) 土壤粉砂含量越高,土壤可蚀性因子增长速度越快,说明土壤粉砂含量越大,土壤抗侵蚀能力下降的就越快;3) 土壤碳酸钙含量与土壤可蚀性因子成反比,说明土壤中碳酸钙含量越大,土壤抗侵蚀能力越强。通过以上结论,本文在日后的风蚀预测上给出相应的启发。

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。

基于RWEQ的宁夏草地防风固沙服务评估

宁夏草地在区域防风固沙中发挥了重要的作用。现有研究大多是基于微观尺度,针对区域尺度的宁夏草地防风固沙时空格局及其变化规律尚不清楚。本文基于RWEQ模型,利用ArcGIS和ENVI,对2000—2015年间宁夏草地防风固沙服务功能进行了定量化的估算。结果表明:①2000—2015年宁夏草地年潜在风蚀总量为1028.30~7540.50万t,年实际风蚀总量为269.75~3318.71万t;②2000—2015年宁夏草地年防风固沙物质总量为729.80~4120.04万t,16年间共增加了124.13万t,平均单位面积年防风固沙物质量在0.33~1.77 kg/m2之间,空间分布呈现出"中高南北低"的特点;防风固沙保有率平均值为0.65~0.79;③草地防风固沙等级以"中等"和"较弱"为主,占总固沙量的47%~65%;"中等"及以上的草地面积波动增加,"弱"和"较弱"等级的草地面积减少;④中部干旱区和南部山区草地防风固沙量占总量的90%以上,北部灌区草地防风固沙量则呈现"先增后减"的趋势。北部灌区和中部干旱区是未来风沙治理需更加关注的区域。本文揭示了宁夏草地防风固沙的时空格局,为未来区域风沙治理提供了参考。

基于RWEQ的20世纪90年代以来内蒙古锡林郭勒盟土壤风蚀研究

土壤风蚀是中国北方地区重要的生态环境问题。锡林郭勒盟位于中国干旱、半干旱地区,是中国北方典型风蚀区,其特殊的地理位置又使得本区成为华北重要的生态屏障,为此锡林郭勒盟全区均划入了京津风沙源治理工程区。为了更好地阐明锡林郭勒盟的土壤风力侵蚀过程,指导区域的荒漠化防治,,基于气象、遥感数据,利用RWEQ模型定量分析了20世纪90年代以来锡林郭勒盟的土壤风蚀时空格局,揭示土壤风蚀的主要影响因素。研究表明:锡林郭勒盟多年平均土壤风蚀量为3.39亿t。土壤风蚀强度以微度和轻度为主,主要集中在植被较好,风蚀力较低,降雨量较高,雪被覆盖地表时间较长的东、中部地区以及南部地区。侵蚀强度为中度以上的侵蚀区集中在苏尼特右旗、正镶白旗和正蓝旗的浑善达克沙地;90年代以来,锡林郭勒盟的土壤风蚀强度总体上呈减弱趋势,主要与风场强度的减弱,植被盖度等的变化有关。土壤风蚀多发生于风蚀力较大的春季,风蚀强度较大区域的春季植被盖度与风蚀量呈显著负相关(r>0.7,p<0.01),且近20年植被盖度提升有效降低了该区域的土壤风蚀。

RWEQ模型在河北坝上地区的适用性

土壤风蚀是中国北方干旱半干旱地区重要的生态环境问题。坝上地区位于中国北方农牧交错带核心地段,是典型风蚀治理区。本研究实测了2015年(翻耕地)和2016年(莜麦留茬地) 13个单次风暴风蚀和8个时段风蚀距离上风向(不可蚀边界) 50 m和100 m输沙通量,并根据RWEQ模型预测出距离上风向50 m和100 m处的输沙通量。通过对比预测和实测输沙通量对RWEQ模型进行验证。结果表明:对于单次风暴风蚀事件,RWEQ模型对莜麦留茬地的预测效果要好于翻耕地,距离上风向100 m处的输沙通量好于50 m处;对于时段风蚀事件,对翻耕地的预测效果要好于莜麦留茬地,距离上风向100 m处的输沙通量好于50 m处;虽然两种时间尺度对于小风蚀事件的预测效果较差,但是预测和实测风蚀通量总体相关性较好。RWEQ模型的预测结果具有参考性,对河北坝上地区的风蚀具有一定的预测能力,但是需要经过进一步的参数修订才能取得更精确的风蚀预报结果。

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。

无定河流域防风固沙服务流动模拟

无定河流域包括毛乌素沙漠部分区域,土壤风蚀显著,研究防风固沙服务有利于保持土壤、保护生态环境与维持良好的人地关系。利用RWEQ(Revised Wind Erosion Equation)模型与HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Langrangian Integrated Trajectory Model)模型模拟无定河流域2000年、2005年、2010年、2015年以及2018年的土壤风蚀量以及防风固沙服务流的时空变化,并分析受益人口与real GDP。结果表明:(1)2000年至2018年无定河流域风蚀总量与防风固沙量呈“降低-增加-降低”的波动变化整体下降的趋势,在空间分布上,无定河流域西部及西北部沙地土壤风蚀较为剧烈,东部及东南部的旱地土壤风蚀较为缓和;(2)2000年至2018年防风固沙服务流动路径模拟总数分别为494条、504条、537条、482条与437条,整体上呈降低的趋势,受益区主要分布于我国的中部及东部地区以及俄罗斯、韩国等周边国家;(3)2000年至2018年防风固沙服务全国受益人口与受益real GDP均占据总数一定比例;(4)无定河流域防风固沙服务物质流以陕西北部、山西西部地区为中心呈圈层状递减,影响范围扩散到了东亚和东南亚等国家和地区。结果模拟了无定河流域土壤风蚀以及防风固沙服务流,为服务供给区和受益区之间的生态补偿提供科学依据,对植被恢复与防风固沙具有一定的参考作用,可为其他流域的防风固沙服务流动模拟和整个三北地区的防风固沙生态工程的规划、建设、评估提供重要的科学参考。

基于RWEQ模型的磴口县沙地与耕地风蚀评价及验证

为了验证RWEQ模型在中国干旱半干旱地区的风蚀模拟精度,文中选取磴口县沙地和玉米耕地为研究对象,实时监测2019年5-8月风速、降水量、气温、植被覆盖度和土壤风蚀量等数据,并对RWEQ土壤风蚀模型中的下风向距离z进行修正,估算试验区沙地与玉米耕地的土壤风蚀量。结果表明:下垫面为沙地时,z为50m,5-8月土壤风蚀量Q(50)为755.0g/m^(2)、483.7g/m^(2)、169.2g/m^(2)和146.3g/m^(2),土壤风蚀量预测效果最好,模型预测平均精度达到83.86%;当下垫面为玉米耕地时,z为100m,5-8月土壤风蚀量Q(100)分别为123.6g/m^(2)、57.5g/m^(2)、17.3g/m^(2)和9.3g/m^(2),土壤风蚀量预测效果最好,模型预测平均精度达到73.10%。由于RWEQ模型的预测精度取决于参数,可以经过进一步的参数修订取得更精确的风蚀预报结果,为提高区域尺度上的沙地和耕地风蚀预测精度奠定良好的基础。