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。

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。

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。

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。

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。

基于RWEQ模型的内蒙古巴彦淖尔市土壤风蚀变化特征及归因分析

土壤风蚀是干旱半干旱地区面临的主要生态环境问题。基于修正风蚀方程模型(RWEQ)与GIS技术,分析了1980—2018年内蒙古巴彦淖尔市土壤风蚀变化并分析成因。结果表明:(1)研究期间,巴彦淖尔市土壤风蚀模数总体呈下降趋势,多年均值为40.26 t·hm^(-2),10年倾向率为-8.02 t·hm^(-2)。2000年前以中度风蚀为主,2000年以后以微度风蚀为主。(2)空间上,巴彦淖尔市土壤风蚀高值区主要分布在西北部地区,低值区主要分布在南部地区。不同风蚀强度面积占比排序为中度>轻度>强烈>微度>极强烈>剧烈,微度和轻度风蚀面积呈现增大趋势,中度、强烈、极强烈和剧烈风蚀面积均呈现减小趋势。总体上,全区土壤风蚀均呈现下降趋势,西北部下降幅度最大,南部下降幅度最小。(3)内蒙古巴彦淖尔市土壤风蚀主要受风速(u)、温度(Ta)、植被覆盖度(VC)和土壤含水量(sw)影响,u的直接作用最明显,而Ta、VC和sw主要产生间接影响。总体来说,u对巴彦淖尔市土壤风蚀变化的综合决定能力最强,sw的综合决定能力最弱。

西柳沟流域土壤风蚀时空变化及其对景观格局的响应

[目的]探究西柳沟流域土壤风蚀与景观格局的响应关系,为该地区生态修复提供科学依据。[方法]基于气象、土壤、植被覆盖、土地利用等数据,采用修正土壤风蚀模型(RWEQ),计算分析了2005—2020年流域内土壤风蚀量及其影响因子,阐明了流域内土地利用变化特征。[结果](1)2005—2020年,西柳沟流域土壤风蚀量呈先增长后下降趋势,2005年、2010年、2015年、2020年的平均风蚀量分别为36.9,39.4,45.3,39.4 t/(hm^(2)·a),且在空间上总体呈现“北强、南弱”趋势。(2)气象因子值在2015年前后变化显著;空间上,其值在流域北部低南部高,中部变化较大。(3)流域主要以裸地和低植被覆盖度为主,占总面积79%以上;土地利用主要以草地为主,占总面积82%以上,草地面积总体呈增加趋势,整体较为破碎,斑块形状向复杂化发展。自2010年起,草地中度、强烈风蚀占比均超过85%。[结论]西柳沟流域风蚀量在长期生态保护修复下略有降低,但在气候变化和人类活动影响下,未来科学实施生态修复依旧是西柳沟流域的重要研究方向。

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PSR框架的内蒙古自治区土壤保持服务分区

土壤侵蚀是中国北方重要的生态问题,内蒙古自治区位于干旱半干旱地区,是中国北方典型的土壤侵蚀区。针对以往生态功能分区分析框架复杂多样、权重设定人为主观等问题,以内蒙古自治区为例,基于压力-状态-响应系统分析框架,从气候背景-土壤保持-植被条件三方面构建指标体系,运用自组织特征映射(SOFM)神经网络和GIS空间分析技术,以1280个小流域为基本单元进行土壤保持服务分区,按照分区单元的聚集度对多种方案进行优选,并依据区域共轭性原则最终将研究区划分为3个土壤保持服务区和11个土壤保持服务亚区。

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。

近20a蒙古国土壤风蚀变化特征及主要影响因素分析

蒙古国风蚀沙漠化严重,成为世界主要的沙尘源地之一,为了深入了解蒙古国全域风蚀时空变化特征,利用蒙古国境内的GLDAS、OLM、MOD13Q1、NASA-SRTM等气象和遥感数据,基于GEE(Google Earth Engine)云计算平台,利用RWEQ模型计算了蒙古国土壤风蚀量和时空变化规律,分析了土壤风蚀的主要影响因素及作用机制。结果表明:(1)自2001-2020年,蒙古国土壤风蚀呈北部低、南部高的空间分布格局;土壤风蚀主要发生在春季,风蚀量占全年的45%;近20 a土壤风蚀量总体上呈显著增加趋势,风蚀模数以0.06 t·hm^(-2)·a^(-1)的速度增长。(2)蒙古国土壤风蚀变化整体上与气候因子及由其引起的植被盖度变化有关,与放牧、耕地开垦等人为活动增强有密切关系。研究结果可为蒙古国风蚀沙漠化防治提供重要的科学参考。

典型农牧交错区土地利用变化对土壤风蚀的影响——以内蒙古四子王旗为例

【目的】干旱半干旱地区的土地利用方式直接影响着土壤风蚀的强度,研究不同时期土地利用方式对土壤风蚀的影响,为新时期国土空间格局合理布局和祖国北疆生态屏障建设提供科学依据。【方法】以地处干旱半干旱区典型农牧交错区的内蒙古四子王旗为例,基于RWEQ模型定量模拟1990-2015年研究区不同时期土壤风蚀模数,分析研究区土壤风蚀变化特征,揭示土地利用变化对土壤风蚀的影响。【结果】1990-2015年四子王旗土壤风蚀情况整体呈现稳趋向好态势,其中1990-2000年,土壤风蚀模数呈上升趋势,年均增长1.34 t/hm^(2);2000-2015年,土壤风蚀模数呈下降趋势,年均下降2.59 t/hm^(2)。【结论】不同的土地利用方式及土地利用结构,产生的土壤风蚀效应不同,有利用趋于生态环境稳定的土地利用结构是降低土壤风蚀强度的主要途径。

京津风沙源区生态保护与建设工程对防风固沙服务功能的影响

[目的]评价京津风沙源生态保护与建设工程自2000年启动实施近20 a以来的防风固沙效应,以指导工程二期的实施。[方法]选取植被覆盖度、风蚀量和防风固沙服务功能保有率等指标进行分析。[结果]京津风沙源区以草地为主,其次为林地和农田;工程实施以来,多年平均土壤风蚀量为7.87×10^8 t,以微度和轻度侵蚀为主;一期工程实施期间的土壤风蚀量总体呈逐年减小趋势,二期工程实施以来,风沙源区遭受风蚀危害又逐渐加重,尤其是沙化草原亚区,该区风蚀模数变化趋势达到了8.96 t/(hm^2·a);就防风固沙服务功能保有率而言,整个风沙源区均值达到了0.82,低值区主要分布于沙化草原亚区(0.743)和晋北山地丘陵亚区(0.752);二期工程实施以来,大部分区域保有率均显著提升,这与二期工程实施期间全年及冬春季的植被覆盖度变化情况一致。[结论]京津风沙源的风蚀防治区重点在保有率下降区域和以草地和沙地为主的沙化草原亚区、浑善达克沙地亚区和科尔沁沙地亚区。

实施禁牧前后宁夏草地防风固沙的时空变化特征

为了给宁夏进一步制定草地生态恢复的综合决策提供参考,实现草地生态系统的可持续发展,基于气象、遥感等数据,利用修正风蚀方程模型(RWEQ)对宁夏禁牧前后31年草地防风固沙服务功能的时空变化及趋势进行定量评估。结果表明:1)禁牧前(1988-2003年)土壤风蚀模数平均值为5.59 kg·m^(−2);禁牧后(2003-2018年)平均值为1.45 kg·m^(−2)。土壤风蚀强度(共6级)为轻度侵蚀和微度侵蚀的区域面积在禁牧后增加了14281 km,比例增至73.52%,土壤风蚀强度降低。2)禁牧前防风固沙量平均值为25.49 kg·m^(−2);禁牧后平均值为14.3 kg·m^(−2)。禁牧后草地防风固沙量级别以“中”为主,面积增大了7382 km^(2),比例增至23.65%。3)1998-2018年宁夏草地防风固沙保有率呈增加态势,在73.2%~96.7%变化。禁牧前防风固沙功能保有率平均值为81.24%;禁牧后平均值为91.9%。禁牧后宁夏草地防风固沙服务能力明显提升,生态建设工程成效显著。因此,未来应加强分区治理,实施差异化方案。

鄂尔多斯市防风固沙功能时空变化及驱动因素分析

鄂尔多斯市是京津风沙源治理的重点区域,其防风固沙功能提升对于筑牢北方生态屏障和维护环京津地区的环境安全具有重要意义.本文基于长时间序列卫星遥感影像以及气象、植被、土壤等数据资料,采用修正的风蚀模型(RWEQ),评估了鄂尔多斯市防风固沙功能,揭示了防风固沙功能时空变化规律及驱动因素.结果表明:①2018年鄂尔多斯市防风固沙量为95.07×10^(8)t,单位面积防风固沙量为10.95×104 t/km^(2),高值区主要位于东部和北部,整体上呈现自东向西递减的趋势.②2000—2018年,鄂尔多斯市防风固沙功能呈增加趋势,年均增长率为26.96%;空间上,其防风固沙功能明显提升区域主要位于准格尔旗和乌审旗的东南部,面积占比为54.89%;稳定区域位于杭锦旗、鄂托克旗、伊金霍洛旗的部分区域,面积占比为29.76%;降低区域位于杭锦旗北部和鄂托克旗西部,面积占比为15.33%.③鄂尔多斯市防风固沙功能变化与降雨量和土地利用类型的面积占比均呈显著相关.研究显示,长期生态保护修复显著提升了鄂尔多斯市防风固沙功能,但由于气候变化和人类活动影响仍存在功能退化区域,未来科学实施生态修复是筑牢鄂尔多斯市生态屏障的主要方向.