基于土地利用变化的苏南生境质量与生态红线评估

【目的】评估和模拟快速城镇化对生境质量的影响,为优化生态红线区和生态敏感区调整提供科学依据,进而优化国土空间规划和加强生态空间管控。【方法】以江苏省南部为例,基于PLUS模型、InVEST模型和热点分析等方法,评估2000、2010、2020年的土地利用变化规律、生境质量与退化度的时空演变、预测2030年的变化趋势,并综合定量评估生态红线区生境质量。【结果】(1)2000—2020年,苏南地区土地利用发生显著变化,主要表现为耕地向建设用地和水域转移;生境质量均值呈下降趋势,空间上形成了东西高,中间低的分布格局;生境退化度呈现“中心低–外部高”的圈层分布。(2)2030年3种土地利用模拟情景中,城镇发展情景下,耕地面积减少最多;生态保护情景下,森林和湖泊得到严格保护;可持续发展情景下建设用地规模得到控制。生境质量均值的排序为生态保护情景>可持续发展情景>城镇发展情景。(3)热点分析得出,2020年苏南地区乡镇尺度的生境质量和退化度呈集中分布,城镇中心为冷点区域,热点主要分布在森林和山脉,水域为生境质量的高值区。(4)生态红线区域内的生境质量整体高且相对稳定;在未来预测中,生态保护情景会扩大错位面积,可持续发展情景会降低错位面积。【结论】快速城镇化和人类活动剧烈是导致苏南地区和部分生态红线区内生境质量下降的主要原因。

鲁中南山区南部岩浆岩低山丘陵区地下水赋存特征

岩浆岩低山丘陵区地形地貌及地质条件复杂,地下水蓄存环境差,水资源贫乏,水文地质研究程度低,长期以来一直存在极大的找水困难。通过开展典型地区水文地质调查与找水打井示范,深化了对地下水赋存和补径排条件的认识,地下水赋存空间在垂向上可分为浅部风化裂隙带和中深部岩脉裂隙网络,平面上分为断裂构造裂隙带、岩脉裂隙带和岩性接触裂隙带,总体呈现“两层三带”基本特征;为寻找赋水打井目标、有针对性布置勘查工作提供了参考,提高了找水效果。

苏南山丘区小流域土壤养分特性空间分布

采用地统计学与GIS相结合的方法，以苏南山丘区邓下小流域为研究区，研究了表层土壤（0～20cm）的pH值、全氮、全磷和速效钾等4种养分的空间变异特征。结果表明：（1）土壤养分的变异系数大小是全磷〉速效钾〉全氮〉pH值，存在中等程度的空间变异性。土壤pH的半方差函数理论模型为线性模型，全氮、全磷和速效钾均为指数模型。土壤全氮、全磷和速效钾具有强烈的空间相关性，结构性因素是影响其空间变异的主要因素。土壤pH值存在中等的空间相关性，随机因子引起的空间变异性所占比重较大。（2）土壤pH值自北部向东南部总体趋势递减，中部波动较大。全氮条带状分布明显，自北部向东南部递减。全磷含量具有南北部低，中部较高的趋势，中部波动较大，高值中心出现在这一区域。速效钾在研究区波动较大，高值区域主要集中在中北部，低值区域主要分布在中南部。研究结果可为小流域综合治理中土壤养分管理与植被恢复提供理论依据。

苏南丘陵地区森林土壤酶活性季节变化

研究了苏南丘陵区不同林分土壤养分、酶活性的剖面分布以及酶活性的季节动态变化特征。研究结果表明,研究区土壤偏酸性,土壤中TN质量分数较高,有机质、TK、AK质量分数中等,TP、AP质量分数较低,土壤TN、有机质、AK、AP的质量分数及蔗糖酶、脲酶、H2O2酶、磷酸酶活性随着土壤深度的增加而逐渐降低。土壤酶活性在不同季节也存在差异,蔗糖酶活性的季节变化表现为:秋季>夏季>春季>冬季,脲酶活性为:夏季>春季>秋季>冬季,毛竹林土壤的磷酸酶活性为:秋季>春季>夏季>冬季,其它3种林分土壤的磷酸酶活性为:秋季>夏季>春季>冬季,H2O2酶活性在马尾松、麻栎、毛竹林土壤内表现为:春季>秋季>夏季>冬季,在杉木内林土壤内表现为:春季>夏季>秋季>冬季。在α=0.01或α=0.05水平下,土壤酶活性与土壤TN、AP、AK、有机质及重元素Pb、Cu、Zn、Cr、Ni呈显著或极显著相关,与土壤容重呈显著或极显著负相关,冬季蔗糖酶与其它3个季节的蔗糖酶呈现极显著或显著正相关;秋季磷酸酶与其它3个季节的磷酸酶呈现极显著或显著正相关;夏季脲酶与其它3个季节的脲酶呈现极显著正相关;夏季H2O2酶与其它3个季节的H2O2酶呈现极显著正相关。

苏南丘陵不同林分类型土壤质量评价

以苏南丘陵区杉木、马尾松、栎林、毛竹等4种林分土壤为研究对象，采用全氮、全磷、有效磷、速效钾、pH、土壤密度、有机质、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、全铜、全锌、全铅、全铬、全镍等15个指标，分别从土壤肥力质量、生物学质量和环境质量3个方面，研究各林分的土壤质量，并将研究区的土壤质量分为5级。运用模糊综合评价法．对4种林分的土壤质量进行评价，结果表明：土壤质量综合评价指数均在0．4～0．6，土壤质量为llI级，土壤质量指数从大到小依次为毛竹、杉木、马尾松、栎林、对照（裸地），表明该地区的土壤质量总体处于中等水平。土壤磷、钾元素含量低是造成土壤质量不高的主要原因，其在一定程度上影响了土壤的肥力水平．

苏南丘陵区麻栎林冠层水文效应及其影响因素

为探讨苏南丘陵区麻栎林生态水文过程及其影响因素,采用定位观测的方法,于2012年4月至9月对麻栎林的降雨分配过程进行了监测研究。结果表明:研究期内,累计降雨量470.7 mm,平均场降雨量10.0 mm,小雨占据降雨事件的绝大部分,频率达到70.21%。穿透雨量、树干径流量、林冠截留量与降雨量呈极显著正相关关系。根据回归模型确定了林冠部分的持水能力和树干持水能力分别为0.87 mm和0.11 mm,形成树干径流的最小雨量为3.42 mm。林冠截留率与降雨量、降雨强度以及空气湿度有显著的负相关关系。小雨量级下,随月平均叶面积指数的增加各月林冠截留率增大。月平均林冠截留率与叶面积指数有极显著的线性关系。林冠平均截留率为20.48%。

基于HEC-GeoHMS和DEM的数字小流域划分

基于DEM和水文分析模块HEC-GeoHMS进行流域特征的分析,通过洼地填充、水流方向计算、水流累积量计算、水网提取,划分流域界线,生成了数字小流域。以苏南丘陵山区淳化流域为研究区进行了试验,结果表明:在受人类活动影响较小的山地丘陵地区,流域界线与分水岭吻合,提取的流域特征精度较高;而在地势平坦或人类活动干扰较大的地区,提取的结果与实际相差较大,流域界线需要人工进一步修正。从提取的效率和试验结果的精度两方面来看,基于DEM和水文分析模块HEC-GeoHMS的流域自动提取是切实可行的。

鲁中南山丘区坡面产流产沙与降雨关系

为探求鲁中南山丘区坡面侵蚀规律,选取山东省泰安市药乡小流域,以4个坡面径流小区的降雨、径流、泥沙实测资料为基础,探究不同措施下各小区产流产沙的差异性和导致产流的降雨量临界值,并利用相关分析方法探究径流泥沙与降雨的相关关系。结果表明:(1)导致径流产生的降雨量临界值表现为裸地<农地<草地,草地临界降雨量分别比梯田种植、横坡种植、裸地高0.2,2.8,3.8mm;(2)在相同的降雨条件下,各小区产流产沙均为裸地最大,其中产流量约为农地的1.3~4.3倍,约为草地的2.8倍;产沙量约为农地的3.1~10.4倍,约为草地的77.6倍;产流开始时间以裸地最早,草地最晚,二者之间相差37min,结束时间正好相反;(3)通过对不同降雨因子与产流产沙进行皮尔逊相关分析,除降雨历时(D)外,其它降雨因子均与产流、产沙量有较好相关性,其中与降雨量(P)相关性最强。

苏南丘陵区典型森林生态系统服务价值估算

针对苏南丘陵区杉木、马尾松、毛竹、栎林等4种典型森林生态系统,实测了其主要的生态系统服务功能,运用多种生态经济学方法估算了4种林分的生态服务价值。生态服务价值包括直接使用价值和间接使用价值,间接使用价值包括气体调节、涵养水源、保土固肥、防止水库淤积、营养物质循环、净化环境价值等。研究区杉木、马尾松、栎林、毛竹4种林分的生态系统服务价值中,间接经济价值分别是其直接经济服务价值的1.82、2.12、3.16、4.04倍,单位面积的森林生态系统服务价值分别为192397.30、113262.69、88350.51、103289.69元·hm-2·a-1。在区域研究中,根据地方实测的数据进行估算,能提高计量森林生态服务功能价值的精度。

苏南丘陵地区土地利用变化对水量水质影响研究

水资源是关系到人类生存和发展的具有战略意义的自然资源,是土地资源发挥最大优势的基本条件,而土地利用方式的变化对水资源的量和面源污染起着制约作用。利用分布式水文模型对苏南丘陵地区句容市的土地利用变化下产流、产污进行模拟,分析土地利用变化前后对区域产流产污(氮和磷等)的影响,为当地土地利用方式提供指导。

苏南丘陵区主要森林类型地被层水源涵养功能研究

系统地研究了苏南丘陵地区 8种主要森林类型地被层的结构功能特点 ,结果表明森林灌草层、枯落物层的数量特征及其水文功能在不同的森林类型中存在较大的差异 ,各森林类型地被层的水源涵养功能排序为 :栎类混交林 >麻栎人工林 >马尾松林 >杉木林 >板栗经济林 >毛竹林 >火炬松林 >

苏南地区新近沉积土的动力特性研究

苏南地区场地土主要为漫滩相、湖沼相或冲湖相新近沉积软弱土，结构松散，沉积零乱，成分复杂，饱水可液化粉细砂层及粉土层较为发育，在地震或动力荷载的作用下有可能发生软土震陷或砂土液化。本文通过对苏南地区淤泥质粉质粘土、粘土、粉质粘土、粉质粘土与粉细砂互层土、粉土、粉砂、细砂和中粗砂等八类新近沉积土155个原状土样、历时4年的试验研究，首次给出了苏南地区八类新近沉积土的动剪切模量比和阻尼比随剪应变幅值变化的平均拟合曲线及其参数的推荐值，该成果有利于加深对苏南地区新近沉积土动力特性的认识。

鲁中南山区小流域雨水资源化潜力的定量评价研究

为了探讨我国北方土石山区小流域雨水资源潜力及其水资源供需态势,为高效开发利用流域雨水资源和大规模开展生态环境建设工程提供理论依据。以代表该地区典型区域的鲁中南山区小流域为研究区域,在确定了小流域雨水资源理论潜力和现实潜力计算方法的基础上,对典型小流域雨水资源潜力及水资源供需平衡进行了定量分析。结果表明:该地区小流域总需水量中生态需水的比重最大,占总需水量的68.11%,农业生产需水量其次,占31.37%,人畜生活需水量最少,仅为0.52%。以小流域降水资源作为水资源的评估基础,当降雨设计频率分别为50%,75%和95%时,典型小流域的需水量占可供水量比重分别达到63.1%,75.2%和101.7%,研究区域典型小流域基本上都处于用水高度紧张状态,同时,提出了该地区未来小流域水资源开发利用的方向。

苏南地区新近沉积土的动剪切模量比与阻尼比——试验研究

苏南地区的场地土主要为漫滩相、湖沼相或冲湖相新近沉积软弱土,结构松散,沉积零乱,成分复杂,饱水可液化粉细砂层及粉土层较为发育,在地震或动力荷载的作用下有可能发生软土震陷或砂土液化。通过对苏南地区淤泥质粉质粘土、粘土、粉质粘土、粉质粘土与粉细砂互层土、粉土、粉砂、细砂和中粗砂等8类新近沉积土155个原状土样历时4年的试验研究,给出了该地区上述8类新近沉积土的动剪切模量比G/Gm ax和阻尼比D随剪应变幅值γ变化的平均拟合曲线及其参数的推荐值。为便于一般工程应用,给出了这8类新近沉积土的G/Gm ax-γ和D-γ关系曲线的推荐值及其标准差。

苏北山丘区森林群落次生演替中土壤物理性质及其持水性能研究

为了探明苏北山丘区森林次生演替过程中土壤物理性质以及持水性能,选择该区典型、有代表性的不同演替阶段森林群落,进行植被调查和土壤分析。结果表明,该区森林生态系统土壤物理性质随演替时间进展而演变的趋势明显;同时测定土壤在降雨和干旱时的含水量,以衡量不同森林群落土壤物理性质差异对森林涵养水源功能的影响。

苏南地区稻田土壤肥力演变、养分平衡和合理施肥

采用宏观数据、研究参数与微观调查数据相结合的方法 ,分析区域肥力演变、养分平衡与合理施肥量 .结果表明 ,1982～ 1996无锡市土壤氮素及有机质含量增加较快 ,磷素增加较慢 ,钾素含量普遍下降 ;1990～ 1997年无锡市和常州市稻田氮素普遍盈余 ,钾素普遍亏缺 ,磷素无锡市盈余 ,常州市亏缺 ;以此为依据 ,1996年无锡市氮磷钾肥的合理投入量分别是 4 88.9、113.1和 2 35 .1kg·hm-2 ;常州市分别为4 99.4、112 .5和 2 34.2kg·hm-2 ,由于土壤中氮素积累、钾素亏缺现象明显 。

苏北山丘区典型性次生林下土壤蓄水能力分析

次生林下土壤蓄水能力作为水源林生态系统的重要组成部分,是发挥森林水文生态功能的主体之一。研究采用"每木调查法",以苏北山丘区现存的赤松林、黑松林、侧柏林、栎类林、杂木林、刺槐林6种典型次生林作为主要对象,通过对林下植被土壤各个层面水文特性的研究,比较分析其林下土壤的蓄水能力。结果表明:6种次生林下土壤蓄水能力范围为280.8～451.2t/hm2,各次生林下土壤的蓄水能力与土壤容重呈负相关,与土壤毛管孔隙度呈正相关,其蓄水能力的大小顺序为:刺槐林>栎类林>杂木林>侧柏林>赤松林>黑松林。

基于TOPSIS法的鲁中南山区不同混交林水土保持效益评价

为更好地开展鲁中南山区水土流失生态工作,有必要对该地区混交林的水土保持效益进行综合评价并筛选出适宜的混交林模式。以鲁中南山区典型石灰岩山地和砂石山地的12种10年生混交林为研究对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法,研究林分的蓄水保土效益和改良土壤的效益,运用熵权法计算权重,并基于TOPSIS原理对各混交林模式进行评价;综合13项水土保持效益指标,对不同混交林的水土保持综合效益进行评价,筛选出适合石灰岩山地和砂石山地的混交林。结果表明:对于石灰岩山地,乔灌混交林中的侧柏黄栌混交林、针阔混交林中的侧柏刺槐混交林表现较优;对于砂石山地,针阔混交林中的黑松刺槐混交林、阔阔混交林中的刺槐麻栎混交林较为适宜。

苏南丘陵主要森林类型土壤微量元素含量及其动态特性

以苏南丘陵主要森林类型土壤为对象,分析测定了土壤中微量元素Fe,Mn,Cu,Zn,Mo,B的全量和有效量.并对林木叶、枯落物和土壤微量元素的动态特性进行了分析.结果表明：该地区森林土壤全量B,Zn,Mn低于全国平均水平,属低B区;Fe,Mn,Cu全量较为丰富.有效态B,Mo,Cu含量很低,处于临界含量水平以下;有效2n含量稍高,有效Fe,Mn特别丰富.毛竹叶片对各微量元素有较为突出的富集作用;林木叶、枯落物和土壤微量元素的动态变化随林分类型和元素不同而异.与叶相比,土壤微量元素的变幅较大、枯落物是森林土壤微量元素的重要供应库.

苏北低山丘陵区典型性森林土壤健康评价研究

以苏北低山丘陵区6种典型性森林植被下土壤为研究对象,通过野外调查与室内分析,在系统调查和分析土壤形态、物理、化学、酶活性特征以及物种多样性的基础上,运用土壤学知识和专家经验,构建了适合苏北山丘区森林土壤健康评价指标体系;应用不同类型的评分函数方程,对各评价指标数值进行隶属度处理,并基于SPSS软件对所获得数据进行差异性检验和相关分析,确定各项指标的权重;最后通过加权综合法,建立森林土壤健康指数,对该地区不同林分下土壤健康状况进行评价。