Rocky Land Desertification and its Driving Forces in the Karst Areas of Rural Guangxi,Southwest China

With a subtropical climate,Guangxi Zhuang Autonomous Region has a typical karst landscape.Rocky desertification has become a serious environmental issue due to its high vulnerability caused by the joint effect of natural settings and human activities,because of which its eco-environment has been deteriorated in recent years,and farmland has been disappearing sharply at the same time.This,in turn,has exacerbated the poverty level in the rural areas of the region.In this study,we monitored the spatial distribution of rocky land desertification and its temporal evolution using Landsat TM/ETM images of 1985,1995,2000 and 2005.We also analyzed the driving forces of the desertification and its expansion.Through constructing regression models by using all the relevant variables and considering the lagged effects as well as fixed effects,we quantified the exact role of different factors causing rocky land desertification in the study area with some new findings.The new findings in this study are greatly helpful for preserving,restoring and reconstructing the degraded mountain environment in Guangxi and other karst areas in Southwest China,and also for alleviating poverty in the rural areas in the future.

Spatiotemporal evolution of land transportation networks and accessibility in inland mountainous areas 1917-2017:A case study of Southwest China

Located in the western hinterland,Southwest China is a typical mountainous area covered by plateaus,mountains and hills.Its ruggedness hinders regional internal and external connections,and its poor transportation infrastructure has long constrained the socioeconomic development of Southwest China.Based on the GIS transportation database,this paper explored the spatiotemporal evolution and characteristics of the land transportation networks and the accessibility of Southwest China from 1917 to 2017.Regional accessibility in Southwest China has significantly improved,and transportation infrastructure has gradually integrated the transportation circles of the52 central cities.The transportation network has followed an evolutionary process from a"hub-spoke pattern"to a"network pattern",while the construction of a high-speed railway(HSR)has brought about significant spatial polarization.We argue that innovation in transportation technology is one of the most effective factors for promoting a significant change in regional accessibility.In addition,the spatial distribution and evolution of accessibility in Southwest China presents a verticalcharacteristic that distinguishes it from the plains,as the spillover effects of new transportation infrastructure on accessibility improvement are partly offset by the mountainous terrain.Additionally,in Southwest China,there is significant"path dependence"in the evolution of the transportation network,since a large portion of the population is concentrated along transportation corridors in mountainous areas.

CONSULTATIVE RECOMMENDATIONS ON SUSTAINABLE DEVELOPMENT IN KARST AND ROCK-NAKED MOUNTAIN AREAS OF SOUTHWEST CHINA

The serious degradation of the ecological environment and the rapid expansion of stone desert have had a serious effect on the economic development of karst and rock-naked mountain areas in Southwest China. Moreover, these areas are still at the initial stage of industrialization, characterized by a greater significance of agriculture to the economy, face sharp contradictions among the population, the arable land and resources, and are suffering because of a shortage of investment. On the basis of this current situation, three recommendations are made in this article: "coordinating the relations among grain, ecology, population and economic development", "increasing the input of science and technology", and "adopting policies consistent with social equity in areas of poverty".

Emergency road network structure and planning optimization in mountainous regions in Southwest China under earthquake scenarios

Emergency road networks(ERNs),an important part of local disaster prevention systems,can provide security to residents and their property.Exploring the ERNs structure is of great significance in terms of promoting disaster prevention and establishing road safety in dangerous mountainous areas.This study considered the ERNs of the Kangding section of the Dadu River Basin as the area for a case study.Complex Network Analysis was used to examine the relationship between the four characteristic indicators of mountain roads and the degree of earthquake impacts under the Lushan,Wenchuan,and Kangding Earthquake scenarios.Based on the analysis results,the southwest mountain road network was evaluated;then,computer simulations were used to evaluate the structural changes in the road network after index changes.The network was optimized,and the corresponding emergency avoidance network was proposed to provide a reference for the establishment of the mountainous ERN.The results show that the overall completeness of the mountainous ERNs in Southwest China is poor and prone to traffic accidents.Moreover,the local stability is poor,and the network is susceptible to natural hazards.The overall structure of the road network is balanced,but that of certain road sections is not.Road sections with different attributes present a“gathering-scattering”spatial distribution,i.e,some sections are clustered together while others are far apart.Accordingly,a planning optimization strategy is proposed to better understand the complexity and systematic nature of the mountainous ERN as a whole and to provide a reference for disaster prevention and mitigation planning in mountainous regions in Southwest China.

Research on Auto-Classification Method of Remote Sensing Images in Mountainous Areas——An Application in Southwest of China

In mountainous areas, it is the undulant terrain, various types of geomorphic and land use that make the remote sensing images great metamorphism. Moreover, due to the elevation, there are many areas covered with shadow, clouds and snow that make the images more inaccurate. As a result, it would be very difficult to carry out auto-classification of RS images in these areas. The study took Southwest China as the case study area and the TM images, SPOT images as the basic information sources assisted by the auxiliary data of DEM, NDVl, topographical maps and soil maps to preprocess the images. After preprocessing by topographic correction and wiping off clouds, snow and shadows, all the image data were stacked together to form the images to be classified. Then, the research used segmentation technology and hierarchical method to extract the main types of land use in the area automatically. The results indicated that the qualitative accuracies of all types of land use extracted in Southwest China were above 90 percent, and the quantitative accuracies was above 86 percent. The goal of reducing workloads had been realized.

西南山区乡村贫困地域系统时空演化格局研究——以云南省镇沅县为例

在梳理总结国内外关于贫困地理与农村多维空间贫困、乡村地域系统与贫困地域系统理论前沿研究的基础上,提出“乡村贫困地域系统”研究视角,并对乡村贫困地域系统理论内涵进行了初步探析.以云南省镇沅县109个村域为评价分析单元,构建了乡村贫困地域系统演化发展评价指标体系,设计了乡村贫困地域系统演化发展指数测度模型和基于“时空立方体—新兴时空热点分析”的时空演化模式识别方法.研究显示:(1)镇沅县2013-2021年乡村贫困地域系统演化时序阶段性特征经历了“差异波动演化(2013-2015年)—快速演化(2016-2019年)—增长滞缓趋稳(2020-2021年)”3个主要阶段.(2)镇沅县乡村贫困地域系统时空演化模式以连续热点模式为主,加强的热点模式呈零星分布,表征2013-2021年镇沅县乡村贫困地域系统整体上经历了较快且连续稳定的减贫演化过程,是减贫政策普惠作用在时空演化模式上的具体表现;连续冷点模式和持续冷点模式呈现出县域东西两端集聚分布态势.(3)多维空间贫困陷阱主要集中在和平镇、者东镇、振太镇的部分村域,相关村域脱贫稳定性相对较差、返贫风险较高.乡村发展是乡村地域系统循环累积与动态演化的结果,深入刻画分析乡村贫困地域系统时空演化格局与特征,对于科学推动脱贫地区转型发展具有重要意义.

华北土石山区坡面土壤水分动态变化及其对降雨的响应

[目的]分析华北土石山区坡面土壤水分的动态变化及其对降雨的响应,揭示其降雨响应补给特征及规律,旨在为该地区水资源合理利用以及水土保持提供参考和理论依据。[方法]以华北土石山区典型自然荒坡地为研究对象,实时监测不同坡位土壤水分动态变化,研究土壤水分对降雨的动态响应特征及其内在规律。[结果]①坡面年均含水量表现为下坡(20.3%±5.5%)>上坡(19.5%±5.7%)>中坡(15.9%±7.0%),在垂直剖面呈现深层土壤含水量大于浅层土壤含水量。②土壤水分对降雨的响应速度表现为中坡(1.50 h)显著高于上坡(4.10 h)和下坡(2.80 h),在垂直剖面呈现深层土壤水分较浅层土壤水分对降雨的响应更为迅速。③降雨对土壤水分的平均补给速率和消退速率为中坡(1.4%/h,0.3%/h)>上坡(0.9%/h,0.2%/h)>下坡(0.7%/h,0.1%/h),在垂直剖面呈现降雨对深层土壤水分的补给速率、消退速率均大于浅层土壤。[结论]在华北土石山区,当降雨量>2.7 mm能有效补给坡面土壤水分,中坡和深层土壤对降雨的响应更为迅速。

五种气候生产力模型在华北土石山区的适用性分析

植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是陆地植物的净固碳量,对于全球碳估算研究具有重要意义。华北土石山区作为中国林业工程重点区域,是典型的干旱半干旱气候区,准确估算该地区NPP大小及其变化特征对林业生态工程建设具有重要意义。本文基于河南小浪底森林生态系统国家野外科学观测研究站1980-2020年气候数据,利用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、Chikugo模型、朱志辉模型及周广胜模型共5种气候生产力模型估算,分析NPP的变化趋势,运用随机森林算法探讨NPP影响因素,并以区域MODISNPP数据为标准进行评价,以探究适合估算该地区NPP的气候生产力模型。结果表明:(1)华北土石山区年平均气温、最高气温、最低气温和降水量均呈上升趋势,变化速率分别为0.05℃×a^(-1)、0.04℃×a^(-1)、0.05℃×a^(-1)和1.58mm×a^(-1);年平均太阳辐射和平均相对湿度则呈下降趋势,变化速率分别为0.46MJ×m^(-2)×a^(-1)和0.17个百分点×a^(-1)。(2)采用5种模型计算的华北土石山区NPP均呈上升趋势,但NPP值存在差异,变化范围在739.35~958.48gC×m^(-2)×a^(-1),均值为862.19gC×m^(-2)×a^(-1)。其中Miami模型估算值最大(958.48gC×m^(-2)×a^(-1)),周广胜模型估算值最小(739.35gC×m^(-2)×a^(-1))。(3)随机森林算法表明,降水是影响该地区NPP的关键因子。适用性分析显示,周广胜模型估算值与MODIS NPP最接近,其相对误差、RMSE和MAE分别为1.45%、451.05gC×m^(-2)×a^(-1)和446.03gC×m^(-2)×a^(-1),且相关系数最大(0.49)。综上可知,周广胜模型更适宜该地区的NPP估算,在使用气候生产力模型估算华北土石山区NPP时,应优先考虑使用周广胜模型。

华北土石山区油松生长季夜间液流分配特征

【目的】通过对油松生长季夜间液流特征和环境驱动因素的研究,揭示夜间液流组分拆分特征,探讨夜间液流的组分与气象因子之间的相关关系,以及茎干补水对气象因子的响应,为华北土石山区水资源和水源涵养林管理决策提供理论依据。【方法】以华北土石山区的油松作为研究对象,根据径阶大小选取18棵样树,在2014年生长季运用Granier热扩散探针技术(TDP)持续观测夜间液流,结合称重式蒸渗仪和自制微型蒸渗仪来计算蒸腾量,解析夜间液流的去向;并进行夜间液流与土壤含水量、大气温度、湿度及光合有效辐射等气象因子的相关分析,以确定主要驱动因素。【结果】在6—9月典型晴天,夜间液流速率都呈逐渐降低趋势,18:00—24:00的夜间液流速率高于00:00—05:00,夜间液流主要用于对白天失水过多的茎干进行补水,以至于在24:00时油松茎干储水量基本达到饱和,因此,00:00—05:00夜间液流速率趋于稳定;油松夜间液流用于茎干补水的比例(95.34%)显著高于用于夜间蒸腾量的比例(4.66%);油松夜间茎干补水量与饱和水汽压差呈极显著正相关(R^(2)=0.793,P<0.01),而对土壤含水量变化响应不敏感(R^(2)=0.105,P>0.05),表明夜间液流主要受饱和水汽压影响。【结论】华北土石山区的油松生长季夜间液流随着夜间时间的进行呈现逐渐降低的趋势;绝大部分的夜间液流用于夜间茎干补水,在气象因子中,饱和水汽压是驱动夜间茎干补水及夜间液流的重要因子(P<0.01)。

西南山区乡村人居环境治理:模式比较与政策启示——以4个典型村落为例

探索乡村人居环境治理的有效模式对推进乡村建设,促进乡村振兴具有重要意义。文章基于西南山区4个典型村落人居环境治理的实地调研,依据农户行为理论、公共选择理论、委托代理理论和多中心治理理论,按照治理主体力量的不同,将其划分为村民自主治理、政府治理、市场治理和多中心治理4种主要模式,并深入比较4种治理模式的实践机制。研究发现:4种模式在乡村人居环境治理中各有利弊,且适用环境不尽相同。距县城、中心镇较远,宗亲关系密切和农户较为分散的村落适宜推行村民自主治理模式;人口较为集聚且政府治理能力强的村落适宜推行政府治理模式;资源禀赋强、人文历史和交通条件好的村落适宜推行市场治理模式;村落发展较好且利益联动机制较为完善的村落,适宜推行多中心治理模式。西南山区乡村人居环境治理水平总体较低,后续治理任务依然艰巨,针对政府治理成本大、市场进出机制不完善和村民参与不积极等问题,从政府、市场和村民等视角提出了相应建议。

北方土石山区薄土坡耕地石坎反坡阶措施减流减沙效益分析

为解决我国北方土石山区薄土坡耕地水土流失问题,通过布设标准径流小区来研究石坎反坡阶措施的水土保持综合效果。结果表明:石坎反坡阶措施对于坡耕地水土流失调控效果显著,该措施相较于等高耕作措施,坡面径流削减率和泥沙削减率分别达到68.57%和94.29%;石坎反坡阶措施在提高坡面土壤水分含量、提高坡面水分分布均匀度方面能够发挥出良好的作用,该措施相较于等高耕作措施,坡面总体土壤水分含量提高了7.78%;石坎反坡阶措施能够显著提高坡耕地的农作物产量,相较于常规等高耕作措施,玉米产量提高了12.69%。石坎反坡阶的设计及作用效果研究,丰富了我国北方土石山区薄土坡耕地的水土流失治理途径。

西南山区泥石流防治工程效益浅析

中国西南山区小流域地形地貌特殊、降水充沛、物源丰富,泥石流发生频率高、灾害严重,主要采取岩土工程和生物工程措施综合防治。岩土工程措施的直接效益是拦蓄泥沙,调节泥石流固体物质总量,间接效益主要为稳沟固坡、改变沟道比降、削减泥石流流速和峰值流量、减小泥石流重度和性质、提升上游侵蚀基准面等。分析西南山区15条泥石流沟拦挡工程效益可知,拦沙坝直接减少松散固体物质总量的1.5%～48%,间接稳沟效益增加0.13%～35.39%,固坡效益增加0.01%～65.01%;谷坊直接减少物源0%～5%,间接稳沟效益增加0.04%～6.08%,固坡效益增加0.06%～33.98%。可知拦沙坝在拦挡工程防治中起主要作用,直接拦挡量是谷坊的几倍至几百倍,间接减少量为谷坊的2～10倍。生物工程措施通过增加植被覆盖率、减少地表径流、降低径流侵蚀、改善土壤结构,间接实现拦沙减沙效益。西南山区12条泥石流沟流域内植被覆盖率增幅19%～60%,间接减少泥石流物源总量达4.7%～34.6%。其中西昌市黑沙河流域植被覆盖率增加60%,侵蚀模数平均变化取值最高达9kt/(km2·a),侵蚀类型由极强变为轻度,减少物源5.894×106 m3,占物源总量的31.1%。生物工程防治效果显著。

喀斯特石漠化的形成背景、演化与治理

喀斯特石漠化是青藏高原隆升在其东南翼所诱发的重要地质生态灾害问题 ,是制约中国西南地区社会经济发展的关键因素。它不是一种纯自然过程 ,而是与人类活动密切相关 ,不仅造成土地资源丧失 ,干旱缺水 ,生态系统退化 ,而且使该区的贫困问题加剧 ,具有明显的自然和社会学属性。本文着重从地质和生态的角度 ,阐述喀斯特石漠化的形成特点和演化方式 ,及其对综合治理的指导意义。对西南岩溶山地而言 ,土壤和植被是生态环境中最为敏感的自然环境要素 ,与非岩溶区相比 ,具有明显的脆弱特征。它们在干扰下发生迅速演替 ,诱发地表水文条件的改变 ,导致石漠化的形成。文中特别强调岩溶山区碳酸盐岩基底岩性的不同、生态环境类型与植被演替的方式和进程的多样性对于岩溶生态系统的影响作用。基于上述认识 ,对石漠化地区的土地利用方式和生态恢复过程以及可能发展的方向提出了一些建议和看法。

西南地区石漠化分布、演变特征及影响因素

根据中国西南岩溶区1999—2008年石漠化遥感调查结果,研究了该区石漠化发生现状和近十年间石漠化在区域、岩性、地貌及区域经济等方面的演变特征,并对发生石漠化的影响因素进行分析。结果显示,石漠化集中分布在滇、黔、桂三省区;石漠化的发生与岩性和地貌密切相关,其中纯碳酸盐岩中石漠化发生率高于杂碳酸盐岩,并随灰岩或碳酸盐岩含量减少而降低,而地形高差相对大的峰丛洼地、峰林洼地石漠化发生率最高,并随地貌相对高差变小而降低。石漠化发生程度与岩性、地貌关系表现多样,纯碳酸盐岩中轻度石漠化比例高于中度和重度石漠化之和的比例,杂碳酸盐岩中中度和重度石漠化之和的比例高于轻度石漠化比例;在峰林洼地、峰林/缓丘平原中轻度石漠化比例高于中度和重度石漠化之和的比例,缓丘台地和丘陵谷地中中度和重度石漠化之和的比例高于轻度石漠化,是岩溶构造演化与人类活动共同制约的结果。从1999年到2008年间,该区石漠化已经呈现转轻趋势,主要表现在总面积减少,石漠化程度减轻;石漠化演变过程中发生在不同岩性和地貌中改善或恶化发生率的变化趋势与上述石漠化的发生规律相似。石漠化还不同程度地影响居民的生活水平,调查显示,严重石漠化县域内石漠化面积与农民人均纯收入、人均生产总值等呈负相关,县域内石漠化面积是影响农民人均纯收入,乃至人均生产总值最重要的因素。因此,石漠化调查结果显示,研究区石漠化呈向好趋势,但是治理难点依然存在。

北方土石山区水土流失现状与综合治理对策

北方土石山区现有轻度以上水土流失面积13.49万km2,其中水蚀面积约占95%,水蚀区虽以轻度侵蚀为主,但水土流失仍然是该区主要的生态环境问题,不仅制约山区经济的发展,而且严重影响下游经济发达地区的水资源安全和生态安全,加强区域水土保持已成为区域发展的迫切要求。北方土石山区的水土保持,在新的时代背景下,应更加关注坡耕地改造、"坡林地"水土保持、"节水型"措施和生态"清洁型"小流域建设。依据自然地带性规律、区域经济发展和社会需求,北方土石山区可分为8个水土流失综合治理区,各区应当结合实际情况采取有针对性的综合治理对策。

西南岩溶山区大型崩滑灾害研究的关键问题

我国西南岩溶山区地质环境脆弱,人类工程活动强烈,群死群伤的灾难性滑坡频发,造成严重的人员与财产损失。文章概述了西南岩溶山区大型崩滑灾害基本特征和防灾减灾的难点,提出了目前研究中亟待解决的关键科学技术问题,包括岩溶地质结构与管道流的相互孕灾机理、地下采动下大型崩滑灾害形成机制、灾害高位远程动力成灾模式、灾害早期识别与空间预测。针对这些问题,文章提出如下研究思路:通过多学科联合,重点研究岩溶山区大型崩滑灾害链的孕育发生规律与成灾模式,揭示岩溶管道-裂隙-孔隙地下水动力作用及孕灾过程和地下采动、库水波动等工程扰动环境下山体劣化损伤效应,构建岩溶崩滑灾害高速远程动力致灾机制与风险预测方法,形成早期识别、监测预警与综合防控技术及示范,为我国岩溶山区城镇化建设、重大工程安全运营提供科技支撑。

华北土石山区不同林分结构与功能的研究

在调查北京八达岭林区刺槐(Robinia pseudoacacia)、侧柏(Platycladus orientalis)及其混交林生长量、土壤理化性质、水源涵养能力、病虫害的基础上,研究其结构与功能关系。结果表明,混交林比纯林具有更好的生长量,土壤理化性质得到进一步改善,从而提高水源涵养能力。另外,混交林还能够提高林分抵抗病虫害的能力。采用混交的方式为:1行刺槐3行侧柏循环混交,刺槐株数不超过1/4。本项研究以期对北京市森林健康经营具有一定的指导意义。

北方土石山区土壤侵蚀对土壤质量的影响

沂蒙山区是我国北方典型的土石山区,当地土壤由片麻岩、砂岩发育而来,质地疏松易流失,目前缺乏对土壤侵蚀监测的长期观测数据。以山东省沂蒙山区某一小流域为研究对象,利用137Cs示踪技术与杨氏土壤侵蚀等模型,对该流域坡耕地与非耕地的土壤侵蚀速率进行了初步估算,坡耕地土壤侵蚀速率5 961.6 t/km2.a,坡地非耕地侵蚀速率2 530.5 t/km2.a,并探讨了土壤侵蚀对土壤质量的影响。研究结果表明:整个研究流域土壤侵蚀严重,土壤侵蚀量大的区域,土壤有机质、全氮等含量相对较低,而土壤全磷含量变化和缓,总体上土壤质量状况较差。该研究对我国北方土石山区土地资源的合理开发利用和生态环境保护具有积极的意义。

西南喀斯特山地的土壤侵蚀研究探讨

西南喀斯特山区具有独特的喀斯特土壤特征与土壤侵蚀的环境效应,普遍面临着因土壤侵蚀导致的"石漠化"问题。已有研究认为,在气候、地质地貌、植被和人为活动等环境因素的影响下,喀斯特山区土壤侵蚀以混合侵蚀方式进行。但由于对喀斯特山区土壤侵蚀过程的认识不同,致使研究者得出土壤侵蚀强度差异较大的研究结果。有关喀斯特土壤侵蚀系统研究重点应该在土壤侵蚀机制、土壤侵蚀分级强度与土壤合理流失量等方面开展研究。

西南山区沟谷型软土工程特性及沉降规律

对区域性软土的工程特性及沉降规律的研究,在高速公路的建设中具有重要的现实意义。在大量土工试验的基础上,结合四川省遂—资高速公路软基变形监测数据,系统分析山区沟谷型软土工程特性,并总结软基沉降变形规律,主要结论如下:①软土分布均匀,主要为高、低液限黏土,软土物理力学指标较我国部分沿海地区低,而力学指标要高;②主要物理力学指标有较好的线性相关性,可用于软土物理力学参数的预测和控制;③固结系数随应力增大表现为非线性–线性降低的趋势。软土蠕变是非线性的,与时间相关,依据蠕变曲线的3种形态可对主次固结进行划分;④在数据分析的基础上给出了塑料排水板、碎石桩处理后,软土层厚度与沉降量在不同填高情况下的数学关系式。