黄土高原地区森林植被生态需水研究

水土流失是黄土高原面临的主要生态问题,而退耕还林还草、恢复植被是治理水土流失、改善生态环境的必然选择.但黄土高原位于干旱半干旱地区,水资源匮乏是影响该地区植被生态建设的根本因子.因此,植被生态需水研究对于该地区的生态环境建设具有极其重要的意义.本文根据最新遥感图像资料,在GIS支持下,计算了黄土高原地区现有林地生长季的最小生态需水量和适宜生态需水量,其结果分别为262.49×10⁸ m³和421.34×10⁸ m³.除去降雨对林地耗水的补给外,以最小生态需水量为标准,则黄土高原地区在生长季发生水分亏缺的林地面积为7 639.09 km²,占现有林地总面积的9.1%,亏缺水量为4.77×10⁸ m³;以适宜生态需水量为标准,则有57.7%的现有林地在生长季中发生水分亏缺,亏缺水量为58.55×10⁸ m³.     

2000~2021年黄土高原生态分区NEP时空变化及其驱动因子

净生态系统生产力（NEP）是陆地生态系统碳源/汇定量评价的重要指标.以黄土高原地区及6个生态分区（黄土高塬沟壑区A1、A2副区,黄土丘陵沟壑区B1、B2副区、沙地和农灌区（C区）和土石山区及河谷平原区（D区））为研究对象,结合遥感、气象、地形和人类活动数据,采用相关性分析、多元回归残差分析和地理探测器等方法,估算区域NEP并分析其时空变化特征及气候、地形、人为因子对NEP时空变化的影响.结果表明,在时间尺度上,2000~2021年,黄土高原NEP多年平均值（以C计）为104.62 g·（m²·a）^-1.黄土高原及各生态分区NEP均呈增长趋势,其中,黄土高塬沟壑区A2副区NEP年均增长率最大,为9.04 g·（m²·a）^-1;沙地和农灌区NEP年均增长率最小,为2.74 g·（m²·a）^-1.除沙地和农灌区为弱碳源外,其余各生态分区均表现为碳汇.在空间尺度上,黄土高原年均NEP呈现东南高西北低的分布格局,碳汇高值主要分布在黄土高塬沟壑区南部,碳源区主要分布在黄土高塬沟壑区北部、沙地和农灌区的大部;NEP的空间变化有显著差异,高增幅主要分布在A2副区中南部以及B2副区的西南部.黄土高原及各生态分区NEP时间变化受人为因素影响最大,人类活动数据与NEP的相关系数均大于0.80,且人为因素对NEP的贡献率均在50%以上;NEP的空间变化受气象因子的影响较大,降水、太阳辐射是影响空间变化的主导因子.总之,黄土高原NEP的时空变化受自然因素和人类社会因素共同影响.研究结果可为黄土高原陆地生态系统减排增汇及实现双碳目标提供参考.     

基于RS和GIS的陕西省洛川县土地利用类型和植被覆盖变化特征

明确土地利用类型转变和植被覆盖度变化的范围、幅度和归因是评估生态工程环境效应的前提。然而,在黄土高原塬区县域尺度类似的研究鲜有报道。基于长时间序列NDVI数据和Landsat系列卫星数据,探究了黄土高原洛川县土地利用和植被覆盖度的变化状况。结果表明：退耕还林（草）工程实施以来,洛川县植被覆盖度从0.6（2000年）增至0.9（2020年）,耕地面积减少了481.8 km²,其中212.8 km²为坡度＜15°的适耕区转为苹果园,耕地改种苹果后植被覆盖度从0.5增至0.8。由于坡耕地还林草的面积在洛川县土地变化总面积中仅占1.5%,远小于其他地类改种苹果的面积（占20.0%）,因此,洛川县植被覆盖度的提升主要是政府大力推广苹果树种植的结果。本研究可为黄土高原经济林建设提供基础数据和科学参考。     

黄土塬——千沟万壑之中的平坦之地

黄土塬是过去260万年由西北风携带的沙尘在古盆地或古湖盆上堆积而成的平坦土地,而现今新华字典对"塬"字的解译是有误的,需要更正。整个黄土高原地区,黄土塬的面积约为6.5万平方公里,占黄土高原总面积的10%左右,根据其面积大小和破碎程度,可分为大塬、台塬、墚塬和残塬四种不同类型。黄土塬是黄土高原最为宝贵的宜耕、宜农、宜居的土地资源,有比墚峁区更为优越的生产和生活条件。当前,黄土塬面临的最大问题是沟道侵蚀剧烈导致塬面破碎化和分解问题。以董志塬为例,由于自然因素和人类活动影响,过去1300多年间,董志塬被蚕食面积达90多万亩,年平均蚕食约690亩;洛川老县城也因沟道溯源侵蚀而在1768年搬迁到现今的位置。建国以来,国内从事水土保持工作的专家、学者和政府工作人员为黄土塬区的水土保持工作做出了巨大的贡献和努力。当前,甘肃庆阳的"固沟保塬"工作已走在黄土高原前列,并出台了《董志塬区"固沟保塬"综合治理规划》。近年来,中国科学院地球环境研究所研究人员高度重视"固沟保塬"工作,已在董志塬、洛川塬潜心开展研究,旨在为黄土塬的保护和长治久安做出贡献。     

黄土高原国土整治中几个问题的探讨

本文讨论了四个问题。第一,黄土高原的面积为 39.1×10⁴km²,不是 56×10⁴或43×10⁴km²,其中黄河中游黄土高原的面积是 31.9×10⁴km²。第二,应将黄土高原的治理和开发紧密结合,在治理中搞开发,以开发促治理。片面地强调二者中之一,都是不正确的。第三,首先要努力防止水的流失以减少土的流失,保水的方法又主要是改土,提高土的蓄水能力。第四,1971年至1983年黄河泥沙较前减少了36％,其中水土保持的减沙量占48％,由此证明“水土保持是治黄基础”的观点是正确的。     

黄土高塬沟壑区植被恢复对不同地貌部位土壤可蚀性的影响

通过采集不同地貌部位（塬面、塬坡和沟坡）各土地利用（农地、草地、灌木地和林地）坡面土壤和根系样品,采用综合土壤可蚀性指数（CSEI）评价了植被恢复对土壤可蚀性的影响。结果表明：（1）不同地貌部位的CSEI差异显著,沟坡CSEI较塬坡和塬面分别增加8.1%和77.7%。（2）塬面草地、灌木地和林地的CSEI较农地分别降低21.1%、29.2%和28.8%;而塬坡和沟坡林地CSEI均低于其他土地利用。（3）CSEI与粘粒含量、砂粒含量、毛管孔隙度、根重密度、根平均直径、根长密度及根表面积密度均呈极显著负相关,而与粉粒含量和土壤容重呈显著正相关关系;粉粒含量、土壤容重和根重密度是影响CSEI的关键因素,其中粉粒含量对CSEI的直接影响最大,而根重密度通过直接或间接作用对CSEI产生负相关影响。建议在塬面上以灌木作为植被恢复模式的首选,而在塬坡和沟坡上选择以乔木为优势群落的恢复模式对水土流失的控制更为有效。     

2000~2014年黄土高原植被覆盖时空变化特征及其归因

基于MODIS-NDVI数据,辅以一元线性回归分析、Mann-Kendall检验、Hurst指数等方法,分析了2000~2014年黄土高原植被覆盖时空演变特征及其驱动因素.研究表明:近15年黄土高原NDVI呈显著增加趋势,增速为6.93%/10a(P<0.01);空间上,植被归一化指数,或归一化值被指数Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)呈由东南向西北递减的分布格局,高值区主要分布在东南部的土石山区、河谷平原区;同时,500m以下和3500米左右的NDVI值最高;在趋势上,NDVI呈现增加和减小趋势的面积比重分别为88.24%和11.76%;Hurst指数表明研究区未来NDVI变化趋势呈持续性和反持续的比重分别为50.07%和49.93%,其中持续改善和由改善变为退化的面积分别占43.98%和44.28%;降水是影响NDVI变化的主要驱动因子,表现为NDVI随降水的增加而增加;人类活动也是影响NDVI的重要因素,且对NDVI有双重影响.     

1985 — 2015年洛川塬土地利用/ 覆被变化及人类活动影响——以陕西省洛川县为例

洛川塬是黄土高原第二大黄土塬面，也是黄土高原面积最大的苹果种植区。近几十年来，由于塬面高强度人类活动影响，洛川塬沟道侵蚀剧烈，塬面萎缩呈现逐年加剧的趋势，严重影响了塬区的生产、生活和生态安全。因此，清晰了解近几十年来洛川塬土地利用/覆被变化及人类活动影响，对于洛川塬的保护和水土流失治理至关重要。本文使用遥感、地理信息系统和数学方法，以洛川塬主体洛川县为例，对洛川县1985年、2000年和2015年的土地利用数据进行了解译，分别从土地利用变化速度、转移方向和土地利用程度三方面综合分析了洛川县近30 a土地利用时空变化的规律及人类活动影响。研究结果表明：（1）1985—2015年洛川县主要的土地利用类型为林地、草地和耕地，三者面积占比达91.29%；近30 a土地利用变化最大的特点为建设用地面积持续增加且增幅最大，共增加了117.16 km²，年均增加5.11%，其中1985—2000年建设用地面积增加了38.13 km²，2000—2015年增加了79.03 km²，建设用地面积的增加主要由耕地转入；（2）近30 a人类活动对洛川县土地利用变化的影响主要体现在林地、草地、耕地、建设用地之间的转换；前15 a（1985—2000年）林草地面积减少，耕地和建设用地面积增加；后15 a（2001—2015年）林草地和建设用地面积增加，耕地面积减少；（3）近30 a洛川县的综合土地利用动态度呈现增加趋势但增幅较小，前15 a（1985—2000年）综合土地利用动态指数小于后15 a（2001—2015年），表明后期人类活动对土地利用综合开发利用起到积极的影响。     

黄土高原土地利用方式对微塑料丰度和形态分布的影响

微塑料作为一种新型污染物,受到了国内外研究的广泛关注.黄土高原作为我国主要农业产区之一,不同土地利用方式对土壤中微塑料丰度和形态分布的影响尚不清楚.采集了黄土高塬沟壑区王东沟流域内耕地、苹果园和垃圾场这3种不同土地利用方式下的土壤,采用改良的密度离心法对微塑料进行分离提取,并使用激光红外成像系统对土壤中微塑料的丰度、组成以及形态特征进行分析鉴定.结果表明,王东沟流域土壤微塑料的平均丰度为4715 n·kg^-1,主要由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氨酯（PU）和醇酸树脂（ALK）等类型组成,分别占30.39%、29.58%和8.42%;超过80%的微塑料为碎片状,且超过60%的微塑料粒径≤50 μm.不同土地利用方式下的微塑料平均丰度差异明显,呈现耕地土壤（7550 n·kg^-1）>苹果园土壤（3440 n·kg^-1）>垃圾场土壤（2283 n·kg^-1）的趋势.苹果园土壤微塑料的平均面积及宽度、高度、偏心度和圆度等形态特征与耕地和垃圾场土壤的微塑料均存在显著差异.     

黄土塬区小流域深层土壤有机碳变化的影响因素

以黄土高原沟壑区王东沟小流域为对象,研究了地形(塬面、塬坡和沟道)、土地利用(自然草地、人工草地、人工林地、农地和果园)对0～200cm土层内土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)垂直分布特征的影响,以揭示黄土高原小流域深层SOC储量及其影响因素.结果表明,SOC含量除表层(0～20cm)沟道(10.0g·kg-1)大于塬面(7.8g·kg-1)和塬坡(8.2g·kg-1)外,塬面底层SOC均显著高于塬坡和沟道;塬坡和沟道SOC含量随深度增加而降低,而塬面上呈现SOC随深度增加降低-升高-降低的变化趋势.塬面上,SOC含量呈现人工草地(5.4g·kg-1)农田(5.2g·kg-1)和果园(5.1g·kg-1)的趋势,影响深度为表层40cm;塬坡上,呈现自然草地(4.3g·kg-1)人工林地(3.8g·kg-1)人工草地(3.3g·kg-1)和果园(3.3g·kg-1)的趋势,影响深度达到100cm;而沟道内,林草地利用方式对整个垂直剖面分布的差异无显著影响.20～100cm土层SOC储量占0～100cm储量的67.6%;100～200cm土层SOC储量占0～200cm储量的37.3%,相当于0～100cm的63.8%.研究结果表明地形、土地利用显著(p0.05)影响SOC垂直分布特征;黄土高原沟壑区深层SOC储量巨大,不容忽视.     

“三北”地区沙棘种植地带划分与对策

中国“三北”地区不同生态气候地带,需要布设不同适宜性的沙棘品种,并严格按照适地适树的原则,因地制宜,方能达到预期的生态经济效果。“三北”沙棘种植地区,主要包括黄土高原南部半湿润森林草原气候生态经济型沙棘种植地带、黄土高原中部半干旱草原气候生态经济型沙棘种植地带、黄土高原北部干旱荒漠草原气候生态型沙棘种植地带、冀北辽西半干旱半湿润草原气候生态经济型沙棘种植地带、东北北部冷湿草原气候经济型沙棘种植地带(简称“五带”)。每一地带基本上都有各自适宜的自然种源区及良种繁育中心(基地、站、点)。沙棘“五带”种植地带划分方案的实质,是防止引种工作中的一窝蜂现象,实现科学规划,精心种植。在保证沙棘引种区域化的前提下,要注意培育沙棘优良品种、防止病虫害蔓延和通过产品打入国际市场来拉动国内沙棘种植的步伐。     

黄土高原人工林土壤水分效应的地带性特征

为提高黄土高原人工植被建设成效,依据天然植被呈地带性分布的规律,对比分析不同地带人工林与天然植被对土壤水分利用的差异。结果表明:不同植被地带的人工林下均存在一定程度的水分亏缺和干化层现象,其严重程度为森林带<森林草原带<典型草原带。森林带的水分条件可满足林木成材对水分的需求,林木采伐后土壤水分可得到很好恢复;森林草原带可满足10龄以下林木生长对水分需求,10龄以上林分的水分亏缺严重,林木采伐后土壤水分恢复进程缓慢;典型草原带不能满足人工林生长对水分需求。在此基础上,提出了与地带性水分条件相适应的人工林草植被建设模式。     

应用Le Bissonnais法研究黄土丘陵区不同植被区及坡向对土壤团聚体稳定性和可蚀性的影响

论文通过Le Bissonnais法对黄土丘陵区森林、森林草原和草原三种植被区下的土壤团聚体分布特征、稳定性以及土壤可蚀性进行了分析研究。研究结果表明:1)在不同植被区表层土壤(0~20 cm)中,土壤的水稳性团聚体含量(R0.2)和平均重量直径(MWD)整体上表现为阳坡小于阴坡,土壤可蚀性因子K值则表现为阳坡大于阴坡,但是阴、阳坡差异均不显著;2)表层土壤的R0.2、MWD均表现为森林区森林草原区草原区,可蚀性因子K值则表现为草原区森林草原区森林区,土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力由高到低依次为森林区、森林草原区和草原区;3)扰动后湿润处理(WS)和快速湿润处理(FW)下的森林区与草原区土壤的稳定性和可蚀性指标差异显著,FW处理下二者差异尤为显著,而森林草原区土壤则居于前面两种土壤之间。总体来说,在黄土丘陵地带,植被区从北向南,由草原区向森林区变化过程中,土壤团聚体的稳定性和抗侵蚀性在不断提高,南部森林区的土壤团聚体稳定性比北部草原区更强,抗侵蚀能力更大。     

陕北水蚀风蚀交错区小流域苔藓结皮的空间特征及其影响因子

生物结皮是旱区普遍存在的活性地被物,在生态系统中发挥重要的生态功能,研究其发育特征与形成机理是有效管理和利用该资源的基础。退耕还林（草）工程实施以来,黄土高原地区生物结皮大面积发育,但相比荒漠地区,相关的研究工作还较薄弱。生物结皮的发育具有过程的复杂性和空间的分异性,诸多荒漠地区的研究结果不能直接外推至黄土高原地区。鉴于此,论文选择黄土高原典型小流域,通过全面调查和测算分析,应用GIS 软件,探讨了生物结皮的空间特征及其影响因子。结果表明：①流域内藓类共有2 科8 属13 种,狭网真藓、真藓、尖叶对齿藓分布最广;②苔藓结皮占绝对优势,面积为4.18 km²,占流域面积的60.7%,主要分布在干扰少、侵蚀弱、水分好的梁峁坡或梁峁顶上;③土壤、植被、坡向均对苔藓结皮的发育有显著影响。同黄土地相比,沙地苔藓结皮的覆盖度高、呈连片分布。乔、灌植被下的生物结皮发育优于草本群落,植被盖度对苔藓结皮产生先促进后抑制的作用（拐点约在覆盖度30%处）。总体上,阴坡生物结皮的覆盖度、厚度均高于阳坡。     

最后间冰期至未来2070s中国潜在自然植被时空分布格局及其对气候变化的响应

潜在自然植被（PNV）对生态环境的修复与重建、自然保护区的规划与建设和农牧业的生产与发展均有着重要的指导作用。研究基于综合顺序分类系统（CSCS）,利用最后间冰期至未来2070s六个时期的温度和降水量数据,模拟中国PNV的时空分布格局及其对气候变化的响应。研究结果表明：（1）CSCS将六个时期中国PNV分别划分为39、37、38、40、40和40类以及10个类组。（2）寒冷干旱型类组主要分布在西北,温暖湿润型和炎热潮湿型则分布在中东部和南方。除冻原和高山草地、冷荒漠、半荒漠和温带森林草地4个类组呈现下降趋势外,其余均为上升趋势。（3）温带森林草地转变为亚热带森林草地的面积最大,占总变化面积的35.4%。（4）CSCS既未包含人类活动影响因素,又能模拟长时间序列的PNV演替。（5）最后间冰期至未来2070s,森林类组向纬度和海拔高度更高的北方及青藏高原移动。研究结果进一步明确了PNV概念的界限,揭示了气候变化对PNV演替的作用机理。     

人类活动对黄土高原生态环境及现代气候变化的影响

本文简要阐明人类活动对黄土高原生态环境和现代气候变化的影响。重点分析了黄土高原69个气象台站40年来(1951-1969年)气温、降水变化趋势。结果表明:黄土高原的平均气温从50年代以来不断升高,降水持续减少。升温幅度较大的地区多在干旱区的新兴大、中工业城市。并找出了人口增减对气温影响的关系。     

不同植被带生态恢复过程土壤团聚体及其稳定性——以黄土高原为例

为分析黄土高原不同植被带植被恢复对土壤团聚体分布特征及其稳定性的影响,以黄土高原从北到南不同纬度梯度分布的3个典型植被类型区域（草原带、森林草原带和森林带）为研究对象,对不同植被类型和恢复年限下的土壤团聚体分布及其稳定性进行了研究.结果表明：不同植被带对土壤团聚体分布及其稳定性影响显著,大于0.25mm团聚体含量（WR_0.25）、水稳性团聚体平均重量直径（E_WMD）、水稳性团聚体几何平均直径（E_GMD）和有机质含量（SOM）整体上均表现为：森林带 > 森林草原带 > 草原带.不同植被带下不同恢复类型对土壤团聚体及其稳定性影响不一,森林草原带表现为灌木 > 草地 > 乔木,森林带则表现为乔木 > 草地.随植被恢复年限增大,各种恢复类型WR_0.25、E_GMD、SOM整体呈逐渐增加趋势,团聚体结构破坏率（PAD）和可蚀性因子（K）呈现相反的变化趋势;分形维数（D）无显著差异.冗余分析表明,植被带对土壤团聚体及其稳定性的影响最大,其次是恢复年限,恢复类型与植被带和恢复年限具有较强的交互作用.本研究有利于加强对区域生态恢复过程机理的认识.     

陕西绥德地区黄土-古土壤序列地球化学特征及其环境指示意义

黄土高原北部的绥德地区处于干旱-半干旱地区,对环境变化的响应十分敏感,通过对黄土-古土壤的研究对比可以探索该区的古环境气候特征、环境变化信息等相关问题.本文对绥德黄土-古土壤进行常量、微量、稀土元素测试分析,并与其他地区黄土的地球化学特征进行了对比.结果 表明:绥德地区黄土-古土壤的主要化学成分以SiO2、Al2O3、...     

黄土高原黄土的成因:沙尘气溶胶源汇模拟与黄土堆积

黄土高原是重要的降尘区还是沙尘源区这一科学问题至今未有确切定论.本文利用北半球气溶胶区域气候模式NARCM,根据1995~2004年10a的模拟数据,分析了中国区域沙尘起沙量、沉降量以及沙尘的盈亏空间分布及风场,得到如下结论:1)沙漠及沙漠化地区是起沙量最大的区域、沉降量高值区集中在沙漠、沙漠化地区及其下风方向.黄土高原起沙量很小,而沉降量远大于起沙量.2)沙尘源区是沙漠及沙漠化地区,其余的地区则是沙尘汇区,降尘量由西北向东南递减.3)黄土高原因太行山和秦岭阻挡,处在最大的沙尘汇区.黄土高原的黄土是冰期和间冰期交替、经过漫长年代沙尘沉降的结果,模拟分析结论为黄土的风成学说提供了有力的证据.     

甘肃省1960—2008年潜在蒸散量时空变化及其影响因子

基于甘肃省27个气象站点1960—2008年逐日气温、 降水、 风速、 日照时数、 太阳总辐射和相对湿度数据,应用Penman-Monteith模型和Kriging插值法,分析其潜在蒸散量的时空变化及其影响因子。结果表明:近49 a来,甘肃省不同气候区年均潜在蒸散量变化除河西走廊外均呈上升趋势,并以甘南高寒湿润区上升最显著,变化率为10.36 mm/10 a(α=0.001);在四季变化中,夏季最大,春秋次之,冬季最小,各气候区变化趋势有别。潜在蒸散量空间差异显著,表现为自西北向东南递减,且甘南高原最小,河西暖温带最大。河西、 陇南、 陇中、 甘南及祁连山区年均潜在蒸散量分别与平均风速、 太阳总辐射和最高气温正相关最显著,典型站点与之一致,且辐射项主要受太阳辐射影响,动力项主要受风速影响。