137Cs示踪法研究湟水上游和布哈河下游区域土壤侵蚀强度

通过¹³⁷Cs示踪技术,并采用土壤剖面核素单位面积浓度与背景值之间的理论模型,对布哈河下游和青海湖东北岸湟水上游区域的土壤侵蚀进行了研究,结果表明：¹³⁷Cs面积活度与植被盖度之间存在着正相关关系,两区域相关系数为0.93。湟水上游河谷土壤侵蚀模数在87.62～1 458.41 t·km^-2·a^-1之间,采样点平均土壤侵蚀模数为933.31 t·km^-2·a^-1。布哈河下游区域土壤侵蚀模数在431.03～2 072.39 t·km^-2·a^-1之间,采样点平均土壤侵蚀模数为1 256.97 t·km^-2·a^-1。布哈河下游区域较湟水上游区域侵蚀严重,在较长的时期内两地大部分区域均处于轻度侵蚀阶段,湟水上游北部和布哈河下游西北部处于微度侵蚀阶段。     

梯田建设和淤地坝淤积对土壤侵蚀影响的定量分析

为了研究梯田建设和淤地坝淤积对流域土壤侵蚀的影响,本文首先建立了包含梯田、坡耕地、陡坡草地以及坝地在内的黄土高原丘陵沟壑区流域简化模型,并定义了流域的先锋期、过渡期以及顶级期三个状态,使用修正通用土壤流失方程(RUSLE) 分析了不同时期的流域土壤侵蚀模数。结果显示:先锋期与顶级期是流域水土保持治理的极限状态,先锋期峁边线上部土壤侵蚀模数为299.56 t×hm^-2×a^-1,下部土壤侵蚀模数为136.64 t×hm^-2×a^-1,平均侵蚀模数为229.74 t×hm^-2×a^-1;顶级期峁边线上部土壤侵蚀模数为39.10 t×hm^-2×a^-1,下部土壤侵蚀模数为1.10 t×hm^-2×a^-1,平均侵蚀模数为22.81 t×hm^-2×a^-1;在过渡期,随着梯田面积比例的增加,峁边线上部土壤侵蚀模数呈指数减少,而随着淤积高度的增加,峁边线下部土壤侵蚀模数呈线性减少,文章最后对这一结论进行了实证分析。     

基于地形指数的砒砂岩黄土区土壤侵蚀分析

地形是土壤侵蚀进程的重要控制因子,在土壤侵蚀评价中发挥着重要作用。基于地形起伏表达构建了地形指数,结合降雨侵蚀力和植被盖度等建立了基于地形指数的土壤侵蚀方程,并分析了内蒙古自治区鄂尔多斯市北部十大孔兑砒砂岩黄土区1985—2018年土壤侵蚀时空变化特征。结果表明：（1）研究区多年土壤侵蚀模数整体有下降趋势但变化差异不显著（P>0.05）,多年平均侵蚀模数为22.34 t·hm^-2·a^-1。1985年土壤侵蚀模数最大,2000年土壤侵蚀模数最小,1985—2000年呈下降趋势,2000—2018年呈上升趋势;（2）多年平均土壤侵蚀面积为2 956.07 km²,1985年土壤侵蚀面积最大,为4 047.14 km²,占总面积比例83%;2000年土壤侵蚀面积最小,为2 153.67 km²,占比44%。研究区1985—2000年以轻度、中度侵蚀强度类型为主,2000—2018年以微度、轻度侵蚀类型为主;（3）多年土壤侵蚀空间分布格局基本一致,土壤侵蚀综合指数由西至东增加,总体上呈现为东部侵蚀大于西部的特点,母哈尔沟土壤侵蚀综合指数最大,毛卜拉孔兑最小;（4）地形指数土壤侵蚀方程与通用土壤流失方程在土壤侵蚀模数和土壤侵蚀面积估算上均无显著差异（P>0.05）。     

新疆3种主要森林类型根系生物量变化特征研究

根系生物量是准确评估森林生态系统碳储量及碳汇功能的一个重要数据。采用标准木全收获法研究了新疆3种主要森林树种根系生物量,并分析了其在垂直梯度上的分配规律和随年龄的变化特点。结果表明：（1）新疆杨、西伯利亚落叶松和阿勒泰冷杉根系总生物量分别为43.409、42.152 t/hm²和16.19 t/hm²;（2）根系生物量随土壤深度增加迅速减少,约88.37%以上的根系生物量集中分布在0～40 cm土层中,在超过40 cm土层中,根系生物量降至较低水平（约为8.3%）;（3）随林分年龄的增长,各林分根系总生物量呈递增趋势,在中龄林根系生物量增长速率达到最大。各级根系中粗根、中根及细根生物量随年龄的增长所占比例呈现递减规律,而其根桩和毛细根生物量差异较大,所占比例随年龄的增大基本呈增大趋势;（4）在表层土壤中各林分在林木的幼龄及中龄阶段根系生物量都处于较高比例,之后呈下降趋势后维持在一定水平基本不变,而深层土壤中各林分在幼龄阶段都处于一个较低的水平,后以一定比例逐渐增长;（5）新疆杨、西伯利亚落叶松和阿勒泰冷杉根系年平均生产力分别为：1.070 8 t·hm^-2·a^-1、1.014 4 t·hm^-2·a^-1和0.910 7 t·hm^-2·a^-1。     

基于土壤侵蚀控制度的黄土高原水土流失治理潜力研究

以整个黄土高原为研究对象,首先将水土保持措施容量定义为某一区域能容纳的最大适宜水土保持措施量。根据梯田、林地和草地的适宜布设区域,在地理信息系统（GIS）软件的支持下,确定了黄土高原的水土保持措施容量。使用修正通用土壤流失方程（RUSLE）,计算了最小可能土壤侵蚀模数和2010年现状土壤侵蚀模数,并将水土保持措施容量下的最小可能土壤侵蚀模数与现状土壤侵蚀模数之比定义为土壤侵蚀控制度。随后使用土壤侵蚀控制度,对黄土高原水土流失治理潜力进行了研究。结果显示：黄土高原2010年现状土壤侵蚀模数为3355 t·km^-2·a^-1,最小可能土壤侵蚀模数为1921 t·km^-2·a^-1,土壤侵蚀控制度为0.57,属于中等水平。相比于现状条件,在水土保持措施容量条件下,微度侵蚀区比例从50.48%提高至57.71%,林草覆盖率从56.74%增加至69.15%,梯田所占比例由4.36%增加到19.03%,人均粮食产量可从418 kg·a^-1提高至459 kg·a^-1。研究成果对于黄土高原生态文明建设具有一定的指导意义。     

基于CASA模型的植被第一性生产力人为影响定量研究——以石羊河流域为例

人类活动是影响植被净第一性生产力（Net Primary Productivity,NPP）变化的主要因子之一,定量计算NPP人为影响值具有重要意义。以石羊河流域为研究区,采用改进CASA模型计算理论NPP和实际NPP,并求得NPP人为影响值,分析了该流域NPP人为影响值的分布和变化规律。结果表明：（1）2001-2014年石羊河流域年均实际NPP为261.70 gC·m^-2·a^-1,总量为10.62 TgC·a^-1,NPP呈略微上升趋势。（2）人类活动对NPP的正向和负向影响都非常强烈,影响值介于-644.15~740.31 gC·m^-2·a^-1之间。在人为作用下,正向影响总量年均为1.93 TgC·a^-1,负向影响总量年均为3.16 TgC·a^-1,整体表现为明显负影响,表明该流域植被在人为作用下一直处于退化状态。（3）研究期间人为作用变化显著,人为正负影响绝对值之和呈减小趋势（年均减少速率为26 592 gC·m^-2·a^-1）,说明人类活动有所减缓;同时人为正负影响值代数和也呈减小趋势（年均减少速率为82 856 gC·m^-2·a^-1）,说明人类对植被的负影响效应正在减弱,表明治理初见成效。（4）研究期间人为负向影响减弱区面积占流域面积的41.04%,主要分布在下游荒漠区,说明下游植被NPP有所增加,生态环境有所改善。     

基于WaTEM/SEDEM模型的沂河流域土壤侵蚀产沙模拟

基于WaTEM/SEDEM模型,结合临沂水文站和角沂水文站的输沙数据对模型进行校正和验证,分析模拟1975—2015年沂河流域侵蚀产沙的时空变化特征,并进一步研究降水、地形位和土地利用变化对流域侵蚀产沙的影响。结果表明：① 沂河流域输沙能力系数K_tc-low和K_tc-high在40 m和150 m组合下效果最优,模型在沂河流域具有较好的适用性。② 1975—2015年,沂河流域主要以侵蚀为主,微度侵蚀所占面积最大,其次是剧烈侵蚀,沉积主要分布在河谷处;流域侵蚀强度呈现先增加后减少的趋势,侵蚀模数由1975年的30.92 t·hm^-2·a^-1增加至1995年的49.32 t·hm^-2·a^-1再下降至2015年的29.60 t·hm^-2·a^-1;各县（区）平均侵蚀模数为沂水县>费县>沂南县>沂源县>蒙阴县>平邑县>兰山区。③ 沂河流域土壤侵蚀产沙强度的变化是降水、地形、土地利用等综合作用的结果。1975—2015年,流域降雨侵蚀力呈现先降低后升高又降低的变化趋势,各县（区）平均降雨侵蚀力为费县>兰山区>沂南县>蒙阴县>平邑县>沂水县>沂源县,降雨侵蚀力时空变化与流域侵蚀产沙强度时空变化并不完全一致;地形位等级空间分布与流域侵蚀产沙强度空间分布基本一致,侵蚀产沙的优势地形位区间是4~6级,即高程75~428 m,坡度5°~39°;耕地和林地的转化是土壤侵蚀强度转化最主要的原因,林地转化为耕地使侵蚀强度面积升高3389.97 hm²·a^-1,耕地转林地则使侵蚀强度面积降低2216.65 hm²·a^-1,草地与其他土地利用类型的转化对流域侵蚀强度影响较小。该研究可为区域土地利用方式调整和水土流失调控提供参考。     

基于RUSLE的卧虎山水库流域土壤侵蚀特征分析

通过RUSLE模型对卧虎山水库流域土壤侵蚀进行全面评价验证和总结。结果表明：① 水库流域平均侵蚀模数为462 t/(km²·a),该数值与通过水库淤积等资料推算评估结果基本一致,表明本研究结果具有较高的可信度;水库流域年均侵蚀量达到2.6×10⁶t,其中高于容许土壤流失量的面积为176 km²,占到流域总面积的31.51%。从不同侵蚀级别来看,占流域面积27.77%的轻度侵蚀,对流域侵蚀总量的贡献率为54.64%; 面积占比3.74%的中度及以上侵蚀,侵蚀量贡献率达到30.94%。② 流域内土壤侵蚀空间差异较大,回归分析发现地形因子是导致各子流域土壤侵蚀模数差异的主要因素;就土地利用类型而言,旱地和农村居民点是流域内的主要侵蚀土地利用类型;流域内土壤侵蚀模数随着坡度增加呈现相应增大趋势,8°~25°坡度段面积比例不仅最大,而且侵蚀量占比最高,是水库流域的主要侵蚀坡度段。     

气候变化对中亚草地生态系统碳循环的影响研究

准确评估草地生产力、碳源/碳汇功能,分析气候变化对草地生态系统碳循环的影响,对于草地资源的合理开发和有效保护至关重要。选取对气候变化以及人类干扰高度敏感的中亚干旱区草地生态系统为研究对象,利用Biome-BGC模型,模拟分析其NPP、NEP的年际变化趋势及其空间分布格局。结果显示：（1）1979-2011年中亚地区草地生态系统NPP年平均值为135.6 gC·m^-2·a^-1,且随着时间的推移呈现出波动下降的趋势,下降速率为0.34 gC·m^-2·a^-1。（2）NEP的年平均值为-8.3 gC·m^-2·a^-1,表现为碳源,且该值随着时间的推移呈现出波动上升的趋势,上升速率为0.58 gC·m^-2·a^-1。（3）NPP高值区域在降水较为丰富的天山山脉附近以及哈萨克斯坦北部。（4）NPP的年际变化与降水量的年际变化趋势基本一致,相关系数为0.52;NPP与温度的相关系数为-0.28,未达到显著相关水平。本研究实现了Biome-BGC模型在中亚干旱区草地生态系统的应用,对评价干旱区草地生态系统碳源/碳汇功能及其在全球碳循环和全球变化中的作用、实现中亚草地生态系统的可持续利用、完善区域和全球碳循环理论体系具有重要意义。     

21世纪初科尔沁沙地沙漠化土地变化趋势

以2000年和2005年TM影像为信息源,在建立目视解译标志的基础上,利用GIS的图像、数据处理功能,对科尔沁沙地近5年来土地沙漠化动态变化进行监测。结果表明,科尔沁沙地沙漠化面积由2000年的22423.1 km² 变为2005年的22422.4 km²,仅以0.14 km²·a^-1的速度减少,表明该区沙漠化面积不断加剧的态势得以控制并趋于相对稳定状态;不同类型土地的沙漠化动态变化程度不一,原沙漠化土地沙漠化程度明显减轻,沙漠化逆转与恶化面积的差值为958.9 km²,但监测期间有113.3 km²非沙漠化土地沙漠化,发展速度为22.7 km²·a^-1,这一态势值得引起足够重视。     

Capacity of soil loss control in the Loess Plateau based on soil erosion control degree

The capacity of soil and water conservation measures, defined as the maximum quantity of suitable soil and water conservation measures contained in a region, were determined for the Loess Plateau based on zones suitable for establishing terraced fields, forestland and grassland with the support of geographic information system (GIS) software. The minimum possible soil erosion modulus and actual soil erosion modulus in 2010 were calculated using the revised universal soil loss equation (RUSLE), and the ratio of the minimum possible soil erosion modulus under the capacity of soil and water conservation measures to the actual soil erosion modulus was defined as the soil erosion control degree. The control potential of soil erosion and water loss in the Loess Plateau was studied using this concept. Results showed that the actual soil erosion modulus was 3355 t?km^-2?a^-1, the minimum possible soil erosion modulus was 1921 t?km^-2?a^-1, and the soil erosion control degree was 0.57 (medium level) in the Loess Plateau in 2010. In terms of zoning, the control degree was relatively high in the river valley-plain area, soil-rocky mountainous area, and windy-sandy area, but relatively low in the soil-rocky hilly-forested area, hilly-gully area and plateau-gully area. The rate of erosion areas with a soil erosion modulus of less than 1000 t?km^-2?a^-1 increased from 50.48% to 57.71%, forest and grass coverage rose from 56.74% to 69.15%, rate of terraced fields increased from 4.36% to 19.03%, and per capita grain available rose from 418 kg?a^-1 to 459 kg?a^-1 under the capacity of soil and water conservation measures compared with actual conditions. These research results are of some guiding significance for soil and water loss control in the Loess Plateau.     

2001-2015年喜马拉雅南麓地区植被变化遥感监测

本文应用喜马拉雅南麓地区MODIS NDVI 植被遥感数据和格点数据,采用趋势线分析、多元回归等方法分析了该研究区2001-2015 年植被 NDVI_max 时空变化特征,同时利用Person 相关分析探讨了植被 NDVI_max 时空变化特征与气候因子的响应关系。结果表明：（1）2001-2015 年,喜马拉雅南麓地区年内平均 NDVI_max 1~3 月份呈下降趋势,4~6 月份开始缓慢生长,6~9 月份进入植被生长高峰期,10 月份开始逐渐降低;植被 NDVI_max 平均值为0.59,植被覆盖度较高;空间上植被覆盖度总体呈东南高西北低,由东南向西北递减;平均 NDVI_max 随海拔变化表现出明显规律性,80%的植被主要分布在较低海拔区（<4 050 m）。（2）15 a 间,喜马拉雅南麓地区植被 NDVI_max 变化具有阶段性特征,年均 NDVI_max 呈三个变化阶段：2001-2006 年和2010-2015 年分别以0.003 9·a^-1、0.005 3·a^-1 的速率增长,而2006-2010 年以-0.007 0·a^-1 的速率减少。植被生长季 NDVI_max 呈4 个阶段：2001-2004 和2007-2010 年分别以-0.001 8·a^-1、-0.010 6·a^-1 的速率逐年减少,但2005、2006 两年（0.014 8·a^-1）快速增长至最大值,2010-2015 年（0.006 3 a^-1）波动增长。空间上大部分地区表现出不显著退化,但少部分地区表现出不显著改善（0.05< p<0.01）,而西段低海拔区表现出极显著改善。（3）喜马拉雅南麓地区植被的变化主要由温度和降水量共同影响,此外,高海拔区气温上升引起的冰川融水对植被生长起到一定的作用,中部低海拔区可能还受到人类活动的影响。     

气候变化和人类活动对鄱阳湖流域入湖输沙量影响的定量估算

采用HydroTrend水文模型,以鄱阳湖流域的赣江、抚河、信江、饶河和修水为研究对象,基于1956-2010年鄱阳湖流域气候数据、水沙数据及其他相关资料,分别模拟了5个子流域的入湖水沙通量变化。在此基础上,探讨了气候变化、植被覆盖变化和水库修建活动对输沙量变化的影响,并定量估算了上述因子对流域输沙量变化的贡献。结果表明：① 1956-2010年,气候、植被和水库三种因子影响下的流域年均输沙量分别为15.5 Mt、20.8 Mt、8.5 Mt,而三种因子共同影响下的流域年均输沙量达到12.6 Mt。② 1956-2010年,植被覆盖变化使流域年均输沙量增加4.2 Mt,而水库拦截造成流域年均输沙量减少8.2 Mt,两者分别占实际年均输沙量的32.4%和63.2%。③ 1956-1989年,植被覆盖变化导致的输沙增加量和水库修建拦截导致的输沙减少量均为5.1 Mt/a,两者对流域输沙量贡献持平;1990-2010年,水土流失加重导致的输沙增加量和水库拦截导致的输沙减少量分别为2.7 Mt/a和13.3 Mt/a,水库对入湖输沙量的影响效应是植被覆盖变化的5倍左右。     

半干旱区降水和水土保持措施强度-径流演变规律研究

为研究不同时期及水土保持措施条件下，降水量、水土保持措施强度与径流的演变规律， 运用泰森多边形法、Morlet 小波分析法、回归分析法，构建多元功效函数，进行甘肃省定西市安定区 近 60 a 年降水量、措施强度与径流演变研究。结果表明：1957—2016 年年径流量呈递减趋势，达极 显著水平（P＜0.001）；在 22 ~ 24 a、8 a、4 a 时间尺度上，年降水量和径流具有明显的震荡周期，平均 周期为 15 a、5 a、3 a 左右。梯田、造林、种草及封育等水土保持措施强度逐年递增，分别达 36.14 hm²?km^-2、25.26 hm²?km^-2、11.56 hm²?km^-2 和 3.22 hm²?km^-2。随周期（3 a、5 a、15 a）的变长，同等降水 量对产流量影响有所增大；同等水土保持措施强度对产流量影响有所减小；降水量和措施强度组 合解释了径流模数总方差的 57.46% ~ 85.80%；降水量对径流模数的影响约低于 40%，措施强度的 影响约高于 60%，说明措施强度对径流的影响较降水量更大。近 60 a 径流量的减少，主要是由于 水土保持措施的递增引起。     

沙漠沟谷暴雨洪水侵蚀产沙特征

在半干旱区的季节性沙漠沟谷，暴雨引发的洪水过程侵蚀产沙强度大，水土流失严重，对区域及下游河道生态造成严重威胁。以毛布拉孔兑的支沟苏达尔沟为研究对象，以苏达尔沟2011-2015年6次暴雨洪水事件的观测数据为基础，分析洪水流量、泥沙浓度及地表沉积物粒度特征，给出暴雨洪水侵蚀产沙输沙特征。结果表明：观测期间暴雨洪水侵蚀产沙量平均每次约37.69×10⁴ t，产沙模数为0.57×10⁴ t·km^-2；其中最大的洪水事件130721号暴雨洪水过程侵蚀产沙量高达90.47×10⁴ t，产沙模数达1.36×10⁴ t·km^-2。流域总侵蚀产沙以0.25~0.063 mm泥沙为主，约占总侵蚀量74%。洪水总侵蚀产沙量随暴雨产流强度增强而增加，同时下游沙漠沙地段产沙贡献比重也随之增加，风沙贡献也相应增大。坡面侵蚀约占暴雨洪水总侵蚀的4.37%，且主要集中在上游砒砂岩坡面。     

近20年天山地区冰湖变化特征

主要基于Landsat TM/ETM+影像等数据,分析1990-2010 年来天山地区冰湖变化特征及其对冰川融水径流的影响。近20 年来,天山冰湖面积平均以0.689 km²a^-1 或0.8% a^-1的速度扩张,其中一半以上是由东天山(0.352 km² a^-1) 贡献的,其次为北天山,面积年均增率为0.165km² a^-1,西天山和中央天山的面积年均增率最小,分别为0.089 km² a^-1和0.083 km² a^-1。除在相对较低海拔(< 2900 m) 和高海拔(> 4100 m) 范围内冰湖面积出现减少的现象,其他各高度带的冰湖面积均在扩张,其中增率最快的在3500~3900 m之间,平均增速达1.6% a^-1。冰湖扩张是本区气候变暖和冰川普遍退缩共同作用的结果,以中小规模的冰湖(< 0.6 km²) 对冰川退缩响应最为敏感。冰湖扩张能在一定程度上延缓因气候变暖而导致的区域冰川水资源的亏损,每年大约有0.006 Gt 的冰川融水滞留在冰湖中,约占天山冰川年消融量的2‰,但也将加剧本区冰湖溃决洪水/泥石流灾害的频次和强度。     

太行山淇河流域2000-2015年土壤侵蚀和水源供给变化研究

山地生态系统的土壤侵蚀和水源供给变化对评估区域生态环境质量有重要意义。基于2000-2015年四期土地利用数据,借助InVEST模型对淇河流域近16年间山地生态系统的土壤侵蚀和水源供给变化进行评估。结果表明：① 研究区主要土地利用类型为耕地、草地和林地,共占流域总面积的90%以上。近16年间淇河流域的耕地面积显著减少,草地和水域面积大幅增加,建设用地扩张明显。② 平均土壤侵蚀模数显著降低,2000年土壤侵蚀模数为154.27 t/（hm²·a）,2015年减少到32.09 t/（hm²·a）;强度侵蚀、极强侵蚀和剧烈侵蚀由9.03%、12.19%和25.96%分别减少到7.17%、6.36%和4.21%,微度侵蚀、轻度侵蚀和中度侵蚀由24.31%、16.96%和11.57%增加到41.89%、27.71%和12.68%;退耕还林、还草措施优化了土地利用格局,促进植被恢复,对治理土壤侵蚀起到了显著效果。③ 水源供给量整体呈现先增加后减少的趋势,2005年达到峰值（1.79亿m³）。相邻两期水源供给量增减变化不一,2000-2005年水源供给量增加的面积大于减少的面积,其水源供给的量值也呈增加趋势,水源供给能力整体增强;而2005-2010年、2010-2015年的水源供给能力随之减弱,其中,2010-2015年水源供给减少的较小;林地和草地面积的增加造成水源供给量降低,土壤水源涵养能力增强。土壤侵蚀和水源供给是山地生态脆弱性响应的重要指标,制定合理的水土保持措施对增强山区生态系统的服务能力具有重要意义。