蔗区小流域泥沙有机碳入河负荷的时空变化特征及其影响因素

[目的] 针对广西红壤区典型小流域坡耕地甘蔗土壤有机碳流失问题,探究其流失时空特征和影响因素,解析流域泥沙有机碳在甘蔗不同生长时期入河负荷时空变化,为揭示自然降雨侵蚀下土壤有机碳流失的影响机制提供科学依据。[方法] 试验区位于广西壮族自治区崇左市扶绥县客兰水库水源区那辣小流域,流域分为下游子流域(S₁)和上游子流域(S₂,S₃)。利用无人机技术和径流泥沙自动监测—采样系统对甘蔗4个生长时期(苗期、分蘖期、伸长期和成熟期)入河泥沙有机碳及植被覆盖度等进行监测,并利用皮尔逊相关分析,确定入河泥沙有机碳与降雨径流、植被覆盖度和施肥等影响因素的关系。[结果] ①甘蔗苗期的流域泥沙有机碳入河负荷占整个生长期总流失量的61.1%,显著高于其他生长期,其特征为苗期(5.1 kg/hm²)＞成熟期(1.6 kg/hm²)＞伸长期(1.4 kg/hm²)＞分蘖期(0.3 kg/hm²)。②流域降雨径流和植被覆盖度与泥沙有机碳入河负荷呈极显著相关,分别解释了泥沙有机碳入河负荷生长期变化的45%和54%;而流域施肥和土壤容重与泥沙有机碳入河负荷呈显著相关,分别解释了泥沙有机碳入河负荷生长期变化的79%和36%。[结论] 流域入河泥沙有机碳流失变化主要是由降雨径流、植被覆盖度、施肥和土壤容重所引起。在蔗区小流域,通过增加植被覆盖以减少地表径流的冲刷及调控施肥时间,对降低土壤有机碳流失具有重要作用。     

抚仙湖流域生态用地时空演变及其驱动因素

[目的] 研究生态用地时空演变规律及形成机制，为维持区域生态平衡和保障生态文明建设提供科学参考。[方法] 运用土地利用变化幅度、洛伦兹曲线、基尼系数、回归分析及GIS技术等方法，分析2010-2018年抚仙湖流域生态用地时空演变特征及其形成机理。[结果] ①抚仙湖流域生态用地以耕地、林地和水域及水利设施用地为主。8 a来，耕地面积减少5.15 km²，林地面积减少1.94 km²，草地面积减少0.81 km²，园地面积减少0.19 km²，其他土地面积减少1.40 km²，水域及水利设施用地面积增加0.03 km²。②流域各种生态用地空间分布差异较大，耕地、林地空间分布较均匀，洛伦兹曲线比较靠近绝对均匀线，基尼系数居0~0.25之间。草地、园地、水域及水利设施用地和其他土地分布相对集中，洛伦兹曲线下凹程度较大，基尼系数多处于0.5之上。生态用地空间分布不均的趋势有所加强。③从驱动机制来看，导致流域生态用地时空变化的主要驱动因素为人口密度、城镇化水平、政策、到主要公路距离、到水域距离、到城镇建成区距离。[结论] 研究时段内，抚仙湖流域生态用地时空变化较显著，其变化是自然条件、社会经济条件及空间区位条件多种因素协同作用的结果。     

十大孔兑流域水土流失分布特征及防治对策

[目的] 通过分析十大孔兑水土流失面积、强度及水土流失动态变化,为流域综合治理提供参考依据。[方法] 基于全国土壤侵蚀遥感调查结果和全国水土流失动态监测成果,对比分析流域水土流失及其分布、动态变化。[结果] 十大孔兑流域植被面积占流域面积的63.97%,以中低覆盖和低覆盖为主,分别占植被覆盖面积的48.85%和36.54%。2021年水土流失面积为4374.98 km²,占流域面积的40.63%;与2020年、1999年和1985年相比,2021年水土流失分别减少46.32,3 664.50,4 958.03 km²,水土流失主要分布在草地、林地、耕地和其他土地4个地类上,占水土流失总面积的96.69%。[结论] 十大孔兑依然是黄河流域水土流失治理的难点地区,高强度侵蚀减少与年度监测成果未考虑沟道侵蚀有关;该区应坚持以“以沙棘种植为主的植被建设,以淤地坝建设为重点的工程布局,以锁边固沙为前提的治沙方针,大力推进拦沙换水试点工程”的流域综合治理策略。     

1999-2018年黄河源区水土流失动态变化

[目的] 研究1999—2018年黄河源区土壤侵蚀强度等级变化及空间分布情况，为该区生态环境建设和水土流失治理提供数据支撑。[方法] 利用1999，2011，2018年水土流失动态监测成果，开展黄河源区水土流失动态变化分析。[结果] 黄河源区水土流失面积表现为先增加后减少，与1999年相比，2011年水土流失面积增加1.89×10⁴ km²，增幅126%，2018年水土流失面积增加1.01×10⁴ km²，增幅67.33%。从空间数据来看，与1999年相比，77.97%的区域土壤侵蚀强度等级未发生变化，19.33%的区域土壤侵蚀强度等级降低，2.7%的区域土壤侵蚀强度等级增加。[结论] 水土流失面积增加主要与区域暖干化和人类活动引起的草场退化有关。应实施一批重大生态保护修复和建设工作，提升草场质量，改善区域生态环境。     

植被恢复对青海省北川河流域水循环演变趋势的影响

[目的] 研究植被恢复对流域水循环的影响,明确植被恢复条件下流域水资源的演变趋势,为指导干旱半干旱地区开展科学的植被恢复工作提供数据支撑。[方法] 结合青海省北川河流域植被覆盖变化及长序列气象、水文数据,分析流域尺度水循环要素的演变趋势,分析植被恢复对关键水循环要素演变的影响作用。[结果] 20世纪80年代以来,北川河流域丘陵山区植被覆盖快速增加,仅2000—2019年期间平均增幅14.98%,最大增幅52.2%。1956—2019年,流域年降水量相对平稳,但年径流量呈不显著衰减趋势,平均降幅1.60×10⁷ m³/10 a,流域生态用水量增加是造成径流衰减的主要原因;植被恢复改变了流域大气降水的时空分配,在空间上更多降水用于流域内部生态消耗,减小了对下游的水源供给量,在时间上更多降水参与土壤水—地下水循环,延长了向流域外的排泄周期;地表风速、水面蒸发量、干旱指数等气象要素显著降低。[结论] 植被恢复影响下,北川河流域生态用水量增大,径流量衰减,降水—土壤水—地下水循环过程的水量比例增加,流域水源涵养能力不断提高,半干旱的气候条件有所改善。     

1988-2018年哈密绿洲植被覆盖度时空变化及其驱动力

[目的] 对近30 a来哈密绿洲植被覆盖度时空变化及驱动力进行分析，为该地区绿洲持续健康发展提供理论借鉴。[方法] 以1988，1998，2008及2018年4期影像为基础数据，利用像元二分模型计算了基于AFRI_SWIR2指数提取的植被覆盖度，利用动态度指数与植被覆盖度转移矩阵分析哈密绿洲植被覆盖度动态变化；再通过地理探测器对8个影响因子进行探测，探寻哈密绿洲植被覆盖度的驱动因子。[结果] 近30 a来哈密绿洲面积从1988年的214 km²增长到2018年的632.1 km²，增幅达195%，但绿洲内植被覆盖度等级却较低，同时哈密绿洲面积主要扩展的区域在西北部和东南部区域；哈密绿洲的发展阶段可分为3个阶段：1988-1998年为低强度稳定期，1998-2008年为极度扩张期，2008-2018年为高强度稳定期。[结论] 土地利用类型变化是造成哈密绿洲植被覆盖度变化的直接原因，同时在近30 a内，人为因素对哈密绿洲植被覆盖状况的影响远高于自然因素。     

基于SWAT模型的湘江流域土地利用变化情景的径流模拟研究

土地利用变化对径流产生重要影响, 显著影响到流域生态的可持续发展。本文应用流域分布式水文模型SWAT, 对湘江流域内5个水文站点(湘潭、株洲、衡山、衡阳、归阳)的月径流进行了模拟。选取1998~2002年作为模型校准期, 以Nash-Sutcliffe效率系数(NSI)和决定系数(R²)为评价指标, 率定出7个模型敏感参数, 并用2003~2007年的月径流进行模型验证。研究表明, 除归阳站点外, 其余4个站点月径流模拟的R²和NSI都高于0.82, 有的甚至达到0.92, 说明模拟效果较好。在此基础上, 以《湖南省土地利用总体规划(2006-2020)》为依据, 设置了3种土地利用情景模式, 以研究不同土地利用方式对径流的影响程度。结果显示, 土地利用变化对水文过程影响比较显著, 情景1中, 随着165.40 km²的耕地转为林地以及793.91 km²的耕地转为草地, 径流深模拟输出减小1.28 mm; 情景2中, 随着8 173.96 km²的林地转为耕地以及337.56 km²的耕地转为建设用地, 径流深模拟输出增加15.61 mm; 情景3中, 随着500.02 km²的未利用地转为耕地, 径流深模拟输出增加1.16 mm。因此, 增加林地和草地面积将减少径流, 而耕地和建设用地的增加导致径流的增加。在对湘江流域进行土地利用规划时需要综合考虑水文效应和经济效益, 充分认识人类活动对水资源的影响。     

黑土区坡式条田对水土流失、土壤水热及呼吸的影响

[目的] 探索坡式条田在黑土区坡耕地水土保持和改善土壤环境中的作用，以期为坡式条田在坡耕地上的利用提供理论支持。[方法] 基于野外试验，观测研究了坡式条田对径流产沙、土壤水热和土壤呼吸的影响。[结果] ①黑土坡面设置坡式条田具有良好的减流减沙效果，年均减少输沙率和减少地表径流率分别为78.3%和68.5%，土壤侵蚀模数为87.53 t/（km²·a），控制在允许范围内；②修筑坡式条田显著提高土壤质量含水量（p<0.05），并能显著增加植被覆盖度（p<0.01）；③研究区土壤呼吸与土壤温度显著相关，修筑坡式条田能够显著降低土壤呼吸速率，降低土壤碳素损失。[结论] 黑土区坡式条田能够很好地防治水土流失，改善土壤水热和植被状况，且能降低土壤呼吸造成的C素流失，应在黑土坡耕地上推广应用。     

太原市城区植被覆盖变化地形分异效应

[目的] 分析山西省太原市城区植被覆盖变化在高程、坡向、坡度、坡度变率、地形位和地形起伏度上的分异效应，为该市生态环境保护提供基础信息。[方法] 基于2004年8月、2007年8月、2011年8月、2014年9月、2016年9月的Landsat系列影像和ASTER GDEM数据，采用像元二分模型法估算太原市城区5个时期的植被覆盖度，对其时空动态变化特征进行分析，并结合地形面积差异修正系数分析植被覆盖变化在不同地形因子上的分异性及变化趋势。[结果] ①2004—2016年植被覆盖度以中高度覆盖度和高度覆盖度为主，二者占总面积的65%以上，总体呈显著上升趋势，植被覆盖度显著下降区主要分布在小店区和尖草坪区，而中东部和西部植被覆盖度上升较快；2007—2011年植被覆盖度减少面积为852.70 km²，增加面积为601.62 km²，总体呈退化趋势，而2004—2007，2011—2014，2014—2016年植被覆盖度增加面积超过研究区面积的1/2，植被恢复效果较好；②不同坡向上，在平地区域不同植被覆盖变化类型的分布差异较显著，其余坡向上的差异不明显；不同植被覆盖变化类型在不同高程、坡度、坡度变率、地形位和地形起伏度上的空间分布差异明显。[结论] 坡向对植被生长变化的影响不明显，而高程、坡度、坡度变率、地形位和地形起伏度对植被覆盖变化的地形效应较明显。     

1990-2015年乌苏里江流域土地覆被变化

[目的] 分析1990—2015年乌苏里江流域内中国和俄罗斯两国区域土地覆被变化特征和差异，为该流域内人地关系研究和土地资源管理提供科学参考。[方法] 以Landsat TM/OLI遥感影像为数据源，采用基于面向对象的遥感分类方法，提取乌苏里江流域1990年和2015年的土地覆被信息，分析乌苏里江流域土地覆被变化的主要特征。[结果] 1990—2015年的26 a间，乌苏里江流域内农田、湿地面积变化较为明显。农田呈扩张趋势，面积增加6 089.69 km²，增长率18.4%。其中，5 416.7 km²农田由湿地转化而来，农田扩张主要发生在中国境内区域。湿地、林地面积分别减少了5 683.51和844.09 km²，减少率分别为56.4%和3.51%。俄罗斯境内土地覆被变化作用强度较弱，各土地覆被类型间变化率均不超过2%。[结论] 气候、地形、农业宏观政策和农业生产方式等是推动乌苏里江流域土地覆被变化的影响因素；其中，农业生产方式的转变和规模的扩大是该流域土地覆被变化的最主要驱动力。     

青海湖流域植被的净初级生产力估算

[目的]定量估算青海湖流域2001—2011年草地净初级生产力(net primary productivity,NPP),查明其时空演化特征,为流域草地可持续利用与生态建设及相关的政策制订提供科学依据。[方法]选取陆地生态系统碳循环模型(CASA模型),逐像元模拟2001—2011年青海湖流域草地生态系统NPP的时空变化。[结果](1)2001—2011年青海湖流域草地年均NPP为1.12×1013g/a,单位面积平均值为168.03g/(m2·a);(2)NPP在空间分布上呈现东南高,西北低的格局,这与流域水热因子在空间上的分布一致。近11a流域草地年均NPP总体呈上升趋势,年增加率约为1.74g/(m2·a),湖区北部、东部为主要增加区域;(3)青海湖流域草地NPP具有明显的季节变化特征,7月草地NPP达到最高,1月NPP最低。其中5—9月生长季草地的NPP占到了全年的90.40%。[结论]所选模型模拟精度较高,能够较好地反映流域NPP的空间分布规律和时间变化特征。可以认为改进后的CASA模型在气候资料稀缺的该地区进行模拟是可行的。     

淮河中上游植被变化及其对气象因素的多时空尺度响应

[目的]植被与气象因子关系的多时空特征有助于深入理解流域生态系统,对生态环境保护具有重要意义。[方法]基于MODIS EVI数据与气象观测资料,结合趋势分析、Mann-Kendall检验和Pearson相关性分析方法,分析淮河中上游2001—2015年植被动态并探讨流域至局地尺度的植被与降水、气温的相关关系。[结果](1)流域植被整体呈明显增长趋势(p<0.05),EVI指数增长速率为0.055/10 a,冬季增速最大(0.075/10 a)、夏季最小(0.047/10 a),不同地类增速差异显著。(2)年均EVI呈增加的区域占流域总面积的93%,其中呈显著(p<0.05)及极显著(p<0.01)上升趋势约占82%,华北平原(主要为耕地)增速最大,山区、山丘区增速次之,郑州市辖区等呈显著下降(p<0.05);EVI变化的时空分布差异明显。(3)流域尺度春季EVI与同期(3—5月)和2—5月降水呈显著正相关(p<0.05),冬季EVI与同期降水呈极显著负相关(p<0.01),月EVI在3月、11月与最低气温呈显著正相关(p<0.05),在12月分...     

南汀河流域土壤侵蚀的时空分异

[目的]分析南汀河流域坡面土壤侵蚀的时空分异特征,为流域水土保持和边疆生态环境建设提供科学参考。[方法]基于通用土壤流失方程(USLE),运用RS和GIS技术计算南汀河流域1990,2000及2010年3个时段的土壤侵蚀模数。[结果]3个时段内研究区侵蚀模数呈现先升后降的趋势,年均侵蚀模数从24.75t/(hm2·a)升到30.05t/(hm2·a),然后降为25.87t/(hm2·a)。3个时段内,流域内强烈侵蚀及其以上的侵蚀面积仅占总侵蚀面积的19.94%,但对流域总侵蚀量的贡献高达73.56%。1990—2000年,强烈及强烈以下侵蚀面积减少了1 059.85km2,强烈侵蚀以上的侵蚀面积则增加了112.29km2;2000—2010年,微度侵蚀面积有小幅增加,其余侵蚀等级的侵蚀面积都有所下降。当坡度小于20°时,侵蚀模数随着坡度的增加而增加,坡度超过20°后,侵蚀模数有降低的趋势;从海拔上看,高侵蚀模数区域主要位于海拔500~2 000m范围。[结论]流域内的土壤侵蚀治理已初见成效,但在局部地区,土壤侵蚀仍有加剧现象。     

近40年鄱阳湖枯水期水体面积变化特征及驱动因素分析

湖泊是维持生态平衡的重要因素,鄱阳湖作为我国最大的淡水湖,由于枯水期提前且持续时间延长导致水体面积发生变化。研究鄱阳湖枯水期水体面积的变化特征及其驱动因素对区域生态环境的稳定及经济发展具有重要意义。利用1973-2018年鄱阳湖枯水期遥感影像数据,采用Mann-Kendall趋势检验法、Mann-Kendall突变分析法及Pettitt突变检验对湖泊水体面积变化特征进行分析,并利用双累积曲线法量化出入湖流量之差和人类活动导致的土地利用的变化对鄱阳湖枯水期水体面积的影响。结果表明:(1)在研究时段内,鄱阳湖枯水期水体面积呈极显著下降趋势(P0.01),突变点年份为2002年(P0.01);(2)出入湖径流量之差多年来呈现不显著的增加趋势;1980-2015年鄱阳湖流域的土地利用情况表现为城乡工建用地增加,其余用地类型均呈现减小趋势;(3)以1977-2002年作为基准期,2003-2016年人类活动导致的土地利用的变化对鄱阳湖枯水期水体面积变化的贡献率为87.48%,是鄱阳湖枯水期水体面积显著减少的主要原因。研究成果为鄱阳湖水资源的合理利用及维持区域生态系统的平衡提供了科学依据。     

青海湖流域河流生态系统评价指标间的相关性

[目的]研究河岸草甸生态特征、河岸土壤性状及河流水质评价指标间的相关性,为评价青海湖流域河流生态系统提供科学依据。[方法]通过对青海湖流域内主要河流沿海拔梯度进行野外采集河流水样、河岸表层土壤和统计植被生长特征,并且结合室内试验分析。[结果]青海湖流域河流生态系统18个评价指标随着海拔梯度的变化均表现出一定规律性,河岸植被、表层土壤及河流水样各评价指标间具有明显的相关性。由相关分析和主成分分析可知,COD(化学需氧量)与Pb、盖度与有机质、生物量与丰富度间具有极显著正相关(p0.01),河岸土壤砂粒与河流水中全氮含量、全盐量与盖度、砂粒与丰富度间具有极显著负相关(p0.01);化学需氧量、有机质、盖度和砷元素可以作为评价河流生态系统优良状况的主要指标。[结论]人类活动对青海湖流域沿河草甸生态系统的负面影响已经显现,必须降低草场的载畜量和减少不必要的工程建设,以实现区域生态、社会和经济可持续发展。     

鄱阳湖区典型堤防不同植草护坡产流产沙特征试验研究

[目的]对鄱阳湖区典型堤防不同植草护坡产流产沙特征进行试验研究,为该区植草护坡草种筛选以及护坡技术构建提供一定的科学依据。[方法]采用人工模拟降雨的手段,利用水土流失移动监测车选取鄱阳湖区典型堤防——九江市永修县九合联圩为研究对象,对裸露坡面(BL)、自然恢复坡面(NRS)、狗牙根护坡坡面(CDS)、中华结缕草护坡坡面(ZSS)和假俭草护坡坡面(EOS)等5种护坡模式进行了水土流失监测,量化不同护坡模式的水土保持效益。[结果]裸地具有最短的初始产流时间和最大的径流流速,植草后能较大幅度延长初始产流时间,降低径流流速,并且假俭草坡面减缓坡面流速的效果最为明显。20 mm/h雨强下,4种植草坡面与裸露坡面之间的径流系数没有明显差异,但是随着雨强的增大,植草坡面对径流的抑制作用就越来越明显。各处理土壤流失量均随着雨强增大而增大。[结论]植草护坡能有效减少堤防土壤流失量,并且堤防植草护坡的减沙效益在大雨强下表现得更为明显。     

阿克苏河流域艾西曼湖湿地时空演变及对生态输水的响应

及时了解和定量分析干旱半干旱地区天然生态系统的变化趋势及对生态输水过程的响应,对维护绿洲生态系统健康具有重要意义。论文结合遥感影像和生态输水监测数据,对阿克苏河流域艾西曼湖湿地的时空演变特征和生态输水的响应进行了研究。结果表明,艾西曼湖水域面积萎缩较严重,由1996年的61.57 km²萎缩至2020年的27.76 km²,经历了快速下降、缓慢下降和缓慢恢复3个阶段,生态输水后水面面积出现明显的季相变化并伴随滞后现象,峰值出现在11月左右;生态输水对地下水位有明显的抬升作用,并受输水量、输水天数的影响,地下水位变动与生态输水的响应存在明显的滞后效应,时间约为1~2个月;不同的自然植被对生态输水的响应特征存在差异,胡杨对生态输水的响应明显且在距离输水口100~500 m的范围内长势最好,NDVI月度变化显示生态输水对自然植被生长的滞后时间为1个月左右。研究结果对阿克苏河流域天然植被恢复、区域水资源调配、生态需水调度等具有重要的指导价值。     

黄河中游地区生态恢复对流域水资源的影响

[目的] 研究黄河中游地区生态恢复对水资源的影响，为流域生态保护和高质量发展提供科学依据。[方法] 利用GIMMS NDVI、ET、土壤水分、地表径流等相关水文数据，基于趋势分析和双累积曲线等方法，探讨生态恢复前后黄河中游地区蒸散发、土壤水分、地表径流的时空变化特征。[结果] 1982-2018年，黄河中游地区植被覆盖度增加了29.72%；在黄河中游地区植被覆盖度增加1%，蒸散发量增加了3~4 mm；在生态恢复区土壤水分呈下降趋势，下降速率为0.001 3%/a；各站点的平均径流量在1961-2018年呈逐年下降趋势，以生态恢复为代表的人类活动对径流量下降起到重要作用。[结论] 由于生态恢复和暖干化的气候背景，黄河中游水资源严重短缺。建议后续黄河中游生态恢复综合考虑水资源，减少人为干扰，以自然植被恢复为主。