Regional Sediment Deficits in the Dutch Lowlands: Implications for Long-Term Land-Use Options (8 pp)

Background, Aim and Scope   Coastal and river plains are the surfaces of depositional systems, to which sediment input is a parameter of key-importance. Their habitation and economic development usually requires protection with dikes, quays, etc., which are effective in retaining floods but have the side effect of retarding sedimentation in their hinterlands. The flood-protected Dutch lowlands (so-called dike-ring areas) have been sediment-starved for up to about a millennium. In addition to this, peat decomposition and soil compaction, brought about by land drainage, have caused significant land subsidence. Sediment deficiency, defined as the combined effect of sediment-starvation and drainage-induced volume losses, has already been substantial in this area, and it is expected to become urgent in view of the forecasted effects of climate change (sea-level rise, intensified precipitation and run-off). We therefore explore this deficiency, compare it with natural (Holocene) and current human sediment inputs, and discuss it in terms of long-term land-use options. Materials and Methods: We use available 3D geological models to define natural sediment inputs to our study area. Recent progress in large-scale modelling of peat oxidation and compaction enables us to address volume loss associated with these processes. Human sediment inputs are based on published minerals statistics. All results are given as first-order approximations. Results: The current sediment deficit in the diked lowlands of the Netherlands is estimated at 136 ± 67 million m3/a. About 85% of this volume is the hypothetical amount of sediment required to keep up with sea-level rise, and 15% is the effect of land drainage (peat decomposition and compaction). The average Holocene sediment input to our study area (based on a total of 145 km3) is ~14 million m3/a, and the maximum (millennium-averaged) input ~26 million m3/a. Historical sediment deficiency has resulted in an unused sediment accommodation space of about 13.3 km3. Net human input of sediment material currently amounts to ~23 million m3/a. Discussion: As sedimentary processes in the Dutch lowlands have been retarded, the depositional system's natural resilience to sea-level rise is low, and all that is left to cope is human countermeasure. Preserving some sort of status quo with water management solutions may reach its limits in the foreseeable future. The most viable long-term solutions therefore seem a combination of allowing for more water in open country (anything from flood-buffer zones to open water) and raising lands that are to be built up (enabling their lasting protection). As to the latter, doubling or tripling the use of filling sand in a planned and sustained effort may resolve up to one half of the Dutch sediment deficiency problems in about a century. Conclusions: Conclusions, Recommendations and Perspectives. We conclude that sediment deficiency – past, present and future – challenges the sustainable habitation of the Dutch lowlands. In order to explore possible solutions, we recommend the development of long-term scenarios for the changing lowland physiography, that include the effects of Global Change, compensation measures, costs and benefits, and the implications for long-term land-use options. Recommendations and Perspectives: -     

长江三角洲典型地区土壤性质对土地利用变化的响应—以江苏省锡山市为例

以锡山市为分析样区,对土壤pH、有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷和速效钾等7个指标对旱地变为未利用地、水田变为菜地、水田变为旱地、水田变为林地和水田变为未利用地等五种变化方式的响应进行了研究.结果表明,土地利用变化对土壤性质有显著影响,但不同变化方式对各指标的影响方向及影响程度不同：（1）水田变为菜地、旱地和林地使土壤向酸化方向发展,土壤pH分别降低0.47、0.78和0.17;旱地和水田变为未利用地分别使土壤pH提高0.24和0.74;（2）水田变为未利用地、菜地和林地分别使有机质降低3.83、3.18和0.35 g kg^-1;水田变为旱地、旱地变为未利用地分别使有机质含量增加7.58和1.07 g kg^-1;（3）旱地变为未利用地、水田变为菜地和未利用地分别使全氮降低0.31、0.08和0.11 g kg^-1;水田变为旱地和林地分别使全氮提高0.41和0.04 g kg^-1;（4）旱地变为未利用地使全磷有微小幅度的降低,降低量为0.01 g kg^-1;水田变为菜地、旱地、林地和未利用地后不同程度地提高全磷含量,增加量分别为0.23、0.08、0.23和0.09 g kg-1;（5）旱地和水田变为未利用地分别使速效氮降低2.38和7.62 mg kg^-1;水田变为菜地、旱地和林地分别使速效氮增加11.61、34.51和18.26 mg kg^-1;（6）旱地变为未利用地使速效磷降低3.70 mg kg^-1;水田变为菜地、旱地、林地和未利用地分别使速效磷增加45.16、7.54、40.55和10.94 mg kg^-1 ;（7）旱地变为未利用地以及水田变为菜地、旱地、林地和未利用地均使速效钾含量有所增加,增加量分别为8.75、77.44、32.28、160.4和27.59 mg kg^-1.     

氮肥对水田与旱地烤烟烟叶氮浓度和相关酶活性的影响

试验采用裂区设计,以硝态氮和铵态氮两种氮素形态为主处理,5个供氮水平为副处理,在大田条件下研究了水田与旱地烤烟在团棵、旺长、脚叶采烤、腰叶采烤和顶叶采烤等5个生育期烟叶的总氮浓度、硝酸还原酶和谷酰胺合成酶活性的氮肥效应。结果表明,水田与旱地烤烟在各氮肥处理下团棵期烟叶的氮浓度最高,旺长期稍有下降,至脚叶采烤期则迅速降低;烟叶中的硝酸还原酶和谷酰胺合成酶活性从团棵到旺长期迅速升高,进入采烤后逐渐降低。水田烤烟烟叶总氮浓度和硝酸还原酶活性比旱地烤烟大,而谷酰胺合成酶则水田小于旱地,说明烤烟在水田状况下吸氮能力比旱地烤烟强;然而水田烤烟氮同化能力比旱地烤烟弱。试验结果还表明,水田与旱地烤烟烟叶的总氮浓度、硝酸还原酶和谷酰胺合成酶活性分别在09～0.kg/hm2和07～5.kg/hm2范围内随施氮量的增加而提高;由于土壤中铵态氮的转化与硝态氮淋溶损失,导致铵态氮的肥效优于硝态氮。     

基于农户分化的村域居民点用地特征分析

从地块尺度探讨农户分化背景下的农户层面居民点用地演变特征及其趋势,为构建农村居民点用地分类调控方向与模式提供依据。以重庆市潼南县崇龛镇古泥村为典型案例,从农户家庭收入、就业职业、就业地点3个方面对农户分化类型进行界定基础上,解析农户地块尺度居民点用地规模、形态、内部功能结构等方面的分异特征。结果表明,农户地块尺度居民点用地规模存在"农业种养殖主导生计类型"农户户均面积最大,"既离土又离乡式非农主导生计类型"农户人均用地面积最大,"离土不离乡式非农主导生计类型"农户户均用地面积和人均用地面积均最小;非农型、农业型农户地块尺度居民点用地斑块空间形态最复杂,就地非农型和农业主导型农户居民点用地斑块空间形态较为简单,且趋于规整的方形;就地非农主导型、农业主导型农户房屋形态更为紧凑和集约,农业型农户房屋形态更为松散和粗放;就地非农主导型、农业主导型农户房屋结构以砖混结构为主,非农型农户土木结构所占比例最大;农户分化对其居民点生产功能占地比例影响不大,农户非农化对其居民点居住功能影响较为显著,即农户非农化程度越高,其居民点居住功能越强;农户层面上居民点服务功能比例偏大是造成户均用地偏大和集约利用水平低下的重要因素,也是未来管制户均用地规模的重要突破口。     

基于土壤侵蚀定位土芯元素示踪法和GIS技术红壤小流域坡地土壤肥力的综合评价

利用定位土芯稀土元素(Eu)示踪法及中子活化技术,对蒋家塘小流域坡地土壤侵蚀空间分 布规律进行了研究,并利用模糊数学的方法,建立了影响蒋家塘小流域侵蚀土壤肥力因素单因子评价模型,利用层次分析法确定各评价因子的权重,并用加权法得到 每个评价单元的土壤肥力综合指数,根据其数值的大小,将土壤肥力分为高(>0.45)、中( 0.25～0.45)和低(<0.25)3级.借助地理信息系统软件ARCVIEW3.1对蒋家塘小流域坡地土壤 侵蚀状况和土壤肥力状况进行了分析,结果表明地形部位较高,坡度较大,植被较少或裸 露的坡顶及上坡部位,土壤侵蚀量较大,侵蚀程度严重;而在地形部位较缓,植被覆盖度较 大的坡段土壤侵蚀量较小,侵蚀较轻.植被覆盖度较小,顺坡种植的坡段,土壤侵蚀量较大 ,土壤侵蚀严重;而植被覆盖度较大,等高梯田种植的坡段土壤侵蚀量较小,土壤侵蚀较轻 ;下坡部位土壤往往发生沉积.在整个小流域中,侵蚀程度严重(>100 t/hm2*a)的坡地面积比例为15.67%,侵蚀程度中等(10～100 t/hm2*a)的坡地比例为22.13%,侵蚀程度较轻(1～10 t/hm2*a)坡地比例为5.60%,无侵蚀(<1 t/hm2*a)的坡地比例为34 .23%.土壤肥力较高的坡地面积比例为22.00%,中等的为34.75%,低下的为20.85%.蒋家塘 小流域坡地土壤肥力水平多数处于中下等水平,占总流域面积的55.60%,占坡地面积71 .62%. 水土流失是造成土壤肥力降低,土壤贫瘠化的一个最重要的原因,侵蚀严重的地方,土壤肥 力低下,侵蚀较轻或沉积的地方,土壤肥力较高,土壤侵蚀模数与土壤肥力指数之间的相关指数为0.801(n=33),达极显著水平.     

县域土地整理与土地利用/覆被变化研究——以重庆市万州区为例

认为土地整理改变着土地利用/覆被变化(LUCC),并进而对其优化调控.而同时土地整理又需要土地利用/覆被变化的研究提供技术支持.加之县域土地整理是区域乃至全国土地整理目标和方向在时空推进上的具体落实,是检验和评价区域土地整理效果和跟踪监测的有效场地.因此,本文以重庆市万州区为例,就县域土地整理与土地利用/覆被变化变化作以探讨.     

泥石流滩地土地生产潜力评价——以云南小江流域蒋家沟为例

小江流域泥石流滩地水源充足、热量丰富,气候生产潜力(47641kghm-2)较高。本文应用加权指数和法确定了不同类型泥石流滩地(荒滩地、改良滩地和非改良滩地)土壤有效系数f(s)分别为0.405、0.684和0.594;根据生产力阶乘公式计算其气候—土壤生产潜力分别为19295kghm-2、32586kghm-2和28299kghm-2。通过实地调查验证,本文对泥石流滩地生产潜力的估算与现实生产力水平基本吻合,证明本文提出的泥石流滩地土壤有效系数切实可行。     

野葛对红壤坡地水土保持和改良土壤效应的研究

针对红壤坡地水土流失严重的状况,选用横峰野葛、百喜草为材料对红壤坡地水土保持和土壤改良进行了研究。结果表明:横峰野葛和百喜草能有效地提高土壤持水量,降低土壤容重,增大土壤孔隙度,提高土壤PH值,增加土壤有机质和N、P、K含量,大大减少土壤侵蚀量和径流量,达到了较好的水土保持和改良土壤效果,而且野葛的综合效果比百喜草更好。     

山地村域耕地压力与农村贫困耦合协调性分析

探索耕地压力与农村贫困的内在关系，对于基于耕地资源视角下的农村贫困治理具有重要的意义。该研究在实地调研数据的基础上，以云南省镇沅县109个行政村为研究单元，运用加权求和法、耦合度模型等研究方法，对耕地压力与农村贫困的耦合关系进行研究。结果表明：1）镇沅县村域尺度耕地压力指数与农村贫困指数均较高，利用ArcGIS10.2平台对空间分布进行刻画，呈现"中部低、东西部高、南北部次高"的特点；2）耕地压力与农村贫困耦合水平较高，耦合度值C达到0.79，空间格局特征表现为：呈现区域整体高度耦合状态，耦合程度由中部地区向东西部逐渐降低，呈现"山脊"结构特征，即中部耦合程度高，两边耦合程度低。耦合水平空间关联格局显示，高-高集聚区主要分布于恩乐镇，低-低集聚区主要分布于振太镇；3）耦合协调度结果显示，镇沅县主要以勉强协调、轻度协调和中度协调3中类型为主，空间分布呈现出整体协调、局部失调的特征，空间关联格局呈现高-高集聚区集中于振太镇，低-低集聚区集中于恩乐镇的特点。4）耕地压力与农村贫困具有双向倒逼与胁迫关系，一方面耕地压力增大会加剧农村贫困程度，另一方面农村贫困又会提高耕地压力。     

喀斯特山区耕地时空演变与影响因子分析

喀斯特山区因其耕地资源特殊性使得社会经济发展限制因素尤为突出，厘清其演变规律对区域社会-经济-生态的可持续发展具有重要影响。该研究以贵州省耕地为研究对象，结合GIS空间分析功能，采用核密度、Lorenz曲线和地理探测器等方法对2000、2005、2010、2015、2018年共5期耕地数据的空间分布和时空演变进行深度探究。结果表明：贵州省耕地"西北多、东南少"，空间非均衡分布，省会周围、生态脆弱敏感区及喀斯特地貌发育区域耕地总量较少；耕地分布呈现空间正相关性，高-高聚类区域自然条件比较相似，低-低聚类区域大多为典型的喀斯特地貌或其他生态敏感脆弱区；时间尺度上耕地总量和密度均在2005年出现递减拐点，2000-2018年以地类转出为主，主要流向为林地、草地和建设用地，动态变化程度随时间推移愈加强烈，到末期稍减；空间尺度上各期耕地增减都较为均衡，面积的减少量稳定，增加量则由高值骤降至低值，并在低值处趋于稳定；地理探测显示影响贵州省耕地空间分布的主要因子为人口、GDP，次要因子为路网密度、平均坡度，其中社会经济因素影响力大于自然因素。