长江经济带景观格局对生态系统服务价值影响的概率评估

经济的快速发展改变了区域景观格局,定量评价景观格局变化对生态系统服务价值的影响是实现生态文明建设和高质量发展的重要途径。该研究以长江经济带为研究对象,使用1980—2020年8期土地利用数据,在渔网分析的基础上,采用线性回归和相关性检验方法分析了4种景观格局指数和生态系统服务总价值的时空演化特征与线性响应,最后通过构建非线性概率评估框架,定量评估了生态系统服务总价值对景观格局指数变化的敏感性。结果表明：1）1980—2020年间,耕地、林地和草地是长江经济带的主要土地利用类型,耕地和林地面积逐年减少,其他土地利用面积均有所增加。2）四川省南部、云南省东部、贵州省西部和重庆市等地区多年平均景观分离度指数较大,景观破碎化严重。长江经济带43.97%地区景观分离度指数和64.28%的区域的香农多样性指数显著增加,大部分地区景观呈现均衡化和多样化发展,城市化会降低生态系统服务总价值。3）景观分离度和香农多样性指数的增加可能加剧景观破碎化,导致生态系统服务价值的降低。4）根据概率评估框架,较高的生态系统服务总价值对景观分离度指数或香农多样性指数比较敏感,林地和草地是影响长江经济带生态系统服务总价值变化的主导景观。研究成果有助于掌握长江经济带景观格局和生态系统服务的变化特征,从而进一步为长江经济带生态保护与高质量发展提供科学依据。     

砒砂岩区典型淤地坝沉积泥沙特征及来源分析

黄土高原地区的淤地坝是拦减入黄泥沙的关键措施,尤以对泥沙具有绝对控制的"闷葫芦"淤地坝为甚。为研究淤地坝对侵蚀泥沙的拦蓄作用,以砒砂岩区皇甫川流域园子沟淤地坝为研究对象,采集坝地淤积剖面及沟间地、沟谷地表层样品,对沉积旋回进行断代分析,计算泥沙贡献率,反演其淤积过程。结果表明:坝地沉积泥沙粒径分布以2~0.05 mm砂粒为主,其次为粉粒、黏粒,砂粒中以极细砂和细砂占比最多。园子沟坝控流域内侵蚀性降雨事件对应的最小日降雨量为22.8 mm;淤地坝运行可划分为2个阶段,前期主要依靠坝体拦蓄泥沙,后期随着拦蓄泥沙的增多,减蚀作用凸显。坝地沉积泥沙主要来源为沟谷地,贡献率达71.4%,沟间地为28.6%,其中沟间地侵蚀产沙并非受植被唯一影响,在降雨量>45.4 mm时,地形因素会限制侵蚀的加剧。     

流域尺度全球景观生态风险时空演变及其对NPP变化的影响

人类活动强度的迅速增加,不断改变全球下垫面,造成区域景观生态风险持续变化。该研究以全球主要流域和亚流域为研究对象,使用1982—2015年连续34 a的土地利用栅格数据,构建了景观生态风险指数,分析了流域尺度全球景观生态风险时空演变特征,并进一步量化了不同驱动因素对景观生态风险的影响,同时分析了流域尺度全球植被净初级生产力（net primary productivity,NPP）的时空变化特征,揭示了流域尺度全球景观生态风险对NPP的影响。结果表明：1）温带和寒温带、干旱气候带以及北极附近的极地带区域的流域多年平均景观生态风险较高。在1982—2015年间,17.44%和23.45%的流域景观生态风险分别呈现显著增加和显著减少趋势（P<0.05）。2）干旱气候带、亚热带和热带地区的景观生态风险变异系数的空间变化幅度较大,36.82%的流域景观生态风险存在显著突变点,这些突变点主要发生在1988—2006年（P<0.05）。3）在多年尺度,各种因素对流域景观生态风险的影响从大到小依次为降水量、气温、NDVI、人口密度、海拔、坡度和GDP。此外,各种因素对景观生态风险的变化存在增强的交互作用。4）超过50%的流域年NPP变化具有显著增加趋势,而仅有12.60%的流域年NPP呈显著减少趋势（P<0.05）,超过20%的流域年景观生态风险与年NPP间存在显著相关关系（P<0.05）。研究成果可为气候变化背景下,实现全球碳中和,增加陆地生态系统碳汇,适应气候变化提供坚实的科学依据。     

2002-2020年黄土高原土壤水变化及其相关性分析

土壤水作为植物耗水最主要的来源,其变化对整个生态系统都有重要影响。利用GRACE卫星数据与GLDAS-NOAH模型,分析2002—2020年黄土高原土壤水时空变化规律,并结合GEE平台2002—2020年的MODIS NDVI产品数据集、与2000—2017年降水资料对土壤水的变化进行相关性分析,使用M—K检验法对趋势进行检验,结果表明:(1)2002—2020年GRACE等效水高(毫米水柱高)变化月均值为(-7.56±4.38)mm,从2008年开始呈现显著减少趋势。(2)2000—2020年0—10 cm土层土壤水呈不显著增加趋势,10—40,40—100,100—200 cm呈不显著变化趋势,2012—2020年200 cm以下土层土壤水呈显著减少趋势。(3)随着土层深度的增加,黄土高原2000—2017年的降水与土壤水的相关性在显著降低。相关性系数从0—10 cm时的0.581降低到100—200 cm时的0.099。而将2002—2020年的200 cm以下土层土壤水与NDVI变化分析其相关性系数为-0.805~*,为显著负相关关系。研究结果阐述了黄土高原土壤水的变化规律,揭示了降水和NDVI变化与其的相关性联系,为下一步黄土高原的植被恢复提供了理论支撑。     

极端降雨条件下小流域淤地坝系连溃风险分析

近年来,黄土高原上的淤地坝在减轻水土流失、淤地造田等方面发挥了重要作用.但相较土石坝,淤地坝的防洪标准不高,更容易发生溃坝.淤地坝多以梯级形式分布在若干小流域中,构成了一个复杂的坝系网络,为正确评价溃决风险带来很大的挑战.采用一种基于小流域水文计算和考虑复杂入流条件的淤地坝系连溃风险分析模型及相应的计算程序FT-IWH...     

黄土高原典型流域水沙变化归因对比分析

近几十年来,黄河中游黄土高原地区水沙变化显著。众多学者以该地区典型流域无定河开展了大量研究,但局限于方法的突破而忽视了方法间的对比分析。为此,该研究采用双累积曲线法、水文法、弹性系数法和水保法对无定河流域1957—2010年水沙变化进行归因对比分析。结果表明:无定河流域年降水量未发生显著变化,年潜在蒸散发、年径流量和年输沙量呈显著减少趋势且突变年份依次为1982、1971、1971年。径流归因对比分析表明,水文法与弹性系数法结果较为接近,水保法人类活动贡献率偏小;输沙归因对比分析表明,水保法与其他3种方法结果一致。归因分析表明,人类活动是流域水沙变化的主控因素且逐年增强,人类活动中对径流变化起主导作用的是灌溉引水和造林;对输沙变化起主导作用的是淤地坝和造林。淤地坝的淤满或失效对流域水保措施减水减沙效益影响较大。因此,未来无定河流域的治理应继续落实退耕还林还草政策,并加强淤地坝等工程措施的布局优化和后期维护。     

西北地区降雨集中度时空演变及其影响因素

在全球气候变化背景下,深入研究中国西北地区降雨集中度时空演变规律具有重要的现实意义。该研究基于1960—2017年逐月栅格降雨数据,利用Mann-Kendall趋势检验方法、Mann-Kendall突变点检验方法、Morlet小波方法和冷热点分析方法分析了西北地区降雨集中度的时空变化特征,并通过交叉小波变换探讨大气环流因子变化与降雨集中度的关系,同时讨论地貌分布对降雨集中度的影响。结果表明:1)在1960—2017年,西北地区及其3个子区域的降雨集中度平均值呈现减少趋势,且存在显著突变点(P0.05),降雨量年内分配不均,存在明显的季节性变化,部分区域降雨量年内异常集中且降雨集中度未来将会持续减少;2)整个研究区及其3个子区域在1960—2017年平均降雨集中度变化均存在一个40 a左右的主周期和一个24 a左右的次周期,各个子区域降雨集中度的变化与研究区整体的周期变化保持一致性;3)在1960—2017年,降雨集中度空间分布存在冷热点,冷点区域降雨集中度呈现显著减少趋势(P0.05)。热点区域降雨集中度呈现不显著减少趋势,年际变化幅度高于冷点区域;4)北大西洋涛动和太平洋十年涛动指数等大气环流因子变化对降雨集中度的变化具有较强的影响,不同的大气环流因子对降雨集中度的影响存在差异。研究成果将有助于进一步深化对西北地区降雨年内分配变化的认识,为西北地区生态环境保护和水资源规划制定提供一定的科学依据。     

黄土高原多沙粗沙区泥沙集中度变化特征及驱动因素

[目的]揭示黄土高原多沙粗沙区的泥沙和泥沙集中度的变化规律,阐明泥沙集中度的影响因素,进而为流域水土流失治理和生态保护提供一定的科学依据。[方法]基于1956—2010年皇甫川、孤山川、秃尾河、窟野河和无定河流域的输沙量数据,利用Mann-Kendall趋势检验法、Pettitt突变点检验法、Morlet小波分析方法分析了黄土高原多沙粗沙区泥沙集中度的时空变化特征,通过Pearson相关系数探究了泥沙集中度与生态建设措施的相关性。[结果](1) 1956—2010年,黄土高原多沙粗沙区的输沙量呈现显著减少的趋势,但是皇甫川、孤山川、无定河流域的泥沙集中度呈现显著增加的趋势。(2)孤山川与无定河流域的泥沙集中度具有显著的(p<0.05)突变点,分别为1990年与1986年。(3)研究区泥沙集中度主周期介于15～55 a。(4)径流集中度对于研究区泥沙集中度有显著的影响。除此之外,生态建设措施面积与泥沙集中度有显著的正相关关系,其中梯田、造林和种草对于研究区的泥沙集中度的影响程度最大。[结论]黄土高原多沙粗沙区的输沙量逐渐减少且越来越集中,泥沙集中度受到降雨径流和生态建设措施等因素影...     

宁夏典型流域淤地坝系运行风险评价

病险坝会严重地威胁到人民生命和经济财产安全,因此淤地坝运行风险的识别和研究尤为重要.选取宁夏西吉县车路沟坝系为研究对象,分别提取并建立一套相对完整的单坝及坝系运行风险评价指标体系,结合改进层次分析法计算指标权重,对各坝7个暴雨重现期下的运行风险及坝系300年一遇情景下的运行风险进行了评价.结果表明:随着重现期的增加,车路沟、前咀骨干坝以及东庄湾中型坝的风险等级发生了不同程度的变化,需重点关注;当遭遇300年一遇暴雨时,西吉车路沟流域运行风险值由高到低依次是:王昭单元＞前咀单元＞流域坝系＞大坪单元＞盘路湾单元,各淤地坝单元以及流域坝系均处于运行安全状态.本研究整体上实现了单坝,淤地坝单元以及流域坝系的运行风险评价,为该地区的淤地坝安全预报预警提供一定的借鉴和参考.     

宁夏风蚀气候侵蚀力时空演变及影响因素分析

[目的]揭示宁夏回族自治区风蚀气候侵蚀力(C值)的时空演变特征,阐明宁夏气候对风蚀的影响及因素,进而为宁夏风蚀评估提供科学依据。[方法]基于宁夏及周边气象站1965—2019年的观测数据,根据FAO风蚀气候侵蚀力计算公式,利用Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变点检验、Morlet小波分析及随机森林等方法,开展了宁夏风蚀气候侵蚀力时空演变及影响因素的研究。[结果](1)宁夏多年平均C值为23.8,在年尺度和季节尺度上呈现可持续的显著减少趋势,且春冬季高、夏秋季低。(2)多年平均C值在空间上呈现中北部高、南部低的分布,显著减少的站点共8个,且均呈现可持续性。(3)除夏季尺度外,其他季节尺度和年尺度的C值均在2003年前后发生显著突变,且均存在一个30 a左右的主周期。(4)影响C值最主要的因子是风速,其次是降水量、相对湿度、热力因子、太平洋年代际振荡指数。[结论]宁夏属于干旱半干旱地区气候侵蚀力较弱的区域,风速是影响宁夏C值最主要的因子。