黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展

枯枝落叶层是林地垂直结构中参与水文循环过程的重要作用层,在涵养水源和保持水土中发挥着重要作用。黄土高原经过20年植被快速恢复,枯落物覆盖使近地表植被特征和生态过程变化明显,这必将影响地表土壤水分入渗、产汇流等水文和土壤侵蚀过程。为全面掌握黄土高原地区林地枯枝落叶层的水土保持效应研究动态,系统回顾了林地枯枝落叶层在凋落动态、蓄积量变化、截留降雨、阻延地表径流、提高土壤抗蚀抗冲能力和增加土壤入渗等方面的研究历史。分析了目前林地枯枝落叶层研究中存在的若干问题,提出未来黄土高原地区应加强野外坡面枯落物原位长期监测和降雨试验研究,开展多地貌、多尺度研究,关注天然林和人工林枯枝落叶层水土保持功能的对比研究,以及水文物理过程模型建立和参数确定,并重视林地枯枝落叶层的保护和监管。     

基于Copula分析生态恢复对黄土高原水沙频率耦合关系的影响

为探讨黄土高原水土流失持续治理（P1,1960—1979年;P2,1980—1999年）及退耕还林（草）（P3,2000—2019年）不同阶段水、沙频率耦合特征及演变,基于典型黄土丘陵沟壑区北洛河上游刘家河站1960—2019年的径流量与输沙量实测日数据,采用Copula函数等方法进行水、沙频率统计和模拟。结果表明：（1） Gumbel-Houggar Copula函数能很好地模拟上游水、沙联合概率分布。（2）从P1~P3阶段,5~100年各重现期径流、输沙数量均显著降低,各设计频率的水沙数量在发生概率上的异步性增强。（3）水土流失治理和生态环境建设对黄土高原生态水文过程的影响主要表现在大幅降低20年以上重现期水、沙极端事件发生的概率。黄土高原大幅度的生态恢复在区域尺度上已经表现出减水更减沙、调节水、沙极端事件发生概率等良好的生态功能。     

山西省焦化企业空间分异特征及其对种植区农作物产量的影响

焦化工业是山西省重要的支柱产业,但目前针对山西省焦化企业空间分异特征及其对种植区农作物影响的研究尚未见报道。本研究采用文献资料收集法、最邻近指数、核密度指数、标准差椭圆与Pearson相关分析等方法,借助ArcGIS、SPSS与Microsoft Excel等软件,以2016年山西省规模以上焦化企业为研究对象,对其数量、产量等空间分异特征及其对种植区农作物可能存在的潜在风险进行初步分析。结果表明:山西省焦化企业具有显著的空间集聚分布特征,多数规模较大的焦化企业集中分布于中南部的孝义市、介休市、洪洞县等县(市),并在这些区域形成了明显的焦化工业集聚区,其产量占到全省焦炭总产量的70%,总体上呈非均衡分布的空间格局;焦炭产量与PM2.5、SO_2、NO_2、PM10浓度值和CO百分位数等当地空气质量监测指标呈正相关,与秋粮、谷类、薯类、豆类产量呈负相关,焦化生产会对当地的农业及人体健康造成潜在威胁。本研究结果对指导山西省焦化行业与农业的持续和谐发展具有一定的参考价值。     

子午岭地区植被演替的土壤碳汇效应

为明确黄土高原地区植被长期恢复的土壤碳汇效应,采用时空互代的方法,研究子午岭地区150年以来8个植被演替序列的土壤有机碳含量及储量的变化特征,分析影响土壤有机碳储量变化的植被因素。结果表明:从农地演替到气候顶级辽东栎(Quercus wutaishanicaMary.)群落,土壤有机碳含量和储量明显增加,表现为演替前期(草本群落)快速增加,后期(乔木群落)趋向稳定的变化特征。剖面上来看,随着土层加深,土壤有机碳含量迅速减少。0—5 cm土层土壤有机碳含量与5—20,20—40 cm土层差异显著(P＜0.05),表明土壤有机碳积累存在明显的表聚效应。枯落物蓄积量与细根生物量均随演替时间呈现出增加的变化特征,前者更有利于提高土壤有机碳储量。0—5 cm土层与0—20 cm土层土壤有机碳储量与演替时间均存在极显著的幂函数关系,不同土层之间土壤有机碳储量线性相关关系显著(P＜0.001)。植被长期演替具有显著的土壤碳汇功能。未来黄土高原地区林、草地的恢复应根据植被带的分异规律,促进自然演替,以进一步提升该地区的土壤碳汇潜能。     

退耕还林(草)背景下黄土丘陵沟壑区农业生态经济系统耦合发展态势——以陕西省吴起县为例

[目的] 探究黄土丘陵沟壑区农业生态经济系统的耦合协调关系与演变趋势,对科学评价该地区生态经济效益、实现农业生态经济协调与可持续发展具有重要意义。[方法] 以陕西省吴起县为研究对象,基于农业生态与农业经济数据,构建农业生态经济系统评价指标体系,运用熵权法、耦合协调度模型和耦合度模型分析了农业生态与农业经济的综合评价指数、耦合协调状态及耦合度演变趋势。[结果] 1990—2019年,吴起县农业生态综合评价指数呈现先下降后上升的发展趋势,农业经济综合评价指数经历较快速上升—稳定发展—快速上升的发展过程;耦合协调度指数由0.29上升至0.63,反映了该地区农业生态与农业经济的协调发展不断增强,耦合协调状态由轻度失调演变为初级协调水平;耦合度表现为先下降后上升趋势,系统由耗损发展阶段过渡到协调发展阶段,说明吴起县农业生态经济系统不断趋于协调发展的态势。[结论] 在丘陵沟壑区,我们应该继续以生态保护为基础,优化产业结构,调整生态与经济的发展关系,更好地实现农业生态环境与农业经济的协调发展。     

1990-2013年洋河流域土地利用景观格局的粒度效应

为测度景观格局指数在时空上随粒度变化的特征,总结相同景观在不同粒度下的景观特征差异,基于1990、2000、2013 年洋河流域的土地利用数据,在斑块类型与景观水平上选择景观格局指数,利用GIS 技术和Fragstats 软件,在20~400 m粒度范围内探讨流域不同时期景观格局指数的粒度效应,并对景观格局指数进行敏感度与函数拟合分析。结果表明：在斑块类型水平上,随粒度增大,1990—2013年洋河流域6 种土地利用类型的归一化形状指数(NLSI)、聚合指数(AI)、聚集度指数(CLUMPY)均呈二次多项式函数减小,耕地、林地、城乡建设用地的斑块密度(PD)呈二次多项式函数减小,未利用土地的PD呈线性函数减小;对粒度响应最敏感的景观格局指数是水域的有效粒度面积(MESH)与城乡建设用地的NLSI,受粒度影响最大的土地利用类型是水域;2013 年洋河流域未利用土地的AI、CLUMPY、MESH与平均形状指数(SHAPE_MN)皆小于1990、2000 年,但其NSLI 值却高于1990、2000 年,城乡建设用地的这些景观格局指数的年间差异与未利用土地相反;2013 年洋河流域未利用土地和城乡建设用地的PD 值均高于1990、2000 年。在景观水平上,洋河流域的PD 与LSI 对粒度响应最敏感,景观丰度(PR)不随粒度变化而变化,但是香农多样性(SHDI)、香农均匀度(SHEI)、形状变异系数(SHAPE_CV)随粒度变化而变化复杂。在景观水平上,1990—2013 年洋河流域的SHAPE_MN、平均分维数(FRAC_MN)、AI、蔓延度(CONTAG)、PD、景观形状指数(LSI)与凝聚度(COHESION)随粒度变化的曲线较接近。洋河流域的景观指数具有明显的粒度效应,不同时期的景观格局指数对粒度变化的响应不同,景观类型对空间粒度变化的响应也有所不同,本研究可为流域景观格局变化研究提供参考。     

黄土高原不同地貌类型区植被恢复潜力及其土地利用变化

黄土高原1999年开始的退耕还林（草）工程，对植被覆盖与土地利用结构产生了深刻影响，评估黄土高原未来植被恢复潜力、植树造林适宜区以及土地利用变化，对黄土高原生态保护和高质量发展具有重要意义。该研究基于北洛河流域2020年下垫面状况，借鉴"相似生境法"，对不同地貌类型区的未来恢复潜力、植树造林适宜区与土地利用变化进行了分析。结果表明：1）丘陵沟壑区目前平均植被盖度为61.9%，未来20~30 a仍有9.2%左右的上升空间，植被可恢复土地面积约占丘陵区的36.4%。土石山林区尚有11.5%的土地面积具有恢复余地，高塬沟壑区与阶地平原区植被盖度恢复余地很小。2）未来土地利用变化面积主要集中在丘陵沟壑区，与2020年相比，其耕地将减少47.4%，而林地与草地会增加0.7%与15.8%。土石山林区耕地将减少23.0%，林地与草地分别会增加0.2%与36.0%。3）基于"适地适树"原则下的情景模拟，高塬沟壑区与阶地平原区分别有279.16、233.73 km2面积可植树造林，而丘陵沟壑区大片可退耕土地适宜于自然恢复。结果表明，丘陵沟壑区仍是未来生态恢复重点关注区域，是黄河流域生态保护和高质量发展的热点区域。