甘肃白龙江流域生态系统土壤保持功能时空变异及其影响因子

土壤保持是生态系统提供的调节服务之一,在缓解区域侵蚀和维持生态安全等方面发挥着重要作用。基于InVEST模型和地理探测器等方法,开展了甘肃白龙江流域生态系统土壤保持功能时空变异及其影响因子分析。结果表明:（1）2002—2014年流域生态系统土壤保持功能不断增强,但空间格局变化不大;（2）各土地利用类型、海拔、坡度及坡向上土壤保持功能均有所提升,且保土功能增幅表现出随海拔抬升而减小,随坡度递增而增加的趋势;（3）降水量变化是流域土壤保持功能变化的主要因素,其与农作物单产变化、土地利用类型变化分别交互后的因子影响力较大。由于降水具有不可控性,因此,降低人类农业活动干扰,增加植被覆盖有利于甘肃白龙江流域土壤保持功能的提高。研究结果可为西北山地流域土壤保持和生态系统管理提供参考。     

基于InVEST模型的祁连山地区土壤保持功能时空演变及驱动因素分析

[目的] 探讨祁连山地区土壤保持服务时空变化特征及空间异质性影响因素,为该区生态保护与可持续发展提供科学参考。 [方法] 基于2005—2020年4期土地利用数据,结合地形、土壤和气象数据,运用InVEST模型及地理探测器方法,模拟土壤保持服务、探究土壤保持量时空变化特征及其价值,对其空间异质性进行归因分析。[结果] ①祁连山地区2005—2020年土壤保持量变化区间为5.02×10⁹～7.89×10⁹ t,呈下降趋势;土壤保持量在空间分布上表现为东南高西北低,高值区均集中在研究区青海湖东侧和祁连山脉区域。 ②不同土地利用类型中,草地土壤保持总量最大,林地土壤保持强度最大;土壤保持强度随海拔增加呈先增后减的单峰曲线,随坡度增加呈线性增大。 ③研究区年均土壤保持服务价值为3.912×10¹³元,以保持土壤肥力的价值E₁为主。 ④地理探测结果显示：坡度和土壤类型对土壤保持空间异质性的解释力最高,整体上以植被覆盖度和土壤类型交互作用解释力最高。 [结论] 坡度和土壤类型共同作用于植被覆盖度。植被覆盖度为影响土壤保持服务空间异质性的主导因子,应将部分耕地转为草地或林地,加大生态保护力度,提高植被覆盖度,减少水土流失,增加土壤保持能力,从而改善生态环境。     

哈尔滨市土壤保持服务价值时空演变及其驱动力

[目的] 土壤侵蚀是全球性的重要环境问题,严重制约了人类的生产和生活。定量研究土壤保持服务价值为区域水土保持措施的制定,哈尔滨市水土保持功能分区规划提供科学依据。[方法] 基于InVEST模型泥沙输移比例模块,对哈尔滨市2000,2010,2020年的土壤侵蚀量和土壤保持量进行评估,借助空间自相关法分析土壤保持量的空间聚集类型,并利用参数最优地理探测器揭示其空间异质性形成的驱动力。[结果] ①2000,2010,2020年哈尔滨市土壤保持量分别为2.18×10⁹,2.07×10⁹,2.77×10⁹ t,呈现先减少后增加的趋势,整体呈现"西低东高"的空间分布格局; ②土壤保持量呈现强烈的空间正相关,以低-低聚集和高-高聚集类型为主,低-低聚集类型面积呈现下降趋势,而高-高聚集类型则呈现先降低后上升的趋势; ③高程、降水量和坡度对哈尔滨市土壤保持量空间异质性的解释力最强,平均解释力分别为0.225 9,0.198 9,0.180 4,其中坡度和降水量与其他因子的交互作用,是研究区解释力最强的交互因素。[结论] 哈尔滨市应加强对城市西部和松花江沿岸的水土治理,同时维持城市北部和东部良好的水土状况,避免大规模的人类干扰活动。     

赣南地区土壤保持功能的时空变化特征

[目的]分析赣南地区土壤保持功能时空特征,为提升该区土壤保持能力和维护南方丘陵生态安全屏障提供科学依据。[方法]利用InVEST模型,计算2000,2010,2018年赣南地区不同土地利用类型、不同高程、不同坡度、不同县域的土壤保持强度,分析土壤保持强度与NDVI空间相关性和赣南地区土壤保持功能时空特征。[结果](1)2000—2018年,研究区耕地、灌林地、水域和未利用土地面积都处于减少趋势,城镇用地和农村居民地面积都有较大的增长。(2)土壤保持强度由189.93 t/(hm²·a)上升为190.50 t/(hm²·a),其中有林地土壤保持强度最高,并由259.85 t/(hm²·a)上升为262.03 t/(hm²·a)。(3)赣南地区土壤保持强度呈现四周高、中部低的分布格局,随海拔升高先升高再降低,随坡度升高而升高。(4)土壤保持强度与NDVI在双变量局部空间自相关分析中呈现显著正相关(p<0.01),高高集聚区在赣南地区北部、西部及南部;高低集聚区为中部地区(于都县);低低集聚区为高经...     

子午岭地区土壤保持服务时空变化及其影响因素

土壤保持是黄土高原首要的生态系统服务功能,对于黄土高原地区生态经济可持续发展至关重要,开展该区域的土壤保持变化和影响因素研究十分必要。基于退耕还林还草背景,综合使用InVEST泥沙输移比模块、空间自相关、地理探测器等方法模型对2000—2017年子午岭地区土壤保持服务时空变化及影响因素进行了分析。结果表明:2000—2017年,子午岭地区大量耕地转为林地和草地,土壤保持服务有所增强,其中林地的单位面积土壤保持量最高;土壤保持随海拔呈先增后减趋势,随坡度的增大而增大,区内西坡和东坡处土壤保持量最高;子午岭地区土壤保持变化的空间自相关程度高,空间聚集类型主要有高高型和低低型,高高聚集区位于东北部,低低聚集区主要分布在西北部。地理探测结果显示,因子变化对土壤保持变化均起交互增强作用,高高聚集区受NDVI变化的作用最大;低低聚集区主要受降水和土地利用强度变化的影响,不显著区域受各因子的影响微弱,整个子午岭地区土壤保持变化主要受降水、GDP密度、还有人口密度和NDVI变化的影响。     

延河流域典型治理阶段的土壤保持功能时空变化及驱动因素分析

[目的]探究黄土高原所进行的退耕还林(草)及治沟造地等典型治理工程的生态系统水土保持功能时空变化及其驱动因素,对于黄土高原进一步发展具有重要指导作用。[方法]通过构建延河流域InVEST生态服务功能模型和地理探测器的方法,在验证的基础上,研究了典型治理阶段流域的生态系统土壤保持功能。[结果](1)在时间变化上,与退耕还林前(1990—2000)相比,退耕还林期(2000—2010)和退耕还林+治沟造地期(2010—2017)的多年平均土壤保持量分别增加了32.29%,55.61%,年均增加4.92×10⁶ t;(2)在空间分布上,林草地和治沟造地的面积增加区域与土壤保持量增加区域具有一致性,治沟造地工程使得延河流域耕地整体的土壤保持能力提高,单位造地面积的土壤保持量增加7 t/hm²。土壤保持量随坡度、高程的增加呈现先增加后减少的趋势,在海拔1 200～1 500 m,坡度15°～25°范围内土壤保持总量占年总土壤保持量比例较高。[结论]土地利用类型的变化是影响土壤保持空间分布格局的主要驱动因子。延河流域土壤保持功能时空变化的驱动因素分析为黄...     

辽宁省2001-2020年水源涵养量变化及其影响因素

[目的]探讨辽宁省水源涵养量时空变化特征及其影响因素,为水资源合理开发利用及水源涵养功能恢复提供可视化评估依据。[方法]基于InVEST模型产水量模块,评估辽宁省2001—2020年水源涵养量时空动态变化状况,采用相关分析和地理探测器探索水源涵养的主要影响因素。[结果] 2001—2020年辽宁省年均水源涵养量总体呈波动上升趋势,多年平均值为95.28 mm,增长速率为13.35 mm/(10 a);水源涵养量呈由东向西递减的空间分布特征,丹东市、抚顺市和本溪市水源涵养量较高,盘锦市、锦州市、阜新市和葫芦岛市水源涵养量较低。[结论]水源涵养量与降水量、地表水资源量、山区入渗量和林地比例呈显著正相关,与蒸散量、气温、地块破碎度、建设用地比例呈显著负相关。气候因子及土地利用因子是影响辽宁省水源涵养量空间分异的主导因素,单因子解释力0.6以上,多因子交互作用强于单因子作用,其中降水、蒸散与各因子的交互作用解释力达0.92。     

长吉图地区土壤保持服务功能时空变化与供需匹配

[目的]依据长吉图地区土壤保持服务功能时空变化及其供需匹配特征,辨别区域内不同土壤修复治理需求,为推进区域土壤生态环境保护有效落实提供科学依据。[方法]利用InVEST模型,定量评估2000,2010,2020年3期长吉图地区各地市、县区的土壤保持服务功能,分析土壤保持服务供需及其时空变化匹配状态关系,以识别亟需采取针对性管理的优先区域并制定土壤整治策略。[结果] 2000—2020年长吉图土壤保持强度为0.00～2 590.42 t/km²,减少侵蚀服务功能为0.00～1 544.23 t/km²,泥沙持留服务功能为0.00～2 452.20 t/km²,区域间土壤保持服务水平差异显著,具有明显的时空分异特征;研究区供需匹配情况较平衡,未出现低供给高需求匹配类型;区域土壤保持服务供需变化匹配关系包括供需同增/供增需减可持续,供需同减/供减需增不可持续4种类型。亟需治理的不可持续区域比例逐年扩大,截至2020年分别为68.15%(减少侵蚀),72.57%(泥沙持留),集中于研究区东侧以及西侧的中间部分,土壤保持服务弱化显...     

2001-2100年黄土高原植被变化的土壤保持功能时空演变

基于LPJ-GUESS模型模拟分析2001—2100年黄土高原植被变化的土壤保持功能的时空演变及变化趋势,以期为该区制定适应气候变化的植被管理与侵蚀防治策略提供依据。结果表明:(1)2001—2100年黄土高原的土壤保持功能整体呈现东南高、西北低的分布特征。(2)2001—2020年黄土高原西部高海拔地区、东部五台山地区及西北部地区的土壤保持功能显著上升,SSP119情景下西部祁连山脉地区显著上升,中部少部分地区显著下降,SSP585情景下北部大部分地区显著上升。(3)2001—2020年黄土高原中部地区的土壤保持功能显著突变,SSP119情景下中南部及西部地区显著突变,SSP585情景下除南部以外的大部分地区显著突变。西部高海拔地区植被所带来的土壤保持功能下降,应该加强这部分地区的植被管理,比如科学种植适宜的植被。动态植被模型可以刻画气候变化下植被结构的动态变化,使土壤保持功能模拟得更精确,可采取类似LPJ-GUESS这样的动态植被模型在全球其他地区开展相应的研究。     

横垄覆膜对丹江口库区土壤净氮矿化的影响

以丹江口库区五龙池小流域玉米黄棕壤为例,利用原位矿化试验,通过与横垄无覆膜土壤比较,研究横垄覆膜对土壤净氮矿化的影响。结果表明:玉米苗期中期和拔节期前期,横垄覆膜土壤净氮矿化量与无覆膜土壤相比分别降低7.8%~57.0%和2.2%~52.8%;玉米拔节期后期、抽穗期和成熟期,横垄覆膜土壤净氮矿化量比无覆膜土壤分别提高352.9%~703.3%,52.5%~311.0%和15.2%~334.8%。横垄覆膜土壤净氮矿化量在玉米苗期、拔节期、抽穗期和成熟期与土壤含水量、温度和全氮间均存在较强度关联关系(0.6灰色关联度≤0.8)。逐步回归分析表明,横垄覆膜土壤净氮矿化量在玉米苗期与土壤温度间呈最优线性关系(F=7.205,P=0.023);在玉米拔节期与土壤含水量和温度间呈最优线性关系(F=36.861,P=0.001);在玉米成熟期与土壤含水量间呈最优线性关系(F=42.438,P=0.007)。     

南阳市丹江口库区及上游水土保持生态建设剖析

南阳市丹江口库区及上游流域水土流失严重,水环境条件恶化,其水土保持在采取工程措施治理的同时,充分依靠大自然的力量开展生态的自我修复工作,促进人与自然的和谐,加快水土流失的防治步伐,从而实现该地区的经济可持续发展和环境保护的可持续发展,确保丹江口库区的长久治安,保证水源区长期稳定达到南水北调中线工程水源地水质保护要求。     

丹江口库区不同降雨类型下典型植被措施的水土保持效应

为了进一步研究丹江口库区不同降雨类型下植被措施控制土壤侵蚀的效果,以丹江口库区典型生态修复小流域为研究对象,采用坡面径流小区观测法,基于长期野外原位监测的降雨和径流泥沙数据,以裸地为对照,研究不同降雨类型下典型植被恢复措施[柏树林(Cupressus funebris, CF)、枇杷林(Eriobotrya japonica, EJ)和紫花苜蓿草地(Medicago sativa, MS)]对坡面产流产沙和土壤侵蚀的影响,分析植被措施的水土保持效应对降雨类型的响应特征。结果表明：(1)中历时、中雨量、小雨强降雨(雨型Ⅲ)是研究区常见的降雨类型,短历时、小雨量、大雨强降雨(雨型Ⅰ)和长历时、大雨量、中雨强降雨(雨型Ⅱ)发生的频率相对较低,但雨型Ⅰ所导致的土壤侵蚀最为严重,占总侵蚀量的46.79%以上,降雨量和最大30 min雨强(I₃₀)是控制该区域土壤侵蚀的关键降雨因子。(2)植被措施均具有显著的水土保持效应,减流减沙效益依次为紫花苜蓿草地>柏树林>枇杷林。相比于裸地,紫花苜蓿草地径流系数减少54.07%,含沙量减少50.80%,土壤侵蚀量减少65.4...     

基于InVEST模型的低山丘陵区土壤侵蚀变化与驱动因素分析

山区最为严峻的生态威胁为土地不合理利用导致的水土流失。为探究山区水土流失时空分布规律及驱动因素,以迁西县为例,利用GIS与InVEST模型定量估算研究区的土壤侵蚀时空变化特征,并通过地理探测器剖析土壤侵蚀的主要驱动因子,以期为区域社会经济与生态环境协调发展提供决策支撑。结果表明:(1)1990年、2000年、2010年与2020年的土壤侵蚀量分别为1.25×10⁷ t,1.41×10⁷ t,1.77×10⁷ t与2.00×10⁷ t,呈不断上升趋势,且在空间上均呈北高南低的分布格局;(2)土地利用类型是土壤侵蚀的最主要驱动因素,工矿用地与未利用地是区域土壤侵蚀风险较高区域,其他因子作用由强至弱依次为坡度、土壤类型、植被覆盖度、降雨;(3)因子间交互作用结果对土壤侵蚀的解释力均大于单一因子的解释力,其中用地类型与其他因子的交互结果对土壤侵蚀的解释力最强。基于以上分析,文章最后提出水土流失治理的措施:加强工矿用地生态修复整治与未利用土地生态保护,植树造林增强其地表植被覆盖度; 控制板栗经济林扩张规模,恢复林下草皮,>25°坡耕地退耕还林还草。     

三峡库区农户水土保持行为类型及其机理

[目的]分析三峡库区农户水土保持行为的类型、特点、机理和主要效果,为区域水土保持和生态环境建设决策提供依据。[方法]对三峡库区(重庆段)5个区县113户农户进行了问卷调查和重点访谈,运用调查数据分析库区农户水土保持行为类型及其机理。[结果]三峡库区农户水土保持行为主要分自觉自愿型和政策引导型两大类。自觉自愿型是农户创造性地适应环境、保护耕地,降低投入、增加收入,以农户耕地管理和保护性耕作行为为主,农户的水土保持需求形成农户水土保持动机,产生了开挖边沟背沟、挑沙面土、大横坡+小顺坡耕作、等高耕作、免耕、反坡挖地、作物间作套种、种植植物篱和药物除草等行为。其中,间作套种、开挖边沟背沟、大横坡+小顺坡耕作和挑沙面土4项耕作行为在库区推广较好。政策引导型行为是农户受国家水土保持政策引导而参与水土保持生态建设,是国家战略需求和农户实际需要的有机结合,可以细分为三种类型,一是劳务报酬类,农户参与坡改梯等水土保持工程建设并获得劳务报酬。二是经济补偿类,农户响应国家水土保持生态建设号召,采取退耕还林等行为并获得一定补偿。三是资金补贴类,农户在政府资金前补助或后补助情况下修建塘库、道路等水土保持设施。[结论]三峡库区农户水土保持经验丰富,各种水土保持行为均具有较好效果,值得在小流域治理等水土保持生态建设中推广。     

2003-2017年陕西省NDVI时空变化及其影响因素

[目的] 研究影响陕西省植被覆盖主导气候类和非气候类因子,为区域生态文明建设提供科学依据。[方法] 基于2003—2017年MODIS NDVI数据,利用趋势分析和地理探测器模型等方法,研究了气候类和非气候因素对陕西省植被覆盖的影响。[结果] ①2003—2017年陕西省NDVI空间分布总体上为改善趋势,但在不同植被类型区和生态区有所差异。②降水是影响陕西省植被覆盖空间分布的主导气候类因素,其他因素对当地植被覆盖影响程度有所差异。③降水与气温、日照、风速、相对湿度的交互作用对陕西省植被覆盖空间分布起主导作用。且气温的作用只有在和降水的交互作用下才能体现出来。④植被类型和地貌是陕西省植被覆盖空间分布的主导非气候类因素,其他因素的影响有所差异。⑤植被类型、地貌和土壤类型之间的交互作用对陕西省植被覆盖空间分布起主导作用。人口、GDP的影响也只有在与其他因素的交互作用下才能显现出来。[结论] 气候类因素的影响大于非气候类因素,气候类和非气候类因素的共同作用能够充分的解释植被覆盖空间分布。