黑龙江省拜泉县水土保持新进展与效益评价

[目的]对黑龙江省拜泉县近年来的水土保持工程保土效益定量进行评价,为进一步的水土保持规划和生态环境建设提供科学参考。[方法]通过对拜泉县2008—2015年水土保持工程实施情况的调查分析,利用遥感影像解译土地利用,采用土壤侵蚀模型计算工程实施前后的土壤流失量评价拜泉县水土保持工程保土效益。[结果]2011—2015年该县土地利用变化不大,总体由耕地向居民点及工矿交通用地和林地流转,水土流失总面积减少193.8km^2,生态环境有所好转。2008—2015年,新增实施水土保持措施总面积103.49km^2,通过实施梯田、地埂植物带和改垄措施,共计保土507 338.86t,其中2008—2010年占总保土量的3.80%,2011—2015年保土量逐年递增,2015年占总保土量的34.04%。所有年份合计,梯田的保土量最多,占总保土量的40.21%,其次为改垄和地埂,分别为37.23%和22.56%。[结论]拜泉县水土流失综合防治工程效益显著,为进一步提高水土保持效益,应优化水土保持措施的分布,扩大梯田和地埂面积。     

基于WoS平台的中外水土保持研究计量学比较分析

[目的]对比分析中外水土保持研究的文献增量趋势、学科分布、机构和作者的合作网络以及水土保持研究热点,为中国相关领域学者、科研机构以及政府管理部门在加强国际科研合作以及关注农业农学问题研究等方面提供科学有益的参考。[方法]以Web of Science(WoS)数据库1986—2015年中外水土保持文献数据为对象,以知识图谱的方式,运用CiteSpace计量学分析软件对引文数据进行了分析和处理。[结果]中外水土保持研究文献总量均呈稳定增长趋势;美国、中国、澳大利亚占据了文献产出国家排名的前3位,欧洲高产国家最多;总体学科领域跨度较大,新兴学科增长明显;中外机构合作联系紧密,树状图谱枝杈丰满,形成了以中国、美国为重要产出节点的合作生态链;比利时的佩森(Poesen J)、戈韦尔(Govers G)等学者产出最多,且在各国学者合作中起到了重要的桥接作用。[结论]中外在水土保持研究热点上十分接近,土壤侵蚀、径流和建模是中外频次最高的研究热点关键词。     

北京市门头沟地区不同水土保持措施的减水减沙效益

[目的]评价北京市门头沟区水土保持措施的减水减沙效益,为区域水土保持措施的环境效益评估和土壤侵蚀预报参数选择提供依据。[方法]根据2005—2009年北京市门头沟区龙凤岭水土保持科技示范园内8个径流小区的产流产沙数据,对不同水保措施的蓄水减沙效益进行分析。[结果]坡长不同的径流小区年径流深和土壤侵蚀模数差异显著;梯田和树盘都具有很好的水土保持效益,其减水效益分别达到77.6%和81.0%,减沙效益分别达到84.3%和77.4%;梯田和树盘的影响因子分别为0.17和0.23,玉米、大豆和京白梨的影响因子分别为0.97,0.35和0.85。[结论]研究区内工程措施较植物措施具有更好的水土保持效益,且两者相结合的水土保持效益最佳。     

植物生物力学特性在水土保持领域的研究进展与热点

[目的] 植物生物力学特性是水土保持植物措施研究的重要内容,在固土保水,阻流拦沙等方面发挥着重要作用。利用CNKI和Web of Science数据库检索植物生物力学特性相关文献,分析植物生物力学特性在水土保持研究领域的进展和未来发展趋势。[方法] 通过Citespace和VOSviewe软件对年发表论文数、热点期刊、主要研究国家、主要研究作者、关键词等进行可视化展示。[结果] 1990—2010年植物生物力学特性在水土保持领域研究的发文量较少,2010年以后,国内和国外的发文量都出现明显增长。在国际上,美国发表论文数位居首位,中国发文量位居世界第二,但研究成果的国际影响力还有待提升。国内形成了以胡夏嵩、格日乐、刘静、陈丽华为首的4大研究团队,国际上目前尚未形成权威的大型团队。[结论] 国内研究主要聚焦于沙漠植物和坡面植物生物力学特性分析,侧重于植物生物力学特性对其防风抗蚀作用的影响,国际上对坡面植物根系加筋作用、沙漠先锋植物防风抗蚀作用、水生植物的衰减波浪的作用均进行了研究,研究内容更加多元化。     

小流域综合治理水土保持碳汇能力监测评价——以福建省长汀县罗地河小流域为例

[目的] 监测并评价土壤和植被的碳汇,为实施水土保持项目碳汇动态监测和评价提供技术和方法,为水土保持项目参与碳排放权交易与研究制定相关规则提供理论和方法支撑。[方法] 采用实地采样分析、激光雷达、遥感等相关参数,核算福建省长汀县罗地河小流域2001—2022年植被碳库和土壤碳库的储碳量,评价小流域水土保持各治理措施的碳汇能力。[结果] ①21 a综合治理后,罗地河小流域各种水土保持措施均有显著提升碳汇的作用和能力,小流域碳储量增加3.97×10⁴ t,年均增长1.89×10³ t/a。②碳库角度上看,2001—2022年土壤和植被的碳储量分别增加73.73%和346.41%。小流域碳汇量达到3.05×10⁴ t,其中土壤碳汇1.66×10⁴ t,植被碳汇1.39×10⁴ t。③各种措施提升碳汇增量的能力存在差异,其中板栗和施肥马尾松林增汇最为明显,其次是针阔混交林、抚育管护马尾松林、水平阶整地马尾松林,最后是封禁治理及杨梅。[结论] 各种水土保持措施的保碳、固碳和增汇作用明显,而板栗和施肥马尾松林等实施整地、造林、配以施肥养育措施的林地碳汇能力增加更加显著,是提高保土持水效益,增加碳汇量的有效措施。     

基于集对分析模型的水土保持工程效益后评价研究

[目的]建立一个科学合理的水土保持效益后评价指标体系对水土保持工程进行效益评价,为小流域的生态治理提供科学后评估依据。[方法]综合分析小流域水土保持工程特性和影响水土保持工程效益的关键因素,识别和选取水土保持工程效益后评价的13项关键指标,建立小流域工程效益后评价指标体系,运用层次分析法和熵值法改进评价指标的权重,结合评价指标数据和指标评价标准应用改进的集对分析模型开展工程效益后评价研究。[结果]改进的集对分析模型结果表明,评价指标体系中水保效益、生态效益、社会效益,流域水土保持工程效益评价总体处于2级水平,流域治理的成效显著、可供开发的空间和潜力较大。[结论]该方法是一种有效地针对小流域的水土保持工程效益评价的新方法。在构建水土保持工程效益后评价指标体系的基础上,将该方法运用到水土保持工程效益后评价中,基本达到了预期的研究目的。     

基于RUSLE的引黄入晋北干线沿线地区土壤侵蚀定量研究

[目的]分析引黄入晋北干线沿线地区土壤侵蚀时空分布特征及其主控因子,为当地水土保持和生态环境建设提供科学的理论依据。[方法]以引黄入晋北干线沿线地区为研究区,基于GIS和RS技术,利用2005,2010,2015年3期Landsat遥感影像,DEM,LUCC,月降水资料,计算土壤侵蚀模数,并分析研究区土壤侵蚀强度的时空变化特征及与主控因子间的关系。[结果]2005,2015年为轻度侵蚀,2010年为中度侵蚀,从2005—2010年土壤侵蚀模数增长80.91%,2010—2015年土壤侵蚀模数降低47.87%,呈先增后减,总体减小的趋势;以北干线为界,界线两侧土壤侵蚀差异显著,朔州市辖区的土壤侵蚀面积和土壤侵蚀量最大。R因子与土壤侵蚀呈正相关,当土壤类型为栗褐土,坡度为8°~15°,土地利用类型为耕地时土壤侵蚀面积最大,当坡度大于25°,土地利用类型为草地和林地时土壤侵蚀量最高。[结论]引黄入晋北干线的施工加剧了沿线地区土壤侵蚀,降雨、土壤类型、坡度、土地利用类型作为主控因子与该地的土壤侵蚀分布联系紧密。因此应确定水土保持重点区域,有针对性地制定水土流失防治措施,改善生态环境。     

基于土地利用变化的陕西省县域碳排放时空变化及影响因素研究

[目的] 分析2000—2020年陕西省县域碳排放时空变化和影响因素,为陕西省生态文明建设和实现低碳可持续发展提供参考。[方法] 利用社会经济数据和土地利用数据,构建碳排放估算模型,核算了2000—2020年陕西省县域碳排放总量,分析了陕西省碳排放时空分布格局与演化特征,并通过地理加权回归(GWR)模型探究了碳排放的影响因素。[结果] ①总量上,2000—2020年陕西省碳排放量总量呈上升趋势,从2000年的3.30×10⁷ t增长至2020年的1.93×10⁸ t,历经“大幅增长—缓慢增长”两个阶段。②空间上,2000—2020年陕西省碳排放量中心逐步向东北方向移动,空间分布范围呈现扩张态势,热点区主要分布在榆林市北部县域、西安市和咸阳市辖区的周边部分县域,冷点区主要分布在佛坪县和石泉县。③影响因素上,人均GDP值、土地利用程度和人均社会零售总额与陕西省各县域碳排放量呈正相关,产业结构与陕西省60.74%县域碳排放量呈负相关,人口密度与陕西省92.52%县域碳排放量呈负相关。[结论] 建议通过制定差异性区域碳减排方案,优化土地利用结构,控制建设用地增长规模,提高公众低碳环保意识等方式促进陕西省县域低碳发展。     

基于人工模拟降雨试验的垄作区田水土保持效益的变化研究

[目的]研究垄作区田在不同降雨条件下发生溢流和损毁的情况和水土保持效益的变化,为实施垄作区田的适宜条件评价和水土保持效益的评价提供依据。[方法]对垄作区田和顺垄耕作实施不同雨强的人工模拟降雨实验,分析二者的产流产沙过程和水土保持效益变化。[结果]雨强大于60mm/h时,区田有溢流产生,但土档不会损毁,水土保持效益略有降低;雨强大于60mm/h时,区田土档在溢流后很快损毁,水土保持效益有明显的下降。区田未损毁情况下的蓄水效益为87.5%,保土效益为88.2%;区田损毁后的蓄水效益降至34.1%,保土效益降至21.0%。[结论]垄作区田在60mm/h雨强下具有良好的水土保持效益,超过60mm/h时,由于土档在溢流后容易损毁,从而使其水土保持效益显著下降,丧失了拦蓄径流和泥沙的能力。     

2000-2018年赣江上游植被覆盖度时空演化及其对气候变化的响应

[目的] 对赣江上游植被覆盖度时空演化及其对气候变化响应的研究,为区域的生态环境保护提供科学依据和数据支撑。[方法] 基于MODIS NDVI数据,结合年平均气温和年降水量数据,运用趋势分析、变异系数、Hurst指数与相关分析等方法对赣江上游2000—2018年的植被覆盖度时空演化及其对气候变化的响应进行了分析。[结果] ①赣江上游植被覆盖度呈显著增加趋势,增速为5.21%/10 a,空间上呈现四周高中间低的特征,且以高植被覆盖为主;研究区植被覆盖度呈极显著和显著增加的分别占25.59%和39.7%,极显著和显著减少的分别占1.32%和2.46%,而变化不显著的占57.84%;②研究区植被覆盖总体上比较稳定,平均变异系数为14.73%;Hurst分析显示赣江上游植被变化反持续性要强于持续性,总体上以弱反持续性为主;③研究区植被生长总体上受气温影响强于降水量,但存在空间差异。[结论] 赣江上游植被覆盖度变化较小,未来将呈微弱下降趋势,气温是影响植被生长的主要气候因子。     

基于脱钩理论的城市水资源利用与经济增长关系研究

[目的]探讨水资源利用与经济增长间的相互作用关系,为中国城市水资源利用与经济增长的协调可持续发展提供科学依据和决策参考。[方法]基于脱钩理论,运用Tapio弹性分析法对中国4个直辖市2001—2014年水资源利用与经济增长关系进行研究。[结果](1)中国4个直辖市水资源利用与经济增长总体处于弱脱钩状态。(2)农业用水脱钩关系优于工业。农业用水方面,北京市、天津市与上海市总体处于强脱钩,重庆市为弱脱钩;工业用水方面,北京市与上海市主要处于强脱钩,其余则相反。(3)北京市水资源利用与经济增长的脱钩状态最好,其次是上海市,重庆市的脱钩状态最差。[结论]各市水环境与经济尚未达到协调可持续发展,重庆市发展的压力最大,其次是天津市,北京市与上海市要避免向弱脱钩和负脱钩发展。     

基于灰色关联度的TOPSIS模型的“丹治”工程生态效益评价

[目的]量化评价"丹治"工程(丹江口库区及上游水土保持工程)在"十二五"期间实现的总体生态效益,为中国水土保持工程决策和生态效益评价提供新的思路。[方法]基于灰色关联理论,结合熵值法和层次分析法(AHP)确定评价指标的权重。构建了灰色关联度的TOPSIS评价模型,并采用项目区"水土流失面积"对结果进行了验证。[结果]"丹治"工程初期,水保措施尚未完善,发挥的作用相对较小,生态效益较低;随着各项功能措施的逐步发挥,水土保持生态效益大幅度提升,与初期相比"十二五"末期的生态效益总体增长3.48倍。[结论]"丹治"工程项目区总体生态环境逐步向良性发展,与项目区实际情况相吻合,表明基于灰色关联度的TOPSIS模型对水土保持工程效益评价有较强适用性和可靠性。     

淮安市化工企业地下水污染预测与风险评价

[目的]评价地下水污染风险,为同类建设项目及企业自环评的地下水污染预测与风险评价提供一种简单有效的新方法。[方法]建立基于过程模拟的溶质运移数学模型,对特征污染物高锰酸盐指数和镍的污染水平和污染范围进行预测,提出以保护地下水为目标的风险评价方法,以某化工厂为案例进行地下水污染风险评价。[结果]突发事故后100d,高锰酸盐指数最大迁移距离11.6m,镍最大迁移距离10.8m,分别超出厂界范围8.8和8.0 m;监测井2属较高污染风险等级,监测井3属中等污染风险等级。[结论]特征污染物在地下水中的扩散速度快,对水质影响严重,因而运行期须对污染源加强跟踪监测、定期检查污水池防渗性能。     

石漠化的生态治理技术与治理模式发展

[目的]石漠化是制约中国西南岩溶区经济社会发展的首要生态环境问题。总结石漠化生态治理现状和特点,旨在为制定更为合理的石漠化防治策略提供参考。[方法]通过查阅文献资料等,系统总结了中国石漠化治理历程和发展阶段,以及目前中国石漠化治理的单项生态技术和综合治理模式。[结果]中国石漠化治理技术有工程技术7类26种,生物技术4类15种,耕作技术3类14种和其他技术,包括林草植被恢复模式、生态农业模式、生态畜牧业模式、水土保持模式、生态移民模式、生态旅游模式、综合治理模式和其他治理模式等8类生态治理模式。[结论]生态技术受经济社会发展水平和治理目标影响,其适宜性因时而变。当前中国的石漠化治理应从减小人口压力,优化土地利用结构,充分发挥生态自我修复能力等方面入手。     

不同根系含量对山原红壤抗剪强度的影响

[目的]探讨云南省昆明市呈贡区段家营一植被覆盖的斜坡区不同含量植被根系对山原土壤抗剪强度的增强效应,为相关研究提供理论依据。[方法]制备0(无根系空白样),0.467,0.93,1.4 mg/cm~3这4种根系含量以及20%,25%,30%,35%,40%这5种含水量的根—土复合体试验样品进行抗剪强度试验。[结果]根—土复合体中,植被根系能提供给土壤额外的抗剪能力和抵抗土体变形来增强土体的抗剪强度,植被根系对土体抗剪强度有明显的增强效应,但这种增强效应是有限的。根系含量在0.93 mg/cm~3时,根系对土体的抗剪强度增强效果最好。随着根系含量的增加,黏聚力和内摩擦角总是呈现负相关性的关系,在低含水量情况下,黏聚力随根系含量增加而先降低后增加,内摩擦角随根系含量变化则相反。当含水量低且根系含量相对较少时(当含水量≤35%,根系含量≤0.93 mg/cm~3时),土壤参与剪切整个过程且为被剪主体,得到的黏聚力和内摩擦角均为正值,符合库仑定律;当含水量较高且根系含量较多时(当含水量=35%,根系含量=1.4 mg/cm~3时以及当含水量=45%,根系含量≥0.467 mg/cm~3时),被剪主体为根系,得到的黏聚力为负值,不符合库仑定律。[结论]库仑定律不适用于高含水量和高含量植被根系的根—土复合体抗剪强度的研究。在采用植被护坡时可用试验确定边坡土壤抗剪强度最高时的最佳含根量和含水量。     

山区景观生态项目建设中的水土保持问题

[目的]从水土保持角度提出山区景观生态建设中应遵守的治理原则和适用的水土保持技术措施,为今后山区园林景观建设过程中水土流失治理提供参考。[方法]以云南省保山市东山生态建设工程为例,系统地剖析了山区景观建设及生态建设中的水土流失及其影响因素。[结果]针对山区项目建设水土流失产生特点,制定出一套从坡面(如拦水埂、梯田整地、水平阶整地和鱼鳞坑整地等)到沟道适用于山区景观项目建设的水土流失治理常见技术,并初步计算工程实施水土保持技术措施后可减少的年土壤侵蚀量为5 200 t以上。[结论]在山区景观生态项目建设过程中,要坚持保护优先,安全先行,统筹兼顾为原则,在考虑施工材料经济性和生态性的同时,还要考虑景观美学因素,以制定完整的山区建设项目水土保持措施体系。     

基于生态水利的海绵城市设计原则

[目的]探索基于生态水利的海绵城市建设方法,解决城市水资源短缺、水灾害频发、水生态恶化等一系列水安全问题。[方法]概括海绵城市的科学内涵,归纳总结其传统建设方式,分析中小尺度雨水管理措施的局限性,指出当前海绵城市建设中存在的突出矛盾,分析生态水利应用在海绵城市建设中的可行性和优势。[结果]通过制定任务目标、基本原则和整体架构,围绕构建海绵城市的生态水利保障体系,提出一系列重点生态水利工程和非工程措施。[结论]生态水利理论应用于海绵城市建设是保障城市水安全、解决城市水问题的根本之道,海绵城市建设应建立以生态水利为核心的发展战略。     

Prediction of profile soil moisture for one land use using measurements at a soil depth of other land uses in a karst depression

Purpose

Information on root-zone soil water content (SWC) is essential for vegetation restoration, irrigation scheduling, and hydrological modeling. However, measurements of SWC within a variety of land uses may be time-consuming and labor-costing. This study tested whether SWC at a depth of a land use can be used to predict profile SWC of other land uses in terms of temporal stability analysis at a karst depression area in southwest China.

Materials and methods

A total of 30 datasets of root-zone SWC from 0.1- to 0.5-m depths were collected by time domain reflectometry probes for three typical land uses from March 12 to November 8, 2015.

Results and discussion

Results showed that the profile mean SWC and its associated standard deviation (SD_P) and coefficient of variation (CV_P) differed significantly (P?<?0.05) among the grassland, farmland, and forestland. The profile SWC was more temporally stable according to the apparently lower CV_T in comparison with CV_P. The similarities of the vertical patterns of SWC were strong for the same land uses, while were relatively weak between the different land uses. The SWC measurements of the most temporally stable depth can be used to accurately predict profile SWC for both the same land use and other land uses.

Conclusions

This study further expands the application of the temporal stability analysis and can aid water resource management in areas with diverse land uses.

     

重塑黄土抗剪强度的环剪试验研究

[目的]研究大应变条件下黄土强度的影响因素及规律,为黄土地区发生滑坡等大变形破坏提供理论依据。[方法]利用环剪仪对重塑黄土进行大剪切位移下的剪切试验,探究不同正应力及剪切方式对不同含水率的重塑黄土其残余强度的影响。[结果]正应力越大,残余强度越大,达到残余强度所需的剪切位移越小;随着含水率的增大,残余黏聚力浮动值不大,残余内摩擦角逐渐减小,并据此拟合出残余内摩擦角与含水率的参考公式;从脆性指数的角度得出所研究的重塑黄土的应变软化都不明显,且脆性指数随着正应力和含水率的增加而降低。[结论]重塑黄土的峰值强度和残余强度受含水率、正应力的影响规律相似,可通过含水率对残余强度进行估算。     

基于主成分分析的片麻岩山地新栽幼树不同保水措施评价

[目的]探索北方退化干旱山地新栽幼树适宜的土壤保水措施,为北方干旱退化山地发展高效节水经济林产业提供科学依据。[方法]以2年生"绿岭"核桃嫁接幼树为试材,进行保水剂、秸秆覆盖和地膜覆盖等保水措施的不同组合处理,研究不同保水措施对土壤环境状况及新栽核桃幼树生长的影响,并采用主成分分析法对保水措施进行科学的综合评价。[结果]用土壤理化性质、土壤微生物数量和新栽幼树生长状况3个层次的17个指标构建了片麻岩山地新栽幼树保水措施的筛选模型,将原始数据标准化,提取出了4个主成分,可反映保水措施93.453%的综合效果。[结论]地膜覆盖是片麻岩山地新栽幼树最佳的保水措施。