伊洛河流域土壤保持生态服务功能动态变化

[目的]分析河南省伊洛河流域土壤保持生态服务功能的动态变化特征,为流域水土保持和生态管理建设提供参考。[方法]采用修正通用水土流失方程(RUSLE)和统计学方法,分析2010—2020年伊洛河流域土壤保持功能时空变化特征以及影响因素。[结果](1)2010—2020年伊洛河流域土壤保持功能呈递减趋势;空间分布基本一致,整体呈西南高,东北低的分布格局。(2)不同生态系统类型的土壤保持功能差异较大,2010—2020年森林和灌丛生态系统土壤保持总量较高,农田生态系统面积最大,但土壤保持功能较弱。(3)不同海拔和坡度的土壤保持功能随海拔和坡度的增加不断加强。(4)2010—2020年伊洛河流域土壤保持功能空间差异性主要受地形因素的控制,时间变化主要受降雨侵蚀力的影响。[结论]应注重和维护土壤保持功能较强的森林和灌丛生态系统,增强农田生态系统的水土保持措施,从而提高流域土壤保持功能,有助于提升伊洛河流域的生态安全。     

生态恢复背景下无定河流域土地利用时空变化

以恢复林灌草植被为核心的黄土高原生态建设的直接结果就是引起了土地利用格局变化。选取黄河中游区无定河流域为对象,以1985,1995,2000和2008年土地利用数据为基础,综合运用GIS分析技术、土地利用动态分析方法与模型,系统研究了生态恢复背景下流域土地利用时空变化过程。结果表明,草地始终是该流域优势土地利用类型,生态恢复以大规模治理沙荒及未利用地,恢复林草地景观为主要形式;随着退耕还林还草工程实施与推进,耕地转出明显,林、草地新增明显;1995年前后,流域土地利用类型相互频繁流转,土地利用总动态度在2000年达到了最高水平;在植被恢复因素驱动下,流域土地利用重心空间漂移明显,主要表现为耕地重心均向流域东部下游地区偏移,林、草地重心向西北方向偏移。     

无定河流域基流变化特征及其对降水的响应

基流是干旱区河流水资源的重要组成部分,在维持河川径流和维护流域生态安全等方面具有重要作用。探究无定河流域基流变化特征及其对降水的响应,对优化黄土高原水资源配置意义重大。基于无定河流域1960—2019年逐日降水量、径流量数据,利用数字滤波法、小波变换、双累积曲线及弹性系数法等,分析了降水量与基流深年际和年内变化特征,探讨了降水量与基流深的时频域关系及基流对降水的时滞效应,并明确了降水—基流关系的变化方向。结果表明：无定河流域年基流深和年基流指数分别呈极显著下降趋势(p<0.001)和不显著增大趋势(p<0.1),多年平均值分别为23.83 mm和0.67。基流深和基流指数值在春秋两季较大,夏冬两季较小;夏秋季降水对基流的控制能力在高能量和低能量区均明显强于春冬季;基流对降水的年均时滞时长为3.2天,月均(5—10月)时滞时长均在7天内。在过去60年间,流域基流储量增加7倍以上;降水量与基流深的关系发生2次变化,变化点分别为1971年和2000年;2000年后基流对降水的敏感性减弱,二者关系变化的方向更加稳定。研究结果以期为黄河中游地区水资源可持续开发利用提供理论支撑。     

无定河流域风沙滩区河道基流变化规律与驱动因素分析

为探究风沙滩区河道基流变化规律与主要驱动因素,以1954—2018年无定河流域赵石窑水文站实测水文数据和多站点的降水量数据等资料为基础,分析比较3类方法(时间步长法、数字滤波法和平滑最小值法)对无定河流域风沙滩区河道基流分割的适用性,揭示河道基流量的变化特征,量化分析引起基流量变化的驱动因素(降水、植被覆盖度和农业灌溉等)。结果表明：时间步长法中的局部最小值法对风沙滩区河道基流分割结果较其他方法更为合理,其中多年(1954—2018年)平均基流量为3.29×10⁸ m³,基流指数均值为0.71;基流量总体呈极显著下降趋势,且在1972年和2000年发生突变,其周期性变化主要由第1主周期(32年)控制;无定河流域风沙滩区河道基流变化是降水、植被覆盖度和农业灌溉等因素综合影响的结果,其中水文序列第2阶段(1973—2000年)和第3阶段(2001—2018年)与第1阶段(1954—1972年)相比,降水对基流量变化的贡献率分别为29.35%和4.52%,人类活动(植被覆盖度和农业灌溉)的贡献率分别为70.65%和95.48%,说明人类活动是其变化...     

水土保持措施对无定河流域沟道-河道系统泥沙收支平衡的影响

流域系统可以分为坡面系统和沟道-河道系统2大单元,可以分别建立泥沙收支平衡关系。结果表明：1）实施水土保持措施以后,无定河流域系统泥沙收支平衡中各变量均随时间而变化。沟道-河道系统泥沙输移比发生了极显著的减小趋势,泥沙存储量发生了显著的增大趋势,流域产沙量的变化发生了较显著的减小趋势,坡面净侵蚀量有所减少,但变化趋势不显著。2）对于不同的泥沙收支平衡变量的变化而言,水土保持措施变化和降雨变化的贡献率是不同的;对坡面净侵蚀量的变化而言,汛期降雨的变化起着决定性的作用,贡献率高达90.82%,坡面水土保持措施的贡献率仅为9.18%;对沟道河道系统泥沙存储量的变化而言,淤地坝拦沙的变化起着决定性的作用,贡献率高达76.16%,汛期降雨变化的贡献率仅为23.81%;对流域产沙量的变化而言,汛期降雨和水土保持措施的变化都起着重要作用,前者贡献率为57.84%,后者贡献率为42.16%。3）对沟道-河道系统泥沙输移比RSDRc的变化而言,淤地坝拦沙的变化起着决定性的作用,贡献率高达87.27%,汛期降雨变化的贡献率仅为12.73%。     

伊犁河流域土壤盐分与地下水关系的关联分析

根据2009年伊犁河流域土壤盐分与地下水条件的监测和取样分析资料,运用灰色关联分析法,对伊犁河流域3月、6月、9月与11月的土壤盐分与地下水埋深、矿化度、电导率、pH值与主要离子进行了关联分析。分析研究表明:研究区表层土壤盐分平均含量为1.37 g kg-1,属于轻度盐渍化土壤。地下水矿化度平均值为2.50 g L-1,属于微咸水。在关联排序中,地下水埋深、矿化度、电导率、SO42-、Cl-、Mg2+、Na+与土壤盐分变化的关联性较强;地下水pH、K+与Ca2+与土壤盐分变化的关联度低,均小于0.321;地下水Mg2+含量与土壤盐分关联度最高,为0.606。灌溉对地下水pH、矿化度、电导率、Mg2+、Cl-离子变化的影响不大,而对地下水埋深、Na+、SO42-、K+与Ca2+离子变化的影响较明显。为了防止土壤次生盐渍化,应该加强对地下水中Mg2+、Na+与Cl-离子的控制与管理。     

从无定河流域“94·8·4”暴雨洪水看林草措施的减蚀作用

典型调查表明,在无定河流域绥德县80年—遇日降雨量120多mm条件下,林草措施具有显著的减蚀作用:农坡地一次降雨侵蚀模数达36660t/km~2,而一般草地侵蚀模数为5000～12000t/km~2,草地减少侵蚀70%～90%;坡度35°、被覆度70%的林地,加上工程整地措施,侵蚀模数为2000～5000t/km~2,减少侵蚀85%～95%;在相同自然条件下,林地减水效益为27.5%,减沙效益为47.7%,在有整地措施条件下,林地径流量较自然荒坡减少42.2%～77.1%.     

青海省湟水河流域不同退耕还林模式土壤效应

基于野外采样、定点观测和室内实验,研究了青海省湟水河流域不同退耕还林模式土壤效应。结果表明,青海省湟水河流域相同林龄（8a）的不同退耕还林模式（5种）的土壤有机质含量、总孔隙度和微生物总量大小顺序为：云杉桦树混交〉桦树〉云杉沙棘混交〉云杉〉沙棘〉农田;土壤容重和pH值大小顺序为：云杉桦树混交〈桦树〈云杉沙棘混交〈云杉〈沙棘〈农田;土壤持水性大小顺序为：云杉桦树混交〉沙棘〉桦树〉云杉〉农田;土壤可蚀性K因子大小顺序为：沙棘〈云杉桦树混交〈云杉沙棘混交〈桦树〈云杉〈农田;缓解日温变化效应顺序为：云杉桦树混交〉桦树〉云杉沙棘混交〉沙棘〉云杉〉农田,土壤微生物总量中细菌〉放线菌〉真菌,其中细菌占95%以上。     

关川河流域土地利用变化对径流的影响

土地利用/覆被变化(LUCC)引起的径流响应研究不仅是流域水文学的一个热点,也是评估国家退耕还林战略实施效果的需要。选择黄土高原西部关川河流域为对象,依据流域出口大羊营水文站1993—2001年期间5—9月的径流资料,对SWAT模型进行参数率定。进而利用率定后的SWAT模型计算1980年、2000年两期土地利用下的径流量,分析土地利用变化的水文响应。结果表明:模拟率定期和验证期的决定系数R2和Nash-Sutcliffe效率系数分别为:0.85,0.78和0.86,0.84,说明模型对关川河流域汛期径流量模拟具有较高的适用性;关川河流域在实施了退耕还林草后,2000年较1980年耕地大面积减少而草地大面积增加。在气象条件相同的前提下,即气象输入数据不变的情况下,2000年土地利用下的月径流模拟值相比1980年土地利用下的月径流降低,9a内年均(5—9月份)径流量减少1.39m3/s。既在气候不变情况下,林草植被恢复将会引起流域径流趋于减少。     

无定河流域水土保持措施配置及减沙效益分析

从分析无定河流域不同时段水土保持措施配置入手,以减沙效益为研究目标,探讨了水土保持措施优化配置问题。分析认为:水土保持措施配置与减沙效益是密切相关的,淤地坝在水土保持措施配置中应占有合理比例,无定河流域坝地配置比例应大于3%;坡面治理措施配置中需进一步加大封禁治理比例。     

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...     

佳芦河流域水土保持监测及土壤侵蚀评价

以佳芦河流域分辨率为0.38 m的航摄影像和5 m的DEM等为信息源,基于ArcGIS平台,获取了流域水土保持措施、土地利用、植被覆盖度、坡度、沟壑烈度等土壤侵蚀影响因子,依据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007),对各因子进行叠加分析,对水蚀、风蚀区等不同侵蚀类型的土壤侵蚀强度进行了分析评价。结果表明,截至2012年9月,佳芦河流域有水土流失面积1068.89 km 2,占流域面积的94.26%,其中轻度、中度、强烈、极强烈、剧烈侵蚀面积分别为118.69、206.35、126.29、75.08、542.48 km 2;强烈及以上侵蚀面积占到水土流失面积的69.59%,其中强烈和极强烈侵蚀多发生在风蚀区,而剧烈侵蚀主要发生在水蚀区的沟道中。     

黄河中游典型支流无定河流域水土流失动态监测

[目的] 探索黄河中游典型的粗泥沙支流无定河的水土流失分布和动态变化特征,为新时期水土保持工作、生态环境建设和流域高质量发展提供科学依据。[方法] 以无定河流域为例,基于1985,1999,2011年3次普查和2019年全国水土流失动态监测成果,提取年度水土流失强度、面积,分析其时空分布及动态变化特征,并采用Mann-kendall检验,基于水文数据,分析1980—2018年流域水沙变化特征。[结果] 2019年无定河流域水土流失面积1.20×10⁴ km²,以水力侵蚀为主,风力侵蚀主要集中分布在流域北部的风沙区。下游干流（白家川—绥德+丁家沟段）、小黑河绥德以上的输沙模数超过流域平均水平的3倍,是主要的泥沙策源地;水土流失面积较1985年减少1.40×10⁴ km²,减幅为53.87%,输沙量和径流量均呈现出减小的趋势,拐点分别出现在2007年和1996年。空间上,风力侵蚀由1985年的集中连片分布转为零星分布,水力侵蚀空间位置分布与1985年相比基本无变化,但干流赵石窑至流域出口段左岸侵蚀强度有所降低。[结论] 无定河流域水土保持工作成效显著,有效遏制了土壤侵蚀,生态环境整体向好。但流域水土流失依旧严重,未来工作中,应结合历史水土保持工作经验,突出工作重点,进一步加强无定河流域水土流失综合治理。     

黄河流域水土保持综合治理空间均衡性分析

黄河流域具有多类别的泥沙来源区,水沙异源特性突出,研究水土保持综合治理空间均衡性,对于优化水土保持空间布局和有效持续减少入黄泥沙极为必要。基于黄河泥沙来源区特征和水土保持综合治理现状分析,利用统计学理论与方法,研究水土保持综合治理空间均衡性的概念、评价原理和评价方法,并对治理现状的均衡性进行评价。结果表明：(1)与流域水土流失强度空间分异性相对应、且在一定程度上能够有效控制侵蚀产沙强度的治理是空间治理均衡性的基本体现,其治理程度可以利用治理效应定量反映;(2)不同治理程度的减沙作用不同的,通过分析全流域系统内不同分区治理措施减沙作用度的差异,可以判识治理的空间均衡性;(3)治理空间均衡性的评价内容主要包括划分评价流域分区、计算水土保持措施减沙作用度和空间治理均衡系数判识弱治理区;(4)目前黄河流域空间治理是不均衡的,兰州—头道拐片区、头道拐—龙门区间陕西北片的水土保持措施减沙作用度、空间治理均衡系数都很低,属于典型的弱治理区。提出的水土保持综合治理空间均衡性评价方法可定量识别弱治理区,为优化水土保持发展格局提供新的技术方法。     

基于MODIS遥感数据计算无定河流域日蒸散

为研究无定河流域日蒸散分布规律,应用遥感数据、农业气象站测量数据及Nishida模型等对该流域日蒸散进行了模拟。首先用2001～2002年晴天中国科学院禹城生态试验站Lysimeter测量日蒸散验证模型,模拟与测量的日蒸散相关系数达到0.61。随后,用该模型计算了无定河流域日蒸散,发现无定河流域日蒸散存在较为明显的空间分布规律：2001～2003年连续3年的8月份日蒸散都表现为东北部蒸散明显小于西南部,这是因为东北部基本是荒漠而东南部多是农田,且8月份日蒸散基本在2～5 mm之间变化;从2001年8月份第222 d日蒸散空间分布看,无定河主干道两边蒸散显著高于其他位置,这是由于8月份无定河流域为多雨季节,河谷土壤水分较高的缘故;从2002年内变化来看,不同的土地利用/覆被类型日平均蒸散差别不显著。     

基于SWAT模型的寿昌江流域产沙模拟及影响因素分析

为分析山地丘陵地带侵蚀产沙的变化及驱动机制,应用SWAT模型对浙江省建德市寿昌江流域进行了产流产沙模拟,并基于Fragstats 4.2对不同年份土地利用数据进行景观指数计算,进而分析流域内侵蚀产沙状况,探讨了坡度、坡长、海拔高程、流域面积、降雨以及景观格局对侵蚀产沙的影响,并进行主成分分析。结果表明:(1)构建的SWAT模型在寿昌江流域具有很好的适用性,在产流模拟中,校准期和验证期的R~2分别为0.95和0.88,NSE分别为0.93和0.87,PBIAS分别为+4.96%和+5.36%;在产沙模拟中,校准期和验证期的R~2分别为0.73和0.72,NSE分别为0.69和0.64,PBIAS分别为-4.3%和-20%,均满足模拟要求,保证了模拟结果的精度。(2)整个寿昌江流域1980—2010年最大侵蚀产沙负荷均小于500 t/(km~2·a),土壤侵蚀强度属于微度,土壤保持能力良好。(3)地形因子、景观多样性因子、景观形状因子、雨强因子4个主成分对产沙模数的贡献率分别为51.48%,18.51%,10.70%,6.94%,地形因子是影响流域侵蚀产沙的主要因素。(4)景观指数与产沙模数间存在显著相关性且对产沙影响显著,在今后的土地利用规划中应考虑景观特征,达到改善流域土壤侵蚀的目的。     

饶河流域水源涵养服务供需演变及驱动因素

[目的] 探究流域水源涵养服务供需的时空分异特征及主要驱动因素,为流域水资源管理和优化配置及生态安全与保护提供科学依据和参考。 [方法] 以饶河流域为研究区,基于InVEST模型和多源数据定量评估研究区水源涵养服务供给、需求,根据供需指数得到水源涵养服务供需匹配空间关系,利用地理探测器进一步探究水源涵养服务供需关系空间异质性的主要驱动因素。 [结果] ①2005—2020年水源涵养服务供给和需求量均呈现先增后减的趋势,不同土地利用类型的水源涵养能力具有显著差异,其中林地和草地水源涵养能力明显高于耕地和城乡工矿用地; ②水源涵养服务供给和需求空间分布具有明显的空间异质性和不匹配特征,水源涵养供需匹配赤字区主要分布在西部鄱阳县、万年县、乐平市、昌江区和珠山区,盈余区分布在北部浮梁县、东部婺源县、德兴市和弋阳县;③自然因素中年潜在蒸散发、高程和林地覆盖率是影响水源涵养服务供需关系的主要因素,同时,城乡工矿用地和耕地覆盖率等人为因素起主导作用,自然因素和人为因素交互作用,加剧水源涵养服务供需失衡。 [结论] 饶河流域水源涵养服务供需关系优化存在挑战,未来应在该地区加快建立生态补偿机制,优化林地水源涵养功能,提高水源涵养服务供给,提升水资源利用效率,进一步实现区域水源涵养服务供需平衡,促进生态系统与社会经济系统协调发展。