基于SEBS模型估算辽西北地区蒸散发及时空特征

蒸散发是陆面过程中的重要环节,联系着陆面水循环和地表能量平衡。采用MODIS数据,逐月选取2013年12期遥感数据,并分季度求其平均值作为四季代表,结合SEBS模型,对辽西北地区地表蒸发蒸腾量进行了估算,并为了验证遥感反演精度,提取不同土地利用类型的蒸散发量。同时,利用Penman-Monteith公式计算辽西北地区近50年潜在蒸散发值,通过一元线性趋势分析法、小波分析法、IDW反距离加权法和R/S分析法分析其时空分布特征。结果表明:辽西北地区2013年蒸散发量夏季春季秋季冬季;近50年来潜在蒸散发值由高到低依次为夏季、春季、秋季和冬季,且具有明显的区域性。同时,经验证,遥感手段反演蒸散发值误差约为7.5%,表明该方法在研究区应用合理可行。研究结果可为辽西北地区水资源分配和管理提供科学参考。     

冀西北地区不同生态系统枯落物的水文效应

[目的]揭示不同植被生态系统枯落物水文效应的差异,为张家口地区生态空间格局优化提供支撑。[方法]基于样地调查和统计分析方法,分别对冀西北地区张家口市森林、农田和草地3种生态系统的枯落物在生长季末期持水能力及其与生物量之间的关系进行分析。[结果]①森林生态系统枯落物的最大持水量(30.7t/hm~2)、有效拦蓄量(22.97t/hm~2)、有效拦蓄率(187.49%)和吸水速率(5.84g/h)4个指标均优于其他两类生态系统。②草地枯落物的各项水文指标均值皆高于农田,最大持水率甚至高于森林生态系统。③枯落物生物量与其最大持水量和有效拦蓄量呈显著正相关关系,而枯落物占生态系统总生物量的比例随总生物量增加呈幂数下降。[结论]如果造林营林方式正确,森林生态系统能够提升区域水源涵养水平,同时草地的水源涵养能力不容忽视,市域内大范围的耕地向草地扩展,将直接影响区域的水源涵养能力。以生物量表征的生态系统固碳能力与枯落物蓄水所反映的水源涵养能力之间的响应关系在生态系统不同尺度下具有不同的表现,在对区域生态空间格局进行优化时,需明确特定环境下不同生态系统类型枯落物的水源涵养能力及其变化对其他生态服务功能的影响,从而实现各生态系统平衡发展。     

辽西北沙地人工林植物水分亏缺与恢复研究

通过定位观测与对比分析,对辽宁省西北部沙地不同人工林地植物水分亏缺度与植物水分亏缺补偿度的时空分布进行了研究.结果表明:不同植被的植物水分亏缺度大部分时间在25%以下.油松纯林地在乔木林地中植物水分亏缺度最小,亏缺度大部分时间都在30%以下,杨树林地高于油松林地,而樟子松林地最高,除油松林地以外,其它几种乔木林地的水分亏缺度都处于水分极度亏缺的状况;乔木林和灌木林地水分亏缺度大致相当.降雨对土壤水分有一定的补偿作用,几种调查的乔灌木林地的水分补偿度都小于荒草地,樟子松林地、油松林地、杨树林地、松杨混交林地、山杏林地的水分补偿度基本在0～20%之间.植物水分补偿度(亏缺度)在垂直分布上和根系的分布相一致,即表层的补偿度最低,随深度的增加,补偿度急剧上升,40 cm以后变化比较平缓.110 cm以后,随着根系分布的减少,植物水分补偿度开始保持稳定,其中,樟子松林地和杨树林地的土壤水分补偿量小于10%,其它几种的土壤水分补偿量在20 %～30%之间.     

辽西北半干旱地区植被恢复与保护策略

辽西北半干旱地区,年降水量少,生态环境脆弱。针对目前植被建设上存在的问题,提出了在造林上变纯林为混交林、充分利用植被恢复区域的天然降水潜力、加强管理促进植被自然恢复、加大植被恢复有害生物的防治等对策措施。     

辽西北玉米干旱脆弱性评价模型构建与区划研究

本文基于IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)报告中对气候变化背景下脆弱性的定义,从暴露程度、敏感性、自身恢复能力和环境适应能力4个方面建立了干旱灾害脆弱性评价模型。以辽西北地区的玉米干旱灾害作为研究对象,根据干旱灾害脆弱评价模型选取了气象因子、玉米生理因子以及经济社会因子等17项指标,运用熵权法、加权综合评价法计算得到了辽西北地区玉米干旱脆弱性指数。为了验证和检验模型的适用性,选取了辽西北1999年、2000年、2001年和2006年4个典型干旱年份,将玉米干旱脆弱性指数划分为5个等级,借助GIS技术绘制了玉米干旱脆弱性区划图。结果表明:辽西北玉米干旱脆弱性强的区域主要集中在西部地区的阜新、朝阳、葫芦岛一带。重度以上脆弱性区域范围比例表现为2006年>1999年>2001年>2000年的规律;其中,2006年脆弱性最强,影响面积最广,造成的损失也最严重,与实际灾情变化规律一致。分析2006年的玉米干旱脆弱性,多数区域是由玉米生长季的降水异常引起的。通过对4个典型干旱年份的玉米干旱脆弱性指数与玉米减产率进行回归分析,发现二者之间基本吻合,通过了α=0.05的显著性F检验,说明利用该模型对玉米干旱脆弱性的评价与区划是合理的,可以用来评价和预测玉米干旱脆弱性、干旱灾害风险以及因干旱造成的玉米产量损失。研究结果可为当地农业干旱灾害风险评估和预警提供依据。     

半干旱地区玉米的水肥空间耦合效应研究

在半干旱地区的杨凌,通过对大田夏玉米在拔节期和抽雄期进行灌溉水和氮肥的不同数量和空间耦合处理,研究了不同耦合方式对玉米生理特性和产量的影响及其节水效果,结果表明:在全生育期灌水量为1125m³/hm²和600m³/hm²的水平下,均匀施肥交替灌水、水肥同区交替灌水、水肥异区交替灌水3种水肥空间耦合方式的产量之间不存在显著差异(P<0.05);玉米全生育期灌水量从2250m³/hm²下降到600m³/hm²,玉米产量下降幅度小于15.26%;在相同灌水量下,水肥异区交替灌水和水肥同区交替灌水的根系活力、光合速率、产量和灌溉水利用效率较高;在试验范围内,灌水量越高,水分利用效率越低。以上结果表明,在杨凌地区夏玉米生产中仍有较大的节水潜力;在试验条件下,每次灌水562.5m³/hm²,水肥异区交替灌水和水肥同区交替灌水处理是较好的水肥空间耦合方式     

基于LSTM模型预测不同水保工程措施条件下土壤侵蚀量——以辽西北地区为例

[目的] 准确模拟和预测不同水保工程措施下土壤侵蚀量,为辽西北地区精准预测土壤侵蚀量提供技术和理论依据。[方法] 基于野外径流小区2011—2021年的监测数据,包括：最大30 min和60 min降雨强度(I₃₀和I₆₀)、降雨历时(T)、降雨量(P)和土壤侵蚀量,建立了长短期记忆神经网络(LSTM)分别对3种工程措施(水平槽、果树台田和梯田)下的土壤侵蚀量进行预测。并将LSTM预测结果与3个经典机器学习模型〔反向传播神经网络(BP)、随机森林(RF)和支持向量机(SVM)〕预测的结果进行对比。[结果] ①在3种工程措施中,I₃₀,I₆₀,T和P对土壤侵蚀量的影响程度不同,但I₃₀,I₆₀和T对土壤侵蚀量的影响大于P。②利用BP模型预测土壤侵蚀量的相对均方根误差(NRMSE)均大于0.2。③相比于RF和SVM模型,LSTM模型在3种工程措施下(水平槽、果树台和梯田)预测土壤侵蚀量的NRMSE分别降低了约0.04～0.08,0.02～0.08,0.05～0.08。④利用I₃₀和T作为LSTM模型的输入特征预测土壤侵蚀量的精度与使用I₃₀,I₆₀,T和P为输入特征时的预测精度相近。[结论] 在辽西北地区3种水保工程措施中,利用LSTM模型基于最大30 min雨强和降雨历时对土壤侵蚀量进行预测,取得了较其他传统模型高的预测精度。这说明LSTM模型可在同类地区土壤侵蚀量的精准模拟和确定水土保持措施中推广和应用。     

辽西北沙地苹果-花生间作系统土壤养分空间分布特征及间作效应

[目的] 研究辽西北沙地农林复合系统土壤养分的空间分布及其效应,从土壤养分角度探讨果农间作系统中果树和农作物对土壤养分的相互作用关系,为该区农林复合系统的可持续经营提供科学合理的依据。[方法] 以苹果与花生间作、花生单作、苹果单作为研究对象,对0-60 cm土层深度,0-300 cm水平距离范围内土壤养分含量进行测定和分析。[结果] 沙地间作系统中土壤有机质、速效钾极缺乏,全氮、碱解氮很缺乏,全磷缺乏,有效磷含量中等;间作系统在水平方向上,苹果树和花生植株对总养分有机质、氮、磷的竞争激烈位点位于果树带区,对有效养分氮、磷、钾的竞争激烈位点位于近果树作物区;在垂直方向上,各养分总体表现出了表聚性,间作系统对有机质、有效磷的竞争主要位于深土层,对全磷、速效钾的竞争主要位于表土层,对全氮、碱解氮表现为合作效应,表土层效应更高;与苹果单作、花生单作相比较,间作系统速效钾和有效磷含量呈现负效应。[结论] 沙地苹果-花生间作系统土壤养分贫瘠,应在果树带区施用有机肥、磷肥,作物区施入钾肥,以减轻养分竞争,提高养分效应。     

水生生态系统服务功能与辐射效应——以河南省洛阳市为例

[目的] 分析区域水生生态系统服务功能的价值变化和辐射效应,为区域水资源可持续发展和流域生态补偿提供科学依据。[方法] 利用ArcGIS软件对2000—2020年河南省洛阳市土地利用数据进行提取得到水域类型面积,采用能值方法对水生生态系统服务功能进行量化,并分析其变化。同时通过断裂点模型分析其功能辐射。[结果] 2000—2020年洛阳市水生生态服务总能值分别为8.01×10²¹sej, 1.29×10²²sej, 1.27×10²²sej, 1.29×10²²sej, 1.31×10²²sej,总体上呈增长趋势。其中,服务构成重心已由供给功能向文化功能偏移,系统中生物多样性保护、水产品生产、水资源供给、水资源调蓄和休闲娱乐功能居于支配地位,且休闲娱乐功能已成为核心功能。此外,洛阳市水生生态系统服务功能主要转出地区为嵩县和洛宁县,向外转移总量分别为3.10×10²⁰sej和3.21×10²⁰sej,主要转入地区为栾川县、宜阳县、伊川县及汝阳县。[结论] 在洛阳市同类地区,需要重视水生态保护,加大对区域旅游事业的扶持引导,同时合理地进行流域内生态补偿,促进各地区经济、社会、生态协调发展。     

辽西地区矿业损毁地植被重建技术研究与典型应用

通过对辽西地区矿业损毁地调查及其治理,选取坡度、有效土层、基质3个因素建立损毁程度分级指标,采用极限条件法与指数法相结合的方法对损毁地植被重建适宜性进行评价,构建了以基质重构为类型划分的适宜辽西地区矿业损毁地的植被重建模式.实践结果表明:硬质岩陡坡林草模式适合于城市周边且有景观需求区域;层式覆土复耕模式适合于土源充足且...     

辽西北旱农区的气候特点与土壤墒情调控

辽宁省西北部地区多年降雨量与蒸发量频率分析结果表明，春季抗旱保苗是这一地区发展旱地农业的技术关键。该区湿润系数的经验频率以夏季最高，秋季为85．71％。由于这一地区水资源短缺，发展灌溉困难，这不仅使春季保墒成为必需，也使跨季节调控土壤墒情成为可能。采取的夏深松-蓄集雨水，秋整地-施肥与覆膜保墒，翌年春季适时播种措施，改革栽培与耕作方式，春季保苗效果十分明显，减少了土壤水分的无效蒸发，有效地利用雨水资源，为该区作物高产和农业高效奠定了基础。     

辽西北半干旱区煤炭资源型城市环境容量评价

以中国辽西北地区煤炭资源型城市阜新市为研究对象,对该市生态环境特点进行了分析。采用层次分析法和生态环境容量指数法,建立了生态环境容量评价指标体系及评价权重,计算了生态环境容量现状值,并对该市当前所处的生态环境状态进行了评价。结果表明,阜新市目前的生态环境容量评价值为0.316 7,属于生态环境容量分级标准中的第4级,说明阜新市当前的生态环境容量处于较低状态,自然生态系统承载能力已经接近极限。这与城市多年来的煤炭开采活动密不可分。未来应关注经济开发活动和自然生态环境的协调发展,从而改善城市生态环境,促进城市可持续发展。     

3种新型化学固沙剂的固沙效益实验研究

以国内外3种新型的化学固沙剂为研究对象,对其固结层的抗风蚀能力、抗压强度、耐水性、保水性以及对植物生长发育的促进作用进行了实验研究,结果表明,美国3D固沙乳胶剂和澳大利亚ZEROSIN化学固沙剂的固沙性能好,而且利于植物生长发育,适宜在风蚀较为严重的沙区推广应用。化学固沙与生物措施相结合是实现沙漠快速治理及植被恢复重建的一条有效途径。     

沙漠公路不同固沙措施防风固沙效益和成本比较研究

对腾格里和库布齐沙漠公路不同固沙措施的防风固沙作用和运行成笨进行综合比较,结果表明,受沙障材料、设置规格、使用寿命的影响,不同沙障的防风固沙作用不同;沙障的防护作用随着沙障的破损而减弱;人工植被的防护作用随着建植时间的延长而增长。从运行成本分析,沙柳和柴草沙障成本低,土工材料和土壤凝结剂沙障运行成本较高,人工植被运行成本最高,实践中宜因地制宜采取不同的固沙措施。     

河北省耕地利用效率空间差异及影响因素

运用数据包络分析法,对2001—2012年河北省全省及其所属11个地市耕地利用效率进行测算和分析,将11个地市的耕地利用效率划分为3个层次:高效区、较高效区和低效区,在此基础上,运用FGLS方法研究影响3个层次耕地利用效率的主要因素。结果表明:(1)近几年河北省耕地利用效率发展较快,2010年以前耕地技术效率较低主要是由规模效率低造成的;(2)河北省各地市的耕地利用效率存在着一定的差距:石家庄市、承德市、张家口市和唐山市4市的耕地利用效率常年保持在良好状态;秦皇岛市、廊坊市和保定市3市耕地利用效率较好;而沧州市、衡水市、邢台市和邯郸市4市耕地利用效率相对较低;(3)高效区耕地利用效率的主要影响因素为:单位播种面积化肥使用量、人均播种面积、耕地复种指数、农业劳动力比率、农民人均纯收入;较高效区耕地利用效率的主要影响因素为:单位播种面积化肥使用量、人均播种面积、耕地复种指数、受灾率、农民人均纯收入;低效区耕地利用效率主要影响因素为:有效灌溉率、人均播种面积、耕地复种指数、受灾率、农民人均纯收入、二三产业比重。各地市在充分考虑各自耕地利用效率影响因素的基础上,从自身实际情况出发,有针对性地制定区域差别化的农业发展政策,有方向地引导耕地效率的提高。     

基于多源数据的京津风沙源区防风固沙功能变化

防风固沙功能是评估区域生态安全程度的重要指标,研究其时空变化和内部差异可为改善生态环境和促进生态系统可持续发展提供重要参考.基于京津风沙源区多源遥感数据,利用修正风蚀方程(RWEQ)和GIS空间统计技术,评估分析了2000—2017年京津风沙源区防风固沙功能时空变化及其区域内部差异.结果表明:(1)区域防风固沙功能明显...     

30年来辽宁省耕地土壤有机质与pH时空动态变化

有机质和p H是反映耕地土壤肥力的重要指标。本研究应用反距离加权空间插值法,对辽宁省1982年、2012年这两个时期的耕地土壤有机质含量和p H的时空动态变化特征进行分析。研究结果表明:两个时期的有机质含量均呈中东部高于其他地区,p H均呈东南酸西北碱的趋势。30年间,辽宁省有79.8%面积的耕地土壤有机质含量在降低,有机质平均值由20.51 g kg~(-1)降低到17.84 g kg~(-1),降低了2.67 g kg~(-1);在不同土壤类型中,除草甸盐土有机质含量有所提升外,其余土壤类型的有机质含量都出现降低趋势,其中白浆土降低趋势最明显。30年间,辽宁省有88.9%面积的耕地土壤发生不同程度酸化,p H平均值由7.08降低到6.59,下降了0.49;在不同土壤类型中,除白浆土的p H值变化有所升高外,其余土壤类型的p H值都有不同程度的下降,其中风沙土p H值降低趋势最为明显。分别对不同时期的有机质含量和p H进行相关分析及方差分析,结果表明每个时期的有机质含量和p H均呈显著的负相关关系(P0.01),但是对30年间的有机质含量变化和p H变化进行相关分析却呈现弱负相关(r=-0.089),相关性并不显著,说明两者的变化过程并不直接影响,需要其他因素的介入来间接作用。因此,今后有必要对影响它们的变化过程的多个中间因素进行重点分析,这将为耕地土壤有机质含量和p H下降原因的探究以及农田土壤肥力演变提供理论支撑。     

辽宁省土壤侵蚀空间尺度效应初探

土壤侵蚀的空间尺度效应和不同空间尺度土壤侵蚀定量评价的分析与研究是目前土壤侵蚀研究中的热点问题之一。通过对辽宁省34个典型水文站长序列水文资料和2000年辽宁省遥感资料进行汇总,运用沙量平衡分析方法,对辽宁省小流域-中尺度流域-区域大尺度3种尺度土壤侵蚀量进行不同空间尺度的对比研究。研究表明,辽宁省土壤侵蚀的空间尺度效应随着研究尺度的增大,主要表现在：1）通过对辽河流域的研究表明,研究区土壤流失量随流域面积的增大表现出递次减小的规律;2）通过对辽宁省9大流域的水文资料和遥感资料对比研究表明,随着研究尺度增大,土壤侵蚀的宏观特征表现更为显著。通过沙量平衡分析方法,沉积泥沙存蓄变化量是造成尺度效应的重要因素之一。深入研究沙量平衡计算的理论与方法,以沙量平衡计算辅助土壤侵蚀监测工作,是进一步促进土壤侵蚀监测工作的重要方法之一。     

3种沙障防风固沙效益比较的风洞实验研究

通过风洞实验,研究了土工格室、石方格、不同盖度植被3种不同沙障的防沙机理,分析了各种沙障下的风速廓线、风速流场及风沙流结构特征,比较了3种不同沙障的防沙效果。结果表明:植被具有显著的防风作用,随着盖度的增加其防风作用逐渐增强,同时,风速的变化还与植株的茂密程度有关。对于石方格沙障,由于构成石方格的石块不规则,计算结果与总体变化规律有一定差异。总的来讲,植被沙障的防护效果远较土工格室和石方格沙障为优,对于低风速地区,采用土工格室和石方格沙障治沙是有效的,而对于高风速地区,只能采用植被沙障防护才有良好效果。相比较土工格室和石方格沙障,石方格沙障的防护效率又略优于土工格室。