碳氮同位素结合稳定同位素模型解析沉积土壤碳源

【目的】研究辽西褐土丘陵区典型小流域不同土地利用方式下经侵蚀沉积过程沉积土壤碳来源,为合理调控小流域土壤侵蚀造成的土壤碳流失提供科学参考。【方法】通过对辽西丘陵沟壑区小流域野外取样,研究小流域沉积土壤碳的来源并量化其贡献。通过GIS结合GPS技术对小流域4种不同土地利用类型(耕地、林地、草地、沟渠)表层土壤及小流域拦沙坝3个位点(S1坝前、S2坝中、S3坝后)0-100 cm土壤剖面进行取样,结合碳、氮同位素混合模型对沉积土壤碳源进行解析。【结果】利用¹³C和¹⁵N同位素特征及其元素组成(土壤有机碳和全氮)对辽西丘陵沟壑区侵蚀沉积物土壤有机碳进行了定性和定量鉴定。辽西丘陵沟壑区小流域沉积物中有机碳主要来源为耕地,其次是沟渠、草地和林地。耕地贡献平均为58.75%,沟渠25.49%,草地6.49%,林地9.2%。【结论】碳氮稳定性同位素模型作为一种重要的"指纹"工具可以成功应用于辽西丘陵沟壑区小流域沉积土壤碳来源定性及定量的分析。研究成果可以为受水力侵蚀的小流域的土壤保护和养分流失控制以及维持生态系统的可持续性提供理论参考。     

紫色土壤氮素不同流失形式的比较研究

土壤氮素流失形式及其量化研究是农业小流域氮素管理及流失过程模拟的核心内容之一,以紫色土区3个具有不同地形和土地利用方式的典型农业小流域为研究对象,比较研究了区域土壤氮素在降雨侵蚀过程中流失的主要形式。结果表明,紫色土区土壤氮素以硝态氮为主要流失形式,其流失浓度一般占硝态氮和铵态氮总浓度的80%以上,农田利用为主流域的则高达90%以上。氮素流失的平均浓度因流域土地利用类型的差异而显著不同,农田的一般为(5.36±2.13)mg/L,而非农田利用的变化在1.70~3.15mg/L之间。农田硝态氮的精确管理应作为减控流域土壤氮素非点源流失的关键措施。     

基于MUSLE模型的阿什河流域农业非点源污染风险评估

系统评价与分析流域农业非点源污染风险,对其防控治理具有重要的指导作用。本研究以遥感影像数据、数字高程模型(DEM)、土壤图件和相关文本资料为基本信息源,基于遥感和地理信息系统技术,采用修正通用土壤流失方程(MUSLE),结合各乡镇等标污染负荷大小,对阿什河流域农业非点源污染风险进行评估分析。结果表明:1)流域地表潜在侵蚀风险存在明显的空间地域分布规律,东南部地区风险整体偏高,而西北部和中部平原地带多为中等和低侵蚀风险区;乡镇尺度上,小岭乡、玉泉镇、交界镇、红星乡和大岭乡潜在侵蚀最为严重。2)流域山地丘陵区林地面积大,侵蚀风险最高,其平均值为0.037,风险贡献率为61.88%;农业用地风险贡献率仅次于林业用地,达到20.50%;坡度上,微坡36.26%的风险贡献率在所有坡型中最高。3)乡镇侵蚀风险分布与对应非点源污染风险不能完全重叠,位于平原地带的杨树乡和双丰镇侵蚀风险良好,其单位面积污染风险值远高于乡镇平均值,应重度防控,大岭乡、小岭乡和玉泉镇侵蚀风险严重,污染防控等级为适度。     

黄河中游中等流域切沟空间分异规律研究

水土流失综合治理是黄河中游地区在高质量发展中面临的重要挑战,其中切沟侵蚀是产沙量最大的土壤侵蚀类型之一,严重破坏耕地土壤肥力,对农业生产危害极大。本研究针对黄土高原中等流域切沟空间分布问题,以陕北岔巴沟流域为例,基于2020年高分辨率无人机影像,选取32个小流域,结合野外实测,对切沟空间分布规律进行研究。结果表明：岔巴沟流域中游切沟最多,切沟长度密度主要集中在7～11 km·km^-2,切沟长度主要在50 m以内,切沟面积主要在500 m²以内;古代沟谷长度密度与切沟长度密度无显著相关性;切沟密度与坡面坡度、流域坡度、流域坡长等呈显著正相关,与正负地形面积比和流域海拔呈显著负相关,切沟在阴坡的分布密度略大于阳坡。研究结果可明确黄土高原中等流域尺度切沟形态特征及其分布规律,为切沟侵蚀治理及耕地保护提供理论依据。     

Simulating Agricultural Conversion to Residential use in the Hudson River Valley: Scenario Analyses and Case Studies

Land use changes threaten agricultural land. If agricultural land is going to be preserved, the social and economic causes of conversion must be understood. However, analyzing the causes of agricultural conversion is complex because trends need to be documented before analyzing the causes. One of the leading uses of agricultural land is for residential purposes. This paper projects residential development in a Hudson River Valley watershed within Dutchess County in New York State using an integrated modeling framework consisting of an econometric model, a geographic information system (GIS), and Monte Carlo simulation. The econometric model is used to project residential development, providing parcel-specific probabilities of residential development. The GIS is employed to extract socio-economic and county-level tax parcel data to be used in conjunction with bio-geophysical attributes, such as slope, soil, and location, to calculate and project growth trends on a residential level for undeveloped land parcels. Monte Carlo simulation is used to distribute these projections into the GIS to display outcomes of scenario analyses to provide policy-makers a demonstration of how policies would likely affect the agricultural landscape of the watershed. John M. Polimeni is an Assistant Professor of Economics in the Department of Humanities and Social Sciences at the Albany College of Pharmacy in Albany, New York. Dr. Polimeni received a PhD in Ecological Economics and a BS in Mathematics at Rensselaer Polytechnic Institute. His professional interests include: quantitative economics, spatial and regional economics, land use change, economic development, and graduate education in Ecological Economics. He is currently working on linking ecological economics with the laws of thermodynamics and neuroeconomics into one unified model.     

Water resources and the land-water interface

Development and implementation of local and regional plans to control nonpoint sources of pollution from agricultural land are major mandates of section 208 of Public Law 92-500. Many planners tend to equate erosion control as measured by the universal soil loss equation with improvements in water quality. Others implement channel management practices which degrade rather than improve water quality and thereby decrease the effectiveness of other efforts to control nonpoint sources. Planners rarely recognize the importance of the land-water interface in regulating water quality in agricultural watersheds. More effective planning can result from the development of "best management systems" which incorporate theory from all relevant disciplines.     

基于GIS和USLE的朱溪河小流域土壤侵蚀经济损失评估

以朱溪河小流域2007年遥感数据为基础,在GIS技术支持下,利用USLE模型计算该流域土壤侵蚀量,并运用环境经济学理论,计算流域土壤侵蚀造成的养分损失(N、P、K、有机质含量)、水分损失、土地损失、泥沙滞留损失及泥沙淤积损失等5种经济损失总值。结果显示:2007年朱溪河小流域土壤侵蚀总量为42 893.96 t,土壤侵蚀模数达954.047 t/(km2.a),土壤侵蚀的经济损失总值达957.507万元。土壤侵蚀导致流域内土地的年经济损失为21.296 7万元/km2,相当于该县单位面积农副经济年产出的27.33%。土壤侵蚀直接导致流域内土地生产力下降和农业发展受阻。     

基于GIS的喀斯特地区耕地适宜性评价与可持续发展:以贵州省普安县石古河小流域为例

为喀斯特地区耕地的开发和管理提供依据,以贵州省普安县石古河小流域为例,选择有机质含量、土壤质地、石漠化等级、土层厚度、坡度、坡向、灌溉条件、降水量和海拔等指标为参评因子,采用GIS与加权指数法结合的耕地适宜性评价模型,对该研究区的耕地适宜性与可持续发展进行了评价和研究。结果表明:区域内高度适宜耕地283.55hm2,占耕地面积的24.60%;边际适宜耕地和不适宜耕地占耕地面积的50.07%。耕地质量差,数量少,多表现为有机质含量低,坡度大,土层薄,裸岩比例高,土壤侵蚀重。     

丹江口库区水土流失遥感监测应用研究——以商南县为例

基于水土流失监测模型QRSM,研究了丹江口库区商南县共698条集水区构成的小流域水土流失现状.结果表明,微度和轻度侵蚀面积占总面积的63.43%,流失量占总侵蚀量的5.27%,集中在商南县北部和南部治理区,水土流失轻度等级以上面积达57.92%.极强度和剧烈侵蚀面积占总面积的20.40%,侵蚀量占总侵蚀量的87.14%,是造成全县水土流失的主要区域,集中分布在以县城为中心的主河道两岸,从698条小流域整体分布来看,中、轻度侵蚀以上面积占总面积百分比超过40%的小流域达560条,占全部698条小流域总数的80.2%.     

基于GIS技术的黄前水库流域水土流失评价

在GIS技术基础上采用修正的通用土壤流失方程RUSLE作为评价模型,计算了黄前水库流域土壤侵蚀量,并结合土壤侵蚀强度分级标准,对流域土壤侵蚀强度进行了分级。利用GIS的叠置分析功能,定量分析了土壤侵蚀与坡度和土地利用类型之间的关系,并提出了相关的水土流失治理措施。结果表明:黄前水库流域土壤侵蚀模数为41.03 t/(hm2.a),属中度侵蚀区,年水土流失量1.33万t。流域土壤侵蚀模数与坡度呈显著正相关,不同土地利用类型的土壤侵蚀模数由大到小依次为:园地、草地、耕地、建设用地和林地。     

小流域土地评价模型研究

根据小流域土地资源状况及其具有独立性、系统性的特点和其土地利用规划要求,运用土地资源评价理论和地理信息系统（ＧＩＳ）技术（以ＡＲＣ／ＩＮＦＯ作支撑软件）,详细论述了小流域土地资源评价方法和步骤,以探讨适合于中国南方山区小流域的土地利用规划的土地资源评价方法模型。     

水土保持工程对遂宁市小流域生态服务价值的影响

以四川省水土流失重点防治区遂宁市的3个小流域为研究对象,采用Costanza生态系统服务价值计算方法,参照中国陆地生态系统单位面积生态系统服务价值当量表,结合研究区粮食平均产量和收购价格,分析了紫色土区水土流失治理工程对生态系统服务价值的影响。结果表明:1999—2003 年间,各流域林地和草地面积呈增加趋势,耕地和未利用地呈减少趋势。各流域单项生态服务功能在气候调节、水源涵养、土壤形成与保护等方面有所增强,在食物生产方面减少8.90万～62.30万元;生态服务总价值和人均生态系统服务价值则均有不同程度增长。各流域生态经济协调度在0.056 5～0.841 3之间,表明生态系统服务价值的增长速度低于经济增长速度,应继续加强水土保持工程区的生态环境建设。      

中国农业面源污染形势估计及控制对策 Ⅲ.中国农业面源污染控制中存在问题分析

 对中国农业面源污染控制中存在的主要问题进行了剖析。分析指出,中国各主要流域的面源污染控制仍然有较大误区,最主要的问题是没有对点源和面源污染进行分类控制。目前即使在农业面源污染已成为水体污染主要原因的流域,仍以河口、河道地带等末端控制工程建设为主。由于没有遵循农业面源污染控制的基本原则:整个流域统一布局,充分考虑当地农村经济条件和现有种植结构,最大限度照顾农民利益,在源头上对不同类型的污染实行总量控制,因此许多地区高氮、磷养分用量的菜果花农田面积目前仍在大幅度增长,对今后流域治污造成更大难度。根据中国现状,目     

基于USLE模型的重庆仙鱼小流域土壤流失减少比例评价

以仙鱼小流域为例,通过对各项措施图斑的平均坡度、坡长、保土措施、植被覆盖度、土地利用方式等调查,采用USLE方程的各参数因子,计算土壤流失减少比例.仙鱼小流域通过治理后,水土流失减少比例为28.19%,水土流失防治达到目标要求;通过对不同措施图斑水土流失减少比例分析,水土流失减少比例随着坡度或坡长的增加而增加,以25°坡度、70 m坡长作为变化的分界点,当坡度在25°以下或坡长小于70 m时土壤流失减少比例变化趋势较缓,当坡度在25°以上或坡长大于70 m时土壤流失减少比例增长趋势较快;各项水土保持措施中,以石坎坡改梯防治水土流失的效果最好,坡面水系工程措施可有效提高坡耕地抵御季节性干旱的能力.该研究结果可为今后开展小流域综合治理提供实践经验.     

我国三个典型流域人类活动净氮输入量估算及其影响因素

目的 人类活动氮素过量投入是引起面源污染的重要原因之一。阐明人类活动净氮输入量的时空分布特征及其影响因素,为解决面源氮素污染问题提供数据支持。方法 利用人类活动净氮输入量（net anthropogenic nitrogen input,NANI）模型,通过统计年鉴和文献综述获得NANI相关数据和参数,对农业化的香溪河流域、城镇化的太湖流域和全面推进农业绿色发展模式的洱海流域的净氮输入量进行评估。结果 从NANI强度上看,3个典型流域NANI平均值按照大小排序为：太湖流域（13 241 kg·km^-2·a^-1）、香溪河流域（2 183 kg·km^-2·a^-1）、洱海流域（1 582 kg·km^-2·a^-1）。从来源上看,氮肥施入（Nfer）和食品/饲料氮（Nim）是NANI最大来源,占比58%—97%,对NANI贡献从大到小排序为：氮肥施入、食品/饲料氮输入、氮沉降输入、作物固氮输入。从时间尺度看,2019年同2010年相比,香溪河流域NANI中食品/饲料氮输入比例下降23个百分点,氮沉降比例上升34个百分点;洱海流域NANI中氮肥施入比例下降86个百分点;太湖流域NANI中食品/饲料氮输入比例上升31个百分点,作物固氮量和氮沉降输入比例下降14个百分点和12个百分点。从影响因素上看,3个典型流域NANI与城镇人口密度均呈现显著相关性（P<0.05）,且随城镇人口密度的增加NANI随之升高;耕地面积占比与NANI的拟合上,香溪河流域有显著影响（P<0.05）,但洱海流域和太湖流域均无显著影响（P>0.05）。结论 香溪河流域中昭君镇、峡口镇和黄粮镇,洱海流域中下关镇、上关镇和凤仪镇,太湖流域中张家港市、嘉兴市秀城区、杭州市拱墅区和上海市南汇区是NANI的关键源区;以农业为主的香溪河流域化肥施入是NANI的主要来源;城镇化程度较高的太湖流域食品/饲料氮和肥料氮投入是NANI主要来源;农业绿色发展措施可显著减少人类活动净氮输入量。因此,在关键源区大力推广农业绿色发展措施,同时有效降低饲料和肥料的投入量,有利于控制农业面源污染。     

浙江省红壤小流域生态系统的分类研究

以浙江省红壤小流域生态系统为研究对象,从资源持续开发利用角度首次提出了由小流域地形地貌类型、水资源条件类型及土地资源状况类型组成的红壤小流域生态系统的三级分类体系;明确了浙江省红壤小流域生态系统主要有８ 种类型,其中以低丘岗地地形地貌、缺水或引水灌溉、土地资源较丰富这一类型为主⒚     

岷江上游典型流域植被水文效应模拟

该文通过研究现有土地覆盖下水文分布的空间格局,及不同植被类型集水区内降雨与径流间的关系,来揭示森林生态系统与水文动态之间相互作用的机制,从而为岷江上游的生态环境评价和区域生态环境保护及恢复提供理论依据和科学指导.在前人研究的基础上,结合先进的地理信息系统和遥感技术,构建岷江流域植被水文模型.模型以水文子模块TOPMODEL为中心,由山地小气候模型MTCLIM和林冠截留模型为其提供水文学参数,研究中水文循环过程涉及植被截留、(实际)蒸散发、降雨入渗和土壤水分动态等.最后将模型应用于岷江上游典型支流——杂古脑流域,对其1995年7—9月的径流特征进行了模拟分析.结果显示,7—9月日径流量总体趋势表现为逐渐降低,径流量对降水响应敏感,基本反映了杂古脑流域雨季的径流变化特征.     

多目标规划在小流域综合治理规划中的应用

小流域综合治理是山区进行水土保持,发展农业的关键,如何在小流域综合治理规划中体现小流域治理的综合效益是一个需要深入研究的问题。本文应用多目标规划方法对山西省广灵县牛口峪小流域进行综合治理规划,用纯收入、投资、土壤流失量三个指标进行优化。结果表明,到1995年规划实现后,人均收入将由现在的112.8元提高到1067.23元,土壤流失量减少80638.6吨,比规划前减少60.4％,共需治理投资681098元。规划实现后的经济效益和生态效益都将十分显著。     

岔口小流域不同耕地类型破碎化差异性分析

以岔口小流域为研究对象,基于耕地现状和权属数据,借助GIS技术与FRAGSTATS4.0软件,分析不同耕地类型破碎化的内部差异性,为未来的土地整治及农业规模化经营服务。结果显示,耕地的权属破碎化大于自然破碎化,总体破碎化程度表现为沟坝地坡耕地沟川地梯田;空间分布上呈现为:梯田大面积集中于北部村庄,沟坝地、沟川地沿沟河呈条带状延伸,坡耕地则呈小片状分散布局;耕地适度破碎化益于水土保持,辩证地分析各耕地类型破碎化的影响效应利于土地整治的开展;4种耕地类型的边界褶皱度低。该区应因地制宜地开展土地整治及规模化经营。     

基于ＳＷＡＴ模型的图们江流域氮磷营养物非点源污染研究

运用数学模型模拟非点源污染物的空间分布及其输移转化机制,是当前农业非点源污染研究中的重要手段和途径之一.流域尺度长时段分布式水文模型SWAT(soil and water assessment tool)应用于我国南方许多流域的非点源污染模拟上都取得了较好的结果.利用SWAT模型建立了东北图们江流域非点源污染数据库,对该流域(中国一侧)划分为5个小流域46个水文单元,分别进行了水文模拟、降雨径流和土壤侵蚀量计算.结果表明,图们江流域农业非点源污染主要的发生区在流域中部,海兰河和布尔哈通河交界的区域内.该区内有机氮和有机磷的非点源污染负荷明显高于其他地区,推测认为该区域为延边州首府延吉市所在地,城市建设和经济发展带来了繁荣,也造成了局部地区的植被破坏、土地裸露,水保能力下降,因此水土流失现象比较严重.另外,通过分析流域内有机氮和有机磷的时空变化特征发现,2007年延吉、龙井地区为氮磷营养物非点源污染最大发生区(有机氮9.76t·a-1,有机磷1.24t·a-1),而2008年除延吉、龙井地区外,珲春地区有机氮和有机磷非点源污染均有加重的趋势(分别由1.39t·a-1上升到3.82t·a-1,0.17t·a-1上升到0.48t·a-1);氮磷营养物的空间分布特征表明,2007年与2008年除了延吉、龙井一带为最大发生区外,珲春地区有机氮流失有所加重(从1.39 t·a-1上升到3.81 t·a-1),有机磷流失也有所加重(0.17 t·a-1上升到0.48 t·a-1),而安图等地区则有所减轻.