城市扩张背景下景观破碎化动态演变及空间自相关分析——以南昌市为例

为探究城市扩张与景观破碎化演变过程及其关联机制,以江西省南昌市为例,基于2000—2015年的土地利用数据,运用城市破碎指数(UFI)刻画建设用地的景观破碎化水平; 然后结合形态学空间格局分析(MSPA)和景观连接度分析量化了自然景观和耕地的景观动态演变过程; 最后采用格网分析探究了三者之间的空间自相关动态特征。结果表明:2000—2015年间南昌市共有273.26 km²的耕地及45.61 km²的自然景观转为建设用地,整体城市破碎度指数在研究期内由2.27上升至4.94; 耕地核心区数量在15 a时间内持续衰减,自然生境在前期变化平稳,随着城市化进程的加快,核心及桥接区不断减少,岛状斑块开始增加; 空间自相关分析显示,景观破碎度与自然生境、耕地平均连通概率三者呈负相关,景观破碎度与耕地、自然生境平均连通概率之间的高低聚集区域集中分布在城市扩张的主要区域。2000—2015年城市快速扩张导致的破碎化致使耕地及自然生境景观结构发生改变,景观连通性逐渐丧失。     

SWAT模型子流域划分引起的土地利用变化对径流和输沙模拟结果的影响

为揭示水文模型计算单元划分引起的土地利用变化对模拟结果的影响,采用SWAT模型,通过设置11种子流域阈值情景(4 000,3 200,2 000,1 500,1 100,800,400,200,100,50,25 hm²),并保持地形和土壤数据不变,定量分析了子流域划分引起的土地利用空间离散化对径流输沙模拟结果的影响。结果表明:(1)随着子流域数量的增加,流域内土地利用中面积最大的林地呈先增加后减少趋势,所有情景下林地面积均高于实际林地面积; 而随着土地利用离散程度的增加耕地面积呈减少趋势,水域、草地和建设用地面积则呈增加趋势并逐渐接近实际面积;(2)土地利用空间离散化导致年均径流量(1.85%)和输沙量(65.84%)减少,且对输沙量影响更显著;(3)土地利用空间离散化造成洪水过程和输沙峰值显著降低,并导致年最大1 d、连续最大5 d和连续最大7 d输沙量显著下降(p<0.01)。综上所述,SWAT模型不同子流域划分显著改变了流域土地利用分布,进而引起径流输沙有关参数变化,最终导致径流和输沙模拟结果的变化。     

2000—2019年黄土高原地区土壤保持时空变化及影响因素分析

为揭示全球气候变化背景下黄土高原的生态建设成效,以土壤保持量为评估指标,应用美国修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原土壤保持服务功能以及植被、气象等因素对其影响,分析了2000年以来植被和气候变化影响下黄土高原土壤保持量时空动态变化特征。结果表明:2000—2019年黄土高原土壤保持量平均值为109.5 t/hm²,并呈增加趋势,平均每年增加2.0 t/hm²,空间分布黄土高原中部和东部土壤保持量增加较明显。2000年以来黄土高原地区植被NPP呈增加趋势,年平均值为330.5 gC/m²,且平均每年增加7.2 gC/m²; 2000年以来植被覆盖度年平均值为29.2%,且以平均每年0.52%的趋势增加。黄土高原地区2000年以来气温和降水量均显著增加,平均年降水量为469.1 mm,且呈增加趋势,平均每年增加3.1 mm,年平均气温为10.2℃,平均每年增加0.03℃。黄土高原生态恢复措施加强,加之区域“暖湿化”有利气候条件,促进了区域生态建设成效显现,成为黄土高原生态恢复、功能提升的重要因素之一。     

九寨沟流域森林覆被变化对径流的影响

覆被变化引起的径流响应研究不仅是流域水文学的热点之一,在九寨沟更是与流域的水景观核心遗产价值保护紧密相关,因此九寨沟流域水资源的研究是迫切需要关注的问题。以SWAT模型模拟为基本研究手段,对九寨沟流域2009—2017年森林覆被变化下的流域水文做定量研究,探究了九寨沟流域对森林覆被变化的响应机理。结果表明：(1)模型率定期的决定参数R²和纳什效率系数E_ns均为0.83,验证期的R²和E_ns均为0.7,说明SWAT模型对九寨沟流域径流量模拟具有较高的适用性。(2) 2016年九寨沟流域内森林覆被面积较2004年有增加的趋势,其中针叶林面积增加明显(增加了10.56 km²),而阔叶林面积有所减少(减少了2.57 km²)。(3)相比2004年,2016年的森林覆被下的9年内年均径流量增加0.13 m³/s。年际变化中显示阔叶林的调蓄能力强于针叶林,而在年内变化中针叶林有更好的调洪补枯能力。(4)在气象条件相同的前提下,2016年月径流相...     

季节性冻融对色季拉森林土壤团聚体稳定性的影响

为分析季节性冻融对土壤团聚体稳定性的影响,以藏东南色季拉山森林土壤为研究对象,通过野外控制性试验利用湿筛法测定团聚体组成,分析了0—10 cm, 10—20 cm, 20—30 cm深度土层各粒径团粒结构变化,以及土壤含水量(SWC),0.25 mm水稳性团聚体含量(WSA)、平均质量直径(MWD)、平均几何直径(GMD)、分形维数D、可蚀性K值各指标之间的关系。结果表明：(1)季节性冻融导致大团粒含量减少,小团粒含量增加,土壤结构失调。(2)含水量是影响团聚体稳定性的重要因素之一。(3)季节性冻融作用整体上导致MWD,GMD变小,D值与K值变大,降低了土壤团聚体稳定性。(4)当土壤冻融次数在一定范围内STF-One中,WSA有所增加,土壤稳定性有所增强。(5)土壤团聚体WSA,MWD和GMD均与D值和K值呈负相关。(6)在SFT-Ys类型土壤中土壤结构变化,0.5 mm粒级是重要临界点。综上,研究为季节性冻融对土壤稳定性的影响提供数据支持,为冻土潜在受侵蚀情况提供理论依据。     

基于Budyko假设的金溪流域径流变化归因分析

[目的]探究金溪流域径流变化特征及其原因,对于水库运行调度及水资源管理具有重要指导作用。[方法]基于1982—2015年流域气象水文数据以及植被NDVI数据,采用线性回归法、Mann-Kendall突变检验及滑动T突变检验法分析径流变化特征,进一步采用Budyko水热耦合平衡方程计算各影响因子对流域径流变化的贡献率。[结果]金溪流域年径流深、降雨量均呈不显著上升趋势,变化速率分别为3.89 mm/a, 8.43 mm/a。潜在蒸散发量呈显著上升趋势,变化速率为1.17 mm/a。通过突变检验可将金溪流域径流序列分为基准期1982—2002年和变化期2003—2015年。金溪流域径流变化归因分析表明：下垫面变化对径流变化的贡献率为123.55%,潜在蒸散发的贡献率为33.83%,降雨贡献率为-57.38%,流域下垫面变化主要源于植被情况显著改善,其中NDVI在基准期上升速率为0.005/10 a,在变化期上升速率为0.024/10 a。[结论]导致金溪流域径流变化的主要源于植被情况的显著改善,金溪流域径流变化的归因分析为金溪流域的水资源利用提供了理论支持。     

长江中下游平原单季稻田氮素径流损失风险评估

稻田氮素径流损失是农业面源污染主要来源之一,以巢湖地区单季稻田为研究对象,利用该地区1957—2019年的历史气象数据,通过设定插秧区间(6月6—25日)及施肥期水位(3,10,20 cm),建立SMNRL模型,模拟不同插秧时间和田面水水位稻田氮素流失,研究降低长江中下游平原气候区单季稻田氮素径流损失风险的插秧时间与水位控制模式。结果表明:(1)施肥后,稻田田面水氮素浓度呈指数衰减,基肥期田面水氮素衰减期为9天,分蘖肥和穗肥期为7天。(2)在LW、HW组合中,各施肥期占全生育的氮素径流损失为基肥期>分蘖肥期>穗肥期。在LW组合中,基肥期为氮素径流损失高发期,基肥、分蘖肥、穗肥的氮素流失为72.4%~98.4%,1.9%~27.6%,0~8.3%。(3)控制水位比选择插秧时间对降低氮素径流损失更有效。相同水位下,适宜的插秧期氮素径流损失在全生育期施肥中合计能减少0.4~4.5 kg/hm^2,降低32.8%~80.3%;相同插秧时间下,LW、MW组合相比HW组合氮素径流损失能减少8.8~13.1 kg/hm^2,降低92.1%~98.8%。(4)在LW、MW、HW 3种组合中,插秧期分别以6月19日、6月11日、6月17日为界,将6月6—25日分为前后2个阶段,前1阶段插秧产生氮素径流损失均值显著低于后1阶段,分别低37.0%,25.0%,21.7%。(5)降低巢湖地区稻田氮素径流损失有效措施为施肥期水位控制为3 cm,并选择6月6-19日期间进行水稻插秧。     

水稻氮磷肥料减施途径研究

通过大田双季稻轮作试验,研究了在农民习惯施肥的基础上,不同减少氮磷肥料用量的施肥措施对水稻生长、产量的影响。减施氮肥处理结果表明:比农民习惯施肥减施20%氮肥的条件下,施用缓释肥料(80R)产量最高,比传统不减少施氮处理(CFN)增产0.4%,比等养分量纯化肥处理(80F)增产6.0%;用有机肥和化肥配施的处理(30F+50M)比80F增产1.9%;绿肥和化肥配施的处理(50F+30A)比80F显著减产7.2%(P<0.05)。因此,施缓释肥料或用有机肥和化肥配施均能提高产量,减少氮肥施用量。减施磷肥处理结果表明:比农民习惯施肥减少施磷20%的处理均没有减产,说明在本地区减少施磷20%,具有一定的可行性。     

干旱荒漠区污水灌溉山地园林土壤养分的空间变异特征

以乌鲁木齐市雅玛里克山污水灌溉区为例,采用地统计学方法研究了干旱荒漠区山地园林污灌区土壤中的6种土壤养分指标全N、全P、全K、速效N、速效P、速效K的空间变异特征。结果表明,6种土壤养分指标的变异系数在8.34%～39.68%之间,全N、全P、速效P服从正态分布,全K、速效N、速效K服从对数正态分布。所有养分的块金值与基台值之比都在25%以下,说明结构性因素控制这些养分的含量分布,导致样点之间的空间自相关作用强。土壤养分的相关距变化范围为19.1～116.7 m。因为灌溉污水的影响,强矿化作用使得全N、速效N在质地粗轻的山坡含量较高,而氨挥发则造成全N、速效N在质地细重的谷地含量较低,偏弱碱性的污水加剧了P的固定,使研究区内全P、速效P含量整体偏低,但同时偏弱碱性的污水促进了K的释放,使速效K含量明显提高。污灌能促进速效养分的释放,使养分之间具有一定相关关系。