干旱区绿洲土地利用变化的生态系统服务价值响应——以甘肃省金塔县为例

通过运用土地利用类型动态度、土地利用程度模型、生态系统服务价值估算模型和土地利用调查和变更数据等,分析1990年、2000年和2008年金塔县土地利用变化及其生态系统服务价值变化特征。结果表明:(1)1990—2008年间,耕地、园地、林地、建设用地和水域呈现增加趋势,牧草地和未利用地面积表现为减少趋势,总体土地利用程度为中下水平,处于发展阶段。(2)研究期间生态系统服务总价值呈现上升趋势,从1990年的47.238亿元增加到2008年的48.228亿元(+0.989 9亿元)。水域在研究区生态系统服务总价值中所占份额最大,草地生态服务功能的下降对生态系统服务总价值有明显的负贡献。(3)研究区各类生态系统的生物多样性保护、水源涵养和废物处理等服务性功能价值远大于其粮食生产和原材料等生产性功能价值。因此,该区域水土资源的合理利用与有效管理是实现生态系统服务功能维持和可持续发展的根本。     

Film fully-mulched ridge-furrow cropping affects soil biochemical properties and maize nutrient uptake in a rainfed semi-arid environment

Abstract

This study evaluated the effects of plastic mulched ridge-furrow cropping on soil biochemical properties and maize (Zea mays L.) nutrient uptake in a semi-arid environment. Three treatments were evaluated from 2008 to 2010: no mulch (narrow ridges with crop seeded next to ridges), half mulch (as per no mulch, except narrow ridges were mulched), and full mulch (alternate narrow and wide ridges, all mulched with maize seeded in furrows). Compared to the no mulch treatment, full mulch increased maize grain yield by 50% in 2008 and 25% in 2010, but reduced yield by 21% in 2009 after low precipitation in early growth. Half mulch had a similar grain yield to no mulch in the three cropping years, suggesting half mulch is not an effective pattern for maize cropping in the area. Mulch treatments increased aboveground nitrogen (N) uptake by 21?34% and phosphorus (P) uptake by 21?42% in 2008, and by 16?32% and 14?29%, respectively, in 2010; but in 2009 mulching did not affect N uptake and decreased P uptake. Soil microbial biomass and activities of urease, β-glucosidase and phosphatase at the 0?15 cm depth were generally higher during vegetative growth but lower during reproductive growth under mulch treatments than no mulch. Mulching treatments increased carbon (C) loss of buried maize residues (marginally by 5?9%), and decreased light soil organic C (15?27%) and carbohydrate C (12?23%) concentrations and mineralizable C and N (8?36%) at harvest in the 0?20 cm depth compared with no mulch, indicating that mulching promotes mineralization and nutrient release in soil during cropping seasons. As a result of these biological changes, mineral N concentration under mulch was markedly increased after sowing in upper soil layers compared with no mulch. Therefore, our results suggest that mulched cropping stimulated soil microbial activity and N availability, and thus contributed to increasing maize grain yield and nutrient uptake compared with no mulch.     

新疆策勒县新开垦农田地表蚀积变化

用插钎法结合气象数据对新疆维吾尔自治区策勒县开垦年限分别为2和1a农田地表进行风蚀风积观测,结果表明,沿主风向,防护林带前后0—3H(树高)内表现为风积,林前风积量明显大于林后风积量,防护林带之间中部主要以风蚀为主。红枣幼苗旁种植的冬小麦在一定程度上能有效地抵御红枣根部风蚀。未开垦的植被盖度3个不同的下垫面内,植被盖度和高度越大,其阻沙积沙能力越强。由于新开垦未种植裸荒地地表疏松无植被覆盖,表现出同阶段内最大的地表风蚀量。新开垦农田地表蚀积变化不仅与植被覆盖度、防护林结构、风速大小与风向紧密相关外,还与地表的微地形有关。     

民勤绿洲地下水埋深影响因素分析及其变化趋势预测

水是民勤绿洲环境保护和经济发展的关键,对影响民勤绿洲地下水资源变化的主要因素及其未来变化趋势进行预测,可为绿洲地下水资源合理开发和利用提供科学依据。利用相关性分析法,找出与民勤绿洲地下水埋深观测值相关性较好的影响因素,然后运用主成分线性回归法确定地下水埋深观测值与其主要影响因素的定量关系,并利用灰色预测法对影响绿洲地下水埋深变化的主要因素（包括人口、粮食产量和上游来水量）及地下水埋深进行趋势预测。结果表明：民勤绿洲的人口、粮食产量、上游来水量、GDP、蒸发量和大牲畜存栏量与地下水位变化密切相关;人口和粮食产量的增加会导致地下水埋深的下降,且人口增加对地下水埋深的影响远大于粮食产量增加对地下水埋深的影响;未来6年中,民勤绿洲人口和粮食产量总体呈增长趋势,上游来水量呈逐年减少趋势,地下水埋深呈下降趋势。     

甘肃白龙江流域植被覆盖度及景观格局变化

基于1998—2012年SPOT NDVI数据,采用像元二分模型和景观格局分析方法,对甘肃白龙江流域植被覆盖度及景观格局时空变化及影响因素进行分析。结果表明:（1）1998—2012年白龙江流域植被覆盖度明显增加,高植被覆盖度面积增加量最大（737.30 km²）,2012年中高和高植被覆盖度面积比例达70.7%,植被覆盖度增加区域主要分布在宕昌县北部、岷江东岸、舟曲—武都段白龙江两岸及其以北区域。（2）研究期间,白龙江流域植被覆盖整体改善、局地退化,植被覆盖度显著增加和轻度增加的总面积和比例分别为4 675.90 km²,25%,显著减少的面积仅占3.84%。（3）1998—2012年景观破碎度增大,斑块密度增加了58.23%;景观形状趋于复杂化,LSI,AWMPFD和IJI分别增大到25.14,1.128,80.01;香农多样性和均匀度指数分别减少到1.342,0.834。（4）白龙江流域植被覆盖度增加是自然因素和人为因素共同作用的结果,退耕还林、天然林保护等一系列生态工程的实施是植被覆盖度增加的主要原因。     

1986-2013年黄河宁蒙河段风蚀模数与风沙入河量估算

为缓解宁(宁夏)蒙(内蒙古)河段的淤积问题,需要对该河段风蚀灾害和风沙入黄量的时空变化进行研究。该文选取综合风蚀模拟系统(integrated wind-erosion modeling system,IWEMS)和修订版风蚀方程(revised wind erosion equation,RWEQ)对1986-2013年黄河宁蒙河段风蚀模数进行了估算,并结合风沙输移方程,对不同河段的风沙入黄量进行了计算。发现宁蒙河段的风蚀灾害主要发生在乌兰布和沙漠、库布奇沙漠和河东沙地等沙漠区域。自1986年以来河东沙地的风蚀模数逐渐降低,而乌兰布和沙漠的风蚀模数则逐渐凸显,成为宁蒙河段风蚀最严重的区域。1986-2013年间,整个宁蒙河段受风蚀灾害的面积逐渐减小,平均风蚀模数迅速下降,线性拟合函数斜率高达-182.81。风沙入黄量结果显示,石嘴山—巴彦高勒段的年均风沙入黄量最大,高达9.31×106 t/a;下河沿—青铜峡段最小,其值仅为7.6×105 t/a。另外,除石嘴山—巴彦高勒段之外,其余河段风沙入黄量并未呈现出明显的减小趋势。通过对宁蒙河段气象和土地利用数据的分析,发现宁蒙河段的风蚀模数的变化主要受气候条件的影响。该研究结果可为解决黄河淤积问题、完善黄河沿岸风沙防护体系提供参考。     

模拟增温对半干旱雨养区春小麦物质生产与分配的影响

为了明确未来气候变化对半干旱区春小麦生产的影响,了解增温条件下春小麦不同生长阶段物质生产的响应特点以及光合产物在不同器官中的分配特征,利用开放式红外增温系统设置不同的温度梯度,即不增温（对照）、增温1和2℃,模拟田间增温对春小麦物质生产与分配的影响。结果表明：温度增加,春小麦发育加快,全生育期明显缩短,增温1和2℃,比对照分别缩短7和11 d;从各器官干物质生产来看,相对于对照,在增温1、2℃处理下,叶干物质质量在三叶期分别增加了11.23%和27.49%,在拔节期及其以后分别平均降低了20.12%和30.83%。茎干物质质量在拔节期及其以前分别平均增加了17.30%和30.30%,拔节期以后分别平均降低了13.19%和22.09%。根干物质质量在孕穗期及其以前分别平均增加了10.26%和23.30%,孕穗期以后分别平均降低了15.79%和26.05%。穗干物质质量分别平均降低16.43%和29.00%;增温处理下春小麦物质生产随时间的响应规律主要是由净同化率的变化所致;从各器官干物质分配来看,与对照相比,增温1、2℃处理下,春小麦叶和穗干物质质量占全株干物质质量的比例在整个生育期分别平均下降了8.32%、12.01%和0.56%、3.40%,且增温幅度越大,下降的越多。增温1、2℃处理下,茎和根干物质质量占全株干物质质量的比例在整个生育期分别平均增加了3.92%、6.25%和3.86%、8.71%,且增温幅度越大,增加的越多。结果为中国半干旱区春小麦对全球气候变化下的敏感性及适应性研究提供理论参考。     

基于农户生计和水资源高效利用的黑河流域生态治理政策研究

[目的]分析影响黑河中游地区生态输水治理工程可持续发展的潜在因素,为该地区生态环境修复提供科学依据。[方法]通过问卷调查的方式对样本区550户农户进行调查,并采用逻辑回归分析方法对问卷数据进行建模分析。[结果]中游农户对生态输水治理工程持认可态度,但大部分农户考虑到成本效益、土地规模和灌溉技术等条件的限制,不愿意发展节水农业;同时项目对农户生计造成一定影响。[结论]黑河生态输水治理工程对节水农业投入不足,水资源短缺形式依然严峻;农户生计受到一定影响,加大了生态治理成果维护的风险。因此,在进行生态输水治理的同时,要建立流域水资源生态补偿机制,扶持节水农业发展,改善农户生计多样化,实现农户生计安全和环境保护的良性互动。     

荒漠-绿洲边缘区生态过渡带的土壤颗粒分形特征

通过实地采样和实验室分析,测定了黑河中游荒漠绿洲边缘区生态过渡带的土壤粒级分布、有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、速效氮(AN)和速效磷(AP)的含量,并采用1993年杨培岭等提出的用粒径的重量分布代替数量分布的土壤分形模型,计算了土壤颗粒分形维数;最后利用统计分析法,研究了颗粒分形维数与土壤粒级分布及各养分指标的关系.结果表明:从荒漠边缘向绿洲延伸的过渡带,土壤中砂粒含量占绝对优势,粉粒居中,黏粒最少,采样区土壤质地较粗;土壤颗粒分形维数在2.105～2.609之间变动,处于极低水平,与土壤各养分指标具有相似的变化趋势,除靠近绿洲区存在一个"生态裂谷"外,整体呈上升趋势;利用相关分析法得出,土壤颗粒分形维数与砂粒含量呈显著负相关,与黏粉粒及各养分指标均呈显著的正相关;利用回归分析法进行定量分析,砂粒含量每增加1g/kg,颗粒分形维数D降低0.0019个单位;粉粒和黏粒含量每增加1g/kg,颗粒分形维数D分别增加0.002和0,023个单位,对土壤颗粒分形维数变化幅度的影响依次为黏粒>粉粒>砂粒,分形维数对黏粒含量的变化最为敏感.因此,可以将土壤颗粒分形维数作为衡量荒漠-绿洲边缘区土壤养分变化状况的指标之一,用于反映荒漠绿洲区土壤的退化状况.     

Spatial pattern and heterogeneity of soil properties in sand dunes under grazing and restoration in Horqin Sandy Land, Northern China

Applying a combination of classical and geostatistical methods, we identified soil properties and their spatial variation in a 5-year grazed sand dune (GSD5) and a 20-year recovered sand dune (RSD20) in Horqin Sandy Land, northern China. The paper assesses the effect of grazing, topography and vegetation restoration on spatial heterogeneity of soil properties. The results showed that soil organic carbon, total nitrogen, very fine sand (0.1–0.05 mm) content and their coefficients of variation were lower in GSD5 than in RSD20, while soil water contents (0–20 cm and 20–40 cm depths) were higher in GSD5 than in RSD20. Geostatistical analysis revealed that the spatial structured variance accounted for the largest proportion of total sample variance in soil properties at the measured scale under grazing and restoration. The spatial autocorrelation ranges were 66.30 m for soil organic carbon and 50.80 m for total nitrogen in GSD5 less than those in RSD20 (70.00 m and 76.10 m, respectively), while the spatial autocorrelation ranges of soil particle size fractions and soil water contents in RSD20 were less than those in GSD5. Kriging-interpolated maps also showed that the heterogeneity of soil organic carbon and total nitrogen and their degree of patch fragmentation were higher in GSD5 than in RSD20. These results suggested that continuous grazing resulted in an increase in spatial variability of soil nutrient and a decrease in spatial variability of soil particle size fractions and soil water content. Soil organic carbon and total nitrogen of sand dunes are associated closely with soil particle size fractions, relative height of sampling site and vegetation cover. Spatial patterns of soil properties are most strongly related to grazing, topography and plant-induced heterogeneity in sand dune ecosystems prone to wind erosion.