黄河下游地区土地利用和生态系统服务价值的时空演变

基于黄河下游地区1990—2015年土地利用分类数据,运用土地利用变化动态度、土地利用转移矩阵,探究不同土地利用类型的变化程度及转移情况,运用当量因子法、热点分析、重心模型、地理探测器探究黄河下游地区县域尺度生态系统服务价值的时空演变及其空间分异。结果表明:1)耕地、草地、未利用地面积逐渐减少,建设用地面积增加,耕地是建设用地面积增加的主要贡献者,建设用地扩张存在侵占耕地的现象。2)从时间尺度看,地区生态系统服务价值逐年减少;从空间尺度看,县域尺度的高值区逐渐减少,低值区逐渐增加;从地均生态系统服务价值的变化率来看,大部分县区的地均生态系统服务价值呈现持续降低趋势。3)地均生态系统服务价值的高值区与低值区空间集聚程度明显,但有逐渐弱化的趋势;生态系统服务价值的重心始终分布在山东省郓城县,重心迁移与两地区之间生态系统服务价值变化差值有关。4)黄河下游地区县域尺度地均生态系统服务价值空间分异受自然因素和社会经济因素共同作用的影响,是不同驱动因子共同作用的结果,其中人为综合影响指数对区域生态系统服务空间分异的影响最大。     

Short term soil priming effects and the mineralisation of biochar following its incorporation to soils of different pH

The aim of this work was to determine the magnitude of the priming effect, i.e. short-term changes in the rate (negative or positive) of mineralisation of native soil organic carbon (C), following addition of biochars. The biochars were made from Miscanthus giganteus, a C4 plant, naturally enriched with ¹³C. The biochars were produced at 350 °C (biochar350) and 700 °C (biochar700) and applied with and without ryegrass as a substrate to a clay-loam soil at pH 3.7 and 7.6. A secondary aim was to determine the effect of ryegrass addition on the mineralisation of the two biochars.After 87 days, biochar350 addition caused priming effects equivalent to 250 and 319 μg CO₂-C g⁻¹ soil, in the low and high pH soil, respectively. The largest priming effects occurred at the start of the incubations. The size of the priming effect was decreased at higher biochar pyrolysis temperatures, which may be a way of controlling priming effects following biochar incorporation to soil, if desired. The priming effect was probably induced by the water soluble components of the biochar. At 87 days of incubation, 0.14% and 0.18% of biochar700 and 0.61% and 0.84% of biochar350 were mineralized in the low and high pH soil, respectively. Ryegrass addition gave an increased biochar350 mineralisation of 33% and 40%, and increased biochar700 at 137% and 70%, in the low and high pH soils, respectively. Certainly, on the basis of our results, if biochar is used to sequester carbon a priming effect may occur, increasing CO₂-C evolved from soil and decreasing soil organic C. However, this will be more than compensated for by the increased soil C caused by biochar incorporation. A similar conclusion holds for accelerated mineralisation of biochar due to incorporation of fresh labile substrates. We consider that our results are the first to unequivocally demonstrate the initiation, progress and termination of a true positive priming effect by biochar on native soil organic C.     

石羊河流域冬季冻土深度变化趋势及原因

利用1961~2007年石羊河流域上游、中游、下游当地气象站的冬季最大冻土深度、气温、地温、日照时数、降水量、相对湿度、蒸发、积雪资料,分析了近47 a石羊河流域冬季最大冻土深度的空间分布以及时间变化特征,进而采用相关系数法进一步探讨了冬季最大冻土深度变化的原因。结果表明:在空间分布上,石羊河流域冬季最大冻土深度分布与本地地理位置、土壤类型和海拔高度密切相关。石羊河流域冬季最大冻土深度梯度呈南—北走向,最大值出现在南部古浪,最小值出现在北部民勤。时间变化上,近47 a,石羊河流域以及流域上、中游冬季最大冻土深度呈下降趋势,而下游民勤冬季最大冻土深度则呈上升趋势,石羊河流域冬季最大冻土深度在不同时段内存在明显的6~7 a和9~10 a的周期反映,除下游民勤外在20世纪90年代都发生了突变。相关系数法分析表明,影响石羊河流域冬季最大冻土深度的气象因子是主要是热力因子,热力因子中关联最强的是极端最低地温和气温;水分因子中蒸发和冬季最大冻土深度的关联最明显。     

黄土丘陵区的土地利用变化及其生态风险

[目的]探讨土地利用方式对生态风险的影响,为黄土丘陵区生态保护与土地利用决策提供一定依据。[方法]通过构建土地利用方式决策分析模型及土地利用生态风险指数,分析了上黄试区不同时期土地利用方式决策模式及其生态风险演变特征。[结果]研究初期,上黄试区土地利用方式模式表现为耗损型,生态风险呈现较高风险态势。1982—2000年,上黄试区通过开展基本农田建设、加强农业生产管理、发展庭园经济等措施,提高了土地的生产能力,土地利用方式由耗损型逐步转变到半集约型,生态风险也由较高风险过渡到中风险态势。2000—2010年,在国家退耕还林还草政策的推动下,土地利用方式由半集约型转变为集约型,生态风险也由中风险转变为较低风险。[结论]科技因素是推动土地利用方式决策与生态风险转变的关键,而政策因素是必要的补充。     

砚瓦川流域水沙演变特征及其驱动因素分析

为了探究降水变化和水土保持措施对黄土高原地区产流产沙的影响,选择我国水土流失最为严重的区域——甘肃省庆阳市的砚瓦川流域为研究区,对该流域1981—2012年的年降水量、年径流量和年输沙量进行趋势分析及突变检验,分析黄土高原沟壑区水土流失治理背景下流域水沙的演变规律,定量评价降水和水土保持措施对流域水沙变化的贡献程度。结果表明:在1981—2012年期间年降水量和年径流量均没有发生显著变化,而年输沙量呈现显著减少趋势,年径流量和年输沙量的突变时间分别在1996和1997年,具有很好的同步性。与基准期(1981—1996年)相比,变化期(1997—2012年)的年径流量和年输沙量分别减少了17.0%和76.0%,分析径流和输沙历时曲线发现流域丰水期和平水期的径流量逐时段减少,而枯水期径流量却持续增加,输沙量在整个时段则大幅度减少。该流域降水和水土保持措施对年径流减少的贡献率分别为-37.9%和137.9%,而对年输沙量减少的贡献率为-35.0%和135.0%,因此,水土保持措施的实施是该流域年径流量和年输沙量减少的主要原因。其中,植被措施(林地和草地)对径流影响显著,占径流减少总量的61.04%;工程措施(梯田和坝地)对产沙影响显著,占产沙减少总量的102.84%。研究结果表明,黄土高原地区水土流失治理已在区域尺度上表现出一定程度上削洪补枯和减少侵蚀产沙的水文效应特征。同时在水土保持措施建设过程中,合理配置植被措施和工程措施比例,充分发挥各项水土保持措施的优势,是开展适应性流域管理的关键。     

长期施肥下灰漠土有机碳组分含量及其演变特征

采用湿筛和重液悬浮的物理分组方法分析了18年不同施肥模式下灰漠土有机碳组分含量差异及其演变特征。结果表明:与不施肥相比,长期有机无机肥配施(NPKM和1.5 NPKM)增加各有机碳组分的效果最显著,且粗和细自由颗粒有机碳、物理保护有机碳、矿物结合有机碳增加速率最高,平均分别达到0.12、0.06、0.08及0.17g/(kg.a);秸秆还田使粗和细自由颗粒有机碳分别以0.05和0.03 g/(kg.a)的速率增加,而撂荒和施化肥维持着各有机碳组分的含量。不同有机碳组分间存在显著的相关性,其中以粗自由颗粒有机碳含量增幅最高,不同施肥模式下平均增幅是其它有机碳组分的2.18~.0倍;以矿物结合有机碳所占比例最高,达到56.9%7~7.8%,说明粗自由颗粒有机碳对施肥较敏感,而矿物结合有机碳是灰漠土固存有机碳的主要形式。综上分析,长期有机无机肥配施是提高灰漠土有机碳组分含量和培肥土壤的有效模式。     

陇南山地土地利用结构动态演变分析

以土地利用变更调查数据为基础,借助信息熵原理分析了陇南市1996-2008年土地利用结构的时间演变规律及空间差异特征。结果表明:研究区土地利用结构信息熵经历了3个发展阶段:即缓慢增长期、显著下降期和快速回升期,熵值在波动中趋于降低,土地利用系统向低水平的有序状态发展。信息熵的区域差异显著,且变化趋势各异,除武都区与两当县的土地利用系统趋于稳定外,其余各县尚处于显著变化中。     

2000-2014年艾比湖流域地表Ea与Ep时空分布特征及成因

为了探明干旱区流域地表蒸散量时空分布及其变化特征,从而为流域水资源规划、旱涝检测和生态需水量研究提供科学依据,本文基于MOD16蒸散产品和气象站观测数据,运用线性倾向率和相对变化率等方法,分析了艾比湖流域2000-2014年地表实际蒸散(Ea)与潜在蒸散(Ep)的时空分布特征及其变化趋势,进一步揭示二者之间的关系.结果表明:1)近15年内艾比湖流域地表Ea、Ep年际波动不大,多年平均Ea与Ep分别为315.76和1555.27mm,年平均Ea与Ep的较大差距说明流域整体上缺水、干旱.年内分布处于先增大后减少的单峰型变化趋势,夏季两者差距最大,此时流域最干旱、缺水;2)流域Ea与Ep的空间分布状况正好相反.西北山区、精河—博乐绿洲区、北天山的西段支脉,玛依力山脉等区域水分比较充足.流域东部大范围地区、精河—博乐绿洲周围等区域干旱缺水.3)影响因素分析显示气温是影响流域Ea、Ep时空分布变化的主要因素;4)2000-2014年间Ea总体上处于减少趋势,Ep处于增加趋势,说明流域近15年内干旱加重.     

基于内容分析法的土地整理项目后期管护政策的演进分析

[目的]分析2000—2016年土地整理项目后期管护的政策文件,揭示管护政策的演进趋势及其内在规律,为进一步制定合理的土地整理后期管护政策提供理论参考。[方法]采用内容分析法开展研究。[结果](1)管护政策文件数量迅速增加,2009—2016年增加幅度最大,期间达到年均6部,涉及20个省、市、自治区;(2)管护政策文件形式多为通知、意见、管理办法等,效力层级较低;(3)国家层面的管护政策文件集中在2000—2008年,文件关键词以管护主体和管护措施为主,地方层面的管护政策文件集中在中东部地区,文件关键词以管护主体和管护资金为主;(4)专门性管护政策文件数量远少于综合性管护政策文件。[结论]现有管护政策体系不够完备,缺乏可操作性和地区差异的细则条款。应科学开展政策评估,促进相关层面政策文件出台和协调发展,进一步完善政策的制度结构。     

基于三维重建技术的坡面细沟侵蚀演变过程研究

作为黄土高原地区沟头溯源侵蚀和水流汇集发源地的梁峁坡面,在强降雨下其产流产沙对沟缘线以下坡面及沟道侵蚀有着重大影响。该研究根据野外实地考查构建5°～35°变坡段实体模型,进行6场间歇性人工模拟降雨试验,并借助基于三维重建技术的PhotoScan软件获取坡面DEM,将其侵蚀演化过程进行图形化、数字化,定性定量揭示其侵蚀形态演变特征。研究表明:1)梁峁坡面细沟侵蚀历经4个阶段:面蚀阶段,即产生一系列呈串珠状分布的侵蚀跌坑,宽度5～9 cm,深度1～4 cm;细沟形成阶段,由面蚀所产生的微小跌坑在径流作用下长、宽、深均不断增大,最大分别达到266、7.6、13.8cm;细沟网形成阶段,细沟出现分叉及联通,有明显流路;小切沟形成阶段,伴随沟壁崩塌、沟壁加宽和沟底下切,最大沟长及最大沟深较细沟形成时增大3倍以上。2)对比次降雨过程基于三维建模所计算侵蚀量与实测侵蚀量,第1场降雨试验因地表疏松颗粒较多导致实测侵蚀量比建模计算侵蚀量大而引起较大偏差(20.82%),其他场次偏差均在10%左右或以下,总体来说,该技术可以较好地应用于侵蚀发育过程的研究。该研究实现侵蚀演变关键过程图形化、数字化,有助于人们定性、定量了解和认识梁峁坡面侵蚀过程,且对于创新侵蚀过程研究方法亦具有实践指导价值。