三江源植被保持土壤能力的时空变化

为深入了解三江源区植被保持土壤的能力,以RS和GIS为技术支撑,在对三江源区植被覆盖度动态变化特征分析的基础上,利用SL190—2007《土壤侵蚀分类分级标准》推荐的中国土壤侵蚀模型CSLE(Chinese soil loss equation)估算了2000—2010年三江源区植被的土壤保持能力,并分析其时空动态变化特征. 结果表明:①2000—2010年三江源区年均植被覆盖度为43%~50%;植被平均土壤保持量为849~955 t/km2,并且空间差异很大,总体上呈自西北向东南增加的空间分布格局. ②2000—2010年植被的土壤保持能力呈逐渐增加趋势,其中2000—2005年各流域的土壤保持能力平均增加了约29 t/km2,并以大夏河与洮河流域土壤保持能力的增幅(约700 t/km2)最大,其次为玛曲至龙羊峡(约300 t/km2),羌塘高原区植被的土壤保持能力增幅(仅2.08 t/km2)最小;2005—2010年各流域的土壤保持能力呈现轻微增长,平均增加了约9 t/km2,其中增幅较大的是柴达木盆地东和直门达至石鼓流域(约16 t/km2),增幅最小的是羌塘高原区(仅3.90 t/km2). ③三江源植被土壤保持能力随植被覆盖度的增加呈非线性增长,可通过指数或幂函数形式表达. 研究显示,增加植被覆盖度有助于提高三江源区的土壤保持能力、控制区域土壤侵蚀.      

三江源地区生态系统生态功能分析及其价值评估

在地理信息系统的支持下,将相关地图数字化并利用已有的地形数据库等资料,研究了三江源地区生态系统土壤保持、涵养水源、固定CO2和释放O2等4项生态功能,并利用市场价值法、机会成本法和影子工程法等评估了其生态功能的价值.研究结果表明:三江源地区生态系统土壤保持总量为1.0383×109t·a-1,其价值总计为1.2528×109元·a-1;植被凋落物和土壤涵养水源能力为1.6469×1010t·a-1,涵养水源能力价值为1.1034×1010元·a-1;生态系统固定CO2为1.4128×108t·a-1,价值为1.0053×1010～4.7798×1010元·a-1;释放O2为1.0401×108t·a-1,价值为3.6709×1010～4.1605×1010元·a-1;4项生态功能合计总价值为5.9049×1010～1.0169×1011元·a-1.由此可见,三江源地区生态系统生态功能价值巨大,保护其生态系统结构和功能对我国江河中下游地区和东南亚国家生态环境安全和区域可持续发展具有重大意义.     

三江源地区高寒草地土壤功能的水平分异特征及其沿发生层的垂直变化

三江源地区是研究土壤生态系统功能响应气候变化的热点区域.为了研究三江源地区高寒草地土壤剖面功能特征和驱动机制沿发生层的差异,分析了高寒草地土壤剖面不同发生层的土壤功能指标(包括呼吸、氮转化速率和酶活等)以及与环境因子之间的相关关系.结果表明,土壤功能特征在高寒草甸和高寒草原之间不存在显著差异,表层土相比于深层土具有更高的呼吸、氮转化速率和酶活.土壤理化性质中全氮含量是不同发生层土壤功能特征的关键驱动因子,分别解释了土壤功能特征18.3%、21.4%和27.5%的水平分异.气候和植被因子主要在表层土中通过改变土壤理化性质间接影响土壤功能,但是大气氮沉降在深层土中对土壤功能仍存在影响.结果显示,三江源地区高寒草地土壤表现出显著的氮受限特征,为全球气候变化背景下土壤功能多样性的维持和对气候变化的响应提供了新的见解.     

门头沟生态系统土壤保持功能及其生态经济价值分析

在遥感和地理信息系统的支持下,利用通用土壤流失方程(USLE)和风力侵蚀模型,研究了门头沟生态系统土壤保持能力,并评价了其生态经济价值.结果表明:门头沟生态系统每年可以减少土壤的水蚀量为14.93×104 t/a,风蚀量为2 254.38×104 t/a;土壤保持能力在空间上呈现很大的差异性,总体上植被覆盖度高且坡度小的地区土壤保持能力最强,而植被覆盖度低且坡度较大的山地土壤保持能力最弱.土壤保持功能总价值为58 198.83×104　元/a,其中减少水蚀功能价值为442.83×104　元/a,减少风蚀功能价值为57 756×104　元/a.      

水府庙水库流域土壤保持功能生态价值评估

在GIS和RS的支持下,基于改进的通用土壤流失方程(RUSLE)、影子价格法、机会成本法和替代工程法,以水府庙水库流域为研究对象,对该区域的土壤保持功能及价值的空间分布特征进行分析。研究表明,水府庙水库流域生态系统土壤保持总量为1.69×106t;生态总价值为91 829.72万元,其中生态系统土壤减少养分损失的价值为65 403.65万元、因防止土壤侵蚀而减少废弃地的价值为5 670.38万元、减轻泥沙淤积灾害方面的价值为20 755.69万元;土壤保持功能及其价值在空间上表现出很大的差异性,从流域中部地区向四周递增;土壤保持功能价值与植被覆盖度相关性较强,合理增加植被盖度对防治土壤侵蚀和增加土壤保持功能价值可以起到良好效果。     

内蒙古锡林郭勒盟景观尺度土壤保持功能的空间分布

景观作为理解和塑造人类社会与环境最具操作性的尺度,其土壤保持功能是实现景观可持续性的重要条件。在遥感和GIS技术的支持下,采用改进的通用土壤流失方程(RUSLE)对内蒙古锡林郭勒盟景观土壤保持功能的空间分布进行研究。研究表明,研究区土壤保持总量为1.699×10~9 t?a~(-1),单位面积土壤保持量为85.39 t?hm~(-2)?a~(-1);土壤中N、P、K元素保持量分别为9.25×10~6 t?a~(-1)、6.14×10~6 t?a~(-1)、3.41×10~7 t?a~(-1)。按一级景观估算,土壤保持能力从强到弱依次为林地耕地草地住宅用地未利用地水域;按二级景观估算,土壤保持能力以灌木林地为最高,其次分别为有林地、疏林地、丘陵旱地、平原旱地、高盖度草原、山地旱地、中盖度草原,最差的是盐碱地和裸岩石质地。不同景观的土壤保持功能随植被覆盖度的增加呈非线性增长趋势,当植被覆盖度小于50%时,单位面积土壤保持量随植被覆盖度增大而缓慢增加;当植被覆盖度大于50%时,土壤保持功能随植被覆盖度增大而显著增加。因地制宜地提高研究区的植被覆盖度,合理配置景观空间分布格局,有助于景观服务功能的发展,从而对区域生态安全和人类福祉做出更大贡献。     

高寒草地土壤保持功能的风洞模拟及其定量评估

青藏高原高寒草地的土壤保持功能对于保护生态环境具有重要的作用。为了研究人类活动不同干扰方式对高寒草地土壤保持功能的影响,利用大型风洞,对不同干扰方式下高寒草甸、草原化草甸和高寒草原3个类型的土壤保持功能定量评估,以侵蚀率作为土壤保持功能的测度指标。实验结果表明,随着风速的增大,3个样品的土壤侵蚀率均呈现增大趋势,但不同处理下侵蚀率的增幅不同。当植被根系破坏后,土壤侵蚀率大小为高寒草甸<草原化草甸<高寒草原,说明,高寒草甸土壤的可蚀性低,高寒草原土壤的可蚀性高,极易遭到破坏。从总体来看,土壤保持功能的强弱依次为高寒草甸>草原化草甸>高寒草原。风蚀前后土壤中有机质和养分含量的变化分析表明,土壤有机质和养分含量显著下降,其中速效K2O的养分含量下降幅度最大。对3个草地类型单位面积土壤保持经济价值进行计算,计算主要包括保持有机碳、保持养分和减少土壤流失对河流湖泊淤积3个方面的价值。结果表明,高寒草原化草甸单位面积的土壤保持价值最高,其次为高寒草甸,高寒草原单位面积土壤保持价值最低。     

辽河保护区土壤保持功能时空变化及其影响因素分析

土壤保持是生态系统提供的调节服务之一,在维持生态安全等方面发挥着重要作用。以辽河保护区为研究对象,基于中国土壤流失方程(CSLE)模型和地理探测器等方法,开展土壤保持功能时空变化及影响因素分析。结果表明:2010—2018年辽河保护区土壤以微度和轻度侵蚀为主,土壤侵蚀量呈降低趋势,土壤侵蚀严重的区域主要位于河流两侧及下段;土壤保持功能不断增强,土壤保持量较高的区域集中在河流上段和中段;土壤保持功能表现出随降水量、高程增加先减少后增加,随坡度和植被覆盖度增加而增加的趋势,在林地—耕地—草地—灌木林梯度上呈递减趋势;土地利用类型是影响辽河保护区土壤保持格局的主导因素;土地利用类型为耕地,降水量为657~735 mm,坡度为35°~68°,高程为-73~-26 m,植被覆盖度为0~0.3时,土壤保持能力最低,坡度和土地利用类型的交互作用对土壤保持能力变化的解释力最强。     

三江源区生态系统状况变化及其成因

三江源区是黄河、长江和澜沧江的发源地.为研究三江源区生态系统状况变化及其可能成因,利用InVEST（Integrate Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）、CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）、RUSLE（Revised Universal Soil Loss Equation）和RWSQ（Revised Wind Erosion Equation）模型模拟,结合实地观测数据,系统全面地评估2000年以来三江源区生态系统构成、质量和服务功能变化,并揭示其成因.结果表明:① 2000—2010年三江源区生态系统结构基本稳定.草地退化状况轻微好转,产草量和生产力微弱增加.植被生长季水热条件的改善是促使产草量增加和草地退化态势趋缓的重要原因,同时生态工程的实施也发挥了积极作用.② 2005—2010年局部重点生态工程区的水土流失状况轻微好转,但区域整体好转趋势不明显.土壤中w（有机质）明显增加,但对于土壤保持功能起到关键作用的植被根系层的恢复却比较缓慢,降雨侵蚀力的增强加速了土壤侵蚀过程,生态系统的土壤保持功能基本上没有提高.③ 2000—2013年地表水、地下水资源量和土壤湿度均呈明显增加趋势,水质稳定在GB 3838—2002《地表水环境质量标准》划定的Ⅰ~Ⅱ类.降水量和冰川/积雪融水量增加导致径流量增大,气候变暖引起的冻土退化导致地下水库枯水季径流调节作用增强.④ 生态工程实施后,生物栖息地的生境退化状况轻微改善,野生动物的分布范围和种群数量都有了较为明显的增加.      

流域景观格局对土壤保持服务的影响

以子流域为空间单元,应用生态系统服务和交易的综合评估模型（InVEST）进行土壤保持服务评估,并借助景观指数计算软件（FRAGSTATS）表征景观格局特征,综合运用空间自相关探讨土壤保持量与景观格局指数的空间关联关系,同时从景观格局角度出发,开展土壤保持量与景观格局指数的空间回归分析.结果表明：2014年土壤保持服务较高的子流域具有景观类型组成相对单一、景观各类型间非均匀分布、存在优势斑块、景观分离度低的格局特征; 2014年甘肃白龙江14个子流域表现出土壤保持服务与景观格局显著的空间相关关系,占子流域总数量的37.84%;模型对比方面,空间滞后模型（SLM）优于非空间线性模型（OLS）,表明甘肃白龙江各子流域的土壤保持量在空间上具有实质性的空间依赖.景观类型多样性及其均匀程度是影响甘肃白龙江子流域土壤保持量的重要景观指标.     

鄂尔多斯市1988-2000年土壤水力侵蚀与土地利用时空变化关系

土地利用是引起土壤侵蚀的重要驱动过程。基于1988年和2000年TM影像数据和气候、土壤、植被及DEM等数据,运用通用的土壤流失预报方程（RUSLE）,对鄂尔多斯市1988-2000年间的土壤水力侵蚀进行定量估算,揭示期间水力侵蚀的时空变化特点,并对土地利用类型与土壤侵蚀的关系进行分析。结果显示：1988-2000年间,研究区土壤水力侵蚀时空变化较为明显。时间变化上侵蚀强度明显减弱,除了微度侵蚀从53.16%剧增至81.24%以外,中度、强度、极强度和剧烈侵蚀类型均有较大幅度的下降;空间变化亦很明显,2000年与1988年相比,剧烈侵蚀只有准格尔旗东南部还有少量分布,强度侵蚀和极强度侵蚀主要分布在准格尔旗境内。土地利用方式对土壤侵蚀有明显的影响,高覆盖草地和水域的土壤侵蚀强度较小。此外,不同土地利用类型的平均土壤侵蚀模数和土壤强度指数均有大幅度的下降。其中未利用地的下降幅度最大（68.14%）,其次为低覆盖度草地（64.09%）,耕地的下降幅度最小（49.62%）。研究结果表明,鄂尔多斯土壤水力侵蚀治理的重点区域是东北部,改变土地利用方式,增加水土保持工程措施,加强采矿迹地的修复重建等是有效防治土壤水力侵蚀的重要措施。     

全国土壤侵蚀量估算及其在吸附态氮磷流失量匡算中的应用

应用土壤流失方程(USLE),根据我国土壤水力侵蚀分类分级标准,建立了大尺度区域土壤侵蚀量的估算模型;基于GIS技术平台,利用土壤普查数据,构建了全国表层土壤氮磷含量数据库,完成了2000年全国境内水土流失影响下吸附态氮磷的流失量估算.经数据合理性分析验证后得出以下结论:(1)全国因水土流失引发的吸附态氮素和磷素的流失总量分别达到104.22×104t和34.65×104t;(2)长江、珠江和黄河三大流域的吸附态氮、磷流失量之和分别占全国总量的83%和89%,单位面积(1km2)吸附态氮、磷的流失量分别介于6.0×10-4～0.53t和2.1×10-4～0.13t之间;(3)吸附态氮的重点流失区主要分布在长江中上游水土易蚀区、黄河中游沟壑区、西辽河上游区、珠江流域红水河、西江等上游区以及怒江、澜沧江下游区.     

澜沧江流域云南段土地利用及其变化对土壤侵蚀的影响

采用GIS空间分析与传统统计分析相结合的方法,通过在ARCGIS 8.1的GRID模块中,对澜沧江流域南段土地的栅格(GRID)图进行地图代数运算,形成具有复合数据的新GRID数据表;对新生成GRID属性表的数据进行统计计算,获得研究时段内不同空间范围的土地利用转移矩阵数据及各类用地上的土壤侵蚀数据;通过土壤侵蚀综合指数(INDEX)的计算,反映了不同区域、不同土地利用类型上的土壤侵蚀程度及其变化.研究结果表明,耕地、其它林地、低覆盖度草地上土壤受侵蚀的可能性较其它用地类型大;耕地、中覆盖度草地、水域的土壤侵蚀强度较其它用地类型大;土地利用变化对土壤侵蚀变化的影响在澜沧江中游和下游区域表现较为明显,而在上游区域不明显;上游区域土壤侵蚀的主导因素不是土地利用及其变化,而是地形、气候等其它因素.     

环渤海地区生态效率评价及空间演化规律

运用三阶段DEA模型对环渤海沿海地区17个城市的生态效率进行测算,并结合标准差椭圆和重心坐标方法,定量分析了2006-2015年环渤海地区生态效率的空间演化规律。结果表明：（1）基于三阶段DEA模型测算的生态效率结果,环渤海沿海17市的生态效率总体呈中等偏上水平,且2006-2015年效率值持续上升,天津、唐山、青岛、大连位居前四,17市中绝大多数城市生态效率值低于环渤海平均值,地区差异十分显著。（2）标准差椭圆结果显示环渤海沿海地区生态效率整体呈东北—西南格局,且有逐渐向西南偏移的趋势。（3）环渤海地区生态效率存在明显的省际差异性,且各省限制性因素区别较大。     

Response of runoff and soil loss to reforestation and rainfall type in red soil region of southern China

To evaluate the long-term effects of reforestation types on soil erosion on degraded land, vegetation and soil properties under conventional sloping farmland (CSF) and three different reforestation types including a Pinus massoniana secondary forest (PSF), an Eucommia ulmoides artificial economic forest (EEF) and a natural succession type forest (NST), were investigated at runoff plot scale over a six-year period in a red soil region of southern China. One hundred and thirty erosive rainfall events generating runoff in plots were grouped into four rainfall types by means of K-mean clustering method. Erosive rainfall type I is the dominant rainfall type. The amount of runoff and the soil loss under erosive rainfall type III were the most, followed by rain-fall type II, IV and I. Compared with CSF treatment, reforestation treatments decreased the average annual runoff depth and the soil loss by 25.5%–61.8% and 93.9%– 96.2% during the study period respectively. Meanwhile, runoff depth at PSF and EEF treatments was significantly lower than that in NST treatment, but no significant difference existed in soil erosion modulus among the three reforestation treatments. This is mainly due to the improved vegetation properties (i.e., vegetation coverage, biomass of above- and below-ground and litter-fall mass) and soil properties (i.e., bulk density, total porosity, infiltration rate and organic carbon content) in the three reforestation treatments compared to CSF treatment. The PSF and EEF are recommended as the preferred reforestation types to control runoff and soil erosion in the red soil region of southern China, with the NST potentially being used as an important supplement.     

三江源区生态资源非使用价值评价

采用权变评价法评估了青海三江源区生态资源的非使用价值,并分析了其影响因素.结果表明,三江源区生态资源的非使用价值为453.06亿元/年,其中存在价值为236.36亿元/年,遗产价值为125.91亿元/年,选择价值为90.79亿元/年,人均支付意愿为76.30元/年.Logit模型和Tobit模型分析表明,对该区的了解程度、关注程度、重视程度、年龄、个人收入、教育程度等因素均影响其非使用价值评价.     

模拟降雨试验研究神东矿区不同阶段堆积弃土的水土流失

选择了神东矿区内坡度范围在30°～35°之间,弃土时间分别为2002～2003年、2000～2001年、1998～1999年、1996～1997年、1994～1995年、1992～1993年、1990～1991年以及原状土共计8个试验区进行强度为1.5和2.5mm·min-1的土壤侵蚀模拟试验.经过数据处理,获得了16场降雨的累积产沙曲线;利用统计软件SPSS11.5进行因子分析,确定了影响土壤侵蚀的主要因子为弃土堆积时间和土壤的植被覆盖度.结果表明,不同阶段弃土具有明显不同的抗侵蚀能力;随着堆积时间的增加,弃土的植被覆盖度和抗侵蚀能力都有较明显的提高;弃土时间超过7a的地区植被和抗侵蚀能力都有较好的恢复,而堆积时间超过10a的弃土基本达到原状土土壤的抗侵蚀水平.     

平原丘陵过渡带土壤有机碳空间分布及环境影响

为定量分析景观过渡带中土壤有机碳空间分布及环境影响,将环境因子纳入空间自回归模型与地理加权回归模型分析比较,并以普通最小二乘回归模型作对照.结果表明:土壤性质指标中,容重及有效铁与土壤有机碳存在极显著相关关系;地形及区位因子中,纬度、高程、坡度、粗糙度等稳定性因素与土壤有机碳存在极显著相关关系;土壤有机碳的局部集聚性多发生在核心景观过渡带;空间回归模型的拟合优度均优于普通最小二乘回归模型,估计值的空间自相关变化趋势与实测值一致,残差的空间模式显著减弱;能够灵活调整权函数与带宽的地理加权回归模型能够更好地分析土壤有机碳的空间变异.模型评价方面,GWR-1和GWR-2的残差平方和较OLS分别降低了20.717%和8.799%; SLM、SEM、GWR-1、GWR-2的AIC值较OLS分别减小了5.108、5.391、19.887和11.751.除本身存在的空间自相关外,模型中土壤性质指标及环境因子能大幅解释土壤有机碳的异质性.本研究引入辅助变量,运用空间回归模型分析了平原丘陵过渡带土壤有机碳的空间变异,可为生态恢复、环境变化指示及研究区典型柑橘区的区划提供依据.     

都市农业区域村级果园土壤氮素的空间分布特征——以上海南汇新场镇果园村为例

以上海都市农业区域南汇新场镇果园村为例,运用传统统计学和地统计学方法研究了该村主要土地利用类型--桃园耕作层土壤氮素的空间变异特征.结果表明,桃园土壤中总氮(TN)和铵态氮(NH4+-N)的变异程度较大,属强变异性;硝态氮(NO3--N)的变异程度较小,属中等变异性.TN、NO3-N和NH4+-N的变异函数的最佳拟合模...