黄土高原不同生态系统水土保持服务功能评价

以土壤保持量为评估指标,应用修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原水土保持生态系统服务功能,分析了近20 a 来的黄土高原土壤保持量的空间分布及其动态变化,对于揭示全球气候变化背景下黄土高原林草植被建设的生态成效具有重要的科学价值和现实意义。结果表明：1990-2010 年黄土高原平均单位面积土壤保持量为305 t·hm^-2·a^-1,年均土壤保持总量为190×10⁸ t。1990-2000 年农田、草地和林地生态系统平均单位面积土壤保持量分别为249、285 和640 t·hm^-2·a^-1,2000-2010 年平均单位面积土壤保持量分别增加了14.6%、2.9%和7.4%。黄土高原草地和林地的土壤保持率分别为83%~88%和94%~97%。农田生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区较大,农灌区和河谷平原区偏低;草地和林地生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为沿东南向西北减少的变化趋势。与1990-2000 年不同,2000-2010 年农田、草地和林地生态系统土壤保持量的空间变化特征表现为较为明显的增长趋势,尤其是黄土丘陵沟壑区陕西榆林、延安地区和山西吕梁山区一带。     

黄土高原沟壑区小流域土壤有机碳与环境因素的关系

研究不同环境要素共同作用下的土壤有机碳分布特征及其与环境因素的关系对于全面准确评估黄土高原地区土壤有机碳状况和土壤碳循环具有重要意义.结合野外调查和室内分析,研究了黄土高原沟壑区典型小流域土壤不同组分有机碳分布特征及其与地形条件、土地利用方式和土壤类型之间的关系.结果表明,黄土沟壑区小流域土壤总有机碳变异较小(变异系数为34%),高活性有机碳变异较大(变异系数为43%),有机碳的变异性随其活性的增强而增大.各组分有机碳之间极显著正相关,而且在不同环境条件下的含量顺序一致.各组分有机碳在不同地形条件下以塬面土壤最高,沟道土壤最低:在不同土地利用方式下以林地和农田土壤较高,草地土壤较低;在不同土壤类型中则以黑垆土最高,红土最低.不同环境条件下各组分有机碳之间的关系分析表明,环境条件不但直接影响有机碳的分布,还通过影响有机碳不同组分之间的关系来改变其分布特征.研究区总有机碳与活性有机碳之问的关系受环境条件影响最大,中活性与高活性有机碳之间的关系受环境条件影响最小.     

黄土塬区小流域深层土壤有机碳变化的影响因素

以黄土高原沟壑区王东沟小流域为对象,研究了地形(塬面、塬坡和沟道)、土地利用(自然草地、人工草地、人工林地、农地和果园)对0～200cm土层内土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)垂直分布特征的影响,以揭示黄土高原小流域深层SOC储量及其影响因素.结果表明,SOC含量除表层(0～20cm)沟道(10.0g·kg-1)大于塬面(7.8g·kg-1)和塬坡(8.2g·kg-1)外,塬面底层SOC均显著高于塬坡和沟道;塬坡和沟道SOC含量随深度增加而降低,而塬面上呈现SOC随深度增加降低-升高-降低的变化趋势.塬面上,SOC含量呈现人工草地(5.4g·kg-1)农田(5.2g·kg-1)和果园(5.1g·kg-1)的趋势,影响深度为表层40cm;塬坡上,呈现自然草地(4.3g·kg-1)人工林地(3.8g·kg-1)人工草地(3.3g·kg-1)和果园(3.3g·kg-1)的趋势,影响深度达到100cm;而沟道内,林草地利用方式对整个垂直剖面分布的差异无显著影响.20～100cm土层SOC储量占0～100cm储量的67.6%;100～200cm土层SOC储量占0～200cm储量的37.3%,相当于0～100cm的63.8%.研究结果表明地形、土地利用显著(p0.05)影响SOC垂直分布特征;黄土高原沟壑区深层SOC储量巨大,不容忽视.     

地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响

研究地形和土地利用类型共同作用下表层土壤有机碳空间分布特征,对准确评估区域土壤有机碳的空间分布和变异特征具有重要意义。以黄土丘陵沟壑区燕沟流域3种地形部位(峁顶、峁坡、沟底)和8种土地利用类型(农田、果园、天然与人工草地、天然与人工灌木林、天然与人工乔木林)为研究对象,采集表层(0~20 cm)314个土壤样品用于研究地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域表层土壤有机碳空间分布的影响。地形和土地利用方式极显著(P0.000 1)影响小流域表层土壤有机碳含量与分布,并且交互作用显著(P=0.051 1)。地形影响下,土壤有机碳空间分布表现为沟底峁坡峁顶的变化趋势,土壤有机碳含量沟底(8.0 g/kg)、峁坡(7.1 g/kg)分别是峁顶(4.2 g/kg)的1.9、1.7倍。土地利用方式影响下,土壤有机碳空间分布表现为天然乔木天然灌木人工乔木天然草地人工灌木人工草地农田果园的分布变化规律。地形和土地利用交互作用下,农田、果园、天然草地在坡面水土流失条件下显示出土壤有机碳在沟底逐渐富集的特征,沟底有机碳含量农田(6.9 g/kg)、果园(8.8 g/kg)、天然草地(9.3 g/kg)分别是峁顶的1.9、2.0、1.9倍。林地(灌木林和乔木林)却表现为峁坡土壤有机碳含量远远高于沟底,天然乔木林且达到了显著水平,天然乔木峁坡土壤有机碳含量(24.6 g/kg)是沟底(16.4 g/kg)的1.5倍。     

环境生物学

X1712(X)0(X) 036黄土丘陵区小流域土地利用变化对生态环境的影响—以延安市羊圈沟流域为例/傅伯杰…(中科院生态环境研究中心)//地理学报/中科院地理研究所一1999,54(3)一241一244环图K一3 选择黄土丘陵沟壑区的羊圈沟流域,应用地理信息系统和野外采样分析,从小流域、坡面和单一土地利用类型三个尺度层次研究土地利用变化·对流域土壤侵蚀、土壤养分和土壤水分的影响。结果发现:19%年比1984年该流域坡耕地减少了43%,林地增加了42%,草地增加了5%,土壤侵蚀量减少了24%。坡耕地一草地一林地土地利用结构具有较好的土壤养分保持能力,且前期土…     

黄土高原生态恢复程度及恢复潜力评估

黄土高原是世界水土流失最严重的地区之一,2000年以来黄土高原重点实施了退耕还林还草等一系列生态工程,促进了生态恢复。为全面评估黄土高原地区生态恢复现状、生态恢复程度及恢复潜力,选取生态质量和生态系统服务两大类指标,采用模型模拟计算方法,对黄土高原2000—2019年生态恢复进行综合分析和评估。结果表明:(1)生态质量有所恢复转好,植被覆盖度和植被净初级生产力呈增加趋势。比较前后十年变化,植被覆盖度持续转好的面积占比为39.90%,植被净初级生产力持续转好的面积占比为82.71%。(2)生态系统服务有所恢复提高。水源涵养服务持续转好的面积占比为15.46%,土壤保持服务先转好(稳定)后稳定(转好)的面积占比为18.88%,风蚀区防风固沙服务持续转好面积占比为6.30%;水源涵养和土壤保持服务提高区域集中在农牧交错带地区,防风固沙服务提高区域集中在沙地和沙漠区。(3)综合生态恢复程度高的地区占全区面积的11.08%,主要分布在黄土丘陵沟壑区,仅少数无恢复地区占全区面积的3.51%,集中分布于沙地和沙漠区西北部地区。(4)植被覆盖恢复潜力高值区主要位于黄土塬沟壑区西部,低值区主要位于黄土丘...     

黄土丘陵沟壑区地形和土地利用对深层土壤有机碳的影响

研究地形和土地利用对深层土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)的影响,对准确评估土壤固碳潜力和土壤碳循环具有重要意义.以3种地形(峁顶、峁坡、沟底)和7种土地利用类型(农田、果园、天然草地、人工与天然灌木林、人工与天然乔木林)为对象,在黄土丘陵沟壑区燕沟流域采集53个0～1m土壤剖面中6个层次,898个土壤样品,研究了地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域深层SOC含量和分布影响.结果表明,地形、土地利用方式、土层深度及其两两交互作用对流域深层SOC空间分布有极显著影响(p0.01).深层(10～100cm)与表层(0～10cm)SOC在3种地形的分布不同.对于表层土壤(0～10cm),峁坡SOC含量(10.7g·kg-1)最高,其次是沟底(8.9g·kg-1),峁顶最低(4.4g·kg-1);对深层土壤有机碳,沟底最高(5.6g·kg-1),峁坡次之(4.5g·kg-1),峁顶最低(3.2g·kg-1).深层SOC空间分布因土地利用方式存在显著差异.与农田相比,果园0～40cm土层SOC含量降低21%,但80～100cm土层SOC含量提高13%;天然灌木林40～100cm平均含量(5.3g·kg-1)较农田高66%(p0.05);但天然乔木林40～100cm与其它土地利用方式差异较小.沟底深层(20～100cm)SOC储量(5.04kg·m-2)最大,占1m剖面SOC储量的71.4%;峁坡占63.6%;峁顶占72.3%.深层(20～100cm)SOC储量天然灌木林最高,为6.01kg·m-2,占1m剖面SOC储量的64.7%,天然乔木林深层相对储量最小,仅占49.7%;农田和果园深层相对储量均达到70%以上.     

三峡库区典型农田小流域土壤汞的空间分布特征

为了解三峡库区农田流域汞污染现状及其生态风险,以三峡库区腹心地带的涪陵王家沟典型农田小流域为调查对象,基于Arc GIS地统计模块研究流域内不同土地利用类型(旱地、田地、林地和居民点)土壤汞(Hg)含量及其分布特征,并对其汞污染程度和生态风险进行评价.结果表明,流域内土壤Hg含量范围为9.47~94.57μg·kg-1,均值为(34.23±16.23)μg·kg-1,不同土地类型表层土壤Hg含量高低顺序为林地、田地、居民点、旱地;表层土壤出现明显汞累积现象,土壤Hg含量变化与土壤深度呈极显著负相关关系.地统计分析结果表明,流域土壤中的汞呈现出较弱的空间相关性,说明流域内土壤汞的空间分布主要受大气干湿沉降、植被覆盖和地形等自然因素影响,人为等外源干扰影响弱.流域土壤总体上虽未表现出明显的汞污染现象(污染指数为-0.08),但具有中度的汞潜在生态风险(生态风险指数为57),其中以林地较为严重.流域土壤汞承载量约为25.39 kg,旱地约占69%.     

黄土高源沟壑区流域土壤干层的分布特征

以长武王东沟小流域为研究对象，从土壤干层的量化指标、分级评述和分布特征等3个方面初步探讨了黄土高原沟壑区小流域的土壤干层问题，并就小流域内的植被建设中的一些问题提出了几点看法。结果表明：在王东沟小流域内，土壤干层已成为一个普遍存在的水分现象，不同程度地影响植物生长和植被的恢复，并具有如下特点：①土壤干层的干燥化程度和干层厚度都表现为林地大于果园，果园大于草地，农地最小；②同一种植被类型由于密度、生物量、树龄、坡度、坡向以及坡位不同，其土壤干层的干燥化程度和深度也不相同。     

土地利用结构与土地生产力的关系研究

论文从流域土地利用结构变化的角度出发,提出采用土地利用结构特征指数研究土地利用结构变化特征与土地生产力之间关系的方法。以晋西黄土丘陵沟壑区典型小流域--王家沟流域为例,考虑了当年光照、温度、降水等相同自然条件下土地生产潜力的变化趋势,揭示了土地利用结构特征指数与土地生产潜力、土地生产力挖潜指数间的关系,提出了流域土地合理利用的方向。     

2000~2021年黄土高原生态分区NEP时空变化及其驱动因子

净生态系统生产力（NEP）是陆地生态系统碳源/汇定量评价的重要指标.以黄土高原地区及6个生态分区（黄土高塬沟壑区A1、A2副区,黄土丘陵沟壑区B1、B2副区、沙地和农灌区（C区）和土石山区及河谷平原区（D区））为研究对象,结合遥感、气象、地形和人类活动数据,采用相关性分析、多元回归残差分析和地理探测器等方法,估算区域NEP并分析其时空变化特征及气候、地形、人为因子对NEP时空变化的影响.结果表明,在时间尺度上,2000~2021年,黄土高原NEP多年平均值（以C计）为104.62 g·（m²·a）^-1.黄土高原及各生态分区NEP均呈增长趋势,其中,黄土高塬沟壑区A2副区NEP年均增长率最大,为9.04 g·（m²·a）^-1;沙地和农灌区NEP年均增长率最小,为2.74 g·（m²·a）^-1.除沙地和农灌区为弱碳源外,其余各生态分区均表现为碳汇.在空间尺度上,黄土高原年均NEP呈现东南高西北低的分布格局,碳汇高值主要分布在黄土高塬沟壑区南部,碳源区主要分布在黄土高塬沟壑区北部、沙地和农灌区的大部;NEP的空间变化有显著差异,高增幅主要分布在A2副区中南部以及B2副区的西南部.黄土高原及各生态分区NEP时间变化受人为因素影响最大,人类活动数据与NEP的相关系数均大于0.80,且人为因素对NEP的贡献率均在50%以上;NEP的空间变化受气象因子的影响较大,降水、太阳辐射是影响空间变化的主导因子.总之,黄土高原NEP的时空变化受自然因素和人类社会因素共同影响.研究结果可为黄土高原陆地生态系统减排增汇及实现双碳目标提供参考.     

黄土高原典型土壤剖面有机碳物理组分分布特征

为阐明黄土高原典型区域土壤轻组有机碳(LFOC)和重组有机碳(HFOC)含量随土壤类型、土层和土地利用方式的变化规律,分析了从北向南依次分布的干润砂质新成土(神木)、黄土正常新成土(延安)和土垫旱耕人为土(杨凌)等典型土壤剖面(0~200 cm)LFOC和HFOC含量及分布特征。结果表明,从南到北,土壤LFOC和HFOC含量均显著下降 (P<0.05),整体来看,黄土高原典型区域土壤LFOC含量占有机碳比例偏低;LFOC含量及在土壤有机碳中的分配比例随土层加深而递减,其比例变化范围为1%~26%;土地利用方式对浅层土壤LFOC和HFOC含量影响较为显著,草地土壤0~60 cm土层LFOC和HFOC含量均高于同层次农田土壤(P<0.05),60 cm土层以下差异不显著;土壤LFOC和HFOC含量与微生物量碳、微生物量氮含量均呈极显著正相关关系(P<0.01),前者的相关性系数更高,分别为0.841和0.507,表明土壤LFOC与微生物关系非常密切,是土壤微生物重要的碳和能量来源,极易受土地利用方式和微生物活性影响,同时表明用LFOC的变化更能快速有效地说明土壤碳库的变化规律。     

黄土丘陵小流域土地利用的时空分布及其与地形因子的关系

采用航片解读、实地调查、土地规划和基于GIS的统计分析相结合的方法,从土地利用面积和地形分布格局的变化分析入手,研究了黄土丘陵小流域土地利用的时空分布格局及其影响因子。研究结果表明,黄土丘陵区大南沟小流域的土地利用变化可以分成两个阶段,第一阶段从1975、1998年到25°退耕,林地/灌木地面积增加,荒草地、休闲地和耕地的面积减少,果园/经济林地的面积变化不明显;第二阶段即3种土地利用规划方案,包括25°、20°和15°退耕方案,林地/灌木地和荒草地的面积保持不变,耕地和休闲地逐渐被果园/经济林地所替代。汇总与相关分析表明,这5种土地利用类型的地形分布格局也发生相应的变化。研究指出,近20年来,大南沟小流域土地利用格局日趋优化,3种土地利用规划方案体现了土地持续利用的生态、经济和社会效益,具有很强的操作性。     

黄土丘陵沟壑区生态风险空间识别及开发利用权衡——以兰州市为例

基于社会经济发展与土地资源利用管理、生态环境保护之间矛盾的现实需求,以兰州市为例,通过区域开发生态风险传递过程分析,构建黄土丘陵沟壑区区域开发生态风险评价框架,结合自然生态风险、开发生态风险和生态重要性,定量评价黄土丘陵沟壑区开发利用综合生态风险并识别其空间分布特征,最后结合丘陵地区建设用地适宜性,权衡黄土丘陵沟壑等未利用地的开发与生态环境保护.结果表明:兰州市综合生态风险以中、低等级为主;兰州市二类未利用地占比最大,为51.67%;一类未利用地在海拔相对较低的皋兰县北部、永登县庄浪河以东集中分布,占总面积的37.45%.权衡兰州市综合生态风险与未利用地开发适宜性,一、二类用地的综合生态风险以1级低风险为主.其中,一类用地集中连片度高,坡度、海拔等自然本底相对较好,是未来未利用地综合开发建设优先选择区域;二类用地因自然地理条件的限制,开发难度大,开发成本高,可以作为后备土地开发资源选择性开发.     

黄土高原沟壑区小流域土壤养分空间变异特征及其影响因素

了解表层土壤有机质与全量养分的空间变异规律及其影响因素,能够为黄土高原生态脆弱带的土壤养分管理提供参考。基于王东沟的93个野外采样点,综合多种地统计学方法,分析了土壤养分的空间变异特征及其影响因素。结果表明:研究区表层土壤养分含量处于中等水平,空间变异大小依次为全磷>全氮>有机质>全钾,均由结构性因素主导;有机质、全氮较全磷、全钾变异尺度小、空间自相关性弱、空间复杂程度高。有机质、全氮的分布格局为南高北低,主要影响因素包括海拔、坡度、曲率和土地利用;全磷呈现相反的北高南低分布,海拔、坡度、土地利用、土壤机械组成和人类活动对其影响较大;全钾则为内部高四周低,分布较破碎,坡向和土壤机械组成作用较强。据此建立了9个环境因子与土壤养分之间的回归预测模型,以期为研究区土壤资源的可持续利用提供数据支持。     

黄土高原沟壑区森林和草地小流域水文行为的比较研究

分析了黄土高原沟壑区森林小流域和自然草地小流域的水文效应,并利用实测资料和模型计算结果比较了两流域的水循环特点,结果发现在郁闭度相同的情况下,森林小流域较自然草地小流域有较小的径流量、较大的蒸散量和较低的３ｍ土层平均含水量,也就是说森林的覆盖增强了水分小循环,削弱了水文大循环,并导致土壤含水量降低。同时也发现森林的上述水文效应仅当其郁闭度达到一定程度时才能表现出来。通过比较两类生态系统植物生长的土壤水分环境条件和水分利用率,认为黄土高原沟壑区在大力发展林业时应以沟谷为主     

黑土丘陵区小流域土壤有机质空间变异及分布格局

土壤有机质的空间变异和分布格局是土壤科学领域研究的热点.在经典统计学和地统计学的基础上,结合"3S"技术,对黑土丘陵区海沟河小流域土壤表层(0~20 cm)中有机质的空间变异、分布特征及影响因子进行深入探讨.结果表明,海沟河小流域土壤有机质含量在黑土区处于较低水平,变异程度为中等变异,且存在空间自相关性;土壤有机质的空间变异受人类活动、耕作措施等随机因素影响很小,受结构性要素影响较大,空间上各向异性显著;土壤有机质含量从东向西逐步减小,以高程为协变量的协同克里格插值能够提高空间插值精度.土壤有机质空间分布受地形地貌等自然因素以及受其制约的土地利用的影响较大,受交通道路、居民点等要素的影响较小;采样点周边环境会增加有机质的空间变异和分布的不确定性.以流域为单元,进行SOM的空间变异、分布及影响因子研究具有重要意义和科学价值.     

黄土高原关键带土壤水分空间分异特征

地球关键带是人类生存和发展的关键区域。关键带发生的一系列物理、化学和生物过程与人类活动密切相关。土壤水分是黄土高原关键带的关键要素,同时又是黄土高原植被恢复与生态环境重建的决定因子。为揭示黄土高原关键带土壤水分的空间分异特征,采用网格(50m×50m)布点,雨季结束后采集0~500cm深度土壤样品,结合室内分析,结果表明:黄土高原小流域中73个样点0~500cm的土壤含水量分布范围介于1%~23%之间,降水对0~100cm土层的土壤水分补充明显;土壤水分在水平和垂直方向都表现出明显的空间异质性,在不同方向上的水分控制过程有所不同,是对土地利用方式、植被类型、地形要素、土壤质地等多因素综合响应的结果。充分理解关键带土壤水分空间的分异规律及其主控因素有助于该区小流域综合治理中的植被建造与布局,也有助于对该区土壤水文和生物地球化学过程的理解。     

西吉县黄土丘陵沟壑区小流域土壤流失量预报方程

木文在实地测量水库、塘坝淤积量和全面调查影响因子的基础上,利用计算机对获得的大量资料进行了统计分析,建立了黄土丘陵沟壑区小流域土壤侵蚀数学模型。研究结果表明:根据影响土壤侵蚀的主导因子建立的小流域年土壤流失量预报方程,具有较高的精度。预报方程比较客观地反映了各个影响因子对小流域土壤侵蚀的综合作用,它不仅能够根据给定的条件,估算流域内过去和现在的年土壤流失量,而且能够预报未来某一降雨水平的年土壤流失量,同时利用本方程对流域土壤流失量及其影响因子进行定量分析,这对于判定小流域治理总体规划、布设各项治理措施、进行流域管理以及有效地控制土壤侵蚀等提供了可靠依据。 本文研究的结果,已在西吉县防护林工程建设和全县水土流失综合治理中广泛应用,并被 WFP/FAO 中期评价组有关国外专家所采用。     

黄土高原丘陵沟壑区土壤侵蚀遥感定量与信息系统研究——以陕西米脂县为例

本文在调查了米脂县土壤侵蚀现状和土地利用现状的基础上,对目前由于不合理的土地利用结构和耕作方式而造成人为加速侵蚀的问题作了分析,并认为土壤侵蚀是制约黄土高原丘陵沟壑区农业经济发展的根本原因。构成黄土高原丘陵沟壑区的基本地貌组合单元是小流域,它几乎包括了该区域的所有土地类型、地貌要素以及土壤侵蚀类型。因此以小流域为侵蚀系统的研究边界,分别对峁边线以上的面蚀、细沟侵蚀区和峁边线以下的沟蚀、重力侵蚀区进行土壤侵蚀的遥感定量分析,建立相应的侵蚀定量模型。在此基础上,探讨了为土壤侵蚀动态监测、水土保持和土地资源合理利用决策服务的土壤侵蚀信息系统的设计思想。该系统以小流域为基本设计单元,侵蚀定量模型为专业接口,重点考虑了系统的地学分析和专业数学模型的建立与应用功能。