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。     

气候变化和人类活动对贵州省石漠化区植被覆盖变化的影响

基于MODIS/NDVI数据和贵州省84个气象站点的地面气温和降水观测资料,估算了2000～2021年贵州省石漠化区内植被覆盖度(fractional vegetation cover, FVC),采用趋势分析、偏相关分析和残差分析等方法,研究气候变化和人类活动对石漠化区植被覆盖变化的影响。结果表明：近22年贵州省石漠化区FVC呈明显增加的趋势,增速为0.76/a,空间分布上除六盘水市西南部、安顺市北部和贵阳市南部等局地显著减少外,其余大部分地区均为显著增加。石漠化区内FVC与降水、气温的偏相关系数以正相关分布为主,其中显著正相关区分别占28.13%、60.65%。FVC的变化主要受气候变化和人类活动的共同驱动,两者对FVC变化的贡献率分别为18.59%、81.41%。人类活动是石漠化区植被变化的主导因素,对于植被恢复的地区,人类活动起主导作用的区域可达97.57%,近年来全省实施的石漠化综合治理工程对植被改善具有明显的促进作用。本研究有助于进一步理解贵州省石漠化区植被变化的驱动因素,为石漠化区的生态环境保护提供科学依据。     

石漠化治理下重庆酉阳典型岩溶槽谷区不同坡向地下水时空变化特征

岩溶槽谷区独特的地质背景制约着地下水的空间分布和赋存规律,探究槽谷区地下水动态变化对石漠化治理具有重要意义。本文以重庆酉阳龙潭槽谷为例,在2017～2019年对槽谷地下水进行动态监测和采样分析,探究石漠化治理下典型岩溶槽谷不同坡向地下水时空变化规律。研究表明,槽谷区地下水对环境变化敏感,石漠化治理过程中不同程度农业活动直接影响着地下水水化学动态特征。强降雨期间,逆层坡坡面流全Fe、Al~(3+)浓度峰值分别为1.3 mg/L、2.0 mg/L,是逆坡岩溶泉全Fe、Al~(3+)浓度的13倍,表明轻度石漠化的逆层坡水土流失严重。逆层坡地表物质和土壤颗粒难以直接进入地下含水层,顺层坡雨水将地表或残留在裂隙、溶隙或管道等含水介质中的土壤颗粒或土壤营养元素迁移至水文系统中,土壤肥力下降。从空间上,顺逆坡石漠化裸岩出露差异所致的汇流机制、土层厚度和植被状况造成了顺逆层坡在"二水"转化上存在差异,对研究区地下水的时空变化有重要影响。     

东北松嫩典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀沿坡长变化规律及其对土壤质量的影响

东北黑土区,尤其是农垦地区,是我国重要的粮食生产基地。土壤侵蚀导致耕地质量严重退化,威胁粮食安全。选取克山农场坡长为1020 m的直型坡、凹型坡和凹—直复合型坡耕地,利用¹³⁷Cs示踪技术估算坡面土壤侵蚀模数,测定土壤有机碳作为耕地土壤质量参数,揭示典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀强度沿坡长变化规律及耕地土壤质量参数的响应。结果表明：（1）不同坡形长缓坡耕地土壤侵蚀差异显著,直型坡多年平均侵蚀速率（3040 t·km^-2·a^-1）<复合型坡（3395 t·km^-2·a^-1）<凹型坡（4220 t·km^-2·a^-1）。（2）直型坡、凹型坡、凹—直复合型坡均呈现出侵蚀强—弱周期性变化规律,其振荡周期分别为380 m、250 m和300 m。（3）土壤有机碳含量与土壤侵蚀速率呈极显著负相关关系,其沿坡长变化规律与土壤侵蚀速率沿坡长变化规律相反。土壤侵蚀是造成黑土坡耕地土壤质量退化的直接原因,研究结果可为黑土长缓坡耕地水土保持措施的精准布设及土壤养分管理提供理论支持。     

岩溶流域地表水和地下水硝酸盐来源定量识别

选取岩溶地区花溪河流域典型农业区为研究对象,运用δ¹⁵N-NO₃^-,δ¹⁸O-NO₃^-和δ¹⁸O-H₂O同位素示踪技术和水化学分析方法,阐明了研究区地表水和地下水中硝酸盐的分布特征,并揭示其来源和形成过程,基于R语言下运行的贝叶斯模型（stable isotope analysis in R）,对研究区水体中各种硝酸盐来源的贡献比例进行了定量识别.结果显示：受碳酸岩盐风化的控制,流域内地表水和地下水的水化学类型以HCO₃-Ca型为主,硝酸盐在研究区水体中的空间分布特征受土地利用类型影响明显;在研究区水体硝酸盐形成过程中,硝化作用起主导作用,水体中的硝酸盐来源主要有化肥、降雨中的氨盐、土壤有机氮、粪便和污水,与地表水相比,地下水中硝酸盐受粪便和污水的影响较大;基于SIAR源解析模型分析,大气沉降、化肥、土壤有机氮和粪便污水对研究区地表水硝酸盐的贡献比例分别为3.97%、26.87%、36.80%和32.37%,对地下水硝酸盐的贡献比例分别为2.83%、13.96%、21.03%和62.18%.     

基于GIS技术的广西岩溶地区石漠化监测分析

广西岩溶地区石漠化是喀斯特区地表出现类似荒漠景观的土地退化过程。本文针对广西岩溶地区5个典型县展开的石漠化专题性监测,其监测手段主要是通过历史监测数据与最新遥感影像,在ArcGIS10.1平台里进行图斑区划与解译,然后借助GIS的空间分析工具对新旧两套监测数据进行对比和重分类,最后以制作的统计分析报告和专题图件为成果输出。该监测方法可以定期掌握并获取石漠化状况与动态变化信息。     

1957-2009年黄土高原地区风速变化趋势

用88个气象站1957-2009年的月平均风速和最大风速日值资料,采用距平累积法、 5 a趋势滑动法、 Mann-Kendall趋势检验法等分析了黄土高原地区风速的变化趋势及其空间分异等特征。结果表明:①黄土高原地区1957-2009年多年平均风速为2.36 m/s,水蚀区、 水蚀风蚀交错区和风蚀区年均风速分别为2.36、 2.17、 2.60 m/s,年际变化倾向率分别为-0.008 4、 -0.009 4和-0.018 8 m·s^-1·a^-1,并均通过了0.001的极显著性检验。3个区域均是冬、 春季的平均风速对全年趋势演变贡献率较大,年均风速也均在1981年发生偏强转为偏弱的跃变,20世纪70年代以后平均风速逐渐减小。②黄土高原平均风速减少的主要原因是最大风速为5级或5级以上的发生日数减少。大风频率从1970年代至2000年代呈显著减少趋势,风蚀区减少幅度最大,减少了10%以上,水蚀风蚀交错区减少1%~5%,到2000年代,大多数站点的大风频率均降低为<2%。③水蚀风蚀交错区和风蚀区年均大风日数较多,而水蚀区和黄土高原西部地区年均大风日数较少。根据大风年均发生日数,将大风天气划分为大风天气较少区(年均大风日数<10 d)、 较多区(10~50 d)、 多发区(50~100 d)和频发区(>100 d)。大风较多区在黄土高原地区分布最广,其次是较少区,无频发区。70年代至90年代,风蚀区和水蚀风蚀交错区的站点大多为大风较多区,其中70年代中宁和包头为大风多发区;2000年代以后,大部分地区转为大风较少区。     

我国淡水水域光合产物的气候生产力探讨

根据太阳辐射在水体中的有效分布、生长季水温和浮游植物光合生态特性等因子,模拟计算了我国大陆东部淡水水域的光合生产力、气候生产力及其季节变化的地理规律。从中得知,这些水域初级产物的年气候生产力主要呈纬向分布,由南向北递减,各地范围在 1.6-24.4gC/m²·a之间,长江以南是>15.0gC/m²·a的高值区,长城以北和四川盆地为<10.0gC/m²·a的低值区,因此,在气候生产力高值区有可能充分利用气候资源优势,开发低成本的自然淡水水域渔业;而在低生产力区,受自然资源的局限其自然捕鱼量需适量控制,因地制宜。     

三峡库区重庆段农村面源污染时空格局演变特征

论文以三峡库区重庆段21 个区县为实例,利用空间自相关及冷热点分析方法,在区县级尺度上,研究了化学肥料施用、有机肥施用、农作物秸秆、畜禽养殖、水产养殖、农村生活污水、生活垃圾和农田土壤侵蚀等8 个来源中农业面源污染化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、全氮(TN)、全磷(TP)的时空变化特征,结果表明:① 从Moran's I 值判断,2005-2011年间,三峡库区重庆段的COD、BOD5、TN、TP在区域上一直处于较高的集聚状态,2005-2008年集聚减弱,2008-2011 年集聚增强。② 从COD、BOD5、TN、TP排放总量来看,由农业面源污染引起的COD、BOD5、TN、TP 绝对排放量,2005 年分别为15.85×10⁴、7.35×10⁴、5.50×10⁴ 和0.97×10⁴ t·a^-1;2008 年分别为10.93×10⁴、6.45×10⁴、5.60×10⁴ 和1.04×10⁴ t·a^-1;2011 年分别为14.67×10⁴、8.68×10⁴、6.94×10⁴和1.14×10⁴ t·a^-1。COD、BOD5 绝对排放总量经历了先降后升的趋势,TN和TP绝对排放总量则一直处于增长的态势。③ 从冷热点分析结果来看,三峡库区腹地是热点区域的集中区,而三峡库区库尾都市核心区是冷点区域集中区。     

黄土高原草地植被与土壤固碳量研究

在黄土高原自东南向西北,采用样带多点调查与定位监测相结合的研究方法,系统分析了不同草地类型封禁初期和封禁11 a草地生物量与固碳量变化特征。结果表明:4种草地类型地上活体植物、凋落物/地下活体根系和土壤中碳密度与碳储量分布规律均为森林草原＞梁塬典型草原＞丘陵典型草原＞荒漠草原;草地封禁11 a,地上活体植物、凋落物、0~100 cm活体根系和土壤中碳密度总量,森林草原类型为63.38~97.65 t·hm^-2,梁塬典型草原类型为49.04~68.80 t·hm^-2,丘陵典型草原类型为52.33~62.11 t·hm^-2,荒漠草原类型为11.93~19.62 t·hm^-2;碳储量4种草地类型分别为230.287 7 Tg C、332.306 7 Tg C、484.055 5 Tg C和113.856 3 Tg C;黄土高原草地总固碳量为573.10 Tg C,其中:活体植物为42.89 Tg C,占总固碳量的7.48%;凋落物为80.40 Tg C,占14.03%;活体根系为108.66 Tg C,占18.96%;土壤为341.15 Tg C,占59.53%。这充分表明,封禁不仅能使草地植被快速恢复和生物量增加,而且也是提高草地固碳潜力的一条重要途径。     

岩溶生态系统中的碳循环特征与碳汇效应

碳酸盐岩是岩溶生态系统的物质基础,而碳酸盐岩的形成过程对大气CO2浓度的降低产生重要的作用,目前地球上99.5%的碳被封存在碳酸盐岩中;岩溶生态系统具有富钙、偏碱性的地球化学背景,制约其碳循环特征:碳酸盐岩是在清洁海洋环境中、以生物化学沉积为特征形成的沉积岩,其酸不溶物含量低,通常小于10%,意味着岩溶区土壤资源短缺,土壤总碳库量偏小,同时石灰土的富钙性导致石灰土缓效性碳库和惰性碳库大,土壤碳库的稳定性提高;土壤资源短缺,植被生长发育受到养分、水分的胁迫,使植被的地上、地下生物量的比例发生变化,岩溶区植被地上/地下生物量的比例可占30%～50%,高于非岩溶区的;岩溶水中的高HCO3-浓度,刺激水生植物的光合作用,并将无机碳转化为有机碳,提高碳迁移过程中的稳定性;本文的目的是根据最近的研究成果,揭示岩溶生态系统中碳酸盐岩-土壤-植被-水中碳赋存的状态和转化过程,提出促进岩溶碳汇效应的技术途径。     

我国北方小流域硫酸参与碳酸盐矿物化学风化过程研究

硫酸参与碳酸盐岩的风化机制及与区域碳循环的关系是全球气候变化研究的重要课题.选择我国北方小流域(沁河)为研究对象,结合水化学及溶解性无机碳碳同位素组成,通过化学计算法,分析了河水溶解性组分的来源及混入比例,验证了硫酸参与区域碳酸盐的风化过程.结果表明:河水阳离子以Ca2+和Mg2+为主,阴离子以HCO-3和SO2-4为主;沁河流域碳酸盐岩风化、大气输入及蒸发盐溶解对河水阳离子贡献较大,平均比例分别为48.5%、35.3%和14.1%,硅酸盐风化和人为输入贡献比例较小,平均比例分别为1.7%和0.6%;沁河流域碳酸盐类、硅酸盐类及蒸发盐类风化速率分别为8.41、0.07和2.43 t·km-2·a-1,碳酸盐和硅酸盐矿物风化CO2消耗量分别为1.43×105mol·km-2·a-1和0.03×105mol·km-2·a-1;沁河流域硫酸参与碳酸盐风化产生的CO2净释放量为0.63×105mol·km-2·a-1,小于我国南方喀斯特地区CO2净释放量,可能与不同的气候条件及硫化物赋存条件和含量等有关.     

不同岩性试片溶蚀速率差异及意义

评价岩性对溶蚀速率的影响有助于提高岩溶碳汇强度估算精度,对当前全球气候变化研究意义重大。本文通过在山西晋中盆地西南,吕梁山东侧的半干旱岩溶区典型小流域开展标准试片与当地试片的对比溶蚀试验研究,结果显示当地试片的溶蚀速率(0.122 3~0.532 8mg/(cm2·a)和岩溶碳汇强度(1.713tCO2/(km2·a))明显小于标准试片(0.254 7~0.551 1mg/(cm2·a)和1.821tCO2/(km2·a)),表明使用标准溶蚀试片法会使岩溶碳汇强度被高估。当地试片的溶蚀速率与酸不溶物含量呈负相关关系,进一步表明当地试片酸不溶物含量(2.58%~10.86%)大于标准试片(3%)是造成其溶蚀速率和岩溶碳汇强度小于标准试片的重要原因。也就是说,由于埋放地地层岩性与标准溶蚀试片岩性特征存在差异,不同地区均采用埋放标准试片的溶蚀实验方法来研究岩溶碳汇效应会产生较大的误差。因此,为了更加精确的计算岩溶碳汇量,后期研究中有必要使用埋放地的岩性试片来替代标准溶蚀试片。     

贵州罗甸北部喀斯特地区耕地土壤镉含量特征与风险评价

贵州碳酸盐岩区镉(Cd)呈较高地球化学背景分布.为了解喀斯特地区耕地土壤Cd的含量特征,特选取小尺度区域——罗甸北部喀斯特地区土壤作为研究对象,以非喀斯特地区土壤作为对照组,运用地统计分析和GIS相结合的方法研究土壤Cd含量的空间分布特征,并采用潜在生态风险指数法和健康风险评价法对土壤Cd污染的潜在生态风险程度以及对成人和儿童的健康风险进行评价.结果表明,喀斯特区土壤Cd含量显著高于非喀斯特区(P 0. 05),其中耕地土壤Cd几何平均值分别为1. 33 mg·kg-1和0. 27 mg·kg-1,林地土壤Cd几何平均值分别为1. 57 mg·kg-1和0. 22 mg·kg-1.以GB 15618-2018中Cd的风险筛选值和风险管控值为限定值,喀斯特区耕地土壤Cd样点超标率分别为90%和22%,非喀斯特区耕地土壤Cd样点超标率分别为30%和12%,表现出不同程度的Cd富集.从空间分布来看,耕地土壤Cd含量中值风险区和高值风险区主要分布在喀斯特地区,分别呈现中-强程度的潜在生态风险和极强潜在生态风险;低值风险区分布在交砚乡等部分非喀斯特地区,呈低潜在生态风险;健康风险评价表明耕地土壤Cd虽尚未对人体产生非致癌健康风险和致癌健康风险,但喀斯特区成人和儿童3种暴露途径的非致癌风险值和致癌风险值均高于非喀斯特区.综上,贵州罗甸北部喀斯特地区耕地土壤Cd污染风险问题突出,应进一步加强土壤-植物-人体体系Cd风险评估研究,并针对不同耕地土壤Cd污染风险区采取合理的方案措施加以防控和治理.     

喀斯特峰丛区复合农林系统优化与植被恢复试验

中国西南岩溶区石漠化严重,呈加剧趋势,危害很大,不但导致生态退化、水土流失、自然灾害频繁,而且影响人类的生存,成为我国最严重的生态环境问题之一。喀斯特峰丛区是治理难度最大的地区之一,选择广西平果县龙何屯峰丛区为示范点,以生态学原理为指导,优化土地利用结构,调整农村产业模式,生物工程、水利工程结合,提倡复合农林经营,选择优良乡土树种,模拟天然植被构建先锋植物群落,针对生境异质性的主导因子,强化岩溶山地造林与封育管理技术,开发特有适生的名特优产品,实行乔灌藤草优化配置、生态防护林体系与特色农林产品基地建设结合,经过3年的示范试验,植被覆盖率由10%提高到37%,农民人均收入增长20%。     

喀斯特石漠化的研究现状与存在的问题

喀斯特石漠化是土地荒漠化的主要类型之一。喀斯特生态系统的脆弱性决定了喀斯特生态系统的易损性和退化喀斯特生态系统的难恢复性,但它与发生石漠化并没必然的联系,喀斯特石漠化是岩溶生态系统退化的结果,而不是喀斯特生态系统脆弱性的必然表现。故所指的喀斯特石漠化,特指人为加速的石漠化,属于人为荒漠化的一种类型,但强调喀斯特石漠化的人为成因性,并不是否定自然背景对喀斯特生态系统的制约作用。石漠化土地的分类既要能反映出石漠化发生的严重程度,也要能体现石漠化土地的成因和岩性地貌等地质背景对生态学过程的影响,因此,作者提出以“土地利用类型+植被+岩性+地貌+石漠化程度”对人为加速石漠化过程中石漠化土地进行类型划分,以正确评价石漠化土地的生态环境价值。     

贵州省绥阳县喀斯特石漠化分布与岩性相关性分析

将aster遥感影像结合野外调查GPS数据进行绥阳县喀斯特石漠化解译,综合绥阳县水文地质矢量数据与喀斯特石漠化分布数据,运用GIS空间分析功能,对绥阳县喀斯特石漠化分布与碳酸盐岩之间的相关性进行了分析。结果表明:绥阳县石漠化主要发生在连续性灰岩地区,以轻度石漠化为主,但中度及强度石漠化却主要发生在连续性白云岩地区,这可能是因为连续性白云岩地区主要为人口密集区,受人为干扰较大所致。     

西南喀斯特石漠化治理植物选择与生态适应性

在概述喀斯特生境特征和主要石漠化治理模式的基础上,对石漠化主要治理植物物种进行了统计分析,从干旱、土壤质量、小生境异质性和地形海拔等方面对石漠化治理植物物种的生态适应性研究进了简要评述。结合现有研究基础和国家对西南喀斯特石漠化区主体生态功能的定位,提出了加强石漠化治理特色植物物种选育研究;治理植物物种生境适应性研究;石漠化治理过程中的植被演替规律研究;不同石漠化治理植被恢复模式的适用性与治理综合效益的监测与评价研究等四个主要研究方向。     

清水江流域岩石风化特征及其碳汇效应

岩石风化产生的碳汇是全球碳循环的重要组成部分,文中对清水江流域主要离子组成进行分析测定,通过主成分分析、化学物质平衡法和扣除法估算流域岩石风化速率及对大气CO_2的消耗量.结果表明,流域河水溶质主要来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩风化,并以碳酸盐岩风化为主.碳酸盐、硅酸盐、大气CO_2对河水溶质的贡献率分别为58.28%、17.38%、17.74%.流域岩石化学风化速率为109.97 t·(km~2·a)~(-1),与乌江接近,高于全球流域均值.流域岩石风化对大气CO_2的消耗通量为7.25×10~5mol·(km~2·a)~(-1),岩石风化对大气CO_2的消耗量为12.45×10~9mol·a~(-1),其中,碳酸盐岩风化消耗量占63.13%,为7.86×10~9mol·a~(-1),硅酸盐岩风化消耗量占36.87%,为4.59×10~9mol·a~(-1).SO_4~(2-)、F~-、NO_3~-的相关分析及空间分布特征表明,人为活动对清水江流域河水溶质的影响不容忽视,其贡献率为4.87%.