Effect of Rainfall Regime and Slope on Runoff in a Gullied Loess Region on the Loess Plateau in China

Runoff was measured from seven plots with different slopes nested in Tuanshangou catchment on the Loess Plateau to study effect of slopes on runoff in relation to rainfall regimes. Based on nine years of field observation and K-mean clusters, 84 rainfall events were grouped into three rainfall regimes. Rainfall regime A is the group of events with strong rainfall intensity, high frequency, and short duration. Rainfall regime C consists of events with low intensity, long duration, and infrequent occurrence. Rainfall regime B is the aggregation of events of medium intensity and medium duration, and less frequent occurrence. The following results were found: (1) Different from traditional studies, runoff coefficient neither decreased nor increased, but presented peak value on the slope surfaces; (2) For individual plot, runoff coefficients induced by rainfall regime A were the highest, and those induced by rainfall regime C were the lowest; Downslope, the runoff coefficients induced by three rainfall regimes presented the same changing trend, although the peak value induced by regime A occurred on a shorter slope length compared to those by regime B and C; (3) Scale effect on runoff induced by rainfall regime A was the least, and that induced by rainfall regime C was the largest. These results can be explained by the interactions of crusting, soil moisture content, slope length and gradient, and erosion units, etc., in the context of different rainfall regimes.     

基于可解释机器学习的青藏高原草地物候变化多因素影响分析

气候变化背景下,青藏高原植被物候发生显著改变.然而,影响物候的水热因素众多,目前较少有研究关注多因素对青藏高原物候的影响效应,导致对青藏高原物候变化机制认识不足.为此,研究通过遥感数据解译,在对2002~2021年青藏高原草地物候时空变化特征分析的基础上,聚焦降水、气温、海拔和土壤等多方面,利用可解释机器学习方法（SHAP）揭示物候变化的主导因素,并量化分析多因素对物候的交互影响.结果表明:①青藏高原分别有56.32 %、67.65 %和65.50 %的草地表现出生长季开始时间（SOS）提前、生长季结束时间（EOS）延迟和生长季长度（LOS）延长趋势;②青藏高原草地SOS和LOS主要受水分条件影响,3月0~10 cm土壤水分对SOS提前和LOS延长起促进作用的范围分别在10~25 kg·m^-2和15~25 kg·m^-2之间,峰值分别在20 kg·m^-2和18 kg·m^-2左右;EOS则主要受温度影响,9月和10月温度越高对EOS延迟促进作用越强,并分别在高于8 ℃和-0.5 ℃时达到峰值;③水热等因素对物候的影响存在非线性交互效应,3月0~10 cm土壤水分达到20 kg·m^-2后,更有利于低降水和低海拔地区SOS提前;10月温度高于0 ℃后较好的水分条件更有利于EOS延迟;3月0~10 cm土壤水分在12~22 kg·m^-2之间时,高降水地区LOS更长.研究表明,可解释机器学习方法可为物候变化的多因素影响定量分析提供一种新的方法.     

黄土高原半干旱区雨水利用与可持续农业发展研究

黄土高原半干旱区是一个特定的生态类型和重要的农业区域 ,严重的水土流失和频繁的干旱是该区农业可持续发展的主要制约因素。本文在分析雨水利用可行性的基础上 ,提出了农业发展的有效模式———集水型生态农业 ,它不仅适应于当地的雨水等自然资源条件 ,更适应生产力发展水平 ,易于在农户水平上推广 ,并且具有显著的经济、生态和社会效益 ,是实现该区农业可持续发展的战略性举措 ,同时也为“退耕还林 (草 )”开发战略的实施提供了一个思路     

西部湿地资源现状、问题及可持续发展研究——以四川省若尔盖高原湿地为例

湿地是水陆相互作用形成的独特生态系统,合理的开发利用将对西部开发中的生态环境建设直到巨大的作用。本文主要介绍我国西部湿地资源的基本情况、利用现状及存在问题,并以四川省若尔盖地区为例提出了西部湿地资源保护和可持续利用的科学对策。     

黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤干层形成及氮素消耗研究

为掌握苜蓿连续种植多年土壤干层的形成规律及氮素的消耗规律,促进黄土高原地区苜蓿草地合理施肥及草田轮作,论文系统研究了3年、4年、6年、12年、14年、18年及26年生紫花苜蓿草地土壤干层及氮素的消耗。结果表明:黄土高原地区土壤干层可分为轻度干层（9~11%）、中度干层（7~9%）、重度干层（<7%）三级。荒地在80~100cm土层,出现轻度干层;苜蓿草地土壤干层出现的区域为140~600cm土层,随生长年限的延长,土壤干层厚度向下延伸,干化程度加剧,苜蓿生长至12年,出现中度干层,干层范围达到500cm土层。不同生长年限苜蓿草地土壤碱解氮含量呈现规律性的变化,即随土层深度的增加,碱解氮含量下降,300cm土层以下,变化趋势平缓;苜蓿生长至26年,0~200cm土壤上层的氮素有一定恢复,而200~1000cm深层土壤氮素难以恢复。研究表明,在黄土高原半湿润区紫花苜蓿生长6年以后,应对苜蓿草地进行合理施肥,实施粮草轮作,以维持土壤氮素平衡,持续提高土地生产力水平。     

黄土高原风尘沉积中石英结晶度的变化

中国北方的风尘沉积为研究区域构造隆升和全球气候变化提供了宝贵的材料。近20年来,尽管风尘沉积的古气候研究取得重大进展,但地质历史时期风尘的物源是否存在变化仍有很大争议。石英结晶度(CI)是黄土物源研究的可靠指标,本文用粉末X射线衍射仪对灵台剖面(~6.8 Ma—0)和庄浪岩心(~23.0—4.8 Ma)风尘沉积中石英结晶度进行了测量,发现灵台剖面石英的结晶度在时间序列没有明显的变化;庄浪钻孔的石英结晶度在~14.0—8.7 Ma明显的增大,表明风尘的物源在此存在变化。这种变化可能是由于此时段全球气候变冷和青藏高原隆升导致青藏高原东北部相对中亚造山带剥蚀量的增加引起的。     

湟水河小流域地下水脆弱性评价

湟水河地处西北高原干旱地区,针对其流域地下水的特点,选取包气带介质、水位埋深、含水层介质、含水层厚度、净补给量和地形坡度共6个指标并运用三标度AHP法为各个指标赋予权重,构建了改进的DRASTIC模型。运用改进DRASTIC模型对湟水河的小流域范围的地下水脆弱性进行了评价。结果表明,湟水河沿岸的部分地区和西堡村附近地下水脆弱性高,地下水易受到污染。与传统DRASTIC模型相比,改进模型与实际情况更加吻合。     

黄土高原次生林演替过程土壤有机碳库及其化学组成响应特征

为探明黄土高原次生林演替过程中土壤有机碳库及其化学组成演化特征,选取陕北黄土高原黄龙山林区次生林演替初级阶段(山杨林)、过渡阶段(山杨、辽东栎混交林)和顶级阶段(辽东栎林)样地为研究对象,分析不同土层深度(0～10、 10～20、 20～30、 30～50和50～100 cm)土壤有机碳含量、储量和化学组成变化特征.结果表明：(1)土壤有机碳含量和储量随次生林演替过程显著增加(P<0.05),土壤有机碳含量随土层深度增加显著降低,土壤有机碳储量从初级阶段的64.8Mg·hm^-2增加至顶级阶段的129.2Mg·hm^-2,增加了99%.(2)次生林演替过程中,表层(0～30 cm)土壤有机碳中结构简单、相对易分解的脂肪族碳组分相对含量减少,结构复杂、相对难分解的芳香族碳组分相对含量增加,表明表层土壤有机碳化学组成稳定性随次生林演替过程显著提高,而深层(30～100cm)土壤有机碳化学组成稳定性表现为先增加后降低,即过渡阶段>顶级阶段>初级阶段.(3)次生林演替过程中,初级阶段和过渡阶段土壤有机碳化学组成稳定性随土层深度增加显著增...     

单次降水对高寒草地温室气体通量昼夜变化的影响研究

在全球变化背景下,青藏高原降水格局发生改变,并影响高寒草地温室气体排放.为了更好地认识降水变化与高寒草地温室气体排放的关系,在2015年7月24日,通过人工降水6.7 mm,研究了单次降水对高寒草地温室气体昼夜变化的影响.表明:(1)单次降水没有改变土壤温度,但显著增加了土壤湿度;(2)单次降水后24小时内,高寒草地CH4吸收量降低了2.46倍,CO2和N2 O排放量分别提高15.3%和98.9%;(3)单次降水弱化了高寒草地CH4和N2 O排放量与土壤温度的关系.     

青藏高原粮食生产、消费及安全风险格局变化

青藏高原是中国粮食短缺地区之一,提高其粮食自给能力和确保粮食安全一直受到中央和地方政府的高度重视。在修订牧业区和半农半牧地区人均粮食消费需求量标准的基础上,利用1985-2015年青藏高原县级行政单元粮食产量和消费数据,采用波动系数法、分级法、重心模型以及粮食短缺指数模型,分析青藏高原粮食生产和消费的时空变化特征,并评估114个县市的粮食安全风险状况。结果表明：青藏高原粮食生产与消费空间分布不均衡,粮食生产呈环形分布在青藏高原东部湟黄谷地、藏东和藏南沿江河谷地带,中部和西部粮食产量较低,粮食消费呈东高西低格局;本地粮食生产不能满足居民消费需求,区域粮食缺口量达21.04万~121.69万t,相当于粮食消费需求的8.22%~40.11%,考虑旅游人口的影响,2015年区域粮食缺口达132.92万t;青藏高原粮食安全风险较高的地区广泛分布在藏北高原、青南高原、祁连山地以及城市化水平较高的拉萨市辖区和西宁市辖区,旅游业发展对林芝市的粮食安全风险影响显著;单纯依靠粮食增产不能解决区域粮食问题,建立完善的粮食储备和交通物流体系、加强与内地及周边国家的粮食贸易合作,是保障青藏高原粮食安全的关键。