黄土丘陵区小流域不同整地措施长期影响下的土壤水力学特性

水分是维持旱区生态系统健康与可持续性的关键因子.整地措施能够重塑地表微地形,利于旱区雨水收集、侵蚀防控和促进植被恢复,整地长期影响下的土壤水力学性质是本文的研究重点.以定西龙滩流域为研究区,通过野外采样与室内实验相结合,分析植被恢复过程中典型整地措施(鱼鳞坑、反坡台)的土壤水分时空分布、土壤水分特征曲线和水分常数,并辅以自然坡面为对照定量评价工程措施的土壤水力学特性.结果表明:(1)整地可以有效提高土壤水分含量.整地后土壤水分体积分数平均提高1.883%,相比自然坡面高出了22.62%.反坡台和鱼鳞坑整地后,土壤水分含量分别提高了29.69%和15.55%.(2)与对照相比,鱼鳞坑和反坡台的饱和含水量分别提高了7.52%和4.24%,有效水含量分别提高了4.74%和11.40%,整地措施能够提高土壤持水力和供水力,改善土壤水力学性质.(3)整地措施对表层土壤持水能力和供水能力的影响较深层大,与对照相比,鱼鳞坑和反坡台表层土壤(0~20 cm)有效水分提高了38.75%和23.84%,而深层(60~80 cm)有效水分与自然坡面差异只有3.34%和3.85%;土壤水分差异也随着土层深度而减少.本研究定量评价了不同整地方式和自然坡面的土壤水分特性,其结果期望为脆弱生态系统植被恢复和水土资源管理提供科学依据.     

1961-2009年黄土高原气象要素的时空变化分析

基于48个气象站点1961-2009年的监测数据,使用反距离权重插值法和Mann-Kendall法,分析了黄土高原气象要素的空间分布和时间变化特征.结果表明,各气象要素在黄土高原都呈梯度分布,沿东南-西北方向降水和平均温度递减而平均风速和日照时数递增,沿南北方向相对湿度降低而参考作物蒸散增加.各气象要素在各站点基本都具有单调趋势,但趋势显著的站点数存在变异.约98%的站点温度的上升趋势显著,约60%的站点日照时数和风速的下降趋势及参考作物蒸散的上升趋势具有显著性,约40%的站点相对湿度的下降趋势显著,约30%的站点的降水具有显著的下降趋势.各气象变量都存在一定的年代际变化,相对湿度在2004年以来显著降低,降水的显著减少、 年均温度和参考作物蒸散的显著上升都在20世纪90年代初以来,而日照时数和平均风速的显著下降都发生在20世纪80年代初以来.黄土高原的气候可能出现了一些新趋势,给未来可持续发展带来了不确定性,需引起足够重视.     

黄土区农田和草地生态系统土壤呼吸差异及其影响因素

明确土地利用方式变化对土壤呼吸速率的影响,对预测黄土区退耕还草条件下的土壤碳循环变化具有重要的意义.于2010年7月～2011年12月,利用Li-8100系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测黄土高原沟壑区塬坡上相邻农田和草地的土壤呼吸速率,用以验证不同土地利用方式是否导致土壤呼吸速率的变化.结果发现,土地利用方式的改变导致了土壤呼吸速率的显著(P<0.05)变化,试验期间草地平均土壤呼吸速率[1.67μmol·(m2.s)-1]较相邻农田[1.35μmol·(m2.s)-1]提高24%(P<0.05),累积土壤呼吸草地(856 g·m-2)较农田(694 g·m-2)提高了23%(P<0.05).农田与草地的土壤温度差异显著,草地平均土壤温度(14.9℃)较农田(12.4℃)高2.5℃(P<0.05).农田和草地生态系统土壤温度与土壤呼吸均呈显著的指数关系(P<0.000 1).但农田和草地生态系统中土壤呼吸对温度响应存在本质差异(α=0.05),农田土壤呼吸的Q10(2.30)高于草地(1.74).土壤温度能够很好地解释农田和草地生态系统之间土壤呼吸的差异.     

青藏高原不同土地利用方式下的土壤质量评价

为进行青藏高原不同土地利用方式下土壤质量对比并研究其影响因素,以位于青南江河湖源区、藏北高原和南亚通道的三条样带为研究区,针对区域内高寒草甸、荒漠草原、农田和沙地这四种土地利用方式,采用主成分分析法建立最小数据集（minimum data set,MDS）,计算土壤质量综合指数（soil quality index,SQI）并进行土壤质量评价。结果表明：（1）评价青藏高原土壤质量的MDS包括容重、有机质、全氮、全钾和有效磷,按SQI大小将土壤质量分为五级,研究区土壤质量较差,以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级为主且东部土壤质量优于西部;（2）研究区土壤质量高寒草甸＞荒漠草原＞农田＞沙地,且高寒草甸土壤质量显著优于荒漠草原、农田和沙地,后三者间土壤质量差异不大,MDS中对土壤质量起主要作用的指标为有机质、全氮和有效磷;（3）在土壤质量的众多影响因素中,本文主要考虑的是植被盖度、风蚀强度和人类活动,其中高寒草甸植被盖度大,风蚀强度弱,土壤质量好,荒漠草原和沙地植被盖度小,风蚀强度大,土壤质量差,而农田土壤质量受人类活动影响。     

1960—2017年黄土高原极端降水的时空演化及其对环流变化的响应

基于1960—2017年黄土高原47个气象站逐日降水量数据,对黄土高原极端降水量、极端降水日数和极端降水强度的时空演化特征进行了分析。结果显示：（1）黄土高原极端降水时空分布存在明显异质性。极端降水事件在全年发生频率不高（13.2%—46.1%）,但对年降水量贡献突出（50.4%—91.4%）。（2）1960—2017年黄土高原极端降水量和降水日数出现下降,但极端降水强度上升。在黄土高原干旱化的同时,极端降水在全年降水中的占比有升高趋势。作为黄土高原土壤侵蚀的主要驱动力,愈发增强的极端降水将会给该地区水土保持和地质灾害防治工作带来严峻挑战。（3）极端降水特征EOF分解第一模态反映了黄土高原极端降水的一致性变化,其空间分布特征可能受到了当地水汽条件及大气层结稳定度等大气动力效应的影响。第二模态反映了黄土高原极端降水的差异性变化,极端降水量和极端降水日数均大致以临夏—太原一线呈反相位变化,这种分布模式可能和地形因素密切相关。（4）黄土高原极端降水特征的年际变化受厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）活动的显著影响,厄尔尼诺年极端降水量偏低、日数偏少,拉尼娜年反之。     

基于采空区底板应力分布规律划分自燃“三带”的方法与实践*

针对目前采空区自燃三带实测方法的不便性和局限性,为准确合理地划分采空区自燃三带的范围,构建采空区底板应力分布和自燃危险区域的相互关系,提出以采空区底板应力分布规律直接划分采空区自燃三带的方法并结合实例进行实践验证。以实际工作面为背景,通过运用FLAC3D数值模拟、现场埋管实测和理论分析等方法分析采空区底板应力分布演化规律和自燃危险区域分布特征,得到二者之间的定量关系以及空隙率变化规律。结果表明:采空区底板应力场先后经历应力降低区、应力升高区和应力稳定区,根据走向、倾向应力峰值曲线初步判断采空区自燃三带的范围为:散热带0~89 m,氧化升温带89~190 m,窒息带190 m以外;模拟结果与现场实测划分得到的散热带0~86.4 m,氧化升温带86.4~187 m,窒息带187 m以外有较好的一致性,从而验证了该方法的准确性。     

黄土高原坝系流域干湿季交替下氮输出特征及其源解析:以羊圈沟为例

本研究通过对干湿季氮湿沉降过程、降雨过程及基流过程进行动态监测,分析干湿季交替下降雨及基流过程的各形态氮浓度变化,探讨黄土高原坝系流域氮湿沉降对流域氮输出的影响并利用同位素方法解析氮输出来源.结果表明,2015年湿季(7、8月)共11场降雨,产生的氮湿沉降负荷约达814.18 kg,氮沉降通量约为4.26 kg·hm-2;干季(9月)共3场降雨,产生的湿沉降负荷约达155.58 kg,氮沉降通量为0.83 kg·hm-2,呈现出极大的季节变异性.通过对其中4场降雨过程进行动态分析发现,不同降雨强度对水体氮输出过程影响不同,4场降雨对流域水体的氮贡献量为16.94 kg.降雨径流氮输出负荷占流域水体氮输出负荷的比率为14.45%~64.84%,说明降雨对流域水体氮输出贡献很大.羊圈沟坝系流域δ15N变化范围较大,为-0.844‰~12.791‰,δ18O值在8.166‰~15.115‰范围内波动.     

Variation characteristics of thermal resources in Qinghai-Tibet Plateau in recent 50 years北大核心CSCD

To provide scientific support for the rational development and utilization of thermal resources and avoid climate risks, the distribution of thermal resources in Qinghai-Tibet Plateau in the context of climate change was analyzed in this study. Based on meteorological data from 1961 to 2020 at 149 stations in Qinghai-Tibet Plateau, the changes in thermal resources over the past 50 years were analyzed using inclination rate analysis and Mann-Kendall inspection, combined with JAVA and Python programming. The results showed that: (1) the annual average temperature in Qinghai-Tibet Plateau shows an obvious warming trend, and the temperature increases greatly after the 1990s, with the climate tendency rate from 1961 to 2020 reaching 0.298 ℃/10 a. (2) The accumulated temperature and lasting days steadily above 0 ℃, 5 ℃ and 10 ℃ increased significantly, and the accumulated temperature increases were not entirely determined by the duration of the lasting days. (3) The beginning dates of accumulated temperature steadily above 0 ℃, 5 ℃, and 10 ℃ were generally advanced, while the deadlines were delayed, and the trend of early start dates was stronger than that of deadlines. In conclusion, this study shows that, in the context of global warming, thermal resources in Qinghai-Tibet Plateau have undergone substantial changes, which will play an important role in the introduction and extension of crops. © 2022 Science Press. All rights reserved.     

黄土高原子午岭植被自然恢复下的固碳特征

为分析黄土高原生态脆弱区植被自然恢复的碳汇效应和植被群落特征变化对生态系统碳密度的影响,采用时空互代的方法,研究了子午岭地区150 a恢复年限内8个演替阶段{坡耕地、撂荒10 a草地、20 a草地、白刺花[Sophora davidii(Franch.) Skeels.]、白桦(Betula platyphylla Suk.)、油松(Pinus tabulaeformis Carr.)、辽东栎(Quercus wutaishanic Mary)+油松(Pinus tabulaeformis Carr.)混交林和辽东栎}下植被-土壤系统的固碳特征,探讨了群落特征变化对植被-土壤系统碳密度的影响.结果表明,调查植被群落盖度从坡耕地阶段的85%波动增加到乔木阶段的100%.物种数量、Margalef指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数和Simpson指数总体呈现出先快速增加后缓慢降低直至趋向稳定的变化特征,演替中期(白桦)达到峰值.植被各组分(地上生物、地下根系、枯落物)的生物量和碳密度在演替过程中呈指数函数关系增加,即白桦以前增加缓慢,白桦和油松阶段显著增加(P<...     

水足迹视角下黄土高原经济林果扩张的水安全风险分析——以苹果种植为例

以苹果为主的黄土高原经济林果种植规模持续扩张,耗水量不断增多,潜在的水安全风险增大。量化苹果生产水足迹,讨论苹果生产扩张带来的水安全风险,对科学指导未来黄土高原苹果健康发展具有重要意义。本文基于ArcGIS和CROPWAT软件,选取2000—2019年黄土高原44个市（州）,探究了苹果水足迹的时空分布规律及水安全风险。结果表明：2000—2019年,黄土高原苹果种植面积增长了1.3倍,产量增长了3.1倍,呈“北移西扩”的发展趋势;苹果绿水足迹占比的空间分布与降雨量基本一致,从东南向西北递减,蓝水足迹空间分布正好相反;苹果水足迹总量从74.42亿m³增长到108.04亿m³,占农业耗水量的比例由42.78%提升至65.63%,灰水足迹占比高达13.88%,黄土高原苹果生产面临严峻的水安全风险。因此,应适度控制黄土高原苹果种植规模的进一步扩张。本文可为评价黄土高原苹果种植规模扩张背后的水安全风险提供依据。