2023, 43(1):1-7,31. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.001 CSTR:
摘要:[目的] 揭示等高反坡阶整地措施对于坡耕地产流产沙及面源污染物输出的规律,为源头控制坡耕地水土流失和农业面源污染提供科学依据和技术支撑。[方法] 以滇中昆明市松华坝迤者流域试验区内已布设等高反坡台阶措施的坡耕地(15°和22°)径流小区样地为对象,基于2019—2021年降雨、径流及水质数据,采用对比分析的方法,研究样地内的产流、产沙、面源污染物氮素、磷素输出的特征。[结果] 相同雨型下,研究区样地布设等高反坡阶之后坡度为22°的坡耕地比坡度为15°的坡耕地有更显著的减少坡面产流产沙以及面源污染物氮、磷输出的作用。[结论] 等高反坡阶对坡耕地的产流产沙及面源污染物的输出等有显著的控制效果,布设等高反坡阶能够有效地增加坡耕地尤其是坡度较大的坡耕地的保水保土能力。
范廷玉,陈迎香,路啊康,颜昭耀,赵一凡,严家平,王顺,王兴明,魏祥平,张燕海
2023, 43(1):8-15,23. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.002 CSTR:
摘要:[目的] 分析采煤沉陷导致的地表拉张裂隙对耕地土壤质量的影响,评估采煤沉陷前后土壤养分变化,为沉陷区土地采前—采中治理提供理论基础。[方法] 以淮北矿区孙疃矿地表拉张裂隙区为研究区域,分别在沉陷前(2019年6月)、沉陷后(2019年12月、2020年7月)采集样品,沉陷前布设5个采样点(T1—T5),沉陷后选择两条典型纵向拉张裂隙,由沉陷斜坡坡顶到坡底将沉陷区划分为A,B,C 3个分区,在裂隙两侧设置13个采样点,每个采样点沿深度方向每隔20 cm采集一个土壤样品,分别测试含水率、有机质、速效钾、速效磷、全氮和全磷含量6个指标。[结果] 拉张裂隙区两次采样土壤含水率、有机质、速效钾、全磷含量存在显著差异(p<0.01),速效磷和全氮差异性不显著(p>0.05);通过主成分分析得到研究区第一、二主成分分别为有机质、全氮、全磷(受负面影响)和含水率、速效钾(受到正面影响);根据综合养分评价—主成分分析法发现裂隙区综合养分与对照点相比总体下降,但拉张裂隙区内养分从沉陷斜坡坡顶至坡底逐渐上升。[结论] 地表拉张裂隙在采煤沉陷区分布广泛,是造成沉陷区耕地质量下降的主要原因。
2023, 43(1):16-23. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.003 CSTR:
摘要:[目的] 研究施肥和混播牧草对松嫩平原黑龙江省西部退化草地土壤养分和牧草产量的影响,为该区天然退化草地修复提供科学依据。[方法] 试验以黑龙江省西部天然轻度退化草地为研究对象,沙打旺(Astragalus adsurgens)和披碱草(Elymus dahuricus)为补播草种,设2个间行混播〔豆禾比2∶2(B1)和1∶2(B2)〕和6个水平氮磷钾施肥组合〔N50P40K45(A1),N100P240K225(A2),N150P0K180(A3),N200P120K0(A4),N250P80K270(A5),N300P200K90(A6)〕进行田间试验〔其中,每个元素后的下标数字分别表示N,P2O5和K2O的施用量(kg/hm2)〕。[结果] 在确定混播比例的情况下,施肥能显著提高土壤速效养分含量和牧草产量。0—10 cm土层土壤养分变化受施肥和混播的影响较20—30 cm土层大。施肥、混播及二者交互对土壤速效氮含量影响显著(p<0.05)。0—10 cm土层速效氮、速效磷含量的变化趋势与氮、磷添加水平的高低基本一致。豆禾1∶2混播的0—10 cm土层全氮、速效氮、速效磷含量高于同一施肥水平下的豆禾2∶2混播。高氮(A6)处理的电导率显著高于其他处理(p<0.05)。豆禾2∶2混播+N150 P0 K180,豆禾1∶2混播+N300P200K90的1 m2样方地上生物量分别为290.68 g与254.31 g,是各自混播比例下最高的。[结论] 综合考虑牧草产量及土壤养分变化情况,豆禾2∶2混播,N施量以150 kg/hm2较适宜该区轻度退化草地修复。
帕力夏提·格明,王龙,徐学选,王维维,张连科,李梦瑶,Farhat Ullah Khan,杜锋
2023, 43(1):24-31. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.004 CSTR:
摘要:[目的] 对比不同林草植被恢复类型下黄土团聚体稳定性和入渗特性的差异,为黄土高原地区生态恢复模式的合理优化提供理论支持。[方法] 以黄土区撂荒地(C1,对照)、苜蓿地(C2)、天然草地(C3)、油松+侧柏混交林(L1)、刺槐+侧柏混交林(L2)为对象,采用萨维诺夫法和单环双水头法分别测定了水稳性团聚体组成状况、饱和导水率(Ks)。以平均质量直径(MWD)、几何直径(GMD)、颗粒分形维数(D)、破坏率(PAD)、>0.25 mm水稳性团聚体占比(Mw)和饱和导水率为评价指标,分析了不同林草植被恢复类型的土壤团聚体稳定性和入渗特性差异及其影响因素。[结果] ①0—30 cm土层范围内,C1的GMD和MWD最低,林草植被恢复类型的GMD,MWD表现为L1和C3>L2和C2,而PAD和D则相反。 ②0—10 cm土层,L1的>0.25 mm水稳定团聚体含量最高(47.24%),其次是C3和L2,C1最低(24.00%);而10—30 cm土层,C3的>0.25 mm水稳定团聚体含量最高(10—20 cm处为35.41%,20—30 cm处为27.96%),L2最低(10—20 cm处为11.46%,20—30 cm处为8.00%)。 ③不同林草植被恢复类型的表层土壤入渗特性变异系数均介于0.001~0.360,L1的Ks(0.307 cm/min)最大,C1的Ks(0.044 cm/min)最小。 ④团聚体稳定性指标(PAD除外)和Ks均与有机质、孔隙度、容重呈现显著或极显著相关。[结论] 林草植被恢复有助于改善黄土团聚体稳定性和入渗特性,长期林地恢复类型(L1)的团聚体稳定性和入渗特性优于天然草地(C3),而短期林地恢复类型(L2)却不如天然草地(C3),植被恢复应注重时间的积累。
2023, 43(1):32-43. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.005 CSTR:
摘要:[目的] 系统分析坡改梯工程中坡度、植被这两大核心要素的水保效应机理,为多指标机理研究提供可借鉴的具体方法,补充完善水保工程生态效应理论,为生态文明建设实践提供理论指导。[方法] 从坡改梯工程两大核心要素(坡度、植被)出发,综合运用多种数学模型对其水保效应机理进行深度剖析。[结果] ①基于线性模型,实现全文5个指标总水保效应在同一时空条件下的线性分解,进而依据各组分相对贡献率的精确计算,首次真正从完整理论意义上揭示坡改梯工程水保效应产生的真实根源。②基于多重回归分析,从大量备选模型中筛选最优数学模型,深刻揭示上述各组分水保效应的具体影响因素及其作用机制。③基于结构方程模型(SEM),验证了含物理因子、化学因子两个潜变量在内的具体理论模型作为全文5个指标水保效应本质反映的合理性。通过SEM群组分析,同时拟合了两种坡度条件下的预设模型,清晰直观地展示出各因素间的内在联系,及不同坡度条件下水保效应机理的差异性规律。④基于主成分分析原理,构建包含5个原始变量80.8%信息的综合性因子,将评价指标由五维转变为一维,实现水保效应的整体性综合定量评价。[结论] 基于高阶数据分析方法可实现多因素水保效应机理研究结论的深度整合,加深人们对其具体机理的认识,亦可为多指标机理研究提供方法论参考,有助于构建更高预测精度的专业数学模型,提升水土流失治理实践的效率。
2023, 43(1):44-51,60. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.006 CSTR:
摘要:[目的] 研究三峡库区紫色土在渗流与应力耦合作用下的渗透特性和抗剪强度特性,深入探究紫色土应力—渗流的耦合关系,为农业工程、边坡工程、水土保持等实际工程应用提供理论参考。[方法] 以三峡库区紫色土为研究对象,借助SLB-1A型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪,分析多因素耦合对紫色土抗剪强度特性和渗透性的变化。[结果] 含水率对三峡库区紫色土的黏聚力c与内摩擦角φ的影响程度不同,并在含水率为11%处取得峰值,内摩擦角随含水率增大而减小,二者变化趋势符合线性变化的特征;紫色土渗透性的变化在不同含水率梯度间存在较大的差异性,且含水率在11%~13%之间时差异性相对显著;以渗透压等于40 kPa为临界值,紫色土的渗透性降低形式不同;主应力差控制值越大,不同含水率紫色土的渗透性降低越显著。[结论] 渗透—剪切作用下,含水率和围压极大影响了紫色土的抗剪强度,其黏聚力在含水率11%处取得峰值,黏聚力和内摩擦角的变化符合线性变化;相同条件下,主应力差控制值越大,不同含水率紫色土的渗透性降低越显著,主应力差的贡献率高于含水率。各因素对影响紫色土渗透性的贡献率由高到低依次为:渗透压>主应力差>围压>含水率。
李雅丽,Shiv O. Prasher,裴宏伟,赵莉莉,张红娟,刘孟竹,何延青
2023, 43(1):52-60. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.007 CSTR:
摘要:[目的] 探索干旱半干旱区土壤水盐氮的分布规律,为防治地下水面源污染和实现水土资源可持续利用提供依据。[方法] 选取河北坝上地区4种典型的土地利用类型(林、田、湖、草),分析土壤水分、盐分以及硝态氮的变化特征,阐明不同土地利用类型土壤剖面的水盐氮分布规律。[结果] ①不同土地利用方式中,安固里淖干涸湖底的土壤水盐含量最高,平均含水率达60.18%,且土壤水盐分布均表现出中等变异性,含水率变异程度更大。 ②林地、旱作农田和安固里淖干涸湖底0—220 cm土壤水盐分布规律基本一致,分别呈振荡型、均匀型和底聚型,而草地的水盐分布存在差异。 ③盐分离子在4种土地利用类型间均具有显著差异(p<0.05),其构成以SO2-4为主,K+,Mg2+和Ca2+普遍缺乏。 ④安固里淖干涸湖底土壤剖面平均硝态氮含量高达134.18 mg/kg,在林地和旱作农田分布呈表聚型,在安固里淖干涸湖底呈中间少、上下多的特征。草地硝态氮上层土壤累积明显。 ⑤林田湖草土壤硝态氮均与K+存在显著或极显著正相关,K+是控制区域硝态氮变化的主要因子。[结论] 河北坝上林田湖草土壤水盐氮分布具有明显的差异性,安固里淖干涸湖底土壤水盐氮含量显著高于其他3种土地利用类型,对地下水造成严重的潜在污染。
2023, 43(1):61-68. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20220829.002 CSTR:
摘要:[目的] 探究鸡粪和炉渣添加对疏浚土的改良效果,为疏浚土资源化利用提供理论依据。[方法] 以疏浚土为供试土壤,皇竹草为供试植物开展盆栽试验,设置4个处理,分别为对照(CK)、添加5%鸡粪(T1)、添加5%鸡粪+5%炉渣(T2)、添加5%鸡粪+10%炉渣(T3),分析不同处理对疏浚土理化性质、皇竹草生长及养分吸收的影响。[结果] 与CK相比,3种处理均显著改善了疏浚土的理化性质。其中,T3处理的容重显著低于其他处理,总孔隙度和毛管持水量显著高于其他处理;且土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾含量均为最高水平。鸡粪和炉渣添加显著促进皇竹草的生长及养分积累,T3处理的促进效果最佳,株高、生物量及地上部和地下部的N,P,K积累量均最大,且显著高于其他处理。主成分分析方法综合评价结果显示:不同处理对疏浚土的改良效果排序为T3>T2>T1。[结论] 添加鸡粪或鸡粪+炉渣能显著改善疏浚土的理化性质,促进皇竹草生长和养分累积,且T3处理对疏浚土的改良效果最佳。
2023, 43(1):69-77. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230222.001 CSTR:
摘要:[目的] 分析不同因素对根—土界面抗剪强度指标和抗剪强度的影响,为深入探讨青藏高原东北部黄土区灌木根系固土护坡机制提供理论依据。[方法] 以区内优势灌木植物柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)为研究对象,通过根—土界面直剪试验,分析根径级别为2.20±1.00~32.00±1.80 mm以及土体含水量、干密度和含盐量分别为6.00%~22.00%,1.20~1.60 g/cm3,0.59%~2.50%的条件下,各因素对柠条锦鸡儿根—土界面抗剪强度指标和抗剪强度的影响规律。[结果] 在其他影响因素恒定的情况下,根径对根—土界面抗剪强度指标和抗剪强度无显著影响(p>0.05)。随着土体含水量由6.00%增大到22.00%,根—土界面黏聚力呈先增大后减小的趋势,当土体含水量达到14.00%时黏聚力达到峰值6.74 kPa;根—土界面摩擦角由21.40°降低至15.75°,呈线性函数降低趋势;根—土界面抗剪强度呈线性函数降低趋势。随着土体干密度由1.20 g/cm3增长至1.60 g/cm3,根—土界面黏聚力由5.70 kPa增大至6.85 kPa,呈指数函数增长趋势;根—土界面摩擦角由20.67°增大至21.67°,呈线性函数增长趋势;根—土界面抗剪强度呈线性函数增大趋势。随着土体含盐量由0.59%增大至2.50%,根—土界面黏聚力由6.71 kPa增大至7.31 kPa,呈线性函数增长趋势;根—土界面摩擦角无显著变化(p>0.05);根—土界面抗剪强度呈线性函数增长趋势。通过灰色关联分析可知,土体干密度对根—土界面黏聚力、摩擦角和抗剪强度的影响程度最大。[结论] 土体含水量、干密度和含盐量均能够影响根—土界面抗剪切特性,但影响程度存在差异;在评价植物根系对黄土斜(边)坡浅层土体的防护效果时,必须充分考虑降雨入渗对根—土界面剪切特性的影响。
2023, 43(1):78-83. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.010 CSTR:
摘要:[目的] 研究不同冬绿肥种植与翻压对土壤氮素供应能力的影响,为改进华北地区冬绿肥种植技术,提高作物产量和维持土壤生产力提供理论依据。[方法] 在天津市武清区设置大田冬绿肥/玉米轮作定位试验(2012—2019年)种植和翻压冬绿肥,测定不同冬绿肥及组合处理即二月兰、毛叶苕子、黑麦、黑麦草、毛叶苕子与二月兰混播和毛叶苕子与黑麦混播土壤有机氮及组分含量;同时进行室内培养试验,测试不同处理土壤的有机氮矿化势(N0)和矿化量,分析冬绿肥种植与翻压对土壤有机氮组分及矿化的影响(以冬闲处理为对照)。[结果] 与对照相比,冬绿肥种植与翻压显著提高总有机氮含量(幅度为3.05%~12.36%),显著降低非酸解态有机氮含量(18.87~55.87 mg/kg)。冬绿肥处理N0值在189.15~245.90 mg/kg之间,比冬闲对照增加14.16%~48.41%,土壤矿化半衰期t1/2比冬闲对照提高22.57%~73.11%。所有处理室内培养24周矿化分解土壤有机氮主要组分为酸解总氮,冬绿肥处理土壤酸解总氮矿化量比对照高3.41~20.54 mg/kg,矿化率比对照增加7.96%~47.31%,差异显著。[结论] 冬绿肥种植与翻压可显著增加土壤有机氮及其易矿化组分储量,提高土壤可矿化氮量,延长矿化周期,促进土壤氮库更新,提高土壤氮素供应能力。
2023, 43(1):84-91. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230213.001 CSTR:
摘要:[目的] 研究在极端降雨条件下淤地坝系的风险预警防控问题,实现智能巡检,防止淤地坝发生水毁溃决,为防汛管理和风险预警提供专业、快速、精确的技术支持。[方法] 基于iVX语言,使用MySQL数据库,采用“家谱法”理论和淤地坝系溃决风险分析程序FT-IWHR,结合工程实际,通过功能模块的设计与开发形成全覆盖、高效率软件系统。[结果] 建立了淤地坝系风险预警防控平台,以可视化、移动化的方式将淤地坝系基础信息、巡检监测系统和溃决风险预警系统应用到淤地坝系的日常风险管理中。该平台在山西省临汾市乡宁县西廒沟小流域得到应用。[结论] 通过信息化建设对淤地坝系进行风险预警防控是可行的。它可以提供快捷直观的信息传递平台,方便工作人员对淤地坝进行运行管理,有效预防淤地坝系发生风险事故。
2023, 43(1):92-103. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230111.002 CSTR:
摘要:[目的] 探究漳河上游生态环境质量时空变化特征及其驱动因素,为该区域生态环境建设与治理提供科学依据。[方法] 优化重构2000—2020年漳河上游Landsat影像,基于遥感生态指数(RSEI),引入坡度(slope)、归一化山地植被指数(NDMVI)、颗粒物浓度(DI)3项指标,构建考虑地形和颗粒物影响的改进型遥感生态指数(advanced RSEI,ARSEI)模型,辅以多种空间分析和统计方法对研究区生态环境质量进行定量评价。[结果] ①ARSEI具有较好适用性,能够准确地表征漳河上游生态环境质量状况。NDMVI对ARSEI影响最大,DI最小。 ②研究区生态环境质量整体呈“西南差、东北优”的空间格局,等级以较差和中等为主;研究期内,35.94%的区域表现为改善,并以改善1个等级为主,其中2010—2020年改善最为显著,变化格局呈“整体稳定,局部改变”的特点。 ③不同类型因子的影响力排序为:模型因子>地形因子>气象因子>社会因子>经济因子;所有影响因子均表现为协同增强作用,NDSI,NDMVI和slope的共同作用下对ARSEI空间异质性的影响最大。[结论] 漳河上游2000—2020年ARSEI均值整体呈上升趋势,生态环境质量得到改善,其变化主要驱动因素为绿度和坡度。
2023, 43(1):104-116. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20221207.002 CSTR:
摘要:[目的] 研究重庆市土利用格局时空演化规律,为促进该地区土地资源可持续利用及社会经济可持续发展提供科学依据。[方法] 以位于山地高密度区的重庆市为例,基于1995—2020年土地利用遥感监测数据,从数量结构和空间布局两个方面定量分析重庆市土地利用时空演化特征,并通过地理探测器分析不同时间尺度下重庆市土地利用变化驱动力。[结果] 研究期内重庆市土地利用变化速度加快,城乡居民用地、工矿建设用地持续增加,草地面积大幅缩减并集中向林地转化;25 a以来,重庆市土地利用程度逐年提高,整体处于发展期,热点区主要集中在主城及其周围地区;渝西水田密度降低,渝东南林地高值密度面积增加,但草地高值密度区大幅缩减;城镇及农村居民用地高密度核心位于主城区,工矿建设用地高密度核心为星点状分布,增长幅度大;社会经济因素对重庆市土地利用变化影响显著,其中人口密度为主导性因子。[结论] 重庆市土地利用变化区域间差异明显,土地利用变化主要受社会经济因素的影响。
2023, 43(1):117-123,132. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.014 CSTR:
摘要:[目的] 评价黄河下游水资源生态承载状态,为地区水资源管理与规划提供理论依据。[方法] 运用水资源生态足迹理论结合对数均值迪式指数分解法(logarithmic mean divisia index,LMDI)对2007—2020年黄河下游水资源生态足迹的时空分布特征及驱动机制进行核算分析,并通过灰色预测模型GM(1,1)对2021—2030年的水资源生态足迹变化趋势进行预测。[结果] 黄河下游历年水资源生态足迹远高于生态承载力,水资源生态赤字现象严重;水资源生态足迹与生态赤字年际间均呈波动降低趋势,用水效率逐渐提高,农业用水是最大的水资源生态足迹账户;黄河三角洲是黄河下游水资源生态压力最大的区域,淄博、济南、郑州和泰安4市的生态压力相对较小;经济效应对黄河下游水资源生态足迹变化起正向主导作用,技术效应起负向主导作用;预测结果表明,2021—2030年黄河下游人均水资源生态赤字由0.387 hm2/人降至0.359 hm2/人。[结论] 在生产力快速发展和用水结构优化调整等综合作用下,黄河下游地区用水效率逐渐提高,水资源生态压力有一定幅度的缓解。但由于该区域水资源生态赤字基数较大,未来水资源可持续利用形势依旧十分严峻,亟待进一步加强水资源的统筹管理,助力黄河下游地区高质量可持续发展。
2023, 43(1):124-132. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.015 CSTR:
摘要:[目的] 构建正向、负向作用区域相结合的生态屏障区,以充分实现生态屏障的保护、防御目标,为科学规划、实施生态屏障区分目标和差异化管理提供参考。[方法] 以渤海湾生态系统为研究区域,通过水鸟多样性热点分析、生态系统服务价值评估、近岸海域生态系统质量评价得出正向、负向作用区域,结合各省份海洋保护规划目标,构建渤海湾海陆统筹生态安全屏障。[结果] ①水鸟多样性热点区域位于沿海滩涂、湿地和水体生态系统,冷点区域位于建设用地和耕地等频繁受人类活动影响的区域。生态系统服务价值由北向南呈现增加的趋势,其中水源涵养功能服务价值量最高。 ②近岸海域海水环境质量整体向好,但仍存在富营养化严重、赤潮等海洋灾害频发地点;由北向南,海洋环境承载能力逐渐下降、海洋渔业开发强度逐渐上升。 ③生态安全屏障共包括16个区域,其中正向作用区域11个,负向作用区域5个,主要位于近海一侧陆海交汇处,整体大致呈现间隔分布的特征。[结论] 以生态屏障为指导开展规划管理、生态治理工作,正向作用区域、负向作用区域分别以实现保护目标、防御目标为宗旨,促进海陆一体化生态文明建设。
2023, 43(1):133-140. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20220829.004 CSTR:
摘要:[目的] 识别滇池生态廊道并识别生态节点及障碍点,进而优化流域生态网络,为滇池流域生态迁徙廊道维护和提升生态功能提供借鉴。[方法] 以滇池流域为例,结合MSPA和电路理论识别研究区内的生态源地以及夹点、障碍区并构建生态网络,同时引入空间句法量化道路网对电阻力面进行优化,并与优化后电阻力面以及生态网络进行对比探究道路网对生态网络的影响。[结果] ①研究区整体生态源地面积比例相对较高,提取17处生态源地面积101 248 hm2占研究区总面积的34.7%,主要位于北部山地以及中部环滇池区; ②优化后的电阻力面高阻力区由四周向主城区转移,并且廊道由35条增加至41条,总长度由185.9 km增加至216.2 km,网络闭合度、连接度、连通率分别提高0.20,0.35,0.13; ③通过廊道宽度阈值分析将廊道宽度确定为600 m,并提取生态夹点15 116 hm2和生态障碍区71 875 hm2共同组成滇池流域生态安全网络。[结论] 滇池流域生态斑块形体破碎化明显,其分布呈现出北部生态源地密集、南部稀疏的特点。高等级、流量大的道路对生态网络切割效应更为突出,这一类夹点和障碍区在生态网络构建和修复中应该尤为重视。
2023, 43(1):141-148. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.017 CSTR:
摘要:[目的] 对比分析逻辑回归(LogReg)、多层神经网络(MLP)和相似度加权学习(SimWeight)3种土地利用变化趋势模型在多地类变化分析中的模拟效果与土地利用预测精度,为云贵高原地区的国土空间规划、水土保持和生态修复等提供参考。[方法] 以2000—2020年昆明市土地利用变化为例,分别采用3种模型对该区域建模,并使用受试者工作特征曲线、ROC曲线下面积和Kappa系数等多种方法评估精度。[结果] 对于大多数地类的变化趋势,MLP和SimWeight模型的模拟效果要好于LogReg模型,特别是在未利用地的变化分析中MLP和SimWeight模型的AUC值均大于0.9。在整体土地利用变化预测上,LogReg,MLP和SimWeight3种模型的Kappa值分别为0.9066,0.904 1,0.925 3,整体预测结果表现接近,但SimWeight模型略微优于其他模型。[结论] 对于昆明市LUCC建模的模型选择,若为追求更高精度可选择SimWeight模型,若更在意运算速度则优先选择MLP模型,若需要进一步分析驱动因子与土地变化的关系应选择LogReg模型。
2023, 43(1):149-157,166. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.018 CSTR:
摘要:[目的] 探索准确、快速的滑坡易发性区划方法,为区域安全监测提供参考,为政府治理滑坡灾害提供科学依据。[方法] 以安徽省池州市贵池区为研究区域,采用梯度提升决策树—逻辑回归(GBDT-LR)和信息量(I)模型耦合的方法,实现区域滑坡易发性评价。该方法通过对原样本地学习,组合产生新的模拟样本,从而增强易发性评价模型对滑坡的拟合能力;采用Borderline-Smote算法解决样本数据不对称的问题。选用r.slopeunits软件划分的斜坡单元作为最小评价单元,选取坡度、坡向、地形曲率、剖面曲率、平面曲率、地形湿度指数(TWI)、地形起伏度、归一化植被指数(NDVI)、距断裂距离和距水系距离总计10个评价因子。分别从频率比、滑坡灾害点及隐患点密度、ROC曲线3个方面对构建的滑坡易发性模型进行评价。[结果] 试验结果表明:耦合模型I-GBDT-LR分别比I,LR,I-LR模型的高易发区频率比所占比例提升约10%,13%,7%,高易发区滑坡灾害点及隐患点密度分别提升约9,11,7,ROC精度提升约10%,9%,5%。[结论] 从检验指标综合来看,耦合模型的精度均高于单一模型,所提出耦合模型精度又高于I-LR耦合模型,为滑坡易发性评价提供了一种有效的、新型的评价方法。
2023, 43(1):158-166. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.019 CSTR:
摘要:[目的] 研究水体透明度的变化规律及其空间分异驱动因素,为管理湖库及恢复湖库生态系统提供科学依据。[方法] 基于2020年5月18日,8月26日,11月14日的Sentinel-2 MSI卫星影像及准同步实测透明度数据构建平寨水库透明度遥感反演模型,利用地理探测器定量分析影响透明度空间分异的驱动因素。[结果] ①平寨水库水体透明度与Sentinel-2 MSI的B3波段最为敏感,利用波段组合B3×B4作为最佳敏感因子构建出的透明度反演模型具有较高的精度(R2=0.81,RMSE=0.11 m,MRE=16.91%)。 ②平寨水库水体透明度呈现出中心库区高而各支流上游低,近水体两岸低的空间分布趋势,且水体透明度11月>8月>5月。[结论] 总悬浮物、叶绿素a及总有机碳含量是平寨水库水体透明度空间分异的主要因素。总磷、总氮、水温及风速通过影响水体中的总悬浮物、叶绿素a及总有机碳含量进而影响水体透明度空间分布。
2023, 43(1):167-173,213. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.020 CSTR:
摘要:[目的] 综合评价甘肃省城市生态用水安全的关键影响因素,为协调地区生态、生产和生活的关系提供借鉴。[方法] 基于社会、经济、生态以及水资源开发利用,构建生态用水评价体系;综合层次分析法和熵值法得出权重,进行生态用水安全水平划分,并辨析生态用水安全主要影响因素。[结果] ①2020年嘉峪关、兰州和甘肃省整体生态用水安全指数值大于0.5,处于基本安全水平,其他12座城市均处于较不安全水平。 ②2011—2020年核心区的生态用水安全水平较低,主要受生态效益子系统影响。 ③绿化覆盖面积、生态环境用水比例、人均公园绿地面积和城市化水平是影响生态用水安全水平的主要障碍因子,其贡献度在45%以上。[结论] 甘肃省各市区生态用水安全不容乐观,需提高生态效益来改善甘肃省各市区生态用水安全。
2023, 43(1):174-183. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230222.002 CSTR:
摘要:[目的] 分析广西壮族自治区左右江革命老区县级尺度耕地农业生产、社会保障与生态安全功能的空间分布特征,为优化耕地多功能配置,促进区域协调发展提供依据。[方法] 通过构建耕地多功能评价体系,运用熵权法、耦合协调度方法测算广西左右江32个县域耕地多功能的协调关系,运用灰色关联度分析法揭露各指标对耕地多功能系统的影响。[结果] 2005—2020年广西左右江耕地农业生产能力和生态安全维持能力持续提高,社会保障功能有所下降;2005—2020年广西左右江各县区耕地多功能综合指数平均值呈现差异,即“边缘高,中间低”的状态;在耦合协调度方面,广西左右江耕地的3个功能尚未达到良性共振阶段,但整体上朝着正向发展;从总体来看,各指标对广西左右江耕地整体功能影响是从2005年的人口数量、耕地资源禀赋和要素投入过渡到2020年的经济发展水平和城市化水平。[结论] 未来各县区可根据耕地主导功能的不同因地制宜地利用耕地,以促进耕地多功能子系统间的协调发展。
2023, 43(1):184-195. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.022 CSTR:
摘要:[目的] 探究土地集约利用与新型城镇化之间的定性交互机理,为区域高质量发展提供参考。[方法] 依据时空锥理论和系统论,从土地集约利用的“资源—资产—资本”属性和新型城镇化的“规模—集聚—红利—财富”效应出发,构建二者的交互机理并据此组建指标体系。以2003—2020年广西壮族自治区14个市的面板数据为样本,采用熵值法、模糊综合评价法和耦合协调模型定量评估二者的发展状态,并运用面板向量自回归模型(PVAR)对两者的交互效应进行实证分析。[结果] ①广西土地集约利用以资源性(0.388)和资产性(0.541)为主,平均综合指数由0.104增至0.318。新型城镇化以规模(0.470)和红利效应(0.306)为主,平均综合指数由0.184增至0.425。 ②二者的耦合协调度由0.367增至0.600,耦合协调状态呈“轻度失调—濒临失调—勉强耦合协调—初级耦合协调”的向好演变态势,但各市级单元的发展差异较大。 ③从PVAR模型结果来看,土地集约利用与新型城镇化之间存在正向的交互作用,二者受自身发展惯性的冲击显著,土地集约利用对新型城镇化的促进程度(47.11%)大于新型城镇化对土地集约利用的促进程度(35.05%)。[结论] 土地集约利用的“资源—资产—资本”属性相对新型城镇化来说属于生产力范畴,新型城镇化的“规模—集聚—红利—财富”效应相对土地集约利用来说属于生产关系范畴,在一定的时空视角下二者之间存在不对等的作用与反作用关系。
2023, 43(1):196-205. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.023 CSTR:
摘要:[目的] 为深入了解国内外土壤团聚体研究进展和未来发展趋势,明确当前的热点问题,为土壤团聚体领域的科研工作者与决策者提供参考。[方法] 基于Web of Science引文数据库,借助VOSviewer,CiteSpace科学图谱绘制软件和R语言的BiblioShiny程序分析工具,对土壤团聚体研究的发文量、期刊、国家(地区)、机构、关键词和主题演变进行计量分析。[结果] 土壤团聚体领域发文量总体呈现上升的趋势;从国家研究实力上来看排在前三位的有中国、美国和德国,其中中国的发文量远超其他国家,比例为25.4%;研究机构中有中国科学院、中国科学院大学、西北农林科技大学占据主要地位;主要发文期刊有Geoderma, Soil & Tillage Research, Catena和Science of the Total Environment等;从战略坐标图和关键词分析可知土壤有机质(碳)为该领域研究的核心主题,“黄土高原”“保护性农业”“生态系统服务”“土壤健康”“微生物群落”等主题词是该领域近5 a来研究的热点内容。[结论] 在气候变化背景下,土壤团聚体与有机质、微生物量研究是当前土壤团聚体研究的前沿领域,可持续农业发展、土壤健康与多学科交叉主题将成为未来的研究重点。
2023, 43(1):206-213. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20231207.001 CSTR:
摘要:[目的] 研究河南省耕地利用显性转型时空特征,为北方集约粮食主产区耕地合理优化配置和可持续利用提供科学依据。[方法] 基于2000—2020年5期Landsat TM影像解译数据,构建耕地利用变化贡献度、幅度、速度模型,从显性视角定量刻画耕地数量形态和空间形态时空变化特征,并借助“3S”手段予以空间可视化。[结果] ①2000—2020年河南省耕地利用转型数量形态经历了剧烈的转型过程,耕地净减少量为5 609.93 km2,减少幅度达22.78%。 ②分阶段而言,2015—2020年河南省耕地利用转型数量变化幅度最大。 ③耕地空间形态上整体呈现以郑州为中心向外扩散的分布特征;豫中片区耕地利用转型幅度变化最大,豫西片区耕地利用转型幅度变化最小,豫北、豫南和豫东片区变化适中。[结论] 2000—2020年河南省耕地利用显性转型时空特征存在明显的规律性差异,需要重点关注耕地利用转型数量和豫中片区耕地利用转型幅度。
2023, 43(1):214-223. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.025 CSTR:
摘要:[目的] 研究十大孔兑区土地利用变化与生态过程之间的关系,揭示人类活动和土地利用与生态环境效应,为研究区土地利用结构优化和区域生态环境保护提供依据。[方法] 选取2000,2010,2020年landsat影像,采用监督分类的方法结合地统计模块来获取不同时期土地利用数据和转移矩阵,对土地利用动态度、土地利用程度综合指数进行分析,在此基础上,运用数理统计等方法,选取NDVI值、生态环境质量指数等指标,对十大孔兑区生态环境质量进行综合评价。[结果] ①研究期内,林地和草地面积比例变化幅度最大,水域面积比例最小,各土地利用类型之间转换频繁,林地“涨势”和草地、未利用地“落势”,十分明显。 ②十大孔兑区2000,2010,2020年土地利用类型转化的生态环境质量指数分别为0.526 1,0.537 3,0.543 3,整体呈现上涨趋势;在空间分布方面,生态环境质量东高西低、南高北低。 ③年平均降水量、年平均风速会对生态环境质量产生显著的正向影响,年平均气温会对生态环境质量产生显著的负向影响。[结论] 2000—2020年,城镇化快速发展的同时,十大孔兑区生态环境质量也在向好发展,研究区范围内生态环境质量呈现整体改善,局部恶化的局面,建设用地、林地、草地、未利用地之间的转化是主要原因,退耕还林等环境保护政策使研究区环境质量不断上升。
2023, 43(1):224-234. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230224.002 CSTR:
摘要:[目的] 分析环鄱阳湖城市群生态保护重要区域的空间变化特征和空间聚集特征,为区域划定“三区三线”、合理规划国土空间提供基础依据,为促进大湖流域地区经济高质量发展和生态保护之间的协同发展提供理论参考。[方法] 以环鄱阳湖城市群为例,2000,2010,2020年土地利用数据为基础,借助InVEST模型、修正的通用土壤流失方程(RUSLE)和GIS空间分析方法,选取水源涵养、土壤保持、生物多样性和水质净化等生态服务类型以及水土流失敏感性和水环境敏感性识别研究区生态保护重要区域,分析其空间变化特征。[结果] ①2000,2010,2020年,研究区生态保护重要区域面积分别为6.34×104,6.35×104,6.28×104 km2,地类以林地和水域为主,呈现“两边高,中间低”分布特征; ②在2 km×2 km格网尺度下,环鄱阳湖城市群生态保护重要性在空间上显著聚集,高高聚集区主要分布在东西部山区等人为活动较少、生态保护良好的区域;低低聚集区主要分布在环鄱阳湖平原区,该区人类活动密集,经济发展的同时生态系统本身的某些功能与结构受损; ③2000—2020年,生态保护重要性变化稳定区位于怀玉山区和鄱阳湖平原,增强区位于浮梁县、婺源县和鄱阳湖区,减弱区位于宜春市、萍乡市和鹰潭市。[结论] 对于极重要和高度重要区域,稳定森林覆盖率和提升森林质量是首要任务,其次,应采取措施有效促进湿地恢复和自然保护区建设,以达到遏制生境退化的目的。对于中等重要、一般重要和不太重要区域,应处理好经济高质量发展和生态保护之间的关系,尤其是在人类活动较为密集的区域,应提高城市绿地覆盖率,在城市周边建立生态缓冲区,以此缓解生态空间生存压力。
2023, 43(1):235-243,262. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.027 CSTR:
摘要:[目的] 研究贵州省贵阳市高质量发展与水资源保护利用之间耦合协调状况,为进一步推动西南喀斯特山区水资源高效供给与水生态环境维护,统筹推进区域高质量发展提供科学依据。[方法] 运用综合评价、耦合协调度、空间自相关和地理探测器等模型,对2010—2020年贵阳市高质量发展与水资源保护利用耦合协调水平、时空分异特征和影响因素进行分析。[结果] 贵阳市高质量发展水平呈显著提升态势,而水资源保护利用水平呈波动下降趋势。两者的耦合协调度呈现提高态势,经历了濒临失调—勉强失调的演变过程,空间上整体呈现中、西部较高,东部较低的分布格局;二者具有显著空间正相关关系,高高聚集与低高聚集空间关联较明显。影响因子变动较大,且双因子增强效应与非线性增强效应明显。[结论] 贵阳市高质量发展与水资源保护利用之间相互依赖程度日益增强,未来应增强创新第一动力作用,优化水资源利用结构,提升“三水”统筹治理能力,促进区域协调高质量发展。
2023, 43(1):244-252. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.028 CSTR:
摘要:[目的] 分析干旱区受损植被恢复过程中生态需水量,为生态恢复不同阶段所需水资源量及水资源优化配置提供科学依据。[方法] 基于1990,2000,2010,2015,2020年Landsat系列影像,采用遥感技术,结合改进的彭曼公式法,对新疆哈巴河县平原区植被耗水量时空演变特征及生态恢复需水量进行了定量研究。[结果] ①1990—2020年天然植被平均耗水量为7.55×108 m3,以3.60×107 m3/5 a的速率减小,与之对应的是天然植被面积以17.36 km2/a的速率减小,植被覆盖度从高植被覆盖度向中植被覆盖度转化,生态受损严重。 ②区域内植被耗水量时空分布均存在较大差异:空间上高值主要分布于哈巴河流域,别列则克河流域植被耗水量整体偏低;时间上年际变化以2000年植被耗水量为最高,年内植被耗水量则主要集中在生长中期。 ③绿洲区生态恢复需水量如下:维持现状(2020年)生态需水量为4.62×108 m3,恢复到1990—2020年生态平均水平生态需水量为6.65×108 m3,达到1990—2020年生态最佳水平(2000年)生态需水量为9.55×108 m3。[结论] 在人为与自然二元作用下,灌区1990—2020年生态环境整体呈现退化趋势,生态耗水空间分配失衡,受损植被生态恢复需水量时空配置应根据耗水时空分布进行优化完善。
2023, 43(1):253-262. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.029 CSTR:
摘要:[目的] 对长江经济带水生态环境状态进行评价,为该区域制定相应的生态保护政策提供科学依据。[方法] 以DCSM模型和质性分析结果为框架,选取包含“驱动力—承载源—承载状态—管理”4个子系统的22个水生态环境指标。利用随机森林降维,确定12个高相关指标作为综合评价体系,结合加权秩和比模型和对抗解释结构模型对长江经济带11个省份2010—2019年水生态环境定级,并依据优劣程度确定排名。[结果] ①就整体而言,长江经济带各区域水生态环境差异明显,呈现下游优,上游次之,中游较差的非对称“U”型特征分布。 ②就空间分布而言,浙江水生态状态排名靠前,江苏、云南、贵州、安徽、江西、四川、重庆、湖北水生态状态排名呈“阶梯状”递减,湖南、上海排名靠后。 ③就分类指标而言,工业废水重复利用率、万元农业生产总值耗水量、万元工业产业增加值废水排放量等对水生态环境具有显著影响。[结论] 长江经济带总体水生态环境仍未达到安全稳态,因地制宜从多方面提升水生态环境质量,是推动长江经济带高水平可持续发展的重要动力。
2023, 43(1):263-271. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.030 CSTR:
摘要:[目的] 检索1991—2021年EPIC模型的应用情况,进行文献计量和聚类分析,为EPIC模型未来的应用和发展指出方向。[方法] 通过检索Web of Science核心数据库,基于检索到的1991—2021年与EPIC模型相关的261篇论文和R软件包bibliometrix文献计量和聚类分析法,分析了EPIC模型的研究热点和历史发展趋势。[结果] 1991—2021年,EPIC模型应用年发文量呈增加趋势,已有研究侧重于水文水资源与气候变化、土壤侵蚀与养分流失、农业干旱和作物生长等4个方面。该模型模拟精度高,能够很好地评价和预测过去、现在和未来的水、土、土壤养分流失和作物产量,但模型也存在参数多,输入数据制备难的缺点。[结论] EPIC模型可应用于多个研究领域,与其他模型及深度学习等方法的耦合,为深入开展“双碳”和水土流失研究、作物生产及对气候变化的响应模拟和预测等工作提供支撑。
2023, 43(1):272-280. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230215.001 CSTR:
摘要:[目的] 探索建设更加强健、有效的自然灾害刚弹韧性社会途径,为南方红壤区防范化解重大自然灾害风险提供科学参考。[方法] 以南方红壤区典型受灾区福建省长汀县为例,从刚性抵御、弹性管控、韧性恢复3个维度构建了指标体系,利用熵权TOPSIS模型和耦合协调度模型定量评价了2006—2019年长汀县的自然灾害刚弹韧性社会综合水平及一级指标间的耦合协调性,并进行障碍度因子分析。[结果] ①长汀县的自然灾害刚弹韧性社会水平经历了由缓慢下降到显著增长的演化过程,在2006—2019年增长了0.461 6,总体呈现显著增长趋势。 ②长汀县自然灾害刚弹韧性社会的刚性抵御水平、弹性管控水平和韧性恢复水平总体呈现显著增长趋势,仅韧性恢复指数在2006—2010年呈明显下降趋势,由0.402 0下降至0.280 9。 ③在各项评价指标中,灾害监测能力、治安管理水平、第三产业比重、碳储存能力的下降以及水源涵养功能的减退是限制长汀县自然灾害刚弹韧性社会发展的关键因素。[结论] 从刚性抵御、弹性管控、韧性恢复3个维度对南方红壤区进行评估能较为有效、准确地反映该地区的自然灾害刚弹韧性社会综合水平。同时,应补齐发展短板,避免自然灾害刚性韧性社会出现衰退。
2023, 43(1):281-290,423. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.032 CSTR:
摘要:[目的] 科学开展村庄类型识别,为江西省兴国县国土空间总体规划编制和乡村振兴战略实施提供技术支撑和决策参考,为南方丘陵山区村庄类型识别提供经验借鉴。[方法] 以村域为研究单元,分别构建村庄布局适宜性评价指标体系与乡村振兴潜力评价指标体系,采用AHP和CRITIC法组合确定指标权重,构建耦合协调度模型识别兴国县村庄类型。[结果] ①兴国县村庄布局适宜性总体水平一般,以中适宜性等级为主,空间分布差异显著,呈现出“中心城区向四周阶梯式递减”的分布特征; ②乡村振兴潜力水平有待提高,高值区主要分布在城区周边和各镇区驻地; ③村庄布局适宜性与乡村振兴潜力耦合度较高,协调性有待提高,耦合协调度一般,初级耦合协调村庄最多; ④将兴国县村庄类型识别为城郊融合类、集聚发展类、存续提升类、特色保护类和搬迁撤并类5类。[结论] 村庄布局与当地的地形、社会经济发展有着紧密的联系,乡村振兴潜力与布局适宜性呈现出明显的正相关关系,应针对不同村庄类型提出不同发展策略。
2023, 43(1):291-299. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230220.004 CSTR:
摘要:[目的] 分析黄河下游耕地绿色利用效率及其收敛性与影响因素,为黄河下游地区耕地生态保护与高质量发展提供参考。 [方法] 将耕地资源利用过程中产生的耕地面源污染和碳排放等非期望产出和总碳汇同时纳入评价指标体系,利用EBM模型、收敛模型、面板Tobit模型系统分析了2007—2020年黄河下游34个地市耕地绿色利用效率、收敛性与影响因素。[结果] ①黄河下游耕地绿色利用效率整体呈上升趋势,但2020年末仍未达到最优状态。黄河下游地区耕地绿色利用效率存在空间非均衡性,豫南及鲁北耕地绿色利用效率值较高,而郑州、威海等地市的效率值一直偏低。 ②从效率分解看,黄河下游地区耕地绿色利用效率提升的主要动力源于规模效率,阻力来自纯技术效率。 ③从收敛检验看,黄河下游耕地绿色利用效率均存在σ收敛和β收敛,河南省耕地绿色利用效率的地市间差距明显低于山东省,但山东省的收敛速度较之更快。 ④从影响因素看,农作物种植结构与政府财政支农对黄河下游地区耕地绿色利用效率起促进作用,而城乡收入差距、经济发展水平和耕地机械投入强度起抑制作用。[结论] 未来黄河下游不但要提高耕地绿色利用的综合管理水平,加强地市间交流合作,更要在推进耕地绿色利用发展的同时,重点关注各地区耕地绿色利用效率的收敛速度与发展差距之间的协调。
2023, 43(1):300-306. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230220.007 CSTR:
摘要:[目的] 揭示三峡库区土地利用碳排放格局并测算碳补偿价值,为引导流域低碳发展,健全流域碳补偿机制提供参考。[方法] 运用碳排放系数,单位GDP能耗及经济贡献系数等方法,测算三峡库区1980—2021年土地利用碳排放/碳吸收,并以净碳排放为基准值,对碳排放阈值及碳排放强度进行修正,测算土地利用碳补偿价值。[结果] ①三峡库区1980—2021年土地利用碳排放及碳吸收整体呈上升趋势。耕地和林地是土地利用碳吸收主要载体,城乡工矿居民用地是土地利用碳排放主要来源; ②碳吸收格局整体呈现西低东高的分布特征。1980—2021年碳吸收处于中高水平和高水平类型的区县明显增加,且大多位于东部和北部,低水平类型区县有所减少; ③碳排放格局在1980—1990年均处于低水平及中低水平类型;2000—2021年库区整体碳排放量增加,其中西部重庆市主城区、中部万州、开州区、云阳县以及东部夷陵区处于中高水平和高水平类型,武隆区的碳排放处于中等水平类型;巫溪、巫山、巴东、兴山、秭归县等区县的碳排放处于低水平和中低水平类型; ④研究区9个区县为生态盈余区,应获碳补偿资金最高的是奉节县6.87×105元,17个区县为生态赤字区,支付碳补偿金额较高的是渝北区1.53×107元。[结论] 应从以下方面引导流域低碳发展:推动区域合作治理碳排放,建立横向碳补偿机制;控制建设用地规模,优化土地利用配置;落实绿色发展理念,增强碳汇能力;优化能源供给结构,提高能源利用率等。
2023, 43(1):307-313. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230220.006 CSTR:
摘要:[目的] 探究地上凋落物、地下根系和菌根输入对红壤恢复林地土壤微团聚体的影响,为退化地进行森林恢复后土壤功能重建和生态系统碳循环提供依据。[方法] 以亚热带红壤侵蚀退化地恢复形成的典型阔叶林分木荷纯林为研究对象,设置无凋落物(CT)、菌根(M)、根系+菌根(RM)、地上+地下凋落物(LRM)和地上凋落物加倍(DLRM) 5种输入处理,对土壤微团聚体组成、有机碳及其化学结合形态进行分析。[结果] 木荷恢复林土壤微团聚体质量百分比、有机碳、钙键结合态有机碳(Ca-SOC)、铁铝键结合态有机碳〔Fe(Al)-SOC〕和Ca-SOC/SOC在不同处理间均无显著差异(p>0.05);相对于CT,LRM处理使20~50 μm和50~200 μm粒级微团聚体Fe(Al)-SOC/SOC分别降低了40.06%和46.67%(p<0.05)。土壤微团聚体质量百分比、有机碳、Ca-SOC和Fe(Al)-SOC均随粒级的增大而减小,有机碳及结合态有机碳趋于在较小粒级的微团聚体颗粒组(<20 μm)中富集。微团聚体Ca-SOC含量(0.55~1.28 g/kg)远低于Fe(Al)-SOC含量(6.88~13.34 g/kg),但其在不同粒级中的变化幅度大于Fe(Al)-SOC;Ca-SOC/SOC(1.54%~3.44%)亦小于Fe(Al)-SOC/SOC(16.75%~42.54%)。微团聚体质量百分比、有机碳、Ca-SOC和Fe(Al)-SOC两两之间呈极显著正相关关系(r=0.497~0.757,p<0.01)。[结论] 木荷恢复林土壤微团聚体及其有机碳受粒级的影响,对地上凋落物、地下根系和菌根的短期输入有所响应,但未达到显著水平,需要在更长的时间尺度上开展研究。
2023, 43(1):314-322. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230220.008 CSTR:
摘要:[目的] 探明森林类型对土壤碳氮含量和酶活性的影响,为亚热带针叶林改造过程中的树种选择和营林方式选择提供科学依据。[方法] 研究相同海拔高度和相近环境条件下的亚热带常绿阔叶林(米槠林)、常绿—落叶阔叶混交林(闽桦—闽楠林)和针叶林(马尾松林)3种森林类型对土壤碳氮储量和酶活性的影响。[结果] ①马尾松林的土壤总有机碳含量显著高于其他两种林分类型,土壤全氮含量与闽桦—闽楠林无显著差异,但二者均显著高于米槠林,马尾松林和闽桦—闽楠林的土壤氮储量和碳储量显著高于米槠林;马尾松林和闽桦—闽楠林的土壤可溶性有机碳含量显著高于米槠林。马尾松林的土壤可溶性有机氮含量显著小于米槠林和闽桦—闽楠林,米槠林和马尾松林的土壤微生物量碳氮含量均显著高于闽桦—闽楠林,3种林分的土壤铵态氮含量无显著差异,而闽桦—闽楠林的土壤硝态氮含量显著高于其他两种林分; ②米槠林的土壤脲酶活性显著高于闽桦—闽楠林。3种林分的土壤蔗糖酶活性差异显著,表现为:马尾松林>米槠林>闽桦—闽楠林,马尾松林和米槠林的土壤过氧化氢酶活性均显著高于闽桦—闽楠林。3种林分的土壤磷酸酶活性无显著差异,马尾松林的土壤β-葡糖糖苷酶活性显著大于米槠林和闽桦—闽楠林;RDA分析表明,影响3种林分土壤酶活性变化的因子主要为土壤全碳(解释率为59.5%)、全氮(解释率为11.0%)和硝态氮(解释率为14.6%)。[结论] 与米槠林相比,马尾松林和闽桦—闽楠林具有较高的土壤碳氮储量,土壤有机质的增加有利于提高土壤酶活性。
2023, 43(1):323-331. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230220.001 CSTR:
摘要:[目的] 运用高级别分类学分辨率揭示玉米根际和非根际土壤中细菌群落微多样性,并探讨微多样性与土壤有机碳矿化的关系,从更精细的分类学分辨率水平上为玉米根际土壤中微生物驱动的碳循环提供理论依据。[方法] 以西北农林科技大学曹新庄试验农场为依托,采取田间生长条件下玉米根际和非根际两种土壤类型。利用高通量测序技术,比较OTUs和ASVs两种分类学分辨率水平上玉米根际和非根际土壤中的细菌群落结构,揭示细菌群落的微多样性。同时通过培养试验检测根际和非根际土壤的有机碳矿化特性。[结果] 通过比较OTUs和ASVs两种分类学分辨率水平上的细菌群落,OTUs和ASVs两种方式显示出相似的细菌群落结构。在玉米根际和非根际土壤类型中,ASVs在更高分类学分辨率水平上描绘细菌群落组成,同时揭示了普遍存在于OTUs内的不同菌株或生态型。此外,两种不同生长策略(r-策略和K-策略)细菌物种的相对丰度差异是导致根际和非根际土壤细菌群落结构不同的主要因素。培养试验表明,根际土壤有机碳矿化量显著高于非根际土壤。3 a的连续采样分析结果表明,根系是田间成熟玉米根际和非根际土壤理化性质差异的主要因素而受时间(2019—2021年)的影响较小。根际和非根际土壤细菌微多样性与相应的土壤有机碳累积矿化量具有显著相关性。[结论] ASVs方式展示了田间生长条件下玉米根际和非根际土壤中的细菌微多样性具有显著差异,且细菌微多样性与根际和非根际土壤有机碳累积矿化量相关。
2023, 43(1):332-340,349. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230221.001 CSTR:
摘要:[目的] 分析不同利用方式下新疆巴音布鲁克高寒草地土壤团聚体稳定性及其有机碳分布差异,为评价该区域土壤团聚体有机碳等生态功能提供理论基础。[方法] 选取巴音布鲁克高寒草地开垦、弃耕还牧、放牧3种处理,以10 cm为一个梯度,采集0—40 cm土层土壤,采用干筛和湿筛两种方法筛分土壤团聚体,测算土壤团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、土壤团聚体破坏率(PDA)和土壤有机碳(SOC)含量,明确不同利用方式下高寒草地土壤团聚体稳定性及团聚体有机碳含量的差异。[结果] ①3种利用方式下,高寒草地土壤团聚体均以大团聚体(≥0.25 mm粒径)为主。亚表层(10—20 cm)土壤,弃耕还牧处理的PDA显著低于放牧处理(p<0.05),与开垦处理无显著差异(p>0.05);而除亚表层(10—20 cm)外,弃耕还牧处理其余土层土壤PDA显著高于开垦处理和放牧处理(p<0.05)。表层(0—10 cm)土壤,开垦处理与放牧处理PDA无显著差异(p>0.05);而除表层(0—10 cm)外,开垦处理其余土层土壤PDA显著高于放牧处理。 ②弃耕还牧处理的SOC含量、土壤团聚体有机碳含量及贡献率均显著低于其他处理(p<0.05)。在表层(0—10 cm)土壤中,放牧处理≥5 mm粒径土壤团聚体有机碳含量及其贡献率显著高于开垦处理(27.89 g/kg,6.34%)和弃耕还牧处理(36.96 g/kg,14.3%)。而亚表层(10—20 cm)、下层(20—30 cm)、深层(30—40 cm),弃耕还牧处理≥5 mm粒径的土壤团聚体有机碳含量及其贡献率显著低于开垦处理和放牧处理(p<0.05)。 ③土壤团聚体质量百分比及其稳定性与SOC含量呈显著相关(p<0.05);≥2 mm土壤团聚体质量百分比、土壤团聚体MWD和GMD与SOC含量呈显著正相关(p<0.05),其中≥5 mm呈极显著正相关(p<0.01);<2 mm土壤团聚体质量百分比、土壤团聚体稳定性与SOC含量呈显著负相关(p<0.05),其中<1 mm呈极显著负相关(p<0.01)。[结论] 草地开垦活动会降低土壤团聚体稳定性及其SOC含量,其中弃耕还牧处理土壤团聚体稳定性最差,SOC含量最低。建议草地弃耕后应进行适度恢复(施肥、播种等),再进行放牧利用。
2023, 43(1):341-349. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230220.003 CSTR:
摘要:[目的] 定量测算江西省九江市土地利用碳排放,揭示其时空演变特征,并估算土地利用碳排放风险,为九江市构建绿色低碳土地利用方式提供科学参考。[方法] 采用土地利用碳排放系数法测度2000—2020年九江市土地利用碳排放和时空变化规律,并从网格化的视角,利用碳排放风险指数识别各县区碳排放风险,基于对数平均迪式指数(LMDI)模型,分析土地利用碳排放的影响因素。[结果] 2000—2020年九江市土地利用净碳排放量呈递增趋势,年均增幅为13.75%,建设用地是主要碳源,占碳排放量的90%以上,林地是主要碳汇。九江市净碳排放量呈现“东北高,西南低”的空间分布特征,森林覆盖率好的武宁县、修水县一直处于碳汇功能,濂溪区、浔阳区、湖口县、瑞昌市的碳排放量占九江市净碳排放量的95%以上。九江市土地利用碳排放风险整体偏低,并呈现“东北高,西南低”的分布特征,长江沿岸县区濂溪区、浔阳区和柴桑区处于高度碳排放风险区。经济发展水平是碳排放增加的主要因素,能源消费强度则是抑制碳排放的关键因素。[结论] 2000—2020年九江市土地利用碳排放大幅增加,应控制新增碳源用地,优化土地利用结构,并积极探索低碳绿色能源利用体系,着力推进长江经济带绿色低碳发展的“九江模式”建设。
2023, 43(1):350-358. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230220.010 CSTR:
摘要:[目的] 探究城市碳承载力基底,为城市“双碳”目标实现和低碳发展提供科学支撑。[方法] 基于2000,2005,2010,2015,2020年四川省宜宾市土地利用数据,通过InVEST模型测度了宜宾市生境质量和碳储存量,构建了宜宾市碳承载力评价指标体系,对宜宾市的碳承载力水平进行深度地分析研究。[结果] 宜宾市碳承载力呈现“先提升,后下降,再提升”的变化特征,2000,2005,2010,2015,2020年宜宾市碳承载力得分分别为0.525 4,0.606 1,0.506 4,0.385 3,0.553 4。生境退化程度持续加深,生境质量指数呈现“先提升,后下降,再提升”的变化特征。碳储存量指数持续上升,碳储存速率持续下降。宜宾市碳承载力复合系统由2000年的失调状态逐渐转变为2020年的中级协调。[结论] 宜宾市碳承载力水平整体处于上升趋势,但局部地区碳储量和生境质量下滑较为严重。
2023, 43(1):359-366. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.041 CSTR:
摘要:[目的] 分析青藏高原不同海拔下表层土壤可溶性有机碳(DOC),易氧化有机碳(ROC)、碳库稳定性及碳储量变化特征研究及土壤有机碳(SOC),DOC的影响因素,为后续复杂地形寒区SOC的稳定性研究提供科学依据。[方法] 以色季拉山流石滩为研究区,以单因素方差分析法分析了4 300~4 700 m之间不同海拔土壤物理性质,DOC,ROC以及SOC的含量特征,结合Pearson相关分析与冗余分析探讨了DOC,ROC与各因子之间的相互关系。[结果] ①土壤容重、密度与海拔呈负相关,其最大值分别为1.56,1.12 g/cm3,土壤含水率和孔隙度与海拔呈正相关,其最大值分别为74.22%,58.70%; ②SOC含量随海拔升高呈现先升高后降低趋势,DOC,ROC随海拔升高而呈现出波动变化趋势; ③海拔4 400 m时DOC/SOC,ROC/SOC达到最大值,可溶性有机碳储量(DOCS)和有机碳储量(SOCS)均值分别为40.779 g/m2,8.105 kg/m2,流石滩土壤碳库稳定性较好; ④DOC与土壤物理性质不相关,但与SOCS有一定相关性;ROC则与物理性质和SOC及其相关因子均有一定的相关性;各因子对色季拉山流石滩土壤DOC和ROC变化的解释贡献率排序大小为:DOCS>土壤孔隙度>ROC/SOC>土壤含水率>SOC>SOCS>DOC/SOC>土壤密度。[结论] 不同海拔流石滩表层土壤DOC,ROC与海拔有一定相关性,且DOCS、土壤孔隙度与ROC/SOC均是影响DOC,ROC含量的重要因子,同时各因子间存在密切的关系。
2023, 43(1):367-377. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230220.011 CSTR:
摘要:[目的] 研究河南省农业碳排放时空演化特征及驱动机制,预测未来10 a农业碳排放变化趋势,以期制定农业固碳减排方案,促进农业低碳绿色转型。[方法] 基于碳排放公平性评价模型、地理探测器及GM(1,1)模型,分析河南省农业碳排放的时空演化特征、驱动因素及发展趋势。[结果] ①研究期内河南省农业净碳排放量呈逐年减少趋势,且表现为西南高、东北低的特征。碳源方面,畜牧业碳排放占据较大比例,且以牛、羊、猪碳排放为主。碳汇方面,小麦、玉米和蔬菜对碳吸收的贡献较大。 ②农业碳排放生态承载系数呈北部、南部高,西部低的格局,经济贡献系数呈东南高,西南低的特征。 ③农业从业人口、农村居民人均可支配收入、农业机械总动力、财政教育支出是农业碳排放空间分异的关键因素,且各因子交互作用较强。 ④2021—2030年河南省农业净碳排放量持续下降,预计全省在2029年可实现农业碳中和目标。[结论] 未来应加强科普宣传,积极推广低碳农业生产技术,提高农业资源综合利用效率。同时,各地应注重系统整合,加强区域协作,实现农业碳减排区域一体化。
2023, 43(1):378-387. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230220.009 CSTR:
摘要:[目的] 评估不同情景下的土地利用变化与碳储量变化,为优化生态服务与可持续性发展提供科学依据。[方法] 基于PLUS模型与InVEST模型,模拟和预测不同情景下的土地利用变化与碳储量。[结果] ①在自然发展与生态保护情景下,土地利用变化相似,耕地、草地、水域减少,建设用地急剧扩张,其中建设用地在自然发展情景下扩张更快,变化率达27.70%;在耕地保护情景下,土地利用变化与其他两种情景不同,这是由于林地面积的减少与建设用地的迅速扩张造成的; ②昆明市2000,2010,2020年的碳储量分别为3.37×108,3.34×108,3.28×108 t,呈现逐年下降的趋势。到2030年,耕地保护与生态保护相较于自然发展情景碳储量较高,说明采取保护措施,能有效控制碳储量的减少; ③土地利用变化导致碳储量减少9.15×106 t,土地利用变化与碳储量变化呈现高度一致性。[结论] 落实耕地保护、生态保护政策,控制建设用地向耕地、林地的扩张,优化土地利用结构,有利于减缓区域碳储量损失。
2023, 43(1):388-398. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20221207.003 CSTR:
摘要:[目的] 研究土地利用转型的生态环境效应及其发展趋势,为促进土地利用转型、低碳循环发展及实现“双碳”目标提供依据。[方法] 基于贵州省遵义市2005,2010,2015,2020年4期的土地利用数据,运用空间分析技术,对该区土地利用转型的生态环境效应及其发展趋势进行研究。[结果] ①2005—2020年土地转型主要表现为碳汇用地之间的相互转换,以及碳汇用地向碳源用地转型。②净碳排放量由2005年的5.99×105 t增加到2020年的9.87×106 t,增加了9.27×106 t,增幅达1 548.15%。但增量却呈逐渐减少的趋势,增幅也逐渐降低。③遵义市生态系统服务价值量由2005年的7.64×1010元增加到2020年的7.73×1010元,呈波动上升趋势,共增加了9.14×108元,增长率为1.2%。④通过灰色预测模型得出遵义市未来净碳排放量和生态系统服务价值量会持续增加,且都呈规律上升趋势。[结论] 遵义市在生态环境方面仍面临着不小的压力,还需加大力度提升生态系统服务价值,着力实现碳达峰目标。
2023, 43(1):399-408. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230220.005 CSTR:
摘要:[目的] 系统分析“三生”空间转型下的碳储量效应,以期优化空间布局与提升边区生态系统固碳能力,助推国家实现“碳中和”的战略目标。[方法] 采用“三生”空间动态度、“三生”空间转移矩阵刻画边境“三生”空间分布格局和转型特征,借助InVEST模型和“三生”空间碳储量贡献率揭示边境1990—2020的碳储量时空分异及“三生”空间转型对碳储量的影响。[结果] ①1990—2020年边境地区以绿被生态空间占绝对主体,农业生产空间和水域生态空间为辅的组合特点,分布上呈现“南北两翼高,中部低”特征。 ②研究期内边境地区“三生”空间转型呈现出初期稳定、中期波动、后期剧烈的发展态势,除水域生态空间外,其余空间均于2010—2020年动态度变化最为显著。 ③1990—2020年,边境地区碳储量整体呈现逐期持续递减,研究初期与中期变动幅度不大,末期碳储量深刻变化;40 a间碳储量共计损失4.13×106 t,绿被生态空间与农业生产空间的相互转换主导着广西边境地区碳储量的变化。[结论] 应调整与优化区域“三生”空间用地结构,促进“三生”空间融合,并以“碳中和”为目标导向,强化空间用途管制,为提升区域碳储资源提供精确保障。
2023, 43(1):409-416. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.046 CSTR:
摘要:[目的] 确定全国及不同区域水土流失防治的适宜目标,帮助社会各界了解和应用水土保持率概念及相关研究成果,为促进新时代水土保持高质量发展提供有益参考。[方法] 根据2019年水利部首次提出的“水土保持率”指标及其专项研究成果,阐述了水土保持率概念的内涵及其阈值确定方法。以30 m分辨率网格为空间单元,基于土壤侵蚀分类分级、土地利用、地形地貌、植被覆盖等多源地理空间数据,分析计算了全国及各省份水土保持率阈值,并解读了水土保持率系列目标在中国水土保持目标责任考核和落实中的应用。[结果] 水土保持率概念的核心是表征符合自然规律并满足经济社会发展要求的水土流失防治适宜程度,远期应当包含减量、降级、增效等多维度的阈值体系,可综合评估区域水土流失防治现状及其所能达到的适宜程度。目前的水土保持率指标主要反映水土流失面积的减量适宜目标,已被用于美丽中国建设评估,并被作为中共中央办公厅、国务院办公厅《关于加强新时代水土保持工作的意见》中的核心指标。[结论] 建议基于社会—生态系统范式,在全面考虑自然与社会领域综合因素影响,本地和溢出维度不同效应协同,生态和经济层面多重目标权衡的基础上,深入研究不同地区水土流失消长变化阈值及评估方法等问题。同时,围绕流域系统综合治理的有关要求,关注梯田、林草、淤地坝、坡耕地侵蚀沟等主要治理措施或重点治理对象的适宜规模与合理布局等重大问题。
2023, 43(1):417-423. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20230224.001 CSTR:
摘要:[目的] 系统评估国家水土保持重点工程的措施保存情况,为东北黑土区水土流失治理提质增效提供依据,促进黑土地保护和水土保持高质量发展。[方法] 以2019年以前在东北黑土区实施的国家水土保持重点工程为对象,选取52个小流域的坡面治理工程和8个小流域(项目区)的侵蚀沟治理工程开展调研,共抽核325个坡面图斑和32条侵蚀沟,并对结果进行分析诊断。[结果] 全区水土保持重点工程中的治沟措施保存情况明显优于坡面措施,平均保存率分别为95.00%和56.51%。坡面治理措施的保存率存在明显的类别和空间分异,侵蚀沟治理措施普遍保存完好,生态节地型措施保存率较高,个别措施在部分地区需提质增效和加强管护。[结论] 今后应加强东北黑土区梯田、地埂植物带等传统措施的优化和管护,研发适应现代农业的生态节地型水土保持新措施,并探索建设黑土地水土保持技术中试基地;定期开展重点工程成效评估,提出分区分类措施推荐名录,打造不同类型示范样本。
2023, 43(1):424-432. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2023.01.048 CSTR:
摘要:[目的] 研究中国省域耕地生态破坏与农业经济增长的脱钩效应,为深入了解耕地生态与农业经济的协调发展状况奠定基础。[方法] 运用2011—2020年中国31个省份的面板数据,从耕地生态破坏程度入手,采用熵权法、TOPSIS法对各省域耕地生态破坏程度进行评价分析。并在此基础上引入Tapio脱钩模型,深入研究中国省域耕地生态破坏与农业经济增长的脱钩效应。[结果] 在初期,中国各省域农业经济增长多以牺牲耕地生态健康为代价。不同地区之间的耕地生态破坏与农业经济增长之间变化存在一定的差异。上海、浙江、西藏、重庆、福建等地区耕地生态破坏与农业经济增长发展协调性较高,其中上海一直以来均处于强脱钩理想状态,西藏、重庆、福建、浙江一直处于脱钩状态未出现负脱钩效应。就整体而言,绝大部分省域耕地破坏与农业经济增长的协调性逐渐增强,但部分地区不协调问题较为突出,需要尽快整顿。青海、湖南、新疆5次出现负脱钩状态,云南、河南、甘肃3次出现负脱钩状态。[结论] 未来需要进一步促进耕地生态与农业经济的协调发展,牢牢守住耕地生态红线,扎实有效推进耕地保护工作。
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