2024, 44(3):1-8,25. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240313.001 CSTR:
摘要:[目的] 研究中国东北漫川漫岗黑土区典型农业小流域切沟沟头形态特征及其影响因素,为控制黑土区沟壑侵蚀提供基础数据和理论支撑。[方法] 以黑龙江省海伦市海南乡典型农业小流域切沟沟头为研究对象,野外实地调查沟头形态特征及土壤类型和土体构型,解析沟头形态特征与沟头内因(土壤特性)及外部环境因素的相关性,分析内外因素对沟头形态的影响。[结果] ①海南乡小流域切沟沟头土壤类型为典型黑土、草甸黑土和冲积土,土体构型以腐殖质层(A)+淀积层(B)+母质层(C)型为主,以腐殖质层(A)+母质层(C)及腐殖质层(A)+母质层(C)+埋藏层(Ab)型为辅。 ②相关性分析表明,沟头形态与内外因素呈现复杂的相关性,单一形态不仅受内外因素的影响,同时受自身形态的共同作用影响。 ③冗余分析表明,土体构型、汇水面积、沟头坡度是影响沟头形态的主要因子,且与沟头形态呈正相关关系;沟头植被覆盖度、作物距沟头距离、沟头垄向与沟头立面夹角与沟头形态呈负相关关系。[结论] 切沟沟头形态特征复杂,土壤垂向差异性是内因的根本,沟头形态受内外因素共同影响。
2024, 44(3):9-15. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.002 CSTR:
摘要:[目的] 研究林分改造后的林地水文生态特征,分析水土保持林的持水特性,为南方红壤水土流失区的生态治理、植被恢复以及树种配置提供参考。[方法] 选择福建省长汀县红壤侵蚀区松林改造后营造的千年桐生态林作为研究对象,以林外草坡作为对照,比较千年桐生态林和草坡的枯落物持水性能指标之间的差异,同时测定千年桐林分0—60 cm不同土层土壤物理性质,并利用隶属函数对林地持水性能进行综合评价。[结果] 千年桐枯落物持水量始终高于对照,浸水前为对照的1.15倍,浸水24 h后为对照的2.10倍;浸水0.25 h时,千年桐和对照的枯落物吸水速率分别为1 723.64,700.8 mm/h。千年桐林地的枯落物累积量、枯落物最大持水量、枯落物有效拦蓄量均显著高于对照。林地0—10 cm土层的土壤容重显著低于其他土层,而最大持水量、毛管持水量、田间持水量、毛管孔隙度和总孔隙度均显著高于其他土层;0—20 cm土层的土壤有效蓄水量和有效水储量显著低于20—60 cm土层。林地持水性能的综合评价结果表明土壤毛管孔隙度的综合评价值较高,而土壤自然含水率的综合评价值较低。[结论] 千年桐生态林枯落物持水性能较好,土壤通气、透水性较高。从林分综合评价来看,与土壤孔隙度,特别是毛管孔隙度相关的指标对于提高千年桐生态林持水性能具有重要影响。
2024, 44(3):16-25. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.003 CSTR:
摘要:[目的] 探究不同灌溉方式和灌水量对土壤水盐变化规律及燕麦生长特征的影响,为提高盐碱地作物的生产效能和土壤水分管理提供科学参考。[方法] 采用盆栽试验,设置3种灌溉方式:常规灌溉、固定单侧灌溉(fixed unilateral root zone irrigation ,FURI)、交替灌溉(alternative partial root zone irrigation,APRI),3组灌水量:W1(60% θf~70% θf,θf为田间持水率),W2(70% θf~80% θf)和W3(80% θf~90% θf),以常规灌溉作为对照,共9组交互处理。[结果] ①不同灌溉方式下,土壤各层含水率变化趋势基本一致,随灌水量增加洗盐效果越显著,常规灌溉的深层含水率总体高于其他两种灌溉方式。 ②燕麦株高、叶绿素相对含量(relative chlorophyll content of leaves,SPAD)、品质随灌水量的增加而上升,与常规灌溉相比,W2灌溉水平下,分根交替灌溉处理的粗脂肪,粗蛋白,β-葡聚糖含量分别增加7.02%,3.76%,6.06%,但降低了燕麦叶片的SPAD值,影响其光合能力。③随着燕麦生育期的推进,土壤盐分均呈现不同程度的累积,分根交替灌溉的积盐率最低,同时对燕麦根系生长、水分利用效率及产量影响显著,其中根系总长、根系总表面积、根系总体积较相同灌水量(W2)的常规灌溉分别增加6.75%,6.92%,12.5%,水分利用效率提高17.32%。[结论] 采用分根交替灌溉方式下的中等灌水量(W2)有利于提高燕麦的生产效能,对盐分累积的控制效果较好。
2024, 44(3):26-35. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.004 CSTR:
摘要:[目的] 最大洪峰流量是导致暴洪灾害的决定性因素。研究小流域降水频率、治理程度与洪峰流量、暴洪灾害损失的关联性,为水土保持减灾防灾工作提供科学依据。[方法] 采用回归分析、对比分析等方法,对甘肃省庆阳市庆城县蔡家庙、野狐沟两条相邻流域1981—2022年水保措施的调水效益以及降水因子、水保措施对洪峰流量的影响进行分析。[结果] ①小流域水保措施调水效益随治理程度的提高而增加,随降水频率的提高而减少。 ②年最大日降水量对洪峰流量变化具有极显著的正向影响(p<0.01),贡献率系数为0.707;治理程度对洪峰流量呈负影响,贡献率系数为-0.237。 ③30 a一遇洪峰流量(频率为3%)与50 a一遇洪峰流量(频率为2%)灾害损失强度分别达到1.74×105,3.13×106元/km2,后者比前者增长了16.95倍。[结论] 影响洪峰流量变化的主要因素是年最大日降水量。水保措施对削减洪峰流量具有显著的影响。流域治理程度越高,削减洪峰流量的效果越明显,减少暴洪灾害经济损失的能力越大。
2024, 44(3):36-45. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.005 CSTR:
摘要:[目的] 开展荒漠绿洲过渡带典型灌丛滞尘研究,为区域防风固沙树种滞尘效益评价和绿洲防护体系建设提供依据。[方法] 通过野外调查采样,室内水洗过滤等方法,定量分析了荒漠绿洲过渡带梭梭(Holoxylon ammodendron)、柽柳(Tamarix chinensis)、白刺(Nitraria tangutorum)3种植物在3月上旬(冬态)和6月下旬(夏态)滞尘量和滞尘粒度沿荒漠至绿洲4 km范围内的时空变化特征。[结果] 滞尘量从荒漠到绿洲逐步递减,3月上旬梭梭、柽柳、白刺平均递减20.74%,16.13%,14.72%,6月下旬平均递减14.37%,9.23%,26.54%。3月上旬梭梭的滞尘量最大,约为172.36 g/株、6月下旬柽柳的滞尘量最大,约为345.16g/株。3月上旬3种灌木所滞尘土的粒径主要为20~50 μm,约占41.00%,梭梭有少量滞尘的粒径为500~1000 μm,约占总量的15.00%;6月下旬所滞尘土的粒径大量分布于100~200 μm,少量分布于5~10 μm。 [结论] 在3月和6月,3种灌木的滞尘量从荒漠到绿洲均呈现出递减的趋势,灌丛植物的滞尘量、滞尘粒径受时间、空间及植物叶表面特征的共同影响。
2024, 44(3):46-55. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240528.003 CSTR:
摘要:[目的] 探究黄土丘陵区坡面长期种植柠条对土壤团聚体稳定性和可蚀性的影响,为黄土高原人工植被建设和生态环境恢复提供理论依据。[方法] 以荒草坡地为对照,选取坡面沿等高线种植的不同年限(15,25,35 a)柠条地为研究对象,分析长期种植柠条对坡面土壤团聚体稳定性和可蚀性的变化特征的影响及其主要影响因素。[结果] ①样地土壤团聚体稳定性指标中平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和>0.25 mm团聚体含量(WR0.25)总体表现为:15 a柠条地>荒草地>25 a柠条地>35 a柠条地,在坡面位置上表现为:坡下>坡顶>坡中>坡上。土壤可蚀性因子K值则有相反的趋势。 ②随着柠条种植年限的增加,相较于荒草地,各坡位柠条带土壤团聚体稳定性指标均呈先增后降的趋势,间隔荒草带则持续降低。两者的差值在柠条种植年限大于15 a后逐渐扩大,且在坡下位置最为明显。 ③土壤有机碳和坡位是影响坡面土壤团聚体稳定性与可蚀性的主要因素,分别解释了38.0%和4.1%的变异,其次是种植年限和海拔高度。[结论] 黄土丘陵区坡面带状柠条种植通过影响土壤有机碳分布,进而影响土壤团聚体稳定性和可蚀性。柠条种植小于15 a有助于土壤团聚体稳定性的提升和可蚀性的下降,但大于15 a后逐渐有相反趋势,尤其在坡下位置。
2024, 44(3):56-64. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.007 CSTR:
摘要:[目的] 综合分析清水河流域和白河流域的年径流变化及其主导因素,进一步揭示永定河流域和潮白河流域实际径流的变化及其影响因素,旨在为张家口地区水资源规划与管理提供理论依据。[方法] 基于Budyko模型以永定河上游的清水河流域和潮白河上游的白河流域为研究对象构建流域水热耦合平衡方程,精确计算潜在蒸散发对主要气象因子的敏感系数,再通过敏感系数计算径流对主要气象因子的弹性系数,进一步计算气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。[结果] ①近年来清水河流域和白河流域各气象因子的弹性系数呈现增加的趋势,这种趋势揭示了这两个流域日益增强的气候—水文耦合关系。和白河流域相比,清水河流域的水文过程对气候变化更加敏感。②人类活动对清水河流域和白河流域的径流量变化起主导作用。清水河流域和白河流域人类活动对径流变化的影响率分别是65.37%和83.90%。③较之于Fu,Choudhury-Yang和Wang-Tang公式,Zhang公式在清水河流域和白河流域具有更好的适用性,能较好地模拟流域的实际蒸散发量,R2达到0.97。[结论]人类活动对研究区径流变化的影响率为65.37%~83.90%,气候因素的影响率为16.10%~34.63%,今后应同时考虑气候和人类活动的影响,继续加强水分限制区的径流蒸散过程机理研究,以保障水资源安全。
2024, 44(3):65-73. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.008 CSTR:
摘要:[目的] 探究西鄂尔多斯国家级自然保护区四合木(Tetraena mongolica)灌丛衰退对其沙堆养分及沉积特征的影响,为干旱荒漠区灌丛衰退及沙堆养分聚集效应等相关研究提供理论基础。[方法] 以四合木灌丛为研究对象,对不同衰退程度四合木灌丛沙堆土壤样品进行采集,通过分析其表层沉积物粒度及沙堆养分特征,探讨灌丛衰退对沙堆的影响。[结果] ①西鄂尔多斯国家级自然保护区四合木灌丛沙堆表层沉积物主要以细砂为主,各衰退程度四合木灌丛表层沉积物细砂含量均超60%。随着灌丛衰退程度的下降,灌丛表层沉积物细砂及粗砂含量增加。四合木灌丛沙堆表层沉积物粒度近似为单峰,峰值粒径介于15.07~447.95 μm;裸沙地出现明显双峰,峰值为12.35~494.94 μm和546.86~1482.94 μm。 ②四合木灌丛沙堆土壤养分含量均与丘间空地显著差异(p<0.05),且衰退程度>60%的四合木灌丛养分含量更高。 ③四合木灌丛沙堆养分显著高于丘间空地,对养分的积累有正效应,存在“肥岛”效应。对AN的富集能力最强,对SOM的富集能力最弱。除60%>衰退程度>30%的四合木灌丛外,其余衰退程度四合木灌丛对沙堆养分富集作用差异不明显。[结论] 整体上看,研究区四合木灌丛沙堆衰退程度越大,表层沉积物细砂与粗砂含量越小,其下养分含量更高。
2024, 44(3):74-83. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.009 CSTR:
摘要:[目的] 探究马尾松(Pinus massoniana)根系抗拉、抗折力学特性和应力—应变特征,充实乔木根系力学特性,以期为马尾松种植区固持土壤、防治水土流失提供参考。[方法] 以马尾松0~1,1~2,2~3,3~4,>4 mm根径根系为研究对象,使用STS5000万能拉力机进行单根试验,分析不同根径根系马尾松抗拉与抗折力学特性及应力—应变特征。[结果] 马尾松单根抗拉力和单根抗折力随根径增加均符合y=ax3+bx2+cx+d方程,R2分别为0.91,0.69;抗拉强度和抗折强度随根径增加均符合y=ax-b方程,R2分别为0.50,0.35;根系抗拉延伸率、根系抗拉弹性模量和根系抗折弹性模量随根径增加均符合y=ax3+bx2+cx+d方程,R2分别为0.17,0.22,0.18;根系抗折延伸率与根系径级无明显相关性;马尾松根系抗拉与抗折“应力—应变”曲线表现出弹性变形、弹塑性变形、应变硬化及断裂破坏4个阶段,抗拉“应力—应变”曲线和抗折“应力—应变”曲线在弹塑性变形阶段有不同的变化趋势;抗拉与抗折断裂阶段有周皮断裂与整体断裂两种断裂模式,两种断裂模式受根系周皮与维管组织影响均有两种断裂类型。[结论] 马尾松<3 mm根径根系抗折力学性能优于抗拉力学性能,>3 mm根系根径抗拉力学性能优于抗折力学性能。马尾松种植于坡面等地区可以有效增强土壤的抗蚀能力。
2024, 44(3):84-92. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240628.002 CSTR:
摘要:[目的] 猫头刺盾状移动式固沙障是运用仿生学原理,由盾状铁网筛与上方扎制固沙灌木猫头刺(Oxytropis aciphylla)茎叶构成的一种新型固沙障。对猫头刺盾状移动式固沙障的防风固沙效应进行试验,以确定最佳固沙障类型,并揭示其防风固沙机理,为野外工程防沙措施的选择和制定提供理论依据。 [方法] 通过风洞模拟试验,在6,10,14,18 m/s 4个风速条件下测量了猫头刺盾状移动式固沙障的风速流场,并在10,14,18 m/s 3个风速条件下对该固沙障进行了携沙风吹蚀试验。对照分析了原位自然型与不同类型,不同大小仿生猫头刺盾状移动式固沙障的防风沙效应。 [结果] ①气流在经过猫头刺盾状移动式固沙障时速度均会减弱,形成明显的减速区。在6 m/s时,减速沉降区均达到了20 H(H为沙障高度,H=11 cm);随着风速增加,减速沉降区缩小。风速10与14 m/s时,减速沉降区为15 H;且在风速18 m/s时,也能维持15 H的减速沉降区。 ②3种风速梯度下,猫头刺盾状移动式固沙障的平均输沙量是无沙障的13.8%(10 m/s风速),21.1%(14 m/s风速),23.4%(18 m/s风速)。 [结论] 结构完整,直径更大的猫头刺盾状移动式固沙障具有最好的防风沙效果。该移动式仿生固沙障防风沙效果好,可移动,可组合并可机械化编制,在防治荒漠化、防风固沙领域有广阔的应用前景。
2024, 44(3):93-103. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.011 CSTR:
摘要:[目的] 基于粮食安全的视角,分析喀什地区的耕地“非粮化”特征、耕地供需盈亏情况以及耕地“非粮化”的影响因素,并提出耕地“非粮化”的监管对策建议。[方法] 基于实地调查及统计数据,分析喀什地区1995—2020年耕地“非粮化”时空演变特征,运用粮食供需平衡法分析喀什地区的耕地供需盈亏情况以及耕地“非粮化”的安全区间,构建耕地“非粮化”影响因素指标体系,使用二元Logistic回归模型分析各影响因素对耕地“非粮化”的影响程度。[结果] ①1995—2020年,喀什地区的耕地“非粮化”率及“非粮化”面积的时空演变趋势基本一致,在1995—2014年呈波动中上升的趋势,2014年后呈波动中下降的趋势,空间演变特征呈现东北高,西南西北低的分布格局。 ②在研究期内,只有喀什市长期处于耕地供给赤字状态,塔县于2010年处于耕地供给赤字状态,其余县市均处于耕地供给盈余状态;喀什市的耕地“非粮化”率已严重超过安全区间,喀什地区的其余区域均处于安全区间范围内。 ③家庭农业劳动力、农户兼业化程度、农资价格变化、种粮补贴政策效果对耕地“非粮化”的影响显著,其余影响因素对耕地“非粮化”的影响不显著。[结论] 喀什地区耕地“非粮化”水平较高,耕地供给不平衡,应完善区域耕地保护政策,制定差别化的管理策略,遏制耕地“非粮化”现象继续蔓延,实现粮食安全与耕地安全的可持续发展目标。
2024, 44(3):104-112. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.012 CSTR:
摘要:[目的] 生态补偿政策的有效推进对黄河流域生态环境保护和高质量发展发挥着重要作用。对黄河流域生态补偿政策进行梳理和科学评价,旨在促进生态补偿政策的进一步优化与完善。[方法] 基于黄河流域9省(区)2001—2022年颁布的170份生态补偿政策文本,利用ROSTCM软件和政策一致性(PMC)指数模型,构建生态补偿政策社会网络图谱和量化评价指标体系;选取9项生态补偿政策为研究对象,使用文本挖掘和内容分析方法,通过PMC指数测量、凹陷指数计算、PMC曲面绘制等量化评价所选政策各维度的情况。[结果] 评价的9项黄河流域生态补偿政策整体质量较高,6项评价结果为优秀,3项为良好;所选9项政策在政策性质、政策措施、政策评价、政策保障等方面得分较高,而在政策设计、政策目标、政策内容等方面得分偏低。[结论] 黄河流域生态补偿政策的设计和内容有待完善,且忽略了政策目标在生态治理中的重要作用;应从制定长短时期相结合的政策规划,探索多元化补偿方式,提升对“补偿标准”和“资金监管”的关注度等方面进一步优化。
2024, 44(3):113-123. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.013 CSTR:
摘要:[目的] 资源型城市作为国家资源能源安全的重要保障城市,其转型发展方式更应向高质量方向推进。研究资源型城市转型背景下土地利用结构的变化并进行预测模拟,为新时期资源型城市国土空间优化提供新思路。[方法] 基于资源型城市转型发展的概念及内涵,分析经济、社会、人口、科技、资源环境5个维度的系统性影响,并与空间布局相关联,构建系统动力学模型,以安徽省铜陵市2005—2020年的历史数据为参照,将2021—2035年的数据设置仿真情境,进行土地利用结构的多情境趋势性预测分析。[结果] ①铜陵市土地利用和经济发展现状奠定了发展的基础,可以此为依据进行转型条件设置和土地利用结构变化的合理预测。 ②资源型城市转型发展作为一个系统性概念,形成“系统—指标—要素”的层级框架,不仅相互关联,密不可分,还传导作用于不同的地类,影响土地利用系统。 ③铜陵市2021—2035年地类的情境趋势发展差异较为相似,即耕地、林地、水域、草地和未利用地的减少幅度自经济发展、社会进步、综合发展而递减,在资源保护情境下面积均有小幅度提升。建设用地则相反,增加幅度随经济发展、社会进步、综合发展而递减,在资环保护情境下扩张速度得到一定程度的控制。[结论] 资源型城市的新时期转型,不仅要将内在要素融合成系统性概念,还要提升土地利用系统的关注度,重视结构合理性和发展协调性。
2024, 44(3):124-135. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.014 CSTR:
摘要:[目的] 分析嘉陵江流域景观生态格局,旨在增强生态系统服务功能,稳固生态系统从而降低生态风险,为促进区域可持续发展提供科学依据。[方法] 以长江上游重要生态屏障嘉陵江流域为研究区,基于动态当量的生态系统服务价值(ESV)评价结果识别生态源地,基于最优空间尺度的景观生态风险(ERI)评价结果确定生态阻力面,再结合最小累积阻力模型(MCR)提取的生态廊道构建生态网络。[结果] ①2005—2020年嘉陵江流域ESV呈北高南低格局和呈波动增长趋势。生态系统服务价值总计增加2.10×1010元,林地贡献率最高(50%),依次为草地(25%)、耕地(14%)。 ②嘉陵江流域适宜分析粒度和幅度分别为150,750 m。2005—2020年ERI呈西北部高,中南部低格局和呈逐年降低趋势。 ③整个生态网络呈西北—东南向分布。共识别出生态源地11个,总面积36 297.19 km2,潜在生态廊道365条,生态节点133个。其中,重要生态廊道47条,重要生态节点39个。 ④建设的重点生态保护区作为新增生态源地,为嘉陵江流域限制开发区域。新增道路型生态廊道6条,绿带型生态廊道3条,河流型生态廊道13条,生态节点24个。[结论] 优化后嘉陵江流域生态网络密度增加,贯穿了全方位的生态源地,整体连通度得以提升。研究成果可为流域生态格局修复、生态保护策略和可持续发展提供新思路。
2024, 44(3):136-144. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.015 CSTR:
摘要:[目的] 估算上海市崇明区东滩湿地植被的净初级生产力(net primary production,NPP),探索小尺度区域湿地植被NPP估算方法,为有效评估湿地生态系统固碳能力提供数据支撑。[方法] 以崇明区东滩湿地作为研究对象,利用Sentinel-2B卫星遥感数据和地面气象数据,基于CASA模型对崇明区东滩湿地2017—2021年NPP进行了月、季、年尺度上的估算,并对影响NPP时空变化的自然因素做了相关性分析。[结果] ①2017—2021年崇明区东滩湿地NPP均值(以C计)分别为390.22±155.68,426.74±102.40,575.25±445.51,539.29±201.87和611.81±464.88 g/(m2·a),总量(以C计)分别为1.56×1010,1.96×1010,2.54×1010,2.70×1010和2.94×1010 g/a,增长趋势明显; ②NPP高值区域不断向海淤积扩展,芦苇对研究区NPP总量的贡献率达54.73%~70.03%,其次是互花米草和海三棱藨草; ③月NPP均值呈正态分布,NPP均值随季节变化表现出明显的空间差异,夏季和秋季NPP均值和NPP总量有显著提升,春季和冬季变化不明显。[结论] 月平均温度是影响月NPP均值的主要因素。采用高空间分辨率遥感影像获取湿地植被分类结果,并对估算模型参数本地化,可以提升估算结果的真实性。
2024, 44(3):145-158. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.016 CSTR:
摘要:[目的] 进行湘江流域景观生态风险评价,构建生态安全格局,为该地区的区域生态保护修复工作的开展提供参考。[方法] 从自然环境、人类社会以及景观格局三个层面选取11个指标构建湘江流域景观生态风险评价指标体系,运用空间主成分分析法对湘江流域景观生态风险进行综合评价,基于评价结果构建综合生态阻力面。结合InVEST模型、形态学空间格局分析与景观连通性分析识别生态源地,采用电路理论识别生态廊道、生态夹点及障碍点区域,构建湘江流域生态安全格局。[结果] ①人类社会对湘江流域景观生态风险影响最大。高景观生态风险在城市群及各地级市形成多个高值中心向外延伸,低景观生态风险区主要分布在东南部以及南部林地。 ②共提取出32个生态源地,面积20 415.89 km2,占流域总面积的22%。识别出生态廊道64条,总长度共1 888.25 km,确定筛选出50处生态夹点和41处生态障碍点,分别占流域总面积的0.8%和0.6%。 ③划分出生态保护区、生态改善区、生态修复区、生态关键区,并制定不同的生态保护与优化措施。[结论] 合理构建生态安全格局是生态经济可持续发展的重要保障。基于湘江流域景观生态风险分析,对生态源地、生态廊道以及关键节点部分采取相对应的措施和方针进行生态修复与保护维护生态安全。
2024, 44(3):159-170. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240528.002 CSTR:
摘要:[目的] 为了更好地对丘陵地区生态质量进行监测和评价,构建适用于高植被区的改进型遥感生态指数模型,并探索生态质量的影响因素,为湖南省益阳市桃江县兼顾发展与生态的发展提供科学支撑。[方法] 针对植被指数(NDVI)在植被茂密区的饱和性缺陷,借助改进型遥感生态指数(MRSEI)量化了桃江县2000—2021年生态环境质量时序变化,并利用最优化参数的地理探测器模型对植被覆盖度、降水、气温、土地利用、海拔、人口密度等6个影响因子进行了驱动力分析。[结果] ①与遥感生态指数相比,改进的遥感生态指数模型能够避免高植被覆盖区NDVI饱和性缺陷问题,可以更准确地监测桃江县生态环境。 ②研究区2000—2021年5期的MRSEI均值分别为0.77,0.84,0.83,0.75和0.79,生态环境质量整体表现良好,具有转好—转差—转好的变化特征。 ③从生态环境质量成因分析来看,土地利用是影响研究区生态环境质量的关键因子,交互式探测中,土地利用和海拔交互作用最强。[结论] 改进的RSEI模型能对高植被地区生态环境质量进行准确的评价。桃江县2000—2021年生态环境质量总体处于良好水平且呈上升趋势。生态环境质量变化主要受到自然和人为因素双重影响。
2024, 44(3):171-179,200. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.018 CSTR:
摘要:[目的] 明确流域及流域内各区域耕地生态价值空间分异特征,建立差异化的耕地生态补偿标准测算模型,完善耕地保护生态补偿机制,为流域耕地保护生态补偿政策的制定及实施提供参考依据。[方法] 以吉林省辽河流域为例,界定耕地生态补偿支付主体及受偿主体,分析流域耕地生态价值空间差异,在此基础上,衡量耕地生态外溢效益及边界,结合区域耕地资源禀赋、社会经济发展阶段等关键因素,建立差别化耕地生态补偿标准测算模型,制定研究区耕地生态补偿标准及额度。[结果] ①2020年,流域耕地整体存在生态盈余,属于耕地生态受偿区。流域范围内,除铁西区、龙山区及西安区属于耕地生态支付区。其他区域耕地生态服务可持续性良好,对区域内的耕地生态消耗具有较强的承载作用,均属于耕地生态受偿区。②流域耕地具有重要的生态价值,且空间差异显著。流域耕地生态外溢价值达8.73×109元,为其他区域提供了重要的生态产品及服务。流域范围内,公主岭市和梨树县是主要的耕地生态价值外溢区。③流域耕地生态补偿标准为5 191.16元/hm2,总受偿额度为5.98×109元,各区域间由于耕地生态价值、耕地生态盈亏面积、耕地保护责任及发展阶段等差异,其补偿标准及额度差异较大。[结论] 判别耕地生态补偿相关利益主体,确定耕地生态外溢效益,考虑空间尺度及地区实际,进行差异化耕地生态补偿,可以完善耕地生态补偿机制,提高生态补偿的有效性。
2024, 44(3):180-189. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240528.001 CSTR:
摘要:[目的] 开展黄河流域甘肃段生态系统健康水平评价研究,为该流域生态保护与高质量发展提供理论参考与决策依据。[方法] 基于2011—2021年面板数据,采用PSR模型构建黄河流域甘肃段生态系统健康评价指标体系,运用熵值法、综合指数法和GM-ARIMA预测模型,对该流域生态系统健康水平进行综合评价和预测。[结果] ①2011—2021年,各市/州生态系统健康综合指数整体呈现上升趋势。具体来看,甘南州黄河重要水源补给生态功能区生态系统健康等级为“劣等”;临夏州生态系统健康等级由“劣等”向“差等”转变。在黄土高原区,兰州市生态系统健康等级由“中等”提升至“良好”,而天水市、定西市和平凉市生态系统健康等级从“劣等”转变为“差等”;白银市和庆阳市的生态系统健康等级仍处于“劣等”。在风沙综合防治区,武威市的生态系统健康等级为“劣等”; ②2022—2031年,生态环境综合指数预测结果呈上升趋势,但生态系统健康等级没有发生明显变化。[结论] 黄河流域甘肃段生态系统健康水平整体不高,当前的生态保护和环境改善措施尚未完全解决该地区生态环境面临的挑战,未来需要进一步加强监管和管理,提高该地区生态系统的健康水平。
2024, 44(3):190-200. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.020 CSTR:
摘要:[目的] 系统评估垄沟种植对作物水分利用效率(WUE)和产量的影响,探究影响垄沟种植增产效果的主要驱动因子,为北方干旱、半干旱雨养农业区垄沟种植推广与合理应用提供科学依据与理论基础。[方法] 以平作为对照,以垄沟种植为处理,系统分析1980—2023年公开发表的文献68篇,利用采用Meta分析方法定量分析了高(R/F>1)、中(R/F=1)、低(R/F<1)3种典型垄沟比(R为垄宽,F为沟宽)对作物WUE和产量的影响,并从气候因素(即年平均降水量、年平均温度),土壤因素(土壤密度、土壤养分),人为管理因素(肥料使用、作物种类)出发,研究垄沟种植主要驱动因子对作物WUE和产量的综合影响。[结果] 与传统平作相比,垄沟种植3种垄沟比都显著提高了作物WUE和产量,且不同垄沟比间差异显著。高、中、低3种垄沟比条件下,作物WUE和产量分别显著提高了34.9%,27.48%,32.4%和39.94%,25.98%,34.93%。R/F>1适用在年平均降雨量<400 mm和年平均温度<8 ℃的地区,而R/F<1在年平均降雨量>600 mm和年平均温度>10 ℃的地区对作物WUE和产量提高更大。在低土壤容重、高土壤全氮含量的条件下R/F>1具有更高的增产效果,而R/F<1在高土壤容重、低土壤速效氮和速效磷含量时更合适。高强度的肥料投入显著降低了垄沟种植的增产效果,低施肥量(氮肥施用量0~150 kg/hm2,磷肥施用量0~75 kg/hm2)时作物WUE和产量提高最为显著。[结论] 不同垄沟比对作物WUE和产量的提高受气候因素、土壤因素、人为管理因素的共同影响。在降水少、土壤贫瘠的自然条件下,更适宜采用垄沟种植。在使用化肥时,低施肥量可以让垄沟种植的增产和保水达到最佳效果。
2024, 44(3):201-211. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.021 CSTR:
摘要:[目的] 探究坦桑尼亚2000—2020年土地利用的时空演变特征及其驱动因素,为坦桑尼亚制定有效土地利用政策和中—坦资源开发利用合作提供参考。[方法] 基于全球30 m空间分辨率地表覆盖数据集,利用多种土地利用指标及标准差椭圆分析、热点分析、地理探测器等GIS空间分析方法,对坦桑尼亚2000—2020年土地利用时空演变及驱动因素进行分析。[结果] ①坦桑尼亚土地利用动态度有所下降,其中桑给巴尔岛屿各省下降程度较大,土地利用多样性和土地利用程度有所提升。 ②耕地、林地、草地、人造地表空间分布均呈现“西北—东南”走向,耕地中心不断南移,南北发展差距逐渐缩小,人造地表空间分布东西差异较大且最为分散。 ③耕地前一时期增加较多且较为集中,主要位于中西部区域,而后增幅降低且较为分散;林地前一时期集中大幅减少,中部、西部和南部区域减少最为明显,后一时期减幅降低;人造地表前一时期增幅较小,主要集中于东部沿海区域,后一时期增速加快。 ④不同土地利用类型变化受自然环境和社会经济因素影响的大小和显著性均有所差别,自然因素对耕地变化的影响大于社会因素,人造地表变化主要受社会经济因素影响。[结论] 坦桑尼亚不同区域的不同土地利用类型演变特征各异,面对耕地开发不足,林地不断减少,人造地表无序扩张等问题,需要因地制宜地制定土地利用开发政策,提升政策的针对性和可行性。
2024, 44(3):212-220,306. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.022 CSTR:
摘要:[目的] 探索风景名胜区“三生”空间功能演化及生态效应,旨在为贵州省风景名胜区“三生”空间功能优化、生态环境保护提供参考和决策依据。[方法] 以贵州省风景名胜区为例,基于2009,2021年土地利用现状数据构建“三生”空间分类体系,利用“三生”空间转移矩阵、生态环境质量指数和生态贡献率方法,分析2009—2021年“三生”空间功能演化及生态效应。[结果] ①2009—2021年,贵州省风景名胜区以生态空间为主,生活、生态空间增加,生产空间减少。 ②研究期内,贵州省风景名胜区生态环境质量整体上升,由0.59到0.61,空间上表现为“东高西低”,高质量、较高质量区增加明显。这主要与近年来贵州省实施的一系列生态保护修复工程,以及开展资源保护、林业改革等工作有关。 ③2009—2021年贵州省风景名胜区生态环境质量改善明显,其主要原因为农业生产用地和草地生态用地转为林地生态用地。[结论] 贵州省风景名胜区生态环境质量明显改善。在后续规划管理中,建议严控建设用地增长,强化风景名胜区的生态环境优势。
2024, 44(3):221-230. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.023 CSTR:
摘要:[目的] 量化甘肃省黄河流域土壤侵蚀并探究其驱动机制,旨在为该区域水土流失治理和水土资源保护提供科学依据和方法参考。[方法] 基于修正的土壤流失方程(RUSLE)模型对1980—2020年甘肃省黄河流域土壤侵蚀进行量化,使用Theil-Sen斜率方法分析了土壤侵蚀的年际变化,通过空间统计方法分析了不同下垫面的土壤侵蚀强度和分布规律,采用地理探测器探究了土壤侵蚀的驱动因子。[结果] ①1980—2020年,甘肃省黄河流域土壤侵蚀模数(A)均值为37.38 t/(hm2·a),中度及以下侵蚀占全域面积70%,其中甘南以微度侵蚀为主,A值呈减小趋势;陇中和陇东以轻度和中度侵蚀为主,A值呈增加趋势。 ②全域农田A值最高且侵蚀总量最大,沼泽类湿地A值最低,密林地侵蚀总量最小;受分布面积影响,甘南草地土壤侵蚀量较显著,陇中和陇东农耕区侵蚀量最大;高侵蚀模数主要发生在海拔1 000 m以下和10°~20°坡度区间。 ③甘南和陇东地区坡度对A值的作用最为显著,陇中地区土壤的作用更大;域内土壤侵蚀影响因子呈多元性,因子交互的解释力强于单因子;侵蚀高风险区域主要位于丰水、陡坡和植被稀疏地区。[结论]因区域气候和下垫面条件相异,土壤侵蚀发生的原因不尽相同;甘肃省黄河流域陇中、陇东地区存在较为严峻的土壤侵蚀问题,农田和低覆草地是该区水土流失治理的重点关注区域。
2024, 44(3):231-240. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.024 CSTR:
摘要:[目的] 甘肃省甘南州是长江黄河上游重要的水源涵养补给区,也是国家重要的生态安全屏障。研究甘南州水源涵养功能空间分布格局、变化趋势及驱动因素,旨在为区域水资源管理和促进生态系统健康发展提供参考和依据。[方法] 基于InVEST模型定量分析2005—2020年甘南州水源涵养功能时空变化特征并结合地理探测器模型对其驱动因素展开分析。[结果] ①甘南州多年平均水源涵养深度和涵养总量分别为25.77 mm,9.45×108 m3,空间上整体呈现出南部高北部低,草地和林地水源涵养功能占据主导地位,其水源涵养量分别占水源涵养总量的65.92%和29.43%。 ②2005—2020年水源涵养整体呈增长趋势,平均增长幅度为1.10 mm/a。对于行政区划来说,水源涵养量高值主要分布在玛曲南部、迭部南部和舟曲;对于地形因子来说,其高值主要集中在海拔3000~4000 m区间和8°~25°坡度区间。 ③结合地理探测分析,降水量是影响研究区水源涵养时间变化的主要因素,降水量和土地利用是影响研究区水源涵养空间分布的主导因素。[结论] 甘南州水源涵养功能存在明显的时间演变规律和空间分布格局,自然因素(主要是降水量)和人类活动(主要是土地利用)的双重影响是水源涵养功能时空变化的主要因素。
2024, 44(3):241-251,262. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.025 CSTR:
摘要:[目的] 分析耕地利用多功能权衡与协同关系演变特征并提出分区优化的对策建议,为保障粮食安全和促进区域耕地可持续利用提供支持。[方法] 运用偏相关分析和空间自相关分析方法揭示耕地多功能权衡与协同关系的时空演变特征,运用系统聚类方法进行耕地功能分区。[结果] ①研究时段内,大南昌都市圈耕地生产功能有所上升,社会保障功能整体有所下降,生态功能呈波动上升趋势,景观美学功能变化不大。 ②耕地生产功能与社会保障功能的协同关系随时间变化而减弱,主要分布在研究区东部和南部,生产功能与生态功能呈权衡关系,权衡强度也随时间变化而减弱,主要分布在研究区西部。 ③将研究区耕地划分为4个功能区,其中生产主导区应推动主导产业产地集中化规模经营;景观主导区应发展休闲观光农业,实现农旅融合发展;生态主导区应以绿色生态农业为抓手,打造标准化生产基地;均衡发展区无明显优势功能,可作为潜在的耕地功能补充区。[结论] 耕地各功能之间存在显著的权衡或协同关系,各区域可根据耕地主导功能的不同和区域特点因地制宜利用耕地,从而促进大南昌都市圈耕地多功能协同发展。
2024, 44(3):252-262. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.026 CSTR:
摘要:[目的] 探究广东省耕地面积与粮食生产时空演变特征,为该区域耕地保护与保障粮食安全的政策制定与实施提供科学参考。[方法] 以广东省为研究区,采用变化强度指数、重心迁移轨迹、粮耕敏感度模型等方法,在县域尺度下分析2000—2020年耕地面积与粮食产量的时空变化特征及粮食生产对耕地变化敏感程度。[结果] ①2000—2020年广东省有88.71%的县域耕地面积减少,耕地面积减少的县域从珠三角地区不断放射至粤东、粤西和粤北地区。 ②有78.23%的县域粮食产量下降,粮食产量下降显著的县域主要集中在珠三角地区。 ③耕地面积与粮食产量的重心迁移方向均表现出“南下西移”的变化趋势,凸显出粤西地区耕地数量与粮食生产对广东省的贡献越来越大。 ④粮食产量对耕地面积变化具有敏感性的县域数量逐渐增加,具有敏感性的县域越来越集中分布在珠三角、粤东和粤北地区。[结论] 广东省耕地面积和粮食产量总体处于减少的趋势,粮食产量对耕地面积变化具有敏感性的县域呈现明显的时空异质性。建议广东省在政策制定上要把握耕地面积与粮食生产变迁规律,一方面因地制宜加强对种粮大县的激励政策倾斜,另一方面分类施策做好耕地保护、粮食生产监测与种粮积极性提高等工作。
2024, 44(3):263-273,283. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.027 CSTR:
摘要:[目的] 探究江西省上饶市铅山县耕地非农化和非粮化的空间分异特征及其驱动机制,模拟土地利用变化格局以作出预警,为严格落实耕地用途管制措施提供科学依据和决策支持。[方法] 以铅山县2017年和2021年的土地利用数据为基础,利用空间计量模型识别耕地非农化和非粮化的驱动机制,借助PLUS模型预测耕地变化情况,根据预测结果进一步划定预警级别。[结果] ①铅山县耕地非农化和非粮化空间分异特征明显,耕地总体变化率和非粮化率高值区聚集在县域北部的河谷平原和南部的武夷山北麓山区,低值区分布在县域东西两侧;耕地非农化率高值区分布较为零散,低值区相对连片。 ②耕地利用等级和人均耕地面积是抑制耕地非农化的重要因素,城乡梯度、道路密度与非农化率和非粮化率呈正相关,人均建设用地面积、耕地后备资源对非农化率存在正向影响。 ③多情景模拟结果显示,自然发展情景下建设用地扩张导致耕地数量大幅度减少,耕地管制情景下耕地连片性提高,生态保护情景下存在林地挤压耕地资源的情况。 ④铅山县耕地非农化处于适度预警以上的行政村主要聚集在县域南部乡镇,耕地非粮化预警级别的高值区普遍集中在县域北部乡镇。[结论] 未来应积极推进高标准农田建设,建立耕地保护补偿机制,提高乡镇集约节约用地水平,开展全域土地综合整治,完善耕地流转制度,落实耕地“占补平衡”和“进出平衡”的耕地用途管制措施。
2024, 44(3):274-283. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.028 CSTR:
摘要:[目的] 探明赣南湘水流域不同量级降雨侵蚀力时空变化特征,为该流域的土壤侵蚀防治和生态环境治理提供重要的科学依据。[方法] 以赣南湘水流域为对象,采用章文波日降雨模型,通过对降雨侵蚀力的比较分析,筛选普通克里金插值(OK)、反距离加权插值(IDW)和径向基函数插值(RBF)中的最优插值方法,并对湘水流域降雨侵蚀力时空变化特征进行了分析。[结果] 结果表明: ①IDW比OK和RBF更适用于湘水流域。 ②1984—2021年湘水流域不同量级降雨侵蚀力、年降雨侵蚀力的空间分布差异均随量级的增大而增大,且二者总体均呈北部和南部偏高,中部偏低的趋势。 ③1984—2021年湘水流域年降雨、中雨、大雨和暴雨侵蚀力的变异系数(CV)分别为0.26,0.15,0.25,0.47,均属于中等变异,且年际变化趋势均不显著。不同量级降雨侵蚀力的大小、所占年降雨侵蚀力的比例、年际变化速率随量级的增大而增大,且其震荡周期基本一致,均为3~4个震荡周期。[结论] 赣南湘水流域北部是发生土壤侵蚀可能性较高的地区,因地制宜加强该地区水土保持措施将有助于湘水流域的土壤侵蚀防治。
2024, 44(3):284-295. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.029 CSTR:
摘要:[目的] 探究“三生”空间转型的生态环境效应及其空间分异机制,可为协调土地高效利用与社会生态可持续发展提供科学依据。[方法] 以长江上游地区为研究对象,采用土地利用转移矩阵、生态环境质量指数对1990—2020年长江上游地区“三生”空间转型规律、生态环境效应的空间分异特征进行定量分析,并结合地理探测器模型识别生态环境质量空间分异的驱动因素。[结果] ①长江上游地区“三生”空间格局分异显著,生态空间广泛分布于流域的西部和南部区域;生产空间集聚在成都平原以及散布在河网水系密集、利于耕作的山间盆地;生活空间以零星状分布在昆明、成都、重庆等中心城市。②生态环境质量总体保持稳定并以较高质量为主,生态环境质量空间格局分布呈中间低、四周高的分布格局,低质量区以团块状和条带状分布在四川盆地和横断山脉北侧,中、高质量区主要分布在长江上游地区外围、西南部和南部区域。③农业生产空间转化为林地生产空间、水域生态空间,以及草地生态空间转化为林地生态空间是促使生态环境质量改善的主要土地转化类型;相反,生态环境质量恶化与林地生态空间转化为农业生产空间、草地生态空间及工业生产空间紧密相关。④地形起伏度、坡度、人口密度以及土地利用强度是影响生态环境质量空间分异的主要驱动因子,自然因素和社会因素的交互作用共同影响长江上游地区生态环境质量。[结论] 长江上游地区生态环境质量总体保持稳定,但局部生态环境恶化趋势不容忽视,在未来政策制定中,应根据各地区的自然条件、主体功能定位以及生态环境承载等实际情况优化“三生”空间用地结构。
2024, 44(3):296-306. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.03.030 CSTR:
摘要:[目的] 分析山西省吕梁市土地利用时空变化特征及驱动因素,为该地区土地管理与可持续发展提供科学依据。[方法] 基于吕梁市2000—2020年土地利用数据,采用土地利用转移矩阵、动态度、稳定度、标准差椭圆分析土地利用时空变化特征,并借助PLUS模型探索土地利用变化的自然与社会驱动因素。[结果] ①吕梁市土地利用以耕地、林地、草地为主,2000—2020年耕地面积减少了396.1 km2,建设用地扩张了540.6 km2,水域面积增加。耕地—草地、耕地—建设用地之间的转移占主导地位。耕地在东南部平原集中减少,林地零星变化,建设用地沿沟谷、道路组团式扩张。 ②2010—2020年是土地利用变化较剧烈的时期。耕地、林地和草地减少,建设用地扩张,变化速率较快,稳定性差。总体土地利用变化速率随时间推移明显加快。 ③高程对土地利用变化贡献度最高,坡度次之。气温、降水、人口密度、地均GDP和距道路距离等因素影响土地利用转移。[结论] 2000—2020年吕梁市建设用地扩张明显,耕地减少,土地利用空间分布存在异质性,且变化速率逐渐加快。控制建设用地对平原耕地的侵占,加强山区林地资源的保护有利于区域可持续发展。
2024, 44(3):307-316. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240625.003 CSTR:
摘要:[目的] 研究不同培肥模式对沙棘林下的植被多样性,土壤团聚体的发育、稳定性及有机碳库恢复的影响,为矿区露天矿植被重建,土壤质量改善及团聚体碳库恢复提供依据。[方法] 基于内蒙古黑岱沟露天矿内排土场沙棘示范基地,通过调查植被种群并采集土壤团聚体样品,分析丛枝菌根真菌(AMF)及其他因素(风化煤、绿肥)联合的培肥模式对于露天矿排土场植被恢复区前期土壤团聚体稳定性及有机碳恢复的影响。[结果] 在6种培肥模式下,对林下植被丰富度及多样性提高效果最好的是施用绿肥并添加风化煤(沙绿风)处理;对团聚体发育及稳定性影响效果最显著的是接种AMF并施用绿肥(沙接绿)的试验组。对团聚体有机碳及全氮作用效果的分析表明,沙接绿处理下宏观团聚体有机碳和全氮显著高于仅接种AMF(沙接)处理。[结论] 不同培肥模式对沙棘林下的植被多样性、土壤团聚体的发育、稳定性及有机碳库恢复具有积极作用。在露天矿植被重建时,应采用接种AMF、施用绿肥及风化煤等方式,提高土壤有机碳含量,促进团聚体发育。
2024, 44(3):317-325,334. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240627.001 CSTR:
摘要:[目的] 草地灌丛化过程的植被群落演替会影响土壤有机碳库,而土壤有机碳(SOC)活性组分能够敏捷反映土壤有机碳库变化。分析灌丛化对高寒草甸SOC活性组分的影响,为全球气候变化背景下青藏高原草地土壤有机碳库变化和固碳研究提供数据支撑。[方法] 以青藏高原川西锦鸡儿(Caragana erinacea)灌丛草甸为研究对象,分析不同灌丛化阶段(未灌丛化、中度灌丛化和重度灌丛化草甸)0—10,10—20,20—40 cm土壤理化性质、碳转化酶活性和SOC活性组分特征。[结果] ①灌丛化使得0—20 cm土壤含水量(SWC)显著减小,各土层SOC含量均在重度灌丛化草甸最大,中度灌丛化草甸土壤pH值显著增大。 ②中度灌丛化草甸土壤淀粉酶活性(SAA)显著低于未灌丛化草甸,10—40 cm土壤蔗糖酶活性(SSA)也显著较低,SSA在重度灌丛化阶段显著强于未灌丛化草甸。 ③与未灌丛化草甸相比,中度灌丛化草甸0—10,10—20,20—40 cm易氧化有机碳(ROOC)含量分别显著减少16.79%,21.73%和31.11%,0—10 cm土壤可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)含量也显著减少;重度灌丛化草甸0—10 cm土壤颗粒态有机碳(POC)和ROOC含量分别增大24.37%和29.54%,10—20 cm土壤MBC和DOC分别增大12.96%和10.38%,20—40 cm土壤MBC和DOC分别增大57.62%和22.10%。 ④土壤有机碳活性组分均与TN,SWC,SOC以及碳转化酶活性显著正相关,ROOC与pH值显著负相关。[结论] 研究区域川西锦鸡儿灌丛化初期土壤有机碳活性组分含量降低,而灌丛化后期土壤有机碳及其各活性组分均得到积累,可能对该区域土壤有机碳积累和土壤质量提升产生积极效应。
胡云鹏,陈末,杨再磊,买迪努尔·阿不来孜,田宇欣,贾宏涛,寇天乐,贾远彬
2024, 44(3):326-334. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240607.002 CSTR:
摘要:[目的] 分析冻融期降雪减少对巴音布鲁克高寒湿地土壤有机碳组分及碳库稳定性的影响,为高寒湿地应对未来气候变化及区域“碳中和”战略措施的制定提供科学数据。[方法] 于2022年9月布设野外试验,设置2种处理:雪被去除与自然降雪,分别在冻融期的初冻期(11月)、冻结期(3月)、融冻期(7月)进行取样,测定土壤含水量(SWC)、电导率(EC)、pH值,有机碳含量(SOC),极不稳定有机碳组分(F1)、不稳定有机碳组分(F2)、稳定有机碳组分(F3)和惰性有机碳组分(F4)。[结果] ①雪被去除后土壤有机碳含量(SOC)在初冻期、冻结期、融冻期均无显著差异,但出现了降低的趋势。雪被去除后有机碳含量在3时期分别降低了2.87%,6.65%和4.49%。 ②初冻期雪被去除后F1和F2组分有机碳含量出现了显著差异(p<0.05)。相比于自然降雪两种组分有机碳含量分别降低了8.72%和12.26%。冻结期不同处理间F3组分了出现显著差异(p<0.05)。雪被去除后F3组分有机碳含量降低了25.57%,融冻期F1,F2和F3出现了显著差异(p<0.05),其中除雪后F1和F3分别降低了22.10%和25.57%,而F2组分上升了34.92%。其他组分无显著差异。 ③雪被去除后,相比于自然降雪处理,碳库活度在3个时期分别上升了5.99%,9.71%和20.39%。雪被去除后土壤有机碳有降低的趋势,但土壤碳库稳定性有上升的趋势。而随着冻融进行,土壤有机碳含量呈现出先降低后上升的趋势,而土壤碳库稳定性呈现出先上升后下降的趋势。[结论] 短期观测结果表明冻融循环和雪被去除对有机碳含量和碳库稳定性均无显著影响,但雪被去除对土壤的影响大于冻融变化,未来需进一步开展长期定位观测研究,以更好服务高寒湿地科学管理和助力区域碳中和战略实施。
2024, 44(3):335-346. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240628.001 CSTR:
摘要:[目的] 探究黑龙江省松嫩平原地区耕地低碳利用效率时空演变规律及影响因素,为保障国家粮食安全和低碳减排,实现农业可持续发展提供科学依据。 [方法] 借助超效率SBM模型测度2005—2020年黑龙江省松嫩平原地区33个县(市)耕地低碳利用效率,利用空间自相关和核密度估计方法分析各县(市)耕地低碳利用效率的时空格局演变特征,进而采用地理加权回归模型探究其影响因素。[结果] ①研究期内黑龙江省松嫩平原地区耕地低碳利用效率呈“升—降—升”演变态势,均值为0.80,未达到最有效生产的前沿。 ②从空间维度看,耕地低碳利用效率存在显著的正向空间相关性,且局部呈较强的高低值集聚分布态势,热点多核极化现象显著,主要分布于区域北部和南部;从时间维度看,耕地低碳利用效率表现出不同程度的极化特征,且内部差异呈逐渐缩小的演变趋势。 ③从影响因素看,人均播种面积、单位耕地面积化肥使用量、农村居民人均可支配收入和涉农支出对耕地低碳利用效率具有正向影响,复种指数、单位耕地面积机械使用量及城镇化率对效率呈负向影响,人均GDP对耕地低碳利用效率在不同年份影响程度和方向存在差异。[结论] 黑龙江省松嫩平原地区耕地低碳利用效率整体呈上升趋势,且区域间存在明显差异,未来应优化资源配置效率,建立区域协同机制,发挥热点区域示范作用,助推各区域耕地低碳利用效率的提升。
2024, 44(3):347-355. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240607.001 CSTR:
摘要:[目的] 明确青海省农牧业碳排放特征及驱动因素,为青海省科学有序推进农牧业绿色低碳发展提供理论与数据支撑。[方法] 从农用物资消耗、畜禽养殖和作物生长3个方面测算青海省2000—2021年农牧业碳排放,在此基础上运用对数平均迪氏指数(LMDI)和Tapio脱钩模型探讨农牧业碳排放的驱动因素及脱钩状态,并预测2022—2035年农牧业碳排放的未来趋势。[结果] ①2000—2021年,青海省农牧业碳排放呈波动上升趋势,年均增长率为1.61%,畜禽养殖过程中的肠道发酵和粪便管理是青海省农牧业碳排放的主要来源,年均占比94.94%。②农业经济发展水平效应和农业结构效应促进青海省农牧业碳排放的增加,年均贡献率为39.40%和16.53%;农业生产技术效应和农业劳动力规模效应抑制青海省农牧业碳排放的增加,年均贡献率为-37.45%和-6.63%。③整体来看,青海省农牧业碳排放与农牧业经济增长的脱钩状态为弱脱钩,农业生产技术和农业劳动力规模对青海省农牧业碳排放为弱脱钩效应,农业结构无脱钩效应。④2022—2035年青海省农牧业碳排放量将呈增长趋势,年均增长率为1.23%,较2000—2021年下降0.38%。[结论] 青海省应增强农田土壤固碳能力,降低畜禽产品肠道甲烷排放强度,强化农牧业减排固碳科技引领,培养农牧业高素质人才,实现农牧业低碳发展。
2024, 44(3):356-366. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240611.002 CSTR:
摘要:[目的] 分析多级流域林地变化对碳储量变化的影响,预测未来多级流域碳储量变化趋势,为从流域角度的地区林地可持续发展以及碳中和政策实施提供一定的科学依据。[方法] 以重庆市为研究区,运用PLUS模型、景观格局指数、生物量扩展因子法、灰色关联度等方法,分析2000—2030年多级流域尺度下重庆市林地与碳储量的时空动态变化,探究了自然情景发展下林地格局变化与碳储量的关联度。[结果] ①2000—2020年,林地面积增加3 404.55 km2,主要来自耕地转换;一级流域林地景观格局总体趋向于聚集化与规则化,破碎程度相对减少;二级流域内“区与群”的林地格局变化历史规律与未来趋势方面存在差异; ②前20 a,林地碳储量呈现增加—减少趋势,总碳储量增加,其中一级流域洞庭湖水系碳储量增加最多,而二级流域碳储量增量高值区域由北向南移动; ③预测2030年总碳储量增加,且与不规则指数具有较强关联度。[结论] 不同流域尺度下,不同林地景观格局指数与碳储量的相关性存在差异,未来可以从流域角度出发制定有效措施,提高碳汇效益实现碳中和目标。
2024, 44(3):367-378,389. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240607.003 CSTR:
摘要:[目的] 分析山东省青岛市区域碳排放时空演变及影响因素,为推动低碳发展和碳减排工作提供理论基础。[方法] 基于青岛市2000—2020年的土地利用数据、夜间灯光数据、社会经济数据等,对青岛市土地利用碳排放进行核算,通过构建碳排放与夜间灯光值的拟合模型,揭示青岛市不同用地类型的碳排放空间分布差异和变化趋势,通过Tapio脱钩模型分析青岛市碳排放与经济发展之间的脱钩状态,并利用LMDI模型分析土地利用碳排放各影响因素的贡献程度。[结果] ①2000—2020年青岛市土地利用净碳排放量总体呈增长态势,从2000年1.31×107 t增长到2020年3.65×107 t,增长了近1.79倍。 ②青岛市碳排放总量整体呈现“中间高,四周低”的空间分布格局,工业能耗是建设用地最主要的碳排放来源,高碳排放区域主要集中在胶州湾区域。 ③青岛市经济发展和碳排放的关系经历了从“扩张连结—弱脱钩—强脱钩”状态的转变。 ④促进青岛市碳排放增长的因素为人口规模和经济效应,抑制青岛市碳排放增长的因素为能源结构和能源强度。[结论] 未来需要进一步调整产业结构,加快发展低碳经济,通过创新技术、调整能源结构等措施,从源头上减少碳排放。
2024, 44(3):379-389. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240522.001 CSTR:
摘要:[目的] 淤地坝以直接拦截泥沙的方式治理水土流失,显著改变土壤有机碳(SOC)的横向迁移过程。分析淤地坝坝地内SOC的空间分布特征及流域土地利用对坝地浅土层(0—200 cm)内SOC分布的影响,为淤地坝建设与流域生态环境协同发展提供科学依据。[方法] 以岔巴沟流域内3个土地利用类型差异较大(草地、坡耕地、梯田面积占比不同)的小流域为对象,采用遥感解译、野外采样与室内测试相结合的方法,研究坝地SOC空间分布特征及坝地表土层SOC对土地利用的响应关系。[结果] ①在垂直方向上,SOC在表层土(0—20 cm)含量最高,并随土层深度增加快速降低,深层SOC含量变化较小,在3.5 g/kg上下浮动。 ②在顺水流方向上,因土壤侵蚀沉积特征等影响,SOC在坝地中、后段含量较高;在平行坝体方向上,两侧含量较高。 ③流域内梯田占比较高的B淤地坝,坝地SOC均值(4.4 g/kg)显著高于A淤地坝坝地(3.9 g/kg)和C淤地坝坝地(3.5 g/kg)。 ④流域内梯田的SOC最高,同时梯田建设影响了侵蚀泥沙的土壤粒径,从而使得流域内梯田占比与坝地表土层SOC呈显著正相关关系。草地表层SOC碳含量较低,使得坝地地表SOC含量与草地呈负相关关系。坡耕地SOC密度与坝地地表的SOC含量呈正相关关系,但由于坡耕地面积较小,其占比与坝地地表SOC无明显相关性。[结论] 受土壤侵蚀、SOC来源和矿化特征影响,坝地表层土SOC最高,随土层深度增加快速降低并趋于稳定。梯田地类内的高SOC含量水平及较细颗粒的侵蚀土粒特征,导致了梯田占比最高的B淤地坝坝地内SOC含量最高。黄土丘陵沟壑区坝控流域内的梯田建设对淤地坝坝地SOC的正向响应。梯田及淤地坝不仅能够减少流域内的水土流失,同时还能够显著提高流域内土壤有机碳水平,改善流域微环境。
2024, 44(3):390-398. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240625.001 CSTR:
摘要:[目的] 研究贺兰山东麓典型葡萄园土壤有机碳库的组成及其活跃度,量化该区域葡萄园生态系统潜在的固碳能力,为挖掘葡萄园碳汇能力和核算碳汇价值提供科学依据。[方法] 以贺兰山东麓典型的新慧彬葡萄园为例,开展园区尺度的土壤有机碳取样调查与分析,研究土壤有机碳含量、密度和组分等特征。[结果] ①葡萄园0—100 cm剖面土壤有机碳平均含量为4.65 g/kg,土壤有机碳密度为64.5 t/hm2,虽然土壤有机质含量低,养分匮乏,但依然是葡萄园生态系统碳库的主要部分。 ②在垂直剖面上,土壤有机碳含量随着土层加深而递减,且0—40 cm表层和40—100 cm深层的土壤有机碳含量存在显著差异,表层土壤的有机碳富集系数大于1,对有机碳具有更强的固持能力。 ③土壤有机碳含量在园区范围内存在空间异质性,其中表层土壤有机碳的空间异质性受制于不同田块间葡萄品种及施肥等垦殖活动差异,而深层土壤有机碳的空间异质性主要受制于原始土壤的形成背景。 ④土壤有机碳活性、中性和惰性组分的比例约为1∶2∶5。惰性组分比例较高,碳库活度较低,稳定性较强。虽然惰性有机碳含量决定了总有机碳的高低,但中性有机碳含量的变化亦会影响总有机碳和全碳含量。[结论] 贺兰山东麓葡萄园土壤碳库活度和有机碳含量水平较低。葡萄种植最终会增加土壤碳储量,增强生态系统的碳汇能力。
2024, 44(3):399-407. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240627.002 CSTR:
摘要:[目的] 测算从粮食安全和“双碳”两个视角下的农田生态补偿额度,并将流域上中下游的地理空间、经济贡献度等因素综合考虑在内划分生态补偿区域,为流域高标准农田建设、农业低碳发展、健全利益补偿机制提供理论参考。 [方法] 首先从粮食安全的角度对黄河流域内60个地级市进行了农田盈亏量的测算,基于机会成本法建立了粮食安全视角下的农田生态补偿标准;接着,计算黄河流域各市农业生产过程中,使用的农业资源与农作物生长过程所产生的碳排放量,估计农作物生长中通过光合作用吸收碳的总量。根据所得碳源、碳汇量计算该区域内农田的总净碳汇量。以2021年碳交易平均价格为补偿标准,求出“双碳”视角下区域内农田生态补偿标准。最后,在分别计算粮食安全与“双碳”视角下的农田生态补偿额度的基础上,得出双视角下黄河流域的农田生态补偿额度。[结果] 青海、河南省内黄河流经的市大多都接受一定的补偿。部分省会城市如西安、郑州与太原市因城镇化与工业化水平较高,经济发展情况良好,需要支付的农田生态补偿额度较高,说明当地农田安全与粮食、生态安全间的矛盾问题更严重。[结论] 在高标准农田的建设中,为更合理地进行农田生态补偿,应在保障粮食安全的前提下,结合考虑农业生产过程中的碳排放与碳吸收量,以实现中国的“双碳”目标,助力农业强国建设。
2024, 44(3):408-417. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240625.002 CSTR:
摘要:[目的] 分析京津冀地区农业碳排放的时空分异特征,探索碳减排优化路径,为低碳农业发展提供决策参考。 [方法] 根据IPCC指南测算农业碳排放量,并在此基础上采用趋势分析法研究京津冀地区农业碳排放线性变化规律,采用ArcGIS断点分析法和核密度法分析京津冀6大农业区的空间演进趋势。 [结果] 从时间上看,京津冀农业碳排放量和碳排放强度整体呈下降趋势,尤其是碳排放强度自2005年开始快速下降。与全国相比,虽然农业碳排放总量占比小,但是碳排放强度高于全国水平,其中坝上农业区和冀南农业区的碳排放水平最高。从空间上看,远离京津的坝上农业区北部,冀中原农业区和冀南农业区部分县域碳排放强度较高,而京津近郊农业区以及与其相邻的坝上农业区南部则保持轻低度排放状态。此外,根据核密度分析的结果,6大农业区整体碳排放强度在降低,其中京津近郊农业区和冀中平原农业区碳排放强度内部差异化程度较大。 [结论] 京津冀3省6大农业区应基于农业定位和资源禀赋在减碳和增汇两方面开展区域合作。未来应进一步考虑跨行业农业减碳合作。
2024, 44(3):418-429. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240523.001 CSTR:
摘要:[目的] 研究宁夏回族自治区沿黄城市带2011—2020年耕地碳排放时空变化规律,评价生态效率,为构建低碳农业模式,推动农业碳减排,促进地区农业高质量发展提供支撑。[方法] 采用耕地碳排放估算模型和ArcGIS计算分析宁夏沿黄城市带耕地碳排放的时空特征,采用非期望产出超效率模型SBM(松驰值测算模型)评估耕地生态效率值。[结果] ①2011—2020年宁夏沿黄城市带耕地碳排放总量总体呈下降趋势,化肥和农用柴油是耕地碳排放的主要来源。 ②宁夏沿黄城市带耕地碳排放呈现南北高,中间低的空间分布格局,其中平罗县和中宁县是最大的耕地碳排放城市。 ③宁夏沿黄城市带耕地碳排放强度呈先升高后下降的趋势与耕地碳排放总量变化相似。 ④宁夏沿黄城市带耕地利用生态效率总体呈波动状态,利通区耕地生态效率较低,需要调整农业生产过程中的投入要素。[结论] 宁夏回族自治区沿黄城市带耕地碳排放时空分布不均匀,且生态效率不稳定,还需要进一步探索和巩固减排措施。
2024, 44(3):430-440,451. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240611.001 CSTR:
摘要:[目的] 分析福建省县域尺度农业净碳排放量时空特征,为福建省及其他各省市区制定碳减排对策提供参考依据。[方法] 基于种植业和畜牧业的12种碳源构建农业碳排放核算清单,采用碳排放因子法测算出农业碳排放总量;结合福建省农业特征选取7种主要农作物计算碳吸收量;并利用探索性空间分析方法分析了2001—2020年福建省农业净碳排放的时空演变特征。[结果] ①研究期内净碳排放量呈现出先上升后下降的倒“V”型变化趋势。碳源方面,农地利用碳排放占据较大比例;碳汇方面,水稻、蔬菜和甘蔗对碳吸收的贡献较大。大部分县(市)农业碳排放强度呈下降趋势,但年均下降幅度较小。 ②福建省县域碳排放量存在显著的全局空间正相关,呈现出空间集聚特征,聚集态势以高高集聚和低低集聚为主。农业碳排放强度空间分布格局变化较大,整体呈现下降趋势,其中约有一半的县(市)处于较低强度区。 ③2001—2020年福建省各县(市)的空间等级分布格局有一定程度的变动,中等排放区和中低排放区数量增多,高等排放区、中高排放区和低排放区数量减少,两极分化情况有所缓解。[结论] 2001—2020年福建省大部分县域农业碳排放量和碳排放强度都呈下降趋势,碳减排取得了一定成效,但下降幅度不够大,未来还应从政策激励、产业结构优化等方面采取措施强化减排效果,促进农业低碳转型。
2024, 44(3):441-451. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240329.001 CSTR:
摘要:[目的] 分析贵州省贵阳市历史和未来时间序列下碳储量时空演变特征,为促进区域可持续发展提供科学依据。[方法] 以贵阳市为例,利用ArcGIS评估2000—2020年贵阳市的土地利用变化与碳储量时空演变特征,并耦合PLUS,InVEST模型预测2030年不同发展情景下土地利用空间格局及其碳储量变化。[结果] ①2000—2020年贵阳市土地利用变化为耕地和草地转化为水域和建设用地;耕地面积减少了190 km2;草地面积减少了188 km2;水域面积增加了43 km2;建设用地面积锐增了367 km2。 ②2000—2020年贵阳市碳储总量呈现先增加后下降趋势,共降低了2.197×106 t,在空间上呈现北高南低的分布格局,北部区域是贵阳市的主要碳汇功能区,建设用地扩张是影响研究区碳储量降低的主要原因。 ③2030自然情景、耕地保护和生态保护情景下建设用地分别扩张了279,193,175 km2,增幅为51.48%,35.61%,32.29%。 ④2030年自然情景、耕地保护和生态保护情景下的碳储总量分别为1.400×108,1.398×108,1.410×108 t,相较于2020年均有下降。碳储量在空间上始终表现为北高南低的分布格局,生态保护情景下更有利于减缓研究区碳储量的下降趋势。[结论] 未来贵阳市在生态环境方面可继续加强实施退耕还林政策来恢复碳储量水平,而在城市发展方面,应该制定更加合理的综合发展战略,在经济发展的同时又能兼顾生态保护。
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