刘亚斌,庞景豪,梁燊,余冬梅,史兴萍,李国荣,缪晓星,王延秀,朱海丽,胡夏嵩
2024, 44(4):1-11. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.001 CSTR:
摘要:[目的] 分析高寒金属矿山不同植被恢复年限排土场边坡坡面产流产沙特征,为排土场人工植被恢复和水土保持工作高效合理地开展提供科学依据。[方法] 以青海省果洛藏族自治州德尔尼铜矿恢复期为2~15 a范围内的7个矿山排土场边坡为研究对象,通过模拟降雨试验获取不同恢复年限排土场坡面产流产沙和径流水动力学特征指标,并进一步分析坡面产流产沙特征和径流水动力学特征的影响因素。[结果] 研究区排土场坡面产流产沙过程相对复杂,随机性强,不同恢复年限排土场坡面单位面积产流率和产沙率随降雨历时的变化规律存在较大的差异。排土场边坡坡面单位面积累积产流量与恢复年限之间不存在显著性关系;单位面积累积产沙量和侵蚀泥沙平均体积直径随着恢复年限的增大均呈逐渐降低趋势,且侵蚀泥沙平均体积直径与恢复年限呈显著性幂函数关系(p<0.05);随着恢复年限的增大产流时间呈线性函数增大趋势(p<0.05)。各恢复年限排土场边坡径流流态以层流为主,且均属于缓流。随着恢复年限的逐渐增大,坡面径流雷诺数和径流剪切力呈显著性的指数函数降低和线性函数降低趋势(p<0.05);而径流流速和弗劳德数与恢复年限未体现出显著性的函数关系。总体而言,随着恢复年限的增长,排土场坡面径流冲蚀和挟沙能力降低。不同恢复年限排土场边坡坡面单位面积累积产沙量、径流速度和雷诺数与坡度呈显著性高度正相关关系(p<0.05)。[结论] 高寒矿区排土场经人工植被恢复后,坡面抗侵蚀能力随恢复年限的增长呈向好趋势;植被未完全返青的情况下,坡度对坡面产流产沙特征和径流水动力学特征的影响程度高于植被覆盖度。
谭江锋,路露,曲炳鹏,周伟,王鑫宇,江颖,张新英,宋书巧,任姝蕾
2024, 44(4):12-19. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.002 CSTR:
摘要:[目的] 优选水文效应较好的城市绿地生态覆盖物,为城市裸露绿地的覆盖管理提供理论指导。[方法] 以4种有机生态覆盖物(秸秆、菇渣、锯木屑、松树皮)和4种无机生态覆盖物(陶粒、火山石、珍珠岩、麦饭石)为研究对象,采取室内浸泡法研究有机无机生态覆盖物应用于城市绿地的水文效应,并选出水文效应较好的生态覆盖物。[结果] ①有机、无机生态覆盖物的持水量、吸水速率变化趋势基本一致,其持水量与吸水速率呈显著对数函数关系,与浸泡时间呈显著幂函数关系。②有机生态覆盖物的最大持水能力、有效拦蓄能力都普遍高于无机生态覆盖物,在4种有机生态覆盖物中,锯木屑、秸秆的最大持水能力、有效拦蓄能力较好,菇渣次之,松树皮最差。在4种无机生态覆盖物中,火山岩、珍珠岩和陶粒的最大持水能力、有效拦蓄能力都较好,麦饭石最差。[结论] 在实际的城市绿地覆盖应用中,在充分考虑当地各种自然环境因子的条件下,可以优先选取水文效应较好的有机生态覆盖物(锯木屑、秸秆)以及无机生态覆盖物(火山石、珍珠岩、陶粒)。
2024, 44(4):20-32. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240715.002 CSTR:
摘要:[目的] 明晰施工便道上、下边坡在植被恢复条件下的坡面产流产沙过程,揭示施工便道建设扰动后植被恢复对藏东南生态脆弱的亚高山森林灌丛区坡面尺度水土流失的影响,为施工便道工程扰动后水土流失防治和植被恢复提供理论依据。[方法] 选取施工便道上、下边坡扰动后不同植被恢复条件下的典型坡面,进行室内模拟降雨试验,研究工程扰动后上、下边坡4种植被覆盖度(0%,30%,60%,90%),3种坡度(15°,30°,45°),2种雨强(30,60 mm/h)条件下的坡面产流产沙过程,明确施工便道植被恢复对水土流失的影响。[结果] ①施工便道工程扰动后,在上、下边坡裸土坡面进行植被恢复能有效延缓初始产流时间,随着植被覆盖度增加,延缓初始产流时间的效果增强,且植被的延缓产流效应在上边坡更为明显。②在0%~60%植被覆盖度范围内,上、下边坡稳定产流速率随植被覆盖度的增加而显著降低,60%与90%植被覆盖度的稳定产流速率接近。相比裸土坡面,60%,90%植被覆盖度的减流效益分别为59%~75%,58%~77%,表明减流作用的植被临界覆盖度为60%。③植被覆盖度为30%,60%时,减沙效益分别达到29%~82%,86%~96%。植被覆盖度在60%以下,当覆盖度增加,减沙作用显著增强,超过此临界覆盖度,即使增加覆盖度,其减沙效益也变化不大。④在相同植被覆盖度、坡度和雨强条件下,挖方形成的上边坡总产流量总是高于填方形成的下边坡,而下边坡总产沙量始终高于上边坡,反映出施工便道扰动后,挖方、填方边坡在坡面土壤侵蚀方面的显著差异。[结论] 在藏东南施工便道扰动区的水土流失防治中,60%植被恢复率兼具较好的防治效益和经济可行性,且在水土保持措施布设时,挖方边坡更需要“控水”而填方边坡应偏重“阻沙”,只有充分考虑其差异才能在施工便道扰动区达到更好的水土保持效果。
2024, 44(4):33-44. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.004 CSTR:
摘要:[目的] 研究含水率、含根量及根系布置方式对根土复合体抗剪强度影响,揭示紫穗槐根系对黄土边坡加固机理,为黄土边坡生态防护及提高坡面稳定性工程实践提供科学参考。[方法] 利用ZJ型应变控制式直剪仪进行紫穗槐根土复合体剪切试验,以无根系土为对照,分析不同含水率、含根量和布根方式对抗剪强度影响;应用FLAC 3D软件模拟紫穗槐根系分布方式对黄土边坡稳定性影响。[结果] ①随着含水率增加,抗剪强度指标黏聚力和内摩擦角均降低。②随着含根量增加,抗剪强度在不同含水率条件下表现出不同规律。当含水率为9.31%时,抗剪强度随着根面积比(RAR)增加呈先增加后减小的趋势,在RAR为0.15%时,抗剪强度达到最大值;当含水率为15.65%和17.44%时,抗剪强度随着RAR增加而增加。③“卄”形布根方式能显著提高根土复合体抗剪强度,当含水率为17.44%时,卄形布根与无根土相比,平均抗剪强度增加31.81 kPa。④数值模拟结果表明,根系长度、主根与铅垂方向的夹角均与稳定性呈正相关关系。[结论] 通过室内试验和数值模拟研究表明,紫穗槐能较好提高黄土边坡稳定性,紫穗槐交错种植,防护效果更佳。
2024, 44(4):45-54. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240711.001 CSTR:
摘要:[目的] 探究甘肃省张掖市荒漠—绿洲过渡带不同类型植被群落物种组成、多样性特征,以及植物群落特征和土壤水分含量的关系,为该区水土保持效益评估提供科学依据。[方法] 选择不同类型荒漠植被,调查和测定了不同类型植被群落植物多样性和0—120 cm土壤水分含量。[结果] ①该区域共有6种植被类型,植被结构非常简单,物种组成以适生于干旱荒漠生境的红砂、合头藜、珍珠猪毛菜、三芒草、雾冰藜等耐旱、超耐旱的小灌木、半灌木、草本植物为主,植物群落为灌草群落类型,物种多样性指数较小。②土壤水分在垂直方向上的变化呈现“双峰形”,土壤湿度由表层向深层逐步升高,到20—40 cm处升到“第一个峰值”,40—60 cm处又降到了较低水平,到60—120 cm土壤湿度又逐步上升,直至120 cm处升高到“第2个峰值”。③各植物群落的植被高度、植被密度、植被盖度随土壤水分含量的升高而增高、增大,植被高度与40—120 cm土层土壤水分呈显著正相关,草本植物、灌木植物密度、植被盖度与其根系主要分布层的土壤水分含量呈显著正相关。[结论] 在0—20 cm表层土壤、40—80 cm深层土壤水分含量均不足2%的荒漠绿洲过渡带,适宜种植红砂、合头藜、白刺等旱生灌木和三芒草、刺沙蓬、雾冰藜、画眉草、猪毛蒿等草本植物;表层土壤、深层土壤水分含量均超过2%的荒漠地带,适宜种植红砂、珍珠猪毛菜等旱生灌木和冷蒿、内蒙古旱蒿、寸草等草本植物,能够有效促进生态恢复和重建。
2024, 44(4):55-65,76. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.006 CSTR:
摘要:[目的] 研究腾格里沙漠光伏(PV)阵列扰动下的近地层气流场与风沙流结构特征,评估光伏阵列的防风固沙效果,为沙漠地区风沙灾害治理和生态环境可持续发展提供理论支撑。[方法] 采用梯度风速观测设备,实地观测光伏阵列(电板前沿、电板后沿和阵列间中线)和对照点的风速垂直分布、风速流场和风沙流结构,对比分析电站内外不同位置的气流场与输沙特征。[结果] (1) 电站内整体风速呈现降低特点,阵列间与电板后沿平均风速随高度上升而增加,电板前沿平均风速随着高度增加呈先降低后增加的趋势。(2) ①草方格观测断面。电板前沿出风口处的风速明显增加,电板后沿进风口和阵列间中线100 cm以下的风速降低; ②风蚀坑观测断面。光伏电板150 cm以下的风速降低,阵列间的风速脉动变化明显; ③砾石观测断面。风速相对变化率与风速流场格局稳定,电板后沿150 cm以上部分风速增加。平均防风效果:砾石>草方格。(3)输沙量表现为:电板前沿>电板后沿>阵列间中线;流动沙丘参照点(上风向)与电板前沿λ(风沙流结构特征值)呈饱和状态,电板后沿和阵列间λ呈非饱和状态。[结论] 与流动沙丘相比,光伏阵列扰动了风速流场格局,风速脉动和湍流度发生变化,输沙量明显下降,固沙效益明显。
2024, 44(4):66-76. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.007 CSTR:
摘要:[目的] 探讨将崩塌堆积物作为新型土壤改良材料的应用前景,分析经崩塌堆积物改良后土壤的养分变化情况,为当地崩塌堆积物利用和紫色土改良工作提供新思路。[方法] 选择经崩塌堆积物改良后的紫色土为研究对象,利用加权灰色关联度分析对改良后的土壤进行质量评价分析。[结果] 在相同的肥力灌溉水平下,相较于空白对照组(Y0),添加崩塌堆积物能够明显的提升浅层土壤(0—20 cm)的养分含量。其中该层土壤全氮平均含量提升了3.26%~10.60%,全磷平均含量提升了10.61%~43.33%,有机质平均含量提升了9.14%~24.12%,碱解氮平均含量提升了5.76%~12.73%,有效磷平均含量提升了24.75%~46.22%,速效钾平均含量提升了16.21%~28.96%,土壤电导率(EC)提升了11.32%~27.41%,不同处理方案下对土壤pH值无明显影响;通过AHP-灰色关联分析评价模型对各处理组的土壤进行质量初步评价得出,在0—20 cm浅层土壤范围内,各处理组的灰色关联度大小排序为:Y2(岩—土复配比例:20%)>Y3(岩—土复配比例:30%)>Y4(岩—土复配比例:40%)>Y1(岩—土复配比例:10%)>Y0(岩—土复配比例:0%)>Y5(岩—土复配比例:50%);在20—40 cm深层土壤范围内,各处理组的灰色关联度大小排序为:Y5>Y4>Y3>Y2>Y1>Y0。[结论] 将崩塌堆积物与土壤进行适当比例的复配处理,可以对紫色土养分含量产生一定的改善效果。
2024, 44(4):77-85. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240718.001 CSTR:
摘要:[目的] 揭示库布齐沙漠灌木林营造对沙区土壤作用的生物机制,为建立合理有效的沙漠防护林体系提供理论支撑。[方法] 以不同林龄(6,12和15 a)沙柳为研究对象,于2023年7月初采集库布齐沙漠沙柳林下0—10,10—20,20—30 cm土层深度土壤,对土壤主要理化性质及酶活性进行分析,分析该区植被恢复对土壤的作用机制。[结果] ①随着林龄的增加,与对照相比,细颗粒含量逐渐增多,土壤容重和pH值呈降低趋势。②土壤养分和酶活性在垂直方向上呈现较明显的表聚现象;土壤养分和酶活性在不同沙柳林龄下差异显著(p<0.05),12 a沙柳林下土壤碱解氮、速效磷、速效钾、碱性磷酸酶、过氧化氢酶分别为裸沙的316.4%,420.3%,134.6%,164.5%和94.8%,15 a沙柳林下的有机碳、脲酶、蔗糖酶较对照增长了186.2%,145.3%,2 703.4%。③土壤酶活性与不同林龄恢复阶段土壤碱解氮、速效磷、速效钾、有机碳密切相关。[结论] 库布齐沙漠沙柳防护林营建后,对土壤养分和酶活性具有显著的改良作用。
2024, 44(4):86-96. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.009 CSTR:
摘要:[目的] 探讨土壤水蚀对希拉穆仁草原克氏针茅斑块分布格局的影响机制,为该区域的水土流失治理提供理论依据。[方法] 采用野外调查和方差均值比率法设定了3个分布格局(聚集分布、均匀分布和随机分布格局)2个对照(不放牧和裸坡),进行降雨强度为30,60,90,120 mm/h的室内模拟降雨试验,量化了不同分布格局坡面的产流产沙过程。[结果] ①重度放牧和不放牧为聚集分布格局,中度放牧为均匀分布格局,轻度放牧为随机分布格局。②30 mm/h雨强不产流,60 mm/h雨强产流率呈:裸坡>聚集分布>随机分布>均匀分布>不放牧;90 mm/h雨强呈:裸坡>聚集分布>均匀分布>随机分布>不放牧;120 mm/h雨强呈:裸坡>聚集分布>不放牧>均匀分布>随机分布; ③30 mm/h雨强不产沙,60 mm/h雨强产沙率呈:裸坡>均匀分布>不放牧>随机分布>聚集分布;90 mm/h雨强呈:裸坡>聚集分布>均匀分布>随机分布>不放牧;120 mm/h雨强呈:裸坡>不放牧>聚集分布>均匀分布>随机分布; ④120 mm/h雨强随机分布的减沙效益最好,可减少88.76%,90 mm/h雨强的不放牧减流效益最好,可减少45.78%。[结论] 放牧促使克氏针茅出现斑块化的现象,土壤水蚀加剧了裸地斑块的形成,进而使克氏针茅斑块出现了不同的分布格局。
2024, 44(4):97-106,116. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.010 CSTR:
摘要:[目的] 探究沙地土壤水分动态变化特征,为沙漠化治理提供科学支撑。[方法] 选择宁夏回族自治区河东沙地(流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、防护林)为研究对象,根据定位观测和自动观测系统数据,分析沙地土壤(0—150 cm深度)水分分布特征。[结果] ①各样地土壤含水量随时间变化趋势表现出良好的一致性,根据土壤含水量变化可分为3个时期:4—5月为土壤水分积累期,6—8月为土壤水分消耗期,9—11月为土壤水分平稳期; ②不同月份0—10 cm土壤含水量差异明显,40—150 cm土层土壤含水量差异不显著; ③0—20 cm为土壤水分活跃层,20—40 cm为土壤水分次活跃层,40—150 cm为土壤水分稳定层; ④各样地之间土壤含水量表现为:流动沙丘>防护林(旱柳+新疆杨+樟子松林)>固定沙丘(花棒林)>固定沙丘(沙拐枣+柠条林)>半固定沙丘(沙拐枣+柠条林); ⑤不同地形部位土壤含水量表现为:坡底>坡中>丘顶。[结论] 宁夏河东沙地土壤含水量垂直分布分层特征明显,土壤含水量的变化除了受到降雨量、植被种类、植被分布格局的影响,还与沙丘微地貌形态有关。
2024, 44(4):107-116. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.011 CSTR:
摘要:[目的] 探讨干旱区脆弱森林生态系统不同海拔梯度植物养分含量及生态化学计量特征,为脆弱生态系统植物树种的养分管理工作提供科学支持。[方法] 以贺兰山国家自然保护区5个不同海拔梯度(1 730,1 799,2 025,2 487,2 544 m)的不同优势植物种为研究对象,分析其叶片、细根与土壤C,N,P及化学计量特征沿海拔梯度的变化特征及相关关系。[结果] ①土壤有机碳(SOC)含量随海拔升高呈“单峰”变化趋势,于2 487 m处达到峰值(42.92 g/kg),土壤全氮(TN)含量高海拔(2 025,2 487,2 544 m)显著大于中低海拔(1 730,1 799 m),而全磷(TP)无明显变化。C∶P和N∶P随海拔梯度上升呈先增加后减小趋势。②植物叶片与细根C随海拔无显著变化,P含量随海拔的升高而增加。细根N含量随海拔上升逐渐降低,而叶片N含量呈波动变化趋势。高海拔区植物叶片与细根N∶P<14,低海拔区N∶P>16。③植物叶片N,P含量显著高于细根; ④相关性分析结果显示:植物叶片C含量与SOC,TN,C∶P,N∶P呈正相关关系,叶片N含量与细根N含量随着SOC,TN,C∶P,N∶P含量的升高显著降低,叶片、细根P含量与土壤TP含量相关性不显著。[结论] 高海拔区植物生长受N限制,低海拔区植物生长受P限制,不同海拔优势植物叶片相比细根具有更高的养分含量,而海拔引起的土壤养分供应的差异调节贺兰山植物叶片与细根的氮、磷及化学计量特征。
史小鹏,苟贺然,何淑勤,刘柏廷,冉兰芳,杨琪琳,扎西拉姆,陈雨馨,骆紫藤
2024, 44(4):117-125. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.012 CSTR:
摘要:[目的] 探究成都市温江区道路绿地和校园绿地土壤抗蚀、抗冲特征及其影响因素,为城市绿地水土保持和生态可持续发展提供理论支持。[方法] 采用野外取样与室内试验相结合的方法,对道路和校园绿地中乔木+草地、乔木+灌木、灌木、灌木+草地、草地开展土壤抗蚀抗冲性特征研究。[结果] >5 mm土壤水稳性团聚体含量在道路(79.72%)和校园绿地(39.23%)均表现为最大。土壤总孔隙度、土壤含水量和土壤粉粒含量均表现为:校园绿地>道路绿地(p<0.05)。土壤平均重量直径(MWD),土壤几何平均直径(GMD)、土壤抗蚀性指数、水稳性指数和抗冲指数均表现为:道路绿地>校园绿地(p<0.05),其中乔木+灌木和灌木+草地结构土壤抗蚀抗冲性优于其他植被结构,土壤抗冲系数均随坡度增大而减小。土壤抗蚀、抗冲性指数与>5 mm土壤水稳性团聚体、有机质含量和土壤黏粒均呈极显著正相关;与土壤团聚体破坏率(PAD),不稳定团粒指数(ELT)、<0.25 mm,0.25~2 mm水稳性团聚体呈极显著负相关(p<0.01)。[结论] 道路绿地乔木+灌木和灌木+草地结构土壤抗蚀抗冲性最好,校园绿地可以通过调整植被结构增强抗逆性和观赏性,降低土壤侵蚀风险。
2024, 44(4):126-134. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.013 CSTR:
摘要:[目的] 研究短历时强降雨对喀斯特坡耕地产流产沙的影响,揭示喀斯特坡耕地土壤侵蚀特征机理,为解决喀斯特坡耕地土壤侵蚀和保障粮食生产提供科学依据。[方法] 通过人工模拟降雨试验,以喀斯特裸坡地和玉米坡地为研究对象,研究短历时强降雨对喀斯特坡耕地产流产沙的影响。[结果] ①裸坡地和玉米地地表产流产沙模数随坡度的增大而增大,当坡度相同时,玉米地地表产流产沙模数显著小于裸坡地(p<0.05);随着降雨历时的增加,裸坡地和玉米地地表产流模数呈现出先增大后保持稳定的趋势,而地表产沙模数则是先增大后减小。②裸坡地和玉米地各壤中流产流模数随坡度的增大而增大;当坡度相同时,玉米地各壤中流产流量显著小于裸坡地(p<0.05),其中坡度为20°时,玉米地壤中流(15—25 cm)总产流量相对裸坡地减少了62.59%。③当坡度不变时,玉米地地下产沙量和产沙模数显著小于裸坡地(p<0.05);随着降雨历时的增加,裸坡地与玉米地地下产流模数呈现出不断增大的趋势,其变化趋势基本保持一致,而地下产沙模数呈现先增大后减小的趋势,在20~30 min之间达到最大产沙模数。④比较不同坡度裸坡地与玉米地各产流产沙之间的相关性,发现玉米地相比裸坡地地下产沙与地表产流、地下产流、地表产沙之间相关性增强,而地表产沙与地表产流、地下产流之间的相关性减弱。[结论] 强降雨下玉米坡地能够增加入渗,具有阻控和缓蚀的作用,其中地表产流产沙模数和壤中流产流模数随坡度的增大而增大,而地下产流模数随降雨历时增加呈不断增大的趋势,地下产沙模数呈先增大后减小的趋势。
2024, 44(4):135-142. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.014 CSTR:
摘要:[目的] 探究短历时强降雨条件下边坡土体的入渗规律,揭示地质灾害的成因和机理,为该地区地质灾害的形成机理和预警预报工作提供科学依据。[方法] 针对2022年5月26—27日福建省龙岩市武平地区因强降雨诱发的浅层流态型滑坡事件,在地灾点典型滑坡处开展原位人工模拟降雨入渗试验,采用土壤水分计、张力计、孔隙水压力传感器和雨量计等监测装置进行系统观测,同时,结合有限元软件模拟不同降雨强度下雨水入渗过程,以深化对入渗规律的理解。[结果] 在靠近坡体表面的位置,土体的体积含水率增加幅度较大,随着埋深的增加,增加幅度逐渐减小;边坡各处入渗速度大小表现为:坡顶<坡中≈坡脚;在短历时强降雨作用下,孔隙水压力呈现逐渐增大并达到峰值后稳定的趋势,值得注意的是,在距离坡表120 cm处的孔隙水压力值较其他两个深度的孔隙水压力值大,这可能是由于该处的土层渗透性较低,形成了一个相对滞留的水位,数值模拟结果也较好地反映了这一规律。[结论] 在短历时强降雨的情况下,边坡土体的入渗过程极为复杂,且对地质灾害的触发起着关键作用。其入渗特性受降雨强度、土层深度及渗透性等多重因素的综合影响。
2024, 44(4):143-150. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.015 CSTR:
摘要:[目的] 研究含水率对土壤浆体流变特性的影响机理,为黄土高原地区泥浆体流动规律的认识和泥石流防治提供科学依据。[方法] 以黄土高原地区4种主要类型土壤为研究对象,通过流变振荡剪切测试,探究含水率对土壤流变特性的影响。[结果] ①土、褐土和黑垆土的储能模量、损耗模量、剪切应力随含水率的增加(40%~80%)均呈减小趋势,剪切应力分别从229.85,193.38,96.46 Pa减小到2.25,2.65,2.32 Pa;在含水率较大(>50%)的条件下,黄绵土表现出强应变过冲现象。②4种土壤浆体的储能模量随剪切应变的增加出现两个平台区,表现出两步屈服现象;随着含水率的增加,浆体出现两步屈服向一步屈服的转变。第一步屈服与初始网络结构的破坏有关,第二步屈服表明浆体结构被完全破坏。③当土壤含水率≤50%,土壤细颗粒可通过形成絮凝体增加絮凝程度从而提高土壤浆体流动点剪切应力;当含水率>50%时,土壤中的粗颗粒通过增加颗粒间摩擦力提高流动点剪切应力,此时黄绵土流动点剪切应力大于其他土壤。[结论] 土壤流变特性不仅与其自身性质有关,而且受土壤含水率的重要影响;细颗粒含量较大的土壤,在高含水率条件下其浆体更易发生流动。
2024, 44(4):151-156,235. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.016 CSTR:
摘要:[目的] 揭示密云水库上游潮白河流域水量变化的年际时序规律及丰平枯季节性差异,为京津冀地区水资源高效利用及生态用水保障提供决策参考。[方法] 在收集流域水量数据,进行潮白河流域逐月丰平枯水期分析的基础上,采用距平百分率解析潮白河流域水量变化特征,并推导流域丰平枯时段与径流水量的定量化关系。[结果] 2010—2021年,潮白河流域的枯水期历时远大于丰水期和平水期时间,但丰水水量及其距平百分比每隔1~2 a均会呈现指数级增长趋势,表明潮白河流域近年来更多的表现出了极端的气候特征。潮白河流域的丰水时段均主要出现在7—12月,流域平水时段基本伴生于丰水时段,但是2010—2021年,潮河与白河流域仅出现了6~7个月的平水期;枯水时段占据了12 a来的大部分时期,阶段性密集分布在除丰水期和平水期以外的所有时段。在所有时段,白河流域的水量均高于潮河流域,这可能归因于春季融雪对径流的补给。[结论] 2010—2021年,潮白河流域极端降水时间增多,但枯水时段的比例远高于平水期和丰水期。3者的比例关系是影响流域水量最重要的因素。
2024, 44(4):157-167. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240510.001 CSTR:
摘要:[目的] 研究高寒湿地高速公路工程干扰后不同恢复措施下边坡土壤理化性质及酶活性变化,为高寒湿地植被恢复模式的筛选,水土流失治理,改善生态环境提供理论依据。[方法] 以自然演替、喷播植草、草皮回覆3种处理边坡模式为研究对象,并以原始未扰动植被作为对照,测定土壤理化指标和土壤酶活性,分析其相互关系及影响因素。[结果] ① 3种恢复措施与对照相比均导致土壤pH值、全钾显著升高(p<0.05),土壤有机质、全氮、细根生物量、速效钾显著降低(p<0.05),在自然演替处理下都最小,分别为15.16±0.15,0.75±0.01,0.60±0.27,65.00±4.50;喷播植草、草皮回覆处理下土壤颗粒中黏粉粒比例显著降低(p<0.05);喷播植草、自然演替与对照相比丰富度指数显著降低(p<0.05),在自然演替下最小,为1.29±0.02,草皮回覆与喷播植草2种恢复措施的土壤pH值、有机质、全氮、速效钾、细根生物量及其丰富度指数高于自然演替。②与自然演替相比,喷播植草与草皮回覆能更好地恢复蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性,甚至过氧化氢酶活性能恢复至接近对照,酶活性在自然演替条件下都最小,分别为12.65±10.87,0.24±0.03,0.23±0.05,1.73±0.48。③4种酶活性与土壤理化性质之间相关性显著,脲酶活性对土壤理化性质最为敏感,能够很好评价高原湿地边坡土壤质量。[结论] 采取喷播植草、草皮回覆相对于自然演替可有效改善土壤理化性质和提高土壤酶活性,土壤酶活性能作为评价高原湿地边坡土壤质量的敏感性指标。
2024, 44(4):168-176. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240719.001 CSTR:
摘要:[目的] 分析基于根孔湿地构建的生态沟渠对水产养殖尾水的净化效果,为大面积养殖区循环养殖和污染减量化提供科学参考。[方法] 选取养殖面积超过500 hm2的宁夏回族自治区贺兰县寇家湖园区进行试验,以原有农田排水沟渠为基础,在沟渠两岸构建根孔湿地提升其净化能力,于2022和2023年对沿程水体进行采样,分析该系统对大面积水产养殖区产生的养殖尾水的净化效果。[结果] 2022年系统初运行时生态沟渠能有效净化养殖尾水中的磷酸盐、亚硝酸盐和氨氮,净化率分别为97.15%,96.00%和59.65%;2023年日常运行时该生态沟渠能有效净化大面积养殖区日常养殖过程中产生的养殖尾水,对磷酸盐、亚硝酸盐和氨氮净化率最高可达到87.70%,72.89%和83.15%,系统净化末端氨氮浓度低于0.5 mg/L,达到《地表水环境质量标准(GB3838—2002)》的Ⅱ类标准;缩短1/2的净化路程后,生态沟渠对养殖尾水依旧具有较好的净化效果,两个长度下生态沟渠出水口的营养盐浓度无显著性差异(p<0.05)。[结论] 基于根孔湿地构建的生态沟渠能有效处理大面积水产养殖区日常养殖过程中产生的尾水,可实现养殖尾水的循环利用。
2024, 44(4):177-186. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.019 CSTR:
摘要:[目的] 探究水面光伏电站对沉陷塘冬季水质及浮游植物群落结构特征影响,为水面光伏应用于采煤沉陷水域提供数据参考。[方法] 对立柱光伏沉陷塘、漂浮光伏沉陷塘和无光伏沉陷塘(对照)的水体和浮游植物群落进行采样调查,并通过Pearson相关性分析和逐步回归分析进行影响因素分析。[结果] 立柱光伏沉陷塘浮游植物共鉴定出41种,漂浮光伏沉陷塘浮游植物共40种,无光伏沉陷塘浮游植物共47种,物种均以硅—绿藻型为主。相较对照沉陷塘,水面光伏电站减弱了沉陷塘光照强度,光伏沉陷塘的电导率(EC)、总溶解固体(TDS)、氧化还原电位(ORP)和氨氮(NH3-N)有所降低,且立柱光伏电站上述指标小于漂浮光伏电站;漂浮光伏电站还能降低水体化学需氧量(CODCr)、总氮(TN)和总磷(TP)的含量。漂浮光伏、立柱光伏沉陷塘的浮游植物种类数、密度和生物量相比与对照沉陷塘均略有降低。而Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数均表现为:无光伏沉陷塘>漂浮光伏沉陷塘>立柱光伏沉陷塘。[结论] 水面光伏有助于降低冬季水体盐度,保持水体温度与溶解氧含量,并且上述指标立柱光伏电站改善效果比漂浮光伏电站好,在一定程度上漂浮光伏电站还可以改善富营养水体。水面光伏能对浮游植物群落结构产生一定影响,且漂浮光伏对沉陷水体浮游植物影响较立柱光伏小。Pearson和逐步回归分析发现立柱光伏沉陷塘浮游植物群落多样性主要受水温(WT)、总氮(TN)影响,漂浮光伏沉陷塘主要受水温(WT)影响。综合而言,漂浮光伏电站更有利于沉陷塘水质,对浮游植物群落结构影响最小。
2024, 44(4):187-195. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.020 CSTR:
摘要:[目的] 探明覆膜材料汇集微量降水及露水对土壤水分的影响,为宁夏回族自治区中部干旱带微量降水及露水有效利用提供科学依据及支撑。[方法] 设置了普通聚乙烯膜覆垄(T1)、高密度聚乙烯膜覆垄(T2)、聚四氟乙烯膜覆垄(T3)共3个处理,以裸地(T4)为对照,进行集流面坡度优化,对微量降水和露水发生过程中土壤水分变化特征进行研究。[结果] ①研究区多年单次5 mm以下降水总量占年降水量的29.8%,年平均露水量为31.68 mm,占多年平均降水量的13.2%; ②不同覆垄模式5 cm和15 cm埋深位置土壤体积含水率大小顺序一致,表现为:聚四氟乙烯膜覆垄>普通聚乙烯膜覆垄>高密度聚乙烯膜覆垄>裸地; ③覆垄汇集微量降水对土壤水分影响深度明显增加,降水量为2 mm时,对土壤水分的影响深度可达15 cm,而裸地条件下仅达到5 cm位置; ④露水对土壤水分的影响在0—5 cm,当露水量为0.8 mm时,普通聚乙烯膜覆垄、高密度聚乙烯膜覆垄、聚四氟乙烯膜覆垄、裸地的土壤体积含水率分别提高0.6%,1.6%,4%,0.2%。[结论] 不同覆膜处理汇集微量降水和露水对土壤水分影响存在显著差异,其中聚四氟乙烯膜覆垄汇集效果最好,垄沟内土壤体积含水率最大。
2024, 44(4):196-204,214. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240612.001 CSTR:
摘要:[目的] 研究砒砂岩的风化程度和物源特征,为砒砂岩的深入研究及岩土侵蚀防治提供基础理论依据。[方法] 选取内蒙古准格尔旗下侏罗统延安组砒砂岩为研究对象,通过野外调查及试验研究,利用主量元素、微量元素及稀土元素地球化学方法对砒砂岩化学蚀变指数(CIA)、斜长石蚀变指数(PIA)、轻重稀土元素比(LREE/HREE)及相关微量、稀土元素关系进行了分析。[结果] ①准格尔旗下侏罗统延安组砒砂岩以SiO2和Al2O3为主,大部分主量元素含量低于平均上地壳标准化值(UCC);地球化学分类图显示砒砂岩主要为页岩、亚长石砂岩和岩屑砂岩;砒砂岩CIA值为64.95~86.57,平均值为77.46。这与研究区周边的中三叠统二马营组特征较为一致,反映经历共同的岩石风化历史。②砒砂岩中粉砂岩和泥岩中各微量元素含量均高于砂岩,其中Ba含量最高,Zr次之;砒砂岩形成古温度为10.67~22.78 ℃,平均17.68 ℃,PIA值为70.48~97.13,平均值为89.76。③砒砂岩稀土元素配分模式与UCC一致,整体呈现轻稀土富集、重稀土亏损、弱负铕异常(δEu)特征;粉砂岩和泥岩总稀土(∑REE)、轻重稀土比(LREE/HREE)、(La/Yb)N值均高于砂岩。这种分异主要是由于表生作用中岩石风化溶出的主要微量元素大多被黏土矿物吸附或水力分选所致。[结论] 内蒙古准格尔旗下侏罗统延安组砒砂岩为成分成熟度、分选程度较低的陆源碎屑沉积岩,源区经历了中等—强烈的化学风化;砒砂岩形成时为干旱—半湿润的古气候条件;砒砂岩稀土元素配分模式结合主、微量元素判别图指示延安组砒砂岩来自鄂尔多斯盆地北部阴山—大青山地区的海西—印支期花岗岩类。
2024, 44(4):205-214. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.022 CSTR:
摘要:[目的] 研究不同生物炭添加对重庆山区烟田黄壤土的理化性质和烤烟生长、产量和产值的影响,为生物炭在土壤保育和烟草生产中的应用提供技术支撑。[方法] 以烤烟K326为试验材料,2022—2023年在烟田中采用完全随机设计,在常规施肥基础上,设置7个处理,分别为零添加0 kg/hm2 (CK),750 kg/hm2 (T50),1 500 kg/hm2 (T100),3 000 kg/hm2 (T200),4 500 kg/hm2 (T300),6 000 kg/hm2 (T400)和7 500 kg/hm2(T500)。试验期间,对土壤理化性质和烤烟农艺性状、地下地上生物量、烟叶产量和产值进行了监测。[结果] ①添加生物炭能够提高土壤总孔隙度,增加毛管持水量。第2年试验T400,T500处理的土壤总孔隙度和毛管持水量均显著高于CK; ②相对于CK处理,生物炭添加都显著提高了耕层土壤速效氮、速效磷和速效钾含量,同时T300,T400和T500处理显著提高了耕层土壤有机质含量和pH值,能够有效缓解土壤酸化; ③相对于CK处理,T300,T400和T500处理显著促进了烟叶生长和生物量积累,显著提高了烟叶产量和产值,但基于生物炭对烤烟产量和产值贡献率,T400处理的效果最优。[结论] 在植烟土壤中添加适量的生物炭,可以改善土壤理化性质,提高土壤可耕性,同时改善烟株生长发育状况,提高烟株干物质积累,提升烟叶产量和产值。
2024, 44(4):215-224. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.023 CSTR:
摘要:[目的] 探究吉林省不同量级降雨条件下降雨侵蚀力的时空分布特征,为该省气象灾害风险评估、水土流失防治提供科学参考。[方法] 基于1980—2022年吉林省51个站点的逐日降雨数据,按雨量等级将其划分为不同量级降雨,采用Xie提出的日降雨侵蚀力计算模型计算降雨侵蚀力,利用M-K突变检验、变异系数、气候倾向率分析吉林省不同量级降雨侵蚀力时空变化特征。[结果] ①1980—2022年吉林省年均侵蚀性降雨量和降雨侵蚀力分别为420.04 mm和1 967.12 MJ·mm/(hm2·h),变异系数分别为0.27,0.2,均属中等变异; ②1980—2022年,不同量级降雨侵蚀力随年际变化均呈上升趋势,暴雨侵蚀力上升幅度最大,为57.7 MJ·mm/(hm2·h·10 a),中雨侵蚀力上升幅度最小,为5.8 MJ·mm/(hm2·h·10 a),大雨侵蚀力对年均降雨侵蚀力的贡献度最大,为36.68%; ③不同量级降雨侵蚀力年内分布不均匀,中雨侵蚀力在全年均有发生,大暴雨侵蚀力仅发生在6—9月,10月至翌年5月中雨侵蚀力在年降雨侵蚀力中占主导地位,6—9月大雨和暴雨侵蚀力逐渐替代中雨侵蚀力在年降雨侵蚀力中起主导地位; ④年均侵蚀性降雨量、年均降雨侵蚀力和不同量级降雨侵蚀力空间分布均呈现中南高东西低的格局。[结论] 吉林省不同量级降雨侵蚀力区域特征明显,明确了各量级降雨易产生土壤侵蚀可能性较高的时间和地区,应因地制宜地制定气象灾害风险防御和水土保持防治措施。
2024, 44(4):225-235. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.024 CSTR:
摘要:[目的] 研究东北黑土区侵蚀沟形态特征及不同时间尺度形态变化规律,为该区侵蚀沟发育演化提供科学依据和数据支撑。[方法] 选取拜泉县国富镇域内61条典型侵蚀沟为研究对象,采用无人机航拍技术生成数字高程模型,并通过人工目视解译提取沟长、断面宽深比等形态参数,结合历史航拍影像数据分析侵蚀沟发育变化规律及影响因素。[结果] ①2003—2021年拜泉县研究区侵蚀沟发育整体呈加剧趋势,主要沟道类型为中型沟,占研究区总数的60.66%。②研究区内侵蚀沟形态发育差异较大,沟长、平均断面面积及体积主要分布在41.89~1 173 m,11.23~440.69 m2,895.38~107 686.57 m3,整体形态参数分布较为集中。③研究区侵蚀沟沟长、面积及形状指数呈现先升高后降低的变化趋势。平均沟长发育变化速率为9.64 m/a,面积变化速率为246.39 m2/a,侵蚀沟表现为狭长不规则形。④回归分析表明,研究区侵蚀沟沟长(L)与沟宽(W)、周长(P)、面积(S)均呈显著正相关关系。顶宽(TW)与底宽(BW)、周长(P)、面积(S)也存在显著相关关系,决定系数分别为0.82,0.23,0.58。但沟深(D)与侵蚀体积(V)及面积(S)相关性较低未发现显著联系。[结论] 拜泉县典型区域侵蚀沟总体发育趋势较之前相对减缓,但沟蚀现象仍十分严重。整体侵蚀沟形态参数分布较为稳定,且不同形态参数间相互联系,沟长与侵蚀沟缘面积及周长呈紧密正相关关系。
刘陵桦,孟维彩,蔡翠婷,李毅杰,袁宇奇,王晓宇,张翔,侯晓龙
2024, 44(4):236-246,382. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.025 CSTR:
摘要:[目的] 科学评估南方红壤侵蚀区汀江流域植被覆盖的时空变化特征及其驱动力,揭示影响植被覆盖空间分异驱动因子的作用强度和交互作用机制,为汀江流域的生态系统的修复和水土流失的综合治理提供科学依据。[方法] 基于2000—2020年20 a间月尺度MOD13Q1(250 m)数据集,采用一元线性回归方法和皮尔逊相关分析方法探究植被NDVI与时间之间的关系,综合温度、降水量和海拔等自然因子及人为因子,利用地理探测器模型分析流域内植被NDVI时空变化特征及其驱动力强度。[结果] ①时间上,2000—2020年汀江流域植被覆盖度呈现出波动上升的趋势,增长率为7.11%,上升平均速度为0.002 2/a,表明该区域的生态环境正稳定持续改善中。②空间上,整体上以中高和高覆盖度为主,呈现出明显各区县中部低于四周区域的空间分布格局,具有显著的地域性差异,NDVI改善区域面积为86.33%,远大于退化面积区域。③驱动因子探测结果:降水量>海拔>温度>GDP>人口密度>土地利用类型>植被类型>坡度>土壤类型。[结论] 汀江流域植被覆盖度时空变化受自然因子和人为因子双重影响,降水量因子解释力为0.705,是影响研究区植被覆盖度变化的主要驱动因子,海拔、温度和GDP等为次要驱动因子,解释力均为0.58以上。各因子之间的交互作用(q)较于单因子表现出了更高的解释力,为双因子之间主要表现为增强和非线性增强效应的复杂关系。
2024, 44(4):247-256. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.026 CSTR:
摘要:[目的] 内蒙古自治区重点生态功能区是中国北方生态安全重要屏障。揭示该区生态系统类型转换及对土壤风蚀的影响,为促进该区生态环境安全与绿色发展提供科学参考。[方法] 基于土地利用、气象和基础地理信息等数据,采用修正的土壤风蚀方程模型,揭示内蒙古地区重点生态功能区生态系统类型与土壤风蚀的时空变化特征,并剖析生态系统类型转换及其对土壤风蚀的影响。[结果] ①2000—2022年内蒙古地区重点生态功能区内生态系统间转换强烈,生态系统类型转换总面积6 019.59 km2,以草地与荒漠以及耕地与林草的相互转化为主,2015年之后生态系统趋向稳定,各类生态系统动态变化强度降低; ②内蒙古地区重点生态功能区平均土壤风蚀模数为56.39 t/hm2,按土壤风蚀量由大到小为荒漠、草地、农田和森林生态系统,土壤风蚀程度以微度和轻度侵蚀为主,主要分布在大小兴安岭森林生态功能区和科尔沁草原生态功能区等区域; ③内蒙古地区重点生态功能区各类生态系统类型之间的转换造成土壤风蚀量净减少了1.08×108 t,生态退耕、耕地开垦、草地质量提升、荒漠化防治和建设用地扩展造成土壤风蚀模数分别减少了0.11,0.23,0.66,0.84,0.68 t/hm2。[结论] 应加强巩固内蒙古重点生态功能区的生态治理成效,避免复垦与新开荒事件发生,促进内蒙古地区荒漠化综合防治及高质量发展。
2024, 44(4):257-264,393. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.027 CSTR:
摘要:[目的] 探究和田—若羌铁路大风沙区铁路科学的防沙林带宽度、间距及体系配置模式,为沙区铁路防护林带配置和建设提供理论依据。[方法] 以梭梭和沙拐枣为林木模型,开展防沙林带配置的风洞试验研究。[结果] 防护林带宽度为5行,防护林带间距为6 H(H为植物模型高度)时,第2条林带气流减弱效果明显,第3条阻沙林带之后区域,气流衰减显著,且不会随着风速的增大而增加,具有较好的防护效益,3条林带达到较好的防护作用。风速越大,林带背风侧防护区的范围越短。[结论] 为保证体系在较大风速作用下有较好的防护作用,林带体系应选择5条防护林配置体系模式。
2024, 44(4):265-276. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.028 CSTR:
摘要:[目的] 分析1993—2022年全球沟蚀研究技术与方法领域的研究现状、进展和前沿热点的变化趋势,梳理研究技术与方法的发展态势,为促进沟蚀研究方法和技术的发展与突破提供参考。[方法] 以Web of Science核心合集中的376篇英文文献为对象,采用文献计量方法,运用CiteSpace软件进行知识图谱分析。[结果] ①1993—2022年沟蚀研究技术与方法的研究呈上升趋势,2013年后快速发展,2020年文献量达到最高(47篇)。③研究主力国家中,中国(20.25%)、美国(10.44%)发文量最大,英国(70.85次)、比利时(72.89次)均被引频次最高;该领域影响力前10的研究机构中,中国机构有4家机构(中国科学院、北京师范大学、西北农林科技大学、西华师范大学)。发文影响力最高的作者是Poesen Jean,仅有1名中国学者发文量位居前10。③关键词共现表明目前沟蚀研究技术与方法主要应用于侵蚀沟的时空分布及变化、影响因素、作用机制等方面。沟蚀研究技术与方法趋于多样化,2D平面测量正被3D立体测量所取代,多技术的融合使用成为该领域发展的新趋势。[结论] 沟蚀监测技术与方法发展前景光明,应重视多种技术的结合使用,提高测量精度,促进学科发展。
2024, 44(4):277-288. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.029 CSTR:
摘要:[目的] 探求川黔地区绿色发展与乡村振兴协调水平及影响因素,为中国西部地区推进绿色发展与乡村振兴进程,促进两者协调发展提供科学依据。[方法] 以2011—2020年川黔地区30个市州相关数据为研究对象,构建绿色发展和乡村振兴指标体系,采取耦合协调度模型、Tobit模型分析绿色发展与乡村振兴耦合协调关系及影响因素,并根据地区特点进行异质性分析。[结果] ①川黔地区绿色发展指数在不同政策影响下呈现小幅波动,地区之间差异显著;乡村振兴指数在实施乡村振兴战略后有较大涨幅,地区间差异较小。②绿色发展与乡村振兴的耦合协调水平呈逐年上升趋势。③考虑经济、政策和地理等因素对川黔地区绿色发展与乡村振兴协调水平的影响,除海拔高度外,其余影响因素均显著且为正。④异质性结果表明,教育发展、科技创新、交通条件、环境规制、地形坡度和海拔高度等因素在不同地区内存在显著异质性。[结论] 川黔地区需鼓励和支持经济发展,重视政府影响,进行产业结构调整和升级,不断提高教育发展水平、科技创新水平,改善交通条件和环境规制情况,因地制宜提升绿色发展与乡村振兴的协调水平。
2024, 44(4):289-297. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.030 CSTR:
摘要:[目的] 定量分析山西省2011—2022年农业面源污染时空变化特征并预测其发展趋势,为该省农业面源污染防治工作的开展提供科学参考。[方法] 采用排污系数法和等标污染负荷法定量分析山西省农业面源污染的时空变化特征,通过建立自回归移动平均的(ARIMA)时间序列预测模型对其发展趋势进行预测。[结果] ①2022年山西省农业面源污染排放量分别为:化学需氧量(COD)为4.74×105 t,NH3-N为5 820 t,TN为2.86×104 t和TP为4 180 t。排放量高值区集中在吕梁市和运城市,低值区集中在太原市和阳泉市。等标污染负荷总量为3.95×1010 m3。首要污染物为TN,首要污染账户为畜禽养殖账户。②2011—2022年,4类污染物变化趋势表现出一致性,总体上表现为波动上升,且各项污染物最高值均出现在2022年。各行政区污染物排放量排序基本稳定,运城市和吕梁市一直占重要地位。根据等标污染负荷计算结果,12 a来TN一直是首要污染物,畜禽养殖一直是首要污染账户,并且占比仍在不断上升。③通过确定模型参数,建立ARIMA(1,1,2)模型进行预测。预测期内山西省农业面源污染会有小幅下降,之后发展趋势表现为平稳上升。[结论] 需要进一步加强对农业重点污染账户和重点污染物的防治工作,以降低农业面源污染排放量,缓解其上升趋势。
2024, 44(4):298-308. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.031 CSTR:
摘要:[目的] 研究人类活动影响下中小河流水沙变化特征,为流域水土保持和航道水沙管理提供科学支撑。[方法] 基于南流江、钦江流域1965—2021年近60 a的水沙数据和相关土地利用数据,利用景观指数、水沙突变检验等方法,分析景观格局对流域水沙变化的影响。[结果] ①南流江和钦江流域的径流量和输沙量呈逐渐下降趋势。输沙量下降趋势比径流量的明显,径流量和输沙量的突变点都发生在21世纪00年代。②钦江流域的林地比例由1990年的38%增加至2020年的41.6%,南流江的耕地向林地转移面积逐渐增大。退耕还林政策取得成效,水沙变化也呈现逐渐减少的趋势。③两个流域的水沙变化与景观破碎化程度呈负相关关系、与斑块聚集度呈正相关关系。[结论] 总体上南流江和钦江流域内土地利用变化格局保持较稳定,水沙变化受土地利用变化影响较明显,因此相关部门应该继续加强对生态用地的保护和管理。为了防止水土流失,应该避免人类活动对景观格局的过度干扰,合理规划景观空间配置。
2024, 44(4):309-320. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.032 CSTR:
摘要:[目的] 分析京津冀地区各市2000—2021年地表水面积的时空变化趋势、典型湿地的地表水空间形态演变及影响因素,为该区域水资源保护及合理开发利用提供科学参考。[方法] 利用JRC全球地表水产品数据集提取2000—2021年京津冀各市不同类型的地表水,分析京津冀各市近22 a地表水面积时空变化趋势,利用形态学空间格局分析模型(MSPA)分析典型区域白洋淀、七里海湿地的地表水空间形态演变,结合气候和人类活动数据,采用相关性分析法,阐明不同城市地表水时空变化的驱动机制。[结果] ①从时间上看,2000—2021年京津冀永久性水体面积整体呈下降趋势,而季节性水体面积整体呈增长趋势。从空间上看,地表水面积动态度减少的重心区域主要集中在都市圈北京、天津、廊坊等城市,而南北方向上“南水北调”中线沿线城市邯郸市、邢台市、石家庄市等城市地表水面积动态度呈现增加趋势。②近22 a白洋淀核心湿地地表水面积在2000—2005年逐渐减少,2005年后开始逐渐增加。七里海的核心湿地面积在2000—2010年逐渐减少,2010年后开始逐渐增加。③京津冀南部城市最大水体面积与降水量呈正相关,而东部沿海城市呈负相关,显示人类活动与自然补给之间的不平衡性。北京市、承德市、唐山市的用水量与最大地表水面积之间存在显著正相关,显示跨流域调水和生态补水的影响较大。而秦皇岛和天津市则表现为显著负相关和极显著负相关,显示地下水超采对地表水资源有着不利影响。[结论] 地表水面积变化受气候和人类活动的显著影响,未来京津冀应通过跨流域调水、节水宣传、生态恢复和减少地下水的开采,有效保护地表水资源,以应对气候和人类活动的影响。
2024, 44(4):321-329. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.033 CSTR:
摘要:[目的] 探讨鲁西南黄泛区耕地的空间格局、变化特点及其影响因素,为区域耕地保护提供科学依据。[方法] 基于2 m高分遥感影像,结合野外调查和《菏泽市统计年鉴》,采用遥感解译、重心模型、冷热点分析、地理探测器等方法,分析2019—2022年鲁西南黄泛区耕地空间分布、重心迁移、年际变化特征及影响因素。[结果] ①2019—2022年鲁西南黄泛区耕地面积占区域60%以上,每年均存在耕地流失现象,流失面积呈现逐年递减趋势,郓城县耕地面积减少最多,达18.28 km2,鄄城耕地动态度变化最大,达-2.26%;耕地重心整体向东北方向迁移。②耕地流出面积高于流入面积,主要流出方向和流入方向均为建设用地和林地,耕地变动最集中的区域主要分布在曹县南部。③对耕地变化影响最强的单因子是农村从业人员(X5),最强的双因子交互组合是农村劳动力资源数(X4)和城镇居民人均收入(X6)。[结论] 鲁西南黄泛区2019—2022年耕地流失是经济社会因子为主的多因子综合作用的结果。
2024, 44(4):330-339. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.034 CSTR:
摘要:[目的] 研究贵州省土地利用动态转移变化频数的空间格局及驱动因素,为该区土地调查工作与相关政策提供理论参考。[方法] 基于2000—2020年贵州省土地利用数据,采用土地利用变化频数统计、核密度分析、空间自相关性等方法分析贵州省土地利用变化频率的时空分布特征,并借助地理探测器对其影响因素进行研究。[结果] ①贵州省2000—2020年土地利用变化频数中土地发生变化的面积仅为2%,但资金和人力的投入却相对较高,因此两者的投入关系极不协调。②贵州省2000—2020年土地利用变化频数中已变化的土地在空间分布上具有显著的空间异质性。③贵州省2000—2020年已变化土地核密度结果呈现“西高东低”的分布特征,土地变化1次的分布密度最大,土地变化3次的分布密度最小。④贵州省2000—2020年已变化土地和未变化土地皆呈显著空间集聚特征,已变化热点区域为赫章、大方等,未变化热点区域为威宁、从江等地区。⑤2000—2020年贵州省土地利用变化频数驱动因素的交互探测结果显示,坡度和坡向的交互作用对贵州省土地利用变化频数空间分异的解释力最强。[结论] 贵州省土地利用变化频率分布具有显著的空间异质性,应建立贵州省土地利用变化频数监管机制,实现有效利用社会资源和减轻社会财政负担。
2024, 44(4):340-351,361. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.035 CSTR:
摘要:[目的] 内蒙古大兴安岭作为独特山地生态热点地区,研究其土地流转和强度对生态系统服务功能的响应关系,为推进该地区科学配置土地利用格局、促进生态可持续发展提供理论依据。[方法] 基于1990—2022年5期遥感影像,在县域尺度上综合运用InVEST-CASA模型和四象限模型法,评估5种典型的生态服务功能(生境质量、碳储量、水源涵养量、土壤保持量和植被净初级生产力)变化,并研究土地利用强度(LUI)时空演变与生态系统服务功能相关性。[结果] ①1990—2022年,研究区土地利用格局稳定,农田、草地和林地(天然林、人工林)是内蒙古大兴安岭主要组成地类。②生态系统服务功能呈北高南低缓慢退化态势,生境质量和土壤保持量逐年下降,产水量和植被净初级生产力波动式衰减,碳储量增速减缓。③由于土地利用格局变化和利用强度增加,生态系统服务功能综合值与土地利用强度之间呈现负相关,受其影响较为显著的县域主要分布在该研究区的东南侧。[结论] 内蒙古大兴安岭生态系统服务功能存在明显时空异质性特征,合理优化土地利用格局可以有效提升内蒙古大兴安岭地区生态系统服务功能。
2024, 44(4):352-361. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.036 CSTR:
摘要:[目的] 揭示南太行典型工矿区土壤pH值的空间分布规律及影响过程,为该典型工矿区复杂环境下土壤环境质量评估及污染防治提供科学支撑。[方法] 以南太行典型工矿区蟒河小流域为研究区,采集121个土壤表层(0—20 cm)样品和部分辅助样品,综合应用3S技术、地统计学及地理探测器等模型方法,对研究区土壤表层pH值空间分布特征及影响因素展开研究。[结果] 研究区土壤pH值范围在6.40~8.53之间,均值为7.82,低于黄河流域河南段背景值(背景值为8.46),与其他时期相比,土壤pH均值下降,存在土壤酸化趋势。土壤pH值呈弱空间变异,受地形等因素影响大,当间隔距离小于1 905 m时,空间分布连续,具有较强空间自相关性。基于经验贝叶斯克里金的土壤pH值空间插值效果更优,土壤pH值空间上呈梯度分布,由中西部向东北和南部递增。低值区主要在中部和西部的河谷及山前平原地带;单个因子对pH值解释力不明显,坡向、土地利用等叠加其他因子后对流域内土壤pH值空间分布解释程度显著增强。[结论] 自然条件及人类活动等多要素叠加作用是区域土壤pH值空间分布的主要驱动因素,也是区域土壤环境评估与污染修复重点关注的内容。
2024, 44(4):362-370. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240719.002 CSTR:
摘要:[目的] 探究山西省6大盆地地下水流场演变的影响因素与机制,为该区地下水资源可持续利用提供理论依据。[方法] 采用地学统计、投影寻踪回归技术等研究方法,分析降水量变化和人类活动对山西6大盆地地下水系统演变的影响特征。[结果] ①降水量与地下水位变幅呈直线相关关系,降水量每增加100 mm,太原、运城、大同、忻州、临汾和长治盆地地下水位下降幅度分别减少了0.45,0.46,0.20,0.28,0.22,0.73 m; ②地下水位与地下水系统蓄变量呈直线相关关系,地下水超采量每增加1.00×108 m3,运城、太原、大同、忻州、临汾和长治盆地平均地下水位分别下降0.18,0.36,0.25,0.55,0.40和2.0 m; ③不同区位影响地下水资源量的相关因素的贡献度有明显差异。降水量是影响地下水资源量的首要因素,贡献度均超过了40%;在运城和大同盆地,耕地变化是第二影响因子,贡献度均为22.55%;太原、忻州、临汾和长治盆地,建设用地变化是第二影响因子,贡献度分别为19.12%,17.57%,16.56%,22.43%。[结论] ①可通过适时开展人工降雨,增大降水量,增加地下水补给量,减缓地下水位下降幅度; ②在地下水超采区应适当压减地下水开采量,增大地下水系统蓄变量,逐步恢复地下水位; ③应采取有力措施抑制耕地不断减少及建设用地过快增大,从而减少土地利用类型变化对地下水资源量造成的影响。
2024, 44(4):371-382. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.20240715.001 CSTR:
摘要:[目的] 开展基于生态水文变异特征的山东省济南市南部山区河流生态需水研究,为区域水资源综合管理和生态保护,加强黄河流域生态保护,促进黄河流域可持续发展提供理论依据。[方法] 收集1979—2021年黄河下游济南南部山区的崮山站(北大沙河)和卧虎山站(玉符河)的径流量数据,采用累积距平法,Mann-Kendall(M-K)检验法,滑动T检验法,双累积曲线法多种统计分析方法,分析径流突变点;结合IHA-RVA法,研究济南南部山区河流径流变异特征和生态需水;通过分析河流生态需水满足度,研究区域生态水文和生态需水变异的主要影响因素,提出济南南部山区生态需水的保障措施。[结果] 北大沙河和玉符河的径流量突变点为1996年,整体水文改变度分别为72.75%和69.42%,均属高度改变;北大沙河和玉符河的年生态需水分别为1.47×106,1.81×106 m3。总体上,北大沙河月生态需水满足度平均为32.35%,玉符河月生态需水满足度平均为60.42%。[结论] 济南南部山区在突变前后水文变异较大,总体的生态需水满足度整体偏低,可从河流生态调度和提高水资源利用效率方面加强河流生态需水保障。
2024, 44(4):383-393. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.039 CSTR:
摘要:[目的] 揭示山区撂荒耕地的地形特征,为区域土地资源管理和农业可持续发展提供科学参考,[方法] 以重庆市巫山县为研究区域,利用谷歌地球引擎(Google Earth Engine, GEE)云平台上的Landsat TM/ETM+/OLI和Sentinel-2数据,采用决策树与时间序列 NDVI变化检测法,对2017—2021年研究区的撂荒地信息进行提取和分析。[结果] ①从时间序列特征上看,研究区内撂荒地面积整体呈上升趋势,2017—2021年的增加量为2 123.50 hm2,增长率为19.61%,区间内曲线形态上表现为“W”字形特征。空间上撂荒地呈全局分散,局部集中特征,主要沿着水系走向分布,显著集中于河流两侧,周边被坡耕地围绕。②研究区内撂荒地在不同的高程带和坡度带分布不同。撂荒地主要集中于高程1 000 m以下和坡度5°~20°范围内。高程1 500 m以下的区域,撂荒地面积和撂荒率表现“先增后减”的规律,2019年达到最高点;高程1 500 m以上的区域,撂荒地面积和撂荒率随着时间的变化呈现“先减后增”的规律,在2020年达到了最低值。③撂荒地在不同地形位等级下的分布指数表现为持续减少型,地形梯度1级、2级的分布指数大于1,为撂荒地的优势区。[结论] 决策树与NDVI时序变化检测法结合能够精准识别撂荒地,识别精度为83.59%。
2024, 44(4):394-404. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.040 CSTR:
摘要:[目的] 研究中国北方农牧交错带耕地压力时空演变状况及空间分异状况,为北方农牧交错带未来粮食安全发展战略布局提供决策参考。[方法] 基于修正的耕地压力指数模型分析北方农牧交错带2000—2023年耕地资源状况,并细分研究区域,分析耕地压力时空发展态势,利用预测模型测算耕地压力未来变化状况,最后提出相应对策建议。[结果] ①北方农牧交错带耕地压力总体上升,在时间序列上呈现“W”形变化;空间格局呈现“整体警戒,局部平稳”的态势,压力重心随时间总体向西南迁移; ②区域耕地压力异质性呈逐渐分异趋势,受区域功能及产业结构发展的影响,时间格局上呈现异质性逐渐明显的趋势,空间格局分布上呈现出“长城沿线沙化地区长期稳定,黄土丘陵沟壑地区逐渐上升,京津冀水源涵养地区平缓下降”的特征; ③未来7 a北方农牧交错带耕地压力呈现整体升高态势,对粮食安全及区域发展构成一定威胁,需引起有关部门的保护及重视。[结论] 北方农牧交错带耕地压力总体呈上升趋势,且区域内差异逐渐明显,未来应提高全域耕地地力及环境整治能力,开展跨区域耕地保护补偿机制。
2024, 44(4):405-415. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.041 CSTR:
摘要:[目的] 开展农户参与水土保持的福利效应评价,为区域水土保持可持续发展提供理论支持。[方法] 以三峡库区水土保持项目区县为例,运用可行能力理论构建了福利评价指标体系,通过倾向得分匹配法、模糊综合评价法和分位数回归法探究农户参与水土保持的福利效应。[结果] ①农户参与水土保持后,耕作环境和居住环境福利指数分别提升了0.523和0.614,农户的居民幸福指数水平较高,收入满意度等主观福利指数均分布在0.5以上。②参与水土保持的农户与未参与水土保持的农户的福利状况存在明显差异,参与农户的福利总模糊指数大于未参与农户。③水土保持项目从经济、社会和生态等方面综合提升农户的福利水平,福利效应为2.75%~2.80%。④农户参与水土保持的程度越高,福利水平越好;农户自发水土保持行为产生的总福利大于政府引导水土保持产生的总福利,对于产量和耕作环境福利方面政府引导产生的福利更显著,耕地面积是影响农户参与水土保持福利状况的主要因素。[结论] 研究区应加强对水土保持技术的推广和培训,实施水土保持措施时需考虑地区特性,从而提高农户的水土保持参与度,确保更多农户从水土保持中获益。
2024, 44(4):416-428. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.042 CSTR:
摘要:[目的] 探明果园面源污染的来源、迁移特征及影响因素,为科学防控果园面源污染、改善土壤及水环境质量提供理论依据。[方法] 基于国内外最新研究成果,分析果园氮磷、重金属、农药等污染物来源、迁移特征及影响因素,剖析现有研究不足,提出未来研究方向。[结果] ①果园肥料氮施用强度〔565~1071.2 kg/(hm2·a)〕、氮磷流失系数总体高于农田,氮磷易在坡地果园坡底累积,在土壤中空间变异性高于农田和茶园。②在果园未被污水灌溉、周边无工业活动情况下,施用的肥料和农药及交通活动是果园土壤重金属的主要来源,重金属在土壤剖面迁移范围约在0.005~0.8 m。③果园苯并咪唑类、除虫菊酯类农药用量分别约为450~4 050 g/hm2,60~150 g/hm2,弱吸附性农药施用后受短期降雨影响大,中等吸附性农药受到降雨和蒸发双重影响,河流中农药含量呈现与降雨相关的季节性。④控制果园面源污染应优先处理初期径流,有效截留泥沙。林下生草可削减径流7.1%~98.7%,控制泥沙15.7%~99.8%,截留氮、磷分别为4.6%~98.5%和15.3%~96.6%,削减重金属18.8%~90.1%。⑤果园面源污染迁移特征与降雨时空分布一致,20%地表径流约输出50%以上污染负荷,极端降雨下果园径流系数、氮磷流失为普通降雨的2.6和11.5倍,降雨量、降雨强度是影响重金属和农药迁移的主要因素,在持续时间长,强度中等的降雨模式下,重金属和农药更容易下渗和往下游迁移。[结论] 国内果园精细化管理尚在起步阶段, 未来有待探明复杂因素影响下果园面源氮磷、重金属、农药等污染的迁移规律,精准识别面源污染影响时空范围与程度,科学阻控面源污染,在保障果品前提下有效减少面源污染流失,提升果园生态效益,降低环境风险。
2024, 44(4):429-440. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.043 CSTR:
摘要:[目的] 探讨农地配置效率时空演变与驱动因素,为践行大食物观、农业资源有效利用及农业高质量发展提供理论支撑和科学参考。[方法] 基于大食物观理念,本研究运用三阶段DEA模型、Dagum基尼系数、核密度估计法和面板Tobit回归,对2004—2022年中国30个省份农地配置效率进行测度并分析其时空演变特征及驱动因素。[结果] 中国农地配置效率总体水平较高且稳定,剔除环境因素和随机误差后,配置效率的空间特征发生逆转,并最终呈现出中部—东北—东部—西部依次递减的变化态势;且区域间总体差异呈波动上升趋势,其中超变密度在总体差异中占主导地位;各区域的农地配置效率均存在一定的空间极化现象;城镇化率、生态治理、农业技术进步对农地配置效率有显著正效应,农村公路设施和居民食物营养需求呈显著负效应,财政支农的效应不显著 。[结论] 应正确理解和运用大食物观理念,发挥食物消费结构对农地配置的影响、深入实施绿色生态农业实践、实现政府和市场有机结合,全方位提高农地配置效率。
2024, 44(4):441-447. DOI: 10.13961/j.cnki.stbctb.2024.04.044 CSTR:
摘要:[目的] 中国水土流失治理已由“全面治理,重点治理”迈向“系统治理,攻坚克难”的新阶段。分析山水林田湖草沙系统治理的内涵、准则及其与水土保持的关系,旨在丰富新时代水土保持理论体系,引领水土保持高质量发展。[方法] 在长期理论探索和实践验证的基础上,梳理山水林田湖草沙系统治理理念的发展过程,阐明其内涵、目标与实践准则。[结果] 水土流失长期治理实践总结提升形成的以小流域为单元的综合治理技术路线是山水林田湖草沙生命共同体系统思想最朴素的实践体现。小流域综合治理的系统性主要体现为治理对象的系统协调,总体布局的系统统筹,治理措施的系统考量,治理成效的多效益兼顾,实施和管理的多部门协同和多主体参与的共治共享6个方面。水土保持高质量发展实践需要遵循的基于系统治理理念的具体举措包括:利用系统思维理解水土保持高质量发展的内涵和要求,精准诊断山水林田湖草沙系统短板及其控制性要素,构建山水林田湖草沙多层次全方位立体化防控体系,构筑完备的水土保持管理与技术保障体系。[结论] 在新的历史时期,应该完整准确理解并全面贯彻落实山水林田湖草沙系统治理的理念,探索整体提升水土保持学术研究水平和治理效能的新路径、新模式、新机制。同时应结合区域或流域实际,对农田、水利、牧业、林业及生产建设活动进行全面综合系统的规划和治理,推动水土保持高质量发展。
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