基于地理探测器的浑善达克沙地植被变化定量归因

开展区域植被覆盖变化及驱动机制研究具有重要的意义。选取浑善达克沙地为研究区,基于地理探测器模型,定量研究了7个驱动因子对区域植被变化的单独影响及交互影响。结果表明：（1）2000—2018年,浑善达克沙地68.83%的区域植被覆盖在增加,其中显著增加的区域集中在研究区的中部和南部,即阿巴嘎旗、锡林浩特市、正蓝旗、正镶白旗和多伦县。（2）相对湿度和降水量是影响区域植被覆盖的主要自然因素,解释力分别达到了56.6%和49.5%。累计造林面积密度和年末牲畜头数密度是影响区域植被覆盖的主要人类因素,解释力分别达到了49.1%和46.4%,表明生态工程的实施对区域植被覆盖变化产生了重要的影响。（3）不同因子之间的交互作用决定值q均大于每个单独因子的决定值q,表明驱动因子的两两交互作用均会增加对区域植被变化的解释力。其中,相对湿度和人类活动因子（累计造林面积密度、年末牲畜头数密度和人口密度）,降水量和年末牲畜头数密度均以双协同为主,解释力均超过了60%。而平均气温和年末牲畜头数密度以非线性协同为主,解释力也达到了60%以上。     

基于地理探测器的喀斯特不同地貌形态类型区土壤侵蚀定量归因

土壤侵蚀形成机制与影响因素识别是当前研究的核心与前沿议题,然而从多因素综合作用的角度进行定量归因仍需加强。以喀斯特典型峰丛洼地流域为研究区,基于GIS手段和RUSLE模型模拟土壤侵蚀,综合土地利用、坡度、降雨、高程、岩性、植被覆盖度等影响因子,应用地理探测器方法针对喀斯特不同地貌形态类型区进行土壤侵蚀的定量归因研究。结果表明,各影响因子对土壤侵蚀的解释力及因子间耦合作用程度在不同地貌形态类型区差异显著,其中土地利用和坡度是决定土壤侵蚀空间异质的主导因子,但在山地丘陵区,随着地形起伏度的升高,坡度的控制作用下降,即地理探测器q值表现为中海拔丘陵>小起伏中山>中起伏中山;生态探测器显示土地利用对土壤侵蚀的影响相比于其他因子有显著差异;双因子交互作用有助于增强对土壤侵蚀的解释力,土地利用与坡度的协同作用对土壤侵蚀的解释力达到70%以上;对于土壤侵蚀空间分布的差异性检验,风险探测器显示在小起伏中山、中起伏中山等地貌形态类型中,具有显著差异的影响因子分层组合数占比至少55%。因而,喀斯特地区土壤侵蚀的治理应综合考虑不同地貌形态类型区土壤侵蚀影响机制的空间异质性。     

基于RUSLE的广东南岭土壤侵蚀敏感性研究

基于修正的通用水土流失方程RUSLE和GIS技术,分析了影响土壤侵蚀敏感性的降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、坡度坡长因子以及植被覆盖与管理因子,并生成单要素敏感性评价图,在此基础上,评价研究区土壤侵蚀敏感性,探讨不同土壤侵蚀敏感性的分布规律及其主导因子的空间分异特征。结果表明：降雨侵蚀力因子的变化范围为8 181.52~14 621.56（MJ·mm）/（hm2·h·a）,土壤可蚀性因子为0.146~0.238（t·hm2·h）/（hm2·MJ·mm）,坡度坡长因子为0~612.615,植被覆盖与管理因子为0.101~1.183,土壤侵蚀的最大值和平均值分别为7 016.44和137.69 t/（km2·a）,土壤侵蚀敏感性以低度敏感和较低敏感为主,不同影响因子在敏感性分区的变化范围不同,其中地形因子和植被覆盖与管理因子对土壤侵蚀最为敏感。     

基于RUSLE和地理探测器的鄂西北土壤侵蚀时空分异与归因

揭示鄂西北土壤侵蚀时空分异特征及成因可为该区域的水土保持工作提供借鉴。基于RUSLE模型定量分析2005—2020年鄂西北土壤侵蚀时空分异特征,利用地理探测器进行土壤侵蚀时空格局的主导因素和多因子间度量交互耦合程度的定量归因研究。结果表明：1)鄂西北2005—2020年土壤侵蚀强度整体持续下降,15年间平均土壤侵蚀模数下降了16.3 t/(km²·a);整体以微度和轻度侵蚀为主(占总侵蚀面积的93%)。2)不同坡度下土壤侵蚀强度不同,8°～25°地区以中度、强烈和极强烈侵蚀为主(侵蚀占比为55.4%);>25°地区,65.6%的面积受到强烈及以上等级的高强度侵蚀。3)坡度和主要土地利用类型是土壤侵蚀的主导因子,二者共同作用对土壤侵蚀的解释力(q=0.479)均优于单因子。4)坡度>35°、高程在500～800 m、年降雨侵蚀力在4 950.55～6 378.09 MJ·mm/(hm²·h·a)且以耕地为主要土地利用类型的区域均被识别为高风险侵蚀区。     

基于灰色关联法和德尔菲法的土壤侵蚀敏感性评价——以云南金沙江流域3个典型露天矿区为例

灰色关联法和德尔菲法是对系统中各因子的价值或贡献率进行评估的有效方法.土壤侵蚀敏感性的评价涉及自然界诸多因素,包括定性因素和定量因素,因此采用灰色关联法和德尔菲法进行土壤侵蚀敏感性评价将提高评价的效率和准确性.金沙江流域从上游到下游地理环境差异大,采用灰色关联法和德尔菲法对不同地理环境下的露天矿区进行土壤侵蚀敏感性评价,有助于流域的生态环境保护与治理.分别在该流域（云南部分）高山峡谷区、宽谷湖盆区、喀斯特中山丘陵区等3种地理环境下选取3个典型露天矿区为研究对象,以土壤质地、地形起伏度、坡度、植被覆盖度、植被类型、降水等6个因子作为评价指标,采用灰色关联度法、德尔菲法,在GIS软件平台下对3个典型露天矿区进行了土壤侵蚀敏感性评价,得出了3个典型露天矿区的土壤侵蚀敏感性.实践证明,两种方法与GIS相结合是实现土壤侵蚀敏感性评价的有效工具.     

红壤区植被覆盖变化及与地貌因子关系——以赣南地区为例

以HJ卫星CCD影像为数据源,计算和分析赣南2008和2011年植被覆盖演变和空间分布特征及与地貌因子关系。结果表明:红壤区域植被覆盖度与高程在2008、2011年相关系数分别为0.946 1、0.954 5,具有强正相关性;植被退化主要集中在高植被覆盖区域,100~300 m高程、1~5°坡度、306~360°坡向范围分别占总退化面积的88.84%,88.41%,30.73%;50~150 m高程、13°以下坡度和27°坡度以上区域为退化最剧烈区域。量化了植被覆盖与地貌因子的关系,为红壤区域环境治理和监测提供科学依据,具有一定的实用价值。     

低丘缓坡建设开发对土壤侵蚀的影响

低丘缓坡建设开发是否导致水土流失以及多大程度的水土流失,是学术界一直争论的问题。本文以最早在全省开展低丘缓坡建设开发的云南省为例,选择具有代表性的滇中地区62个低丘缓坡建设开发项目区为研究对象,结合对项目区进行实地踏勘,采用修正的通用土壤侵蚀方程(Revised Universal Soil Erosion Equation, RUSLE),对滇中地区低丘缓坡项目区2010年和2018年(即建设开发前后)土壤侵蚀状况及其时空变化特征进行定量分析,探讨低丘缓坡建设开发所造成的地形、土地利用类型及植被覆盖率的变化对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)整体上滇中地区62个项目区在开发后土壤侵蚀状况趋向好转,具体表现为微度侵蚀等级面积净增加;(2)低覆盖草地、灌木以及≥15°坡耕地,水土保持能力较弱。其中,草地和灌木的水土流失面积较大,占总水土流失面积达76.57%;(3)水土流失高发区主要集中在坡度≥8°的区域,若仅考虑引起水土流失面积大小,8°～25°区域内的水土流失情况最为严重,占总水土流失面积68.54%;而从引起水土流失难易程度上,坡度≥25°发生水土流失的概率最高,平均水土流失面积占该坡度面积62.05%。综上,本文揭示低丘缓坡建设开发对土壤侵蚀的影响,为项目区水土流失防治和危害评估提供数据支撑,并为区域生态修复和综合治理提供参考和依据。     

喀斯特山地土壤侵蚀和产水量的最优解释力

喀斯特生态系统服务主导影响因子识别是科学治理石漠化的前提,然而环境因子对生态系统服务空间分布的解释力受尺度变换的影响,其尺度效应的定量研究仍需进一步加强。为定量厘定环境因子解释力的尺度效应,本文从多尺度视角出发,利用地理探测器定量分析不同空间分辨率下环境因子对土壤侵蚀和产水量的解释力,并探求其在不同地貌形态类型区的差异性规律。结果表明,坡度和植被覆盖度是影响土壤侵蚀空间分布的主导因子,两者的交互作用对土壤侵蚀空间分布的解释力更强。受研究区地形起伏普遍性和景观破碎化的影响,坡度和土地利用类型在低分辨率下解释力最优。降水、海拔和土地利用类型是产水量空间分异的主导因子。降水和土地利用类型的交互作用对产水量的解释力达95%以上,海拔在不同地貌形态类型区的空间变异性影响其最优解释力水平。具体表现为：在台地、丘陵类型区海拔空间变异性较小,在高分辨率下其解释力最优;在山地类型区,海拔空间变异性较大,在低分辨率下其解释力更强。本文通过多尺度分析定量甄别生态系统服务变量的最优解释力,以期为喀斯特山地生态系统服务的主导因子精准辩识和分区优化提供途径和依据。     

基于TETIS模型的黑土区乌裕尔河流域径流与侵蚀产沙模拟研究

为科学地认识中国东北黑土区流域土壤侵蚀特征,探讨TETIS模型在该区的适用性,本文以乌裕尔河流域为例,利用1971-1987年日径流与泥沙实测数据对TETIS模型进行了校正与验证,进而分析了流域土壤侵蚀强度特征及其与坡度、土地利用方式的关系。研究结果表明：TETIS模型在乌裕尔河流域适用性好,日径流与日输沙量的纳什效率系数在0.52~0.70之间,决定系数在0.60~0.71之间,体积误差均不超过15%。流域平均侵蚀模数为397.2 t/(km²·a),流域以微度和轻度侵蚀为主,约90%的产沙来自于坡面。平均土壤侵蚀模数随坡度的增大而增大,流域侵蚀量主要来自于0°~5°坡面。不同土地利用方式具不同的土壤侵蚀模数,耕地土壤侵蚀模数最大,达556.3 t/(km²·a)。坡度较大的耕地和植被覆盖度较低的区域是水土流失治理的重点。研究表明,TETIS模型在黑土区模拟土壤侵蚀产沙应用前景好,可为研究区制定水土保持措施提供科学依据。     

黄河头道拐—潼关区间植被恢复及其对水沙过程影响

黄河头道拐—潼关区间是黄河泥沙的主要来源区,也是中国植被恢复最快的地区。植被的快速恢复对径流和输沙过程产生了深远影响。本文基于250 m分辨率的归一化植被指数数据（MOD13Q1 NDVI）,使用统计分析和趋势分析技术,分析了头道拐—潼关区间不同景观单元植被恢复特点、影响因素以及其对水沙过程的影响,并对头道拐—潼关区间植被未来发展趋势进行了预测。研究结果显示：头道拐—潼关区间82.87%区域的植被呈显著增加趋势（p < 0.05）,且植被恢复速度最快的区域为半湿润的黄土丘陵沟壑区,坡度和降水量在不同景观单元下对植被恢复的影响不同。随着降水量的增加,头道拐—潼关区间NDVI和年降水量的相关性降低。在植被恢复背景下,黄河中游主要河流径流的主要影响因素仍然是降水量,输沙量同时受到降水量和植被恢复的影响,含沙量与NDVI呈现出较强的负相关关系,而与降水量的相关性较弱。随着植被覆盖度的增加,流域土壤侵蚀量降低,河流输沙量也呈降低趋势,土壤侵蚀量对河流输沙量的贡献率变化于39%~88%之间。基于植被恢复潜力和恢复速度,本文预测头道拐—潼关区间2020年、2030年、2040年以及2050年的NDVI平均值将分别达到0.68、0.75、0.79以及0.80。     

祁连山自然保护区煤矿修复区地表节肢动物分布特征及其影响因素

恢复人工植被是祁连山自然保护区矿区废弃地修复的主要手段,经过近5年的修复,矿区废弃地修复区地上植被盖度明显提高,但关于作为评价土壤修复效果重要指标的土壤动物群落变化的认识还很有限。以祁连山自然保护区典型煤矿废弃地为研究对象,采用野外调查的方法对比研究了煤矿修复区和毗邻区（原始地貌）大型土壤动物分布特征及其影响因素。结果表明：（1）修复区植物丰富度、生物量、盖度及土壤粗砂、有机质、全氮含量均显著低于毗邻区（P<0.05）,而土壤水分、细砂、黏粉粒、全钾和全磷含量差异不显著（P>0.05）。（2）修复区土壤动物活动密度和多样性均显著高于毗邻区,修复区和毗邻区土壤动物均以蝗科（12.7%和55.7%）和蚁科（14.4%和49.6%）为主;进房沟、水磨沟和柳树沟煤矿修复区及毗邻区土壤动物群落相似性分别为39.9%、52.9%和43.4%。（3）土壤有机质含量是影响煤矿修复区和对照区捕食性土壤动物群落变化的主要因子,而草本物种数和土壤粗砂含量是影响植食性土壤动物群落变化的主要因子。总之,人工修复后煤矿废弃地修复区土壤动物个体数均高于对照区,部分矿区修复生境类群丰富度及多样性已经超过了毗邻区,这表明蚂蚁、步甲和蝗虫等地表节肢动物对煤矿矿区覆土恢复植被和封禁等措施驱动的植被和土壤环境变化响应敏感。因此,还需要优化植被及土壤修复模式,提高土壤动物多样性及多功能性,使矿区废弃地生态环境能够得到快速修复。     

基于RWEQ的20世纪90年代以来内蒙古锡林郭勒盟土壤风蚀研究

土壤风蚀是中国北方地区重要的生态环境问题。锡林郭勒盟位于中国干旱、半干旱地区,是中国北方典型风蚀区,其特殊的地理位置又使得本区成为华北重要的生态屏障,为此锡林郭勒盟全区均划入了京津风沙源治理工程区。为了更好地阐明锡林郭勒盟的土壤风力侵蚀过程,指导区域的荒漠化防治,,基于气象、遥感数据,利用RWEQ模型定量分析了20 世纪90 年代以来锡林郭勒盟的土壤风蚀时空格局,揭示土壤风蚀的主要影响因素。研究表明：锡林郭勒盟多年平均土壤风蚀量为3.39 亿t。土壤风蚀强度以微度和轻度为主,主要集中在植被较好,风蚀力较低,降雨量较高,雪被覆盖地表时间较长的东、中部地区以及南部地区。侵蚀强度为中度以上的侵蚀区集中在苏尼特右旗、正镶白旗和正蓝旗的浑善达克沙地;90 年代以来,锡林郭勒盟的土壤风蚀强度总体上呈减弱趋势,主要与风场强度的减弱,植被盖度等的变化有关。土壤风蚀多发生于风蚀力较大的春季,风蚀强度较大区域的春季植被盖度与风蚀量呈显著负相关（r>0.7,p<0.01）,且近20 年植被盖度提升有效降低了该区域的土壤风蚀。     

艾比湖地区土壤异质性及其对植物群落生态分布的影响

艾比湖水域萎缩、湖区旱化和人类活动频繁严重影响了当地生态环境和社会经济发展。本文通过对艾比湖地区不同类型土壤的理化性状分析和植物群落样方调查统计及其分布的规律研究，讨论了土壤质地、盐分、pH、养分、水分等自然综合体空间异质性对植物群落生态分布的影响，为该区生态环境恢复和重建提供了参考。     

坡面植被对坡面径流和入渗的影响

通过人工模拟降雨和自然降雨试验,本文讨论了植被对雨水的截留和分流作用,以及坡面植被对水流入渗的影响。     

Exploring the potential of perennial crops in reducing soil erosion: A GIS-based scenario analysis in southern Tuscany,Italy

Preserving soils is a major challenge in ensuring sustainable agriculture for the future. Soil erosion by water is a critical issue in the Mediterranean regions and usually occurs when high-erosive precipitation is in temporal association with poor vegetation cover and density. Modelling soil erosion risks over large spatial scales suffers from the scarcity of accurate information on land cover, rainfall erosivity and their intra-annual dynamics. We estimated the soil erosion risk on arable land in a Mediterranean area (Grosseto Province, southern Tuscany, Italy) and investigated its potential reduction as a response to the change in intra-annual distribution of land cover due to the increase of perennial forage crops. A GIS-based (R)USLE model was employed and a scenario analysis was performed by setting criteria for raising the performance of perennial forage crops. Statistical data on agricultural crops provided an insight into current intra-annual land cover dynamics. Rainfall erosivity was computed on the basis of 22-year hourly precipitation data. The model was used to: i) quantify the potential soil losses of arable land in the study area, ii) identify those areas highly affected by erosion risks iii) explore the potential for soil conservation of perennial crops, thereby enabling appropriate preventive measures to be identified. The erosion rates, averaged over an area of about 140’000 ha, are estimated to 33.42 Mg ha⁻¹ y⁻¹. More than 59% of the study area was subjected to soil losses higher than 11 Mg ha⁻¹ y⁻¹ (from moderate to severe erosion) and the highest rates are estimated for steep inland areas. Arable land with severe soil erosion rates (higher than 33 Mg ha⁻¹ y⁻¹) represent about 35% of the whole study area. The risk of soil loss by water erosion in the study area is estimated to be reduced on average by 36% if perennial crops are increased in terms of 35% of the total arable land. The soil erosion data produced compared well with the published local and regional data. This study thus provides useful preliminary information for landscape planning authorities and can be used as a decision support tool in quantifying the implications of management policies.     

东部沙区表土有机质和速效养分与风沙环境关系初探

东部沙区表土有机质、速效养分含量普遍较低。按照库布齐沙漠、毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地的次序,有机质和速效K含量逐渐增大,这种分布格局与区域风沙环境性质、风沙活动方式密切相关;各沙漠/沙地内部,表土有机质和速效K含量分别与植被盖度、颗粒平均粒径、分选系数之间存在较好的相关性。速效N和速效P含量未表现出上述变化规律。可见有机质和速效K含量对风沙环境的变化较为敏感,因而其在表土中的再分配可以在一定程度上反映局地风沙环境的变化,而速效N和速效P对风沙环境的指示意义不明显。东部沙区表土有机质、速效N及速效P含量普遍高于西部沙区,而速效K含量明显偏低。     

我国土壤侵蚀与地理环境的关系

本文论述我国土壤侵蚀类型与自然地带性和非地带性因素的关系,分析影响侵蚀强度时空分布和侵蚀泥沙输移的环境因素及流域条件。     

东北典型黑土区土壤风蚀环境分析

根据1951~2000年的日平均风速、气温和降水数据以及1980~2000年的沙尘暴资料,分析东北典型黑土区的风蚀环境。结果表明,东北典型黑土区6个气象站点1~5月平均气温50年来显著升高,1~5月总降水量没有明显变化趋势。嫩江年大风日数1980年以来比1950~1960年多,年沙尘暴日数也有所上升,土壤风蚀环境趋于严重;哈尔滨等5地风蚀环境减弱。典型黑土区土壤风蚀环境在整个东北地区处于中等状态。