太行山淇河流域2000-2015年土壤侵蚀和水源供给变化研究

山地生态系统的土壤侵蚀和水源供给变化对评估区域生态环境质量有重要意义。基于2000-2015年四期土地利用数据,借助InVEST模型对淇河流域近16年间山地生态系统的土壤侵蚀和水源供给变化进行评估。结果表明：① 研究区主要土地利用类型为耕地、草地和林地,共占流域总面积的90%以上。近16年间淇河流域的耕地面积显著减少,草地和水域面积大幅增加,建设用地扩张明显。② 平均土壤侵蚀模数显著降低,2000年土壤侵蚀模数为154.27 t/（hm²·a）,2015年减少到32.09 t/（hm²·a）;强度侵蚀、极强侵蚀和剧烈侵蚀由9.03%、12.19%和25.96%分别减少到7.17%、6.36%和4.21%,微度侵蚀、轻度侵蚀和中度侵蚀由24.31%、16.96%和11.57%增加到41.89%、27.71%和12.68%;退耕还林、还草措施优化了土地利用格局,促进植被恢复,对治理土壤侵蚀起到了显著效果。③ 水源供给量整体呈现先增加后减少的趋势,2005年达到峰值（1.79亿m³）。相邻两期水源供给量增减变化不一,2000-2005年水源供给量增加的面积大于减少的面积,其水源供给的量值也呈增加趋势,水源供给能力整体增强;而2005-2010年、2010-2015年的水源供给能力随之减弱,其中,2010-2015年水源供给减少的较小;林地和草地面积的增加造成水源供给量降低,土壤水源涵养能力增强。土壤侵蚀和水源供给是山地生态脆弱性响应的重要指标,制定合理的水土保持措施对增强山区生态系统的服务能力具有重要意义。     

退耕还林还草工程对黄土高原植被总初级生产力的影响

采用Landsat解译的2000年和2015年土地利用/覆盖数据和VPM模型（Vegetation Photosynthesis Model）模拟的2000~2016年总初级生产力（Gross Primary Productivity, GPP）数据,识别出了近16 a黄土高原退耕还林还草的空间范围,并估算了GPP的年际变化趋势。在此基础上,对比分析了退耕区和未退耕区GPP年际变化的差异,从而揭示退耕还林还草工程对GPP年际变化的影响。结果显示,2000~2015年,黄土高原退耕还林还草面积约3.5万km ²,占2000年耕地面积的16.8%。期间,GPP呈增加趋势,GPP显著上升区域占全区面积的67.3%,平均增速24.1 g/(m ²?a)（以C计,下同）。虽然退耕区多年平均GPP低于未退耕区,但退耕区GPP年际增速和相对变化率明显高于未退耕区,分别提高了5.9 g/(m ²?a)和1.5%。     

基于地形指数的砒砂岩黄土区土壤侵蚀分析

地形是土壤侵蚀进程的重要控制因子,在土壤侵蚀评价中发挥着重要作用。基于地形起伏表达构建了地形指数,结合降雨侵蚀力和植被盖度等建立了基于地形指数的土壤侵蚀方程,并分析了内蒙古自治区鄂尔多斯市北部十大孔兑砒砂岩黄土区1985—2018年土壤侵蚀时空变化特征。结果表明：（1）研究区多年土壤侵蚀模数整体有下降趋势但变化差异不显著（P>0.05）,多年平均侵蚀模数为22.34 t·hm^-2·a^-1。1985年土壤侵蚀模数最大,2000年土壤侵蚀模数最小,1985—2000年呈下降趋势,2000—2018年呈上升趋势;（2）多年平均土壤侵蚀面积为2 956.07 km²,1985年土壤侵蚀面积最大,为4 047.14 km²,占总面积比例83%;2000年土壤侵蚀面积最小,为2 153.67 km²,占比44%。研究区1985—2000年以轻度、中度侵蚀强度类型为主,2000—2018年以微度、轻度侵蚀类型为主;（3）多年土壤侵蚀空间分布格局基本一致,土壤侵蚀综合指数由西至东增加,总体上呈现为东部侵蚀大于西部的特点,母哈尔沟土壤侵蚀综合指数最大,毛卜拉孔兑最小;（4）地形指数土壤侵蚀方程与通用土壤流失方程在土壤侵蚀模数和土壤侵蚀面积估算上均无显著差异（P>0.05）。     

内蒙古浑善达克沙地南缘 137Cs、 210Pbex复合示踪研究

土壤风蚀是导致土地退化、荒漠化以及大气扬尘、风沙天气的重要原因。内蒙古浑善达克沙地南缘是国家主体功能区规划确定的“两屏三带”的重要部分,科学估算本地区土壤风蚀强度及其变化,是地区生态安全和生态建设成效评估的重要内容。选择浑善达克沙地南缘的正蓝旗为研究区,运用 ¹³⁷Cs、 ²¹⁰Pb_ex复合示踪技术,对研究区土壤侵蚀速率及其变化进行了分析。结果表明：① 研究区内 ¹³⁷Cs本底值为2123.5±163.94 Bq·m ^-2, ²¹⁰Pb_ex本底值为8112±1787.62 Bq·m ^-2。② 基于 ¹³⁷Cs同位素示踪分析,研究区侵蚀模数为-483.99~740.31 t·km ^-2·a ^-1;基于 ²¹⁰Pb_ex同位素示踪分析,研究区侵蚀模数为-441.53~797.98 t·km ^-2·a ^-1。③ 与20世纪20-70年代相比,20世纪70年代以来土壤侵蚀与堆积速率明显降低,研究区风沙活动明显减弱,区域生态环境质量得到改善。综合 ¹³⁷Cs和 ²¹⁰Pb_ex的多同位素复合示踪技术在干旱、半干旱地区土壤侵蚀研究中具有较大的潜力。     

西北地区的退耕规模、粮食响应及政策建议

退耕还林(草)是西北地区生态环境建设的重大举措,但退耕必然会对的粮食生产带来直接影响。基于全国土地利用详查的分县数据,研究认为:(1)按照法律规定,大于25度的陡坡耕地必须无条件地退耕。仅此一项,西北地区就必须退耕153.6×10⁴hm²,占现有耕地的9.2%,粮食减产为71.2×10⁴t,占1996年粮食产量的2.2%,对全区人均粮食占有量的影响很小;(2)在保证人均耕地0.1hm²前提下对大于15度的坡耕地退耕,则退耕面积可达347.8×10⁴hm²,超过现有耕地的1/5;对应的粮食减产为234.5×10⁴t,是1996年粮食产量的7.3%,甘肃、陕西和青海的粮食减产比例都在1/10左右,退耕带来的直接粮食减产效应是显而易见的。最后针对西北地区的退耕规模及其粮食响应,提出了两条政策建议     

退耕还林（草）背景下中国北方农牧交错带土地利用及碳储量变化

为明析退耕还林（草）背景下生态环境较为脆弱的北方农牧交错带土地利用及碳储量变化,基于该区2000、2010、2018年土地利用数据,通过动态度、土地转移矩阵,景观指数等指标从土地利用变化的数量、速率以及空间格局特征加以分析,同时基于InVEST模型定量估算了该区近20年来的碳储量变化。结果表明：（1）北方农牧交错带土地利用类型以草地、耕地、林地为主,面积合计逾4.30×10⁵ km²,占比超过91.83%;林地、建设用地显著扩张,草地与耕地有明显减少趋势,同时两者之间流转面积最多,高达1.67×10⁴ km²,研究区景观格局总体上收敛于“集中—分散”;（2）近20年来北方农牧交错带总碳储量51.44—52.81亿t,总体呈增加趋势,碳密度稳定在110 t·hm^-2左右,退耕还林（草）政策下碳储量净增加逾300万t。北方农牧交错带土地利用变化程度较为剧烈,退耕还林（草）政策不仅是土地更迭的主要驱动因素,也是该区固碳功能显著提升的重要原因。     

基于遥感的中国陕北地区近20年耕地变化及其对农田生产力影响的定量评估

本文以中国退耕还林生态工程重点区域陕北地区作为研究区,对比其前后两个10年的耕地资源空间分布格局,并进一步分析耕地变化对农田生产力的影响。论文基于中高分辨率卫星遥感数据,经人机交互目视解译并结合实地验证,生成陕北地区1990、2000和2010年耕地现状以及前后两个10年耕地变化时空监测数据集。进而运用光能利用率遥感模型,结合中分辨率、长时间序列卫星遥感数据估算陕北地区农田净初级生产力,分析耕地变化对农田生产力的影响。结果表明,陕北地区耕地面积及其生产力在研究期前10年小幅增长,后10年明显减少。耕地增加的主要原因是为满足当地人口的粮食需求以及弥补城市建设对耕地的占用,大面积草地和未利用地被开垦。耕地减少的最主要原因是生态退耕,城市化也是耕地减少的原因之一。总体而言,20年来陕北地区耕地资源总面积净减少42.56%;受耕地面积变化的影响,同期农田净初级生产力下降了41.90%。研究对于评估陕北地区耕地安全和粮食安全,指导区域土地利用科学规划具有重要意义。     

基于遥感的中国陕北地区近20年耕地变化及其对农田生产力影响的定量评估（英文）

本文以中国退耕还林生态工程重点区域陕北地区作为研究区,对比其前后两个10年的耕地资源空间分布格局,并进一步分析耕地变化对农田生产力的影响。论文基于中高分辨率卫星遥感数据,经人机交互目视解译并结合实地验证,生成陕北地区1990、2000和2010年耕地现状以及前后两个10年耕地变化时空监测数据集。进而运用光能利用率遥感模型,结合中分辨率、长时间序列卫星遥感数据估算陕北地区农田净初级生产力,分析耕地变化对农田生产力的影响。结果表明,陕北地区耕地面积及其生产力在研究期前10年小幅增长,后10年明显减少。耕地增加的主要原因是为满足当地人口的粮食需求以及弥补城市建设对耕地的占用,大面积草地和未利用地被开垦。耕地减少的最主要原因是生态退耕,城市化也是耕地减少的原因之一。总体而言,20年来陕北地区耕地资源总面积净减少42.56%;受耕地面积变化的影响,同期农田净初级生产力下降了41.90%。研究对于评估陕北地区耕地安全和粮食安全,指导区域土地利用科学规划具有重要意义。     

生态恢复背景下陕甘宁地区NPP变化及其固碳释氧价值

基于MODIS NPP(植被净初级生产力)数据,利用线性趋势法、ESDA(Exploratory Spatial Data Analysis)及固碳释氧价值模型,探讨2000-2012年生态恢复背景下陕甘宁地区NPP变化及其原因,并评估NPP变化的固碳释氧价值。结果表明:(1)2000-2012年,陕甘宁地区NPP年增长率为4.3%,总体呈现阶段性增长趋势,其中有两次持续增长期;(2)陕甘宁地区NPP受水热格局影响显著,整体呈现东南高、西北低空间分布特征,空间集聚显著,但研究期内集聚水平呈下降态势,与退耕还林还草工程由前期的局部试点向后期的全区扩散相互印证;(3)陕甘宁地区NPP增长趋势是人类活动和气候因素共同作用的结果,其中人类活动为主要驱动因素,尤其是退耕还林还草工程的实施;④生态恢复背景下,陕甘宁地区植被固碳量累计增加1.06×10⁷ t,释氧量累计增加2.7×10⁷ t,固碳释氧价值累计增加9.34×10¹⁰元。生态恢复创造效益比较明显。     

137Cs示踪法研究湟水上游和布哈河下游区域土壤侵蚀强度

通过¹³⁷Cs示踪技术,并采用土壤剖面核素单位面积浓度与背景值之间的理论模型,对布哈河下游和青海湖东北岸湟水上游区域的土壤侵蚀进行了研究,结果表明：¹³⁷Cs面积活度与植被盖度之间存在着正相关关系,两区域相关系数为0.93。湟水上游河谷土壤侵蚀模数在87.62～1 458.41 t·km^-2·a^-1之间,采样点平均土壤侵蚀模数为933.31 t·km^-2·a^-1。布哈河下游区域土壤侵蚀模数在431.03～2 072.39 t·km^-2·a^-1之间,采样点平均土壤侵蚀模数为1 256.97 t·km^-2·a^-1。布哈河下游区域较湟水上游区域侵蚀严重,在较长的时期内两地大部分区域均处于轻度侵蚀阶段,湟水上游北部和布哈河下游西北部处于微度侵蚀阶段。     

陕北地区退耕还林还草工程土壤保护效应的时空特征

This paper looks at the Green for Grain Project in northern Shaanxi Province.Based on remote sensing monitoring data,this study analyzes the locations of arable land in northern Shaanxi in the years 2000,2010 and 2013 as well as spatio-temporal changes over that period,and then incorporates data on the distribution of terraced fields to improve the input parameters of a RUSLE model and simulate and generate raster data on soil erosion for northern Shaanxi at different stages with a accuracy verification.Finally,combined with the dataset of farmland change,compared and analyzed the characteristics of soil erosion change in the converted farmland to forest(grassland)and the unconverted farmland in northern Shaanxi,so as to determine the project’s impact on soil erosion over time across the region.The results show that between 2000 and 2010,the soil erosion modulus of repurposed farmland in northern Shaanxi decreased 22.7 t/ha,equivalent to 47.08%of the soil erosion modulus of repurposed farmland in 2000.In the same period,the soil erosion modulus of non-repurposed farmland fell 10.99 t/ha,equivalent to 28.6%of the soil erosion modulus of non-repurposed farmland in 2000.The soil erosion modulus for all types of land in northern Shaanxi decreased by an average of 14.51 t/ha between 2000 and 2010,equivalent to 41.87%of the soil erosion modulus for the entire region in 2000.This suggests that the Green for Grain Project effectively reduced the soil erosion modulus,thus helping to protect the soil.In particular,arable land that was turned into forest and grassland reduced erosion most noticeably and contributed most to soil conservation.Nevertheless,in the period 2010 to 2013,which was a period of consolidation of the Green for Grain Project,the soil erosion modulus and change in volume of soil erosion in northern Shaanxi were significantly lower than in the previous decade.     

黄土高原地区退耕还林工程的农户响应与影响因素——以甘肃定西大牛流域为例

以甘肃省退耕还林(草)重点实施区为例,通过问卷调查和定量回归分析,研究农户对退耕还林(草)工程的认识和态度。总体上农民有较高的生态环境保护意识,对退耕还林(草)政策的认识基本持积极支持的态度;年龄、文化程度、家庭人口、劳动力数量、人均耕地数量、退耕还林(草)面积是影响农户环保意识和对退耕还林(草)态度的主要因素,农业和非农业农户之间存在一定差异。     

北宋中期路域耕地面积的再估算

基于历史文献研究的方法,利用北宋中期垦田数据及宋代人口粮食需求量、粮食亩产量等史料,考察了北宋中期南北方的垦田隐匿特点、北宋户均垦田数的合理范围及西南五路的户均基本垦田需求,并据此对北宋中期路域耕地面积进行了再估算。主要结论：北宋垦田隐匿比例不具有北高南低的区域分异特征;北宋户均垦田数的合理范围为20~100亩;西南五路的户均基本垦田需求数约为20~30亩;北宋中期境内耕地面积约为731.9×10⁶今亩,土地垦殖率为16.9%,其中,北方耕地面积约占29.7%,南方约占70.3%;黄淮海平原、长江中下游平原、两湖平原和成都平原等是北宋耕地的主要分布区,而西南地区垦殖率较低。合理订正北宋中期路域耕地面积,对重建中国过去千年LUCC数据集具有重要意义。     

Net Primary Productivity Increased on the Loess Plateau Following Implementation of the Grain to Green Program

The spatio-temporal characteristics of net primary productivity (NPP) since implementation of the Grain to Green Program (GTGP) are important for understanding ecological restoration of the Loess Plateau in China. Here, we conduct spatio-temporal analysis of NPP using MODIS datasets (500 m, 8-day intervals) and VPM (Vegetation Photosynthesis Model) from 2000-2015. We found that NPP on the Loess Plateau increased significantly from 2000 to 2015 (p<0.05). Significant increases in NPP were observed in core areas of the GTGP, including northern Shaanxi and Lüliang Mountain in Shanxi. NPP in alluvial plains decreased due to urban expansion into cropland. Significant increases in NPP from 2006-2010 were located north of the area of change in 2000-2005. NPP increased across three vegetation types and four slope gradients. In hilly-gully regions prone to soil erosion, such as central and southeastern parts of the Loess Plateau, obvious vegetation restoration was detected.     

黄土高原北部丘陵沟壑区近160年土壤侵蚀量演变及其对ENSO事件的响应

对形成于1851~1861年的靖边（JB）聚湫内22.75 m沉积序列进行完整钻探,并基于XRF Core Scanning的元素分布划分旋回和年际冻融层,在高精度定年的基础上计算旋回及年际产沙量和产沙模数。结果表明：JB聚湫沉积序列由126个旋回叠加而成,且形成于1855~2014年的78 个年份中。JB聚湫内旋回产沙量和产沙模数变化范围分别为0.27×10 ⁴~22.44×10 ⁴t和0.09×10 ⁴~7.82×10 ⁴t/km ²;年际产沙量和产沙模数范围分别为0.27×10 ⁴~90.73×10 ⁴t/a和0.09×10 ⁴~23.40×10 ⁴t/(km ²·a)。 ENSO事件显著影响JB流域强降水作用下的侵蚀产沙,且在El Ni?o次年和La Ni?a年份发生侵蚀产沙的频率较高,可能是这些年份中东亚季风增强后带来更多强降水事件的结果。研究结果有效延长了黄土高原北部丘陵沟壑区小流域土壤侵蚀演变历史,充分理解ENSO事件驱动下该地区侵蚀产沙的响应,为黄土高原北部坝库建设、水土流失治理和防洪减灾等提供理论依据。     

中国北方农牧交错带风水蚀复合区的粮食与退耕还林(草)问题

中国北方农牧交错带风水蚀复合区是一个非常特殊的生态脆弱区,通过对该类型区60个典型县域的实地考察和统计资料分析表明：①该类型区的人均粮食产量自给有余,但粮食单产较低,较高的人均粮食产量是以扩大耕地面积,牺牲生态为代价的,今后粮食增产的主要潜力重点应放在提高水浇地单产上。②从区域和国家生态安全角度考虑,该类型区不适宜大规模开垦耕地,而应在粮食自给的基础上逐渐转变为以牧为主的发展方向,退耕还林(草)正是实现这一重要转变的最有效途径和措施。③农户调查结果表明,退耕对农户粮食产量和家庭经济收入的影响不大,大部分农户能够自觉接受退耕还林(草)政策,但目前正处于相持阶段,仍需要国家给予适当经济补偿。因此,该类型区的退耕还林(草)工程不但不能压缩,而且应该进一步扩大规模,加大投资力度。     

Using 137Cs and 210Pbex to investigate the soil erosion and accumulation moduli on the southern margin of the Hunshandake Sandy Land in Inner Mongolia

Wind-driven soil erosion results in land degradation, desertification, atmospheric dust, and sandstorms. The Hunshandake Sandy Land, an important part of the Two Barriers and Three Belts project, plays important roles in preventing desert and sandy land expansion and in maintaining local sustainability. Hence, assessing soil erosion and soil accumulation moduli and analyzing the dynamic changes are valuable. In this paper, Zhenglan Banner, located on the southern margin of the Hunshandake Sandy Land, was selected as the study area. The soil erosion and accumulation moduli were estimated using the ¹³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex composite tracing technique, and the dynamics of soil erosion and soil accumulation were analyzed during two periods. The results are as follows: (1) the regional ¹³⁷Cs reference inventory was 2123.5±163.94 Bq/m ², and the regional ²¹⁰Pb_ex reference inventory was 8112±1787.62 Bq/m ². (2) Based on the ¹³⁷Cs isotope tracing analysis, the erosion moduli ranged from -483.99 to 740.31 t·km ^-2·a ^-1. Based on the ²¹⁰Pb_ex isotope tracing analysis, the erosion moduli ranged from -441.53 to 797.98 t·km ^-2·a ^-1. (3) Compared with the earliest 50 years, the subsequent 50 years exhibited lower soil erosion moduli and accumulation moduli. Therefore, the activities of local sand dunes weakened, and the quality of the local ecological environment improved. The multi-isotope composite tracing technique combining the tracers ¹³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex has potential for similar soil erosion studies in arid or semiarid regions around the world.