东北农牧交错区生态环境影响因素研究

东北农牧交错区属于典型的环境脆弱区,也是我国水土流失、土地荒漠化和草场退化等生态环境问题最为严重的地区之一.深入研究其脆弱环境形成过程中自然因素和人为因素的作用孰轻孰重,对于在生态环境保护与治理过程中有针对性地采取相关政策和措施具有重要的实践价值.以内蒙古东部的通辽和辽宁西部的朝阳为样本点,选取反映自然和人为因素作用的指标,通过主成分分析法对该区域脆弱环境和土地荒漠化形成影响因素进行了比较研究.结果表明,人为因素的影响在东北农牧交错区脆弱环境和土地荒漠化发展过程中起主导作用,综合因素和自然因素的影响强度因地而异.     

中国东北黑土地研究进展与展望

东北黑土区是世界四大片黑土区之一,它以高有机质和高肥力而著称,不仅是东北农业发展的基础,也是中国的粮仓,在保障国家粮食安全中具有举足轻重的地位。针对东北黑土自身的特色和面临的问题,首先描述了东北黑土地形成的条件及自然黑土的属性特征;其次阐述了黑土被开垦后农田化过程中土壤属性和肥力的演化情况,土壤有机质大幅度下降,土壤肥力降低,已严重影响到东北黑土地农业的可持续发展;在此基础上分析了黑土区耕作土壤不同保护途经及其对土壤肥力的影响机制;最后展望了未来黑土地理论研究的侧重点：应加大新技术、新方法和跨学科交叉理论的研究,培育更适合东北黑土地气候条件的高产优质作物品种,并结合目前黑土地保护的技术调控模式,优化作物种植模式,提升作物品质和产量,提高黑土区农业的综合生产力和竞争力、保证黑土区农业的永续利用。     

东北黑土区保护性耕作的发展现状与成效研究

东北黑土区承担着国家粮食安全“稳压器”的重要责任。然而,由于长期超负荷开发利用导致黑土日益退化,黑土资源的永续利用受到严重制约。理论与实践证明,保护性耕作是保护黑土地、推动黑土耕地质量和耕作效益绿色增长的发展模式。综述了保护性耕作的基本内涵及其在东北黑土区的发展现状与技术概况,从保护性耕作在土壤保持、保墒效益、结构改善、固碳培肥和土壤生物多样性增加、节本增效等方面系统评估了东北黑土区实施保护性耕作后的生态与经济效益,提出黑土区实施保护性耕作存在的问题与未来发展方向,以促进黑土地保护与利用协调发展、推动保护性耕作高质量跨越式发展。     

东北黑土水土流失特点

东北黑土区是中国的主要粮食生产基地。黑土水土流失和肥力退化一直是东北农业持续发展必须面对的问题。文章以黑土为对象,分析了水土流失的方式和特点。黑土流失面积虽大,但侵蚀的土壤物质大部分没有进入河道,而是在黑土景观的低洼部位堆积下来,形成侵蚀和堆积共存的土壤物质再分布景观特征。合理的农业管理措施,如等高耕作和保护性耕作可以在很大程度上控制黑土侵蚀,保持和恢复黑土肥力。     

物质能量传输视角下地理过程序列划分及认识论意义

自然地理过程的本质是物质能量传输。基于物质能量传输视角,从输入、作用和输出来认识地理过程的发生序列,主要有三个关键环节：一是关注物质能量的输入基础,即地理过程的物质基础和动力条件;二是关注物质能量的作用细节,即地理过程的序列和特点;三是关注物质能量的输出表现,即地理过程的结果和影响。深化学科理解,基于物质能量“输入—作用—输出”序列认识地理过程时,相当于有了一个来自地理学科本体的思维地图：从动态到静态,以“镜头”方式横切地理过程;从感性到理性,以“序列”方式解构地理过程。     

黑土的水土流失及其保育治理

黑土因其肥沃而闻名，但其退化和水土流失问题往往易被忽略。虽然在人类影响下的现代环境过程开始较晚，但黑土区的环境已发生了较大的变化。对黑土水土流失的现状进行了评价，指出了黑土保育治理的必要性与紧迫性，提出了治理保育措施。     

东北典型黑土区40年来沟蚀空间格局变化及地形分异规律

以SPOT5和Corona影像为基础数据源,获取了东北典型黑土区1965年和2005年的侵蚀沟分布数据,生成了侵蚀沟密度空间分布图;基于1∶5万地形图,插值求取DEM,提取了地形因子;最后,在GIS空间分析模块支持下,分析典型黑土区40年来沟蚀空间格局变化及其地形分异规律。结果表明,经过40年的开发,研究区侵蚀沟密度剧增,且各等级侵蚀沟密度都出现向更高一级发展的趋势,呈现出以北西南东向为轴心,从沟蚀剧烈增加区到微度增加区变化特征;沟蚀在垂直方向上具有层状分布规律,在海拔250～275m高度出现密度最大值,说明岗坡地带是黑土区沟蚀易发区;坡度分异表明黑土区侵蚀沟出现向高坡度发展趋势;各坡向上侵蚀沟密度和动态发展状况表明,在东北典型黑土区坡向不是影响侵蚀沟发育的首要因子。     

克拜东部黑土区侵蚀沟遥感分类与空间格局分析

近百年来,东北黑土区侵蚀沟的大量发育带来了一系列严重的社会经济问题,弄清侵蚀沟的类型、数量及分布情况是进行水土流失治理和生态环境建设的前提条件。以黑龙江省克拜东部黑土区作为典型研究区,采用2005年SPOT-5高分辨率卫星影象,结合野外调查,根据侵蚀沟的活跃程度,将黑土区的侵蚀沟分为活跃性、半活跃性和稳定性三种类型,阐述了不同类型侵蚀沟的影象特征和遥感分类方法,为利用遥感手段在区域尺度上对侵蚀沟进行快速调查提供了一种新途径。在对侵蚀沟进行信息提取和空间插值后,形成研究区不同类型侵蚀沟密度图,探讨了克拜东部黑土区侵蚀沟分布的空间格局特征及其影响因素,认为地貌发育过程中的“分水岭迁移”现象是造成该地区侵蚀沟密度东西差异的重要原因。     

气候变化和物候变动对东北黑土区农业生产的协同作用及未来粮食生产风险

东北黑土区是中国重要的粮食生产基地,也是中国气候变化最敏感的地区之一。然而,气候变化背景下东北黑土区气候及物候变化对农业生产力的综合影响并不清晰,未来农业生产风险评估的定量化程度不够,风险等级制定缺乏依据。本文借助遥感产品、气候资料和模拟数据等资料,综合运用多元线性回归、相关分析及干旱危险性指数等方法,探究东北黑土区作物物候动态及其气候响应特征,辨识气候与物候变化对农业生产的复合效应及未来可能风险。结果表明：① 2000—2017年东北黑土区29.76%的区域作物生长季开始期呈显著延后趋势,16.71%的区域作物生长季结束期呈提前态势,生长季开始期受气温的影响范围广,且滞后时间长;生长季结束期与前期气候变化关系更加密切,且带状差异性响应格局尤其明显。② 气候变化和物候期改变对作物生产的解释能力较生长季同期气候变化的解释能力增加了70.23%,解释面积扩大了85.04%。③ RCP8.5情景下东北黑土区粮食总产量呈现上升趋势,粮食生产风险表现出“南增北减”的演变特征,风险区面积不断扩大,全球温升2.0 ℃时,松嫩黑土亚区南部粮食减产量可能达到10%。研究有助于深入认识气候—物候—作物生产的关联机理及未来粮食生产风险,对制定气候变化应对策略,保障国家粮食安全具有重要意义。     

2000—2015年中蒙俄经济走廊东段冻土时空变化及植被响应

中蒙俄经济走廊东段位于欧亚大陆多年冻土区东南缘及森林线南界接近区,冻土及生态环境脆弱。本文基于MERRA-Land陆面模式离线运行产品分析了中蒙俄经济走廊东段2000—2015年间冻土冻融的时空变化模式,以及冻土变化对返青期和全年不同阶段植被生长状态的影响。研究表明：2000—2015年间研究区多年冻土及季节冻土均持续退化,时间上主要表现为冻土提前解冻、延迟冻结;空间上主要表现为多年冻土南界的多年冻土退化和季节冻土下限抬升,及连续多年冻土南界的活动层加厚。解冻始日是森林地区植被返青的主控要素,林下冻土解冻对土壤含水量的增加及沼泽湿地的隔热蓄水功能影响了森林地区植被的生长。但随着多年冻土南界森林及林下泥炭地演替为草甸和农田,多年冻土退化,进一步促进林下沼泽湿地的消失。探讨冻土退化与生态环境之间的协同关系,有助于识别气候变暖和人类活动叠加影响下的冻土退化脆弱区以及生态环境敏感区。     

基于区域认知视角的高中区域地理教学模式研究

区域地理教学对培养学生的地理思维、方法和视角具有重要作用。本研究从区域认知视角出发,以黄土高原生态脆弱区为例,立足区域“时空统一体”“人地关系”“地理过程”三个维度,构建以“空间幅—时间轴—事件链”为逻辑框架的区域地理教学模式。研究以“空间幅”确定研究对象的空间范围、多尺度的地理特征,结合“时间轴”划定地理现象的空间格局与演变过程特征,通过研究区域发展的重大事件的时空关联特征解析“事件链”形成机制及其对“人地关系”变化的响应特征,以期强化高中区域地理教学对学生地理学科核心素养的培养成效。     

三江源地区各类生态系统土壤的 性状及其形成能力

土壤形成是MA框架下生态系统支持功能的基本内容。运用GIS空间分析功能,测算了青海三江源区生态系统支持功能,结果表明:①源区土壤形成和生态系统支持功能呈从东南向西北降低的趋势;②源区各生态系统土壤形成的支持功能具有湿地生态系统>森林和草地生态系统>农田生态系统>荒漠和裸土地及裸岩石砾地的特点;③源区各生态系统支持功能具有从湿地生态系统、森林生态系统、草地生态系统、农田生态系统到荒漠和裸土地及裸岩石砾地依次降低的趋势;④草地生态系统退化诱导草地土壤形成功能的退化,进而驱使草地生态系统支持功能的降低;⑤强度人为干扰造成生态系统土壤各种性状向退化方向发展,土壤形成及生态系统支持功能下降。结果有助于丰富人们从土壤形成视角,对生态系统支持功能的理解和认识。     

东北漫岗黑土区浅沟侵蚀发育特征

东北黑土区是中国重要商品粮基地之一,沟道恶性扩张,已成为导致该区土地退化主要原因之一.利用全球定位系统和传统方法测量浅沟形态参数,结合地理信息系统(GIS)平台计算流域尺度的沟蚀现状,分析东北黑土区浅沟侵蚀发育特征,并对比分析其与黄土高原浅沟侵蚀发生的地貌因子之间的异同.研究表明,研究区浅沟分布密度0.56～0.93 km、km2,年侵蚀模数达到118～199 m3/km2,浅沟破坏面积占流域面积比例达0.11%～0.19%,浅沟沟壑密度已经达到中度和强度侵蚀,处于快速发展时期;研究区浅沟的临界汇水面积大于黄土高原,分布的临界坡度小于黄土高原,这主要由黑土区坡长坡缓的特点决定.     

中国南方岩溶区土地石漠化的成因与过程

中国南方岩溶区是石漠化广为发展的脆弱生态区域。南方岩溶区土地石漠化的起因既有自然因素,也有人为因素。在地质历史时期其自身环境孕育和存在着自然石漠化过程,在历史时期—现代自然石漠化过程又叠加了人为石漠化过程,人为活动加速、加剧了石漠化的发展。清朝初、中期是人为活动影响石漠化的重要转折时期,此后人为因素作用比重逐渐超过自然因素的作用比重。岩溶区土地石漠化过程是由植被退化丧失过程、土壤侵蚀过程、地表水流失过程、基岩溶蚀侵蚀过程、土地生物生产力退化过程合成的地表生态过程,其实质是形成石质荒漠的土地退化过程。     

SWIM模型在东北黑土区流域的适用性评价——以乌裕尔河中上游流域为例

以典型东北黑土区乌裕尔河中上游流域为研究区,引入SWIM水文模型,利用偏相关系数评价模型参数的敏感性,基于流域出水口依安水文站1961-1997年实测日径流数据和部分气象站小型蒸发皿数据,进行了多站点、多变量的模型率定和验证,并通过模拟结果与实测资料对比,探讨了SWIM模型在东北黑土区流域的适用性、存在的误差及其原因。结果表明：① 在率定期和验证期,月径流和日径流的纳希效率系数分别大于0.71和0.55,径流相对误差在6.0%以内,月径流的模拟效果好于对日径流的模拟效果;月潜在蒸散发的纳希效率系数达0.81以上;② 在月尺度上经过校准的SWIM模型可以应用于东北黑土区与径流相关的各种模拟分析;③ 但模型在模拟融雪和冻土产流方面存在一定的限制;对同时具有春汛和夏汛的年份模拟效果也较差;对年降水量出现骤增的年份年径流量的模拟结果会几倍于实测值,但基本能够重现汛期的流量变化过程。模型不仅可以为管理者对该流域水环境综合管理提供水文基础支持,对黑土区其他流域也具有一定的推广和应用价值。     

黑土保护与粮食安全背景下齐齐哈尔市国土空间优化调控路径

市域国土空间规划是空间规划体系构建的关键一环,基于黑土资源的特殊性和重要性,东北黑土区的市域国土空间规划需统筹考虑黑土保护与粮食安全双重目标。本文以黑龙江省齐齐哈尔市为例,建立了融合格网尺度与行政区尺度的黑土区国土空间功能评价指标体系,分析了市域“生产—生活—生态”（“三生”）用地的时空演变特征,诊断了其耦合协调状况,并以区域发展的多元性、社会需求的多样性为导向,提出了齐齐哈尔市黑土保护与粮食安全战略背景下国土空间优化调控路径。研究结果表明,2010—2018年齐齐哈尔市生产空间与生活空间均有一定程度的增长,“三生”功能轻度失调和勉强协调地区占比有所增加。国土空间格局冲突表现为“三生”功能协同性弱,冲突强度地域差异明显,对黑土资源的可持续性开发利用存在一定风险。本文以多尺度下“三生”功能冲突诊断结果为约束,建立了“三生”空间格局优化配置模型。研究认为,东北黑土区市域国土空间功能提升要在国家粮食安全保障能力基础上,坚持以黑土保护利用为导向,统筹“人—水—地”资源要素的组合与匹配,依托现有工业基础和产业优势,分别从引导优势功能区发展、加强重点城镇建设、提高黑土资源利用效率,协调城乡国土空间利用水平等路径来具体实施。     

近百年来西辽河流域土地开垦及其对环境的影响

西辽河流域是国家实施西部大开发战略的重点地区之一,属于典型的生态脆弱区。研究流域的土地开发过程及其对环境的影响是探讨区域土地退化根源、寻求合理的区域土地利用结构的必由之路。本文考察了1902～1990年间西辽河流域土地开垦的时空过程,并指出正是由于不合理的人类活动,对西辽河流域的环境产生了重大的影响,造成了植被的破坏、野生动物濒临绝迹、水土流失和土地退化的加剧。     

东北黑土区土壤剖面地温和水分变化规律

东北黑土区土壤侵蚀的结果使土壤在坡面上发生再分配,土壤腐殖质层厚度的空间变异增大。腐殖质层厚度的变化又引起地温和土壤水分等土壤物理性质的变化,地温和水分是影响和反映冻融侵蚀作用的重要因子,也是影响地表和土壤剖面物质运移的重要因素。本文通过实测不同厚度腐殖质层剖面的地温和土壤水分,分析了地温和水分随时间和土壤剖面深度的变化规律。结果显示腐殖质层厚度对土壤温度和含水量有显著影响,腐殖质层较厚的剖面解冻速度比薄层黑土区要慢,不同深度土层温度到达0℃的日期也不相同,腐殖质层较厚的剖面冻结时间要滞后1周左右。同时,腐殖质层较厚的黑土区土壤含水量明显大于薄层黑土区,土壤水分运移的深度范围也大。     

中国生态脆弱区全球变化风险及应对技术途径和主要措施

自工业革命以来,全球环境发生深刻变化。生态脆弱区生态系统稳定性差、抗干扰和自我恢复能力弱,在全球变化背景下,自然资源供给能力下降、土地退化、生物多样性减少、灾害频发,生态系统面临巨大风险,亟需开展生态脆弱区全球变化风险应对研究。本文重点对中国典型生态脆弱区全球变化风险来源、全球变化对生态脆弱区的影响、全球变化风险应对等研究进行总结,并提出未来全球变化应对策略,以期促进中国典型生态脆弱区生态系统对全球变化响应的深入理解,提高生态脆弱区应对全球变化的能力。生态脆弱区全球变化风险源于环境变化对自然、社会、经济复杂系统的影响。全球变化对生态脆弱区的影响是显著的,以气候变化为主要标志,人类活动为主要驱动力,引起极端气候事件、灾害频发、土地退化、植被生产力降低、生物多样性减少、冰川冻土消融和水资源格局改变等环境问题,并在未来全球变化持续影响下可能加剧,而生态建设工程的实施显著改善了生态环境。今后应加强自然、社会、经济系统耦合,加强资源环境要素监测和全球变化风险评估与预警等方面的研究。     

黑土粮仓全域定制模式的理论基础与技术路径

东北黑土地是中国粮食生产的“压舱石”。不合理开发利用导致部分地区黑土地退化严重,影响局部区域粮食生产和经济社会发展。在全球范围内粮食供需矛盾加剧的背景下,亟需着眼于区域可持续发展战略全局,寻求系统性、科学性和经济性的解决方案。黑土粮仓全域定制模式以地理学综合思想为指导,系统诊断黑土地退化的关键问题与主导因素,构建多尺度联动、多要素耦合、多技术协同的黑土地保护共性与个性相结合的解决方案。该模式依托“星—空—地—网”立体监测系统,结合大数据与人工智能驱动的全域定制平台,构建3个不同尺度策略：① 市域尺度实施“分区施策”,制定服务于黑土保护的农业资源优化配置方案和全域农业区划方案等;② 村域尺度实施“依村定策”,制定不同类型村庄的黑土地保护利用模式;③ 地块尺度实施“一地一策”,提供黑土保护与种植管理等土壤修复和产量提升精准策略。在齐齐哈尔市开展“市域—村域—地块”多尺度的方案验证与集成示范,以破解黑土地保护与利用难题,形成可复制可推广的系统解决方案,为中国和全球黑土地农业的可持续发展提供示范样板。