基于土壤侵蚀控制度的黄土高原水土流失治理潜力研究

以整个黄土高原为研究对象,首先将水土保持措施容量定义为某一区域能容纳的最大适宜水土保持措施量。根据梯田、林地和草地的适宜布设区域,在地理信息系统（GIS）软件的支持下,确定了黄土高原的水土保持措施容量。使用修正通用土壤流失方程（RUSLE）,计算了最小可能土壤侵蚀模数和2010年现状土壤侵蚀模数,并将水土保持措施容量下的最小可能土壤侵蚀模数与现状土壤侵蚀模数之比定义为土壤侵蚀控制度。随后使用土壤侵蚀控制度,对黄土高原水土流失治理潜力进行了研究。结果显示：黄土高原2010年现状土壤侵蚀模数为3355 t·km^-2·a^-1,最小可能土壤侵蚀模数为1921 t·km^-2·a^-1,土壤侵蚀控制度为0.57,属于中等水平。相比于现状条件,在水土保持措施容量条件下,微度侵蚀区比例从50.48%提高至57.71%,林草覆盖率从56.74%增加至69.15%,梯田所占比例由4.36%增加到19.03%,人均粮食产量可从418 kg·a^-1提高至459 kg·a^-1。研究成果对于黄土高原生态文明建设具有一定的指导意义。     

毛乌素沙地东南缘植被NDVI时空变化及其对气候因子的响应

了解植被生长对气候变化的响应是厘清生态系统动态关系的重点。基于1990—2018年气象数据和归一化植被指数（NDVI）,应用偏相关分析与地理探测器等方法,分析了在生长季,毛乌素沙地东南缘不同类型植被年均NDVI的变化趋势,探讨了年均气温与年总降水量对各类型植被的影响。结果表明：（1） 1990—2018年生长季研究区植被年均NDVI显著与极显著增加面积达97.9%,整体生态环境质量大幅度改善。2005年之前植被年均NDVI增速缓慢,此后以0.011·a^-1的速率发生了突变增加,其中灌丛类植被年均NDVI增长幅度最大。（2） 2000年为年总降水量与年均气温的趋势突变点,突变前年总降水量以-5.510 mm·a^-1的速率减少,此后以5.541 mm·a^-1的速率增加,且主要依赖于大雨雨量的增加;年均高温与年均低温在突变前上升速率分别为0.122 ℃·a^-1与0.230 ℃·a^-1,突变后,年均高温下降速率为-0.014 ℃·a^-1,而年均低温上升速率为0.022 ℃·a^-1。（3） 在植被年均NDVI缓慢增长阶段（1990—2005年）,年均低温对植被影响较大,与不同类型植被年均NDVI多呈显著正相关;在植被年均NDVI快速增长阶段（2006—2018年）,年总降水量与不同类型植被年均NDVI呈显著正相关,大降雨事件的频发使得降水量对于植被的生长起主导作用。年总降水量与年均气温尤其是年均低温的交互作用是促进植被生长的关键。     

气候变化背景下尼雅河流域生态基流研究

流域生态基流是河流生态系统健康稳定的关键,以新疆尼雅河流域为研究区域,根据民丰县气象站1958—2018年的气象数据与尼雅河4个水文监测断面1978—2018年的水文数据,运用趋势拟合、Tennant法、相关性分析和回归模型等分析流域气候变化、确定生态基流并探究其时空分异与保证率变化,揭示生态基流对气候变化的响应。结果表明：61 a来流域气温以0.22 ℃·(10a)^-1的速度增加,年降水量以3.8 mm·(10a)^-1的速度增加;尼雅水库、八一八渠首、尼雅水文站和尼雅渠首的年生态基流推荐值分别为：1.989 m³·s^-1、2.188 m³·s^-1、1.755 m³·s^-1、1.702 m³·s^-1;生态基流年际最大值出现在2010年,最小值在1980年,年内最大值在7月,最小值在1月或12月;空间上表现为上游高下游低,以八一八渠首处最高,尼雅渠首处最低;各站多年平均生态基流保证率分别为：50%、45%、50%、45%,且表现出汛期明显高于非汛期;逐年、逐月生态基流与气温、降水量均在0.01水平上显著相关,但在春夏季对气温敏感,秋冬季对降水量敏感,各水文监测断面的回归模型耦合效果相似,流域整体回归方程R²=0.365,且生态基流对气候变化响应具有整体性和衰减性。研究结果可为尼雅河流域生态调水和水生态修复提供参考。     

祁连山黑河径流变化特征及影响因素研究

基于黑河流域径流、气象和土地利用类型等资料,采用弹性系数等方法研究了黑河径流变化特征及影响因素。结果表明：（1） 1990年后黑河流域径流量增加趋势明显加速,并且在黑河干流表现最为明显,1957—1990年莺落峡站径流量增加速率为0.75×10⁸ m³·(10a)^-1,而1991—2020年其增加速率为2.60×10⁸ m³·(10a)^-1,后者是前者的3.47倍,并且黑河全流域1990年后径流量增加主要发生在夏季和秋季,较1990年前分别增加了7.07%和26.58%。（2） 径流对气候变化的响应在夏季最为敏感,并且降水是导致径流增多的主要气候因素,夏季降水量增多1.000%,同期径流量平均增多0.741%（P<0.01）。（3） 2020年较1980年黑河流域耕地和建设用地面积相对增幅分别为24.20%和71.43%;草地和未利用土地面积相对降幅分别为1.30%和5.28%。径流量与林地面积、建设用地面积呈正相关,而径流量与草地面积呈负相关。研究结果可以为黑河流域水资源的科学管理、优化配置和后续生态工程的实施提供参考。     

基于Budyko假设和分形理论的水沙变化归因识别——以北洛河流域为例

全球气候变化及人类活动深刻影响了区域水文过程,进行水沙变化归因识别对流域生态保护和高质量发展尤为重要。基于Budyko假设和分形理论,采用弹性系数法,对北洛河流域上（丘陵沟壑区）、中（土石山林—高塬沟壑区）、下游（渭北旱塬农区）3种不同地貌和植被类型区1959—2019年的水、沙通量变化进行归因分析。结果表明,北洛河上、中、下游径流量均显著减少,由20世纪60年代的35 mm、32 mm、34 mm,减少到21世纪10年代的19 mm、24 mm、6 mm,60 a减少率分别为0.3 mm a^-1、0.2 mm a^-1、0.4 mm a^-1。上游输沙量极显著减少,中游降低趋势不显著,下游显著减少,由20世纪60年代的99×10⁶ t、8×10⁶ t、3×10⁶ t,减少到21世纪10年代的10×10⁶ t、3×10⁶ t、0.3×10⁶ t,60 a减少率分别为1.5×10⁶ t a^-1、0.04×10⁶ t a^-1、0.1×10⁶ t a^-1。20世纪70年代以来,上游径流变化逐渐受人类活动影响,且影响程度逐渐增强,21世纪10年代人类活动贡献率达66.3%;气候变化是中游径流变化的主控因子,21世纪10年代降雨和潜在蒸散发的贡献率分别为77.0%和20.2%;下游径流减少主要为人类活动影响,21世纪10年代其贡献率为64.3%。对比20世纪60年代流域输沙量变化始终受人类活动主导,21世纪10年代人类活动对上、中、下游输沙量减少的贡献率分别为80.7%、59.2%和92.7%。上游人类活动对输沙量减少的贡献中,退耕还林等沟坡措施和沟道工程措施分别为39.0%、42.7%,中、下游人类活动贡献的估算结果反映出高植被覆盖区和农区汲水灌溉对区域水、沙的影响特征。     

鄂尔多斯市生态系统服务权衡与协同分析

鄂尔多斯市是中国北方农牧交错带的中心,经济快速发展的同时带来生态环境巨大的压力,该区域生态系统服务及其相互关联的变化对半干旱地区的可持续发展具有重要意义。本文基于2000、2010年鄂尔多斯市的食物供给、碳储存、产水量以及土壤保持4种关键生态系统服务供给核算,采用相关分析探究栅格尺度上4种服务之间的权衡与协同关系,并引入玫瑰图对比不同土地利用类型的生态系统服务关联特征差异。研究结果表明：①2000-2010年鄂尔多斯市生态系统服务整体增强,平均食物供给量由99.5 kg·hm^-2增至224.2 kg·hm^-2,碳储存量由8.32 t·hm^-2增至8.41 t·hm^-2,平均产水量由153.64 mm增至291.90 mm,土壤保持量平均值由47.79 kg·hm^-2增至59.04 t·hm^-2;②产水与土壤保持之间存在协同关系(相关系数分别为0.972和0.771),食物供给与土壤保持之间存在协同关系(相关系数分别为0.505、0.736),食物供给和碳储存之间存在权衡关系(相关系数分别为-0.584、-0.512);③多重生态系统服务供给的热点区主要分布在鄂尔多斯市东部;④产水量和土壤保持、碳储存在耕地和林地中呈现此消彼长的变化方式,而在草地中4种生态系统服务同时增加。     

蒙古国中部草原地区风蚀沙漠化的风沙活动特征——以乔伊尔市为例

蒙古国是中蒙俄经济走廊的重要区段,但面临严重的荒漠化问题,区域经济社会发展受到严重威胁,而蒙古国中部草原地区是主要的荒漠化新扩展区,正经历强烈的草原风蚀沙漠化过程。以戈壁苏木贝尔省首府乔伊尔市为研究区,利用自建自动气象观测站（2019年5月—2020年7月）、集沙仪观测站（2019年8月—2020年8月）及当地气象站（1990—2018年）数据,对当地风蚀沙漠化的风动力条件、风沙流输沙及其他影响因素等基本特征进行了研究。结果表明：（1） 乔伊尔市具有强劲的风动力条件,年输沙势可达735.96 VU,合成输沙势为428.76 VU,合成输沙方向为SSW（195.06°）,风向变率指数为0.58,属高风能环境、中等变率双峰风况。（2） 临界起沙风速因受土壤水分和植被盖度的共同影响而随季节变化,夏季最高,冬季最低,春季与秋季居中,且相差较小。（3） 地表具有强烈的风沙活动,年风沙流输沙通量可达2.135 t·m^-1·a^-1,Owen最大输沙量模型适于该区风沙流模拟。研究结果对于蒙古国中部草原区防沙治沙和生态恢复具有重要参考价值。     

陇中黄土高原丘陵沟壑区不同植被恢复模式下次降雨产流产沙特征

基于甘肃省清水县汤峪河径流小区2015—2017年的观测数据,研究不同植被恢复模式条件下坡面次降雨入渗、产流产沙特征。结果表明：不同植被恢复模式条件下的土壤入渗量与降雨强度呈二次函数关系,存在入渗量达到最大值的临界降雨强度。入渗速率与降雨历时可以用幂函数关系表达,符合考斯恰可夫入渗模型。不同植被恢复模式条件下的产流率在0.003 3~0.003 6 mm·min^-1之间,相对裸地的减流率为54%~58%。产流率与降雨强度之间呈二次函数关系（R²>0.88）,产流率的主要影响因素是降雨强度。径流含沙量平均值乔灌混合区（3.13 g·L^-1）>灌木林（2.95 g·L^-1）>乔木林（2.79 g·L^-1）>草地（2.58 g·L^-1）,径流含沙量与降雨强度呈线性递增函数关系。裸地的产沙量显著高于各植被小区（P<0.05）,是各植被小区的43~57倍,各植被小区的减沙率在93%~94%之间,减沙效益高于其减流效益。各植被坡面土壤流失量与降雨侵蚀力呈线性递增函数关系;产流率与侵蚀产沙率之间呈极显著正相关关系（P<0.01）,二者间可采用二次函数关系表达。本研究成果可为黄土高原丘陵沟壑区水土保持优化配置提供理论依据。     

梯田建设和淤地坝淤积对土壤侵蚀影响的定量分析

为了研究梯田建设和淤地坝淤积对流域土壤侵蚀的影响,本文首先建立了包含梯田、坡耕地、陡坡草地以及坝地在内的黄土高原丘陵沟壑区流域简化模型,并定义了流域的先锋期、过渡期以及顶级期三个状态,使用修正通用土壤流失方程(RUSLE) 分析了不同时期的流域土壤侵蚀模数。结果显示:先锋期与顶级期是流域水土保持治理的极限状态,先锋期峁边线上部土壤侵蚀模数为299.56 t×hm^-2×a^-1,下部土壤侵蚀模数为136.64 t×hm^-2×a^-1,平均侵蚀模数为229.74 t×hm^-2×a^-1;顶级期峁边线上部土壤侵蚀模数为39.10 t×hm^-2×a^-1,下部土壤侵蚀模数为1.10 t×hm^-2×a^-1,平均侵蚀模数为22.81 t×hm^-2×a^-1;在过渡期,随着梯田面积比例的增加,峁边线上部土壤侵蚀模数呈指数减少,而随着淤积高度的增加,峁边线下部土壤侵蚀模数呈线性减少,文章最后对这一结论进行了实证分析。     

2000—2019年新疆大型湖泊湖冰物候时空变化特征

湖冰物候变化特征是全球气候变化过程的重要指示器。通过长时间序列MODIS数据、Landsat数据提取的湖泊数据集,综合分析了2000—2019年新疆大型湖泊湖冰物候的变化特征。结果表明：（1） 近20 a新疆大型湖泊的开始冻结日呈现提前和推迟2种变化趋势,开始冻结日呈现推迟趋势的湖泊分别为博斯腾湖、赛里木湖、艾比湖、吉力湖、乌伦古湖、萨利吉勒干南库勒湖和鲸鱼湖,且大部分湖泊的开始冻结日推迟趋势在0.51~1.53 d·a^-1之间;开始冻结日呈现提前趋势的湖泊有3个,分别为阿牙克库木湖（变化趋势为-1.04 d·a^-1）、阿克赛钦湖（变化趋势为-0.41 d·a^-1）、阿其克库勒湖（-0.31 d·a^-1）。（2） 湖冰完全覆盖期是重要的湖冰参数,湖冰覆盖期的延长或者缩短能够直接表示区域气候变化过程,新疆大部分湖泊湖冰覆盖期表现为缩短趋势,其中分布在新疆中北部的艾比湖、吉力湖和博斯腾湖等湖泊的湖冰覆盖期缩短较为明显,变化趋势分别为-1.76 d·a^-1、-2.13 d·a^-1和-0.81 d·a^-1;冰完全覆盖期延长的湖泊有3个,分别为阿牙克库木湖、阿其克库勒湖和鲸鱼湖,变化趋势分别为3.51 d·a^-1、1.54 d·a^-1和1.37 d·a^-1,这些湖泊均匀分布在昆仑山高原北翼。（3） 新疆大型湖泊湖冰物候变化特征是受其自身条件（湖泊形态因子、湖泊面积等）及气候变化（气温、降水量等）等多种因素共同作用的结果。本研究探讨了气候变化环境下的新疆大型湖泊湖冰物候的冻融趋势及其变化模式,同时应用不同遥感数据和研究方法识别了湖冰,证实了MODIS数据反演湖冰物候的可行性。     

1992-2013年巢湖流域土壤侵蚀动态变化

基于GIS和RS技术,利用修正的通用土壤流失方程（RUSLE）模型,结合遥感影像、DEM数据、土壤类型数据及相关统计确定了模型中参数因子,计算出巢湖流域1992-2013年土壤侵蚀模数,分析了土壤侵蚀强度的时空动态变化特征。结果表明：巢湖流域土壤侵蚀区域主要呈东北至西南方向分布。微度、轻度、中度、强度、极强和剧烈侵蚀占土壤侵蚀总面积百分比分别是93.46%、6.25%、0.68%、0.19%、0.01%、0.01%。1992-2006年土壤侵蚀模数由510.70 t/（km²·a）减少到129.79 t/（km²·a）,降幅为74.59%,同时植被覆盖率由37.0%增至47.80%,土壤侵蚀的面积比例变化明显,轻度、中度、强度、极强和剧烈侵蚀由8.93%、2.33%、1.32%、0.09%、0.05%分别减少为4.74%、1.39%、0.28%、0.02%、0.01%,微度侵蚀由87.88%增加到94.16%。但2013年土壤微度侵蚀又减少为93.46%,土壤微度侵蚀有向高一级转换趋势。2006-2013年土壤侵蚀模数也由129.79 t/（km²·a）增加到149.44 t/（km²·a）,增幅为15.14%。     

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）。     

1961—2015年雅鲁藏布江流域降雨侵蚀力

降雨是土壤侵蚀的主要动力,也是风水蚀复合区沙漠化的主要驱动力。研究降雨侵蚀力时空变化对雅鲁藏布江流域土壤侵蚀的监测、评估、预报和治理具有重要意义。利用1961—2015年雅鲁藏布江流域8个气象站日降雨量气象资料,采用趋势系数、气候倾向率、MK检验等研究方法对雅鲁藏布江流域降雨侵蚀力时空变化进行分析。结果表明:雅鲁藏布江流域年降雨侵蚀力平均值为758.1 MJ·mm·hm^-2·h^-1,变差系数Cv值为0.29,趋势系数r值为0.3140。空间分布呈现由东向西逐渐递减的特点,东部可达2 000 MJ·mm·hm^-2·h^-1以上,最西部仅为200MJ·mm·hm^-2·h^-1。雅鲁藏布江流域年降雨侵蚀力总体呈波动上升趋势,其中嘉黎和波密站年降雨侵蚀力上升趋势明显,日喀则、泽当站年降雨侵蚀力呈下降趋势。通过MK检验及滑动T检验得知,流域内年降雨侵蚀力在1982年发生突变,年侵蚀性降雨突变不显著。雅鲁藏布江流域年降雨侵蚀力与侵蚀性降雨相关性显著。     

基于RUSLE模型的土壤侵蚀时空分异特征分析——以辽宁省朝阳市为例

以数字高程模型(DEM)、降雨量、土壤、遥感影像等为基础数据,运用GIS与遥感技术,结合RUSLE模型研究辽宁省朝阳市2001~2010 年的土壤侵蚀时空分异特征。研究结果如下:① 2001~2010 年土壤侵蚀模数总体呈下降趋势,其中2009 年的平均土壤侵蚀模数为254.02 t·hm^-2·a^-1,为10 a 间最低值;② 微度土壤侵蚀面积总体呈上升趋势,但以上2 个指标在2010 年均出现了不同程度的反弹;③ 朝阳县是土壤侵蚀最严重的地区,土壤侵蚀模数的平均值最高,为747.33 t·hm^-2·a^-1,中度以上土壤侵蚀面积分别为29.2%、32.67%、34.57%、31.41%。     

关中-天水经济区土地利用变化对净第一性生产力影响测评

净第一性生产力是表现陆地生态过程的关键参数,土地利用变化深刻影响区域的净第一性生产力。选取关中-天水经济区为研究区域,尝试对30 m精度的1980-2011年4期9月份左右Landsat 7的遥感影像以及CASA模型来估算关中-天水经济区的净第一性生产力,并用2011年遥感图像解译获得该年的土地利用数据,以及土地利用变化情况。在此基础上分析土地利用变化对净第一性生产力的影响,并且对关天经济区各县市净初级生产力进行了对比和分析。结果表明：1980-2011年,关中-天水经济区土地利用耕地、林地、居民建筑用地变化明显,南部秦岭山区多为林地与草地,净第一性生产力高达625.37 g C·m-2·a-1,而关中平原与天水地区人口居住区与开垦区净第一性生产力明显下降,最低达47.78 g C·m-2·a-1,人为的开发与利用土地降低了区域的净第一性生产力。所以,要继续施行落实退耕还林政策,控制城镇用地较大速度的扩增,以保持好区域的生态服务功能。     

黑河流域水资源生态环境安全问题研究

对黑河流域水文资料进行分析计算发现, 由于有冰川补给流域水资源比较稳定, 最枯年和最丰年水资源量之比仅为1:2, 这在北方河流中是非常罕见的。多年平均水资源量为32.31亿m³·a^-1, 人均水资源量为1689m³·a^-1, 略低于国际上公认的人均水资源安全警戒线1000~1700m³·a^-1的上限。根据黑河流域水资源反复转化多次重复利用的特点, 扣除7.5亿m³·a^-1的生态用水量, 结合流域正在执行的综合整治和节水措施的推广, 目前水资源状况是安全的, 下游生态环境的危机可以通过水资源统一调配来解决。依据天然出山水资源变化和水土资源开发利用规模及额济纳旗生态环境状况, 在不增加土地灌溉规模并适当采取节水措施的前提下, 可以确定32.31亿m³·a^-1的天然来水量为流域水资源安全临界线, 28亿m³·a^-1的天然来水量为流域水资源安全警戒线。     

黄土高原塬面保护区降雨侵蚀力时空分布特征及其影响因素研究

通过采用Mann-Kendall趋势分析法、小波分析方法、地统计插值等方法,基于黄土高原塬面保护区及临近的21个站点的逐日降水量数据,对区域内降雨侵蚀力的时空变化,趋势及主要影响因素进行了分析。结果表明：(1) 黄土塬面保护区1960—2017年多年平均降雨量为599.2 mm;多年平均降雨侵蚀力为1 871.91 MJ·mm·hm^-2·h^-1·a^-1,降雨侵蚀力在过去60 a来呈微弱上升趋势且变化的季节差异显著。(2) 黄土高原塬面保护区降雨侵蚀力的空间分布大体呈由南部向两侧递减的趋势,Mann-Kendall Z值除研究区北部、东部呈下降趋势,其余区域都为上升趋势。(3) 黄土高原塬面保护区降雨侵蚀力多年存在32 a的大周期,在大周期内还存在13 a、52 a的小周期。(4) 影响北半球中高纬度地区的主要的大气环流因子中仅Cold & Warm Episodes by Season因子的波动对整个区域和陕西塬区的降雨侵蚀力有一定影响,二者存在一定的负相关性,其余环流指数与降雨侵蚀力没有显著的关联性;此外太阳黑子与陕西塬区降水侵蚀力变化规律存在一定的正相关,与其他塬区并无显著关联性。     

适用于河北坝上地区的农田风蚀经验模型

目前,中国缺少一种被广泛认可、普遍适用于中国自然条件的农田风蚀模型。本研究利用多年的野外风沙观测数据和风洞模拟实验结果,建立了一种基于河北坝上地区自然环境的农田风蚀经验模型。该模型涵盖风力侵蚀因子、粗糙干扰因子和土壤抗蚀因子三大风蚀影响因子,包括起沙风速、地表粗糙度、土壤可蚀性和土壤含水率四大风蚀影响要素,可对各种农田地表的风蚀量进行定量计算和预测。应用该模型对坝上地区2013年风蚀季农田风蚀量进行定量计算。结果表明,翻耕耙平地的平均风蚀量为39.45 t·hm^-2·a^-1,莜麦留茬地的平均风蚀量为14.08 t·hm^-2·a^-1,与采用其他方法得到的结果比较接近。在更广泛地区对模型进行验证和修订,促进该风蚀模型与“3S”技术融合是下一步的重点工作。