21世纪初中国生态退耕的空间格局及黄土高原典型区退耕的生态位适宜性分析(英文)

自1999年我国开始试行以"退耕还林"工程为主的生态退耕以来,到目前已历时十年。特别是进入21世纪,工程实施强度较大,因此从国家尺度上进行宏观生态退耕格局的分析对于评估生态退耕政策和确定未来政策导向具有重要意义。本研究以TM遥感监测的土地利用变化数据库为基础分析2000-2005年生态退耕的时空格局。在此基础上,以黄土高原典型地区陕西中北部为研究区,采用生态位适宜度评价模型探讨了生态退耕工程实施的合理性。研究结果表明:(1)2000-2005年间,生态退耕主要集中在中国中部地区,尤其是在黄河和长江的中上游地区,生态退耕面积与建设占用面积基本持平。在各生态类型区中,黄土高原土壤侵蚀区生态退耕面积最大,达到了1162.50km~2,主要用于还林;(2)整体看来,研究区内生态退耕的空间格局是合理的,即适宜性越差的耕地退耕比例越大。从退耕区域的适宜性水平来看,有77.35%的地区属于勉强适宜区,其中退为林地的面积为603.32km~2,退为草地的面积为528.94km~2。整个研究区内前者大于后者。然而,退耕地中仍有19.38%属于中度适宜区,原因可能来自于退耕指标分配等管理因素,另外,当地农民外出务工从而将中等适宜度的耕地退耕。结果表明,当前仍有大面积不适宜和勉强适宜的耕地存在,在未来工程实施过程区应该首先考虑该类地区。     

黄土高原黄土物源区的同位素证据

系统采集了黄土高原马兰黄土、河西走廊和青藏高原东北部黄土、河床沙和湖泥样品。用酸淋洗去除方解石后,黄土高原马兰黄土εNd(0)值从-9.2到-11.3,87Sr/86Sr比值从0.71784到0.71944,都落在同位素B区内,与青藏高原东北部、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠的值一致。黄土高原马兰黄土白云石的δ13C值从1.2‰到1.5‰,与青藏高原东北部和河西走廊黄土,巴丹吉林沙漠的白云石的值类似。这些表明青藏高原东北部、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠可能是黄土高原黄土的源区,从而排除了其他沙漠(古尔班通古特沙漠、塔克拉玛干沙漠、毛乌素沙漠、库布齐沙漠、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地)作为黄土物源区的可能性。同位素研究结果和野外调查进一步揭示,黄土高原黄土、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠物质可能最终都是来源于青藏高原东北部。     

中国黄土高原土壤湿度的气候响应

利用中国黄土高原59个气象站1961—2002年月降水量和29个农业气象观测站从建站到2002年逐年4—10月旬土壤重量含水率资料,分析了黄土高原土壤湿度的地域和时间分布特征以及土壤湿度对生态的影响。结果表明：①黄土高原4—10月土壤湿度与降水量的地理分布有较好的一致性,两者都从东南向西北减少。受六盘山和太行山阻挡东南季风影响,在陇中和晋中黄土高原出现一条南北向的干舌;黄土高原半干旱气候区降水和土壤湿度等值线梯度大,气候变化敏感。②采用年降水量和变差系数把中国黄土高原土壤湿度划分为5个气候区域：草原化荒漠带土壤严重失墒区,荒漠草原带土壤失墒区;草原带土壤失墒区;森林草原带土壤湿度周期亏缺区;森林带土壤湿度周期亏缺区。前3个气候区位于黄土高原中北部,经雨季之后,土壤水分不能得到有效恢复,土壤经常处于重旱或轻旱状态。后2个气候区位于黄土高原南部,经雨季之后,土壤水分能得到有效恢复,土壤有季节性缺水现象。③影响土壤湿度的主要因素是降水,但气温也有不可忽视的作用。近20 a来,中国黄土高原降水减少,气温升高,土壤湿度有下降的趋势。     

黄土高原的形成与发展

根据黄土高原古地理及气候演变、黄土地层年代学和侵蚀期与堆积期的资料分析,得出黄土高原出现之前为红土高原,气候以温暖半湿润弱波动为特征,250×10⁴ a来的黄土高原可分3个阶段。第一阶段出现在250×10⁴~140×10⁴ a之间,为高原内部弱侵蚀循环期,气候冷暖振动幅度较小。第二阶段出现在140×10⁴~0.4×10⁴ a之间,侵蚀动力加强,为高原自然侵蚀加强时期,气候冷暖振动幅度较大;第三阶段出现在4000 a以来,为高原异常加速侵蚀外流期。未来200 a黄土高原有向冷干发展的表现,这对黄土高原的治理是不利的,但不会发生大的自然变化。通过人类活动的积极作用,黄土高原的加速侵蚀向自然侵蚀或小于自然侵蚀的变化将会发生。可以预测,未来200 a的黄土高原仍是适于人类生存的好地方。     

浅层黄土滑坡易发性评价：以晋西黄土区蔡家川农地小流域为例

黄土高原中部地区极端暴雨事件频发,引发大面积浅层滑坡和泥流灾害。随着全球变暖,降雨增加,中国西北黄土高原植被覆盖发生显著变化,不考虑植被因素的黄土滑坡易发性分区的评价方法需要改进。本文以晋西黄土区蔡家川流域农地小流域为研究对象,基于暴雨前后流域高分辨率图像、数字高程模型,野外滑坡调查和室内岩土测试,利用半定量的信息量模型、信息量-逻辑回归耦合模型和定量的物理模型,按有植被和无植被两种工况开展了浅层黄土滑坡易发性分区,并评估模型精度。结果表明：考虑植被时,半定量模型获取的易发性指数均下降,物理模型计算的稳定区面积显著增大,说明植被对浅层滑坡有抑制作用;考虑植被时,各个模型的评价精度都有所提高,信息量-逻辑回归耦合模型的精度高于信息量模型,物理模型的精度整体高于两个半定量模型。研究结果可为以暴雨滑坡为主要类型的小流域水土流失预测预报提供参考。     

青藏高原东北缘西宁黄土物源研究

碎屑锆石U-Pb年代学被认为是研究沉积物物源的有效手段。然而,应用碎屑锆石U-Pb年代学对中国黄土高原进行物源研究时却获得了非常复杂的物源信息。西宁黄土沉积于青藏高原东北缘地区,对其开展碎屑锆石U-Pb年代学研究不仅可以获得其物源信息,同时可以为探讨青藏高原北缘碎屑物质对黄土高原的贡献提供重要依据。碎屑锆石形貌学研究结果表明其可能经历了强烈的物理风化以及多次再循环,同时也可能暗示了物源的高度复杂性。来自不同沉积层位的碎屑锆石U-Pb年龄结果表明,西宁黄土碎屑物质的最终来源可能是青藏高原北缘和中亚造山带,且物源区自约1.3 Ma以来可能没有显著变化,但是两者对西宁黄土的相对贡献可能在不同的时期具有微弱的差异。西宁黄土与中国黄土高原中、西部典型剖面的碎屑锆石年龄分布具有高度相似性,暗示了两者的物源区可能很大程度上具有一致性,但具少量差异。     

晋西黄土洞穴成因研究

在野外调查、室内实验基础上,对晋西黄土洞穴的成因进行了分析,研究表明:晋西黄土洞穴的形成是多种内外因素综合作用的结果,主要因素包括黄土的土性、微观结构、节理裂隙、地层结构厚度、水文气候、地形地貌等,其中黄土土性和微观结构是黄土洞穴形成的内因,节理裂隙和地层分布状况为洞穴发育提供了空间和物质基础,水成为黄土洞穴形成的源动力,地形地貌则控制着黄土洞穴的分布。     

黄土高原南部全新世古土壤的沉积序列

Optically stimulated luminescence （OSL） dating for polymlneral fine-grained loess samples, collected in Laoguantai （LGT） section on the south of the Chinese Loess Plateau, was made by application of single-aliquot regenerative-dose （SAR） protocol. A ＇Double-SAW procedure in which aliquots are subjected to both infrared （IR） and blue stimulations was used and two sets of equivalent dose （De） determinations were produced and assumed to relate predominantly to feldspathic and quartz fine grain populations respectively, The OSL ages estimated from IRSL signals are smaller than those estimated from [post-IR] OSL signals due to the anomalous fading of feldspar IR signals, based on fading experiment, The young ages of the samples near ground surface may be originated from the post-depositional disturbance by the intensifying humanity＇s cultivation since 3.0 ka BP in the Guanzhong Basin, south of the Chinese Loess Plateau. Based on OSL dating, as well as field observations and stratigraphic correlation, we determine the chronology of the LGT Ioess-paleosol sequence. In combination with climate proxy records, it is indicated that aeolian loess deposition and pedogenesis underwent polyphase changes during the Holocene, likely to have been driven by shifts in the East Asian monsoon. This suggests that aeolian loess deposition is episodic and highly variable, with contributions from non-aeolian processes such as alluvial deposition found in the area.     

陇东黄土高原北部全新世野火历史的木炭屑记录

全新世黄土-古土壤剖面保存的木炭屑记录了野火和自然景观演变的过程,本研究通过野外考察采样和磁化率、TOC、木炭屑的实验分析探索陇东黄土高原北部地区全新世野火的历史。研究结果表明:11500aB.P.之前末次冰期,气候干旱,在半荒漠草原植被条件下,自然野火频繁发生;全新世早期（11500～8500aB.P.）野火发生频率大大降低;8500～3100aB.P.为全新世气候适宜期,气候相对比较湿润,生物风化成壤作用强烈,呈现森林草原景观,野火发生几率明显下降,但在古土壤形成早期,木炭屑峰值反映有野火频繁发生,这可能是新石器时代早期老官台文化（8000～7000aB.P.）时期人类用火及其放火烧荒开垦农田等活动的结果;全新世晚期气候向干旱化发展,具有游牧性质的寺洼文化（3250～2650aB.P.）出现在陇东北部黄土高原地区,有一定野火活动。1500aB.P.以后,木炭屑浓度大幅度减少,反映野火很少发生,可能由于本地区半农半牧土地利用方式已经确立,人工-自然复合生态景观形成。     

陇中黄土高原半干旱草地地表反照率的变化特征

利用2010年兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)全年的观测数据,对陇中黄土高原半干旱草地的地表反照率年变化及其在典型天气条件下的变化特征进行研究。结果表明,该地区半干旱草地的地表反照率呈冬半年高、夏半年低的特点,年平均地表反照率为0.21,高于绿洲地区,低于半干旱农田区;地表反照率的日变化明显受天气条件的影响:晴天时呈早晚高、中午低的特征,阴天时日变化很小;降雨后地表反照率先降后升,而降雪后则先升后降;沙尘天气过程中,地表反照率比晴天有所增加。晴天时地表反照率还存在明显的不对称现象,即相同太阳高度角时,上午地表反照率大于下午,这种差异与浅层土壤湿度的变化具有较好的一致性。