植被覆盖度的时间变化及其防风蚀效应

 在防治风蚀过程中过去人们只关注植被覆盖度的空间特性,但对其随时间变化的特性未引起足够的重视。该文着重强调了植被覆盖度随时间变化的特性,并对不同类型植物覆盖度的动态变化特征进行了研究。通过调查研究与理论分析,在土壤风蚀量与植被覆盖度及风蚀气候侵蚀因子三者之间建立了随时间变化的定量关系,并利用该公式计算和比较了不同类型植物防风治沙性能的动态差异、总植被覆盖度及相应的总土壤风蚀量的动态变化。结果表明在防风蚀的作用效应中灌木＞多年生牧草＞林木＞作物＞一年生牧草;总时空植被覆盖度与总土壤风蚀量呈“反相位”的动态变化;风蚀季节总植被覆盖度较低,介于0.11～0.14之间,低于20%的临界覆盖度,这也是该地区风蚀危害严重的一个重要原因所在。     

不同土地利用方式下土壤风蚀主要影响因子研究——以内蒙古武川县为例

以内蒙古武川县为例,选取天然草场、旱作农田(马铃薯)和退耕人工灌木林3类农用地为研究对象,对影响土壤风蚀的气候、植被覆盖度、土壤特性等若干因子进行了野外实测、室内分析及风洞模拟试验.结果表明,降雨少、风大、风多、土壤质地粗糙以及冬春冻融交替作用造成土壤表层疏松干燥等原因,决定了春季是该地区土壤风蚀的易发期.植被覆盖度是影响土壤风蚀的重要因子.在冬春风蚀季节覆盖度高低依次为灌木地＞天然草地＞旱作农田,此时缺少地表覆盖物保护的旱作农田最易受到风蚀危害.土壤含水量是影响风蚀的另一个重要因子.通过风洞试验对土壤风蚀率与含水量的定量关系研究表明,土壤含水量越高,土壤启动风速越大,风蚀率越小.6％土壤含水量是旱作农田风蚀强度由强变弱的一个转折点.田间试验结果表明,不同土地利用方式下表层土壤含水量总体上表现为天然草地＞旱作农田＞灌木林.通过风洞试验对土壤水分和风速的定量化研究表明,土壤风蚀速率随风速的增大而增大,二者呈幂函数关系.在净风吹蚀的条件下,18 m·s^-1风速是风蚀强度急剧增加的一个转折点.     

植被的防治风蚀作用

土壤风蚀是造成干旱、半干旱地区土地荒漠化与沙尘暴灾害的首要因素,也是目前全球性的主要环境问题之一.许多研究表明,通过植物防治风蚀是一种最根本、经济而有效的措施.本文在阅读大量国内外该领域文献的基础上,介绍了目前研究植被防治风蚀作用的风洞实验、野外观测和模型模拟3种主要方法,阐述了植被防治风蚀作用的机理及影响因素,并结合当前国内存在的一些问题和不足,对今后应重点开展的研究和需要解决的问题作了探讨.     

人类活动对西南山地植被覆盖变化的影响——以重庆市为例

植被覆盖变化是生态环境变化的重要指标,定量解析其中的人类活动作用一直是生态领域研究的热点。以重庆市为例,基于遥感、气象以及统计数据,利用GIS技术和残差法,从归一化植被指数(NDVI)和土地利用/覆盖(LUCC)整合分析视角,探究西南山地2000-2020年植被覆盖变化的时空特征,深入解析人类活动影响。 研究表明：(1)近20年间研究区植被覆盖呈整体上升趋势且空间异质性强,渝东南和渝东北地区植被覆盖以及恢复趋势明显优于渝中地区。(2)残差分析表明人类活动对植被覆盖变化同时存在正向和负向两个方面的影响,以正向影响为主导。(3)林地未变区和耕地未变区对植被覆盖变化的贡献程度最大(两者共达到84.18%),退耕还林贡献率仅为1.24%。(4)封禁育林面积与林地未变区植被覆盖变化存在极显著正相关关系(R²=0.82),同时封禁育林生态工程能够较好地解释林地未变区残差变化。研究建立了LUCC对植被覆盖变化影响的贡献率清单,定量揭示封禁育林生态工程对植被覆盖恢复的重要作用,对丰富区域植被覆盖变化驱动研究具有一定参考价值。     

基于半变异函数的环渤海地区NDVI空间格局特征研究

基于环渤海地区1999—2009期间年尺度的NDVI序列数据和半变异函数分析方法,定量研究植被覆盖分布的空间格局特征及其时间变化特征,结论如下:1)辽宁省地形对植被分布的影响强于气候,植被分布整体的连续性最好;而在山东和京津冀区域,温度对植被覆盖空间格局的影响强于水分,且山东植被分布的斑块化最为显著;2)结构性因子对辽宁、京津冀、山东三个分区植被覆盖的影响作用占主导,但均呈减弱趋势;3)辽宁、京津冀、山东三个分区植被覆盖空间变异最小、空间连续性最大的方向分别为东北-西南(30°)、西北-东南(150°)和西北-东南(135°),该方向的差异体现了影响因子类型及其作用的差异性。     

陕北长城沿线植被恢复与生态系统防风固沙服务模拟分析

为探究风沙边缘地区植被恢复与生态系统防风固沙服务能力之间的作用机制以及如何保证防风固沙服务的可持续发展,选择毛乌素沙漠边缘地区--陕北长城沿线为研究区。利用Theil-Sen斜率估算、M-K显著性检验、修正风蚀方程（Revised Wind Erosion Equation,RWEQ）和情景分析法,评估分析2000-2018年该地风沙治理工程效果和生态系统防风固沙服务的时空变化,并着重分析在风蚀因子改变的条件下,植被恢复对土壤风蚀和生态系统防风固沙服务能力的影响。结果表明：（1）在2000-2018年风沙治理工程中陕北长城沿线地区植被恢复状况显著改善,表明多年来在风蚀治理工作中取得显著的效果。（2）在实际情景中,随着植被不断的恢复,风蚀发生的危险程度总体在减小,而风蚀因子是导致实际风蚀量显著改变的主要原因。从生态系统防风固沙服务角度出发,在不同年份防风固沙总量变化显著,2005年和2010年防风固沙量达到最小、最大值,分别为4569.18万t和64164.44万t,差异明显,致使2005和2010年防风固沙服务能力也达到历史最低和最高值。（3）通过最小风蚀因子情景模拟间接表明：植被恢复能够遏制风蚀现象的发生。但在最大风蚀因子情景下,风蚀现象依旧明显,而植被所发挥的生态系统防风固沙服务能力越显著。（4）综合上述3种情景,每年潜在风蚀量 > 防风固沙量 > 实际风蚀量,说明在最大危害程度内生态系统防风固沙服务具有明显的效果。通过研究不仅证实植被是实现防风固沙服务功能可持续发展的必要条件,同时恢复植被对风沙区域进一步发展状况与趋势有着至关重要的作用。     

土壤侵蚀预报模型中的植被覆盖与管理因子研究进展

植被覆盖和土地管理措施是土支离破碎中侵蚀的主要抑制因素之一,通用土壤流失方程（USLE）中的植被覆盖与田间管理因子（C）是评价这种抑制作用的有效指标,并被广泛采用和深入研究。我国在这方面的研究还不能满足土壤侵蚀预报和水土保持规划的要求,在系统回顾该因子的研究历史的基础上,介绍了USLE和RUSLE中C因子估计方法及其不断改进和完善的过程,并概述了中国的覆盖与田间管理因子的研究进展。此外,总结国内在（C）因子估计值以及植被覆盖度,地面覆盖物和植被根系对土壤侵蚀的影响等方面研究成果,分析了目前我国覆盖与田间管理因子研究中存在的3个方面问题,并提出了前景展望。     

土壤风蚀影响因子与防治技术

土壤风蚀是当今制约世界各国农业可持续发展和环境质量的主要因素。本文从土壤质地、风速、土壤湿度和植被覆盖等方面介绍了影响土壤风蚀的主要因素,并详细阐述了各个因素与风蚀量之间的数量关系;同时总结出了当前国际上流行的几种能够有效防治风蚀的方法,并且通过比较各种防治方法的优缺点。提出目前解决中国土壤风蚀最可行的途径是保护性耕作为主,其他技术为辅;最后,借鉴西方新制度经济学的观点,分析了目前土壤风蚀防治进展缓慢的原因,并提出了相关的政策性建议。     

生态修复前后祁连山地区植被覆盖变化

祁连山是我国重要的生态屏障，定量评估气候变化和人类活动对植被变化的影响对祁连山生态保护和修复具有重要意义。以祁连山地区为研究区，分析1986—2020年植被覆盖时空动态变化，计算气候变化及人类活动对植被覆盖变化的贡献率，进而评估生态修复工程对于植被覆盖变化的影响程度。结果表明：(1)1986—2020年间祁连山地区植被覆盖度呈现显著增加趋势，变化趋势为0.022/10a;中高覆盖度主要分布在东南地区，西北地区仍然是以低覆盖度为主，且1999年的退耕还林还草工程施行后，中低覆盖度向中高覆盖度方向转化。(2)祁连山地区植被覆盖变化是气候因素和人类活动共同作用的结果。气候因素对植被覆盖的贡献率为93.40%,人类活动贡献率为6.60%,气候因素是祁连山区植被变化的主导因素，但人类活动在植被变化中的影响程度逐年增加。祁连山地区植被覆盖呈转好趋势，这主要是因为退耕还林还草等生态工程极大地改善了祁连山地区的植被覆盖状况，为后续植被的恢复和生态系统的稳定奠定了良好的基础。     

留茬和秸秆覆盖对农田土壤风蚀量的影响

为探讨留茬和秸秆覆盖降低农田土壤风蚀的作用,采用二次回归通用旋转组合设计,在辽西风沙半干旱区开展了田间试验。结果表明:常规耕作的风蚀量高达15.74 t·hm-2,留茬高度和秸秆覆盖量对风蚀量有显著影响,且秸秆覆盖量对风蚀量的降低作用大于留茬高度。留茬高度和秸秆覆盖量的交互作用也显著影响风蚀量的变化。当留茬高于18.0 cm、秸秆覆盖量2500.0 kg·hm-2时,土壤风蚀量降幅达54%以上。利用建立的风蚀量与留茬高度和秸秆覆盖量的回归模型优化得出,当留茬高度为33.9 cm、秸秆覆盖量为4255.7 kg·hm-2时,农田土壤风蚀量最小,仅为0.42 t·hm-2。     

土壤湿度和植被盖度对土壤风蚀的影响

1　引　　言随着土地承载量的不断增大 ,土壤风蚀已经成为干旱半干旱区农牧业发展的限制因素之一[4] .孙建中等[8] 研究表明 ,处于农牧交错带东段的河北坝上滦河源区是土壤轻度风蚀与未风蚀的交界带 .赵雪等[10 ] 对河北坝上脆弱生态环境进行了分析 ,指出该区农业发展中存在的问题之一是土壤风蚀和土地沙化 .赵文智[9] 对河北坝上半干旱 半湿润过渡带土壤水分状况研究表明 ,植被盖度的增大能够提高土壤保水能力 .贺大良等[5,6] 在土壤属性方面研究了降雨与起沙风速之间的关系 ,发现降水与土壤湿度关系十分密切 ,而土壤表层水分的增加可减弱…     

行带式柠条固沙林防风效果

传统观点研究认为：植被覆盖度低于40％,沙地处于半固定半流动状态．但在实践观察中发现：在低密度（或覆盖度）时,灌丛的水平分布格局对固定流沙和阻止风沙流的作用差异显著。以低覆盖度（20％-25％）的柠条固沙林为研究对象,采用多点式自记风速仪（GB-228）,在2。4月份的盛风季节,测定了行带式配置和随机分布的柠条固沙林以及完整的行带式配置和其中一带出现缺口的行带式固沙林内不同部位、不同高度的风速．统计分析风速测定结果发现：（1）当覆盖度在20％-25％时,行带式配置的柠条固沙林内的防风效果比同覆盖度随机分布的在20cm高处高48．4％;50era高处高30．7％;200cm高处高27．4％,且风速越大,行带式配置降低风速的效果越显著,当200cm高风速达到6—7m／s时,行带式的平均防风效果比同覆盖度随机分布的高48．2％;反映出在低覆盖度时,灌丛的水平分布格局成为制约固沙林沙防风效果的重要因素,行带式配置具有显著的防风效果;（2）在灌丛与灌丛之间形成的类似“狭管”流场的局部,有提升风速的作用,导致其林内观测的风速有约41．3％的观测结果超过旷野对照风速,行带式配置的柠条固沙林内没有一个观测结果超过对照风速;这个结果反映出随机分布的柠条固沙林内流场结构复杂、变化多样,也成为低覆盖度时,沙地处于半固定、半流动状态,疏林内同时存在风蚀和积沙和缺口处风速升高的重要因素;（3）行带式配置林内地表粗糙度比随机配置的高5．4-114．4倍,说明行带式配置具有显著的防止风蚀、固定流沙的作用;（4）行带式林内出现断带缺口处,其缺口处的风速降低有明显的累加现象;风速抬升现象在一定程度受到制约。这些结果为发展低覆盖度行带式配置的固沙林提供重要的科学依据。     

Quantitative effects of wind erosion on the soil texture and soil nutrients under different vegetation coverage in a semiarid steppe of northern China

Many studies reported the influence of wind erosion on soil degradation and the effect of vegetation coverage on preventing wind erosion. However, fewer studies have quantitatively measured the grassland soil particle size fractions and nutrients’ loss caused by wind erosion under different vegetation coverage. Aims: We conducted a field experiments to (1) to explore the effect of vegetation coverage on soil wind erosion; (2) examine quantitatively the effects of wind erosion on soil texture, and determine the most erodible particles fraction of soil; (3) to examine quantitatively the soil carbon, nutrients such as nitrogen and phosphorus loss caused by wind erosion under different vegetation coverage. Methods: Six vegetation coverage treatments (0 %, 15 %, 35 %, 55 %, 75 % and 95 %) were constructed. To be able to monitor wind erosion status under more diverse weather conditions, three consecutive repeat experiments under different weather condition were conducted. Results: The results show that all the residue soil samples after wind erosion became coarser than that of original soil samples. The degree of change for the soil particle size distribution before and after wind erosion gradually increased with the less of vegetation coverage. The critical particle size for distinguishing the original soil sample and the residue soil after wind erosion occurred in the range of 125 μm and 210 μm depending on the vegetation cover. The fractions below or above the critical particle size are either easy to deplete or favoured by wind erosion, respectively. The most reduction occurs between 50 and 90 μm depending on the different weather condition and vegetation coverage. Due to the disproportionately greater amounts of nutrients in the fine soil particles, the preferential depletion of fine particles directly lead to a preferentially significant depletion of organic carbon and nutrients. The organic carbon and nutrient contents in the residue soil after erosion decreased significantly compared to that in the original soil. The soil nutrient loss ratio decrease significantly with the increase of vegetation coverage. Conclusions: Wind erosion is an important factor to affect the evolution of soil texture and soil nutrient. Vegetation coverage has a major impact on both preventing wind erosion and decreasing loss ratio of fine particles and nutrients. If we want to effectively protect the fine particles and nutrients, the vegetation cover should be maintained at least above 35 %.     

低覆盖度固沙林的乔木分布格局与防风效果

低覆盖度植被是我国干旱、半干旱区经过漫长的自然演替过程逐步发育形成且广泛分布的植被类型。前人研究认为,植被覆盖度达到40%为固定沙地,40%-20%为半固定-半流动沙地。但在实践观察中发现:在低密度(或覆盖度)时,灌丛的水平分布格局对固定流沙和阻止风沙流的作用差异显著。在干旱区、半干旱区,存在着大量天然的乔木疏林,其覆盖度均在低于40%,地表处于半流动状态,而配置成行带式后,即使覆盖度降低到20%时,地面也不会出现风蚀现象。因此,在内蒙古浑善达克沙地,针对覆盖度在20%左右的乔木疏林,同时测定了随机与行带式两种分布格局的防风阻沙效果。结果表明:(1)在不同的对照风速下,行带式配置的林内的相对风速均低于随机分布,其中在200 cm高度处行带式配置的平均相对风速比随机分布的低53.89%,在50 cm高度处低36.82%;(2)行带式林内的水平风速流场变化有一定规律,而随机分布林内风速流场变化主要受树冠在空间的分布影响,变化非常复杂;(3)随机分布的疏林内出现风速超过旷野对照的现象,在50 cm和200 cm的两个观测高度上分别有约27.45%和22.55%的风速测定值超过对照风速,说明出现明显的局部风速"抬升"现象,形成了强的涡流;(4)行带式配置林内的平均地表粗糙度达到1.01 cm,比随机分布的疏林内增大约5倍之多;(5)总体而论,行带式分布格局第1带降低风速的作用最显著,第2带及其以后各带间的风速均比第1带后的风速小,但逐带降低的叠加效益不明显;(6)由于乔木基本(枝下高)没有枝条对风的阻碍,乔木行带式固沙林在迎风面的第1林带的基部有一定的风力"抬升"作用,对林带基部地面产生较强的侵蚀作用,多数第1带树木的根系被侵蚀裸露,过境的风沙流只能在林带后树冠外侧堆积;(7)随机分布林内在许多位置出现了非常低的地表粗糙度,地表粗糙度低的位置基本与风速"抬升"区相吻合,这种"抬升"区形成的强的涡流是疏林内出现风蚀坑的重要因素,这也是浑善达克沙地出现榆树与风蚀坑相间分布的主要原因。     

基于规划目标的京津风沙源治理区生态保护与修复效应

为改善和优化京津及周边地区生态环境状况,减轻风沙危害,2003年启动实施了京津风沙源治理工程。基于工程规划目标评估了京津风沙源治理区生态保护与修复效应,结果表明:(1)草地和林地作为京津风沙源治理区绿色生态屏障的主要组成,分别占治理区面积的57.3%和9.7%,而风沙策源地的耕地和沙地分别占17.2%和6.4%。(2)2003—2017年,京津风沙源治理区草地、耕地、沙地面积减少,而林地和其他类型面积增加。治理区植被覆盖度平均提高了2.3%,其中林地提高了4.3%,草地提高了2.4%。(3)沙尘天气发生的春季,治理区土壤风蚀量减少了54%。在防风固沙服务总量的贡献中,草地和沙地贡献了71%。因此,草地和沙地生态系统的植被恢复,对治理区生态系统防风固沙服务的提高发挥了最为重要的作用。(4)除治理区植被有所恢复外,由于气候整体变暖,近15年风场强度有所减弱,特别是沙尘天气易发生的春季风场强度减弱近45%,也是影响京津风沙源治理区风蚀量下降的一个重要原因。     

Vegetation coverage,species richness,and dune stability in the southern part of Gurbantünggüt Desert

This study investigated the relationship between vegetation coverage, species richness, and environmental factors, and also analyzed the relationship between vegetation coverage, species richness, and dune stability in different terrains, in the southern part of Gurbantünggüt Desert in China. The results showed that the order of vegetation coverage and species richness was greatest in middle areas, followed by the eastern areas, with the western areas being sparse. On a large scale, precipitation from April to June determined the amount of vegetation coverage. On a small scale, vegetation coverage was influenced by the type of terrain and the water and salt content in soils. Species richness of vegetation was determined by soil water and salt content on both the large and small scales. There were also remarkable differences in relative wind erosion among the different terrains and their order was: crest, slope, and inter-dune in descending order. The correlations between wind erosion and vegetation coverage and species richness were influenced by the type of terrain. Furthermore, there were significant correlations between wind erosion and vegetation coverage and species richness in dune slopes and crests. There was, however, no significant correlation between wind erosion and vegetation coverage and species richness in inter-dune sites. Vegetation coverage was the dominant factor influencing wind erosion in both slopes and crests. Species richness may have an impact on wind erosion through vegetation coverage in both slopes and crests. These results suggest that the effect of terrain type should be fully considered during the establishment of vegetation cover in the desert.     

库布齐沙漠南缘风沙-植被相互作用及其景观效应

干旱区尤其沙漠边缘地区的风沙与植被相互作用对塑造地表景观具有重要意义。选择库布齐沙漠南缘的油蒿灌丛地为研究区,开展了植被调查、风沙流观测和表层沉积物粒度采样测试,分析了顺风向植被盖度、风沙流结构与沉积物特征的沿程变化,探讨了风沙-植被相互作用及其对地表景观格局的影响。结果表明,风沙流与植被相互作用方式的改变使植物生长状况与地表蚀积模式发生变化,进而导致顺风向景观表现出明显的空间异质性。自上风向裸地过渡到均匀分布的新生油蒿和油蒿灌丛再至斑块状分布的灌丛沙堆,植被盖度与覆沙厚度先增大后减小,空气动力学粗糙度沿程不断增加且在过渡时其增幅最大,输沙率与沉积物粒度呈先减小后增大趋势,并在植被盖度与覆沙厚度最大处出现最小值。在沙漠边缘剥蚀高原上,起初适量风沙堆积促进油蒿定植与生长,均匀分布的油蒿灌丛进一步促进沙物质堆积,但当堆积厚度超过油蒿耐沙埋深度时发生退化,灌丛出现斑块状分布且风沙流在丘间地处侵蚀。据此,可理解为剥蚀高原风沙区景观异质性是风沙与植被相互协同与抑制作用的结果。     

生物结皮粗糙特征——以古尔班通古特沙漠为例

摘要：空气动力粗糙度可以反映地表气流与下垫面的相互作用。古尔班通古特沙漠是我国最大的固定、半固定沙漠,其间广泛分布的生物结皮在稳定地表和改善环境方面意义重大。对未经扰动的4种类型生物结皮进行表面微形态观察,并通过风洞实验确定动力粗糙度Z0和摩阻风速u*,结果表明：（1）不同生物结皮类型,其组成和表面微形态等都具有明显差异。藻结皮以表面致密光滑为显著特征,由藻类分泌物和藻丝体粘结细粒物质所形成;地衣结皮表面藻类和真菌形成的叶状体匍匐沙面生长,呈现三维生长方式,形成有明显凹凸的壳状覆被;苔藓结皮以苔藓植物体密集丛生为特点,地上部分出现了茎叶分化,有一定的柔韧性。（2）就动力粗糙度的大小而言,是按地衣结皮>藻类－地衣结皮>苔藓结皮>藻结皮的顺序排列的,Z0平均值依次为（6.5890.850）mm、（4.1790.239）mm、（2.5420.357）mm和（0.3930.220）mm,与定床裸沙面的（0.0420.019）mm相比,生物结皮Z0值提高了10—150倍。随着风速的增大Z0值有所减小,其中以地衣结皮的减小趋势较为明显。（3）由风速廓线对比发现,四类生物结皮对气流阻滞作用的差异主要局限于4 cm以下的高度范围,风速越大这种差异也越大。各类生物结皮摩阻风速u*随风速增大而增大,其中藻结皮的增大速率明显低于其它三类结皮,说明藻结皮随风速增大的阻滞效应较其它三类结皮要差。（4）在净风条件下,地衣结皮具有最好的防风效果,其次为藻类－地衣结皮和苔藓结皮,藻结皮最差。当生物结皮破损后,床面结构和气流性质将发生变化,对空气动力学粗糙度和摩阻风速产生的影响将有待于进行更深入的研究。