基于GIS和USLE的伊犁河谷土壤侵蚀敏感性评价

伊犁河谷是新疆重要的农牧业生产基地,水土流失是该地区最为严重的生态环境问题之一。本文以通用土壤流失方程USLE为计算模型,借助Arc GIS空间分析功能,选取降雨、植被、土壤、地形因子,并对方程中的可变因子降雨、植被进行季节区分,对伊犁河谷土壤侵蚀敏感性进行综合评价。受可变因子的影响,研究区土壤侵蚀敏感性在季节尺度上差异显著,主要表现为:伊犁河谷土壤侵蚀春季最敏感,秋季次之,夏季土壤侵蚀以轻度敏感为主;土壤侵蚀高敏感地区所占面积随季节推进逐渐缩减,春季、夏季、秋季,所占面积比例分别为32.2%、6.1%、6.0%;空间上,土壤侵蚀轻度敏感地区主要分布在河谷盆地及平原地区,中度、高度敏感地区集中分布在山前坡地,以及海拔1500 m以上、坡度20°左右的山区;在可变因子中,植被因子对土壤侵蚀敏感性的影响程度大于降雨因子。     

基于RUSLE的环杭州湾地区土壤侵蚀敏感性评价及关键敏感因子识别

基于修正的通用土壤流失方程（RUSLE）以及GIS和RS技术,以环杭州湾地区为例,分别计算了影响土壤侵蚀敏感性的降雨侵蚀因子、土壤可蚀性因子、植被与经营管理因子以及坡长与坡度因子,综合评价了土壤侵蚀敏感性,分析降雨、土壤质地、坡度和高程4个自然因子对土壤侵蚀敏感性的影响,并用叠加排序法对给定敏感区的关键影响因子进行识别.结果表明：环杭州湾地区的土壤侵蚀以不敏感和轻度敏感为主;不同影响因子在不同变化范围内,各土壤侵蚀敏感性等级的面积百分比不同,土壤侵蚀敏感性随降雨量、坡度的增加而增高,而在海拔200～500 m,高敏感等级的土壤侵蚀敏感性的面积百分比最大.叠加排序方法是识别给定敏感区关键影响因子的有效方法,有助于理解土壤侵蚀形成的机制.     

西南喀斯特区域水土流失敏感性评价及其空间分异特征

西南喀斯特地区碳酸盐岩酸不溶物含量很低,成土速率慢、土壤允许流失量小,加上地形起伏大、植被破坏严重,导致该地区水土流失敏感性及其空间分异的独特特征。选取降雨侵蚀力、地形起伏度、土壤类型、植被类型及土壤允许流失量等5个指标,应用GIS技术对西南喀斯特区水土流失敏感性进行单因子和多因子综合分析评价,结果表明西南喀斯特区水土流失敏感性普遍很高,中度敏感以上区域占西南喀斯特区总面积的82.8%,不敏感区域所占面积比例为6.4%;水土流失中度敏感以上区域主要分布于贵州全境、广西峰丛洼地区、云南东南部、重庆东北部、东南部、湖北西南部及湖南西北部等区域;随着岩石中酸不溶物含量的增加,水土流失极敏感和高度敏感区面积比例减少,中度敏感区比例增加。研究结果有助于指导西南喀斯特地区水土流失防治及退化喀斯特生态系统的恢复与重建。     

基于RUSLE模型的中国土壤水蚀时空规律研究

RUSLE模型是计算土壤水蚀的经典模型,在大尺度研究时参数率定比较困难。基于气候、土地覆盖、地形特征等空间分异特征,对RUSLE模型的降雨侵蚀力(R)、植被覆盖与管理因子(C)、水土保持措施因子(P)进行了率定,估算了2000、2005、2010、2015年的中国的土壤侵蚀量。结果表明:(1)土壤侵蚀强度较大的地区集中在中国长江中下游平原区、云贵高原、黄土高原区、昆仑山山麓区域,占统计总面积的9.65%。(2)土壤侵蚀明显增大的区域面积达10.36×10~4km~2,分布于新疆农田区、四川盆地、云贵高原东南部、长江中下游平原和东北平原。(3)土壤侵蚀显著改善的区域分布于黄土高原南部、秦岭地区和东南沿海地区,面积约13.6×10~4km~2。通过对RUSLE模型参数的率定,阐明了全国尺度土壤水蚀的时空分异规律,可对不同地区制定相应的土壤修复措施提供依据。     

三峡库区土壤保持时空分布特征及其驱动力

结合ArcGIS与通用土壤流失方程(RUSLE),研究了1990—2015年三峡库区土壤保持量的时空动态变化规律,并分析了气候、水文、地形、社会等因子对土壤保持功能的影响。结果表明:1990—2015年三峡库区年均土壤保持量为5.79×10~9t (1004.23 t·hm^-2),森林、灌木、草地、农田、未利用地的土壤保持功能依次降低。25年间三峡库区单位面积土壤保持量变化范围为818.73~1280.50 t·hm^-2,2000年土壤保持服务功能最高。三峡库区土壤保持功能呈现东北高,西南低,长江沿岸及重庆主城区附近较低的空间分布趋势;土壤保持量随海拔增加呈现先增加后减小的趋势,海拔1000~1500 m的区域土壤保持能力最强;土壤保持量随坡度呈逐渐增加的趋势。海拔、坡度、降水、植被覆盖变化对土壤保持功能变化的贡献最大。人类活动干扰是土壤保持功能变化的主要驱动力。加强生态保护与修复,统筹治理,降低人为干扰,有助于提升三峡库区生态安全。     

云南省生态环境敏感性评价

分别进行了云南省土壤侵蚀敏感性、石漠化敏感性和生境敏感性评价,其中土壤侵蚀敏感性评价主要考虑了降水侵蚀力、地形、土壤质地和地表覆盖因素;石漠化敏感性评价主要考虑了地形、地貌、植被盖度因素;生境敏感性评价主要根据生态系统类型中物种丰富度,以及国家与省级保护对象的分布数量进行评价。结果表明：土壤侵蚀的轻度敏感、中度敏感地区分别占云南省面积（3.84×105km^2）的35.61%、41.30%。石漠化不敏感地区、敏感地区分别占云南省面积的65.09%、34.91%。生境不敏感地区、高度敏感地区及极度敏感地区分别占全省面积的41.50%、39.69%、14.25%。     

三峡库区土壤保持时空分布特征及其驱动力

结合ArcGIS与通用土壤流失方程(RUSLE),研究了1990—2015年三峡库区土壤保持量的时空动态变化规律,并分析了气候、水文、地形、社会等因子对土壤保持功能的影响。结果表明:1990—2015年三峡库区年均土壤保持量为5.79×10~9t (1004.23 t·hm~(-2)),森林、灌木、草地、农田、未利用地的土壤保持功能依次降低。25年间三峡库区单位面积土壤保持量变化范围为818.73～1280.50 t·hm~(-2),2000年土壤保持服务功能最高。三峡库区土壤保持功能呈现东北高,西南低,长江沿岸及重庆主城区附近较低的空间分布趋势;土壤保持量随海拔增加呈现先增加后减小的趋势,海拔1000～1500 m的区域土壤保持能力最强;土壤保持量随坡度呈逐渐增加的趋势。海拔、坡度、降水、植被覆盖变化对土壤保持功能变化的贡献最大。人类活动干扰是土壤保持功能变化的主要驱动力。加强生态保护与修复,统筹治理,降低人为干扰,有助于提升三峡库区生态安全。     

砒砂岩区植被覆盖度环境驱动因子量化分析——基于地理探测器

砒砂岩区地形破碎,生态环境恶劣,降水量少且以暴雨为主,研究该区植被覆盖变化及环境驱动因子作用机制对区域植被建设具有重要的理论意义。基于1999—2018年的NDVI数据分析了砒砂岩区近20年植被覆盖度时空变化特征,利用了地理探测器方法量化分析了不同环境因子对植被覆盖度的影响。结果表明：1)近20年砒砂岩区平均植被覆盖度为42.3%,时间尺度上1999—2018年区域植被覆盖度呈增加趋势,平均上升幅度为0.086/10 a,空间尺度上植被覆盖度呈现从东南向西北递减的空间分布特征;2)近20年区域植被覆盖整体得到改善要比退化的区域面积大,45.5%的区域面积植被覆盖度极显著增加,主要分布在砒砂岩区东部区域,该区植被覆盖度未来变化趋势将以持续性改善为主,但仍有约41.6%的植被将由改善向退化方向变化;3)降水、土壤水分和气温是影响砒砂岩区植被覆盖空间分布的主导环境因子,且降水同其他环境因子的交互作用对植被覆盖影响最大。     

黄河靖南峡-黑山峡河段的生态敏感性

基于GIS空间分析、栅格运算与叠加及RS图像地物提取方法,针对黄河靖南峡-黑山峡河段存在的水土流失、土地沙漠化和土壤盐渍化等生态问题,开展了单因子生态问题敏感性和综合生态敏感性分析.研究表明：中、高度生态敏感区几乎覆盖研究区整个流域,包括景泰县五佛乡、靖远县北湾镇以北和乌兰镇、糜滩乡、东湾镇、三滩乡及平川区的陡城到红柳滩一带;针对高、中和轻度敏感性区域,相应地将研究区规划为禁止开发建设区、中度开发建设区和深度开发建设区.在区域水电开发过程中,应采取积极保护措施,以实现流域生态环境的可持续发展.     

黄河靖南峡-黑山峡河段的生态敏感性

基于GIS空间分析、栅格运算与叠加及RS图像地物提取方法,针对黄河靖南峡-黑山峡河段存在的水土流失、土地沙漠化和土壤盐渍化等生态问题,开展了单因子生态问题敏感性和综合生态敏感性分析.研究表明：中、高度生态敏感区几乎覆盖研究区整个流域,包括景泰县五佛乡、靖远县北湾镇以北和乌兰镇、糜滩乡、东湾镇、三滩乡及平川区的陡城到红柳滩一带;针对高、中和轻度敏感性区域,相应地将研究区规划为禁止开发建设区、中度开发建设区和深度开发建设区.在区域水电开发过程中,应采取积极保护措施,以实现流域生态环境的可持续发展.     

论三峡工程对生态环境和资源的影响

论证三峡工程对生态环境和资源的影响,必须把库区和长江上、中、下游看作一个相互联系的生态系统。水坝筑成后库区内大面积的肥沃土壤、作为旅游资源的自然和文化景观、许多工厂和一些矿产资源将被淹没;还可能诱发滑坡、崩塌和地震。长江上游的土壤严重冲刷将会缩短水坝的寿命,不利于水运交通并容易引起洪涝灾害。一些喜生活于流水中的鱼类的产量也将会减少。水坝控制中、下游洪涝灾害的能力是有一定限度的,会阻碍某些生活在中、下游的珍稀水兽和其它鱼类游到上游繁殖。另外,喜生活在河口的某些鱼类也会受到影响,甚至不能生存。河岸土地将受海浪冲击,发生盐渍化。上游随水带到河口的土壤物质也将会减少。根据上述的生态影响,三峡工程是否上马应慎重考虑。     

Riparian vegetation’s responses to the new hydrological regimes from the Three Gorges Project: Clues to revegetation in reservoir water-level-fluctuation zone

The new hydrological regime brought about by the Three Gorges Project is the absolute opposite of the natural flood rhythms of the Yangtze River. Flooding timing, duration, frequency, rate of change and magnitude in the Three Gorges Reservoir (TGR), as important factors in affecting riparian vegetation, are completely different from the natural Yangtze Rivers’. The riparian vegetation plays important roles in stabilizing riverbanks, maintaining local biodiversity and improving water quality. Pre-dam and postdam riparian vegetations along the Yangtze River basin in the Three Gorges Reservoir Area (TGRA) were investigated in 2001 and 2009, respectively. The investigation of pre-dam riparian vegetation in 2001 showed that about 405 vascular plant species belonging to 240 genera of 83 families were distributed in the natural water-level-fluctuation zone (WLFZ) of the Yangtze River. However, only 231 vascular plant species belonging to 169 genera of 61 families were found in the WFLZ of the TGR in 2009. The changes in riparian vegetation resulted in the formation of a bald WLFZ with a 30 m magnitude in the TGRA. Although certain perennial species could be repeatedly detected in both field surveys, these are unsuitable for revegetation in the WFLZ of the TGR. This unsuitability is due to their survival via seed germination, and death in subsequent winter flooding. We propose a list of local plants that may be used to recover and re-establish riparian vegetation in the WFLZ of the TGR. We suggest that numerous physiological experiments be performed to assess how the adaptable mechanisms of riparian plants from the TGRA will respond to winter flooding. Endangered wetland shrub species such as Rhamnus tzekweiensis and Buxus ichangensis, which are confined to the riverbanks of the Yangtze River in the TGRA, should be conserved.     

三峡库区消落带重建植被下土壤微生物生物量碳氮含量特征

为探究三峡库区消落带植被重建后,土壤微生物生物量含量特征及影响因素,对忠县消落带人工重建植被土壤及裸地土壤(作为对照)微生物生物量碳氮含量进行了调查研究。结果表明:(1)在消落带165-175 m高程土壤微生物生物量碳含量草地林地农耕地裸地,微生物生物量氮含量规律与微生物生物量碳一致,农耕地明显提高;土壤微生物生物量总体呈现出草地最高、林地和农耕地次之,裸地最低的趋势,表明进行消落带植被恢复对土壤微生物生物量有显著的促进作用。(2)不同植被类型下,土壤微生物生物量碳氮比变化范围为8.02-10.25,土壤微生物生物量碳、氮占土壤有机碳、全氮的百分比范围分别是2.40%-4.60%和2.13%-3.58%,其中林地对土壤碳、氮库贡献显著高于裸地(P0.05)。(3)土壤微生物生物量碳、氮与土壤有机碳、全氮和pH值呈现显著相关性,与土壤含水量呈现极显著相关性,说明消落带重建植被土壤的这些理化性质对土壤微生物生物量碳、氮含量有强烈的影响。因此,在三峡库区消落带进行植被恢复重建能显著提高土壤微生物生物量及土壤质量,对加强三峡库岸生态系统的稳定性具有重要意义。     

三峡库区水库蓄水对崖沙燕种群的影响

2003年三峡水库蓄水至139m高程,在蓄水前(2000年)和蓄水后(2003～2006年)对长江主河道尾水点所在的丰都至忠县江段和上游河道区域,以及支流河道的巫山县大宁河139m水位尾水点的崖沙燕(Riparia riparia)种群分布和数量进行了调查。结果表明,在水库蓄水至139m之后崖沙燕的种群数量明显减少。影响崖沙燕种群数量的关键因素是丧失繁殖地。随着三峡大坝工程的全面竣工和运行,三峡库区的崖沙燕有可能将会成为少见物种。     

1990—2020年三峡库区植被覆盖转型及其驱动因素

探索山区植被覆盖转型，全面评估各驱动因素对其的影响，是理解全球气候变化和碳循环等生态系统过程的重要途径。三峡库区是长江流域生态环境的重要保护区，提供多种生态系统服务。基于植被覆盖(NDVI)数据提出山区植被覆盖转型理论，并运用地理探测器分析了潜在因素对1999—2020年三峡库区腹地植被覆盖的相对贡献。结果表明：(1)近30年三峡库区腹地植被覆盖整体呈良性发展趋势，增长率为0.006/a,空间特征为“东西低，南北高；中间低，四周高”;(2)不同时段植被覆盖的空间演化呈现“整体改善，局部退化”,空间转型总结为稳定型、波动型、退化型和恢复型4种模式，且以稳定型分布为主，时间上经历了减少、过渡和恢复3个阶段；(3)植被覆盖主要受土壤类型0.225>地貌0.200>土地利用程度0.181>海拔0.158>岩性0.152的驱动，人为和气候因素的作用较弱，表明自然因素是影响植被覆盖的主导因子。此外，双因子的交互作用在影响植被覆盖方面比每个因子单独作用更为重要。这些发现有利于更好的解析山区植被变化的复杂机制，为脆弱生态系统植被的管理和保护提供参考。     

三峡库区消涨带植被重建

重建三峡水库消涨带植被对于恢复消涨带功能、维持三峡工程安全和修复长江流域退化生态系统具有十分重要的意义.消涨带可分为自然消涨带和人工消涨带,自然消涨带及其植被是流域生态系统的组成部分,具有重要的生态、社会和经济价值.人为控制水位涨落而形成的人工消涨带很少有植被覆盖,属于退化的生态系统.三峡消涨带包括三峡自然消涨带和三峡水库消涨带,三峡工程的建设将淹没三峡自然消涨带及其植被并产生没有植被覆盖的三峡水库消涨带.作者认为开发利用三峡水库消涨带土地资源,发展库区经济将导致库区生态环境恶化、危及三峡工程安全且不利于长江流域生态系统的健康.解决三峡水库消涨带问题的关键是重建消涨带植被,并恢复其功能.该文从水利建设与环境保护的关系、三峡水库管理与库区景观建设的需要、消涨带功能恢复与流域生态系统康复和促进水库消涨带研究的深入阐述了开展三峡水库消涨带植被重建的必要性.     

消涨带及三峡水库消涨带植被重建

重建三峡水库消涨带植被对于恢复消涨带功能、维持三峡工程安全和修复长江流域退化生态系统具有十分重要的意义。消涨带可分为自然消涨带和人工消涨带,自然消涨带及其植被是流域生态系统的组成部分,具有重要的生态、社会和经济价值。人为控制水位涨落而形成的人工消涨带很少有植被覆盖,属于退化的生态系统。三峡消涨带包括三峡自然消涨带和三峡水库消涨带,三峡工程的建设将淹没三峡自然消涨带及其植被并产生没有植被覆盖的三峡水库消涨带。作者认为开发利用三峡水库消涨带土地资源,发展库区经济将导致库区生态环境恶化、危及三峡工程安全且不利于长江流域生态系统的健康。解决三峡水库消涨带问题的关键是重建消涨带植被,并恢复其功能。该文从水利建设与环境保护的关系、三峡水库管理与库区景观建设的需要、消涨带功能恢复与流域生态系统康复和促进水库消涨带研究的深入阐述了开展三峡水库消涨带植被重建的必要性。     

三峡工程中的生物多样性保护

三峡工程导致长江水文情势改变,水库淹没和移民搬迁,成为影响生物多样性的直接的,主要的因素,本文根据最新调查和研究成果,评述了三峡工程对生物多样性的影响,介绍了正在采取的措施及其效果。水库淹没和移民搬迁是影响陆生生物的主要因素。三峡库区有144个植物群系,6388种高等植物,3418种昆虫,500种陆生脊椎动物,其中36个植物群系受到部分或全部淹没影响,4种地方特有植物的野生种群遭到淹没（1种全淹,3种部分淹没）。水文情势改变是影响水生生物的主要因素,长江水系共有鱼类350种,浮游动植物,底栖动物,水生植物等1085种。其中三峡工程对部分珍稀大型水生动物,40余种特有鱼类和“四大家鱼”的影响值得重视,我们将通过建立长期的生物监测站,设立保护区和保护点,采用人工繁殖放流等措施保护生物多样性,减少三峡工程对生物多样性的不利影响,避免因三峡工程而造成物种丧失。     

鄂尔多斯东胜地区不同生态功能区的土壤侵蚀敏感性

利用ETM影像数据和GIS技术,对鄂尔多斯东胜地区进行生态功能分区.以水土流失通用方程 (universal soil loss equation, USLE) 理论为基础,并依据土壤侵蚀敏感性驱动力的相似性和差异性,分析了降水、土壤质地、地形和地表覆盖因子对该区域不同生态功能分区土壤侵蚀与水土流失敏感性的影响.研究结果表明:典型草原丘陵区土壤侵蚀敏感性指数SSj为4.2,典型草原平原区为4.0,典型草原沙化区为4.6,荒漠草原区土壤侵蚀敏感性指数为5.0;4个生态功能区的土地沙漠化都属于土地沙漠化高度敏感区,其由高到低的排序为荒漠草原区 > 典型草原沙化区 = 典型草原平原区 > 典型草原丘陵区;就土壤侵蚀程度而言,典型草原平原区属于土壤侵蚀轻度敏感区,荒漠草原区、典型草原沙化区、典型草原丘陵区属于土壤侵蚀中度敏感区.将其土壤侵蚀化程度由高到低排序:荒漠草原区 > 典型草原沙化区 > 典型草原丘陵区 > 典型草原平原区;就土壤盐渍化而言,典型草原丘陵区属于土地盐渍化不敏感区,其它3个区属于土地盐渍化轻度敏感区.在综合评价其土壤侵蚀敏感性区域差异基础上,阐述了鄂尔多斯东胜地区水土流失敏感性区域土地利用格局的调整与优化取向.