黄土丘陵区纸坊沟流域近70年农业生态安全评价

在国内外已有研究的基础上,结合黄土丘陵区纸坊沟流域近70a来农业生态经济系统演变过程,参考PSR模型,从生态环境、社会经济和综合功能3方面构建黄土丘陵区流域农业生态安全评价指标体系,基于层次分析法赋权的综合指数评价方法,对纸坊沟流域1938～2005年农业生态安全状况进行评价.结果表明:该流域农业生态安全状况发生了先降后升的变化,1938年处于较安全状况,1958年为极不安全状况,1975年和1985年都处于较不安全状况,1995年处于临界安全状况,2005年属于较安全状况.评价结果表明纸坊沟流域还需要进一步优化农业系统结构,实现农业生态安全.     

黄土丘陵区纸坊沟流域农业生态经济系统耦合过程分析

农业生态经济系统耦合指农业生态系统与农业经济系统按照其固有的互动关系,在人类适当干预和调控下所形成的有机统一体,其耦合态势可以依据农业资源与农业产业之间的循环链网结构予以表示.纸坊沟流域农业生态经济系统经历了“系统耦合→系统相悖→系统耦合→高层次上系统局部相悖”的过程,流域中农民的需求、国家宏观政策、经济手段和行政手段对农业生态经济系统耦合态势的调控和干扰是引起这一变化的主要因素.针对纸坊沟流域农业生态经济系统耦合过程中存在的问题,今后应建立以林草及其相关产业为中心的耦合体,建设农业生态经济系统优化耦合模式.     

黄土丘陵区坡改梯生态经济耦合效应

坡改梯是黄土丘陵区提高农作物单产和控制水土流失的有效措施。基于坡改梯内生和外延效应的学术思路,构建了能定量刻画坡改梯生态经济耦合状况的数学模型;以位于黄土丘陵区腹地的延安燕沟流域为例,利用土地利用和数字地形等空间数据、作物产量和土壤侵蚀模拟数据以及监测和调查数据,定量评价分析了燕沟流域坡改梯的生态经济耦合效应。结果表明:地形坡度越大,坡改梯的生态经济耦合效应越显著;地形坡度5°和15°是两个重要阈值,5°以下不必进行坡改梯,5°—15°之间应作为坡改梯的重点对象,15°以上宜退耕还林还草。坡改梯使燕沟流域农耕地的生态经济耦合程度得到了显著提高,坡改梯前生态经济耦合指数为1.805t/100元,坡改梯后下降为0.853t/100元,下降幅度达52.73%。随着坡改梯和植被覆盖率的提高,流域的洪水径流量和输沙模数均大幅度下降。     

黄土丘陵区植被的土壤水文效应

采用定位监测与普查相结合方法,对黄土丘陵区主要降水量级地区不同植被下土壤水分状况进行了系统的总结分析。研究认为：农林草地土壤水分剖面有较大差异,土壤水分由高到低依次为农地、草地、灌木地、乔木。部分地区灌木林土壤水分可能不如乔木林地。在特旱年份,不同植被下的土壤水分严重亏缺,但不同植被利用引起的土壤水分差异变小。森林带土壤水分明显好于过渡带,该带刺槐生长正常;在过渡带,特旱年份油松、刺槐林不能正常生长,且乔、灌、草均引起土壤干层。所以在林草植被建设中需要一些辅助措施来保证土壤水分供应的可持续性。     

黄土丘陵区纸坊沟流域农业生态经济系统耦合态势

基于1938-2007年黄土丘陵区纸坊沟流域的调查资料,通过建立生态环境与社会经济综合评价指标体系和耦合模型,对该流域的耦合态势进行了分析.结果表明：研究期间,纸坊沟流域农业生态经济系统经历了经济系统对生态系统的初级再生阶段-消耗阶段-促进阶段-协调阶段以及生态系统对经济系统的初级响应阶段-滞后阶段-恢复阶段-协调阶段的耦合过程.依据耦合度拟合曲线及所划分的耦合类型,目前纸坊沟流域农业生态经济系统仍处于不断协调过程中,有望形成良性耦合态势.     

陕北黄土丘陵区撂荒草地群落生物量及植被土壤养分效应

为了明确植被演替过程中植被与土壤的互动效应,为植被恢复提供依据。根据陕北黄土丘陵区36块不同年限（时间尺度为2—45a）的撂荒样地地上生物量、土壤养分和水分的测定结果,及4块典型撂荒群落样地地上／地下生物量,7种撂荒群落主要植物生长特性的测定,分析了撂荒演替过程中群落生物量与土壤养分的变化过程、趋势及其相互关系,进而探讨了撂荒演替过程中群落生物量对土壤养分的作用效应,并利用多元回归和通径分析法分析了土壤养分对群落生物量的作用。结果表明：（1）除速效磷外,撂荒演替过程中群落地上生物量和土壤有机质、全氮、全磷、全钾、NO3-N、NH4-N和速效钾都呈先减少后增加的趋势,步调基本一致。（2）从撂荒年限与土壤养分的相关性来看,0—20cm土壤有机质含量、速效磷含量和0—20、20—40cm土壤层NO3-N含量与撂荒年限相关显著,说明演替过程中有机质、速效磷和NO3-N有较为明显的植被土壤效应,而其它土壤养分与撂荒年限相关不显著,不能排除演替初始条件和植物暂时固定的影响;从群落生物量与土壤养分的相关性来看,群落生物量对土壤有机质、全氮、磷、钾、NO3-N、速效钾和速效磷含量具有正效应,而对NH4-N具有负效应,但都不显著。（3）通径分析说明撂荒年限、土壤全氮、全钾、速效钾和土壤水分变异量对生物量表现为正的直接作用,其中以撂荒年限和土壤水分波动量作用较大,土壤养分对群落地上生物量的作用以土壤全氮最大,全钾和速效钾影响较小;演替过程中群落地上生物量的变化主要是由于植被盖度和群落组成种的生态学特性造成的（撂荒年限较大的直接作用）,其次是由于撂荒演替过程中土壤水分的波动造成的（撂荒年限通过土壤水分的间接负作用）。（4）随着土层深度的加深植物根系生物量呈幂函数递减过程,演替后期群落根冠比有增加的趋势,演替后期序列种根冠比和根长也有增加的趋势,这些在一定程度上会影响到生物量积累和有机质分解等,进而会影响到植被土壤效应。     

70年来陕西省纸坊沟流域农业生态经济系统耦合态势

"农业生态经济系统耦合"的研究与实践对于实现农业产业与资源相一致,建立持续、高效的农业生态经济系统具有重要的意义.耦合度可以阐明农业经济系统与农业生态系统互动关系,判定农业生态经济系统耦合态势.在分析陕西省纸坊沟流域农业生态经济系统耦合关系的基础上,参照系统科学等理论及相关研究结果建立了农业经济系统与农业生态系统耦合度模型,并计算和分析了该流域70a来的耦合度.结果表明,农业生态经济系统的耦合过程可以划分为4个阶段:Ⅰ.经济系统依赖生态资源进行原始化农业生产阶段;Ⅱ.农业生产掠夺式利用生态资源,生态系统供给能力不断减少阶段;Ⅲ. 农业经济系统与生态系统协调化发展阶段;Ⅳ.降低农业发展速度,促使生态系统重建阶段.纸坊沟流域从1938～2008年先后经历了第Ⅰ阶段、第Ⅱ阶段和第Ⅲ阶段.目前处于第Ⅲ阶段,但在"系统发展"过程中已潜伏了越来越大的危机,到2018年系统耦合突破"协调"界限,"相悖态势"将明显表现出来.为此,纸坊沟流域必须调整产业布局,发展草畜产业,进行产业升级,优化产业结构,实现农业生态经济系统协调、持续发展.     

漓江流域水陆交错带植被配置型式分类及生态特征

通过以漓江流域水陆交错带为研究对象,选取了40个样地实地调查其草本层盖度、植被类型、河岸带宽度、坡度、周边土地利用类型、位置、人为干扰度等指标,运用聚类分析的方法将漓江流域水陆交错带现有植被配置型式进行汇总分类研究,划分结果为:江心洲天然灌草型式(T1)、远郊天然林乔灌草型式(T2)、城区人工乔草型式(T3)、缓坡边滩天然草本型式(T4)、农商用地人工林乔灌草型式(T5)和城外天然乔灌草型式(T6)。通过对各种植被配置型式的生态特征分析,探讨了漓江流域现有的不同植被配置型式的退化状况及其存在的生态退化问题和原因,提出了生态恢复建议:江心洲天然灌草型式和远郊天然林乔灌草型式生态退化程度较小,宜采取保护和自然恢复的方法;城区人工乔草型式采用近自然方法治理;缓坡边滩天然草本型式适当采用引种和育植方法治理;农商用地人工林乔灌草型式生态恢复应注重生境多样性的恢复;城外天然乔灌草型式退化较为严重,采用全系列生态护坡和土壤生物工程护坡进行治理。     

黄土高原纸坊沟流域不同植物对土壤微生物生物量和土壤酶活性的影响

为了解不同植被类型对土壤微生物生物量和土壤酶活性的影响,以黄土高原纸坊沟流域的9种植物为研究对象,选取撂荒地为参照,分析了各类植被植物根际土土壤微生物生物量、土壤酶活性及其与土壤理化因子的相关性.结果显示:(1)与撂荒地相比,经过植被恢复后,乔木和灌木植被下土壤肥力、微生物生物量和土壤酶活性均有所提高,而草本植被下土壤的碱解氮含量、微生物生物量磷、脲酶活性和过氧化氢酶活性却有所降低.(2)不同植被类型土壤微生物生物量碳和氮、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性符合灌木＞乔木＞草本的规律;土壤微生物生物量磷、脲酶和过氧化氢酶活性符合乔木＞灌木＞草本的规律.(3)土壤微生物生物量碳、氮、磷与土壤有机质、全氮及全磷含量呈极显著正相关;4种土壤酶活性与土壤有机质、全氮及碱解氮含量呈极显著正相关.研究表明,黄土高原纸坊沟流域土壤微生物生物量和土壤酶活性受植被类型及土壤养分等因素的共同影响,且人工灌木植被对土壤的恢复作用高于乔木和草本植被.     

黄土丘陵区植被恢复过程中土壤微生物数量演变特征

对黄土丘陵区不同植被恢复模式下土壤理化性状及微生物数量研究表明:植被恢复30年后土壤理化性状和微生物数量都得到明显改善,土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾含量以及微生物数量显著增加;人工刺槐恢复林细菌与真菌数量,随种植年限增长呈现为先增加后减少,到40年时再增加的变化规律;放线菌数量变化规律不明显。相关性分析显示细菌数量和有机质、全氮、碱解氮和速效钾相关性显著,真菌数量和有机质、全氮相关性显著,而放线菌数量与土壤肥力指标相关性不显著。主成分分析揭示出微生物数量可作为评价植被改善土壤质量的指标。     

黄土丘陵区土地覆盖和生物多样性功能演化及预测

为探究黄土丘陵区土地覆盖和生物多样性功能演化,评价生物多样性保护视角下的最优生境,研究以宁夏彭阳县为研究区,1995、2000、2005、2010、2015年的Landsat TM影像为基础数据,集成3S技术获取土地覆盖时空动态变化特征,采用陷阱法于2012和2013年6—8月在研究区灌草混交林地、乔灌混交林地等6种不同生境内采集地表甲虫样本数据,利用InVEST-Habitate Quality模型评价生物多样性功能,结合采样数据探究最佳生境,借助CA-Marcov模型模拟研究区2020年土地覆盖及生物多样性功能。研究结果表明:(1)1995—2015年彭阳县土地覆盖及生物多样性功能发生显著变化,未利用地减少,城镇用地快速扩张,生境中天然封育草地和水平农田地变化明显,研究期间生物多样性功能经历了退化-优化的转变,2015年最佳;(2)模拟2020年土地覆盖中的水平农田地、城镇用地等较2015年有显著变化,生物多样性功能提高;(3)灌草混交林地是彭阳县生物多样性功能保护的最优生境,生境中固有的"88542"水平沟整地措施可作为当地典型生态恢复的最优模式;(4)InVEST模型和CA-Markov模型综合利用,普适性及准确性较好,研究区水平沟、鱼鳞坑、"88542"等水土保持工程和退耕还林还草、生态功能区划等生态恢复策略的实施和建设成效显著。     

商洛低山丘陵区农林复合生态系统中大豆与丹参的光合生理特性

农林复合系统作为一种传统而又新兴的土地利用和经营方式在改善商洛生态环境、增加该区农民收入、促进其生态和经济协调发展等方面发挥着非常重要的作用.为了研究林下作物的生理生态特性,对研究区农林复合系统中不同处理大豆、丹参的光合、叶绿素荧光参数进行了系统观测.结果表明,从单作到距核桃1m处,距核桃树越近,遮光愈多.各处理大豆的光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)表现出与光合有效辐射(PAR)基本一致的日变化趋势.不同处理丹参光合速率日变化趋势各不相同,且出现“午休”现象.与单作相比,各处理大豆、丹参的光合速率、气孔导度和蒸腾速率均有不同程度的降低.随着遮荫程度的提高,大豆、丹参叶绿素含量和表观量子效率(Φ)升高,光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)降低.二者叶绿素荧光参数最大光能转换效率(Fv/Fm)、PSⅡ电子传递量子效率(ΦPsⅡ)以及光化学猝灭系数(qP)均有不同程度的升高,而非光化学猝灭系数(qNP)却逐渐降低.说明大豆、丹参能适应弱光环境,在较低的光照条件下正常生长.     

黄土丘陵区不同土地利用的土壤水分灰色关联度

运用灰色关联度分析法,分析了黄土丘陵区的延安燕沟不同土地利用方式下土壤水分的垂直变化和月动态.结果表明:梯田各层土壤水分变化态势相似程度较高,即梯田土壤水分的垂直波动较小;不同土地利用方式下均是表层(0-30cm)和中层(30-100cm)土壤水分的灰关联度较大,即土壤水分的变化发展态势较一致,但由于不同利用方式的影响,土壤水分变化态势的相似程度为梯田〉白羊草〉刺槐〉沙棘,除白羊草地外,其他土地利用方式下表层(0-30cm)与深层(100-200)的灰关联度最小,土壤水分变化差异较大.从各月土壤水分灰关联度来看,沙棘除10月份外,其他各月土壤水分变化态势的相似程度较高;白羊草地正好相反,整个生长季土壤水分的变化波动很大;梯田和刺槐林地居中,但各月土壤水分变化态势的相似程度仍然存在差异,表现为雨季前各月土壤水分变化较为一致,雨季后的9、10月份与4月份相比差异较大.说明不同的土地利用方式对土壤水分的垂直变化和月动态变化均产生不同影响. 态势的相似程度为梯田》白羊草》刺槐》沙棘,除白羊草地外,其他土地利用方式下表层(0-30cm)与深层(100-200)的灰关联度最小,土壤水分变化差异较大.从各月土壤水分灰关联度 看,沙棘除10月份外,其他各月土壤水分变化态势的相似程度较高;白羊草地正好相反,整个生长季土壤水分的变化波动很大;梯田和刺槐林地居中,但各月土壤水分变化态势的相似程度仍然存在差异,表现为雨季前各月土壤水分变化较为一致,雨季后的9、10月份与4月份相比差异较大.说明不同的土地利用方式对土壤水分的垂直变化和月动态变化均产生不同影响. 态势的相似程度为梯田》白羊草》刺槐》沙棘,除白羊草地外,其他土地利用方式下表层(0-30cm)与深层(100-200)的灰关联度最小,土壤水分变化差异较大.从各月土壤水分灰关联度 看,沙棘除10月份外,其     

黄土丘陵沟壑区不同植被恢复类型昆虫群落结构及多样性的研究

为探讨黄土高原植被恢复过程中植物与昆虫群落的关系,评价人工植被和自然恢复植被种类搭配的合理性,为退化生态系统的植被恢复提供依据。采用样地调查法,在黄土丘陵沟壑区纸坊沟流域研究比较了不同植被恢复类型昆虫群落组成、结构及多样性的变化。结果表明,2种不同植被恢复类型区昆虫有189种(含蜱螨目),分别隶属13目84科。而不同植被恢复类型昆虫群落的物种数、丰富度、多样性、均匀度及优势度指数值均有明显差异。以20a自然封育植被恢复区昆虫群落的物种数、丰富度、多样性、均匀度指数值均较高,其值分别为160、21.17、1.4914和0.6918。优势度则以人工治理区(0.7251)>自然封育区(0.5845)。说明从人工治理区到自然封育区,随着植被种类增加,昆虫种类相应增加,优势种由突出降至不明显,昆虫群落稳定性提高。     

黄土丘陵沟壑区退耕还林(草)工程的经济效应——以安塞县为例

退耕还林(草)工程的经济效应关系到人工重构生态系统的稳定性,研究退耕区农村经济的发展情况,对科学评价退耕还林(草)工程经济效应具有十分重要的意义;本研究以安塞县退耕还林(草)试点工作为对象,采用参与性农村评估(Participatory Rural Appraisal, PRA)为调查方法,对安塞县实行退耕还林工程以来农村经济效应的变化情况进行调查;采用主成分析法对6个经济指标与退耕还林(草)经济效应的关系进行分析;用聚类分析法对8个模式的经济效应进行分类.主成分分析结果表明:6个经济效应指标可以简化为特色农业收入因子、粮食收入因子和非农业收入因子,并对各因子对经济效应的贡献作了详细分析.聚类分析结果表明:8个退耕模式可分成4个经济效应发展类型:经济效应增效型、经济效应稳步型、经济效应迟缓型和经济效应滞后型;从而进一步验证经济效应与农业结构调整、后续产业的发展、剩余劳动力转移的关系,为退耕还林(草)的顺利开展提供研究依据.     

纸坊沟流域近60年来土地利用景观变化的环境效应

以黄土丘陵区纸坊沟流域为研究区 ,对该流域近 6 0 a来的土地利用景观变化的环境效应进行了较为系统的分析研究。结果表明 ,流域环境与土地利用景观变化密切相关。随着由林草植被占优的景观格局演变为由坡耕地占优的景观格局 ,流域环境状况逐步恶化 ,并在 195 8年达到最低点。 1975年后 ,随着流域治理工作的开展 ,林草植被在景观中的优势度得以逐渐恢复 ,并经历了 1995年的较为均衡的过渡阶段后 ,持续增加并重新恢复了其在景观中的优势地位。流域环境状况逐渐恢复乃至接近1938年植被未被破坏时的水平。社会经济环境因素的变化表明 ,生态环境建设不仅仅是单纯的林草植被恢复与重建的过程 ,而是一个生态和社会经济环境相互促进并有机发展和提高的过程。     

黄土丘陵沟壑区坡沟系统不同降雨类型的土壤入渗特征

黄土高原退耕还林草生态建设改变了区域覆被格局和下垫面环境条件,对流域地表水文过程产生了重要影响。研究黄土丘陵沟壑区坡沟系统不同降雨类型下的土壤水分入渗特征,对揭示植被恢复驱动下的降雨-入渗机制变化具有重要的科学意义。基于坡沟系统土壤水分入渗过程的定位监测,阐明了坡沟系统土壤水分入渗特征对不同降雨类型的响应,并采用Horton、Mezencev、Kostiakov、USDA-NRCS模型进行土壤水分入渗过程模拟,筛选特定降雨类型下最佳的入渗模型。结果表明：（1）0-60 cm是降水-入渗过程响应的关键层次,沟坡总入渗蓄存量较坡面高约42.67%;（2）坡沟系统土壤水分入渗量与深度成反比,且沟坡土壤水分入渗量较坡面平均高约9.75%;（3）不同降雨类型下坡面湿润锋深度均小于沟坡,且以极端暴雨、长历时小雨强降雨最深,短历时中雨强次之,短历时小雨强降雨最浅;（4）坡沟系统各降雨类型土壤水分入渗量对降雨的响应表现出一定的滞后性,沟坡响应快于坡面,沟坡湿润锋深度平均较坡面深约5-10 cm;（5） Mezencev入渗模型对四种不同降雨类型入渗量的模拟均具有较高精度（Adj-R²>0.96;NSE>0.92）,Horton模型可用于模拟极端降雨类型（NSE>0.98）,而Kostiakov模型、USDA-NRCS模型适于模拟短历时中强度降雨和短历时低强度降雨类型。     

半干旱黄土丘陵区沙棘的水分生理生态及群落特性研究

１９７７～１９９８年在陕西吴旗、安塞半干旱黄土丘陵区对沙棘的水分生理生态及群落学特性进行了分析研究。试验结果表明：（１）沙棘有一定的耐旱能力,为广生态幅植物;（２）沙棘生长迅速,竞争力强,第３～４年即可形成茂密的单优群落,以后随着自然稀蔬,能形成良好的藻木一草本群落;（３）消棘适应半干旱黄土丘陵区陵区生境的水分生理生态特性是：棘缚水含量随灌木－－草本群落;（３）沙棘适应半干旱黄土丘陵区生境的水分生