2003-2020年青藏高原冻融侵蚀时空变化特征

全球气候变暖导致青藏高原永久冻土逐渐退化,并增加了季节性冻土的面积,但对冻融侵蚀时空变化还缺乏系统的认识。通过权重法对年冻融日循环天数、日冻融相变水量、植被覆盖度、年均降雨量、坡度和坡向6个冻融侵蚀因子进行赋权,分析青藏高原2003—2020年不同强度的冻融侵蚀时空变化和主导驱动因素。结果表明：(1)2003—2020年青藏高原平均冻融侵蚀面积为(161.37±0.42)×10⁴km²,占青藏高原面积的64.55%,中度及以上侵蚀占冻融侵蚀面积的63.0%,强烈、极强烈和剧烈侵蚀主要分布在雅鲁藏布江流域、昆仑山-祁连山、帕米尔高原地区;(2)2003—2020年青藏高原冻融侵蚀表现为加剧趋势,加剧的区域达到29.79×10⁴km²,占青藏高原面积的11.6%;2003—2010年中度及以上平均侵蚀面积为(95.71±3.33)×10⁴ km²,2013—2020年为(107.60±3.20)×10⁴ km²,其面...     

喀斯特槽谷区土壤侵蚀时空演变及未来情景模拟

以中国南方喀斯特槽谷区为研究对象,基于改进的喀斯特地区土壤侵蚀算法,定量分析了槽谷区土壤侵蚀时空演变特征,并利用CA-Markov模型对土壤侵蚀状况的未来情景进行预测。结果表明:(1)喀斯特槽谷区2000—2015年土壤侵蚀总量由61.86×10~7 t/a减少至2.97×10~7 t/a,区域年平均侵蚀模数由21.61 t hm~(-2) a~(-1)降低至1.04 t hm~(-2) a~(-1),轻度及轻度以下侵蚀等级的面积增加了76.13×10~5 hm~2,重度及重度以上侵蚀面积减少了46.90×10~5 hm~2,侵蚀状况明显减轻;(2)不同地貌类型之间的土壤侵蚀状况存在一定差异,平原地区侵蚀模数最小,盆地地区侵蚀模数最大,达到平原地区侵蚀模数的近4倍;(3) 2000—2015年间,槽谷区轻度及轻度以上侵蚀等级都逐渐向微度侵蚀等级转移,土壤侵蚀等级由高等级向低等级转移率达到了98%以上,总体呈现出好转的趋势;(4)基于CA-Markov模型模拟槽谷区2020年土壤侵蚀等级的未来演变趋势,其总体Kappa系数达到了0.9788,一致性最佳;(5)到2020年,槽谷区土壤侵蚀等级基本为微度和轻度侵蚀,土壤侵蚀状况将进一步改善。本研究的结果可为喀斯特槽谷区当前土壤侵蚀治理成效的评价以及未来的防治提供理论和数据方面的参考。     

中国耕地土壤侵蚀空间分布特征及生态背景

利用20世纪90年代中期全国土壤侵蚀遥感调查数据和耕地数据分析了全国耕地土壤侵蚀情况,20世纪90年代中期全国耕地受土壤侵蚀面积占33.15%。水力侵蚀面积较大,占耕地土壤侵蚀面积的88.43%,风力侵蚀占11.08%,冻融侵蚀占0.32%,重力侵蚀占0.04%,工程侵蚀占0.13%,土壤侵蚀以旱地为主,水田较少,旱地水力侵蚀中较为严重的地区主要分布在黄土高原,云贵高原、四川及南方丘陵地区,风力侵蚀主要分布在西北和东北地区,水田受水力侵蚀分布在西南地区,水田受风力侵蚀主要分布在黑龙江、辽宁等地区,冻融侵蚀主要分布在内蒙古、青藏高原等地区,广东省的工程侵蚀和重力侵蚀较为严重,还分析了旱地水力侵蚀与地形,植被和降雨量等生态背景的关系,利用生态环境综合指数和土壤侵蚀强度指数分析了土壤侵恂与生态背景的关系,当生态环境综合指数≤4.33时,生态背景综合指数与土壤侵蚀强度具有很强的相关性。     

沈阳西部污水中酚、氰化合物在土壤-水稻系统中的残留研究

随着我国现代化工业的发展和城市人口的增加,工业废水和城市污水的排放量日益增长,沈阳为我国重工业基地,全市每日大约有1.0×10~6t 的污水排出(西部污水、南部污水、北部污水)。西部污水日排放量为4.37×10~5t,其中卫工明渠占3.87×10~5t,肇工明渠占5.0×10~4t,西部污水中工业污水占83%,生活污水占17%,全年酚排放量为207t,氰(CN~-)为43.4t,前者占全市酚排放量71%,后者占55%。根据多年对排酚、氰及其他有机污染源的各厂家连续监测证明,污水均未经任何处理直接排到两个明渠中,严重污染该地区地表水     

三北工程黄土高原丘陵沟壑区森林降温增湿效果研究

生态系统可通过植被蒸腾与土壤蒸发作用调节区域温度与湿度。三北工程黄土高原丘陵沟壑区属于干旱和半干旱区,森林降温增湿功能有助于改善区域生存环境。在分析研究区森林覆被变化基础上,利用Penman-Monteith公式模拟了森林实际蒸散量,研究了森林增湿与降温效果。研究结果显示:(1)1980—2015年研究区森林面积增加了2.25%,主要来自荒草地、耕地和荒漠;(2)1980—2015年研究区森林6—9月实际蒸散总量为1.19×10~(10)—1.40×10~(10) t/a,平均实际蒸散量为219—257 mm,可使区域6—9月绝对湿度每日增加0.47—0.55 g/m~3,相对湿度每日增加2.87%—3.32%;(3)森林通过蒸散作用吸热量为29.15×10~(15)—34.26×10~(15) kJ/a,单位面积蒸散吸热量为53.72×10~8—63.13×10~8 kJ hm~(-2) a~(-1),通过蒸散吸热日降温量为0.92—1.08℃/d;(4)研究区森林蒸散量在1980—2010年逐渐增加,但在2015年明显下降,这主要是由降水减少导致;森林面积较大的山西和陕西森林蒸散降温增湿效果较好。通过对比相同年份不同土地覆被发现,森林实际蒸散量显著高于其他土地覆被类型。因此,未来研究区可在水资源承载能力范围内适当增加森林面积,充分发挥森林调节区域气候的作用。     

未来10年黄土高原气候变化对农业和生态环境的影响

利用区域气候模式PRECIS输出的未来A2和B2气候情景及基准气候时段逐日资料,选择生态环境极其脆弱的黄土高原为研究区,分析了未来10a黄土高原气候变化特征及其对主要农作物和生态环境的影响。结果表明,未来10a,黄土高原光热资源增加,降水量减少。增温将对冬小麦和春玉米产量影响较大,对马铃薯产量的影响程度可能较小,但降水量减少对主要农作物的产量都有较大影响。在主要作物品种不发生较大变化的前提下,作物生育期太阳辐射和积温增加可能导致生育期需水量增加10%-15%,冬小麦、春玉米和马铃薯的播期分别延迟或提前1-3d,收获期提前1-2d,生育期缩短3-5d,可能引起冬小麦和春玉米气候产量下降50%-100%。未来10a,降水量减少可能导致草地盖度的增幅下降和人工林地稀疏化,引起黄土高原片状水力侵蚀程度下降。但突发性暴雨洪水和土地利用现状改变可能增强切沟溯源冲蚀能力,增加了黄土高原水土流失和农田及道路被冲毁的风险。     

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。     

黄土高原典型坝系流域碳氮湿沉降与水体碳氮流失特征

本研究通过对黄土高原坝系流域的碳(C)、氮(N)湿沉降过程、降雨径流过程及其基流过程的动态监测,揭示C、N湿沉降对流域水体碳氮流失的贡献,探讨C、N流失负荷在降雨-径流中的分布,进一步评估黄土高原雨季水体碳氮流失状况。结果表明,研究区域碳、氮湿沉降通量分别为173.95 kg km~(-2)mon~(-1)和43.01 kg km~(-2)mon~(-1),而通过径流的碳、氮流失量为11.52 kg km~(-2)mon~(-1)和2.19 kg km~(-2)mon~(-1)。雨季C、N湿沉降对该地区水体C、N流失的贡献率分别为65.81%和100%,其中流水侵蚀引起的C、N流失贡献率为59.20%和56.16%。黄土高原主要以流水侵蚀为主,C、N主要集中在降雨径流后期,因此截留后期径流可以有效控制养分流失。     

基于土地利用/覆被变化的荒漠绿洲碳储量动态评估

以典型的荒漠绿洲区为研究对象,基于不同时期土地利用/覆被类型图,运用Bookkeeping模型,结合土壤、植被碳密度基础资料及调查数据,评估了近30年临泽绿洲土地利用/覆被变化特征及其对碳储量的影响。结果表明:(1)临泽荒漠绿洲区的土地利用/覆被变化特征主要表现为:居民及建设用地、耕地、林地呈增加趋势,增幅分别为90.2%、75%、46.5%;盐碱地、水体、沙地、荒漠草地则呈减少趋势,减幅分别为73.9%、67.8%、46.2%、5.5%。(2) 30 a耕地面积增加了269.38 km~2,其中耕地开垦面积为372.57 km~2,开垦主要来源于盐碱地、荒漠草地和沙地,分别占耕地开垦面积的24.7%、24.4%和21.05%。耕地转变为其他土地覆被类型的面积为103.19 km~2,转变后的主要去向分别是居民及建设用地、盐碱地和荒漠草地,分别占耕地转变为其他土地覆被类型面积的32.78%、17.8%和15.37%。(3)土地利用/覆被变化导致总碳储量增加5.89×10~5t,其中土壤碳储量增加量为4.02×10~5t,植被碳储量增加量为1.86×10~5t;耕地变化使碳储量增加4.91×10~5t,其中使碳储量增加的转变分别是荒漠草地-耕地、沙地-耕地、盐碱地-耕地、耕地-林地,相反的转变则使碳储量减少。总体来看,临泽荒漠绿洲土地利用/覆被面积和结构均发生了变化,耕地开垦为最主要的土地利用/覆被变化,土地利用/覆被变化导致碳储量总体呈增加趋势,耕地变化是影响碳储量变化的主要因素。     

巴林右旗沙漠化土壤浅析

内蒙古巴林右旗位于科尔沁沙地的西端,全旗总面积为9.7878×10~5 ha,其中风沙土面积为2.65×10~5 ha,占27.1%。据1981年和1964年两次土壤普查提供的资料,1981年比1964年,风沙土面积增加了96.2%,平均每年以7600ha的速度发展。全旗风沙土主要分布在西拉沐沦河和查干沐沦河沿岸。沙地大都呈带状分布的沙丘链,高度一般为5——10m,最高达20m以上。流动沙丘总面积为4.05×10~4 ha,占风沙土面积的15.3%,多为新月形沙丘或沙丘链,植被盖度在10%以下,物理性沙粒占95%以     

Do increases in agricultural yield spare land for nature?

Feeding a rapidly expanding human population will require a large increase in the supply of agricultural products during the coming decades. This may lead to the transformation of many landscapes from natural vegetation cover to agricultural land use, unless increases in crop yields reduce the need for new farmland. Here, we assess the evidence that past increases in agricultural yield have spared land for wild nature. We investigated the relationship between the change in the combined energy yield of the 23 most energetically important food crops over the period 1979–1999 and the change in per capita cropland area for 124 countries over the same period. Per capita area of the 23 staple crops tended to decrease in developing countries where large yield increases occurred. However, this was counteracted by a tendency for the area used to grow crops other than staples to increase in the countries where staple crop yields increased. There remained a weak tendency in developing countries for the per capita area of all cropland to decline as staple crop yield increased, a pattern that was most evident in developing countries with the highest per capita food supplies. In developed countries, there was no evidence that higher staple crop yields were associated with decreases in per capita cropland area. This may be because high agricultural subsidies in developed countries override any land-sparing pattern that might otherwise occur. Declines in the area of natural forest were smaller in countries where the yield of staple crops increased most, when the negative effects of human population increases on forest area were controlled for. Our results show that land-sparing is a weak process that occurs under a limited set of circumstances, but that it can have positive outcomes for the conservation of wild nature.     

Social structure and energy efficiency: A preliminary cross-national analysis

This study questions the assumption that there is an immutably positive relationship between per capita GNP and per capita energy consumption among human societies. A ratio of per capita GNP to per capita energy consumption ($U.S./kg coal equivalent) is proposed as a measure of energy efficiency for a cross-national analysis of 118 world nation-states and a subset of 25 developed market economies. This ratio is found to vary considerably, between 0.19 and 9.80. A review of literature suggests possible relationships among several sociodemographic characteristics of nations and levels of efficiency with which energy is converted into goods and services. Among the total sample, level of production (measured in terms of per capita GNP) bears a substantial inverse association with energy efficiency. When per capita GNP is held constant, agricultural share of gross domestic product and percentage of labor force in agriculture continue to be positively associated with energy efficiency among the total sample. Variables measuring defense expenditure, urbanization, and population density exhibit somewhat smaller multivariate relationships with energy efficiency when per capita GNP is controlled, i.e., these variables have significant multivariate parameters, but are less closely related to energy efficiency than level of production and agricultural composition of the economy and labor force. Agricultural composition of the economy and labor force is the major predictor of energy efficiency among the subset of 25 developed market economies. The results suggest that among the developed industrial societies level of production is less important than the composition of production activities in determining aggregate energy efficiency.This paper was originally presented at the annual meeting of the North Central Sociological Association, Pittsburgh, Pennsylvania, May 1977. This research was supported by funds from the Michigan Agricultural Experiment Station, the Ohio Agricultural Research and Development Center, and the National Research Council, National Academy of Sciences.     

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。     

基于PSR模型的耕地生态安全物元分析评价

耕地生态安全评价是改善农田生态系统安全状况、促进耕地可持续利用的重要基础。针对多数综合评价研究中存在信息屏蔽和主观性的问题,在界定耕地生态安全内涵的基础上,构建了基于压力-状态-响应(PSR)模型的评价指标体系,采用物元分析方法和改进的熵值法对我国耕地生态安全进行评价。研究结果表明:(1)1996-2010年我国耕地生态安全水平不断提高,安全等级经历了"临界安全-较安全"的演变历程,但2010年"较安全"等级关联度很弱;(2)单位耕地化肥负荷、人均耕地面积、单位耕地农药负荷、土地垦殖率、水土流失程度等是耕地生态安全等级提升的关键制约因素。为了促进耕地生态安全等级不断提升,需要进一步转变经济发展方式,加强土地利用监督管理,降低经济增长对土地资源的过度消耗;大力发展绿色农业,合理施用农药、化肥;积极开展农村土地整治,加强高标准基本农田建设;加大环境治理力度,有效控制水土流失程度。基于PSR模型的评价指标体系能更准确地反映农田生态系统各要素之间的关系,物元分析方法可以揭示单个评价指标的分异信息和综合评价结果的中间信息、挖掘耕地生态安全存在的具体问题,适合用于耕地生态安全的评价。     

河北省县域农田生态系统供给功能的健康评价

引入"生态系统服务功能"理论,构建县域农田生态系统供给功能健康评价指标——农田生产力稳定系数,该指标被定义为:一定时期内(若干年),县域自然生态系统第一性生产力波动系数与县域农田生态系统第一性生产力波动系数的平均比值;并构建了评价指标与人类福利指标(用县域人均耕地纯收入表征)关系模型,作为评价指标的阈值判定方法。通过河北省136个县的实证研究表明,农田生产力稳定系数对农田生产力稳定性和农田生产力高低具有综合性指示作用;人类社会对生态系统反馈影响的忍受界限对评价指标阈值的确定非常关键;1991—2000年和2001—2009年两个阶段中,河北省县域农田生产力稳定系数整体呈上升趋势,空间格局较为一致,农田生产力稳定系数较低、农田供给功能健康状况较差的县域集中分布在冀北生态脆弱地区;农田生态系统供给功能健康状况与县域贫困状况形成紧密的空间耦合关系。     

辽宁省能源消费和碳排放与经济增长的关系

在广泛收集资料的基础上,对辽宁省的能源利用效率、能源消费强度与经济增长的关系进行探索,其目的为辽宁省的节能与CO2减排及经济的快速发展提供科学依据。结果表明:辽宁整体单位GDP能耗高出全国水平52%—70%,第二产业单位GDP能耗是第三产业的5.67—8.41倍,第一产业的7.2—9.0倍;辽宁能源利用率只有全国平均水平的60%左右,第二产业能源利用效率只有第一产业的11.89%,第三产业的12.60%;GDP年增长速率大于能源消费量年增长速率,能源投入增加促进了国民生产总值的提高,但是经济增长并不是完全依赖能源消费的增长;能源消费量与经济增长的关系,呈现出"N型"曲线特征,随着GDP的增加,能源消费量出现反复上升和下降过程,辽宁省能源消费和经济增长关系没有达到长期的均衡性,尚处于非平衡的发展阶段。     

雄安新区上游白洋淀流域水质净化提升目标下的生态恢复格局优化

白洋淀流域是雄安新区重要的淡水来源之一,流域内退耕政策在改善水质同时大幅降低了农田面积。如何通过退耕空间规则的优化权衡水质净化效率与农田面积是亟待解决的问题。通过设置基于不同退耕规则的情景,并与实际情景对比,提出了退耕规则的优化方案。结果表明：相同面积下,河岸带退耕的水质净化效率高于坡耕地退耕;相同退耕规则下,退耕还林驱动的水质净化效率高于还灌,还草;单位面积河岸带退耕的水质净化效率随缓冲区距离增加而降低;300m河岸带退耕还林情景下的水质净化率提升高于其他所有模拟情景,也比实际退耕情景（2015）高,同时农田面积降幅也低于实际情景。研究表明通过对退耕规则进行空间优化不仅能够满足区域水质净化提升的目标,还有利于保障区域农田面积,减少生态系统服务间的权衡。     

基于生态足迹-净初级生产力的珠三角城市群经济与生态的关系

随着区域经济一体化进程加快,人类活动对区域可持续发展的影响越来越重要。本研究利用MODIS遥感数据,基于净初级生产力的生态足迹法(EF-NPP),对珠三角城市群6大生物生产性土地面积的均衡因子和产量因子进行计算,分析研究区2000—2020年的人均生态足迹、生态承载力、自然资源利用效率和生态适度人口的变化。结果表明: 2000—2020年,珠三角城市群人均生态足迹不断上升,化石能源用地的生态占用最高,人均生态足迹呈现出西部高、中部低、东北部较高的空间变化特征;人均生态承载力高值集中分布在肇庆市、江门市,低值集中分布在深圳市、东莞市、佛山市、中山市;生态适度人口与区域实际人口的差距随时间呈增大趋势,其中,2020年生态适度人口与区域实际人口的差距达3062万人,区域实际人口数远大于生态适度人口数,人口压力大;三大产业自然资源利用效率高,人均生态足迹所能创造的经济效益在研究期间增加3.68 万元·hm^-2,年均增速为0.18万元·hm^-2,且第三产业的增加速度最快。研究结果能为中小尺度区域自然资源利用效率的研究提供一定的借鉴与参考。     

基于参与性调查的农户对退耕政策及生态环境的认知与响应

采用参与性农户评估方法(PRA)对黄土丘陵区107户农户进行了分层随机抽样调查,并根据研究区内地形等条件将所调查农户分为旱地农户和川水地农户两组,就目前农户对退耕还林还草政策的态度及农户对生态环境的意识及行为的异同进行分析比较。尝试从农户行为角度研究区域发展问题,并基于对农户行为的分析,对区域相关政策制定、实施以及生态环境建设等提出相关建议。研究表明:研究区农户对于土地依赖性较大,旱地农户表现尤为突出,大多数农户对于退耕持支持态度。农户进行的相关水土保护措施,很大程度上并不是农户经过决策后有意识的自觉行为,而是农户为了保证基本农业生产,采取的相应的对策所产生的效应。在土地管理及水土保护措施方面,除了相关的种植措施外,旱地农户更多倾向于通过工程措施来获取好的回报,而川水地农户更多注重于现有土地质量的管护,来进一步提高现有耕地的质量。农户对于环境重要性的认识较为明确,川水地农户认识要比旱地农户更充分一些。与10a前相比,近80%的农户认为当地的生态环境有所好转,然而近45%的农户在生产活动过程中根本不考虑对生态环境的影响,两组农户之间差异不大。超过55%的农户认为生态环境恶化首要原因是气候的影响,干旱是关键因子,其次是过度放牧(24.5%)和水土流失(22.5%)等,两组农户对于生态环境恶化原因的认识具有较大的差别,旱地农户认为生态环境的恶化主要原因是干旱和水土流失,而川水地农户认为生态环境的恶化主要原因是干旱和过度放牧。     

浙江三大城市群绿色发展效率时空分异及影响机理

提升浙江三大城市群绿色发展效率是浙江加快建成美丽中国先行示范区的重要途径之一.以三大城市群包含的41个县(市)为依托,以2000-2019年县域面板数据为样本,将超效率SBM模型与窗口分析及测度效率相结合,运用空间计量分析方法研究效率的空间分布及区域差异,并借助面板固定效应模型探索效率的差异化影响机理.结果 表明:研究...