中国水土保持科学
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中国水土保持科学
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2024年 22卷 5期
刊出日期 2024-10-30
1
漆良华, 田慧敏, 王辉民, 潘磊, 姜姜, 程金花, 石雷, 彭智华
南方低质低效人工林质量改善与生态服务提升技术研究前瞻
南方低山丘陵区是我国“三区四带”生态安全屏障建设的重要区域,是我国南方低质低效人工林的主要集中分布区,长期存在水土流失、生态服务能力低、系统稳定性差等突出问题。针对南方低质低效人工林生态系统服务分布格局、演变特征及对气候变化的响应,人工林群落结构-土壤质量-生态服务耦合机制,低质低效人工林质量与生态系统服务多目标决策优化算法与路径等关键科学问题,选取长汀、南宁、赣州、黄冈、黄山为典型示范区,开展国家重点研发计划活动。以南方低质低效人工林生态系统服务分布格局及退化机制为主线,从基础理论研究、技术模式研发和集成优化示范等3个层面开展生态服务提升与示范研究,重点破解适用于杉木、马尾松、毛竹等典型人工林的群落结构优化、林下植被功能群诱导恢复、土壤生境修复等关键技术瓶颈,构建低质低效人工林提质增效智慧决策平台,为改善南方低质低效人工林质量和提升生态系统服务提供理论和技术支撑。
2024 Vol. 22 (5): 1-8 [
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赵平, 赵廷宁, 闫承琳, 郭小平, 刘东, 刘子昕
喷播绿化技术的起源与发展
喷播绿化起始于美国高速公路建设期边坡水土保持需求,是以流体力学、土壤学、植物学等学科理论与技术为基础,能迅速大面积覆盖裸露边坡,防治水土流失,构建具有景观价值的一种机械化植被建植技术,在裸露边坡植被恢复工程中占据着越来越重要的地位。笔者结合研发和工程实践,在全面研读喷播绿化技术相关资料的基础上,从工艺流程、设备性能、资材配制等方面阐述美国、日本、中国3个国家喷播绿化技术的起源与发展。通过深入剖析比较,发现我国存在喷播技术体系尚未成熟,技术标准规范滞后,机械装备定型量产不足,资材标准化、产业化程度低等问题。要扭转粗放管理,实现绿水青山再生价值,完善喷播技术体系,加强喷播技术行业规范,补齐机械装备短板,注重环境保护与生态修复相结合。这是喷播技术发展的必由之路。
2024 Vol. 22 (5): 9-21 [
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22
刘亚星, 郑梦桃, 李家源, 刘忆轩, 胡玥, 解刚, 申卫博
基于CSLE的陕北白于山土壤侵蚀现状
开展土壤侵蚀定量研究,对全面了解区域水土流失现状和促进区域可持续发展至关重要。笔者以黄土高原腹地侵蚀严重的白于山地区为研究对象,采用中国土壤流失预报模型CSLE,结合ArcGIS 10.8对模型中各侵蚀因子进行量化和可视化,定量评估2020年白于山地区土壤侵蚀现状。结果表明:白于山地区2020年土壤侵蚀模数为2 156.34 t/(km
2
·a),属于轻度侵蚀;微度侵蚀的面积比例最大,占白于山地区总侵蚀面积的92.67%;由于植被覆盖度低且降雨较强,使得中度及以上土壤侵蚀主要发生在白于山中东部及中南部地区。不同土地利用类型中,草地的土壤侵蚀量最大,为614.62万t/a,并且侵蚀面积最大,占总侵蚀面积的56.90%;分析不同坡度的土壤侵蚀情况,得到>8°~25°坡度区域的土壤侵蚀量最大。建议通过优化研究区林草配置结构和加大陡坡土壤侵蚀防治措施来改善白于山的水土流失现状。
2024 Vol. 22 (5): 22-30 [
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王之君, 马彦杰, 刘兴荣, 黄金燕, 李启润
降雨冲刷条件下含水率变化对堆填黄土沟床侵蚀的影响
黄土区城市建设造就大量堆填黄土场地,受极端降雨作用影响,水土流失严重。为探究含水率变化对土壤侵蚀的影响,本研究基于野外调查,采用室内直槽概化模型试验,开展堆填黄土沟床模拟降雨冲刷试验研究。结果表明:1)堆填黄土沟床侵蚀过程以水力侵蚀和重力侵蚀交互作用为主。随土体含水率增加,堆填黄土易湿陷、液化,水力侵蚀作用增强;2)沟床侵蚀发育过程中土体含水率和孔隙水压力两者变化规律呈现明显的一致性,土体失稳、侵蚀破坏前后出现大幅度波动,是土体结构破坏及侵蚀滑塌的关键因素;3)随前期降雨引起土体含水率增加,土体抗剪强度下降,水流冲刷沟床易侵蚀破坏,沟床侵蚀速率增大,溯源侵蚀演化速度加快。该研究表明前期降雨引起含水率变化在土壤侵蚀中的影响显著,可为工程堆积体水土流失和土壤侵蚀等研究提供参考。
2024 Vol. 22 (5): 31-40 [
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李通, 王云琦, 祁子寒, 李耀明, 何相昌, 骆丕昭
降雨型浅层滑坡潜在重力侵蚀量模拟与计算
传统的边坡稳定模型以边坡安全评估为主,以降雨型滑坡为主的潜在重力侵蚀量模拟和预测为当前水土保持领域研究中亟待完善的工作,当前暂无系统的模型和计算流程可供参考。为实现降雨滑坡潜在重力侵蚀量的预测和量化,采用COMSOL Multiphysics在流固耦合框架下自定义局部稳定系数标量场LFS,模拟暴雨条件下坡体滑床3D轮廓发展过程及潜在侵蚀量动态,并与传统强度折减法进行了对比。结果表明:暴雨过程中暂态饱和达到一定深度后坡面出现潜在重力侵蚀,随着降雨影响深度的增大,潜在侵蚀量持续增大,形成由浅渐深的潜在滑床,最大侵蚀深度位于坡脚;LFS法可实现与强度折减法较为吻合的滑床轮廓,且较强度折减法计算效率更高,结果更保守,可获得准确的临界失效范围;降雨型浅层滑坡潜在重力侵蚀量模拟流程为:1)实地地形、土壤、水文勘察,2)渗流-应力耦合模型构建,3) LFS等值面提取,4)几何体切割和体积积分。
2024 Vol. 22 (5): 41-52 [
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廖凇, 任博宇, 殷梦希, 张守红, 于伯华, 曹云锋
北京市山体滑坡空间格局与分异机制——以门头沟区“23·7”暴雨事件为例
受台风“杜苏芮”影响,2023年7月底至8月初,京津冀地区发生强降雨过程并导致北京西南部门头沟区等地发生山体滑坡灾害。深入分析本次山体滑坡灾害的空间分异格局与影响机制,对认识北京山区强降雨过程山体滑坡的成灾机制,合理制订流域治理方案以降低区域水土流失风险具有重要意义。利用国产高分卫星影像及辅助资料,精确提取滑坡信息,并运用地统计方法对滑坡空间格局与分异机制进行系统分析。结果显示:门头沟区此次洪灾过程中形成单体面积100 m
2
以上的滑坡5 680个,总面积约5.85 km
2
,滑坡空间分布呈现明显的局部聚集性特征。进一步分析发现,滑坡严重度的异质性空间分布模式与地形坡度、植被覆盖度和土地覆盖类型等因素密切相关:1)随着坡度增加,滑坡密度与平均面积逐渐增大,且单体滑坡面积的变异特征减小;2)植被盖度增大则有效降低滑坡点密度与单体滑坡面积;3)地表生产扰动水平在一定程度上影响滑坡严重程度,裸地及农田等受生产活动扰动较大区域单体滑坡的规模更大,自然植被区域林地覆盖地表的单体滑坡规模相较于灌木覆盖地表更小。研究表明:虽然降雨是诱发研究区大规模山体滑坡的直接原因,地形坡度、植被盖度和人为扰动等对滑坡灾害的空间分异特征存在重要影响。研究结果可为以北京为代表的华北地区防灾减灾工程建设和灾后恢复重建提供科学依据。
2024 Vol. 22 (5): 53-62 [
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刘林, 薛丽萍, 崔峰, 刘韵, 王小平
黄土丘陵沟壑区典型小流域沟道类型和坡面组成对重力侵蚀的影响
重力侵蚀是黄土丘陵沟壑区小流域发生水土流失和地质灾害的重要原因之一,但对其存在和发生环境的研究仍不充分。为探究沟道形态和坡面组成对重力侵蚀的影响,基于无人机摄影测量、遥感解译、现场调查等方法,系统研究山西省吕梁市王家沟流域内78处滑坡、26处崩塌和108处泻溜的空间分布、侵蚀数量特征及与沟坡的关系。结果表明:1)沟道类型影响重力侵蚀危害程度。沟道分类有助于识别重力侵蚀活跃区域,冲沟和干沟的重力侵蚀量及面积分别占研究区总量的88.5%和81.4%。2)重力侵蚀与沟道坡度存在紧密关系,在不同类型沟道中的表现差异显著。坡度30°~60°区域分别是切沟和冲沟中重力侵蚀最严重区域,发生率约是其他区域的2.57倍和1.19倍;干沟和河沟的重力侵蚀主要发生在坡度0~30°区域。3)坡面组成方式对重力侵蚀危害程度和发生类型存在显著影响,土壤类型及其空间分布特征是重要影响因素。该研究可为黄土丘陵沟壑区重力侵蚀精准防治提供理论依据。
2024 Vol. 22 (5): 63-71 [
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周怡宁, 关颖慧, 林一诚, 周金星, 刘玉国
基于InVEST模型的小滦河流域产水及水源涵养功能时空变化
小滦河流域是京津冀水源涵养功能区的重要组成部分。摸清小滦河流域产水量和水源涵养功能的时空演变格局,可为流域水资源管理及区域可持续发展提供科学依据。以小滦河流域为研究对象,基于2000、2010和2020年3期多源空间数据集,通过InVEST模型和自相关分析法探究不同土地利用类型下流域水源涵养功能的时空变化及其空间集聚模式。结果表明:1)灌丛、林地和草地为研究区主要地类,20 a间城镇建设用地不断扩张,沙地面积显著减少,沙化环境得到明显改善。2)小滦河流域2000、2010和2020年年均产水量分别为0.425亿、0.669亿和1.147亿m
3
,年均水源涵养量分别为0.035亿、0.061亿和0.073亿m
3
,二者均呈现逐年稳步上升趋势。3)流域内产水和水源涵养高值区从中游御道口牧场逐渐向上下游林场和灌木林区转移,表明中游牧场出现生态退化。4)不同土地利用类型的产水和水源涵养功能时空变化异质性明显,对产水量贡献较大的地类为中、高度覆盖草地和灌丛,对水源涵养量贡献较大的地类依次为灌丛、林地和中覆盖草地。
2024 Vol. 22 (5): 72-82 [
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王宁, 张卫强, 黄芳芳, 苏志尧, 吴国章, 甘先华
粤北南岭典型林分旱雨季冠层降水化学变化
全球气候变化背景下,降水时空分布不均导致季节性干旱形势愈发严峻。为探讨旱雨季时期亚热带典型林分冠层对降水化学的分配和淋溶特征,以南岭针阔混交林和常绿阔叶林为研究对象,对大气降水、穿透水和树干茎流pH、TN、TP、NH
4
+
-N、NO
3
-
-N、Cu、Cd、Pb和Cr
6+
质量浓度进行测定及分析。结果表明:1)旱季大气降水呈酸性,经常绿阔叶林冠层后pH值为6.82,降水酸性得到缓冲。2)大气降水化学输入主要以氮磷养分为主,重金属输入量仅占1.19%~1.44%;雨季大气降水化学输入总量高于旱季,雨季为4 198.4 g/hm
2
,旱季为3 251.5 g/hm
2
。3)旱季常绿阔叶林冠层中和作用优于其他2种林分,旱季3种林分穿透水和树干茎流中化学物质浓度多高于雨季,旱季3种林分冠层对降水化学成分表现为淋溶作用,雨季仅有针阔混交林(含竹)冠层对降水化学淋溶作用明显。4) Cu在冠层降水中的淋溶程度极高,净淋溶沉积比介于1.22~16.4之间,可能是致使水体污染的重要指标。
2024 Vol. 22 (5): 83-92 [
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郝晓珍, 冯天骄, 孔京津, 王平
晋西黄土残塬区不同植被恢复类型土壤的碳含量和稳定性
晋西黄土残塬区不同植被恢复类型下土壤有机碳组分及其稳定性的深入研究,可为生态脆弱区植被恢复工程提供更丰富的数据支撑,同时也为黄土高原地区双碳目标的评价和实施提供科学依据。以黄土残塬地区4种不同植被恢复类型(油松人工林、刺槐人工林、侧柏人工林和天然次生林)为研究对象,测定生长季内不同土层(0~10,10~30,30~60,60~90,90~120,120~150,150~180和180~200 cm)的各组分碳质量分数和土壤密度、pH值、含水率、全氮、全磷和全钾质量分数,采用主成分分析、相关性分析和网络相关分析等统计方法,探讨不同植被恢复类型下土壤有机碳组分及其稳定性变化规律。结果表明:1)在长期植被恢复过程中,0~200 cm土壤总碳储量由高到低依次为油松人工林>天然次生人工林>侧柏人工林>刺槐人工林,其土壤总碳储量分别为0.51、0.44、0.35和0.31 t/hm
2
,其中,油松人工林和天然次生林的碳储量更高。2)天然次生林在0~30 cm土层内的活跃有机碳组分中的土壤轻组碳和土壤颗粒有机碳及稳定有机碳组分土壤重组有机碳和土壤矿物质有机碳质量分数最高,在30~200 cm土层内则是油松林地最高;而侧柏和刺槐人工林则没有明显的变化。3)4种林地的土壤各碳组分与土壤pH值、土壤密度和全钾质量分数具有负相关性,与土壤总氮质量分数、水溶性有机碳、总磷质量分数和含水率具有正相关性,土壤全氮、全磷质量分数和水分对于土壤有机碳组分的积累有积极影响。4)通过对0~200 cm土层的4种不同植被恢复类型的土壤碳质量分数分析,发现在晋西黄土残塬区的天然次生林地和油松人工林土壤碳库及其稳定性最好,有更好的水土保持固碳效益。从长期来看,该研究区植被恢复应以自然恢复为主,人工恢复方式应以油松林作为主要树种。本研究结果可为生态脆弱区植被恢复和水土保持实践提供科学参考与建议。
2024 Vol. 22 (5): 93-104 [
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105
徐其静, 侯磊, 李加豪, 李奇奇, 李航, 汪丽, 王克勤
坡耕地土壤转化酶活性与芸豆产量对等高反坡阶措施的响应
为探究坡面微地形改造水土保持措施—等高反坡阶(CRT)对坡耕地土壤肥力的提升效果及其生态修复功能,有必要关注该措施对土壤养分与转化酶活的影响,及其提升作物产量的机制。通过分析坡耕地CRT处理后阶上和阶下0~5 cm土层养分(全氮TN、全磷TP、铵态氮NH
4
+
-N、硝态氮NO
3
-
-N和速效磷AP)及酶活(脲酶S-UE、β-1,4-N-乙酰葡萄糖苷酶S-NAG、亮氨酸氨基肽酶S-LAP和酸性磷酸酶S-ACP)差异,并以原状坡耕地(CK)相应位置作对照,探讨CRT措施下土壤养分转化相关酶对芸豆(
Phaseolus vulgaris
)产量和千粒质量的影响机制。结果表明:1) CRT使土壤TN、NO
3
-
-N、TP、AP含量较CK阶上分别提高21.2%、86.2%、14.1%和28.4%,阶下提高7.3%、77.4%、21.8%和30.1%;使NH
4
+
-N阶下提高2.8%,阶上降低22.5%。CRT对NO
3
-
-N的提升效果高于TN和NH
4
+
-N,对AP的提升效果优于TP。2) CRT措施使坡耕地S-UE、S-NAG、S-LAP和S-ACP活性阶上较CK分别提高13.4%、55.9%、56.8%和44.6%,阶下提高48.3%、72.3%、70.9%和34.6%,且阶下增幅大于阶上。3) CK坡耕地阶上、阶下芸豆产量为20.0和23.2 kg/hm
2
,千粒质量为448和376 g,而CRT使芸豆产量和千粒质量阶上提高66.7%和8.6%,阶下提高289%和26.6%,阶下增幅均大于阶上。4)相比CK,CRT使坡耕地芸豆产量与S-UE由不相关变为显著正相关(
P
<0.05),相关系数由0.12增至0.91,使坡耕地芸豆千粒质量与氮、磷、酶活(S-NAG、S-LAP、S-ACP)由显著负相关(
P
<0.05)变为相关。S-LAP、S-NAG、NH
4
+
-N对芸豆产量和千粒质量的影响显著(
P
<0.01),解释量分别为48.4%、29.2%、18.0%。CRT通过改善坡耕地土壤养分的空间分布,提高相关酶活,加速有机养分向无机养分的转化,提升土壤关键性肥力,进而促进芸豆生长发育,提高产量和千粒质量。
2024 Vol. 22 (5): 105-114 [
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115
程冬兵, 马美景, 华忠光, 张晶鑫, 孙宝洋
生产建设项目人为水土流失风险与分类监管的响应——以武汉市为例
未来一段时期,我国开发建设强度仍将维持在较高水平,人为水土流失防治及监管任重道远。为实现人为水土流失分类分级及差别化管控,开展生产建设项目人为水土流失风险评估与分类监管研究非常迫切。基于以往研究成果,结合实践经验,定性和定量相结合,提出生产建设项目人为水土流失风险评估方法,即在建项目采取潜在水土流失风险评估与水土保持现状评价综合确定风险等级,完工项目则只需根据水土保持现状评价结果确定风险等级。以武汉市为例,对市本级117个生产建设项目进行人为水土流失风险评估。结果显示,武汉市生产建设项目以无风险等级为主,占项目总数的66.7%;其次为低风险等级,占项目总数的25.6%;中、高和极高风险等级分别仅占项目总数的2.6%、1.7%和3.4%。经典型案例分析,评估结果与实际较相符,证明评估方法科学可行。在此基础上,按照“无风险不打扰、低风险预提醒、中高风险严监控”总体要求,结合项目管理的其他需求,提出武汉市本级生产建设项目差别化分类监管的具体建议。
2024 Vol. 22 (5): 115-122 [
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李曼, 崔敏华, 刘焕才
疏勒河流域土壤保持服务供需风险探讨
土壤保持能力是疏勒河流域重要的生态系统服务之一,对流域的生态可持续发展至关重要。运用InVEST模型,对2000—2018年疏勒河流域土壤保持功能进行定量评估,并建立土壤保持服务供需风险框架,分析其供需风险时空变化特征。结果表明:1)2000—2018年,土壤侵蚀量呈先增加后减少的趋势,由2000年的3.73亿t减少到2018年的3.30亿t,流域侵蚀程度总体好转,其中,极强烈侵蚀和剧烈侵蚀面积减少14%;2)土壤保持总量呈增加-减少-增加的趋势,2010—2015年的降幅最大,共减少1.01亿t,降幅达29%,流域上游的土壤保持情况变化较为明显,主要受植被、地形和气候的影响,而中下游地区生态本底较差,土壤保持量较少且变化尚不明显;3)在供需风险方面,风险等级以危险和供给不足为主,2000—2018年,极度濒危和濒危的高风险地区面积由33%下降到12%,而风险等级为安全的面积变化较小。整体而言,疏勒河流域土壤保持服务供需风险等级水平下降,供需状况有所改善。
2024 Vol. 22 (5): 123-132 [
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侯利园, 何祥, 张生武, 王学端, 樊昊, 李昕光, 崔金虎, 曹宁, 张玉斌
保水剂对风沙土保水特性的影响
在东北西部农业种植区,生长季干旱少雨极大制约作物的水肥利用效率,对我国粮食安全和水土资源利用的可持续性造成重大威胁。除工程措施外,合理的农用保水剂(SAP)施用是改善低产农田持水性能的必然途径。针对吉林省西部典型风沙土开展室内模拟试验,通过3因素多水平的正交试验设计,探究土壤田间持水量、凋萎系数和有效水含量等水土保持特性对保水剂的类型(地津Dijin、安信Anxin、沃特Wote和旱宝贝Hanbaobei)、粒径(大粒径和小粒径)及用量(0、0.2%、0.5％、1.0%、2.0%、4.0%和6.0%)的响应。结果表明:1) SAP的持水量受其类型、粒径、施用量及其相互作用的影响显著,而施用量是影响持水量的关键因素;2)土壤水分状况与 SAP 类型密切相关,土壤持水量 Dijin>Anxin>Wote>Hanbaobei,SAP中K
+
和Na
+
的含量可能是影响保水性的主要因素,而非Ca
2+
和Mg
2+
;3)随着SAP施用量的增加,土壤田间持水量、凋萎系数和有效水容量显著增加,与对照相比,最大增量分别为15.53、1.95和17.75 倍,可有效增强严重干旱土壤中植物与SAP之间的竞争;4)与大粒径相比,小粒径SAP 能显著提高土壤的田间持水量(1.21倍)和可用水量(1.23倍),而对凋萎系数则产生负面影响。综上,保水剂的合理选择与应用,对旱区水土资源持续性具有积极的推动作用,可以改善干旱土壤环境水分状况,实现低产农田“增粮”。
2024 Vol. 22 (5): 133-140 [
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141
刘文娟, 裴志永, 陈宏伟, 杨建军, 孙凯, 张世纪
沙柳不同方位枝条液流变化及主要影响因子
研究不同方位夜间液流可以更好地了解夜间水分利用及方位差异。以3 a生沙柳为研究对象,采用热平衡包裹式液流仪(EMS 62)监测沙柳灌丛不同方位枝条液流速率,分析沙柳不同方位液流速率变化特征及其主要影响因子。结果表明:雨季前、雨季和雨季后沙柳液流速率强弱为北向＞东向＞南向＞西向。雨季前沙柳灌丛各方位液流速率均呈“双峰”型曲线变化趋势,且北向液流速率到达第2峰值的时间延迟2 h左右,雨季与雨季后各方位液流速率均呈“几”字型曲线变化,且雨季期间液流启动与结束时间均延迟30 min左右。东、南、西、北各方位夜间液流占全天液流的比例均呈“U”字型曲线,且波动范围分别20%~46%、21%~41%、25%~43%和23%~43%。观测期内各方位夜间液流与相对湿度及饱和水汽压差均具有显著相关性(
P
＜0.01)。雨季前与雨季期间各方位夜间液流与各气象因子均表现出较明显的线性关系(
R
2
＞0.46),然而雨季后不同方位夜间液流与各气象因子的线性关系较弱(
R
2
＜0.34)。这表明降雨直接影响各方位夜间液流的水分利用效率,且由于受到环境因子影响,沙柳的夜间液流速率在时空与方位上均存在显著差异。这可为研究夜间水分利用提供科学依据。
2024 Vol. 22 (5): 141-150 [
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151
王科雯, 吕刚, 刘媛, 刘建华, 王锋佰, 张卓
辽西北风沙地不同林龄樟子松土壤大孔隙特征
土壤大孔隙是土壤水分、空气、化学物质及污染物优先运移的主要通道,与地表径流及土壤渗透性之间具有密切关系。为明晰不同林龄樟子松土壤大孔隙特征,以辽西北风沙地不同林龄(对照样地、24 a、38 a和49 a)、不同土层(0~50 cm)樟子松人工林为研究对象,采用野外染色示踪试验,基于室内水分穿透曲线和Poiseulle方程,分析不同林龄樟子松土壤大孔隙特征及其影响因素。结果表明:不同林龄樟子松染色和非染色区渗透速率存在较明显差异性,染色区水分渗透速率较非染色区提高近60%;土壤大孔隙半径分布在0.52~3.66 mm之间,其孔隙半径均值为0.69 mm,并随土层的加深而减少;樟子松土壤大孔隙与林龄、土层深度的变化存在显著差异,在不同林龄中,樟子松大孔隙半径与出流速率的关系具有显著线性相关性。研究结果可为深入理解辽西北风沙地樟子松土壤大孔隙特征及其对土壤水分运动的影响机理提供理论依据。
2024 Vol. 22 (5): 151-160 [
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王文昌, 鲁旺胜, 荆可
青海共和盆地荒漠区输电塔基建设对深层土壤细菌群落结构的影响
土壤微生物在维持生态平衡和土壤生态功能中扮演着关键角色,然而,荒漠区土壤微生物群落结构及其对外界干扰的响应机制尚不完全清楚。研究以青海共和盆地荒漠区建成2 a的输电塔基干扰区深层土壤(60~80 cm)为研究对象,采用16S高通量测序技术和生信分析,研究塔基建设对深层土壤细菌丰度、多样性和群落组成等方面的影响。结果显示,塔基建设显著降低深层土壤微生物量碳、微生物量氮、有机碳、总氮、总磷、总钾、有效磷、有效钾的质量分数和细菌α多样性(Chao1和系统发育多样性)也显著降低。深层土壤主要细菌优势门为变形菌门、拟杆菌和放线菌和髌骨菌,占总丰度的50.08%。在塔基干扰区,变形菌门、芽胞杆菌门和绿弯菌门等厌氧细菌门类丰度显著减少。塔基干扰区深层土壤细菌群落结构与临近未干扰区显著不同。尽管深层土壤细菌群落组装主要受随机过程影响(|βNTI|<2;未干扰区:78.9%,塔基干扰区:100%),但是塔基建设干扰区细菌群落构建的随机性明显增强。pH值、总氮和有效磷的质量分数是深层土壤细菌多样性和群落结构差异的主要控制因子。塔基建设直接破坏深层土壤结构,影响土壤化学性质,进而影响土壤细菌群落组成和结构。此结果可为研究生产建设等人类活动对深层土壤生物环境的影响,以及荒漠区生态恢复提供理论参考。
2024 Vol. 22 (5): 161-170 [
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杨凤至, 赵萌萌, 余启杰, 赵斌, 黄占斌
不同融雪剂对三种草坪草种子萌发特性的影响
融雪剂对植物种子萌发影响是国家标准中一项重要指标。本文采用种子萌发实验方法,以2号氯盐融雪剂和3号混合型融雪剂为对照,比较新研发的1号生态环保融雪剂对禾本科黑麦草(
Lolium perenne
cv. Green Emerald)和早熟禾(
Poa pratensis
cv. Merit)豆科白三叶(
Trifolium repens
cv. Riverdel)3种草坪草种子萌发特征影响,结合材料的环保性与经济性,评价不同融雪剂对草坪种子萌发特性的影响。结果表明:3种融雪剂对草坪草种子萌发均表现为低促高抑效应;相同浓度时,融雪剂对3种草坪草种子萌发50%抑制的临界值表现为:2号氯盐融雪剂＞1号生态融雪剂＞3号混合型融雪剂;随着融雪剂浓度增长,3种种子萌发受到抑制作用随之增强。3种草坪种子对融雪剂耐受性表现为早熟禾>黑麦草>白三叶草。发芽率、发芽指数、活力指数、根长、种子相对受害率间呈显著相关。研究结果从多维度评价分析不同融雪剂对种子萌发特性的影响,为不同融雪剂使用的浓度限制范围,以及生态环保融雪剂推广应用提供参考。
2024 Vol. 22 (5): 171-178 [
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白自龙, 王世东, 范沁河, 张合兵
基于生态安全格局的国土空间生态保护修复重点区域识别——以海城市为例
生态修复是维护国家生态安全的重要保障。科学、合理地识别重点生态修复区域是当前国土空间规划面临的难题。以辽宁省海城市为例,以遥感手段获取的海城市2020年土地利用数据、数字高程数据等为基础,综合运用MSPA景观格局分析、InVEST生境质量评价进行初步生态源地的选取,再叠加海城市自然保护区数据确定最终的生态源地。运用电路理论和MCR模型识别生态廊道及生态夹点、生态断裂点、生态障碍点与破碎生态空间。将电路理论融入到生态网络的建设中,能够更科学、合理地识别得到海城市生态保护修复重点区域。结果显示:1)海城市生态源地总面积面积485.89 km
2
;识别源间生态廊道73条,总计长度394.81 km,生态源地与生态廊道共同构成海城市生态安全格局。2)基于生态安全格局识别海城市生态保护修复重点区域,识别出生态夹点区域29处,总计长度达到71.63 km;生态障碍点16处,面积39.70 km
2
;生态断裂点34处;待修复破碎空间总计40.78 km
2
。3)结合各类生态保护修复重点区域的空间分布特征、土地利用现状进行分析,分别提出不同生态保护修复重点区域下的具体修复方针,加强区域水土流失治理。研究结果可为海城市生态保护修复工作提供参考,以期达到生态系统良性发展的目的。
2024 Vol. 22 (5): 179-188 [
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王小军, 谢湘平, 黄宏鑫, 刘珍珍
依据物质组成分布特征的堰塞坝溃决特征
通过模型试验,考虑堰塞坝内部物质分布特征的不同,探讨均匀混合型堰塞坝(UM)、上粗下细型堰塞坝(TCBF)、叠瓦堆积粗叠细型(PCPF)堰塞坝和叠瓦堆积细叠粗型(PFPC)堰塞坝的溃决特征。结果表明:在坝体材料整体颗粒级配相同的情况下,具有不同内部物质分布特征的堰塞坝溃决过程基本可分为渗流侵蚀阶段、溯源侵蚀阶段、溃口发展阶段及粗化平衡4个阶段,但不同坝体在不同阶段呈现明显的差异性。PCPF型堰塞坝渗流侵蚀历时最短,TCBF型堰塞坝渗流侵蚀阶段最长,后者是前者的2.5倍。UM型和TCBF型堰塞坝的溃决过程早于PFPC和PCPF型堰塞坝,UM型堰塞坝溃口下切速率最小,下切过程较匀速;PFPC型堰塞坝在溯源侵蚀阶段形成的侵蚀槽窄而深,在溃口发展初期下切速率最大,可观察到频繁的岸壁崩塌-堵塞溃口-溃决现象;PCPF型堰塞坝在溯源侵蚀阶段形成的侵蚀槽宽而浅,溃口发展阶段后期下切速率最大,下游坡面局部区域易产生滑移。不同堰塞坝条件下溃决洪峰流量放大系数也不同,大小顺序为PCPF
2024 Vol. 22 (5): 189-198 [
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卢敬德, 伍容容, 吴鹏, 丁立
基于卷积神经网络及遥感反演的生产建设项目识别方法及应用
由于遥感影像中的地物普遍存在异物同谱、同物异谱等现象,导致面向对象的多尺度和多阈值分割分类等解译方法无法在完全脱离人工干预的情况下使用,因而给解译带来成本高、效率较低等问题。本研究目的是建立一个实用、高效的生产建设项目扰动图斑自动识别模型,提高扰动图斑识别的效率和准确性。河南省作为水利部第一批遥感监管示范省,至今已积累大量生产建设项目水土保持空间数据。为此,笔者选择河南省作为研究区。提出一种基于神经网络及遥感反演模型的生产建设项目自动识别方法。该方法使用由5个卷积层和3个池化Pooling层的AlexNet对扰动图斑进行初步自动解译,并使用归一化植被指数、温度植被干旱指数等遥感反演模型进一步判断图斑是否为生产建设项目。笔者以成像时间为2020年、覆盖河南全省的GF-1、GF-6遥感影像为基础,使用生产建设项目扰动图斑的外包矩形裁剪上述影像获得训练样本,对样本进行标记,并将标记好的训练样本输入到AlexNet模型对其进行训练,完成训练后分别使用单一神经网络模型及神经网络模型+遥感反演模型进行两组测试。结果表明:1) 本方法在降低误识别率和漏识别率的效果方面均比单纯卷积神经网络识别模型优异,误识别率平均降低23.88%,尤其在降低误识别率方面效果明显;2) 本方法的计算时间,与卷积神经网络识别模型没有明显差异。综上,本研究成果可有效降低生产建设项目自动识别的误判率,有助于进一步提升生产建设项目水土保持遥感监管工作的自动化程度,在生产建设项目自动识别应用领域有一定的借鉴意义。
2024 Vol. 22 (5): 199-208 [
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