干旱区研究

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生态输水对孔雀河地下水埋深及植被的影响

刘璐,陈亚鹏,李肖杨

2021 (4): 901-909. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.01

摘要 ( 443 )

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PDF(6235KB) ( 273 )

为了解生态输水后地下水埋深和植被的变化,采用统计方法和遥感影像数据分析输水后孔雀河地下水埋深时空变化特征、地下水埋深和累积输水量的关系以及输水后NDVI和植被覆盖度的变化。结果表明:从时间变化来看,生态输水后孔雀河地下水埋深呈现稳步抬升趋势,年内地下水埋深变化主要受人类农业生产活动影响;从空间变化来看,垂直于河道方向上各断面地下水埋深的抬升幅度随距离的增加而减小,沿河道方向上,中游断面埋深抬升变化量最大;地下水埋深与累积生态输水量呈负相关,中游断面相关性最显著;2016—2019年上游和中游断面所在的研究河段NDVI分别增长了64.28%和100%,下游河段NDVI值稳定在0.05,距河道2 km范围内植被覆盖度呈增长趋势。生态输水对孔雀河流域地下水埋深和植被已产生积极作用,建议在未来的生态输水过程中保持合理输水量的同时,加强地下水监管力度,保护生态安全。

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基于负载指数的中蒙俄经济走廊水资源开发潜力评价

李丽,刘诗奇,王平,乔源,王涛,王田野,李泽红,Tcogto Bazarzhapov

2021 (4): 910-918. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.02

摘要 ( 528 )

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PDF(7886KB) ( 197 )

利用“中蒙俄经济走廊”43个省级行政单元2016年的地表水资源量、降水量以及人口、GDP等数据,采用水资源负载指数计算方法,系统分析了该地区水资源分布特征及开发潜力。结果表明:“中蒙俄经济走廊”地表水资源呈“东多西少、北多南少、中减最少”空间格局,其中俄罗斯地表水资源丰富,约占经济走廊地表总水资源量的95%,除人口少、水资源需求相对较小,还具有水资源利用程度低、开发潜力大的特点;蒙古国北部地表水资源较为丰富,其中5个行政区水资源负载指数小于1,具有一定的开发潜力,但南部地表水资源严重短缺;中国东北三省及内蒙古自治区由于人口密度相对较大,水资源需求量大,水资源负载指数均大于2,开发潜力低。从区域水资源优化配置角度来看,蒙古国南部和中国四省(自治区)是需要水资源优化配置的重点地区,而俄罗斯则具有缓解“中蒙俄经济走廊”缺少地区水资源问题的条件。但由于水资源的开发利用与社会经济发展紧密关联,“中蒙俄经济走廊”内的水资源合作路径仍有待于深入研究。

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基于高亚洲精细再分析数据模拟普若岗日冰原2012—2014年表面能量-物质平衡

李建江,李佳,吴立新,汪赢政,郭磊

2021 (4): 919-929. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.03

摘要 ( 380 )

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PDF(4521KB) ( 458 )

采用高亚洲精细再分析数据(High Asia Refined analysis,HAR)以及Coupled Snowpack and Ice Surface Energy and Mass balance Model(COSIMA)模拟了青藏高原最大冰原——普若岗日2012-04-23—2014-05-11的能量-物质平衡,并分析了普若岗日冰原消融机理。模拟的2012-04-23—2013-05-23与2013-05-23—2014-05-11的物质平衡分别为-0.18 m w.e.、-0.36 m w.e.。在整个研究时段内,冰原西部、中北部等海拔低于5800 m的区域处于物质亏损状态,最大达到-2.69 m w.e.;冰原北部区域因为海拔较高的原因,处于物质积累状态,在东北部区域最高值达到0.85 m w.e.。2013-05-23—2014-05-11用于消融的能量相比2012-04-23—2013-05-23减少,冰川表面消融减速,但普若岗日冰原上空2013-05-23—2014-05-11的固态降水量少于2012-04-23—2013-05-23,因此冰川在2013-05-23—2014-05-11日的表面净物质平衡反而减少。

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氢氧稳定同位素对达里湖水体蒸发与补给来源的指示作用

郭鑫,李文宝,孙标

2021 (4): 930-938. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.04

摘要 ( 391 )

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PDF(3884KB) ( 301 )

为了研究稳定同位素质量平衡法在寒旱区封闭型内陆湖泊水量平衡计算中的适用性,以内蒙古高原达里湖作为研究区域,基于流域水体样品中氢氧稳定同位素(δD、δ¹⁸O)特征分析,讨论了δD、δ¹⁸O对水体蒸发和补给来源的指示作用。结果表明:夏季达里湖水体氢氧稳定同位素值不断减小,其主要受到降水过程的影响;冬季结冰过程使得氢氧同位素在冰体中富集。达里湖湖水δ¹⁸O-δD关系点落在了当地大气降水线的右下方,显示湖区水体蒸发最为强烈;部分河水和地下水δ¹⁸O-δD关系点落在当地大气降水线左上方,显示当地大气降水并非其地下水的主要补给来源。利用稳定同位素质量平衡法对2018年达里湖蒸发量和地下水补给量进行估算,结果显示年蒸发量约为2.69×10⁸m³,全年地下水补给量约为1.65×10⁸m³。在考虑动力分馏和初始水体同位素组成的条件下,利用水体稳定同位素分馏过程中δD与剩余水体比例的关系,计算得到达里湖湖水蒸发损失量约为初始水体的41%~46%。

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基于CSLE模型的天山北坡中段山区水力侵蚀时空变化特征及影响因素研究

常梦迪,王新军,李娜,闫立男,马克,李菊艳

2021 (4): 939-949. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.05

摘要 ( 420 )

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PDF(6644KB) ( 219 )

掌握天山北坡土壤水蚀分异的空间规律及其驱动力,对生态预警和土壤侵蚀防治具有重要意义,为天山北坡区域生态环境的综合治理提供理论依据和数据支持。以天山北坡中段山区为例,基于中国土壤流失方程(Chinese Soil Loss Equation,CSLE),采用野外调研、地理信息系统、数理统计和地理探测器等方法,定量分析2000—2018年研究区土壤水力侵蚀的时空格局特征(面积,强度和地理分布),借助地理探测器探究降雨、地形、土壤、植被对土壤水力侵蚀强度的内在驱动力。结果表明:(1) 2000—2018年天山北坡中段山区土壤水力侵蚀强度主要以微度、轻度侵蚀为主,分别占总面积的32.34%~40.87%、33.36%~43.01%。近20 a的微度、轻度侵蚀的面积均呈下降趋势(-26.70 km²·a^-1、-77.47 km²·a^-1),而其他侵蚀强度的面积均呈上升趋势(22.10~30.96 km²·a^-1),总体上土壤水力侵蚀强度处于增加趋势。(2) 整体土壤侵蚀模数呈乌鲁木齐市>昌吉市>阜康市>呼图壁县>玛纳斯县>沙湾县>石河子市。天山北坡中段山区侵蚀强度的空间分布与降雨、地形、土壤、植被密切相关,土壤类型为棕钙土、草毡土、栗钙土,植被覆盖度小于15%、坡度大于15°和降雨量在400~450 mm范围内的地区为高风险侵蚀区域。(3) 分异性的大小由因子探测器中q值来度量,其q值越大,该影响因素对土壤侵蚀空间分布的解释力越强,呈降雨(0.49)>土壤类型(0.17)>坡度(0.11)>植被覆盖度(0.10)。不同影响因素通过交互作用明显增强土壤侵蚀空间异质性,及植被覆盖度与降雨因子的耦合作用,q值增幅极大,确定土壤侵蚀重点治理区域对全面土壤侵蚀防治具有重要意义。

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新疆春季融雪洪水危险性动态评价研究

周刚,崔曼仪,李哲,张世强

2021 (4): 950-960. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.06

摘要 ( 395 )

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PDF(6996KB) ( 414 )

从新疆春季融雪洪水发生的机理出发,选取雪深、高程、水系距离3个评价因子,结合历史灾情数据,利用客观性较高的信息量模型以及GIS技术对新疆春季融雪洪水灾害的危险性开展了定量评价,获取了新疆春季融雪洪水危险性区划图。利用动态致灾因子日正积温和日降水量,驱动静态新疆春季融雪洪水危险性区划,建立了春季融雪洪水危险性动态评价体系,在日尺度上对全疆春季融雪洪水的发生进行了动态评价。结果表明:(1) 新疆春季融雪洪水的高危险区主要分布在北疆的伊犁河谷、博州、中天山北坡、塔城北部和阿勒泰地区。(2) 对新疆伊犁地区2005年3月中上旬的融雪洪水灾害进行动态评价检验发现,融雪洪水危险性动态评价结果精度较高,可应用到全疆的融雪洪水动态评价中。本研究可为新疆春季融雪洪水的防治和水资源管理提供支撑。

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毛乌素沙地不同类型生物土壤结皮-土壤呼吸的季节变化特征

王荣女

2021 (4): 961-972. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.07

摘要 ( 439 )

HTML ( 9 )

PDF(4528KB) ( 327 )

2018年以毛乌素沙地西南部发育良好的苔藓结皮和藻类结皮为研究对象,以流沙作为对照,采用土壤碳通量测定,系统观测了不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸的日动态,探讨了生物土壤结皮-土壤呼吸与环境因子之间的关系,分析了季节变化对生物土壤结皮-土壤CO₂释放量和温度敏感性的影响。结果表明:(1) 不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸速率均呈“单峰”曲线,但其峰值出现的时间存在差异,春季和夏季不同类型生物土壤结皮-土壤呼吸速率峰值出现时间均为13:00左右,但冬季和秋季,藻类结皮-土壤和流沙呼吸速率出现时间为15:00左右,滞后于春季和夏季2 h。(2) 不同季节,不同类型生物土壤结皮-土壤CO₂日释放量:苔藓结皮>藻类结皮>流沙,且达到显著水平(P<0.05)。(3) 春季至冬季,生物土壤结皮-土壤CO₂日释放量呈先增加后降低的趋势,主要表现为:夏季>春季>秋季>冬季,且达到显著水平(P<0.05)。(4) 通过对不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸速率与环境因子的主成分分析,与5 cm土壤温度相比,2 cm土壤温度是不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸的主要影响因子,其次为近地层空气湿度。(5) 不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸速率与2 cm土壤温度的关系均可用指数模型较好的描述,以该函数为基础计算呼吸的温度敏感性,发现温度敏感性的变化范围为1.33~3.85;随季节的变化,温度敏感性呈先降低后升高的趋势:冬季>秋季>春季>夏季,即温度越高,生物土壤结皮-土壤呼吸的温度敏感性越低。

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不同培肥方式对沙质土地区残次林地土壤团聚体组成及稳定性的影响

张露,孟婷婷,胡雅,魏静

2021 (4): 973-979. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.08

摘要 ( 267 )

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PDF(1885KB) ( 144 )

为评价沙质土地区耕地整治中土壤团聚体的稳定性,在陕北榆林靖边县残次林地整治耕地项目区中设立试验田,采用正交试验方案[L9(3⁴)],分析不同肥料类型及施用量对土壤团聚体的影响。结果表明:与不施肥的农田土壤相比,N肥和有机肥配施可以提高水稳性大团聚体的含量,其中,当施用尿素421.34 kg·hm^-2,不施P肥,氯化钾125 kg·hm^-2,有机肥7.5 t·hm^-2(T7)时,>2 mm的水稳性大团聚体含量分别高于T1(不施N、P、K肥及有机肥)、T2(不施N肥、施用过磷酸钙333.33 kg·hm^-2、氯化钾62 kg·hm^-2、有机肥7.5 t·hm^-2)、T3(不施N肥、施用过磷酸钙675 kg·hm^-2、氯化钾125 kg·hm^-2、有机肥15 t·hm^-2)470.15%、360.24%和210.57%;对其数量分布、土壤团聚体累计含量为10%、30%、60%时所对应的团聚体直径D₁₀、D₃₀、D₆₀、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和土壤结构系数等有显著影响,其中对0.25~2 mm和>2 mm的水稳性大团聚体有着明显的促进作用,处理T3、T4(尿素198.28 kg·hm^-2、不施P肥、氯化钾62 kg·hm^-2、有机肥15 t·hm^-2)、T5(尿素198.28 kg·hm^-2、过磷酸钙333.33 kg·hm^-2、氯化钾125 kg·hm^-2、不施有机肥)、T6(尿素198.28 kg·hm^-2、过磷酸钙675 kg·hm^-2、不施K肥、有机肥7.5 t·hm^-2)、T7和T8(尿素421.34 kg·hm^-2、过磷酸钙333.33 kg·hm^-2、不施K肥、有机肥15 t·hm^-2)的土壤结构系数(Kctp)1.5~0.67,土壤结构良好。综上,说明N肥和有机肥配施,尤其是当尿素施用量421.34 kg·hm^-2(基施60%、追施40%)、氯化钾施用量125 kg·hm^-2、有机肥施用量7.5 t·hm^-2时能改善残次林地新增耕地土壤团聚体的结构,增强土壤团聚体的抗水分侵蚀能力。

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基于距离聚类与K-means动态聚类的棉田土壤养分评价研究

范向龙,吕新,张泽,高攀,张强,印彩霞,易翔

2021 (4): 980-989. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.09

摘要 ( 352 )

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PDF(1345KB) ( 315 )

为了解棉田土壤养分状况及确定养分丰缺程度,研究采用主成分结合距离聚类、K-means动态聚类以及土壤养分综合评价方法对新疆棉田土壤进行分析评价。结果表明:(1) 在主成分分析中,有效铜、有效锰和碱解氮起主要作用,有效铜含量为1.82 mg·kg^-1,丰缺评价状况属于高等水平,有效锰含量为11.36 mg·kg^-1,属于较低水平,碱解氮含量为122.07 mg·kg^-1,属于高等水平,土壤速效磷、速效钾、有效锌和有效铁含量较低,土壤养分含量分布不均匀。在距离聚类和K-means动态聚类中,有机质、碱解氮、有效锰含量较低,其余养分含量较高。在距离聚类中,土壤各类养分可表示为:第Ⅰ类>第Ⅴ类>第Ⅳ类>第Ⅱ类>第Ⅲ类,而在K-means动态聚类中可以表示为:第Ⅲ类>第Ⅰ类>第Ⅴ类>第Ⅱ类>第Ⅳ类。(2) 在土壤综合肥力指数评价值中(IFI),1连和16连的等级高;2连、3连、4连、6连、15连、19连和二监区的等级较高;8连、9连、10连、11连、12连、17连、18连和20连在中等水平。5连、7连、一监区和农市站的等级较低。K-means动态聚类比距离聚类分类效果好,可以更加科学合理、准确有效地对土壤养分进行综合评价。

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晋西黄土区土地利用方式对土壤C:N:P化学计量特征及土壤理化性质的影响

胡亚伟,孙若修,申明爽,施政乐,刘畅,徐勤涛,刘俊廷,张建军

2021 (4): 990-999. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.10

摘要 ( 346 )

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PDF(9174KB) ( 187 )

为了阐明不同土地利用方式对土壤理化性质和生态化学计量特征的影响,以晋西黄土区典型人工混交林地、刺槐纯林地、经济林地、农田、荒草地为研究对象,测定了0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm、50~60 cm土层的容重、孔隙度以及有机质(TC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量,分析土地利用方式与土壤理化性质及生态化学计量特征的关系,以期为土地资源的合理利用与生态服务功能提供依据。结果表明:(1) 人工混交林地、刺槐纯林地、经济林地的容重(1.17 g·cm^-3、1.19 g·cm^-3、1.20 g·cm^-3)显著小于农田(1.31 g·cm^-3)和荒草地(1.38 g·cm^-3),刺槐纯林地TC和TN含量最大(9.94 g·kg^-1、0.88 g·kg^-1),农田最小(7.26 g·kg^-1、0.63 g·kg^-1),TP无差异(P>0.05)。随着土层深度的增加,容重逐渐增大,孔隙度逐渐减小,TC和TN逐渐减小,TP保持相对稳定。(2) 人工混交林地、刺槐纯林地、经济林地的C:P(25.69、20.51、19.41)和N:P(2.23、1.82、1.58)大于农田(18.57、1.62),C:P和N:P随土层深度的增加而减小,C:N保持稳定。(3) C:N与总孔隙度正相关(P<0.05),C:P和N:P与土壤容重极显著负相关(P<0.01),与总孔隙度、非毛管孔隙度、TC、TN、C:N显著正相关(P<0.05)。通过各土地利用方式的土壤理化性质比较,林地的土壤养分状况显著高于农田,尤其以人工混交林地效果最佳,退耕还林有助于提高土壤质量。因此,在退耕还林还草过程中应多注意树种之间的搭配,而避免大面积营造单一林种。

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黄土区不同土地利用类型下砂质壤土地表CO₂通量变化特征——以清凉寺沟流域为例

许志平,邵天杰,张连凯,邵明玉,牛俊杰

2021 (4): 1000-1009. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.11

摘要 ( 410 )

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利用LI-8100A土壤碳通量自动测量系统对晋西北黄土丘陵沟壑区清凉寺沟流域地表土壤CO₂通量进行测量,探讨了CO₂通量时空变化特征、不同土地利用类型下的CO₂通量特征以及环境因子对CO₂通量的影响,对于晋西北黄土丘陵沟壑区小流域地区地表土壤CO₂通量的研究进行补充。结果表明:(1) CO₂通量在生长季呈现单峰变化,于日出前后达单日最低值,在16:00—22:00达到单日最高值;在非生长季则呈现不规律变化。(2) 农耕地的CO₂通量相较于荒草地以及枣林地的CO₂通量要低;不同季节的CO₂通量关系为8月CO₂通量最大,5月CO₂通量次之,11月CO₂通量最低。(3) 地表土壤CO₂通量与光合有效辐射、大气温度、土壤温度、土壤含水率、土壤有机质、土壤质地等因素密切相关,通过科学的土地利用方式可有效提高土壤的固碳能力。

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应用膜下灌排联动技术对提高土壤淋洗效果的影响

王东旺,王振华,陈林,李文昊

2021 (4): 1010-1019. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.12

摘要 ( 366 )

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膜下滴灌结合暗管排水技术是一种复合型节水灌排技术,为了进一步研究在新疆的影响,在新疆生产建设兵团141团安集海地区通过设置膜下滴灌结合暗管排水(T1)、膜下滴灌无暗管排水(T2)和无膜下滴灌无暗管排水(T3)3个不同处理进行棉花田间试验。结果表明:(1) 相同土层下T1、T2、T3处理土壤含水率的变化幅度依次为6.32%、10.03%、14.32%,即:T1T2>T3;(2) T1处理在0~60 cm土层土壤含盐量均降低,20 cm、40 cm、60 cm土层土壤含盐量分别下降了63.06%、60.62%、48.42%;在棉花生育后期,T2处理在20 cm、40 cm土壤含盐量下降,60 cm土壤含盐量增加,即表层土壤脱盐会造成深层土壤积盐;T3处理生育期末期出现表层返盐现象;(3) 棉花生育末期,T1处理下20 cm、40 cm、60 cm土层土壤有机质含量均增加,未铺设暗管的T2、T3处理有机质含量减少;(4) 膜下滴灌结合暗管排水技术0~60 cm以内随土层深度增加土壤渗透性改善越好。(5) 暗管排出水的pH、含盐量均大于灌溉水,说明暗管排水的同时带走了土壤中的盐分,有助于土壤盐碱的改良。

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硫酸盐渍土表观电导率与水分、盐分及粒径关系研究

周林虎,王昊宇,张秉来,祁兆鑫,曹荣泰,范延彬,孙生海,刘宇平

2021 (4): 1020-1030. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.13

摘要 ( 546 )

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以西宁盆地北山地区小西沟流域为研究区,以区内硫酸盐渍土为研究对象,通过筛分试验得到了6组不同粒径(<0.075 mm、0.075~0.1 mm、0.1~0.25 mm、0.25~0.5 mm、0.5~1 mm、1~2 mm)的土壤试样,测试了不同含水率、含盐量(Na₂SO₄)和粒径的土壤试样表观电导率(EC_a),分析了EC_a与含水率、含盐量和粒径之间的关系,并采用灰色关联法得到了EC_a与含水率和含盐量之间的灰色关联度。结果表明:(1) EC_a随着含水率、含盐量和粒径的增加均呈增大的变化规律,当粒径为0.075~0.1 mm,含盐量为0.64%,含水率由5%增加至25%时,EC_a增大0.99 mS·cm^-1,增幅为2475%;当粒径为0.075~0.1 mm,含水率为10%,含盐量由0.18%增加至12.18%时,EC_a增大1.47 mS·cm^-1,增幅为864.71%;当含盐量为6.18%,含水率为10%,粒径由<0.075 mm增加至1~2 mm时,EC_a增大0.36 mS·cm^-1,增幅为38.71%。(2) 通过建立EC_a、含水率和含盐量之间的关系模型,得出在较高含水率(>15%)条件下,EC_a与含盐量之间的相关关系(P<0.05)显著于低含水率(≤15%)条件(P>0.05),即当含水率分别为10%和20%,含盐量由3.18%增加至12.18%时,EC_a增幅分别为56.41%和128.91%,说明高含水率条件下盐分对EC_a的灵敏度显著于低含水率。(3) 通过采用灰色关联分析法得到EC_a与含水率之间平均灰色关联度为0.80,与含盐量之间平均灰色关联度为0.68,说明当含水率为5%~25%,含盐量为0.18%~12.18%时,EC_a与含水率之间的发展态势一致性高于含盐量。该研究结果对于硫酸盐渍土导电特性和盐渍化程度评价具有参考价值。

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FY-2F云量产品在新疆区域的评估及检验

李帅,陈勇航,侯小刚,王军海,胥志德

2021 (4): 1031-1039. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.14

摘要 ( 375 )

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利用2015-06—2016-05月新疆区域地面观测的总云量小时数据,对比分析了FY-2F/CTA与地面观测云量的相关性和一致性,开展了FY-2F云量产品在新疆区域的分析检验。结果表明:(1) FY-2F/CTA与地面人工观测总云量的相关性较好,天山以北区域(含天山山区)冬季除外。(2) FY-2F/CTA与地面人工观测总云量的一致率为51.5%,南北疆差别不大,均是夏、秋季较高,但天山以北区域冬季较低,南疆春季较低;卫星反演总云量整体比地面观测值偏低,即呈高偏弱率低偏强率分布,南疆区域偏低最为明显。(3) 不同云量等级下,一致率与总云量呈反比,即晴天、少云状况下的一致率较高,多云、阴天条件下的一致率较低。(4) 沙尘会降低FY-2F/CTA判识的一致率,增大其偏弱率,但是对于有、无云的判识影响不大。本研究考虑了不同季节、不同云量等级以及有无沙尘影响,对FY-2F/CTA产品进行了评估,研究结果为干旱区总云量的卫星反演及应用提供了重要参考。

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近60 a柴达木盆地沙尘天气时空变化特征及其影响因子

陈晶,郭晓宁,白文娟,文霞,杨延华

2021 (4): 1040-1047. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.15

摘要 ( 457 )

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PDF(7633KB) ( 200 )

利用柴达木盆地9个代表站58 a的扬沙、浮尘、沙尘暴日数和气温、降水、相对湿度等气象要素资料,通过统计学方法、Mann-Kendall检验、小波分析等方法,对柴达木盆地沙尘天气(扬沙、浮尘、沙尘暴)的时空变化特征及其影响因子进行了分析。结果表明:(1) 58 a来扬沙、浮尘、沙尘暴日数整体呈极显著下降趋势,20世纪70年代沙尘天气日数最多,21世纪初期沙尘天气日数最少;(2) 扬沙日数在1997年发生了突变,突变后呈下降趋势;(3) 沙尘暴日数存在10~15 a的长周期和5~7 a的短周期,扬沙日数也存在10~15 a的长周期,浮尘日数无明显周期性;(4) 柴达木盆地沙尘天气的空间分布形态基本以西南多东北少为主;(5) 扬沙、浮尘、沙尘暴日数与气压、大风日数和亚洲区极涡的面积、强度均呈正相关,与气温、西藏高原指数、印缅槽指数和西太平洋副热带高压、印度洋暖池的面积和强度呈负相关。

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祁连山南麓夏季不同降水云系雨滴谱特征及其Z-R关系

张玉欣,韩辉邦,郭世钰,田建兵,唐文婷

2021 (4): 1048-1057. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.16

摘要 ( 340 )

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PDF(5414KB) ( 333 )

利用2019年8—9月激光雨滴谱仪观测数据,对祁连山南麓夏季不同降水云系(层状云和对流云)雨滴微物理特征、雨滴谱分布、粒子下落速度及Z-R关系进行分析。结果表明:(1) 祁连山南麓夏季对流云降水雨滴各微物理参量均大于层状云降水,山区对流云发展不同阶段对雨强及雨滴微物理参量的影响较大;(2) Gamma分布更加接近祁连山区夏季实际雨滴谱分布,但M-P分布和Gamma分布均会造成雨滴数浓度的高估;(3) 不同尺度雨滴粒子下落速度不同,对流云降水粒子落速范围略大于相同尺度上的层状云降水,传统粒子下落速度拟合在祁连山区存在明显的低估现象;(4) 祁连山南麓夏季层状云降水Z-R关系为Z=445R^1.50,对流云降水Z-R关系为Z=427R^1.88,使用传统的雷达估测降水方法会造成该地区降水的低估。

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玛曲高寒草甸风沙环境与沙化类型研究

安志山,史博源,谭立海,张凯,张克存

2021 (4): 1058-1064. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.17

摘要 ( 336 )

HTML ( 11 )

PDF(3324KB) ( 211 )

玛曲县高寒草甸沙化是青藏高原地区发生沙化的典型案例,其成因、趋势和治理一直受到极大关注。利用三维激光扫描仪,结合野外监测和室内分析等方法,揭示了区域风沙环境,结合区域沉积物粒度与形态特征,依据沙物质来源复杂程度将沙化类型划分为风蚀坑沙化类型和复杂沙化类型。结果表明:区域全年输沙势为164.34 VU,合成输沙势为91.57 VU,合成输沙方向132.37°,风向变率0.56,属于中比率低风能环境。综合风蚀坑沙化类型周边风蚀坑与积沙区的长度比、体积比、长轴线、与区域主风向吻合程度及沉积物粒度特征,可知风蚀坑是该沙化类型区域积沙的主要贡献者。在现代沙化过程中,复杂沙化类型除周边风蚀区、活化沙丘以及沙化草地等为区域积沙贡献沙物质外,黄河河道也为区域积沙提供一定量的沙物质。

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秦岭森林植被物候及其对气象因子的响应

杨琪,李书恒,李家豪,王嘉川

2021 (4): 1065-1074. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.18

摘要 ( 459 )

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PDF(5491KB) ( 338 )

研究山地过渡带植被物候格局以及植被物候变化的驱动机制具有重要意义。基于2000—2018年MODIS NDVI遥感数据,利用双Logistic曲线拟合法提取2000—2018年秦岭山地植被物候参数,结合气温和降水数据,运用趋势分析、相关分析、冗余分析等方法,研究秦岭山地不同物候期的时空变化特征和对气象因子的响应。结果表明:(1) 秦岭山地物候始期集中于60~102 d,物候末期主要集中在315~345 d,生长季长度集中在225~255 d,空间上看,具有明显的垂直地带分布特征,随海拔升高,物候始期、末期、生长期长度分别呈延迟、提前和缩短趋势。(2) 从植被物候的年际变化来看,物候始期62.25%的区域呈现提前趋势,53.42%的区域物候末期呈现推迟趋势,其中59.18%的区域植被生长期长度延长,仅有5.12%位于中东部中高海拔区的部分区域显著延长。(3) 植被物候始期大部分区域与2—5月平均气温和降水呈负相关关系,分别占总面积的50.29%和65.24%;物候末期与8—11月平均气温和月降水量主要呈正相关关系,分别占总区域的66.63%和59.77%;(4) 冗余分析(Redundancy analysis,RDA)结果表明秦岭山地植被物候受当季和前期气象因子的共同影响,春季物候受物候发生期的影响大于上年冬季,物候末期前期的气温和降水对秋季物候的影响强度大于秋季,不同坡向物候变化对气象因子的响应程度有所差异。

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近28 a克孜河流域天然植被需水满足程度研究

李骊,张青青,李宏,王雅梅,赵新风

2021 (4): 1075-1084. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.19

摘要 ( 280 )

HTML ( 4 )

PDF(7588KB) ( 172 )

以克孜河流域天然植被为研究对象,基于Landsat TM遥感影像及流域统计年鉴,分析了1990年、2000年、2010年及2018年流域天然植被的动态变化,采用潜水蒸散法计算了4个时期流域天然植被的生态需水量,研究了现状年流域天然植被潜水蒸发的极限埋深及恢复需水量。结果表明:(1) 克孜河流域天然植被面积在28 a年间减少了1612.48 km²,减少幅度18.99%,总覆盖度减少22.26%;(2) 克孜河流域天然植被在4个时期内的需水量分别为7.69×10⁸m³、7.49×10⁸m³、6.65×10⁸m³及5.84×10⁸m³;(3) 克孜河流域4个时期内流域来水均无法完全满足天然植被的生态需水量,分别缺水6.65×10⁸m³、7.49×10⁸m³、6.11×10⁸m³和5.84×10⁸m³,流域缺水现象十分严重。为保证天然植被的生态需水,确定5.5 m为潜水蒸发极限地下水位埋深,所需水量为9.73×10⁸m³。

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基于BP-SVM模型的植被变化模拟研究

贾松涛,黄生志,王浩,李紫妍,黄强,梁浩

2021 (4): 1085-1093. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.20

摘要 ( 344 )

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PDF(3801KB) ( 271 )

植被是连接生物圈、大气圈、水圈的重要纽带,对流域生态环境和水热状态变化有重要的影响。当前研究大多聚焦于NDVI与气候因子的相关性分析,少数研究预测NDVI时忽视了考虑滞后性以及增加预报因子对提高模型精确度的影响。基于此,本文比较多元线性回归(MLR)、人工神经网络(ANN)和支持向量机模型(SVM),优选出精度较高的模型。在常规因子(降雨和气温)基础上增加了对植被生长有影响的土壤湿度和日照因子,并考虑了不同因子与NDVI之间的滞时效应。研究结果表明:(1) 支持向量机模型(SVM)的拟合能力最强,NDVI预测精度最高,泾河、北洛河流域均方根误差均减少1.8%以上。(2) 加入土壤湿度、日照等因子,泾河流域模型预测精度提高,泾河流域均方根误差减少8.8%。(3) 考虑滞时后,泾河、北洛河流域均方根误差分别减少15%、11%,NDVI预测精度进一步提高,增加了模型的可靠性。预测结果可对未来制定生态保护策略,指导生态修复具有重要参考意义。

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不同降雨频次对粗枝猪毛菜生育期化学计量特征的影响

孙晶,任雯,杜澜,郑新军,李彦,赵金

2021 (4): 1094-1103. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.21

摘要 ( 324 )

HTML ( 5 )

PDF(6335KB) ( 157 )

降水格局变化下,研究植物各器官碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征和养分传输通路的构建,有助于理解C、N、P元素分配规律,对本土植物的生存和延续具重要意义。本研究设置4个降水处理:每月增水1次20 mm(W1)、每月增水2次,每次10 mm(W2)、每月增水4次,每次5 mm(W4)和自然降水作为对照(CK)。探讨荒漠植物粗枝猪毛菜(Salsola subcrassa M. Pop.)不同器官(叶、茎、果)C、N、P化学计量特征及其中性洗涤纤维(Neutral Detergent Fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(Acid Detergent Fiber,ADF)、酸性洗涤木质素(Acid Detergent Lignin,ADL)含量的差异,以期揭示降水模式变化对典型荒漠植物养分获取的影响。结果表明:(1) 各降水频次下,随植株生长,粗枝猪毛菜叶片和果中N含量均逐渐减少,但茎中逐渐增多。与CK相比,W4处理提高了叶片、茎及果在整个生育期内的N含量;叶片和茎中P含量随植物生长均逐渐减少,但果中逐渐增多,与其他处理相比,W4处理提高了茎和果在整个生长时期内P含量。(2) 各降水处理下,叶片和茎中C:N值随时间的推移均呈先增后减趋势,其C:P和N:P值逐渐增大,果中C:N与C:P值较稳定,而果中N:P值逐渐减小。与其他处理比,W4处理显著增大了叶片和果在果实成长期内的N:P值(P˂0.05)。整体上,与CK相比,其余各频次降水均优化了粗枝猪毛菜的养分分配策略。(3) 随植株生长,其叶片和茎的NDF、ADF及ADL含量均显著增加(P˂0.05)且叶片在不同时期同一处理下均达到差异显著(P˂0.05),与其他处理比,仅W4处理增加了茎和果在果实成长期的ADF含量。综上,W4处理下粗枝猪毛菜的养分分配更利于促进植株生长,表明该植物在高频次、小量级降雨下更利于优化养分分配、完成生活史。

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吐鲁番盆地骆驼刺保护区植被覆盖度时空演变

李梓钰,陈启慧,黄峰,郭振天

2021 (4): 1104-1110. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.22

摘要 ( 448 )

HTML ( 12 )

PDF(2997KB) ( 191 )

基于Landsat TM/ETM+/OLI影像数据和无人机影像,通过建立归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和植被覆盖度关系,计算像元二分模型的参数值,反演1996—2020年吐鲁番骆驼刺保护区的植被覆盖度,再利用一元线性回归分析,研究了吐鲁番骆驼刺保护区历年植被覆盖度演变时空特征。结果表明:25 a来,骆驼刺保护区的植被覆盖度总体呈增加趋势,显著改善区面积占比20.14%,植被覆盖度由3.09%增加至18.30%,主要分布在由西向中部沿白杨河尾闾处和西部、东北部居住用地附近。研究结果可为像元二分模型参数值的确定提供科学参考,为吐鲁番盆地生态环境治理和保护提供科学依据。

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紫穗槐直根力学性质研究

白潞翼,刘静,胡晶华,张欣,李诗文

2021 (4): 1111-1119. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.23

摘要 ( 497 )

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PDF(6805KB) ( 363 )

为探究承受轴向荷载和径向荷载时植物根系材料力学特性的差异性,针对水土流失地区常见植物种紫穗槐1~5 mm径级范围内直根,采用TY8000伺服控制试验机,研究在2种荷载下根系强度特征、本构特征及弹性变形性质。结果表明:(1) 在轴向荷载、径向荷载下,直根极限力与根径幂函数正相关,极限强度与根径幂函数负相关;(2) 直根本构曲线在轴向荷载及径向荷载下均表现为由弹性变形过渡到塑性变形,且直根极限应力、弹性应力均无差异性;但轴向荷载下的极限应变(15.04%)及弹性应变(2.71%)显著小于径向荷载(20.39%、4.19%);(3) 直根的拉伸弹性模量及弯曲弹性模量均与根径幂函数负相关,抗拉刚度及抗弯刚度与根径幂函数正相关,轴向荷载下各径级平均弹性应力占极限应力的百分比(50.45%)显著大于径向荷载(34.08%)。总体而言,紫穗槐根系在轴向荷载下表现出更优良的弹性性能,紫穗槐更适宜栽种于主荷载类型为轴向荷载的风力、水力侵蚀区域。

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基于景观生态安全的神木市生态廊道识别与优化

吴金华,刘思雨,白帅

2021 (4): 1120-1127. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.24

摘要 ( 430 )

HTML ( 6 )

PDF(7401KB) ( 125 )

以优化生态格局为出发点,对神木市景观生态安全进行评价。综合运用主成分分析法、自然断点法、MCR(Minimum Cumulative Resistance,MCR)模型,获取神木市生态安全格局的分布状况,并在此基础上提取生态源地,采用最小累积阻力模型构建生态廊道以优化生态景观格局。结果表明:神木市景观生态安全状况分为5级,1级区域多位于西北部,少部分分布在东南部及北部边缘地区,2级、3级区域在全域呈碎片化相间分布,4级、5级区域分别受人类活动和自然条件影响,在中部建设用地区成集中连片分布,东南部沟壑纵横区成碎片化分布;神木市生态廊道共121条,其中有19.08%的生态廊道独立存在,43.51%的生态廊道未与主要生态廊道群相连;设计新增生态廊道10条,总长76.69 km。通过新增生态廊道,完善生态廊道网络,加强独立生态廊道与生态源地的联系,对优化神木市景观生态环境,构建生态安全格局具有重要的参考意义。

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塔里木河下游河道断流区生态安全评估与生态恢复对策

孔子洁,邓铭江,凌红波,王光焰,徐生武,王增如

2021 (4): 1128-1139. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.25

摘要 ( 411 )

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PDF(9073KB) ( 212 )

治理塔里木河下游断流河道的生态环境对维护下游整体的生态安全以及巩固近20 a的生态输水成果具有重要意义。塔里木河下游自2000年开始实施生态输水,现今已取得明显成效;但流域内的局部区域生态退化形势严峻,其支流喀然其河和纳胂河河道依然支离破碎。利用河道断流区域遥感影像和气象水文等数据,结合GIS技术和Mann-Kendall非参数检验方法,分析了生态环境要素时空变化规律,评估了其生态安全状况,提出了生态恢复对策。结果表明:(1) 气象要素方面,1971—2019年在大风日数极显著减少的情况下,沙尘暴日数仍有所增加;1957—2019年气温和降水量均呈上升趋势,2000—2018年温度植被干旱指数显著增大。(2) 植被要素方面,2000—2018年植被覆盖度和生产力均呈不显著增加趋势,但其水平均很低;河道断流区生态安全处于预警和中度预警水平。

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基于生态系统服务价值的塔里木河干流土地利用结构优化

吝静,赵成义,马晓飞,施枫芝,吴世新,朱建

2021 (4): 1140-1151. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.26

摘要 ( 322 )

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PDF(8252KB) ( 160 )

通过研究塔里木河干流土地利用变化对生态系统服务价值的内在影响机制,基于生态系统服务价值优化了其土地利用结构。结果表明:(1) 应急生态输水后塔里木河干流耕地、林地、草地、荒漠、水体的年平均变化率分别为7.26%、2.68%、-1.90%、1.22%、0.08%,耕地、林地面积的增加主要来自草地,水体面积变化主要受来水量影响。(2) 1990—2015年应急生态输水使塔里木河下游生态系统服务价值呈“增长-减少-回升”的趋势,共增长2.99×10⁸元;塔里木河干流整体呈现下降的趋势,共减少了39.60×10⁸元。(3) 通径分析发现水体面积变化与塔里木河干流生态系统服务价值的内在联系最大,直接作用为0.610,间接作用为0.345。(4) 土地利用类型间转化关系发现,当耕地、林地、草地、荒漠、湿地面积占比分别为3.34%、10.03%、38.22%、45.95%、0.96%时,土地利用结构最优,对应的生态系统服务价值为533.69×10⁸元。随着耕地面积的扩张,农业用水与生态用水矛盾突出,权衡土地利用结构及其耗水特征对于生态系统服务价值维护和水资源合理配置具有重要意义,可为探索塔里木河流域人地关系优化状态提供科学依据。

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基于FLUS模型的汾河流域生态空间多情景模拟预测

苏迎庆,刘庚,赵景波,牛俊杰,张恩月,郭利刚,林菲

2021 (4): 1152-1161. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.27

摘要 ( 603 )

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PDF(9565KB) ( 137 )

选取汾河流域为研究区,基于2015年、2018年土地利用类型数据,并采用EES模型筛选了对应基准年的20项驱动因子数据,利用FLUS模型,在验证模型精度有效性的基础上,模拟预测了2024年、2030年生产空间优先、生活空间优先、生态空间优先以及三生空间协调4种情景下汾河流域生态空间的时空演化特征及成因。结果表明:(1) 2018—2030年汾河流域生态空间呈现两类演变趋势,在生态空间优先、三生空间协调情景下呈现线性增长,分别增长5.92%、5.13%;生产空间优先、生活空间优先情景下呈现线性下降,分别下降9.40%、2.20%;生产、生活、生态空间用地结构比例维持4:1:5。(2) 时空格局上,生态空间位于流域边缘山区,生产、生活空间位于核心盆地,生态、生产、生活空间整体呈现依次嵌套的格局特征;生态空间核心区变化幅度较小,边缘区变化显著。(3) 2024年、2030年三生空间协调情景、生态空间优先情景下生态空间的演变趋势近似,受流域自然-社会发展趋势及国家政策影响,未来可利用后备土地资源有限,流域生态空间变化较小但也存在胁迫隐患。基于此,本文建议严格遵循“三线”(永久基本农田保护红线、生态保护红线、城镇开发边界线)基本原则,合理规划三生空间后备土地资源,对生态空间边缘区(生态敏感区)积极治理保育,核心区限制开发,促进流域科学发展。

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基于DEA-Malmquist指数的河北省耕地利用效率及其影响因素研究

赵倩石,潘佩佩,王晓旭,王雪然,王晓萌,李宁,王新云

2021 (4): 1162-1171. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.28

摘要 ( 320 )

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PDF(4318KB) ( 301 )

城镇化带来的耕地快速非农化背景下耕地利用效率提高对确保粮食主产区粮食安全意义重大。运用Data Envelopment Analysis(DEA)模型、Malmquist指数和Geographically Weighted Regression(GWR)模型,从县域尺度分析了2000—2015年河北省耕地利用效率的时空特征、动态规律及影响因素。结果表明:从时间上看,2000年以来河北省耕地利用综合效率、纯技术效率和规模效率均处于0.8~1,保持较高水平,其中耕地利用综合效率先由0.9减少到0.8,2003年后波动上升,在2015年其值达到1。从空间上看,区域间耕地利用综合效率空间变化明显,区域同质性增强。从动态变化看,河北省耕地利用全要素生产率指数由1.03波动上升到1.18,其中耕地利用综合提高型主要分布在省域北部,技术进步提高型分布于冀中南部地区,技术变化提高型仅存在于衡水市辖区,综合下降型零散分布在中南部区域。从影响因素看,在一定概率水平下,河北省耕地利用综合效率与农业产值占比和复种指数呈正相关,与高程、坡度、农业人口占比以及非粮占比呈负相关。其中高程、坡度、复种指数和农业人口占比影响较小,农业产值占比和非粮占比影响较为明显,非粮占比影响最为显著,其相关系数为-0.520249。最后从耕地利用影响因素出发依据不同区域情况对如何提高耕地利用效率提出优化建议。

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塔里木盆地南缘绿洲土地覆盖变化及驱动力

高宇婷,于洋,孙凌霄,于瑞德

2021 (4): 1172-1183. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.29

摘要 ( 577 )

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以塔里木盆地南缘的策勒绿洲为研究区,基于4期土地利用和遥感影像、以及气象、水文和社会经济数据,分析了1990—2018年策勒绿洲土地利用/覆被变化特征。结果表明:(1) 策勒绿洲各土地利用类型发生明显转变,农田面积向四周扩增,林地分布区域发生大幅度转移,不同覆盖程度的草地之间转化频繁。(2) 绿洲共有138.41 km²的面积发生转变,占总面积的53.85%,各类型的单一动态度依次为:高覆盖草地>农田>低覆盖草地>建设用地>中覆盖草地>未利用土地>林地,双向动态度依次为:高覆盖草地>农田>低覆盖草地>建设用地>林地>中覆盖草地>未利用土地。(3) 绿洲林草植被指数低于0,表明林地和草地一直处于退化的状态;绿洲土地利用变化驱动力主要为人口、降水以及径流量。

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流动沙丘区公路路基风沙流场数值模拟及路面沙害形成机制

张兴鑫,张凯,史博源,崔宝红,赵礼明

2021 (4): 1184-1191. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.30

摘要 ( 415 )

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基于CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟,以青海省中灶火省道303公路为研究区域,对流动沙丘区公路路基风沙流场进行了模拟分析,揭示了流动沙丘区路面沙害的形成机制,以期为流动沙丘区路面沙害的防治提供理论依据。数值模拟结果表明:当气流经过流动沙丘和路基时,气流速度产生分区;当存在流动沙丘时,路基周边的减速区范围明显增大,路基坡面和背风坡全部处于气流低速区的范围,沙丘高度以上,在沙丘顶部气流速度急剧增大,受障碍物自身形状的影响,风速变化由“Ω”型分布变为 “M”型分布。当沙丘表面的原有防护体系疏于维护、更新,沙粒在沙丘附近大量堆积,沙丘会慢慢沿主风向移动,成为沙源,掩埋路基而形成沙害。数值模拟结果与现场实际相吻合,证实了数值模拟的准确性。对于流动沙丘区公路的沙害防治,应详细考察当地的地貌形态及风沙流运动规律,定期检查维护原有防护体系,及时清理积沙,既要阻止风沙流对沙丘进行沙源供给,又要防止沙丘本身成为沙源。

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大沙鼠(Rhombomys opimus)扰动对人工梭梭林土壤理化性质的影响

孟瑞玲,徐先英,王立,刘虎俊,赵鹏,李逢博

2021 (4): 1192-1198. doi: 10.13866/j.azr.2021.04.31

摘要 ( 309 )

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以人工梭梭林大沙鼠正在使用(有效洞)和已废弃(废弃洞)的洞穴为研究对象,分层测定0~30 cm土壤水分、有机质、全氮等,探讨大沙鼠挖掘活动对土壤理化性质的影响。结果表明:(1) 含水量和容重在0~30 cm土层土壤变化规律相同,表现为废弃洞<有效洞<对照,且随着洞穴深度的增加含水量与容重均增大。有效洞和废弃洞各土层的含盐量均随土壤深度的增加而减小。有效洞各土层的pH增大,废弃洞各土层减小。(2) 全氮在各土层(0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm)有效洞比废弃洞含量高0.23 g·kg^-1、0.13 g·kg^-1、0.22 g·kg^-1。相同土层的全磷、全钾表现为:有效洞>废弃洞>对照,0~10 cm含量最高。有效磷在有效洞和废弃洞各土层的变化规律相同,20~30 cm含量最高。有效钾在各土层含量有效洞是废弃洞的1.05倍、1.01倍、1.01倍。有机质在有效洞与废弃洞的总量增加了63.2%、48.8%。综上所述,鼠类活动有效洞的土壤养分普遍高于废弃洞,各土层呈不同程度的增加,说明大沙鼠扰动能改变土壤容重与水分格局,促进养分积累,增加土壤肥力。通过探讨大沙鼠扰动对土壤理化性质的影响,将进一步明确大沙鼠在梭梭林中的生态功能和作用。

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