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表层地球系统的深部过程响应与地表自然灾害 被引量:1
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作者 刘静 孙照通 +4 位作者 王文鑫 李云帅 姚文倩 崔凤珍 刘丛强 《地学前缘》 北大核心 2025年第3期7-22,共16页
地球深部过程对表层地球系统的影响构成了地球系统科学研究的核心议题。通过构造运动和火山喷发等多种机制,深部过程改变了物质循环和能量传输的深浅部模式,进而对表层地球系统产生深远影响。这种影响具体表现在以下几个方面:(1)构造活... 地球深部过程对表层地球系统的影响构成了地球系统科学研究的核心议题。通过构造运动和火山喷发等多种机制,深部过程改变了物质循环和能量传输的深浅部模式,进而对表层地球系统产生深远影响。这种影响具体表现在以下几个方面:(1)构造活动通过地形的重塑,调控了流域尺度的侵蚀-沉积过程;(2)火山活动和构造运动通过改变大气成分和环流格局,在地质时间尺度上驱动了气候变化,其中硅酸盐风化作用在调节大气中CO_(2)浓度方面扮演了关键角色;(3)深部过程可能引发生态系统演化中的生物灭绝事件,同时也能促进生物多样性的形成;(4)在全球气候变化的背景下,地震和地质灾害通过影响社会-生态系统的稳定性,可能进一步加剧其不稳定性。随着观测技术的持续进步,地球系统科学研究将继续深入理解表层地球系统对深部过程的响应机制、量化其影响强度、预测自然灾害的演化趋势,以及增强社会-生态系统对灾害的适应能力。本文系统梳理了深部过程-表层系统-社会生态的跨尺度耦合机制,有助于理解地球系统整体演化。 展开更多
关键词 表层地球系统 地球关键带 构造-气候耦合 自然灾害链 社会-生态系统
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放顶煤开采导水裂缝带高度确定的关键问题分析
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作者 崔希民 车宇航 +7 位作者 孙帅辉 李培现 孙灏 许志华 袁德宝 蒋金豹 赵玉玲 MALINOWSKA A 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第4期573-583,共11页
导水裂缝带高度是保障水体下煤炭资源安全开采的重要指标。针对水体下厚煤层放顶煤开采引用经验公式计算导水裂缝带高度存在的条件不符问题,梳理了经验公式的产生基础,强调了经验公式的适用条件是大采场、单层采厚1~3 m、累计采厚不超过... 导水裂缝带高度是保障水体下煤炭资源安全开采的重要指标。针对水体下厚煤层放顶煤开采引用经验公式计算导水裂缝带高度存在的条件不符问题,梳理了经验公式的产生基础,强调了经验公式的适用条件是大采场、单层采厚1~3 m、累计采厚不超过15 m的厚煤层分层开采。基于放顶煤开采顶煤冒放性和采出率的现场实测结果,提出了厚煤层放顶煤开采的有效采厚概念,有效采厚与顶煤采出率密切相关,且导水裂缝带发育高度随有效采厚的增加而增大,基于有效采厚的导水裂缝带高度可以有效避免因顶煤采出率提高而引发的欠估计情况发生。基于覆岩与地表沉陷从非充分采动到充分采动的发展演化事实,引入描述采动程度与导水裂缝带发育高度关系的Boltzmann函数,给出了基于采动程度系数的导水裂缝带最大高度计算方法。 展开更多
关键词 放顶煤开采 导水裂缝带高度 顶煤采出率 采动程度 有效采厚
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煤炭开采地球关键带响应及减损开采技术体系 被引量:1
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作者 王双明 孙强 +6 位作者 耿济世 袁士豪 贾海梁 王生全 张卫强 胡建军 李得路 《中国地质》 北大核心 2025年第1期1-21,共21页
【研究目的】破解能源安全兜底保障和生态环境保护的矛盾是当前生态脆弱区煤炭资源开发面临重大难题。煤炭资源大规模、高强度的开采在引起地质条件快速变化的同时,也影响着矿区地球关键带结构和功能。地球关键带是指从地下水底部或者土... 【研究目的】破解能源安全兜底保障和生态环境保护的矛盾是当前生态脆弱区煤炭资源开发面临重大难题。煤炭资源大规模、高强度的开采在引起地质条件快速变化的同时,也影响着矿区地球关键带结构和功能。地球关键带是指从地下水底部或者土壤−岩石交界面一直向上延伸至植被冠层顶部的连续体域。【研究方法】围绕如何理解地球关键带运行与煤炭开发地质条件演化的关系,基于煤炭采动地质条件解析与关键带响应阐明了煤炭开采影响区地球关键带的响应模式、监控技术、预测方法和保障策略及减损工程。立足“煤炭资源开采地质条件演化与地球关键带保护”,从关键带对煤炭开发响应的科学内涵、科学问题、研究思路和保障方案四个方面,系统剖析了煤炭开发地球关键带减损保障的理论与技术。【研究结果】关键带对煤炭开采响应研究思路主线是“煤炭采前地质条件和关键带结构及要素→地质条件变化和关键带响应模式及演化状态判识→全时空主被动多源信息响应及动态监控→关键带结构−功能动态演化模型及智能预测评价→关键带减损地质保障策略及修复−重构一体化技术方法”。研究内容包括:(1)查明煤炭赋存的地质结构、水文地质、岩层组合、地应力等开采地质条件因素综合特征,揭示地球关键带和下部煤层、岩层及地下水的空间关系特征,进行对关键带多要素、多模态、多场景的精细表征,形成包括环境承载力指标体系、评价模型和承载力分区在内的快速查询、智能分析数字化平台;(2)解析开采影响下岩(土)层裂隙场与关键带水文循环的连通关系,揭示地质条件和关键带的协同演化机制,提出地球关键带对煤炭开发响应模式的判识方法;(3)研究开采因素下岩层结构、裂隙网络、渗流通道、应力−能量集中特征、物质循环、能量交换与多源信息场的时空演化关系,构建煤炭开发全生命周期下的地球关键带全时空信息响应映射模型;(4)构建煤炭开采全生命周期条件下地球关键带空−天−地−钻(孔)−井(下)的全空间、多方位的多源信息量融合监测体系,形成煤炭开采影响下地球关键带界面结构和运行过程要素监控分析系统,预测分析煤炭开发区地球关键带的结构变化、响应模式、运行过程和生态环境效应;(5)提出煤及煤系资源协同开发、矿井水综合利用、煤炭开发地下空间规模化利用等技术,建立基于多源信息的地质条件和关键带结构监控技术,实现“地质结构条件透明化、损害关键要素数字化、演化过程监控信息化、模型预测智能化、关键带保障技术精准化”。【结论】地球关键带地质保障涵盖地质条件、开采模式、监控系统、预测方法和减损技术等方面,追求煤炭安全开采与地质环境保护协调发展,破解资源开发与地质环境制约之间矛盾,完善生态脆弱区煤及煤系资源综合开发和地球关键带功能减损保护及修复重构的理论与技术,为建设资源节约型和环境友好型社会提供地质、力学、物理基础的科学依据,推动煤炭工程实践与安全理论深入发展。 展开更多
关键词 煤炭 地球关键带 开采地质条件 响应模式 多场信息 综合开发利用 矿产勘查工程
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白云岩坡地土壤与表层岩溶带强风化层耦合结构特征
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作者 唐旭芳 付智勇 +3 位作者 黄钰涵 王升 赵杰 陈洪松 《水土保持学报》 北大核心 2025年第1期56-65,共10页
[目的]喀斯特区白云岩坡地植被恢复困难,石漠化治理难度大,其浅薄土层下伏的表层岩溶带深度参与生态系统过程,然而土壤与表层岩溶带二者的耦合发育关系尚不明确。[方法]选择典型白云岩山坡,在全坡面尺度上开展深入表层岩溶带强风化层底... [目的]喀斯特区白云岩坡地植被恢复困难,石漠化治理难度大,其浅薄土层下伏的表层岩溶带深度参与生态系统过程,然而土壤与表层岩溶带二者的耦合发育关系尚不明确。[方法]选择典型白云岩山坡,在全坡面尺度上开展深入表层岩溶带强风化层底部的岩土探槽开挖试验,结合Kriging插值、地理加权回归分析等方法对土壤和表层岩溶带强风化层空间特征进行分析,初步探明白云岩坡地土壤与表层岩溶带强风化层间的空间耦合发育特征。[结果]1)白云岩坡地土壤和表层岩溶带强风化层厚度沿坡向下逐渐增加,坡地尺度上表层岩溶带强风化层平均厚度为50 cm,平均体积为0.47 m^(3)/m^(2),占土壤全剖面总体积的43.9%,说明喀斯特区表层岩溶带的生态功能极其重要;2)白云岩坡地岩土结构呈极强的空间异质性,下伏表层岩溶带强风化层空间异质性(C+C_(0)=18.88)显著高于上覆土壤层(C+C_(0)=15.84);3)土壤总厚度,尤其是土壤B层厚度,与表层岩溶带风化程度呈显著正相关,说明土壤厚度的增加促进下伏表层岩溶带的风化,土壤和表层岩溶带强风化层间呈明显的耦合协同发育关系。[结论]喀斯特地区土壤和表层岩溶带强风化层协同演化,土壤层下伏的表层岩溶带可能是支撑喀斯特生态系统的重要介质,喀斯特水土资源的评估需要考虑除土壤以外的基岩风化层。土壤厚度及土壤发生层B层厚度可能成为预测喀斯特坡地表层岩溶带厚度的关键参数。 展开更多
关键词 喀斯特关键带 土壤-表层岩溶带系统 喀斯特生态系统 岩溶过程 土壤发育
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城市地球关键带水文过程与水环境和水资源研究:现状、挑战与未来
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作者 桑丽源 郭威 +12 位作者 张静文 刘艺轩 章同坤 张竹卿 岳展鹏 李丹阳 张润 张旭 唐伟平 刘展航 丁虎 郎赟超 刘丛强 《地学前缘》 北大核心 2025年第3期445-461,共17页
城市化和城市发展是对生态环境影响最显著的人类活动,伴随人口增长和消费水平提升,城市化引发了一系列复杂的水资源与水环境问题。尤其在发展中国家,城市排水系统不足加剧了水环境恶化,严重威胁城市健康与可持续发展目标。为此,从地球... 城市化和城市发展是对生态环境影响最显著的人类活动,伴随人口增长和消费水平提升,城市化引发了一系列复杂的水资源与水环境问题。尤其在发展中国家,城市排水系统不足加剧了水环境恶化,严重威胁城市健康与可持续发展目标。为此,从地球系统科学视角探讨城市三维下垫面结构、水文过程与水资源管理之间的复杂关系成为关键科学问题。本研究基于“地球关键带科学”和“社会-生态系统科学理论”,系统梳理了城市下垫面结构与水循环动态变化、水环境质量及水资源可持续利用的耦合机制。通过整合物理、化学与生物过程,研究揭示了不透水面扩张对降水-径流-渗透动态平衡、污染物迁移及水资源供需分配的影响机制,强调社会与自然系统耦合研究对水资源优化管理的重要性。此外,研究结合水文过程与生态系统服务的关联,深入分析了水文动态对生态系统服务功能及人类福祉的调控作用,初步提出了基于社会-生态系统理论的城市水资源可持续管理框架。该框架为理解城市水文系统结构-过程-功能的耦合机制提供了科学支撑。本综述研究不仅有助于理解复杂的城市水文动态与生态服务关系,打通水文分支学科间壁垒,还为城市水资源管理和政策制定提供了理论依据和实践指导。 展开更多
关键词 城市地球关键带 水文过程 水环境 水资源 城市社会-生态系统
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西藏高山区中小流域设计洪水计算方法研究进展综述
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作者 康有 张波 +5 位作者 张洁 马顺刚 江玉吉 周毓彦 倪飞宇 刘金涛 《水电能源科学》 北大核心 2025年第1期15-19,共5页
西藏高山区中小流域为亚洲众多大河的源区,是国家水资源安全战略基地和水能资源接续基地。然而,本区下垫面情况异常复杂且监测难度大,属典型的无(缺)资料地区,设计洪水计算方法发展缓慢,为当地水利水电项目的规划设计、施工建设和运营... 西藏高山区中小流域为亚洲众多大河的源区,是国家水资源安全战略基地和水能资源接续基地。然而,本区下垫面情况异常复杂且监测难度大,属典型的无(缺)资料地区,设计洪水计算方法发展缓慢,为当地水利水电项目的规划设计、施工建设和运营管理等带来了较大的风险和挑战。受水文观测资料、高度复杂的下垫面情况及暴雨洪水形成机制等制约,现有方法(如推理公式、洪水频率分析及水文比拟等)在西藏高山区的适用性和有效性不足。为解决西藏中小流域设计洪水计算的难题,建议通过数学物理途径推导流域关键带结构信息(如地形—植被—土壤)与径流响应的解析关系,进而建立由下垫面信息反演设计参数及洪水设计值的理论方法,发展适合西藏中小流域地理水文特性的新型设计洪水计算方法。 展开更多
关键词 高山区流域 关键带结构 暴雨洪水过程 设计洪水计算 无资料流域水文预报
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基岩岩性对植被特征及其恢复的影响机制综述
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作者 张瑜 董丽 范舒欣 《生态科学》 北大核心 2025年第1期260-268,共9页
植被恢复与重建是生态环境建设最重要的议题之一,“地球关键带”科学的提出与确立为植被恢复环境驱动机制研究提供了革命性的视角。作为地球关键带的两个重要组分,植被与基岩之间的相互作用关系在未来的研究中应受足够的重视,基岩岩性... 植被恢复与重建是生态环境建设最重要的议题之一,“地球关键带”科学的提出与确立为植被恢复环境驱动机制研究提供了革命性的视角。作为地球关键带的两个重要组分,植被与基岩之间的相互作用关系在未来的研究中应受足够的重视,基岩岩性也应成为植被恢复动态研究中的重要考虑因素。因此综述基岩对植物生长、物种组成、植物多样性、植被覆盖度等植被特征的影响;并从基岩矿物成分、基岩营养元素丰度、基岩潜在有毒金属含量、基岩裂隙特征等几方面阐述了基岩影响植被的潜在机制;最后从生态环境敏感性、植被恢复限制性因子、植被恢复方式等角度论证了基岩可能成为植被恢复过程中的重要考虑因素。在未来研究中,建议分区域研究岩性对植被的影响;并在“地球关键带”科学的研究框架下,完善岩性对植被影响的理论机制;同时充分与全球变化结合,研究基岩在植被恢复动态中发挥的作用。 展开更多
关键词 基岩 岩性 植被特征 植被恢复 地球关键带
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基于生态安全格局构建的生态关键区识别研究--以苏州国家高新技术产业开发区为例
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作者 徐曦 钱静 印玉琴 《绿色科技》 2025年第7期36-44,共9页
生态关键区作为维护生态安全、保护生物多样性、提供生态服务的重要区域,其研究对于构建生态安全格局、优化国土空间开发格局具有重要意义。以典型快速城市化地区苏州国家高新技术产业开发区为研究对象,采用MSPA法提取生态源地,并结合... 生态关键区作为维护生态安全、保护生物多样性、提供生态服务的重要区域,其研究对于构建生态安全格局、优化国土空间开发格局具有重要意义。以典型快速城市化地区苏州国家高新技术产业开发区为研究对象,采用MSPA法提取生态源地,并结合景观连通性对生态源地进行重要性分析,耦合多源数据利用MCR模型提取生态廊道,在生态安全格局基础上,利用电路理论识别重要生态节点,将重要生态源地及高电流密度重要节点作为生态关键区并进行分级,对照识别结果与遥感影像,基于道路、用地等划分关键区范围、标记实际位置。最终识别出研究区生态关键区50处,其中一级生态关键区11处,二级生态关键区39处。基于研究结果提出了格局优化、生态保护优先级、分类保护、保护利用协同发展的相关建议,以期为苏州国家高新技术产业开发区生态文明建设及区域生态修复提供参考。 展开更多
关键词 生态安全格局 生态节点 生态关键区 苏州国家高新技术产业开发区
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典型喀斯特白云岩小流域土壤-表层岩溶带厚度空间异质性特征 被引量:6
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作者 王发 聂云鹏 +2 位作者 陈洪松 付智勇 连晋姣 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期306-314,共9页
土壤-表层岩溶带厚度是喀斯特地球关键带的关键指标,明确其空间异质性特征对于理解地球关键带结构演化机理以及评估水源涵养功能具有重要意义。在广西环江木连小流域1.4 km 2范围内,通过高密度电法(ERT)探测45条样线,共获取1731个样点... 土壤-表层岩溶带厚度是喀斯特地球关键带的关键指标,明确其空间异质性特征对于理解地球关键带结构演化机理以及评估水源涵养功能具有重要意义。在广西环江木连小流域1.4 km 2范围内,通过高密度电法(ERT)探测45条样线,共获取1731个样点的土壤-表层岩溶带厚度及环境因子数据资料,研究了土壤和表层岩溶带厚度的空间分布格局及其影响因素。结果表明,土壤和表层岩溶带厚度平均值分别为1.15 m和6.44 m,且分别呈现强变异程度和中等变异程度。地统计分析结果表明球状模型和指数模型分别可以反映土壤和表层岩溶带的空间结构特征。土壤厚度呈现中等空间自相关性,变程长,空间连续性好;而表层岩溶带呈现强烈的空间自相关性,变程短,空间依赖性强。土壤厚度受到环境因子(地形湿度指数、垂直曲率、曲率、坡向、坡度、高程、覆盖度、出露基岩率和植被归一化指数)的多重影响,而表层岩溶带厚度受部分环境因子影响的同时,与土壤厚度和植被类型的相关性更高。研究结果有助于喀斯特区土壤-表层岩溶带演化机理认识,并为土壤-表层岩溶带厚度的空间预测提供科学依据。 展开更多
关键词 喀斯特关键带 空间异质性 土壤-表层岩溶带 植被类型 白云岩小流域
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黄土高原关键带土壤水文过程研究进展与展望 被引量:2
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作者 王云强 张少康 +1 位作者 张萍萍 杨阳 《地质通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1346-1360,共15页
地球关键带是21世纪地球科学的前沿和重点领域之一。黄土约占全球陆地面积的10%,中国的黄土高原是典型的地球关键带之一。土壤水文过程驱动着黄土高原关键带不同尺度的系列生物地球化学循环过程,决定土壤−植被−大气连续体的演化方向与... 地球关键带是21世纪地球科学的前沿和重点领域之一。黄土约占全球陆地面积的10%,中国的黄土高原是典型的地球关键带之一。土壤水文过程驱动着黄土高原关键带不同尺度的系列生物地球化学循环过程,决定土壤−植被−大气连续体的演化方向与可持续性。基于地球关键带“4M”研究框架,综述了黄土高原关键带土壤水文过程研究的热点与前沿,梳理了不同尺度土壤水文过程的观测方法与技术、模型模拟与填图、深层土壤干化管理等研究进展;在此基础上,围绕黄土高原关键带土壤水资源优化利用与生态系统服务功能提升,提出了全球气候变化和大规模人类活动共同影响下黄土高原关键带土壤水文过程的优化管理对策和建议,展望了黄土高原关键带土壤水文过程研究的未来趋势。以期深化黄土高原关键带研究的科学认知,促进地球关键带科学的发展,为黄土高原自然资源优化管理、山水林田湖草系统治理提供科学参考。 展开更多
关键词 地球关键带 黄土高原 土壤水文过程 优化管理 生态系统服务
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人地耦合视角下喀斯特石漠化地区生态系统服务提升
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作者 岳跃民 王克林 +4 位作者 罗为群 韦霄 李德军 张伟 吴协保 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第18期8159-8164,共6页
针对喀斯特石漠化治理转型面临恢复效果区域差异大、生态功能稳定性弱、忽视社会系统与生态系统的协同等问题,系统梳理了当前我国石漠化治理存在的主要挑战与科技需求,提出从侧重自然生态系统转向社会-生态系统的整体性视角,以区域生态... 针对喀斯特石漠化治理转型面临恢复效果区域差异大、生态功能稳定性弱、忽视社会系统与生态系统的协同等问题,系统梳理了当前我国石漠化治理存在的主要挑战与科技需求,提出从侧重自然生态系统转向社会-生态系统的整体性视角,以区域生态系统服务整体提升为目标,聚焦喀斯特关键带地上-地下耦合过程,加强石漠化与社会-生态过程的互馈机制、功能微生物-钙协同促进土壤碳氮高效固持机理、基岩生境植被恢复关键带水分养分保障机制等研究,突破喀斯特社会-生态系统耦合、岩溶多界面蓄水-保土协同增效、岩土组构与生态位互补的植被群落改造、生物固氮与有机废弃物高效利用的种养协调、生态-岩溶过程协同的固碳能力提升等关键技术,形成喀斯特生态产品供给能力提升与农业产业转型协同的绿色发展模式,有助于实现喀斯特区域人地耦合与生态系统服务整体提升,为西南喀斯特地区石漠化治理工程与乡村振兴提供科技支撑。 展开更多
关键词 喀斯特 石漠化 社会-生态过程 关键带 生态系统服务提升
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基于地形因子的震后泥石流降雨阈值分析 被引量:1
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作者 张友谊 李松柏 钟磊 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第32期13708-13717,共10页
为了探索都江堰—汶川G213线宽缓窄陡泥石流的降雨阈值,利用地震前后的遥感影像及地理信息系统(geographic information system,GIS)技术,提取研究区43条沟的地形因子;基于主成分分析法和SPSS软件分析各因子的相关性,建立综合地形因子... 为了探索都江堰—汶川G213线宽缓窄陡泥石流的降雨阈值,利用地震前后的遥感影像及地理信息系统(geographic information system,GIS)技术,提取研究区43条沟的地形因子;基于主成分分析法和SPSS软件分析各因子的相关性,建立综合地形因子临界模型;通过引入降雨因素利用支持向量机分类模型得到不同沟道形态的降雨阈值模型。结果表明:综合地形因子以0.51为沟道形态分界线,大于0.51为窄陡型沟道,小于或等于0.51为宽缓型沟道,利用北川部分沟道进行模型验证,准确性达99%;基于综合地形因子所划分的沟道类型,通过研究区降雨数据进行数学分析得到综合地形因子和降雨因素之间的影响系数,利用随机向量机分类模型,对获得宽缓与窄陡沟道的降雨强度I和降雨历时D数据,建立I-D降雨阈值模型,I-D降雨阈值模型表明影响系数越大,地形因子就大,越利于泥石流的发生,激发泥石流所需的降雨阈值就越小,此类泥石流为窄陡型泥石流,反之亦然。研究成果可为不同区域、沟道类型、时间段的震后泥石流降雨阈值提供参考。 展开更多
关键词 强震区 综合地形因子临界模型 窄陡型沟道 宽缓型沟道 降雨阈值
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湿地关键带碳循环与碳源碳汇转化机制及碳交换量化模式
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作者 周念清 郭梦申 +3 位作者 蔡奕 陆帅帅 刘晓群 赵文刚 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期436-449,共14页
湿地关键带“碳源”和“碳汇”的转化机制及其量化关系是研究湿地碳循环需要重点探讨和解决的科学问题。碳(C)是构成生命体的主要元素之一,在生态系统的物质循环和能量流动过程中发挥着极其重要的作用。湿地关键带作为地球关键带最活跃... 湿地关键带“碳源”和“碳汇”的转化机制及其量化关系是研究湿地碳循环需要重点探讨和解决的科学问题。碳(C)是构成生命体的主要元素之一,在生态系统的物质循环和能量流动过程中发挥着极其重要的作用。湿地关键带作为地球关键带最活跃的组成部分,蕴含着大量的信息交换,需要通过信息提取、解译来研究碳循环及其迁移转化信息互馈机制。C在湿地生态系统中具有“源”和“汇”的功能,涉及大气、土壤、植被、水和微生物作用,湿地关键带碳循环对促进湿地生态环境保护至关重要。本文以湿地关键带C的生物地球化学循环特征为基础,分析了湿地关键带中C的赋存形态及C在植被大气、根系土壤和土壤大气界面的迁移转化过程,阐释了影响湿地关键带碳循环及迁移转化的主控因子和耦合作用机制,进一步探讨了“减碳源”和“增碳汇”双向驱动下对实现“双碳”目标的积极作用。由此提出了未来的研究方向,应重点加强湿地关键带C的时空演化和生物地球化学循环影响机理分析,构建碳循环量化模式,精准测定“碳源”和“碳汇”转化过程中的通量变化,量化湿地关键带“碳汇”盈余,评价湿地关键带对碳达峰和碳中和的贡献度。 展开更多
关键词 湿地关键带 碳循环 碳中和 演进机制 量化模式
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地球关键带研究评述:现状与展望 被引量:7
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作者 杨顺华 宋效东 +2 位作者 吴华勇 吴克宁 张甘霖 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期308-318,共11页
近20年来,国际上兴起的“地球关键带”研究,为重新审视地球表层系统内水、土、气、生、岩等各要素的功能及其内在关联提供了新思路。通过搜集2001—2021年间国内外地球关键带研究文献,应用引文空间(CiteSpace)技术进行文献计量分析,梳... 近20年来,国际上兴起的“地球关键带”研究,为重新审视地球表层系统内水、土、气、生、岩等各要素的功能及其内在关联提供了新思路。通过搜集2001—2021年间国内外地球关键带研究文献,应用引文空间(CiteSpace)技术进行文献计量分析,梳理地球关键带的研究历史与现状,为自然资源综合管理和国土空间生态修复提供理论依据和决策支持。文献分析表明:地球关键带受到欧美发达国家和中国学界的普遍关注;三个发展阶段(萌芽、初期和快速发展)的研究重点差异明显;土壤是联结地表和地下过程的纽带与核心;地球物理技术成为理解地球关键带结构与过程的重要工具;联网观测和模型模拟是下一阶段的重要方向;地球关键带功能和服务的量化、权衡与提升有望成为重要的决策支持工具。未来仍需在五个方面深化研究:加强基础设施建设,构建更具包容性的地球关键带观测站网络;加强学科交叉和人才队伍建设,培养新一代地球关键带科学家;服务面向可持续发展的社会需求,在实践中应用和发展地球关键带科学;开发新技术、新方法,完善理论、模型和方法体系;揭示地球关键带过程的耦合机制及其环境效应,加强人类活动对水土过程、物质循环与能量交换影响的研究。 展开更多
关键词 地球关键带 土壤圈 地球表层系统 结构 过程 服务
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风化壳颗粒大小是决定典型干旱区硝态氮深部累积特征的关键因素 被引量:2
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作者 董学涛 吴华勇 +2 位作者 宋效东 张甘霖 潘洁 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1236-1246,共11页
我国干旱区农田关键带过量施氮造成氮肥利用率低和土壤硝态氮大量累积,威胁生态环境安全。阐明干旱区土壤硝态氮累积特征及其影响因素,可为干旱区水肥综合管理提供科学参考。选择典型干旱区——新疆阿克苏地区为研究区域,从南向北沿地... 我国干旱区农田关键带过量施氮造成氮肥利用率低和土壤硝态氮大量累积,威胁生态环境安全。阐明干旱区土壤硝态氮累积特征及其影响因素,可为干旱区水肥综合管理提供科学参考。选择典型干旱区——新疆阿克苏地区为研究区域,从南向北沿地形序列布设三个钻孔点,分别为60年棉田XJ1(40°36′48.7″N,80°48′14.2″E)、32年老苹果园XJ2(41°16′16.2″N,80°19′9.1″E)和15年新苹果园XJ3(41°20′37.6″N,80°17′11.0″E),海拔依次为971 m、1129 m和1213 m,采样深度依次为7.75 m、10.52 m和9.91 m,利用线性和非线性相关分析方法研究了土壤有关理化性质与土壤硝态氮浓度变异的关系。结果表明,海拔低处棉田和海拔高处不同种植年限的苹果园土壤深部均出现了硝态氮显著累积特征,深部浓度高达44 mg·kg^(-1),最大累积深度超过10 m。土壤含水量和不同粒径颗粒(砾石、砂粒、粉粒与黏粒)含量等关键理化性质可解释土壤硝态氮浓度垂直变异的约50%。其中,土壤含水量和土壤颗粒大小是决定土壤硝态氮深部累积特征的重要因素,土壤含水量越高、土壤颗粒越细,土壤硝态氮浓度通常越高。棉田土壤硝态氮在4 m深地下水位以下发生了明显的反硝化作用,使累积的硝态氮浓度降至较低水平(<1 mg·kg-1)。苹果园因地下水位较深,土壤硝态氮未发生明显的反硝化作用,且已大量迁移累积至植物根系难以触及的深部区域(>5 m)。土壤含水量是影响土壤硝态氮深部累积特征的地下部直接性因素;土壤颗粒大小通过调控土壤含水量空间变异,而成为影响土壤硝态氮深部累积特征的地下部根本性因素。 展开更多
关键词 土壤硝态氮 地球关键带 反硝化作用 棉田 苹果园
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基于地球关键带类型的国土空间生态修复分区研究--以河南省西峡县为例 被引量:4
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作者 黄培真 赵华甫 +2 位作者 吴克宁 钱家乘 李潇 《地质通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1325-1335,共11页
地球关键带类型单元反映自然本底特征,可为国土空间生态修复提供科学参考。以土地覆盖、地形、土壤为构成要素,划分县域地球关键带类型,并结合InVEST模型和Conefor2.6模型评估区域生态重要性和生态敏感性,识别县域国土空间生态修复分区... 地球关键带类型单元反映自然本底特征,可为国土空间生态修复提供科学参考。以土地覆盖、地形、土壤为构成要素,划分县域地球关键带类型,并结合InVEST模型和Conefor2.6模型评估区域生态重要性和生态敏感性,识别县域国土空间生态修复分区。结果显示:①西峡县地球关键带类型可划分为一级类型8种,二级类型19种,一级类中阔叶林丘陵地类型为主要类型,二级类中阔叶林丘陵地淋溶土为主要类型;②高生态重要性等级地球关键带集中在中部和北部分布,约占县域的9.3%。生态敏感性等级高的地球关键带单元主要分布在北部丘陵区;③按生态等级将地球关键带单元分为底线型、紧张型、缓冲型和一般型4类,县域国土空间生态修复区域分为自然保护地核心保育区、重点生态保护区、一般生态保护区和其他区域。 展开更多
关键词 西峡县 地球关键带类型 生态重要性 生态敏感性 生态修复
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基于生态评价的生态保护修复分区研究——以青海湖流域为例 被引量:6
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作者 崔腾宇 赵君 +2 位作者 管梦鸾 郝海广 王宝良 《环境工程技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期592-600,共9页
针对我国生态脆弱区生态保护修复问题,以青海湖流域为例,在生态系统服务重要性和生态敏感性基础上识别关键性生态空间,同时结合流域生态安全格局及典型生态问题,划定生态保护修复分区,并提出不同分区的修复策略。结果表明:青海湖流域内... 针对我国生态脆弱区生态保护修复问题,以青海湖流域为例,在生态系统服务重要性和生态敏感性基础上识别关键性生态空间,同时结合流域生态安全格局及典型生态问题,划定生态保护修复分区,并提出不同分区的修复策略。结果表明:青海湖流域内生态系统服务极重要区占流域总面积的63.2%,生态极敏感区占流域总面积的6.55%;青海湖流域的核心型生态空间面积为18746.72 km^(2),优先型生态空间面积为5324.26 km^(2),其共同构成的关键性生态空间占流域总面积的81.15%;根据流域上中下游、地形等实际自然地理特征,提出构建青海湖流域“一网四区”的生态安全格局,结合生态安全格局和关键性生态空间及典型生态问题,将青海湖流域划定为6个生态保护修复分区,并有针对性地提出生物多样性保护、构筑湿地生态系统网络和水土保持等工程措施。 展开更多
关键词 生态保护修复分区 生态系统服务 生态敏感性 关键性生态空间 青海湖流域
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地球关键带土壤微生物介导有机碳转化研究进展 被引量:1
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作者 杨阳 王宝荣 +7 位作者 孙慧 周媛媛 乔江波 宋怡 张萍萍 李自民 王云强 安韶山 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期165-174,共10页
地球关键带是大气圈、生物圈、土壤圈、水圈、岩石圈高度交汇和相互作用的地球表层复杂系统,也是联结气候系统-地表过程-地球深部过程物质和能量循环的重要桥梁,微生物在地球关键带碳循环中扮演着重要角色,认识地球关键带结构与功能,阐... 地球关键带是大气圈、生物圈、土壤圈、水圈、岩石圈高度交汇和相互作用的地球表层复杂系统,也是联结气候系统-地表过程-地球深部过程物质和能量循环的重要桥梁,微生物在地球关键带碳循环中扮演着重要角色,认识地球关键带结构与功能,阐明关键带土壤微生物介导的碳转化过程是当前关键带研究热点之一。本研究首先介绍地球关键带的结构与范畴,以及土壤微生物结构特征、微生物驱动的土壤碳循环研究进展;然后指出当前工作仍停留在地球关键带的基本结构认识和土壤碳储量特征描述上,建议从关键带整体框架出发,沿垂直方向综合考虑从植物冠层到基岩之间的碳循环过程,联合使用多种技术方法,将短期高频次观测和长期定位观测相结合,重视长时间尺度下土壤有机碳对全球变化和人类活动的响应及反馈机制,特别关注土壤碳在关键带各界面的微生物驱动过程及其迁移转化规律;最后在考虑地球大数据科学工程和全球碳排放路径等时代因素的背景下,开展大气、植被、土壤、微生物、基岩、地下水等多界面、多过程、多时间尺度的同步观测和系统性研究,为地球关键带土壤碳循环模型优化及气候变化预测提供科学依据,也为我国“双碳”目标提供理论支撑。 展开更多
关键词 地球关键带 土壤有机碳 土壤微生物 碳循环 碳汇效应
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长江上游临江河流域颗粒态磷流失风险评价
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作者 孙安娜 刘海霞 +2 位作者 白静 赵健 宋永会 《环境工程技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1677-1685,共9页
磷流失风险评价是磷流失治理的重要依据。基于修正的土壤流失方程,结合土壤全磷含量、颗粒泥沙的磷富集系数和泥沙输移比构建颗粒态磷指数模型,估算长江上游临江河流域2010年、2015年和2020年颗粒态磷流失量分布并识别关键源区。结果表... 磷流失风险评价是磷流失治理的重要依据。基于修正的土壤流失方程,结合土壤全磷含量、颗粒泥沙的磷富集系数和泥沙输移比构建颗粒态磷指数模型,估算长江上游临江河流域2010年、2015年和2020年颗粒态磷流失量分布并识别关键源区。结果表明,2010年、2015年和2020年临江河流域面源颗粒态磷流失量最大值分别为495.9、815.8和936.1 kg/hm^(2),平均值分别为0.8、0.9和2.2 kg/hm^(2);以面源磷流失阈值2 kg/hm^(2)为标准识别关键源区,2010年、2015年、2020年的关键源区面积分别为86.7、77.6、182.5 km^(2);识别出的关键源区面积分别占流域面积的11.8%、10.6%、24.9%,贡献了流域84.7%、92.0%和92.6%的面源颗粒态磷流失量。关键源区主要分布在临江河上游、圣水河、大竹溪和金门河子流域的低丘缓坡区,对关键源区进行分区治理,提出以化肥减量、工程拦截为主的临江河流域颗粒态磷流失治理措施。 展开更多
关键词 面源污染 风险评价 关键源区 分区治理
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湘西黑色页岩关键带铅的分布及活动特征
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作者 胡弘桀 彭渤 +3 位作者 邬思成 吴能球 谢淑容 杨霞 《环境化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2728-2740,共13页
本研究对湘西一带发育于下寒武统黑色页岩关键带上的新鲜黑色页岩、风化黑色页岩和黑色页岩土壤进行系统采样和元素地球化学分析,探讨黑色页岩关键带铅(Pb)的分布和循环活动特征.结果表明,该区黑色页岩相对富集SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe... 本研究对湘西一带发育于下寒武统黑色页岩关键带上的新鲜黑色页岩、风化黑色页岩和黑色页岩土壤进行系统采样和元素地球化学分析,探讨黑色页岩关键带铅(Pb)的分布和循环活动特征.结果表明,该区黑色页岩相对富集SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)等惰性组分和Pb、Zn、Cu、Cd等重金属,而亏损MgO、Na_(2)O、K_(2)O等活性组分.黑色页岩关键带上Pb含量变化在2.3—80 mg·kg^(−1)之间,分布不均匀.且Pb富集不明显(EF<1.5),自新鲜黑色页岩→风化黑色页岩→黑色页岩土壤,其富集程度趋于降低.质量平衡计算表明,黑色页岩风化过程中,赋存于硫化物矿物中的Pb等重金属活动性较强,Pb随黄铁矿等硫化物氧化分解而淋滤释出,淋滤释出率平均达−21.9%(n=36);Pb等重金属在黑色页岩风化的淋滤释出后,于成土作用过程中进一步被淋滤释出,淋滤释出率平均达−29.8%(n=36).黑色页岩风化-成土过程中Pb的淋滤释出与黑色页岩中钙质含量低,硫化物氧化分解产生的酸难于被中和等因素有关. 展开更多
关键词 黑色页岩关键带 主量元素 风化-成土作用 PB 的活动性 湘西.
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