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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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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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黄土高原健康和衰退刺槐林径向生长对气候的响应 被引量:8
3
作者 李宗善 陈维梁 +7 位作者 焦磊 张钦弟 李兆林 王聪 高光耀 卫伟 孙婧雅 白应飞 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期757-769,共13页
全球气候变化导致的区域森林生长衰退和死亡普遍发生,并对森林生态系统结构和组成以及主要生态系统服务功能产生重要影响,然而相关研究在国内还显偏少。根据黄土高原延安羊圈沟小流域人工刺槐林健康和衰退个体分别构建了刺槐健康和衰退... 全球气候变化导致的区域森林生长衰退和死亡普遍发生,并对森林生态系统结构和组成以及主要生态系统服务功能产生重要影响,然而相关研究在国内还显偏少。根据黄土高原延安羊圈沟小流域人工刺槐林健康和衰退个体分别构建了刺槐健康和衰退树轮年表,并对人工刺槐林健康和衰退年表特征及对气候响应敏感性进行了对比分析。结果表明刺槐衰退年表质量较低,其年表统计参量,包括平均敏感度、样芯间相关系数、信噪比和样本群体代表系数均要低于刺槐健康年表。刺槐衰退年表在生活史早期(1985—2007年)与生长健康年表的波动趋势相类似,而在生活史晚期(2008—2016年)与健康年表指数出现生长分离现象,生长速率明显偏低。年表与气候要素响应分析表明刺槐生长衰退年表对气候要素响应敏感性要低于刺槐生长健康年表,但是两者均含有干旱胁迫气候信号,主要体现在与温度呈负相关关系,与降雨和干旱指数的正相关关系。年表与极端气候年份的时序叠加分析表明,生长健康和衰退年表对极端干旱年份响应敏感性均较高,表明极端干旱胁迫条件对刺槐生长健康和衰退个体均有抑制性影响;生长健康年表对极端湿润年份响应敏感性明显高于衰退年表,表明刺槐健康个体比衰退个体更能有效利用湿润年份有利条件,而具有较高的生长速率。研究揭示出黄土高原健康和衰退刺槐个体生长趋势变化及对气候响应敏感性均存在明显差异性,将为气候变化背景下人工刺槐林生长衰退和死亡预测模型建立提供科学依据,因而对黄土高原人工刺槐林生态恢复和保护及可持续经营具有科学价值。 展开更多
关键词 树木年轮 气候响应 生长衰退 人工刺槐林 黄土高原
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黄土高原侧柏和柠条树干液流日变化及其对环境因子的响应 被引量:2
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作者 黄玥 卫伟 陈胜楠 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期389-398,共10页
黄土高原降雨稀少,水分供应不足,植物生长用水普遍受限。通过热扩散式探针(TDP)于2022年生长季(5-10月)对黄土高原龙滩流域侧柏(Platycladus orientalis)和柠条(Caragana korshinskii)的树干液流密度进行连续观测,同步监测气象因子和土... 黄土高原降雨稀少,水分供应不足,植物生长用水普遍受限。通过热扩散式探针(TDP)于2022年生长季(5-10月)对黄土高原龙滩流域侧柏(Platycladus orientalis)和柠条(Caragana korshinskii)的树干液流密度进行连续观测,同步监测气象因子和土壤含水量。对该地区主要树种的蒸腾耗水特征及其环境响应机制进行分析,旨在解析不同植被的用水规律与干旱适应能力。结果表明,1)生长季内,侧柏液流密度日变化为单峰型,液流峰值分布在0.448-0.537 g·m^(-2)·h^(-1)。柠条液流密度日变化为双峰型,2个液流峰值分布在0.027 6-0.039 3 g·m^(-2)·h^(-1)和0.031 5-0.043 6 g·m^(-2)·h^(-1)。2)侧柏液流密度主要受太阳辐射影响(r^(2)=0.773,P=0.036),其次为饱和水汽压差(r^(2)=0.320,P=0.041)。柠条液流密度主要受饱和水汽压差影响(r^(2)=0.678,P=0.011),其次为相对湿度(r^(2)=0.564,P=0.044)。3)在生长季内的不同时期,降雨后侧柏和柠条液流密度均显著高于降雨前。可利用能同时反映太阳辐射和饱和水汽压差的蒸腾变量模拟液流密度变化,降雨前后的侧柏、柠条液流密度均与蒸腾变量呈正向指数关系。通过对比降雨前后植被水力导度(拟合参数b值)发现:与侧柏相比,柠条液流密度受降雨影响更强烈,而侧柏的水分适应能力较强。综合研究结果表明:侧柏、柠条液流密度对环境的响应存在差异,柠条是降雨敏感型植物,侧柏是降雨不敏感型植物。研究结果可为当地造林树种选择及森林水资源管理提供科学依据。 展开更多
关键词 侧柏 柠条 液流密度 水分利用 环境因素 黄土高原
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黄土高原中部降水对乔灌木气候响应敏感性的影响 被引量:3
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作者 刘杰 李宗善 梁海斌 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1203-1220,共18页
基于黄土高原中部地区降水梯度上(绥德447mm,延安531mm,宜君603mm)的乔灌木年轮材料,通过树木年轮气候学方法分析了不同降水条件下,乔木刺槐(Robinia pseudoacacia)、山杏(Armeniaca sibirica),灌木酸枣(Ziziphus jujuba)、白刺花(Sopho... 基于黄土高原中部地区降水梯度上(绥德447mm,延安531mm,宜君603mm)的乔灌木年轮材料,通过树木年轮气候学方法分析了不同降水条件下,乔木刺槐(Robinia pseudoacacia)、山杏(Armeniaca sibirica),灌木酸枣(Ziziphus jujuba)、白刺花(Sophora davidii)径向生长的气候敏感性差异。结果表明:(1)绥德、宜君酸枣标准年表的相关统计参量明显偏低,个体生长一致性较差,年轮材料中包含的气候信息较少,这表明绥德和宜君地区的酸枣对本地气候条件已高度适应,径向生长受气候影响较小。(2)刺槐、山杏、酸枣、白刺花均在森林草原过渡带(延安)表现出较高的气候敏感性,气候要素对各物种径向生长的解释率在该地区最高。除绥德、宜君酸枣外,各样点的乔灌木气候--生长关系均存在“时滞效应”。整体上研究区内酸枣气候敏感性最差。在绥德和宜君地区,灌木气候敏感性明显弱于乔木。(3)乡土物种山杏、酸枣、白刺花在三个采样点均对长期干旱胁迫不敏感,对当地环境具有较强的生态适应性。人工物种刺槐在延安地区,从上年生长季末至当年生长季结束持续对干旱胁迫响应敏感,而在绥德和宜君地区则对干旱胁迫不敏感。刺槐、山杏、白刺花在宜君地区与温度的响应特征整体上发生明显趋势转换,温度对刺槐、白刺花的负反馈减弱正反馈增强,而对山杏的正反馈减弱负反馈增强。 展开更多
关键词 黄土高原 降水梯度 径向生长 气候敏感性 乔灌木
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黄土高原土壤水分-有机碳-微生物耦合作用研究进展 被引量:16
6
作者 杨阳 刘良旭 +5 位作者 张萍萍 吴凡 周媛媛 宋怡 王云强 安韶山 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1714-1725,共12页
黄土高原植被恢复后土壤水分、有机碳和微生物群落发生了非同步性演变。土壤微生物是各种生命活动的载体,在土壤水-碳耦合过程中参与了一系列的氧化与还原反应,因此,土壤微生物在水-碳耦合关键过程中起着重要的调节作用,三者存在着密切... 黄土高原植被恢复后土壤水分、有机碳和微生物群落发生了非同步性演变。土壤微生物是各种生命活动的载体,在土壤水-碳耦合过程中参与了一系列的氧化与还原反应,因此,土壤微生物在水-碳耦合关键过程中起着重要的调节作用,三者存在着密切的耦合关系。尽管关于植被恢复后土壤水分和有机碳变化的研究已开展较多,但是由于土壤微生物活动和群落结构复杂性和易变性,这给土壤微生物介导的水-碳耦合研究带来了相当大的困难。迄今为止,黄土高原植被恢复后土壤水、碳、微生物三者之间的耦合关系缺乏总体性的融合,大多数研究只能假设各个生物化学过程是相对独立的,对土壤水、碳、微生物耦合的认知仍存在局限性。由此,首先对黄土高原植被恢复进程、土壤水分过程和有机碳变化分别进行了综述,结合已有的理论和证据进一步概括了黄土高原土壤有机碳、微生物群落对降水格局的响应。最后整合植被、土壤和微生物界面等关键生态过程,总结了黄土高原土壤水-碳-微生物耦合界面过程,采用HYDRUS-2D模型(水文过程模型)和ORCHIDEE模型(生态系统碳模型),并融入土壤微生物种群生长动态,基于稳定碳、水同位素技术和DNA探针技术,初步构建了黄土高原土壤水-碳-微生物耦合模型框架,有利于实现土壤水、碳、微生物各界面调控过程的准确模拟与精确刻画,为黄土高原植被恢复过程中生态环境的可持续发展及其对气候变化的应对模式提供科学理论支撑。 展开更多
关键词 黄土高原 水碳耦合 微生物群落 界面过程 模型模拟
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黄土高原南北样带尺度人工刺槐林对气候响应的敏感性分析 被引量:2
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作者 李宗善 陈维梁 +6 位作者 焦磊 李兆林 王聪 高光耀 孙婧雅 白应飞 温润泉 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第15期6454-6464,共11页
根据黄土高原南北样带尺度的人工刺槐林(Robinia pseudoacacia)的年轮宽度资料,分析了该地区刺槐树木生长趋势,以及刺槐年表对气候响应随降雨梯度变化规律。研究结果表明延安以北的刺槐样点(绥德、神木)年轮指数近期趋于下降,树木有生... 根据黄土高原南北样带尺度的人工刺槐林(Robinia pseudoacacia)的年轮宽度资料,分析了该地区刺槐树木生长趋势,以及刺槐年表对气候响应随降雨梯度变化规律。研究结果表明延安以北的刺槐样点(绥德、神木)年轮指数近期趋于下降,树木有生长衰退现象;而延安以南刺槐样点(延安、富县、宜君、永寿)年轮指数近期趋于上升,树木无生长衰退现象。气候响应结果表明,刺槐年表对气候响应均以延安样点最为敏感,表现年表与温度的负相关关系,以及年表与降雨和干旱指数的正相关关系,而延安以北和以南刺槐样点对气候响应敏感性均较低。黄土高原中部延安地区地处森林草原过渡带,刺槐生长对外界环境变化最为敏感,年表中气候信号也较强;延安以南地区地处森林植被带,气候条件较为适宜刺槐林生长,因而年表中气候信号较弱;延安以北地区地处草原植被带,气候条件比较恶劣,刺槐生长对干旱气候已有一定适应性特征,因而年表中气候信号也较弱。 展开更多
关键词 树木年轮 气候响应 降雨梯度 人工刺槐林 黄土高原
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黄土高原植被建设及其对碳中和的意义与对策 被引量:12
8
作者 杨阳 张萍萍 +4 位作者 吴凡 周媛媛 宋怡 王云强 安韶山 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第21期9071-9081,共11页
黄土高原是我国“一带一路”建设的倡议地和天然的西部生态屏障,在“黄河高质量发展”和“双碳战略目标”重大国家战略背景下,黄土高原生态系统碳汇效应将迎来重大的转机和严峻的挑战。首先回顾了黄土高原植被建设的背景与历程,然后概... 黄土高原是我国“一带一路”建设的倡议地和天然的西部生态屏障,在“黄河高质量发展”和“双碳战略目标”重大国家战略背景下,黄土高原生态系统碳汇效应将迎来重大的转机和严峻的挑战。首先回顾了黄土高原植被建设的背景与历程,然后概括和总结了植被建设过程中固碳效应,针对黄土高原生态系统碳固定和排放过程,提出了一系列的增碳减排措施和对策,包括优化黄土高原植被建设和管理模式,加强科技顶层设计,提升植被建设的碳汇能力,并加快退耕还林/草的“碳交易”市场建设,健全法规规章标准和碳统计监测体系等;最后,对植被建设后期可能出现的问题和挑战进行了展望,为黄土高原乃至全国陆地生态系统实现“碳中和”战略目标提供重要的科技支撑。 展开更多
关键词 黄土高原 植被建设 固碳减排 碳中和
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黄土高原典型县域生态系统服务变化特征及驱动因素 被引量:13
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作者 王琳 卫伟 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2023年第6期1140-1148,共9页
陕北黄土高原沟壑区作为全国重点水土流失区和退耕还林还草核心区,探究县域尺度生态系统服务的时空变化特征、驱动因素和权衡关系对于生态系统的可持续管理更有针对性和现实性。基于RUSLE、CASA和In VEST模型,分析了陕北志丹县2000-201... 陕北黄土高原沟壑区作为全国重点水土流失区和退耕还林还草核心区,探究县域尺度生态系统服务的时空变化特征、驱动因素和权衡关系对于生态系统的可持续管理更有针对性和现实性。基于RUSLE、CASA和In VEST模型,分析了陕北志丹县2000-2018年土壤保持、碳固存和水源供给3种生态系统服务的时空变化,并运用地理探测器和偏相关分析研究了生态系统服务的驱动因子和权衡关系。结果表明:2000-2018年,志丹县土壤保持、碳固存(以C计)和水源供给都呈现增加趋势,分别增加了199 t·hm^(-2)·a^(-1)、426 g·m^(-2)·a^(-1)和122 mm。地形、气候和植被生长状况等自然因素对生态系统服务空间异质性的影响强于土地利用类型等人为因素,并且多因子的交互作用对生态系统服务的影响大于单一因子。影响土壤保持服务空间异质性最主要的因子是坡度,其次是NDVI,碳固存服务空间异质性受降雨、NDVI和土壤类型等因素的综合影响,水源供给服务空间异质性的主要驱动因素是降雨和土地利用类型。志丹县土壤保持和碳固存、土壤保持和水源供给以及碳固存和水源供给之间的关系整体上分别表现为弱协同、弱协同和协同作用,并在空间上具有异质性。该研究有助于进一步了解不同生态系统服务间的复杂关系及其驱动因子差异,可为黄土高原县域生态系统管理和可持续发展提供参考。 展开更多
关键词 黄土高原 生态系统服务 地理探测器 权衡 土地利用/覆被变化 县域
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黄土高原多年生草本根部导水策略空间异质性特征 被引量:1
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作者 李宗善 陈颖 +7 位作者 董彦君 焦磊 李兆林 王聪 高光耀 石丽娜 张淑娟 白应飞 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第15期6443-6453,共11页
根据多年生草本根部导管解剖结构特征,分析了黄土高原两个气候区草本物种导水结构特征及导水策略对干旱气候条件的适应性特征。结果表明,黄土高原半干旱区(年降雨量小于400 mm)草本物种平均年龄较大(7年),理论导管直径(33μm)、导管面积... 根据多年生草本根部导管解剖结构特征,分析了黄土高原两个气候区草本物种导水结构特征及导水策略对干旱气候条件的适应性特征。结果表明,黄土高原半干旱区(年降雨量小于400 mm)草本物种平均年龄较大(7年),理论导管直径(33μm)、导管面积(680μm~2)和导水效率(1.56 kg m^(-1)MPa^(-1)s^(-1))数值较高,而导管数量(65个)和导管分量(6.2%)数值较低;黄土高原半湿润区(年降雨量大于400 mm)草本物种平均年龄较小(5年),理论导管直径(27μm)、导管面积(550μm^(2))和导水效率(1.12 kg m^(-1)MPa^(-1)s^(-1))数值较低,而导管数量(85个)和导管分量(7.5%)数值较高。黄土高原半干旱区草本物种的导管直径较大、单位面积内的导管数量较少,因而导水效率较高,在干旱胁迫条件下趋向于采取效率优先的导水策略;黄土高原半湿润区草本物种的导管直径较小、单位面积内的导管数量较多,因而导水效率较低,在干旱胁迫条件下趋向于采取安全优先的导水策略。 展开更多
关键词 多年生草本 主根导管 导水效率 导水策略 黄土高原
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黄土丘陵沟壑区不同生态恢复模式下生态系统服务及其驱动因素
11
作者 陈乐 卫伟 《生态学报》 北大核心 2025年第15期7373-7385,共13页
黄土丘陵沟壑区是全国重要的水土流失区和生态恢复核心区,探讨其不同生态恢复模式下的小流域土地利用变化、生态系统服务及其驱动因素,有助于制定更具针对性的精细化管理策略,实现生态系统可持续管理。聚焦梯田与退耕还林还草工程的生... 黄土丘陵沟壑区是全国重要的水土流失区和生态恢复核心区,探讨其不同生态恢复模式下的小流域土地利用变化、生态系统服务及其驱动因素,有助于制定更具针对性的精细化管理策略,实现生态系统可持续管理。聚焦梯田与退耕还林还草工程的生态效益,以黄河二级支流-关川河流域为例,选取草地主导型、梯田主导型、林地主导型和林梯草复合型四种典型流域,利用高分辨率遥感影像、气象、地形、土壤和人口数据,结合CASA、InVEST及地理探测器模型,分析了2010-2020年间各流域的土地利用变化、生态系统服务(包括土壤保持(SC)、产水(WY)和固碳服务(NPP))及其驱动因素。结果表明:(1)各流域土地利用变化呈现"破碎化加剧-多样性提升"的耦合特征。水域、水浇地及建设用地普遍扩张,草地缩减驱动了梯田垦殖,疏林地转化显著促进了乔木扩增。(2)四种流域生态系统服务整体呈增长趋势,其中林地主导型流域SC增速最快(14.01t hm^(-2) a^(-1)),林梯草复合型流域WY和NPP增速最高(2.73mm/a和22.63g C m^(-2) a^(-1))。(3)单因子分析显示,NPP在草地主导型和林梯草复合型流域主要受植被覆盖度驱动,在梯田主导型和林地主导型流域则受土地利用影响;SC在草地主导型流域主要受海拔影响,在梯田主导型和林地主导型流域受坡度影响,林梯草复合型流域则由太阳辐射和降水量驱动;WY在梯田主导型流域受土地利用影响,其他流域则主要由降水量主导。(4)双因子交互驱动表明,土地利用、植被覆盖度、气象及地形要素间的协同作用增强了对生态系统服务空间分异的解释力。综上,研究揭示了黄土丘陵沟壑区不同生态恢复模式下土地利用变化及生态系统服务的复杂性和异质性,强调了多因子在塑造下垫面特征及生态系统服务中的关键作用,为脆弱生态区生态恢复与多目标土地可持续管理提供了科学依据。 展开更多
关键词 黄土丘陵沟壑区 梯田 退耕还林 生态系统服务 地理探测器
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1975-2020年黄土塬区关键带道路网络数据
12
作者 杨思齐 金钊 黄辉 《中国科学数据(中英文网络版)》 CSCD 2023年第4期127-134,共8页
在黄土高原地区,交通路网是影响地球关键带过程的一个重要人类活动影响因素,通常与暴雨叠加作用加速黄土关键带水土流失和物质迁移。董志塬是黄土高原面积最大、最连续的塬面,素有“天下黄土第一塬”之称。随着城市化进程的加快,董志塬... 在黄土高原地区,交通路网是影响地球关键带过程的一个重要人类活动影响因素,通常与暴雨叠加作用加速黄土关键带水土流失和物质迁移。董志塬是黄土高原面积最大、最连续的塬面,素有“天下黄土第一塬”之称。随着城市化进程的加快,董志塬交通道路网络快速扩张,对塬区景观生态和水土流失产生了重要影响。本数据集基于多源数据,包括历史文献、实地调查、Open Street Map(OSM)数据,利用Arc GIS软件进行目视解译、数据矢量化,并叠加高精度影像对数据进行逐一核对,最终得到了董志塬1975、2005和2020年三期路网矢量数据。本数据集从收集、处理分析到验证均控制严格,数据解译完成后再进行分幅检查,保证数据精度。本数据集的建立与共享,期望为董志塬固沟保塬工程和土地资源管理提供重要的数据支持。 展开更多
关键词 道路网络 黄土塬区 空间分布 土地利用
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黄土丘陵区典型流域土壤侵蚀时空演变特征及其驱动机制:以祖厉河为例 被引量:6
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作者 廖洪圣 卫伟 石宇 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期908-918,共11页
黄土丘陵区作为中国生态脆弱区,水土流失形势严峻,准确评估其土壤侵蚀时空变化规律,深入探究其背后的驱动机理,对于指导当地水土保持工作具有重要科学意义。以祖厉河流域为研究对象,基于RUSLE土壤侵蚀评估模型,结合转移矩阵、空间自相... 黄土丘陵区作为中国生态脆弱区,水土流失形势严峻,准确评估其土壤侵蚀时空变化规律,深入探究其背后的驱动机理,对于指导当地水土保持工作具有重要科学意义。以祖厉河流域为研究对象,基于RUSLE土壤侵蚀评估模型,结合转移矩阵、空间自相关和地理探测器等地学统计分析工具,对2000-2020年间土壤侵蚀模数的空间分布格局及背后驱动力进行评估。结果显示,1)2000-2020年祖厉河流域土壤侵蚀强度等级以微度和轻度为主,20年间平均土壤侵蚀模数由1.299×10^(3)t∙km^(−2)∙a^(−1)下降至635 t∙km^(−2)∙a^(−1),即侵蚀强度等级由轻度侵蚀降为微度侵蚀。2)2000-2010年期间,约有1.968×10^(3)km^(2)的区域土壤侵蚀状况向良性方向发展,占流域总面积的18.4%;而在2010-2020年间,约有3.089×10^(3)km^(2)的区域土壤侵蚀情况得到改善,占流域总面积的28.9%,水土流失治理效果显著。3)祖厉河流域土壤侵蚀存在明显的空间聚集性,其中“高-高”聚集区主要分布在会宁县与安定区交界处以及流域西北部的山地丘陵地带,“低-低”聚集主要分布在流域北部和西南部沿岸平原地区,20年来该“高-高”和“低-低”聚集类型面积逐年减少。4)降水是影响土壤侵蚀的首要因素,梯田在改善土壤侵蚀状况中发挥了重要作用,自然因子与人类活动因子之间的共同作用塑造了土壤侵蚀空间分布格局。未来水土保持治理重点应聚焦于低温干旱、高海拔、地势陡峭、植被覆盖低、土壤砂粉化程度高和梯田分布少等条件的风险区。 展开更多
关键词 RUSLE模型 祖厉河流域 转移矩阵 空间自相关 地理探测器
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多源土地利用产品在黄土丘陵沟壑区的精度评估 被引量:2
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作者 陈乐 卫伟 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期177-186,194,共11页
[目的]为评估多源土地利用产品在黄土丘陵沟壑区的精度。[方法]以黄河二级支流关川河流域为例,基于高精度GCLUCC土地利用数据,从空间分布、面积特征、样本点精度和空间一致性4个方面评估空间分辨率为10,30 m的6种土地利用产品(WorldCove... [目的]为评估多源土地利用产品在黄土丘陵沟壑区的精度。[方法]以黄河二级支流关川河流域为例,基于高精度GCLUCC土地利用数据,从空间分布、面积特征、样本点精度和空间一致性4个方面评估空间分辨率为10,30 m的6种土地利用产品(WorldCover 10 m、ESRI 10 m、GLC_FCS30-2020、GlobleLand30、CNLUCC和CLCD)的准确性。GCLUCC数据是基于GF-2(0.8 m)、DEM(5 m)、野外采样点(6400个)和Google Earth样本点(2320个),采用面向对象法和人工目视解译,空间分辨率为1 m,整体精度超过95%。[结果](1)分类特征方面,多数产品能提取主要土地类别,但提取效率和准确度存在明显差异,特别是在耕地、林地和建设用地等地类的空间分布上。(2)面积一致性上,各产品与GCLUCC在不同地类的面积上存在显著差异。部分产品的草地面积是GCLUCC的2倍以上,而林地和水域面积仅占GCLUCC的0.13%~12.11%和1.41%~11.27%。(3)整体精度方面,GlobleLand30和WorldCover 10 m展现较高精度,空间图谱精度分别达到58.21%和50.19%。而CLCD和CNLUCC的准确性相对较低,其中,林地与草地、耕地与草地及建设用地与耕地间的分类混淆严重。(4)所有产品与实际地表间的空间误差显著,尤其在对乔木、灌木、裸地和水体分类上面临挑战。[结论]当前土地利用产品在黄土丘陵沟壑区精确表征地表覆盖特征方面存在挑战。未来的产品开发应更多地考虑地形和地理特征,并加强对特定土地利用类型的识别。研究结果可为黄土高原生态保护和地表信息获取提供理论参考。 展开更多
关键词 黄土丘陵沟壑区 土地利用/覆被产品 精度评估 面向对象分类
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黄土丘陵沟壑区沟道农业生产功能空间演变特征及其启示 被引量:9
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作者 璩路路 王永生 +2 位作者 李裕瑞 陈宗峰 刘继来 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第21期259-268,共10页
基于5期遥感影像和实地调研数据,定量分析黄土高原延安碾庄流域1985-2018年乡村转型发展进程中农业生产功能时空演变规律。结果表明:1)沟道农业生产功能定量诊断体系和监测模型可有效识别沟道农业生产功能空间格局以及经济社会与资源生... 基于5期遥感影像和实地调研数据,定量分析黄土高原延安碾庄流域1985-2018年乡村转型发展进程中农业生产功能时空演变规律。结果表明:1)沟道农业生产功能定量诊断体系和监测模型可有效识别沟道农业生产功能空间格局以及经济社会与资源生态多重导向的多元演化路径。2)研究区沟道农业功能空间由传统向现代生产主导功能转向,2012年为沟道生产功能转型拐点。沟道传统农业生产功能特征为“小幅扩增-相对平稳-急剧缩减”,沟道现代农业生产功能演变则呈现“相对平稳-小幅扩增-急剧增加”的阶段特征,且功能多样性不断增加。3)整体上沟道传统农业生产功能空间范围和强度值呈减少趋势,现代沟道农业生产为主的功能空间不断扩张,主导方向发生转变;局部微观上传统农业生产功能以流域城镇所在地为中心呈同心带状缩减。4)新时期黄土丘陵沟壑区沟道农业高质量发展的核心目标在于推进“四转”,全面构建“三循环”模式,推进形成黄土高原产业内循环及其与黄河流域双循环互促共进发展的新格局,深入探究优化农业生产方式和创新经营管理模式的新动能、新途径。研究结果提供了黄土高原典型流域农业功能转型微观案例,对区域土地资源优化配置及乡村转型高质量发展具有启示意义。 展开更多
关键词 土地利用 模型 沟道农业生产 功能演变 转型发展 黄土丘陵沟壑区 碾庄流域
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自然降雨下黄土丘陵区草灌植物垂直覆盖结构的减流减沙效应 被引量:16
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作者 邵奕铭 高光耀 +1 位作者 刘见波 傅伯杰 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期322-331,共10页
黄土高原是我国水土流失和生态环境问题最为严重的地区之一,植被恢复是防治水土流失的重要措施。植物垂直覆盖结构包括地上冠层、地表枯落物和地下根系,各组分具有不同的水土保持作用,是研究植被与水土流失关系的基本单元。目前,关于植... 黄土高原是我国水土流失和生态环境问题最为严重的地区之一,植被恢复是防治水土流失的重要措施。植物垂直覆盖结构包括地上冠层、地表枯落物和地下根系,各组分具有不同的水土保持作用,是研究植被与水土流失关系的基本单元。目前,关于植物垂直覆盖结构不同组分对土壤侵蚀影响的研究主要是基于人工模拟降雨,缺少自然降雨条件下不同植物的垂直覆盖结构对产流、产沙和入渗等多过程影响的系统研究。本研究以黄土丘陵区典型的草本(须芒草)、半灌木(铁杆蒿)和灌木(绣线菊)为研究对象,每种植物进行三种处理(自然状态、去除枯落物和仅留根系)以及裸地对照,观测2015—2016年降雨事件的产流产沙量和入渗量,分析植物不同垂直覆盖结构的减流减沙效益及其相对贡献。结果表明:三种植物均具有较好的减流(45.9%—73.2%)、减沙效益(87.5%—94.6%)和增加入渗作用(4.7%—10.8%),灌木的减流效果(73.2%)显著高于草本(45.9%)和半灌木(63.5%),但三种植物间的减沙效益没有显著性差异。冠层的减流作用最大,贡献率接近一半(48%—50%),草本枯落物的减流贡献率与根系基本一致,而半灌木和灌木枯落物的减流贡献率略高于根系。冠层、枯落物和根系的减沙贡献率基本一致(36%、30%和34%),相对而言,草本的根系对控制侵蚀具有更大作用,减沙贡献率达到39%,而半灌木和灌木的冠层减沙贡献率要略高于枯落物和根系。本研究表明,冠层是减流的重要因子,而冠层、枯落物和根系在减沙方面均发挥了重要作用,植物垂直覆盖结构各组分在不同植物间减流减沙能力的差异主要与植物功能性状有关。上述结果将为黄土丘陵区坡面植被恢复和水土流失治理提供科学依据。 展开更多
关键词 自然降雨 垂直覆盖结构 产流产沙 入渗 黄土丘陵区
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中国旱区样带尺度植物多样性和生产力与环境因子的关系 被引量:6
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作者 杨永 卫伟 +1 位作者 王琳 刘泽漫 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1563-1571,共9页
旱区植物多样性、生产力与环境因子的关系是旱区生态学研究的重要课题,对于揭示该地区植被的环境适应机制有重要的参考价值。基于中国旱区东西样带的系统采样和原位调查,定量分析了各影响因素对旱区植物多样性和生产力变化的解释作用,... 旱区植物多样性、生产力与环境因子的关系是旱区生态学研究的重要课题,对于揭示该地区植被的环境适应机制有重要的参考价值。基于中国旱区东西样带的系统采样和原位调查,定量分析了各影响因素对旱区植物多样性和生产力变化的解释作用,阐明了旱区群落生产力的调控机制。结果表明:(1)旱区群落性状加权值与地上生物量间的关系(R^(2)=0.46)相较于Shannon-Wiener指数与地上生物量的关系(R^(2)=0.21)更为紧密。(2)旱区群落Shannon-Wiener指数、群落性状加权值、地上生物量与年均降水量、土壤有机碳含量、土壤总氮含量线性正相关,与土壤总磷含量无显著相关性;Shannon-Wiener指数、群落性状加权值与年均气温线性负相关,地上生物量与年均气温无显著相关性。(3)年均降水量对旱区群落性状加权值的解释率为40.9%,两者为正相关关系;年均气温对Shannon-Wiener指数的解释率为28.3%,两者为负相关关系。(4)群落性状加权值对地上生物量的直接路径显著,年均降雨量、年均气温和土壤有机碳通过群落性状加权值间接影响地上生物量。 展开更多
关键词 旱区 植物多样性 地上生物量 气候因子 土壤养分
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不同疏伐强度下黄土丘陵区刺槐林的水分利用特征 被引量:6
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作者 刘雨 高光耀 +4 位作者 王棣 焦磊 李宗善 田立德 傅伯杰 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2845-2855,共11页
造林是生态恢复的重要措施,但由于种植密度过高,导致土壤干燥化,林木生长衰退,严重制约其生态功能的提升。疏伐是人工林改造的重要手段,水分利用特征是确定适宜疏伐密度的关键因素,但目前缺少疏伐对人工林水分利用特征影响的系统研究。... 造林是生态恢复的重要措施,但由于种植密度过高,导致土壤干燥化,林木生长衰退,严重制约其生态功能的提升。疏伐是人工林改造的重要手段,水分利用特征是确定适宜疏伐密度的关键因素,但目前缺少疏伐对人工林水分利用特征影响的系统研究。基于此,以黄土丘陵区刺槐林为研究对象,设置疏伐55%(P1)、28%(P2)、16%(P3)和对照(P4)四个处理,通过0—500 cm深度的土壤水与茎秆水δ^(2)H和δ^(18)O、叶片δ^(13)C的采样分析并利用MixSIAR模型,比较了不同疏伐强度下刺槐林水分来源和水分利用效率的差异,建立了水分来源比例与叶片δ^(13)C的定量关系。结果表明:(1)疏伐样地在不同深度的土壤含水量均高于对照样地,表明疏伐对缓解土壤水分胁迫具有重要作用。(2)随着疏伐强度的增大,浅、中层(0—100 cm、100—300 cm)土壤水对刺槐的贡献比例呈增加趋势(P1:80.4%;P2:78.1%;P3:76.3%;P4:67.8%),而深层土壤水分(300—500 cm)的贡献比例相对降低,表明疏伐促进了刺槐对浅层及中层土壤水的吸收利用,减少了对深层土壤水的过度消耗。(3)疏伐样地的叶片δ^(13)C均大于对照样地,表明疏伐提高刺槐了的水分利用效率,且刺槐叶片δ^(13)C与浅层土壤水分贡献比例呈线性正相关(P<0.01),而与中深层土壤水贡献比例呈线性负相关(P<0.05)。研究结果初步反映了疏伐对刺槐林水分利用特征的影响,可为黄土高原刺槐林改造和功能提升提供科学依据,未来需开展疏伐后长时间序列的观测研究。 展开更多
关键词 刺槐 疏伐 水分利用 稳定同位素 黄土高原
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黄土区草地不同组分与土壤侵蚀关系及其对降雨情景的响应 被引量:2
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作者 刘见波 高光耀 傅伯杰 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1496-1505,共10页
随着气候变化黄土高原植被与坡面侵蚀关系面临更多复杂和极端降雨情景的挑战。以黄土丘陵区草地坡面为对象,选择3场当地典型降雨事件,研究植物冠层、枯落物和根系与土壤侵蚀的关系及其对不同降雨情景的响应规律。事件-Ⅰ为短历时、高强... 随着气候变化黄土高原植被与坡面侵蚀关系面临更多复杂和极端降雨情景的挑战。以黄土丘陵区草地坡面为对象,选择3场当地典型降雨事件,研究植物冠层、枯落物和根系与土壤侵蚀的关系及其对不同降雨情景的响应规律。事件-Ⅰ为短历时、高强度和大雨量,事件-Ⅱ为中等历时、强度和雨量,事件-Ⅲ为长历时、低强度和小雨量,3场事件分别代表2015—2017年侵蚀性降雨事件聚类分析后的3种情景。从多年次降雨事件尺度来看,冠层主要作用于降低泥沙浓度,减少了48.20%的径流含沙量,占总贡献率的53.03%,并贡献了约1/3的减流和减沙效应;枯落物的减流效应最高,减少了28.43%的径流量,占总贡献率的50.75%,其减沙的相对贡献率仅为26.41%;根系的减沙效应最高,减少了36.33%的土壤流失量,占总贡献的37.95%,远高于其减流相对贡献率(15.58%)。说明草地植物对土壤侵蚀的作用机制受到冠层、枯落物和根系的影响,各组分越完整,减流减沙能力越高。单次事件分析表明,由事件-Ⅰ、事件-Ⅱ到事件-Ⅲ,冠层的减流率和减沙率均为负值(-77.97%至-0.91%),相对贡献呈逐渐减小趋势;而枯落物和根系的减流率和减沙率却分别高达12.05%—57.70%和86.90%—95.51%,相对贡献则逐渐增大。说明草地不同组分控制土壤侵蚀的主要途径受到降雨情景的影响,长时间尺度的统计性结论不一定适用于特定降雨情景。研究对比分析了草地植物在单次和多年尺度降雨事件中的保水保土功能,可为黄土高原植被恢复和气候变化加剧背景下,降雨-植物-侵蚀关系研究提供科学依据。 展开更多
关键词 黄土高原 水土流失 降雨型 植物垂直结构 减流减沙
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温带森林乔木生物量估算:Logistic模型优于Allometric模型 被引量:2
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作者 周佳玉 袁川 +5 位作者 马杰敏 毛梦绮 岳晓萍 郭立 王帅 高光耀 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第22期9342-9355,共14页
作为研究森林生态系统结构与功能的基础要素,准确估算植被生物量关乎温室气体减排政策制定,以及区域气候稳定性评估,具有显著的科学意义和社会需求。Allometric模型提供了量化生物量与个体体型关系的简洁数学形式,但其幂函数结构描述了... 作为研究森林生态系统结构与功能的基础要素,准确估算植被生物量关乎温室气体减排政策制定,以及区域气候稳定性评估,具有显著的科学意义和社会需求。Allometric模型提供了量化生物量与个体体型关系的简洁数学形式,但其幂函数结构描述了生物量持续加速且无限增长,与随植株增大而不断加剧的种内种间竞争和资源限制相悖。然而,当前严重缺失大体型植株的不合理样本结构部分掩盖了模型缺陷,是造成该模型获得重复验证的重要潜在原因。相较而言,通过引入限制因子,Logistic模型同时具备描述高速增长和后期渐趋收敛的模型特征,却鲜被用于植被生物量估算。因此,本研究搜集了典型植被类型——温带森林乔木生物量相关的197篇已发表文献(1945—2016年),基于198种针阔叶乔木物种总计26402个叶、茎和地上部分生物量数据,采用Logistic模型分析了生物量随胸径增长的变化规律。结果表明,较之Allometric模型(R^(2*)0.76、RMSE 0.44 g、AIC 7189.9),Logistic模型呈现更好的拟合优度(R^(2*)0.81、RMSE 0.39 g、AIC 5809.1)。此外,Logistic模型计算了平衡生物量与平衡生长率,以反映与生境资源相适应的植株生物量及其累积速率,通过识别生物量渐趋稳定的胸径阈值,发现超过该拐点的大体型样本占比不足0.71%,呈现显著的生态学意义。综上,Logistic模型估算温带森林乔木生物量具备统计效力和理论优势。研究显著改进了植被生物量估算模型,有助于揭示植物碳蓄积策略,了解森林能流规律和碳库动态,为制定气候变化应对政策提供依据。 展开更多
关键词 平衡生物量 平衡生长率 拐点 拟合优度 样本结构
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