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土地利用变化下宁夏生态系统服务权衡协同关系研究

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干旱区研究 2024年第6期41卷 1032-1044页

作者：董彭蓓任宗萍李鹏王凯博贺国凯王璞西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地陕西西安710048 中国科学院地球环境研究所陕西西安710061

研究土地利用变化及其对生态系统服务的影响可为改善区域生态环境提供科学依据,然而以往的研究多关注历史时期的生态系统服务变化,缺少对未来情景下生态系统服务的预测及其权衡协同关系的分析。因此,本研究以宁夏地区为例,采用PLUS模型... 详细信息

研究土地利用变化及其对生态系统服务的影响可为改善区域生态环境提供科学依据,然而以往的研究多关注历史时期的生态系统服务变化,缺少对未来情景下生态系统服务的预测及其权衡协同关系的分析。因此,本研究以宁夏地区为例,采用PLUS模型模拟了未来自然情景、耕地保护情景以及生态保护情景下的土地利用状况,并基于InVEST模型量化了不同土地利用类型下的碳储存、土壤保持、产水以及粮食生产四种生态系统服务,并在不同空间尺度上对生态系统服务间的权衡与协同关系进行了研究。结果表明:未来三种情景下的产水量较现状年份减少,土壤保持量和固碳量在生态保护情景下最大,分别为7.98×107 t和4.72×108 t,粮食产量在耕地保护情景下最大,达到了1.52×107 t;从全省尺度上来看,仅固碳和土壤保持服务之间表现出较高的协同关系,但在区域尺度和县区尺度下,产水和固碳服务之间的协同关系也较为显著。

关键词：土地利用生态系统服务权衡协同空间尺度宁夏

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淤地坝建设对黄土高原植被恢复的促进作用

中国水土保持科学(中英文) 2024年

作者：吴润祺赵莹任宗萍王训诗张春娜徐向舟大连理工大学建设工程学院山东省水利科学研究院西安理工大学水利水电学院山东省海河淮河小清河流域水利管理服务中心高密市水利局

为研究退耕还林草工程下黄土高原淤地坝建设对植被恢复的影响及成因，基于Landsat 的归一化植被指数（NDVI）遥感影像及土地利用数据集，以榆林市为例，利用线性回归分析和Mann-Kendall检验，分析各区（县）在不同淤地坝建设密度下的植... 详细信息

为研究退耕还林草工程下黄土高原淤地坝建设对植被恢复的影响及成因，基于Landsat 的归一化植被指数（NDVI）遥感影像及土地利用数据集，以榆林市为例，利用线性回归分析和Mann-Kendall检验，分析各区（县）在不同淤地坝建设密度下的植被时空变化规律和不同坡度坡面上植被的恢复趋势。结果显示：1)淤地坝建设密度大的东南部区（县）植被恢复更快。各区（县）淤地坝建设密度与2003—2018年NDVI回归方程斜率间呈显著线性相关(R2=0.84， P15°坡NDVI极显著改善面积比例分别达到50%、41%和38%。3)淤地坝建设促进了周边区域坡耕地退耕。2006年起榆林市规划了60万亩(1亩 = 666.67 m2)以上新增坝地以应对粮食减产，在保障粮食安全的同时实现了坡耕地持续退耕。坡地NDVI的极显著改善是东南部区（县）植被恢复更快的主要原因，淤地坝建设通过促进坡耕地退耕加快了其植被恢复进程，保障了退耕还林草工程的可持续发展。

关键词： NDVI 植被恢复淤地坝坡耕地退耕还林草

黄河流域头道拐-龙门区间极端降水时空分布特征及其对径流的影响

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中国水土保持科学 2024年第3期22卷 72-81页

作者：马晓妮任宗萍李占斌李斌斌谢梦瑶西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 水利部水土保持监测中心北京100053

全球气候变化背景下极端降水事件频发,研究理解极端降水时空变化特征,明确径流过程的变化规律及影响机制对半干旱-半湿润区水土保持决策具有重要意义。基于头道拐—龙门区间1960—2021年37个气象站点资料以及头道拐、龙门水文站资料,分... 详细信息

全球气候变化背景下极端降水事件频发,研究理解极端降水时空变化特征,明确径流过程的变化规律及影响机制对半干旱-半湿润区水土保持决策具有重要意义。基于头道拐—龙门区间1960—2021年37个气象站点资料以及头道拐、龙门水文站资料,分析区间极端降水时空分布特征以及径流动态变化特征,并使用PLSR模型分析极端降水事件同径流之间的关系。结果表明:1)近60多年来,除持续干旱时间、持续降水时间、最大1日降水量、最大5日降水量之外其余各极端降水指数均呈上升趋势,区间极端降水强度指数上升趋势总体高于极端降水频率指数;2)头道拐—龙门区间多年平均径流量为39.8亿m^(3),自20世纪60年代以来平均变化趋势为-0.947亿m^(3)/a。随时间的推移径流量呈显著减少态势,以1979年为界,区间年径流量从61.9亿m^(3)下降到29.3亿m^(3);3)基于突变前各极端降水指数同区间年径流深所构建的PLSR模型累计解释了年径流总方差的88.4%,年降水总量、强降水总量、极端强降水总量是影响头道拐—龙门区间径流变化的最重要变量,同时进一步定量化分离极端降水和人类活动对区间径流的影响,其中极端降水对于径流变化的贡献率为10.6%。

关键词：极端降水指数时空分布径流变化 PLSR模型头道拐—龙门区间

模拟降雨下坡面微地形量化及其与产流产沙的关系

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农业工程学报 2015年第24期31卷 127-133页

作者：唐辉李占斌李鹏汤珊珊任宗萍张军西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710048 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100

为揭示坡面微地形对土壤侵蚀过程的响应,该文通过人工模拟降雨试验,结合三维激光扫描仪技术,研究了不同雨强连续降雨条件下黄土坡面微地形变化特征及其与产流产沙的响应关系。结果表明所选取的5个常规地形因子(微坡度、地形起伏度、地... 详细信息

为揭示坡面微地形对土壤侵蚀过程的响应,该文通过人工模拟降雨试验,结合三维激光扫描仪技术,研究了不同雨强连续降雨条件下黄土坡面微地形变化特征及其与产流产沙的响应关系。结果表明所选取的5个常规地形因子(微坡度、地形起伏度、地表切割度、洼地蓄积量、地表粗糙度)对坡面侵蚀的响应表现出相似的趋势,即随着侵蚀的加剧,地形因子数值逐渐增大;场降雨后,地表粗糙度的增幅最小,分别是3%、8%、17%,对侵蚀的响应最弱,洼地蓄积量的增幅最大,分别增大11.82、18.86、83.33倍,对侵蚀的响应最强;同一雨强下随着连续降雨的进行,产流率稳定,1 mm/min雨强下输沙率基本稳定,1.5与2 mm/min下输沙率不断减小;2 mm/min雨强下输沙率和累积输沙量,远大于其他2个雨强处理;地形因子之间有很强的相关性,但能从不同侧面反映地形的信息,而且都与产流率和累积产沙量之间有较好的线性关系。研究可为进一步揭示黄土区坡面土壤侵蚀机理提供参考。

关键词：侵蚀产流产沙地形因子

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区域土壤侵蚀动态评价——以藉河示范区为例

区域土壤侵蚀动态评价——以藉河示范区为例

作者：任宗萍西北农林科技大学

学位级别：硕士

中国是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一,特别是黄土高原地区,每年的土壤流失量达16亿吨。自50年代以来,国家对黄土高原投入大量的人力、物力进行水土保持治理和研究工作,取得了显著成效。目前,如何用统一的标准来模拟和预测区域土壤侵... 详细信息

中国是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一,特别是黄土高原地区,每年的土壤流失量达16亿吨。自50年代以来,国家对黄土高原投入大量的人力、物力进行水土保持治理和研究工作,取得了显著成效。目前,如何用统一的标准来模拟和预测区域土壤侵蚀成为决策者和研究者共同关注的问题。以往的土壤侵蚀评价主要是对土壤侵蚀进行定性评价,本文在遥感与GIS技术支持下,分析了“黄河水土保持生态工程甘肃省天水市藉河示范区项目”实施以来该区土地利用动态变化规律,并在此基础上分别采用水利部土壤侵蚀评价标准、区域水土流失模型和中国土壤流失方程对研究区土壤侵蚀进行了定性和定量的评价,分析土壤侵蚀的动态变化,研究土壤侵蚀和土地利用的关系,得到以下主要结论: (1)藉河示范区土地利用变化自1998年藉河示范区项目实施以来,研究区土地利用类型发生较大变化。从1997年到2005年,耕地面积减少了9.81%,林地面积增加了3.19%,草地面积增加了5.77%。在0-15°坡度上,耕地在不同年份均占绝对优势,草地次之,林地最少;在15°-25°之间,耕地所占比例在1997年和2001年明显大于草地,但是到2005年,草地开始占优势;在大于25°的坡度上,林地所占比例大于耕地和草地的比例。从1998年到2005年,大于25°坡耕地一直在减少,草地一直在增加,由此可以推出退耕还林还草是研究区土地利用变化的主要原因。 (2)藉河示范区土壤侵蚀动态变化基于水利部土壤侵蚀标准研究表明,2005年研究区土壤侵蚀较1997年明显减弱,与1997年相比,强度、极强度和剧烈侵蚀分别减少10%、10%和4%。水利部土壤侵蚀评价标准主要从坡度、土地利用及植被盖度三个方面进行土壤侵蚀评价分级。由于坡度在短时间内不会发生变化,土地利用和植被盖度的变化是引起土壤侵蚀变化的主要原因。这表明项目实施以来研究区林草明显增加,植被盖度有很大提高。基于区域土壤侵蚀模型和中国土壤流失方程表明,2005年土壤侵蚀比1997年土壤侵蚀强,主要是因为2005年的降雨强度远大于1997年,降雨是土壤侵蚀的主要因子之一。虽然,2005年的植被盖度比1997年的植被盖度大,但是降雨引起的土壤的侵蚀远大于植被减少土壤侵蚀的作用,导致2005年的土壤侵蚀强度大于1997年。这与利用水利部土壤侵蚀评价结果相反,其原因是水利部土壤侵蚀评价标准未考虑降雨对土壤侵蚀的影响。 (3)土壤侵蚀与土地利用的关系土地利用的变化是引起土壤侵蚀变化的重要因素之一,在短时间内,改变土地利用方式是快速减少区域土壤侵蚀的有效措施。利用中国土壤流失方程对藉河示范区未来的土壤侵蚀预测表明,不仅要实行退耕还林还草,而且要保证退耕还林还草的质量,确保植被的有效盖度,才能达到减少土壤侵蚀的效果。

关键词：藉河示范区土地利用变化土壤侵蚀评价区域土壤侵蚀模型

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模拟降雨下覆沙坡面侵蚀颗粒特征研究

土壤学报 2016年第1期53卷 39-47页

作者：汤珊珊李鹏任宗萍唐辉王添西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710048

风水交错侵蚀是风蚀水蚀交错区土壤侵蚀的主要形式,研究风水交错侵蚀对土壤颗粒的影响对于进一步研究风水交错侵蚀耦合机制及其对环境的影响有重要意义。采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强和覆沙厚度及长度)条件下覆沙坡面侵蚀泥沙颗... 详细信息

风水交错侵蚀是风蚀水蚀交错区土壤侵蚀的主要形式,研究风水交错侵蚀对土壤颗粒的影响对于进一步研究风水交错侵蚀耦合机制及其对环境的影响有重要意义。采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强和覆沙厚度及长度)条件下覆沙坡面侵蚀泥沙颗粒的变化特征。结果表明:不同降雨条件下侵蚀泥沙颗粒中粉粒和砂粒的含量较高,分别达到了48.86%、42.77%;坡面覆沙后,侵蚀泥沙中以粗颗粒居多,以黄土作为供试土壤,表层覆盖沙物质以后,仅有黏粒的富集率大于1;侵蚀泥沙的分形维数随着覆沙厚度和长度的增大而减小,d50则随着覆沙厚度和长度的增大而增大;覆沙厚度和长度对分形维数和d50的影响大于雨强。

关键词：覆沙坡面土壤侵蚀颗粒特征模拟降雨

降雨-植被格局耦合作用对坡沟系统水沙特征影响

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应用基础与工程科学学报 2016年第2期24卷 230-241页

作者：程圣东李鹏李聪任宗萍王添唐辉赵宾华西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地陕西西安710048 河南黄河水文勘测设计院河南郑州450004

不同植被格局的产流产沙特征是研究坡沟系统植被调控机理的重要基础.本研究以坡-沟系统物理模型为载体,通过间歇性模拟降雨试验对坡面5种覆草格局的产流产沙特征进行了分析.结果表明,植被格局对坡沟系统的产流产沙量均有显著性影响(p坡... 详细信息

不同植被格局的产流产沙特征是研究坡沟系统植被调控机理的重要基础.本研究以坡-沟系统物理模型为载体,通过间歇性模拟降雨试验对坡面5种覆草格局的产流产沙特征进行了分析.结果表明,植被格局对坡沟系统的产流产沙量均有显著性影响(p坡下部>坡面中上部>坡面上部,即将草带种植在距离坡面4m时其水土保持效果最佳,此处可减水7.35%,减沙62.93%.在不同格局条件下,第2、3次降雨径流量均值分别比第1次降雨增加5.39%~37.16%、1.83%~21.83%,产沙量均值分别比第1次减少42.05%~82.45%、72.34%~92.26%,即随着降雨场次的增加,径流量略有增加且趋于稳定的时间逐渐缩短,产沙量急剧下降.在不同植被格局条件下,随着模拟降雨历时的延长,径流量在0~10min内以约0.54L/min的速度快速增加至8~10L/min,之后处于水平稳定状态.产沙量的变异系数Cv在50%以上,产沙过程波动剧烈.草带削减径流量为5%左右,蓄流作用稍弱,相对来说对泥沙的拦截作用较好,能使产沙量下降33%左右.

关键词：坡沟系统植被格局间歇降雨侵蚀产沙

延河流域径流过程对气候变化及人类活动的响应

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中国水土保持科学 2016年第5期14卷 57-65页

作者：龚珺夫李占斌任宗萍西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710048 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

在全球气候变暖背景下,关注流域水文与气象要素的变化尤为必要。为了揭示气候变化及人类活动对延河流域径流的影响程度,本文运用Mann-Kendall方法和重标极差法,分析流域径流深、降水和气温等要素在1955—2012年间的变化;利用Pettitt突... 详细信息

在全球气候变暖背景下,关注流域水文与气象要素的变化尤为必要。为了揭示气候变化及人类活动对延河流域径流的影响程度,本文运用Mann-Kendall方法和重标极差法,分析流域径流深、降水和气温等要素在1955—2012年间的变化;利用Pettitt突变检验,识别出径流的突变年份,并采用水文敏感性分析方法,定量区分气象因素和人类活动对延河流域径流变化的贡献。结果表明:1955—2012年,延河流域降水减少89.4 mm,气温升高2.15℃,径流深减少17.3 mm,呈现暖干化趋势。径流突变发生在1996年,与1955—1995年相比,1996—2012年的年平均径流深减少11.7 mm;其中人类活动对径流减少的贡献率为56%。研究阐明延河流域气候有暖干化的趋势,且人类活动作用在径流减少中所占比重较大,并对该区水资源合理利用与管理具有较好的指导意义。

关键词：延河流域趋势分析 Hurst指数气候变化人类活动

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坡面薄层水流分离土壤的动力学机理

水土保持学报 2011年第4期25卷 46-49页

作者：唐科明张光辉任宗萍汪邦稳北京师范大学地理学与遥感科学学院北京100875 地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 江西省水土保持科学研究所江西南昌330029

为探讨土壤分离过程的水动力机理及植被根系对土壤分离的抑制作用,采用变坡实验水槽,系统研究坡度、流量及根系对土壤分离速率的定量影响。结果表明,土壤分离速率是坡度、流量及根系密度的函数;植被根系能显著降低土壤分离速率,草地土... 详细信息

为探讨土壤分离过程的水动力机理及植被根系对土壤分离的抑制作用,采用变坡实验水槽,系统研究坡度、流量及根系对土壤分离速率的定量影响。结果表明,土壤分离速率是坡度、流量及根系密度的函数;植被根系能显著降低土壤分离速率,草地土壤分离速率均值仅为休闲对照地的30.6%;随根系密度增加,土壤分离速率呈指数关系下降;0～4 kg/m3为根系减少土壤分离的有效密度区间,在此范围内,根系密度的增加能引起土壤分离速率的急剧降低,超过4 kg/m3,随根系密度增加,土壤分离速率的降幅并不明显。

关键词：土壤侵蚀土壤分离根系柳枝稷