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河东沙区防风固沙林地生态水文过程研究

河东沙区防风固沙林地生态水文过程研究

作者：韩永贵宁夏大学

学位级别：硕士

开展沙区生态水文过程研究,对于干旱半干旱区生态恢复和环境健康可持续发展具有重要意义。本文以宁夏河东沙区刺槐、丝棉木和沙枣林为研究对象,结合同步测定的大气环境因子及土壤环境变量,分析了生长季内(2019年5月-10月)林分蒸腾、土... 详细信息

开展沙区生态水文过程研究,对于干旱半干旱区生态恢复和环境健康可持续发展具有重要意义。本文以宁夏河东沙区刺槐、丝棉木和沙枣林为研究对象,结合同步测定的大气环境因子及土壤环境变量,分析了生长季内(2019年5月-10月)林分蒸腾、土壤蒸发、土壤入渗、林冠截留及枯落物持水性季节性特征和变化规律,阐释了沙区林地生态系统水分传输过程及其影响因素,明确了不同林地生态系统水循环和生态水文效应,为区域水资源调控、植被恢复重建提供科学参考。主要研究结果如下:(1)对研究区土壤水分和机械组成进行观测分析,三种林地的土壤水分分布表现出高度的空间异质性:刺槐林地60cm、沙枣林地90cm 土壤分别为两林地的土壤水分升高突变层;丝棉木林地30cm 土壤为土壤水分降低突变层。各林地土壤主要以壤质砂土和砂质壤土为主,各林地各层土壤分形维数分布范围为1.49～2.74。(2)整个生长季内刺槐的蒸腾耗水量最大(33.59mm),依次为丝棉木(20.70mm)和沙枣(11.50mm)。刺槐和丝棉木的蒸腾耗水量均表现为7月份最高,10月份最低;沙枣蒸腾耗水量表现为5月最高,7月次之,10月份最低。太阳辐射、温度、相对湿度、饱和水汽压差和风速均是林木蒸腾耗水的重要驱动因子。各林地土壤蒸发表现为沙枣(175.43mm)>丝棉木(166.17mm)>刺槐(158.51mm),总体表现为6、7月份最高,9、10月份最低。土壤含水率、太阳辐射和空气湿度显著影响土壤蒸发(P0.77)。(4)整个生长季内冠层截留率为刺槐(11.36%)>沙枣(8.14%)>丝棉木(5.55%)。三种林分均表现为林下穿透雨量>截留量>树干流量,穿透雨量、截留量和树干流量与降水量呈线性递增关系(R2>0.95)。穿透雨率和降水量呈二次项分布关系;截留率和树干流与降水量呈幂函数或对数关系。(5)对不同林分林下枯落物持水性能进行分析,未分解层枯落物最大持水率表现为刺槐(219.12%)>丝棉木(206.70%)>沙枣(201.70%);有效拦蓄量表现为刺槐(6.26t·hm)>沙枣(5.36t·hm)>丝棉木(3.79t·hm)。半分解层枯落物最大持水率表现为沙枣(183.28%)>刺槐(173.57%)>丝棉木(171.81%);有效拦蓄量表现为丝棉木(5.33t·hm)>沙枣(5.13t·hm)>刺槐(4.18t·hm)。未分解层吸水速率依次表现为丝棉木(3.83t·hm·h)>刺槐(2.85t·hm·h)>沙枣(1.95t·hm·h)。半分解层吸水速率依次表现为刺槐(2.82t·hm·h)>沙枣(2.79t·hm·h)>丝棉木(2.78t·hm·h)。幂函数方程能对不同林分林下枯落物吸水速率变化规律进行较好的模拟(R>0.81)。(6)依据水量平衡,整个研究期内土壤蒸发为林地生态系统水分输出的主要分项,其次为林木蒸腾。观测期内刺槐林地缺水状态最为严重,其次为沙枣和丝棉木。

关键词：河东沙区防风固沙林森林生态水文过程水量平衡

基于指数平滑和ARIMA模型的西北地区饱和水汽压差预测

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干旱区研究 2021年第2期38卷 303-313页

作者：韩永贵韩磊黄晓宇高阳宁夏大学资源环境学院宁夏银川750021 教育部中阿旱区特色资源与环境治理国际合作联合实验室宁夏银川750021 宁夏大学环境工程研究院宁夏银川750021

饱和水汽压差是土壤-植被-大气连续体水分传输过程的关键影响因素,在全球气候变化背景下,预测西北地区饱和水汽压差,对于植被恢复和农林业气象灾害风险评估具有重要的现实意义。基于西北五省(区)1990—2019年月饱和水汽压差值,采用趋势... 详细信息

饱和水汽压差是土壤-植被-大气连续体水分传输过程的关键影响因素,在全球气候变化背景下,预测西北地区饱和水汽压差,对于植被恢复和农林业气象灾害风险评估具有重要的现实意义。基于西北五省(区)1990—2019年月饱和水汽压差值,采用趋势分析和小波分析等方法研究了西北地区饱和水汽压差年际变化特征和周期性变化规律;采用指数模型和ARIMA模型,筛选最佳样本步长和预测步长,对西北地区饱和水汽压差进行模拟和预测。结果表明:(1)西北五省(区)中,新疆年均饱和水汽压差最高,其次为宁夏、陕西、甘肃和青海;近30 a整体上西北地区饱和水汽压差呈上升趋势,其中宁夏和新疆饱和水汽压差上升幅度最大,分别为0.036 kPa·(10a)^(-1)和0.033 kPa·(10a)^(-1),其次为甘肃[0.026 kPa·(10a)^(-1)]、青海[0.021 kPa·(10a)^(-1)]和陕西[0.012 kPa·(10a)^(-1)];(2)西北各省(区),16 a尺度周期对小波方差贡献最大,为饱和水汽压差变化的主周期。此外,陕西、甘肃和新疆还存在24~27 a的周期特征,方差贡献较小;(3)相对于指数模型,ARIMA模型均方根误差平均减少42.3%,决定系数R2平均提高11.1%,Nash-Sutclife效率系数平均提高17.7%,有效提高了饱和水汽压差预测精度;(4)未来一段时间内,西北各地区饱和水汽压差均存在不同程度的升高趋势,以宁夏和新疆地区的饱和水汽压差增幅最为明显,分别为9.5%和8.9%。

关键词：饱和水汽压差指数平滑 ARIMA模型预测西北地区

渭河流域生境质量时空演变及其地形梯度效应与影响因素

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干旱区地理 2023年第3期46卷 481-491页

作者：程静王鹏陈红翔韩永贵宁夏师范学院政治与历史学院宁夏固原756000 宁夏大学地理科学与规划学院宁夏银川750021

生境质量是关乎人类福祉和区域可持续发展的重要基础,对保护生物多样性、提升生态系统服务功能以及构建区域生态安全格局具有重要意义。基于2000—2020年3期土地利用数据,综合应用InVEST模型、地形位指数、地理探测器及空间统计分析等方... 详细信息

生境质量是关乎人类福祉和区域可持续发展的重要基础,对保护生物多样性、提升生态系统服务功能以及构建区域生态安全格局具有重要意义。基于2000—2020年3期土地利用数据,综合应用InVEST模型、地形位指数、地理探测器及空间统计分析等方法,对渭河流域生境质量空间分布特征及其地形梯度效应与影响因素进行综合分析。结果表明:(1)2000—2020年渭河流域生境质量指数呈逐年增加态势,由0.607增长至0.624,增长幅度为2.463%,空间上呈现出两极化分布格局,低等和高等生境质量面积持续增加,而中等和良好生境质量面积有所下降。(2)渭河流域生境质量空间分布受地形因素影响较大,具有显著的地形梯度效应,低等生境质量在低地形梯度上分布广泛,分布指数最高,而高等生境质量在高地形梯度上占据主导优势。(3)土地利用类型是渭河流域生境质量空间分异的主要影响因素,且任意2个因子对生境质量空间分异的交互作用均大于单个驱动因子的作用,土地利用类型与降雨量、气温、海拔、归一化植被指数的交互决定力均大于0.6。研究结果可为渭河流域可持续发展以及生态保护与高质量发展提供科学的理论支撑与决策支持。

关键词：生境质量 InVEST模型地形梯度效应影响因素地理探测器渭河流域

基于后向轨迹模式的豫南地区冬季PM 2.5来源分布及传输分析

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环境科学研究 2021年第3期34卷 538-548页

作者：高阳韩永贵黄晓宇韩磊宁夏大学资源环境学院宁夏银川750021 宁夏旱区资源评价与环境调控重点实验室宁夏银川750021 中阿旱区特色资源与环境治理国际合作联合实验室宁夏银川750021 宁夏大学环境工程研究院宁夏银川750021

为研究2017年12月—2018年2月冬季不同来源区域对豫南地区ρ(PM 2.5)的贡献影响及污染特征,利用HYSPLIT-4后向轨迹模式模拟了豫南地区冬季24 h的气团后向轨迹,结合ρ(PM 2.5)在线监测数据进行了聚类分析,研究了以豫南地区为受点的各月份... 详细信息

为研究2017年12月—2018年2月冬季不同来源区域对豫南地区ρ(PM 2.5)的贡献影响及污染特征,利用HYSPLIT-4后向轨迹模式模拟了豫南地区冬季24 h的气团后向轨迹,结合ρ(PM 2.5)在线监测数据进行了聚类分析,研究了以豫南地区为受点的各月份PM 2.5不同轨迹的输送特征,并使用潜在源贡献(PSCF)分析法和浓度权重轨迹(CWT)分析法识别了豫南地区冬季PM 2.5的潜在贡献源区及贡献大小.结果表明:①信阳市空气质量最好,其次为驻马店市,南阳市空气质量最差;南阳市、信阳市和驻马店市ρ(PM 2.5)分别超过GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值(75μg m 3)的1.5、1.2和1.2倍,ρ(PM 2.5)日变化均呈双峰特征.②后向轨迹聚类分析表明,豫南地区主要受到来自西北和东北方向长距离传输和正南方向较短距离输送的影响.③潜在源区分析表明,除豫南地区及周边市县本地污染贡献外,冀鲁豫交界区域、陕鄂交界区域、陕西省中西部、湖北省东北部和西部、河南省中北部、山东省南部是影响豫南地区ρ(PM 2.5)的主要潜在源区.研究显示,豫南地区PM 2.5污染过程除了与地形条件、本地污染源排放有关外,来自东北、西北传输通道城市的远距离输送和南部的近距离传输也不容忽视.

关键词： PM2.5 后向轨迹模式聚类分析潜在源贡献(PSCF)分析法浓度权重轨迹(CWT)分析法豫南地区

半干旱区生态风险时空演变及其影响因素的地理探测——以宁夏盐池县为例

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干旱区地理 2022年第5期45卷 1637-1648页

作者：程静王鹏陈红翔韩永贵宁夏师范学院政治与历史学院宁夏固原756000 宁夏大学地理科学与规划学院宁夏银川750021

深入探究半干旱区景观格局变化规律,明确其生态风险时空演变特征与影响因素,对优化半干旱区景观格局、防范和治理生态风险、促进区域可持续高质量发展具有重要意义。以宁夏回族自治区盐池县为例,基于2000—2020年土地利用数据,通过景观... 详细信息

深入探究半干旱区景观格局变化规律,明确其生态风险时空演变特征与影响因素,对优化半干旱区景观格局、防范和治理生态风险、促进区域可持续高质量发展具有重要意义。以宁夏回族自治区盐池县为例,基于2000—2020年土地利用数据,通过景观格局指数构建生态风险模型,结合地统计分析和地理探测器模型,对其景观格局变化及生态风险时空演变与影响因素进行综合研究。结果表明:(1)2000—2020年盐池县耕地和未利用地面积下降,其余地类均呈增加趋势,其中建设用地扩张速度最快,年均增长率为6.90%。(2)2000—2020年盐池县景观斑块数、斑块密度、景观形状指数和香浓多样性指数上升,最大斑块指数和蔓延度指数下降,表明景观格局呈破碎化、复杂化和分散化的发展态势。(3)2000—2020年盐池县生态风险指数由0.1465下降至0.1312,其中高、较高和中等风险区面积占比分别下降5.25%、24.21%和5.44%,而低和较低风险区面积占比分别增加14.11%和20.79%,空间上呈现出北高南低的分布格局。(4)随着社会需求的日益增长和人类活动的加剧,自然因素对生态风险空间分异格局的影响逐渐弱化,而社会经济因素作用不断增强。

关键词：景观格局生态风险时空演变地理探测器半干旱区

三江源地区生态经济系统协调度评价及其时空演变特征

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水土保持研究 2022年第6期29卷 336-343页

作者：程静陈红翔韩永贵宁夏师范学院政治与历史学院宁夏固原756000

为探讨三江源地区生态经济系统协调发展程度,以1990—2018年4期遥感数据为基础,采用修正后的单位面积生态系统服务当量因子,结合生态经济协调度模型对三江源地区ESV和经济发展与生态环境的协调度水平进行了综合评价。结果显示:1990—201... 详细信息

为探讨三江源地区生态经济系统协调发展程度,以1990—2018年4期遥感数据为基础,采用修正后的单位面积生态系统服务当量因子,结合生态经济协调度模型对三江源地区ESV和经济发展与生态环境的协调度水平进行了综合评价。结果显示:1990—2018年三江源地区耕地、草地、水域和建设用地呈增加趋势,分别增加16.22%,7.50%,8.67%,130.85%,未利用地和林地呈波动下降态势,其中未利用地下降幅度最大,为24.57%。研究期间,三江源地区ESV呈先减后增的变化趋势,而草地ESV的增减是导致研究区ESV变化的主要原因;ESV在空间上呈现西北高东南低的分布格局,甘德和久治单位面积ESV呈下降趋势,其余各县均呈增加趋势。三江源地区生态经济协调度指数为0.0117,生态经济发展总体处于低度协调状态,从空间分布格局来看,生态经济失调的地区有玉树、久治和甘德,三地均属于低度失调区,其余地区均处于协调状态,属于低度协调区。总的来看,研究区生态经济发展协调程度有所改善,但仍处于低度协调度的边缘,而合理开发和有效利用区域水土资源是实现三江源地区生态系统服务功能维持、发展与经济可持续、协调发展的关键。

关键词：生态经济系统协调度指数生态系统服务价值三江源地区

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宁夏河东沙区人工林土壤水分时空变化及其与气象因子之间的关系

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东北林业大学学报 2020年第5期48卷 29-34页

作者：黄晓宇韩永贵韩磊宁夏大学资源环境学院银川750021

为充分了解沙区防护林林地土壤水分时空异质性,以宁夏河东沙区典型防护林树种柠条(Caragana korshinskii)、胡杨(Populus euphratica)、刺槐(Robinia pseudocacia)组成的人工林为研究对象,采用时域反射仪监测不同坡度的各个林地土壤水... 详细信息

为充分了解沙区防护林林地土壤水分时空异质性,以宁夏河东沙区典型防护林树种柠条(Caragana korshinskii)、胡杨(Populus euphratica)、刺槐(Robinia pseudocacia)组成的人工林为研究对象,采用时域反射仪监测不同坡度的各个林地土壤水分动态变化,分析了不同林地土壤水分动态变化及其与气象因子之间的关系。结果表明:(1)柠条林地平均土壤含水率随坡度增加而下降。坡度为10°时,全剖面与激变层和活跃层土壤含水率变化差异显著(P<0.05);坡度为16°时,全剖面、激变层、活跃层以及次活跃层之间无明显差异;坡度为24°时,全剖面与激变层和活跃层差异显著(P<0.05),而活跃层与次活跃层差异显著(P<0.05)。(2)生长季不同林地平均土壤含水率由大到小依次为刺槐林地(7.49%±0.92%)、柠条林地(6.72%±1.46%)和胡杨林地(5.78%±0.76%)。不同层次土壤含水率与气象因子具有一定相关性,其中各个林地与降水量和相对湿度均呈显著正相关,与风速均呈显著负相关。(3)6-7月份是土壤水分的补给期,8-10月份是土壤水分的耗损期。6月份刺槐林地与柠条林地、胡杨林地土壤水分存在显著性差异(P<0.05);10月份胡杨林地与柠条林地、刺槐林地土壤水分存在显著性差异(P<0.05)。

关键词：土壤水分气象因子时域反射仪沙区防护林

基于模糊规则的人工神经网络模拟新疆杨蒸腾耗水

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应用生态学报 2020年第5期31卷 1525-1534页

作者：韩永贵高阳韩磊黄晓宇宁夏大学资源环境学院教育部中阿旱区特色资源与环境治理国际合作联合实验室银川750021 宁夏大学环境工程研究院银川750021

于2017年7-11月,应用热扩散探针(TDP)技术,结合同步测定的气象因子,对宁夏河东沙区新疆杨的耗水日变化特征及季节变化规律进行分析,提出了一种基于模糊规则的BP神经网络和Elman神经网络耗水模型,探究新疆杨蒸腾耗水规律并对其耗水量进... 详细信息

于2017年7-11月,应用热扩散探针(TDP)技术,结合同步测定的气象因子,对宁夏河东沙区新疆杨的耗水日变化特征及季节变化规律进行分析,提出了一种基于模糊规则的BP神经网络和Elman神经网络耗水模型,探究新疆杨蒸腾耗水规律并对其耗水量进行模拟。结果表明:生长季内(7-10月)新疆杨平均液流密度为4.98 g·cm-2·h-1,影响蒸腾耗水的主要因素依次为太阳辐射、大气温度、饱和水汽压亏缺和相对湿度;受气象因子影响,新疆杨耗水具有明显的季节性变化规律,夏季(7-8月)单株耗水量为秋季(9-10月)的1.4倍;采用基于模糊规则的BP神经网络和Elman神经网络模型对新疆杨耗水进行模拟可以解释80%以上的变量,能够较准确地模拟新疆杨耗水情况,相对于BP神经网络,采用Elman神经网络对新疆杨耗水进行模拟,相对误差减少27.0%,均方根误差减少24.3%,纳什效率系数提高67.9%,决定系数达0.80以上。Elman神经网络的模拟效果优于BP神经网络,模型效率和拟合度更高,有效地提高了林木蒸腾耗水模拟精度,可作为河东沙区新疆杨林分蒸腾耗水估算的首选模型。

关键词：树干液流耗水神经网络新疆杨

1989—2019年西北地区干燥度指数时空变化及其对气候因子的响应

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应用生态学报 2021年第11期32卷 4050-4058页

作者：柳利利韩磊韩永贵高阳彭苓宁夏大学地理科学与规划学院银川750021 中阿旱区特色资源与环境治理国际合作联合实验室银川750021 宁夏旱区资源评价与环境调控重点实验室银川750021 宁夏大学农学院银川750021

基于西北地区143个气象站点的气象数据,采用FAO-56 Penman-Monteith公式计算潜在蒸发量,并结合降水量计算西北地区1989—2019年干燥度指数(AI),采用Mann-Kendall趋势分析、小波分析、偏微分方程等方法来揭示其变化趋势、变化周期和气候... 详细信息

基于西北地区143个气象站点的气象数据,采用FAO-56 Penman-Monteith公式计算潜在蒸发量,并结合降水量计算西北地区1989—2019年干燥度指数(AI),采用Mann-Kendall趋势分析、小波分析、偏微分方程等方法来揭示其变化趋势、变化周期和气候因子对AI的贡献率。结果表明:1989—2019年,西北地区AI整体呈不显著的减小趋势,其中,青海呈显著减小趋势,新疆呈不显著的上升趋势;研究区AI在2010年发生了突变,AI变化存在1个17年的主周期。西北地区AI呈现出由东南部向中部、西北部向中部增加的空间格局。西北地区AI变化的倾向率为-1.267·(10 a)^(-1),其中,甘肃、宁夏、陕西、青海和新疆AI变化的倾向率分别为-1.17、-0.41、-0.49、-1.77和-2.73·(10 a)^(-1)。青海小灶火、新疆库尔勒、阿克苏和吐鲁番地区干旱风险发生的可能性较高。降水量和实际水汽压是影响甘肃、宁夏、青海、陕西AI变化的主要气侯因子,影响新疆AI变化的主要气侯因子为潜在蒸散、太阳辐射和平均气温。

关键词：干燥度指数 Penman-Monteith 贡献率西北地区