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2000—2020年间黄河中游不同地貌区城镇建设用地扩张过程及其影响因素

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地理研究 2024年第8期43卷 2121-2140页

作者：丛佳敏孙从建陈伟高彩欣孟思彤山西师范大学地理科学学院太原030031 山西师范大学黄河中游生态环境研究中心太原030031

城镇化研究对区域土地资源可持续利用、生态环境保护、粮食安全保障具有重要意义。现有研究对复杂地貌下城镇垂直扩张开展较少,而不同时间尺度尤其是县域尺度下的城镇化研究更有待进一步加强。黄河中游(MRYR)地表坡度变化大,其城镇建设... 详细信息

城镇化研究对区域土地资源可持续利用、生态环境保护、粮食安全保障具有重要意义。现有研究对复杂地貌下城镇垂直扩张开展较少,而不同时间尺度尤其是县域尺度下的城镇化研究更有待进一步加强。黄河中游(MRYR)地表坡度变化大,其城镇建设用地在不同尺度上的扩张过程及其驱动因素尚不明确。本研究基于黄河中游的多期遥感影像数据,借助建设用地坡谱探讨不同尺度下城镇建设用地在不同坡度梯度上的分布格局,运用结构方程模型解析了不同地形下城镇建设用地面积变化的影响因素。结果表明:①过去20年区域城镇建设用地水平扩张显著,尤以2005—2010年间最为显著;其中风沙区及黄土丘陵沟壑区城镇建设用地水平扩张最为显著。②区域城镇建设用地出现向5°以上区域垂直扩张的趋势,城镇建设用地爬坡高峰期在2005—2010年间;黄土丘陵沟壑区和土石山区的城镇建设用地爬坡现象尤为显著。③在县域尺度上,爬坡型县域的数量占区域县域城镇总数的68.45%,其中37.38%为高爬坡型;爬坡型城镇占比较大的是土石山区,较低的是黄土高塬(海拔较高的塬面)沟壑区。④人口密度、经济发展水平等因素对城镇建设用地面积变化产生显著影响,而不同自然环境、社会经济因素的影响存在坡度、坡向、海拔的梯度差异。⑤平缓耕地被城镇建设用地侵占的现象在高爬坡地区得到缓解,而在低爬坡地区该问题依旧严峻,同时城镇爬坡可有效缓解城镇扩张中对平缓生态用地的多度侵占。研究结果可对多地形复杂地貌区域的高质量城镇化发展策略、可持续发展、生态环境改善和人地关系协调等提供重要参考。

关键词：城镇扩张时空分布爬坡坡谱控制因素

生态恢复背景下黄土高原东部地区典型植物用水策略

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地理研究 2024年第8期43卷 1958-1976页

作者：高彩欣孙从建陈伟孟思彤丛佳敏山西师范大学地理科学学院太原030031 山西师范大学黄河中游生态环境研究中心太原030031

水分是干旱半干旱地区限制植物生长的关键因子,研究不同类型植物在不同水分条件下的用水策略已成为黄土高原地区生态保护和植被恢复的关键。通过对黄土高原东部典型生态恢复植物、粮食作物的植物水分及其潜在利用水源的稳定同位素的采... 详细信息

水分是干旱半干旱地区限制植物生长的关键因子,研究不同类型植物在不同水分条件下的用水策略已成为黄土高原地区生态保护和植被恢复的关键。通过对黄土高原东部典型生态恢复植物、粮食作物的植物水分及其潜在利用水源的稳定同位素的采集及分析测试,借助贝叶斯混合模型,本研究定量分析阶地平原(RVP)、土石山地(EMR)、丘陵沟壑区塬面(LH)及丘陵沟壑区沟谷(LG)四种地貌类型下的典型植物水分利用策略。结果表明:①区域土壤含水量(SWC)及土壤水稳定同位素呈现出显著时空异质性,土石山地土壤水氢氧同位素值波动最大,塬面SWC及土壤水氢氧稳定同位素值较稳定。②刺槐(Robinia pseudoacacia)和圆柏(Juniperus chinensis)的木质部水稳定同位素值的季节差异显著,两个树种均在4月份波动大、12月份波动较小;苹果树(Malus pumila)和梨树(Pyrus spp.)的木质部水稳定同位素组成的季节差异较小;野艾蒿(Artemisia lavandulifolia)的水稳定同位素值4月份和12月份在塬面较为富集,6月份和9月份在沟谷较为富集;冬小麦(Triticum aestivum)较之夏玉米(Zea mays)具有更大的植物水同位素值波动范围。③春夏两季,EMR地区的刺槐和圆柏主要利用0~20 cm土层土壤水,而LH地区和LG地区的刺槐和圆柏主要利用降水;秋冬季节,四种地貌类型下的刺槐和圆柏对深层土壤水的利用比重均有所增加。④表层土壤水是野艾蒿的主要植物水分来源,浅层土壤水为冬小麦越冬期和返青期以及夏玉米出苗期与成熟期的主要利用水源。本研究结果对黄土高原东部地区水资源的高效利用及植被恢复具有理论指导意义。

关键词：氢氧稳定同位素典型植物植物水分利用黄土高原

基于稳定同位素的黄土高原东部非季风期土壤水分连续蒸发定量评估

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干旱区资源与环境 2024年第9期38卷 125-137页

作者：孟思彤孙从建陈伟高彩欣丛佳敏山西师范大学地理科学学院太原030031 山西师范大学黄河中游生态环境研究中心太原030031

定量评估土壤水分蒸发对于深入了解半干旱区土壤水分运动过程、维系区域生态安全至关重要。文中基于黄土高原东部非雨季生长期(2023年4月1日至2023年6月30日)的土壤水分样品的连续观测,分析了区域土壤水分氢氧稳定同位素的时空变化规律... 详细信息

定量评估土壤水分蒸发对于深入了解半干旱区土壤水分运动过程、维系区域生态安全至关重要。文中基于黄土高原东部非雨季生长期(2023年4月1日至2023年6月30日)的土壤水分样品的连续观测,分析了区域土壤水分氢氧稳定同位素的时空变化规律,定量解析了不同深度的土壤水分蒸发损失并探讨了其与主要环境要素间的内在关系。结果表明:1)整体上研究时段SWC呈现出逐渐降低的变化趋势,土壤水分δ^(18)O和δ^(2)H月际间差异显著。2)土壤水δ^(18)O平均值在0-20cm土层最为富集,在40-60cm土层最为贫化。3)土壤水分蒸发损失量(f)在4月最小而5月最大,随着土层深度增加f呈现出波动式下降的变化。4)f与区域大气温度(T)、风速(WS)、潜在蒸散发(ET_(0))呈现出正相关性,与土壤含水量(SWC)、相对湿度(RH)呈负相关性。5)小雨量时(20mm)时,f与外界环境要素间存在显著的线性关系(P<0.05)。研究结果对于区域水资源的合理优化配置及农业高质量有重要的意义。

关键词：土壤水分氢氧稳定同位素连续蒸发损失控制因素

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塔里木河流域水储量变化及绿洲生态安全评估

干旱区地理 2024年第1期47卷 1-14页

作者：张齐飞陈亚宁孙从建向燕芸郝海超山西师范大学地理科学学院山西太原030031 中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011 山西财经大学公共管理学院山西太原030006 华东师范大学地理科学学院上海200241

绿洲是干旱、半干旱地区最具生态敏感性和独特性的景观类型,是维系人类生存和社会经济发展的重要区域。然而,在气候变化与人类活动双重影响下,干旱区水资源及其绿洲生境正发生剧烈变化。基于2000—2020年MODIS、GRACE卫星数据、土地利... 详细信息

绿洲是干旱、半干旱地区最具生态敏感性和独特性的景观类型,是维系人类生存和社会经济发展的重要区域。然而,在气候变化与人类活动双重影响下,干旱区水资源及其绿洲生境正发生剧烈变化。基于2000—2020年MODIS、GRACE卫星数据、土地利用数据和气象观测资料,通过计算植被覆盖度,估算植被初级生产力(NPP)和遥感生态指数(RSEI),系统分析了过去20 a塔里木河(简称塔河)流域陆地水储量和绿洲的动态变化并完成了绿洲区生态安全评估。结果表明:(1)2002—2020年塔河流域陆地水储量以0.27 mm·月-1的速率减少,空间上塔河流域陆地水储量在北部和西部区域显著减少,而在南部区域显著增加。(2)2000—2020年塔河流域绿洲面积显著增加,面积增加6.49%(0.42×10^(4)km^(2))。塔河流域整体生态环境呈转好趋势,生态等级由较差级别转为中等级别,生态改善区占总流域面积的69%,而生态退化区面积不足5%。塔河流域归一化植被指数(NDVI)由2000年的0.13增至2020年的0.16,近20 a植被覆盖度增加36.79%,NPP增加31.55%。(3)气温升高和降水增多的同时伴随下游河川径流增加,这进一步加剧了塔河流域陆地水资源储量的时空差异性,但人类活动仍是绿洲显著扩张最根本的原因。

关键词：陆地水储量绿洲动态变化生态安全评估塔里木河流域

Hydrological and water cycle processes of inland river basins in the arid region of Northwest China

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Journal of Arid Land 2019年第2期11卷 161-179页

作者： CHEN Yaning LI Baofu FAN Yuting sun congjian FANG Gonghuan State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology Xinjiang Institute of Ecology and Geography Chinese Academy of Sciences School of Geography and Tourism Qufu Normal University Key Laboratory of Tree-Ring Physical and Chemical Research of China Meteorological Administration/Xinjiang Laboratory of Tree Ring Ecology Institute of Desert MeteorologyChina Meteorological Administration School of Geographical Science Shanxi Normal University

The increasing shortage in water resources is a key factor affecting sustainable socio-economic development in the arid region of Northwest China(ARNC). Water shortages also affect the stability of the region's oasis ecosystem. This paper summarizes the hydrological processes and water cycle of inland river basins in the ARNC, focusing on the following aspects: the spatial-temporal features of water resources(including air water vapor resources, runoff, and glacial meltwater) and their driving forces; the characteristics of streamflow composition in the inland river basins; the characteristics and main controlling factors of baseflow in the inland rivers; and anticipated future changes in hydrological processes and water resources. The results indicate that:(1) although the runoff in most inland rivers in the ARNC showed a significant increasing trend, both the glaciated area and glacial ice reserves have been reduced in the mountains;(2) snow melt and glacier melt are extremely important hydrological processes in the ARNC, especially in the Kunlun and Tianshan mountains;(3) baseflow in the inland rivers of the ARNC is the result of climate change and human activities, with the main driving factors being the reduction in forest area and the over-exploitation and utilization of groundwater in the river basins; and(4) the contradictions among water resources, ecology and economy will further increase in the future. The findings of this study might also help strengthen the ecological, economic and social sustainable development in the study region.

关键词： water resources climate change river runoff baseflow streamflow composition inland river basin arid region of Northwest China

基于稳定同位素的海河源区地下水与地表水相互关系分析

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地理科学 2018年第5期38卷 790-799页

作者：孙从建陈伟山西师范大学地理科学学院

对海河流域源区的丰、枯水期降水、地下水、河水进行取样测试,分析了海河源区不同水体氢氧稳定同位素组成及水化学的时空分布特征,同时运用同位素二元混合模型对典型采样点地表水地下水间的相互作用进行了定量分析。结果表明：（1）丰... 详细信息

对海河流域源区的丰、枯水期降水、地下水、河水进行取样测试,分析了海河源区不同水体氢氧稳定同位素组成及水化学的时空分布特征,同时运用同位素二元混合模型对典型采样点地表水地下水间的相互作用进行了定量分析。结果表明：（1）丰水期地下水及地表水δD和δ18O及总溶解性固体（TDS）表现出显著的空间差异性,而枯水期只有地下水的同位素组成及水化学特性表现出空间差异。（2）研究区的地下水水化学类型以Ca-HCO3·SO4、Ca-HCO3型为主,丰水期河水与地下水化学类型较为相似,枯水期地下水化学类型与同时期的河水及大气降水的水化学类型存在显著的差异,说明枯水期地表水与地下水之间的转化关系不明显。Gibbs分析结果表明,控制海河源区水体化学性质的主要影响为岩石风化作用。（3）枯水期地下水受其他水体影响较弱,而丰水期河水及大气降水对地下水具有显著的补给作用,3个源流区中西源的地表河水对地下水影响最显著。

关键词：环境同位素水化学海河流域源区地下水地表水转化

黄土高原东部夏半年降水稳定同位素特征及水汽来源分析

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地理学报 2022年第7期77卷 1745-1761页

作者：周思捷孙从建陈伟张鑫山西师范大学地理科学学院太原030031

大气降水氢氧稳定同位素的组成可以指示降水过程的气候环境变化,分析大气降水稳定同位素的变化,对于研究气候条件下的水文循环过程具有重要意义。本文基于2019年夏半年(4—10月)黄土高原东部8个站点采集的152个降水样本的δ2H和δ18O的... 详细信息

大气降水氢氧稳定同位素的组成可以指示降水过程的气候环境变化,分析大气降水稳定同位素的变化,对于研究气候条件下的水文循环过程具有重要意义。本文基于2019年夏半年(4—10月)黄土高原东部8个站点采集的152个降水样本的δ2H和δ18O的测定,系统分析δ2H和δ18O的时空分布特征及与气象参数、云下蒸发的关系,并利用HYSPLIT模型分析了水汽来源及运移路径。结果表明:(1)研究区夏半年降水δ2H1和δ18O存在显著的季节变化,其中5—7月逐渐富集、8—9月逐渐贫化;研究区降水δ2H和δ18O亦表现出显著的空间差异,整体上呈现由东南向西北逐渐增加的趋势。(2)区域大气降水线的结果表明,该区整体上降水受云下蒸发作用较为显著,但位于盆地地区(赵城、阳泉、长治)降水过程受局地内循环影响较明显。(3)该区域降水中δ18O并未表现出显著温度效应和降水量效应,仅汾河谷地的介休站存在温度效应而介休、临汾站存在降雨量效应。(4)云下蒸发过程对太行山土石山区中部的阳泉站、北部的大同站以及汾河谷地的临汾站影响较为显著,其云底与地表降水的氢氧稳定同位素差异较显著。(5)水汽来源分析的结果显示,该区域夏季降水的主要来源为近地及东南方向下的渤海等地,远距离下的西方路径水汽含量占比较小。本文的结果对于增进区域水循环的认识及水资源的合理优化配置具有重要意义。

关键词：降水氢氧同位素时空分布水汽来源黄土高原

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基于遥感影像的黄土高原沟壑区生态效应评价

农业工程学报 2019年第12期35卷 165-172页

作者：孙从建张文强李新功孙九林山西师范大学地理科学学院临汾041000 中国科学院荒漠与绿洲生态国家重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

水土流失和生态退化是当今黄土高原面临的主要生态问题,已严重制约区域经济发展。该文基于Landsat TM和OLI数据,估算了黄土高原沟壑区的遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI),定量分析了2002、2009、2017年甘肃、陕西、... 详细信息

水土流失和生态退化是当今黄土高原面临的主要生态问题,已严重制约区域经济发展。该文基于Landsat TM和OLI数据,估算了黄土高原沟壑区的遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI),定量分析了2002、2009、2017年甘肃、陕西、山西3个主要塬区的生态安全特征,并指出了需要重点治理的区域。研究结果表明:与2002年相比,2017年甘肃塬区的遥感生态指数呈微弱增长(增加0.04),陕西塬区总体呈现改善的趋势,遥感生态指数由0.45(2002)增加至0.56(2017),山西塬区遥感生态指数由0.54(2002)减少至0.46(2017)。与2002年相比,2017年甘肃塬区中生态条件差、较差区域减少,良好、优秀的区域增加;陕西塬区中生态条件差、较差区域减少,中等、良好的区域增加,优秀的区域保持稳定;山西塬区中生态条件差、较差和中等的区域增加,良好、优秀的区域减少。甘肃塬区的蒲河和洪河流域,陕西塬区的沮河、三水河、泔河和漆水河流域以及山西塬区的州川河和鄂河流域目前的生态环境仍呈现退化趋势。3个塬区中,甘肃、陕西塬区生态条件得到不同程度的改善,山西塬区生态条件虽有下降,但生态条件改善趋势已初现端倪,随着各项水土保持和生态恢复措施不断实施深入,3个塬区生态环境将会有效改善。该研究结果对黄土高原塬面地区生态恢复、水土流失综合治理具有重要指导意义。

关键词：土地利用遥感生态黄土高原时空分布

气候变化下的塔里木盆地西南部内陆河流域径流组分特征分析

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干旱区研究 2022年第1期39卷 113-122页

作者：孙从建陈伟王诗语山西师范大学地理科学学院山西太原030000

气候变化对中亚高山区水循环影响显著,加剧了区域水资源供需矛盾。认识区域内陆河径流组分特征对于水资源管理具有重要意义。基于塔里木盆地西南部提孜那甫河流域过去60 a(1957—2016年)的气象、径流数据,分析了区域气候变化特征及径流... 详细信息

气候变化对中亚高山区水循环影响显著,加剧了区域水资源供需矛盾。认识区域内陆河径流组分特征对于水资源管理具有重要意义。基于塔里木盆地西南部提孜那甫河流域过去60 a(1957—2016年)的气象、径流数据,分析了区域气候变化特征及径流组分的响应。结果表明:(1)过去60 a来,流域气温及山区降水呈现出明显的上升趋势,自2010年以来区域增温增湿趋势更为明显,这一变化下提孜纳甫河夏、秋季径流呈现显著增长。(2)径流分割结果显示:冰雪融水、地下水及降水对于年径流的贡献率分别为17%,40%及43%;不同的季节的径流组分差异明显,降水对流域夏季径流的贡献较为显著。作为塔里木盆地西南部典型的内陆河流,未来区域气候变化尤其是降水的变化将会对于提孜纳甫河水资源的可持续利用影响显著。

关键词：提孜纳甫河流域气候变化径流同位素径流分割塔里木盆地