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鄱阳湖平原土地利用变化对生态网络稳定性影响的模拟分析

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农业工程学报 2022年第9期38卷 277-287页

作者：黄心怡赵小敏郭熙丁徽陈蕾张佳佳江西农业大学国土资源与环境学院南昌330045 江西农业大学鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室南昌330045

土地利用变化是改变区域景观结构和生态特征的主要原因,也是影响区域生态稳定性的重要原因。以鄱阳湖平原地区为研究区,基于2000、2010和2020年的3期遥感影像数据,对鄱阳湖平原地区不同情景下2030年土地利用变化进行定量模拟,并采用连... 详细信息

土地利用变化是改变区域景观结构和生态特征的主要原因,也是影响区域生态稳定性的重要原因。以鄱阳湖平原地区为研究区,基于2000、2010和2020年的3期遥感影像数据,对鄱阳湖平原地区不同情景下2030年土地利用变化进行定量模拟,并采用连通鲁棒性方法对生态网络的稳定性进行分析。结果表明:1)鄱阳湖平原地区未来土地利用变化中耕地、建设用地面积变化最大,其中,城市快速增长情景(Fast Urban Growth,FUG)下的建设用地面积增长最多,较2020年增长了70.27%;耕地面积在3种未来情景中面积均有减少;林地面积在常规发展情景(Conventional Development Scenario,CDS)、FUG和生态保护情景(Ecological Conservation Scenario,ECS)下较2020年分别减少了6.90%、7.23%和6.70%。2)通过景观连通性评价得到鄱阳湖平原地区2030年CDS、FUG和ECS情景下的生态源地面积分别为2464.2、2666.72和3141.88 km^(2);识别生态廊道169、255和299条;可以看出,ECS情景能保留更多的生态源地和生态廊道。3)3种未来模拟情景中,FUG下生态廊道“障碍点”数量最多,为23处,CDS情景下的生态廊道“夹点”数量最多,为117处,ECS情景具有最少的“障碍点”和“夹点”,因而具有更稳定的网络结构特征和功能;4)“随机攻击”模式下,CDS、FUG和ECS情景的连通鲁棒性均呈现缓慢的下降趋势,生态网络稳定临界值分别为89%、90%和90%的节点删除比;在“蓄意攻击”模式下,CDS、FUG和ECS三种未来模拟情景中,ECS情景呈现更高的网络稳定性临界值,为55%的节点失效比,由此可知,ECS下的生态网络稳定性最高。研究结果可为鄱阳湖平原地区维护生态系统稳定、生态保护管理策略的制定提供定量参考和决策依据,也可为鄱阳湖平原地区生态空间规划提供有效支撑,也为类似区域的生态网络研究提供案例借鉴。

关键词：土地利用模拟识别连通鲁棒性网络稳定性鄱阳湖平原

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场次暴雨条件下濂水流域水沙关系探究

农业工程学报 2023年第3期39卷 68-75页

作者：盛菲刘士余陈子惟魏凯江西农业大学国土资源与环境学院南昌330045 江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室南昌330045

为探究场次暴雨条件下流域的水沙关系,该研究以赣南濂水流域为对象,基于1965—2020年的水文气象数据和土地利用数据,运用聚类分析、判别分析和Spearman相关分析等,在场次暴雨条件下,分析不同洪水类型、不同时段下的水沙特征及水沙关系,... 详细信息

为探究场次暴雨条件下流域的水沙关系,该研究以赣南濂水流域为对象,基于1965—2020年的水文气象数据和土地利用数据,运用聚类分析、判别分析和Spearman相关分析等,在场次暴雨条件下,分析不同洪水类型、不同时段下的水沙特征及水沙关系,并对水沙滞回关系进行探究。结果表明:流域120场暴雨洪水划分为3种类型,发生频率由高到低依次为:Ⅲ型(短历时、小径流、低洪峰)、Ⅰ型(长历时、中径流、中洪峰)、Ⅱ型(中历时、大径流、高洪峰)。整个研究期划分的5个时段中,1996-2005年、2006-2020年的输沙特征值增幅较大,且单位径流的输沙能力大幅上升。不同洪水类型下的各水沙环路曲线比例差异较大;在不同时段下,逆时针型、“8”字型曲线分别在1996-2005年、2006-2020年的比例最高,分别为43.0%、55.6%,这与流域内果园大面积开发导致的沙源位置及数量的改变有着密切关系。研究成果可为流域的水沙管理及调控提供科学依据。

关键词：降雨径流场次暴雨水沙关系水沙滞回产流产沙洪水类型

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某离子型稀土矿不同功能区土壤退化特征

中国稀土学报 2022年第2期40卷 329-338页

作者：罗杰张嵚罗密密万广越赵小敏陈秀龙江西农业大学国土资源与环境学院江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室江西南昌330045

以赣南某废弃离子型稀土矿为研究对象,根据生产功能将其分为采矿区、浸矿区和对照区,探讨不同功能区土壤的退化特征。与对照区相比,采矿区和浸矿区土壤的田间持水量和总孔隙度显著降低且土壤容重显著增加。采矿区与浸矿区土壤有机质、... 详细信息

以赣南某废弃离子型稀土矿为研究对象,根据生产功能将其分为采矿区、浸矿区和对照区,探讨不同功能区土壤的退化特征。与对照区相比,采矿区和浸矿区土壤的田间持水量和总孔隙度显著降低且土壤容重显著增加。采矿区与浸矿区土壤有机质、碱解氮和有效磷含量均显著低于对照区,处于极度缺乏水平。浸矿区土壤的铵态氮显著高于对照区和采矿区,浸矿剂残留量大。此外,浸矿区土壤酸化严重。对照区、采矿区和浸矿区土壤的稀土元素总量分别为江西省土壤背景值的8.95倍、5.84倍和1.12倍,但土壤常规重金属含量较低。因此,浸矿区是废弃稀土矿区退化最严重的区域,且土壤物理结构差、速效养分严重缺乏、土壤酸化严重以及浸矿剂残留是其主要的退化特征。

关键词：土壤养分浸矿剂残留稀土元素含量重金属

赣南九曲水流域基流变化特征及其对降水的响应

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应用生态学报 2022年第8期33卷 2251-2259页

作者：李俊盛菲刘士余张婷余敏琪江西农业大学国土资源与环境学院南昌330045 江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室南昌330045

基流是水资源重要组成部分,探究流域基流变化特征及其对降水的响应,对优化流域水资源配置具有重要意义。本研究基于赣南九曲水流域1982-2019年逐日降水、径流观测资料,运用数字滤波法、交叉小波变换及累积量斜率变化率比较法等,分析了... 详细信息

基流是水资源重要组成部分,探究流域基流变化特征及其对降水的响应,对优化流域水资源配置具有重要意义。本研究基于赣南九曲水流域1982-2019年逐日降水、径流观测资料,运用数字滤波法、交叉小波变换及累积量斜率变化率比较法等,分析了基流变化特征,探讨了基流对降水的时滞效应,并计算了降水对基流变化的贡献率。结果表明:研究期间,九曲水流域年基流深和年基流指数变化趋势均不显著,年均值分别为384.21 mm和0.44;春、夏季基流深大于秋、冬季,基流指数则与之相反。年降水量控制着年基流深的动态变化,春、夏季降水对基流深的作用强于秋、冬季;年及春、夏、秋、冬季基流滞后降水的时长分别为3.5~10.3、1.5~8.5、2~10、2~13和5~20.5 d,年均滞后时长依次为6.4、4.9、5.3、6.8和10.8 d。年基流深在1992年发生突变,降水对基流变化的贡献率为68.2%,其他因素对基流变化的贡献率为31.8%。本研究成果可为南方红壤区评价流域的森林水文效应、保障河流的水生态安全提供科学依据。

关键词：九曲水流域基流降水时滞效应贡献率

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赣江上游章水流域水沙变化及其归因分析

生态学杂志 2023年

作者：张婷刘士余盛菲李俊余敏琪江西农业大学国土资源与环境学院江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室

随着气候变化和人类活动的加剧，流域水沙情势发生变化，定量分析降水变化和人类活动的水沙效应是当前水科学研究的热点。本文基于赣江上游章水流域1961—2020年的水文、气象观测资料，采用累积量斜率变化率比较法、经验统计分析法定量... 详细信息

随着气候变化和人类活动的加剧，流域水沙情势发生变化，定量分析降水变化和人类活动的水沙效应是当前水科学研究的热点。本文基于赣江上游章水流域1961—2020年的水文、气象观测资料，采用累积量斜率变化率比较法、经验统计分析法定量分析了降水变化和人类活动对水沙变化的贡献率及人类活动的水沙效应对年降水量响应的临界值。结果表明：降水量和径流量均呈非显著下降趋势（P>0.05），输沙量呈极显著下降趋势（P流域生态建设、水土资源优化管理提供科学依据。

关键词：章水流域降水变化人类活动水沙变化临界值

信江多流域土地利用空间负荷的河流氮磷输出响应

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江西农业大学学报 2024年

作者：李梦冰周丙娟陈勇罗凯王金亮江西农业大学国土资源与环境学院江西农业大学农业农村部鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室

【目的】近年来流域水体污染问题日益突出，总氮和总磷已成为水体污染衡量指标之一，河流氮磷浓度变化在一定程度上受到流域土地利用的影响，为保障信江流域水环境安全，开展土地利用空间负荷的氮磷输出响应研究对判定流域养分流失风险... 详细信息

【目的】近年来流域水体污染问题日益突出，总氮和总磷已成为水体污染衡量指标之一，河流氮磷浓度变化在一定程度上受到流域土地利用的影响，为保障信江流域水环境安全，开展土地利用空间负荷的氮磷输出响应研究对判定流域养分流失风险级别、划定流域优先治理区、促进土地利用结构调整具有重大意义。【方法】选取信江流域的16个子流域作为研究区，利用2000年和2020年地表覆盖数据、高程数据、河网数据和2020年河流断面总氮与总磷监测数据，参考“源-汇”理论并利用洛伦兹曲线，构建土地利用空间负荷比指数，最后通过皮尔逊相关性分析，探讨流域氮磷输出与土地利用的时空关系。【结果】①相对高程、坡度、相对距离和综合的LWLI指数均值不超过0.3，表明流域当前土地利用的氮磷污染风险较低。②从三类空间要素对污染负荷贡献的角度来看，结果显示为LWLIs> LWLIe>LWLId，表明相对高程和坡度对流域空间污染负荷的影响更为显著，因此，流域内位于中高海拔、坡度陡峭地区的土地利用类型应成为重点关注对象。③从“源-汇”地类结构和土地利用空间负荷的角度分析土地利用与氮磷输出的Pearson关系，发现土地利用空间负荷比指数同氮磷浓度的相关系数要比源汇地类面积结构的更高，存在更显著的相关性，能更有效表征流域的总氮、总磷流失量。【结论】从“源-汇”视角出发，将“源-汇”理论应用于流域土地利用空间负荷时空演变分析，定量分析多流域土地利用空间负荷与河流水质的关系，，为水污染的治理和管理提供了有益的参考，可进一步为信江流域区划研究提供基础，为信江流域的水污染防治和土地利用结构调整优化提供借鉴经验，为信江流域改善生态环境和水质等方面提供决策支持。

关键词：信江流域土地利用格局 “源-汇”理论土地利用空间负荷洛伦兹曲线氮磷

江西省九曲水流域基流变化特征及其对降水的响应

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应用生态学报 2022年

作者：李俊盛菲刘士余张婷余敏琪江西农业大学国土资源与环境学院江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室

基流是水资源重要组成部分，探究流域基流变化特征及其对降水的响应，对优化流域水资源配置具有重要意义。本研究基于江西省九曲水流域1982—2019年逐日降水、径流观测资料，运用数字滤波法、交叉小波变换及累积量斜率变化率比较法等，...

基流是水资源重要组成部分，探究流域基流变化特征及其对降水的响应，对优化流域水资源配置具有重要意义。本研究基于江西省九曲水流域1982—2019年逐日降水、径流观测资料，运用数字滤波法、交叉小波变换及累积量斜率变化率比较法等，分析了基流变化特征，探讨了基流对降水的时滞效应，并计算了降水对基流变化的贡献率。结果表明：研究期间，九曲水流域年基流深和年基流指数变化趋势均不显著，年均值分别为384.21 mm和0.44；春、夏季基流深大于秋、冬季，基流指数则与之相反。年降水量控制着年基流深的动态变化，春、夏季降水对基流深的作用强于秋、冬季；年及春、夏、秋、冬季基流滞后降水的时长分别为3.5～10.3、1.5～8.5、2～10、2～13和5～20.5 d，年均滞后时长依次为6.4、4.9、5.3、6.8和10.8 d。年基流深在1992年发生突变，降水对基流变化的贡献率为68.2%，其他因素对基流变化的贡献率为31.8%。本研究成果可为南方红壤区评价流域的森林水文效应、保障河流的水生态安全提供科学依据。

关键词：

基于物候与极端气候信息的耕地土壤有机碳空间分布预测研究

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土壤学报 2024年第3期61卷 648-661页

作者：周琪清赵小敏郭熙周洋江西农业大学国土资源与环境学院南昌330045 农业农村部鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室(江西农业大学) 南昌330045

土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)作为陆地生态系统中最大的碳库,在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图(Digital Soil Mapping,DSM)框架下,选择有... 详细信息

土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)作为陆地生态系统中最大的碳库,在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图(Digital Soil Mapping,DSM)框架下,选择有效的环境协变量是提高SOC空间预测精度的重要方法。以往遥感指数和气候变量通常使用某个时段或时点的(平均)值作为输入变量,而很少有研究将时间特性和事件用于土壤有机碳预测。因此,引入物候变量、极端气候变量弥补部分损失的地物信息和气候特征,探讨其对研究区耕地SOC空间变异的响应特性及预测SOC空间分布的可行性。以江西省上高县为研究区域,采用随机森林模型,选取遥感数据、DEM衍生变量、物候参数、气候特征因子等作为环境协变量引入模型中,并用普通克里格(Ordinary Kriging,OK)对模型结果进行残差修正,最后对比不同类型变量组合下模型的预测效果及预测精度。结果表明,时序变量、物候变量及极端气候变量能够改善模型的预测性能,并且残差作为误差项还能进一步提升模型的精度。结合时序变量、物候变量、极端气候变量、地形变量和残差的组合拥有最高的预测精度,相较于地形变量、遥感变量和气候变量的组合,将R2、MAE和RMSE提升了90.00%、58.95%和57.14%。变量贡献率分析显示,SU、a3和TXx是影响研究区耕地SOC分布的重要变量。因此,物候变量和极端气候变量具有较好的应用前景,未来还需验证极端气候变量作为环境变量在不同土地利用、大尺度研究区下预测土壤属性的有效性。

关键词：土壤有机碳数字土壤制图随机森林残差克里格物候极端气候

基于物候与极端气候信息的耕地土壤有机碳空间分布预测研究

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土壤学报 2023年

作者：周琪清赵小敏郭熙周洋江西农业大学国土资源与环境学院农业农村部鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室(江西农业大学)

土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)作为陆地生态系统中最大的碳库，在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图(Digital Soil Mapping,DSM)框架下，选择... 详细信息

土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)作为陆地生态系统中最大的碳库，在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图(Digital Soil Mapping,DSM)框架下，选择有效的环境协变量是提高SOC空间预测精度的重要方法。以往遥感指数和气候变量通常使用某个时段或时点的(平均)值作为输入变量，而很少有研究将时间特性和事件用于土壤有机碳预测。因此，引入物候变量、极端气候变量弥补部分损失的地物信息和气候特征，探讨其对研究区耕地SOC空间变异的响应特性及预测SOC空间分布的可行性。以江西省上高县为研究区域，采用随机森林模型，选取遥感数据、DEM衍生变量、物候参数、气候特征因子等作为环境协变量引入模型中，并用普通克里格(Ordinary Kriging,OK)对模型结果进行残差修正，最后对比不同类型变量组合下模型的预测效果及预测精度。结果表明，时序变量、物候变量及极端气候变量能够改善模型的预测性能，并且残差作为误差项还能进一步提升模型的精度。结合时序变量、物候变量、极端气候变量、地形变量和残差的组合拥有最高的预测精度，相较于地形变量、遥感变量和气候变量的组合，将R2、MAE和RMSE提升了90.00%、58.95%和57.14%。变量贡献率分析显示，SU、a3和TXx是影响研究区耕地SOC分布的重要变量。因此，物候变量和极端气候变量具有较好的应用前景，未来还需验证极端气候变量作为环境变量在不同土地利用、大尺度研究区下预测土壤属性的有效性。

关键词：土壤有机碳数字土壤制图随机森林残差克里格物候极端气候