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2001~2020年乌梁素海流域植被NPP时空变化及驱动因素分析

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环境科学 2024年第8期45卷 4744-4755页

作者：肖晶饶良懿北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

植被净初级生产力(NPP)表征植物对生态系统碳的固定能力,是决定生态系统健康状态和可持续发展程度的关键指标,其时空变化及驱动因素对于揭示植被恢复状况和指导生态修复工作具有重要作用.基于2001~2020年MODIS17A3 NPP数据、土地利用和... 详细信息

植被净初级生产力(NPP)表征植物对生态系统碳的固定能力,是决定生态系统健康状态和可持续发展程度的关键指标,其时空变化及驱动因素对于揭示植被恢复状况和指导生态修复工作具有重要作用.基于2001~2020年MODIS17A3 NPP数据、土地利用和气象数据等,采用变异系数、Theil-Sen Median趋势分析及Mann-Kendall检验、Hurst指数和地理探测器等方法,探究了内蒙古乌梁素海流域植被NPP的时空变化特征及驱动因素.结果表明:①2001~2020年乌梁素海流域植被NPP整体呈波动上升趋势,平均值(以C计)为141.03 g·(m^(2)·a)^(-1),平均上升速率为2.33g·(m^(2)·a)^(-1);植被NPP具有明显的空间分异规律,整体上呈现西南高、东北低,河套平原高、沙地和山区低的特征;②NPP主要呈增长趋势,增长、减少和无变化区域的面积占比分别约为80%、3%和17%;NPP的平均变异系数为0.149,主要呈低波动变化和较低波动变化,面积占比约为51%;NPP未来变化趋势主要呈反持续性特征,面积占比约为75%.③土地利用、海拔、最高温和坡度是乌梁素海流域植被NPP变化的主导驱动因素,q值均在0.200以上.海拔∩相对湿度对乌梁素海流域植被NPP空间分异的解释力最大;土地利用与除夜间灯光外的其他因子对乌梁素海流域植被NPP空间分异的解释力均存在显著性差异.根据研究结果,未来应加强乌梁素海流域生态系统管理,实行严格的生态保护和修复政策,综合考虑气候、地形和人类活动等因素,因地制宜开展生态综合治理工作,以提升生态系统服务质量.

关键词：净初级生产力(NPP) 乌梁素海流域气候变化人类活动驱动因素

水葫芦生物炭联合高碘酸盐高效去除水中磺胺嘧啶

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中国环境科学 2024年第7期44卷 3767-3779页

作者：张悦袁玉龙晏彩霞姜一晗苏美淇丁明军王鹏聂明华江西师范大学地理与环境学院鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室流域生态智能监测与综合治理江西省重点实验室江西南昌330022

以入侵植物水葫芦为原料,制备了水葫芦生物炭(EBC),发现EBC能够高效活化高碘酸盐(PI),促进磺胺嘧啶(SD)的降解,且效能优于喜旱莲子草BC和加拿大一枝黄花BC.相较于其他热解温度,500℃条件下制备的EBC(EBC500)可更好地活化PI,在较低剂量的... 详细信息

以入侵植物水葫芦为原料,制备了水葫芦生物炭(EBC),发现EBC能够高效活化高碘酸盐(PI),促进磺胺嘧啶(SD)的降解,且效能优于喜旱莲子草BC和加拿大一枝黄花BC.相较于其他热解温度,500℃条件下制备的EBC(EBC500)可更好地活化PI,在较低剂量的PI(0.15mmol/L)条件下,20min内可将SD完全去除.随着EBC500和PI投加量的提升,SD的去除速率不断提高.猝灭实验和电子顺磁共振分析表明,碘自由基(⋅IO_(3),⋅IO_(4))、超氧自由基(O_(2)^(•−))、单线态氧(1 O_(2))是EBC500/PI体系降解SD的主要活性物种.同时,在EBC500和PI投加量分别为0.15g/L和0.15mmol/L的条件下,SD能够在较宽泛的初始pH值范围内(5~9)被完全去除.Cl^(−)、SO_(4)^(2−)和NO_(3)^(−)对SD的降解没有显著影响,但HCO_(3)^(−)和腐殖酸会抑制SD的去除.EBC500/PI体系可较好地应用于实际水体中SD的去除,对于其他典型磺胺类抗生素的降解也有良好的应用潜能,且EBC500具有良好的重复使用性.此外,根据6种中间产物,提出了SD的降解途径.通过生态毒性分析和植物种子萌发实验证明,EBC500/PI体系可显著降低SD溶液的生物毒性,说明该体系具有广阔的应用前景.

关键词：高级氧化技术高碘酸盐生物炭磺胺嘧啶降解

藏东-川西生态维护水源涵养区产水量驱动机制探讨

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生态学报 2024年

作者：王懋源齐实郭衍瑞张鹏赖金林张林马路霞刘少栋北京林业大学水土保持学院水土保持国家林业局重点实验室

藏东-川西生态维护水源涵养区位于西南高山峡谷区北部，是中国典型的生态脆弱区，生态系统抗干扰能力差，对气候变化的反应敏感。产水量是生态系统服务中的一项重要功能，研究产水量空间分布特征及其影响因子对该地区水资源保护、涵养... 详细信息

藏东-川西生态维护水源涵养区位于西南高山峡谷区北部，是中国典型的生态脆弱区，生态系统抗干扰能力差，对气候变化的反应敏感。产水量是生态系统服务中的一项重要功能，研究产水量空间分布特征及其影响因子对该地区水资源保护、涵养，开发和利用有重要意义。本研究主要基于2000—2020年地表覆盖产品、气候、基岩深度、土壤和地形等数据，运用InVEST模型Annual Water Yield模块模拟了藏东-川西地区产水量；结合地理探测器（GDM）分析了造成产水量空间分异的各因子的解释能力；对q>0.1的因子引入多尺度地理加权回归（MGWR）分析它们对研究区不同地理位置产水量的影响程度，并运用TheilSen趋势分析、Mann-Kendall显著性检验得到了产水量及其主导因素时空变化特征；同时利用Hurst指数预测了未来短期内产水量上升或下降趋势和评估了研究时段内产水量在不同空间位置的波动水平。结果表明：1）降水量和产水量空间分布在研究区内呈现“东西高，中部低”的分布格局，岷江流域降水量为最大，金沙江流域蒸散水平最高，怒江流域产水量领先其余三个流域；2）除降水量和蒸散发外，藏东-川西地区产水量主要影响因子有气候因子（年均湿度和年均风速）、地形因子（高程）、土壤类型、植被因子（归一化植被指数和净初级生产力）与社会因子（地表覆盖类型和人类活动强度指数）；其中降水量、蒸散发、高程、归一化植被指数、净初级生产力和地表覆盖类型是产水量的主导影响因素。3）降水、高程与人类活动强度指数对产水服务的影响有较强的正向作用，而蒸散发、归一化植被指数和净初级生产力展现出较强的负向作用。4）研究区南部区域产水量波动水平高。在未来短期内，研究区95.30%的区域有下降趋势。5）藏东-川西地区不应将盲目提升人工植被覆盖度作为提高产水量首要方案，应注意对天然林的保护和预防石漠化。

关键词： InVEST模型产水量空间分异地理探测器多尺度地理加权回归

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海河流域植被变化时空分异及影响因素探测

环境科学 2024年

作者：刘芃凯饶良懿北京林业大学水土保持学院水土保持国家林业局重点实验室

认识海河流域植被覆盖变化时空分异规律及影响因素可为其生态保护与建设提供参考。基于2000～2020 年归一化植被指数（NDVI）、自然因子和社会经济因子数据集，采用最大值合成法、Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall显著性检验、Hu... 详细信息

认识海河流域植被覆盖变化时空分异规律及影响因素可为其生态保护与建设提供参考。基于2000～2020 年归一化植被指数（NDVI）、自然因子和社会经济因子数据集，采用最大值合成法、Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall显著性检验、Hurst指数及地理探测器等方法分析了2000～2020 年海河流域NDVI时空变化特征并探讨了NDVI时空分异影响因素。结果表明：①2000～2020年海河流域NDVI呈波动上升趋势，增长速率为0.0032 a-1，高植被覆盖和中高植被覆盖占比总面积81.79%，植被覆盖总体处于较高水平。NDVI空间分布具有明显分异规律，表现为西部高、环渤海湾地带和城市区域较低。植被未来呈现改善趋势的面积为49.68%。②土地利用类型和土壤类型q值分别为0.254和0.222，是影响NDVI空间变化规律主导因子。降雨和气温为次要因子，q值分别为0.164和0.147。交互作用上，土地利用类型∩土壤类型的q值最高为0.442，其次是土地利用类型∩年降水量的q值为0.428，均表现出双因子增强和非线性增强两种关系。植被变化是多因素综合作用的结果，需因地制宜制定不同规划和管理策略，研究结果可为海河流域生态环境建设及可持续发展提供理论依据。

关键词：海河流域归一化植被指数(NDVI) 地理探测器影响因子空间分布格局

祁连山东部地区不同林分水源涵养能力综合评估

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生态学报 2024年第17期44卷 7662-7672页

作者：王作枭贺康宁北京林业大学水土保持学院水土保持国家林业局重点实验室北京100083

研究对比祁连山东部地区典型林分水源涵养能力变化规律及差异,以期为区域森林水源涵养能力提升和管理提供科学依据。以青海互助北山国家森林公园内的云杉纯林、白桦纯林、云杉白桦混交林、云杉青杨混交林、白桦青杨混交林和白桦落叶松... 详细信息

研究对比祁连山东部地区典型林分水源涵养能力变化规律及差异,以期为区域森林水源涵养能力提升和管理提供科学依据。以青海互助北山国家森林公园内的云杉纯林、白桦纯林、云杉白桦混交林、云杉青杨混交林、白桦青杨混交林和白桦落叶松混交林为研究对象,采用野外实测、称量、室内浸泡等方法对林地林冠层、枯落物层和土壤层的水文效应进行测定分析,通过敏感性分析和相关性分析选取林冠截留率、未分解层厚度、饱和导水率和土壤蓄水能力等8个指标,并采用熵权法和综合指数法对林地水源涵养能力进行评估。研究结果表明:祁连山东部地区6种典型林分林冠层、枯落物层和土壤层的水源涵养能力都受到林分类型的影响。(1)不同林分类型林冠层植被截留能力表现为针叶林>阔叶林,混交林>阔叶纯林;(2)枯落物的厚度和储量变化趋势一致,云杉纯林(针叶纯林)表现为未分解层>半分解层,其他林分类型(针阔混交林、阔叶混交林和阔叶纯林)均表现为未分解层白桦落叶松混交林(0.547)>云杉青杨混交林(0.504)>白桦青杨混交林(0.480)>白桦纯林(0.467)>云杉纯林(0.244)。综合来看,针阔混交林可以作为区域林分结构调整和营造新林的目标林分类型,特别是云杉白桦混交林和白桦落叶松混交林,同时,在新造林时,应避免直接营造云杉纯林。

关键词：人工林林分结构林冠层水源涵养能力

基于土地利用变化的黄河上游四川段生态系统服务价值评价

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水土保持学报 2024年第2期38卷 178-189页

作者：许诺瑾丁兵兵余新晓贾国栋冯岩开林佳雯北京林业大学水土保持学院北京100083 水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

[目的]通过定量研究20年间黄河上游四川段土地利用变化与生态系统服务价值的关系,评估该流域段生态综合治理效果,为健全民族区域空间规划、生态环境保护与管理提供依据,助力黄河流域高质量发展。[方法]利用黄河上游四川段2000年、2010年... 详细信息

[目的]通过定量研究20年间黄河上游四川段土地利用变化与生态系统服务价值的关系,评估该流域段生态综合治理效果,为健全民族区域空间规划、生态环境保护与管理提供依据,助力黄河流域高质量发展。[方法]利用黄河上游四川段2000年、2010年和2020年土地利用数据,基于土地利用动态度、土地利用矩阵分析土地利用变化,并参考中国陆地生态系统单位面积生态系统服务价值当量,对黄河上游四川段生态系统服务价值当量的经济价值进行修正,定量研究黄河上游四川段2000-2020年间土地利用变化对生态系统服务价值的影响。[结果](1)2000-2020年黄河上游四川段林地、荒漠、湿地和水系土地利用面积呈上升趋势,耕地、灌木、草地和冰川积雪呈下降趋势,2010-2020年土地利用变化比2000-2010年更显著;(2)黄河上游四川段2000年、2010年和2020年生态系统服务价值分别为1.27×1010,2.51×1010,3.92×1010元,呈上升趋势,敏感性分析表明分析结果可靠。各土地利用类型中,对生态系统总价值贡献最为显著的地类是草地,2000-2010年和2010-2020年草地生态服务贡献率分别为93.90%和72.90%,其次为湿地和林地;(3)研究区在20年间各单项生态系统服务价值均呈增加趋势,区域生态服务功能的分项价值大小均为调节服务>支持服务>供给服务>文化服务,11个单项功能中起显著服务价值的为气候调节、水文调节、土壤保持和生物多样性,4项之和占总价值比例超过69.50%。黄河上游四川段土地利用变化影响区域生态系统服务价值的变化,其中草地影响最显著,其次为湿地和林地。[结论]研究结果表明20年间生态治理成果逐渐增强,生态环境不断变好。

关键词：生态系统服务价值黄河上游四川段土地利用价值当量

砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性K值空间变异特征

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水土保持研究 2024年第3期31卷 10-19页

作者：蒙雯洋饶良懿北京林业大学水土保持学院北京100083 水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

[目的]研究砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性的空间变异特征,为砒砂岩覆土区土壤侵蚀机理深入探究和土壤侵蚀有效防治提供科学依据。[方法]以内蒙古准格尔旗砒砂岩覆土区二老虎沟小流域为研究对象,采集0—10 cm和10—20 cm土层共144份... 详细信息

[目的]研究砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性的空间变异特征,为砒砂岩覆土区土壤侵蚀机理深入探究和土壤侵蚀有效防治提供科学依据。[方法]以内蒙古准格尔旗砒砂岩覆土区二老虎沟小流域为研究对象,采集0—10 cm和10—20 cm土层共144份土壤样品,基于EPIC模型估算土壤可蚀性K值,并利用GIS和地统计学方法分析土壤可蚀性K值空间变异特征。[结果](1)二老虎沟小流域土壤砂粒、粉粒、黏粒和有机碳均呈中等变异程度,除黏粒和有机碳为中等空间自相关性外,其他土壤属性均呈弱空间自相关性。(2)小流域土壤可蚀性K值介于0.018 7~0.047 6 t·hm^(2)·h/(hm^(2)·MJ·mm),0—10 cm和10—20 cm土层K值变异系数分别为15.5%和20.3%,属中等变异强度;0—10 cm土层K值主要受随机性因素影响,呈弱空间自相关性,而10—20 cm土层受随机性因素和结构性因素共同影响,为中等空间自相关性。(3) 3种克里格插值方法结果表明:小流域土壤可蚀性K值空间变异受海拔和坡度影响明显,其总体分布趋势为西部和东南部较高、中部及偏东部较低;普通克里格插值方法较适宜应用于砒砂岩覆土区小流域,其估算结果可较好地显示土壤可蚀性的整体和局部两方面的空间变异特征。(4)在垂直空间变异上,0—10 cm和10—20 cm土层土壤可蚀性K值总体分布规律相似,但10—20 cm土层土壤可蚀性K值较0—10 cm土层空间变异更为明显。[结论]海拔和坡度对砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性K值空间变异影响明显,未来应优先对坡面和坡顶区域进行土壤侵蚀防治。

关键词：土壤可蚀性K值 EPIC模型空间变异特征砒砂岩覆土区小流域

赣南马尾松林地表细小死可燃物含水率动态及模型

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林业科学 2024年第5期60卷 158-168页

作者：朱诗豪吴志伟李政杰李顺江西师范大学地理与环境学院、江西师范大学鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室、江西省自然灾害监测预警与评估重点实验室南昌330022

[目的]建立森林地表细小死可燃物(枯落叶、细枯枝、枯草等)含水率预测模型,预警区域森林火灾引燃的可能性及其潜在火行为。[方法]基于野外长期定位观测的赣南地区典型植被类型马尾松林地表细小死可燃物含水率数据,在不同地形条件和时间... 详细信息

[目的]建立森林地表细小死可燃物(枯落叶、细枯枝、枯草等)含水率预测模型,预警区域森林火灾引燃的可能性及其潜在火行为。[方法]基于野外长期定位观测的赣南地区典型植被类型马尾松林地表细小死可燃物含水率数据,在不同地形条件和时间段进行气象因子随机森林相对重要性排序和皮尔逊相关性分析,建立地表细小死可燃物含水率随机森林模型和气象要素回归模型,比较不同模型精度指标,筛选适合赣南地区的森林火灾预测模型。[结果]赣南地区马尾松林地表细小死可燃物含水率具有明显变异性,阴坡含水率显著高于阳坡,在防火期初期最明显。地表细小死可燃物含水率与各气象要素(温度、相对湿度、风速、光照强度)具有极显著相关性(P<0.001);随机森林模型预测精度高于气象要素回归模型,阴坡2种模型精度均高于阳坡;具有滞后效应的光照强度因子对地表细小死可燃物含水率影响最大,影响地表细小死可燃物含水率的关键因素在阳坡是相对湿度、阴坡是风速。[结论]具有滞后效应的气象因子对赣南地区马尾松林地表细小死可燃物含水率有显著影响,考虑增加这些因素能更好预测地表细小死可燃物含水率变化,为火险预警提供可靠依据。

关键词：地表细小死可燃物含水率预测模型气象要素回归模型随机森林赣南地区

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黄河中游地区生态敏感性时空分异特征

环境科学 2024年

作者：曲怡饶良懿北京林业大学水土保持学院北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室

黄河中游生境脆弱，是黄河流域生态问题最为突出的地区之一。开展黄河中游生态敏感性研究，可为区域生态系统修复与保护提供参考。根据区域实际情况，选取水土流失、土地沙化和生物多样性这3个生态敏感性指数，运用空间距离指数法构建... 详细信息

黄河中游生境脆弱，是黄河流域生态问题最为突出的地区之一。开展黄河中游生态敏感性研究，可为区域生态系统修复与保护提供参考。根据区域实际情况，选取水土流失、土地沙化和生物多样性这3个生态敏感性指数，运用空间距离指数法构建综合生态敏感性指数，借助空间自相关分析、格网编码分析及地理探测器探究2005—2020年黄河中游地区生态敏感性的时空分异特征及驱动因子。结果表明：①2005—2020年黄河中游综合生态敏感性具有明显的空间分异性，总体上呈“西北高、东南低”的分布格局。从时间上看，黄河中游综合生态敏感性指数平均值从2005年的6.854持续下降至2020年的6.350，区域生态敏感性降低。②2005—2020年黄河中游综合生态敏感性具有显著的空间正相关性，空间聚集性较强。然而，随着时间的推移，空间聚集性逐渐减弱。③2005—2020年黄河中游综合生态敏感性整体变动较小，变动0次和1次的区域面积占总面积的70.79%；生态敏感性有所升高的区域主要位于关中平原和豫西北地区，长期保持高值敏感状态的区域主要位于泾河流域北部、无定河流域和鄂尔多斯高原东北部，未来需重点关注这些地区。④植被覆盖度是黄河中游综合生态敏感性空间分异的主要驱动因子，生物丰度指数是次要因子。总体上看，黄河中游地区综合生态敏感性逐渐下降，生态环境改善。研究可为黄河中游地区生态系统保护及高质量发展提供借鉴。

关键词：黄河中游生态敏感性时空分异空间距离指数法空间自相关地理探测器