【目的】明晰黄土高原植被生态系统水分利用效率(water use efficiency,WUE)时空变化特征及其影响因素,为深刻理解生态恢复和气候变化双重背景下黄土高原植被生态系统与水文相互作用研究提供依据。【方法】利用趋势分析和逐步回归方法,对2000—2014年黄土高原植被生态系统WUE时空变化特征及其驱动因素进行了探讨。【结果】近15年黄土高原植被生态系统WUE呈显著增加趋势,增速为0.02 g C·kg-1H2O·a-1(P<0.001),不同植被生态系统年内WUE主要呈"双峰"模式,峰值分布在4

水分利用效率是衡量生态系统碳水循环耦合程度的重要指标。基于MODIS数据、土地覆盖类型数据和气象数据,估算安徽省植被水分利用效率(WUE),采用趋势分析法和相关分析法对安徽省2000～2014年植被WUE的时空格局、变化趋势及影响因素进行研究。研究表明:(1)不同植被类型的WUE年均值差异明显,常绿阔叶林和常绿针叶林的WUE均值较高,分别达到1.66和1.69 gC·mm~(-1)·m~(-2),而耕地的年均WUE最低,各植被类型的年均WUE按照"常绿针叶林>常绿阔叶林>灌木>草地>落叶阔叶林>针阔混交林>耕地"的顺序递减。植被年均WUE具有较强的空间分异性规律,整体上呈现南北高中间低的趋势,植被WUE的高值区主要分布在大别山区和皖南山区,分布范围与常绿针叶林、常绿阔叶林的分布范围基本一致。(2)安徽省2000～2014年植被WUE年内变化呈现出"增加-减小-增加-减小"的M状"双峰型"趋势,具有明显的季节差异,呈现出春季>秋季>夏季>冬季的特征,各季节植被WUE的均值分别占植被WUE的32.58%、24.91%、29.27%、13.24%。(3)安徽省植被WUE动态变化受到降水影响显著的区域占比3.88%;气温显著影响的区域占比2.19%;降水显著影响的地区主要分布在林地范围内,温度显著影响的地区则位于耕地范围内,降水和气温综合显著影响所占面积最小,为0.11%;而植被WUE受气温和降水影响均不显著占比为93.82%;整体上,安徽省大部分地区的植被WUE变化主要受非气候因素影响。

在全球变化和人类活动驱动下,社会系统与生态系统均处在不断加剧的动态变化中,揭示二者之间的互馈机制是保持和增强系统弹性以及可持续性的科学基础。黄土高原地区是中国人口、资源、环境矛盾最集中的区域之一,也是黄河重要的产水区和绝大部分泥沙的来源区。合理布局黄土高原土地利用格局,协调黄土高原水土保持和黄河下游水资源利用与泥沙控制,是黄土高原地区和黄河流域可持续发展的重大需求。本文立足于国际社会-生态系统耦合研究前沿和可持续发展与生态建设的国家需求,综述了区域社会系统与生态系统的互馈机制和社会-生态系统的耦合模拟的研究进展,总结了黄土高原社会-生态系统的变化过程和驱动机制,认为发展社会-生态系统动态机制分析方法和稳态转换识别方法,建立耦合社会系统与生态系统的土地利用权衡与优化模型,是推动社会-生态系统耦合研究理论与方法创新、为黄土高原的可持续发展提供科学依据的重要途径。

近年来在多种因素驱动下,黄土高原生态系统服务功能发生显著变化,对农民基本生产和生活产生重要影响。本文通过农户问卷调查和参与式农村评估,了解农户对生态系统服务变化的认知和态度,采用多指标评估法对农民福祉的变化进行分析,并探讨二者的关系。研究发现,劳动机会、水源、粮食和空气是当地与农民福祉最为相关的生态系统服务功能,其中劳动机会和粮食供给功能发生显著下降。不同地区农民福祉总体差异不显著,但福祉要素如收入水平、生产资料满意度、资源获取能力和营养获取能力存在差异。生态系统服务状况、收入来源和交通条件等是造成福祉要素差异的主要原因。1999年-2009年,固原农民福祉由31.5增至48.6,但总体水平仍...

在全球气候变化及其生态环境效应研究中,生态系统过渡带作为气候变化和人类活动的敏感区域,其土地覆盖的时空变化分析逐渐成为土地利用科学研究的热点问题。基于GIS的时空分析方法,在对Holdridge生命地带模型的判别标准进行改进的基础上,构建了生态系统过渡带的时空分析模型。在建立土地覆盖正向和逆向转换规则的基础上,构建了土地覆盖正向和逆向转换指数模型。并以黄土高原为案例区,在定量识别生态系统过渡带类型及其空间格局的基础上,定量评价了各种生态系统过渡带类型土地覆盖的转换情况。模拟分析结果表明,黄土高原地区共有14种生态系统过渡带类型,其总面积占整个黄土高原的25.21%。在1985—2005年期间,...

以涡度相关技术为基础,研究了青藏高原当雄县高寒草甸生态系统2003—2005年共3个生长季的潜热通量L(E)、CO2通量F(c)和水分利用效率W(UE)的变化特征。结果表明:①该地区2004和2005年的太阳总辐射最高值可分别达到1563和1640Wm/2,瞬时净辐射最高值分别为896和925Wm/2,瞬时潜热通量最高值分别为592和597Wm/2。净辐射能量的转化形式季节变化特征明显,6—8月份,净辐射能量多用于潜热蒸发,5月和10月净辐射则多用于显热交换。就2004年5—10月份所选6个代表性晴天来说,LE占Rn的比例分别为0.355%、0.916%、0.738%、0.818%、0.609...

【目的】黄土高原处于从湿润向干旱过渡、从森林向草原过渡、从农业向牧业过渡的地区，是中国气候变化与农业发展的敏感地带，针对此区域的地表植被覆盖物候特征研究，对于该地区农业生产、环境保护和生态建设具有重要的指示意义。通过分析不同时间序列、不同海拔高度与水热条件下植被物候趋势的差异，以期为黄土高原当前的农业生态环境建设与可持续发展提供有用的理论支撑与决策依据。【方法】基于１９９８—２０１２年ＳＰＯＴ ＶＥＧＥＴＡＴＩＯＮ旬值ＮＤＶＩ数据，并结合谐波分析法、线性趋势等方法对黄土高原各年植被物候特征值进行了确定，并分析了物候的变化趋势。【结果】（１）１９９８—２０１２年，生长季始期平均每年提前０．９Ｄ。．．．

黄土高原地区植被生长改善情况已被广泛证实，评价县域季节尺度的植被覆盖变化及影响因素有助于针对性识别植被改善时空效果。本文基于２０００－２０１２年ＭＯＤＩＳ ＮＤＶＩ数据和ＳｅＮ＋ＭａＮＮ－ＫｅＮＤａｌｌ模型，对陕西省长武县季相植被覆盖变化趋势的影响因素进行分析，研究结果显示：（１）２０００－２０１２年长武县的ＮＤＶＩ值呈波动上升趋势，增速为０．０６４／１０ａ，其中２０００－２００４年增加最为明显；（２）长武县植被覆盖总体增加，呈减少趋势区域主要分布在城镇化和工业化快速发展的县城周边；平缓波动趋势区域在空间分布上较集中于北部耕地；（３）２０００－２０１２年间长武县夏季植被改善情况最为显著；秋季植．．．

长江流域是我国重要的生态屏障，近几十年来，剧烈的气候变化和人类活动改变了长江流域的自然景观，并使其生态系统结构发生改变，生态系统功能退化。本研究采用活力-组织-弹性-生态系统服务功能评价框架，在县域尺度上计算了2000-2020年长江流域生态系统健康指数（Ecosystem Health Index， EHI），利用空间自相关方法分析了生态系统健康的空间聚集效应，并基于最优参数地理探测器模型和地理加权回归模型揭示了驱动因素的独立效应和联合效应及驱动因素的空间变化特征。结果表明：（1）长江流域生态系统健康水平整体较好，EHI均值为0.545，中下游高于上游，南部高于北部，生态系统水平较高的地区主要分布在林地及其周围，二十年间，长江流域的生态系统健康水平呈现改善趋势；（2）研究期内，长江流域生态系统健康水平呈现显著的空间集聚效应，且空间集聚程度呈现减弱趋势；（3）在驱动因子方面，影响长江流域生态系统健康的主导因素是土地利用强度和林地占比，自然因素对流域大部分区域有正向影响，社会经济因素对流域大部分地区有负向影响，且社会经济因素对长江流域生态系统健康的影响力度要大于自然因素。本研究可为长江流域生态系统的保护和管理，促进长江流域可持续协调发展提供理论参考。

针对黄土高原基流的动态变化特征和驱动因素问题,以昕水河流域为例,采用数字滤波法(3次,α=0.925)分割基流,利用Mann-Kendall、Pettitt、小波分析和Hurst法分析该流域基流的趋势性、突变性、周期性和持续性特点,采用双累积曲线法对基流变化驱动因素进行分析。结果表明,昕水河流域多年平均基流量为0.45亿m~3,基流指数为0.368;流域年基流量呈显著下降趋势(P0.50)。流域降水和人类活动是基流变化的根本原因,人类活动通过植被覆盖度的变化、地下水的开发、煤矿开采和水土保持措施等方式影响基流。与第一阶段相比,第二、第三阶段降水和人类活动对基流的影响比例分别为25.89%、74.11%和0.37%、99.63%。进入21世纪,人类活动逐渐成为影响基流变化的主要因素。

以土壤保持量为评估指标,应用修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原水土保持生态系统服务功能,分析了近20 a来的黄土高原土壤保持量的空间分布及其动态变化,对于揭示全球气候变化背景下黄土高原林草植被建设的生态成效具有重要的科学价值和现实意义。结果表明:1990—2010年黄土高原平均单位面积土壤保持量为305 t·hm-2·a-1,年均土壤保持总量为190×108t。1990—2000年农田、草地和林地生态系统平均单位面积土壤保持量分别为249、285和640 t·hm-2·a-1,2000—2010年平均单位面积土壤保持量分别增加了14.6%、2.9%和7.4%。黄土高原草地和林地的土壤保持率分...

黄土高原严重的水土流失是黄河泥沙的主要来源。自1950s以来大规模实施的水土保持工程建设是黄土高原水土流失治理的重要举措,在减少入黄泥沙方面做出了巨大贡献。水土保持工程措施通过直接或间接地作用于坡面、沟道的水文过程和物质迁移过程等,改变了水资源和土壤资源的时空分配格局,在土壤保持、粮食供给、水文调节等方面发挥了重要作用,对黄河流域生态安全具有重要贡献。本文系统综述了黄土高原水土保持工程措施的发展演变,阐述了水土保持工程措施对水土过程的作用机制及对关键生态系统服务的贡献,探讨了新形势下黄土高原水土保持工程措施建设面临的问题、挑战。在此基础上提出今后黄土高原水土保持工程措施应加强维护和管理,提升应对极端气候事件和自然灾害的能力,面向国家生态文明建设和区域社会经济发展需求,统筹工程措施与植被措施,进行科学的设计与合理的时空配置,以维护黄土高原及黄河流域生态安全、维持和提升区域生态系统服务功能及社会经济效益。

【目的】土壤侵蚀是导致人类赖以生存且日趋紧缺的土地资源退化和损失的主要原因,这种损失正在全球悄然进行。定量计算区域土地生态系统水土保持的价值量,为区域土地的持续利用与生态环境和社会经济协调发展提供科学决策依据。【方法】本文根据陕北黄土高原的特点,采用无植被覆盖的潜在土壤侵蚀量来估算各生态系统土壤保持量,然后利用估算的土壤保持量,采用市场价值法、机会成本法和影子工程法从保护土壤肥力、减少表土损失和减轻泥沙淤积3个方面来评价水土保持的经济效益。【结果】而从整个时间段上来看,2000年比1978年的土壤保持量增长94.18%,接近一倍。1978～2000年期间陕北黄土高原水土保持价值是逐渐增加的,1...

【目的】明确氮肥在黄土高原地区不同种植条件下对冬小麦生产的影响及各条件下合理的施氮量。【方法】通过文献检索共获得82篇大田试验文献,包含355个独立研究的1 169组观测数据,采用整合分析比较氮肥在黄土高原不同区域、不同年均温、不同年降水量及不同耕层有机质含量下对冬小麦产量和水分利用效率的影响,并采用回归分析探究各分组产量和水分利用效率与施氮量间的关系。【结果】施氮整体上显著提高了黄土高原冬小麦产量和水分利用效率,相对增长率分别为66.09%和72.38%(P10℃地区;年均温>10℃地区施氮189 kg·hm~(-2)和187 kg·hm~(-2)时产量和水分利用效率分别达到最高,而年均温≤10℃地区施氮225 kg·hm~(-2)时产量才趋于最大,水分利用效率在施氮239 kg·hm~(-2)时达到最高。施氮后在年均降水≤600 mm地区产量相对增长率(70.48%)更显著,而水分利用效率则在年均降水>600 mm时更显著;年均降水≤600 mm地区在施氮量235 kg·hm~(-2)和244 kg·hm~(-2)时,产量和水分利用效率分别达到最高,年均降水>600 mm地区实现高产的施氮量为250 kg·hm~(-2)。施氮后耕层有机质含量≤12 g·kg~(-1)条件下,产量和水分利用效率的相对增长率(78.24%, 86.55%)均高于>12 g·kg~(-1)条件,前者在施氮量226 kg·hm~(-2)和212 kg·hm~(-2)时产量和水分利用效率分别达到最高,而后者获得最高产量和最高水分利用效率的施氮量分别为163 kg·hm~(-2)和175 kg·hm~(-2)。【结论】在黄土高原,冬小麦在东南部和西北部获得高产的合理施氮量分别为227 kg·hm~(-2)和212 kg·hm~(-2);年均温>10℃地区合理施氮量为187kg·hm~(-2),年均温≤10℃地区为239 kg·hm~(-2);年均降水>600 mm地区合理施氮量为250 kg·hm~(-2),年均降水量≤600mm地区为235 kg·hm~(-2);耕层有机质含量≤12 g·kg~(-1)条件下的合理施氮量为226 kg·hm~(-2),高于12 g·kg~(-1)时则为163 kg·hm~(-2)。

水分条件是直接影响农作物产量高低的主要限制因子之一,但对青海湖流域油菜和燕麦植物水分利用方式的认识尚不清楚。论文收集油菜和燕麦整个生育期内降水、植物和土壤水氢氧稳定同位素组成,并通过直接对比法和多源混合模型定量地计算出油菜和燕麦对不同深度土壤水分利用比例。结果表明:降水中同位素组成表征出较大的波动性变化,浅层土壤水同位素组成受蒸发作用影响明显富集于深层土壤水分,且土壤水中同位素在垂直方向上呈浅层土壤水较富集于深层土壤水。油菜在生育期内根系吸水方式在浅层和深层土壤间发生明显的转换,如在蕾薹期、开花期、灌浆期