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当期目录

    2019年, 第34卷, 第12期 刊出日期:2019-12-28 上一期    下一期
    资源与战略
    资源型地区自然资源对经济增长影响的实证分析——基于2000-2016年中国重点煤炭城市样本
    斯日吉模楞, 毛培
    2019, 34 (12):  2491-2503.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191201
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1345KB) ( )  

    大多数资源型地区在自然资源开采过程中经济增长长期呈现缓慢现象。如何利用资源优势、摆脱资源瓶颈、实现经济可持续发展是资源型地区面临的关键问题。以2000-2016年我国重点煤炭城市面板数据为样本,探讨资源型地区自然资源影响经济增长的不同途径。结果显示:资源型地区短期受益于“资源红利”,但长期由于容易出现资源产业依赖行为而对其他经济活动和资源依赖产业产生“挤出效应”,影响长期经济增长速度;同时,资源型地区容易表现出依靠物质资本投资实现经济增长的“粗放型增长”特征。本文研究结论丰富了自然资源对经济增长影响机制的探索,对资源型地区如何实现可持续发展也具有一定的实践启示。

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    湿地专栏
    潮沟对黄河三角洲湿地典型景观格局的影响
    于小娟, 薛振山, 张仲胜, 宋晓林, 张红日
    2019, 34 (12):  2504-2515.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191202
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3067KB) ( )  

    为揭示潮沟发育对黄河三角洲典型湿地景观类型空间分布格局的影响,通过对1989-2016年黄河三角洲7期遥感影像进行目视解译,在获取潮沟及湿地景观类型空间分布基础上,通过冗余分析识别影响黄河三角洲典型湿地景观特征的主要潮沟指标。结果表明:光滩面积占比的变化趋势与芦苇(Phragmites australis)、碱蓬(Suaeda salsa)相反;黄河三角洲北部区域湿地景观的斑块密度整体上大于南部,景观破碎化程度相对较高;RDA结果显示前两个排序轴能够解释潮沟发育指标与景观格局指数关系的85.7%,较好地反映了两者的相关关系;潮沟长度、数量、网络连通度和曲率对区域景观格局的影响程度较大;潮沟分维值对景观格局影响程度最小;潮沟长度、数量、分维值与芦苇和碱蓬的面积占比及斑块密度呈负相关关系,与光滩面积占比呈正相关关系。

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    基于生产可能性边界的黄河三角洲湿地生态系统服务权衡强度
    杨薇, 靳宇弯, 孙立鑫, 孙涛, 邵冬冬
    2019, 34 (12):  2516-2528.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191203
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3698KB) ( )  

    提出了一种基于生产可能性边界(PPF)的湿地生态系统服务权衡强度计算方法,包括湿地生态系统服务定量评估、权衡关系判定、PPF曲线绘制和权衡强度计算四个步骤。以黄河三角洲湿地为研究对象,对保护情景、现状发展情景及开发情景三种土地利用发展模式下的主导生态系统服务进行了定量化权衡分析。结果表明:各生态系统服务间呈现显著相关关系(R2≥0.9,P<0.01),各发展情景下,栖息地质量与碳储量之间均为协同关系;物质生产与栖息地质量间均为权衡关系,排序为保护情景<基期<现状发展情景<开发情景;而对于物质生产与碳储量之间,在保护及现状发展情景下存在协同关系;而开发情景下转变为权衡关系。该模型通过灵活比较不同生态服务间权衡关系分析进行系列管理规划的方案优选,为实现区域可持续发展提供科学依据。

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    生物炭对滨海湿地盐碱土壤碳氮循环的影响
    张倩, 刘冰洁, 余璐, 王瑞瑞, 郑浩, 罗先香, 李锋民
    2019, 34 (12):  2529-2543.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191204
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2322KB) ( )  

    滨海湿地盐碱土壤在全球碳氮循环及调节气候变化中起着重要作用。环境友好型土壤改良剂生物炭(Biochar,BC)在缓解气候变化和促进农业可持续发展方面前景巨大。然而,现有研究多关注BC对滨海湿地盐碱土壤中温室气体排放及土壤氮素流失的影响,缺乏其对滨海湿地盐碱土壤碳氮循环的深入研究和系统总结。本文综合分析了施用BC对滨海湿地盐碱土壤植被碳库、有机碳库、有机碳矿化及生物固氮、硝化、反硝化、矿化、氨损失等碳氮循环过程的影响和可能机制。指出未来应关注长期野外研究,利用宏基因组等现代分子生物技术,阐明BC对土壤碳氮循环影响的分子生物学机制,以期为滨海湿地生态系统的修复与功能保育提供理论依据。

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    黄河口滨海湿地水文连通对大型底栖动物生物连通的影响
    王新艳, 闫家国, 白军红, 崔保山
    2019, 34 (12):  2544-2553.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191205
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2448KB) ( )  

    滨海湿地处于海陆的交错地带,在人类活动和气候变化的双重作用下导致湿地水文连通受阻。选取黄河口滨海湿地三条水文连通强度差异明显的潮沟,调查不同潮沟的大型底栖动物群落,分析水文连通强度对大型底栖动物分布和生物多样性的影响。结果表明:记录到的大型底栖动物共有52种,优势类群为多毛类和软体动物;总体来看随着水文连通强度的增强,大型底栖动物的总密度呈上升趋势;中等水文连通强度的区域,生物多样性较高;大型底栖动物不同类群的数量和分布对水文连通引起的环境因子变化的响应也有很大的差异,多毛类和寡毛类在水文连通弱的区域占优势,软体动物在水文连通较强营养物质含量丰富的区域占优势,甲壳类在靠近潮沟源头水文连通最强的区域占优势。

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    湿地要素中碳氮同位素特征与水文连通的关系
    郭雨桐, 崔圆, 王晨, 王倩, 修玉娇, 肖蓉, 张明祥
    2019, 34 (12):  2554-2568.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191206
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3069KB) ( )  

    为探究湿地三要素中碳氮稳定同位素分布特征与湿地水文连通的关系,选取黄河三角洲恢复区和潮汐区湿地典型样点,分析样点水文连通度、植物/土壤/水体悬浮颗粒物中碳氮稳定同位素分布特征及水文连通度与碳氮稳定同位素间的关系。结果表明:恢复区芦苇(Phragmite australis)、香蒲(Typha orientalis)和盐地碱蓬(Suaeda salsa)三种植物地上及地下部分δ13C值存在显著差异。恢复区芦苇湿地水体悬浮颗粒物中的δ13C值比潮汐区芦苇湿地的更低。潮汐区三个芦苇样点土壤中δ13C值和δ15N值无显著差异,但与恢复区芦苇土壤存在显著差异;恢复区和潮汐区湿地区域水文连通度分别为0.0520和0.0484,不同样点间水文连通度差异较大;湿地水文连通度与植物地上部分及水体悬浮颗粒物中δ13C值呈显著负相关关系,说明水文连通对水体悬浮颗粒物的来源及植物的碳代谢和生长可能存在影响。

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    滨海盐沼水文特征对盐地碱蓬定植过程的影响
    王青, 骆梦, 邱冬冬, 谢湉, 施伟, 崔保山
    2019, 34 (12):  2569-2579.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191207
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2850KB) ( )  

    为了揭示盐沼水文特征对植物定植的影响,选择黄河三角洲滨海盐沼无植被、具有一定水文梯度的区域,通过定点监测和野外控制实验展开研究。结果表明:(1)潮沟作为盐沼潮水的主要源汇通道,高程和水文特征在垂直潮沟方向上发生显著变化;在时间上,盐沼表面潮汐过程存在干湿季特点;在空间上,淹水频率和淹水时长随高程增加而降低。(2)土壤水盐特征与水文特征相关性不高,但趋势显著:盐度随着距潮沟距离的增加呈上升趋势,含水率则相反。(3)盐地碱蓬(Suaeda salsa)种子捕捉量、萌发率和幼苗存活率随距潮沟距离增加而下降,远离潮沟区域由于种子到达概率较低、萌发和生长条件较差,降低了植物成功定植的概率。

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    黄河口典型芦苇湿地土壤磷的吸附动力学特征
    白军红, 叶晓飞, 胡星云, 王伟, 张玲
    2019, 34 (12):  2580-2587.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191208
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1087KB) ( )  

    以黄河口不同淹水条件的芦苇湿地为研究对象(潮汐淹水湿地、淡水恢复湿地和季节性淹水湿地),通过吸附模拟实验探讨了不同类型湿地表层土壤对磷的吸附动力学特征及其影响因素,评估了不同淹水条件下湿地土壤对磷的吸附能力。研究结果表明:具有不同水盐条件的芦苇湿地土壤对上覆水体中磷的吸附表现为淡水恢复湿地>潮汐淹水湿地>季节性淹水湿地,淡水恢复湿地土壤对磷的吸附量最大;三类湿地土壤对磷的吸附过程均表现为初期(0~3 h)最快、中期(3~24 h)逐渐减慢、后期(24 h以后)慢而平衡的状态,但淡水恢复湿地土壤对磷的吸附速率最快,季节性淹水湿地土壤对磷的吸附速率最慢且存在着时间上的延迟性;三类湿地土壤的水盐条件和理化性质差异(如pH、盐度、土壤质地、Al0、Fe0和Ca0)是导致三类湿地土壤对磷的吸附量和吸附速率存在差异的主要因素;Simple Elovich模型和Power Function模型更适合模拟黄河口芦苇(Phragmites australis)湿地土壤对磷的吸附动力学特征。在黄河口退化芦苇湿地实施淡水恢复工程,能够在一定程度上促进湿地土壤对磷的吸附,进而降低湿地水体发生富营养化的风险。

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    地下水矿化度对黄河三角洲柽柳光合及耗水特征的影响
    赵自国, 赵凤娟, 夏江宝, 王月海
    2019, 34 (12):  2588-2600.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191209
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2232KB) ( )  

    为了解黄河三角洲地下水浅埋区柽柳(Tamarix chinensis Lour.)对地下水矿化度的适应特征,运用叶片气体交换和树干液流技术,测定了地下水埋深为0.9 m时淡水、微咸水(3 g·L-1)、咸水(8 g·L-1)和盐水(20 g·L-1)四种矿化度下柽柳的光合作用和水分利用等参数。结果表明:随地下水矿化度升高:(1)土壤水、盐含量和土壤溶液绝对浓度均逐渐升高。(2)叶片最大净光合速率和光饱和点在咸水下最高;表观量子效率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度、树干液流速率等在微咸水下最高;以上指标均在盐水矿化度下最低。水分利用效率和气孔限制值在微咸水下最低,盐水下最高。在地下水埋深0.9 m时,咸水矿化度下柽柳光合效率高,光照生态幅宽,水分利用效率高,适于柽柳幼苗的生长。

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    滨海湿地盐沼植被修复中的种子产品制作过程及其有效性
    隋皓辰, 马旭, 闫家国, 张树岩, 盖凌云, 刘泽正, 邱冬冬, 崔保山
    2019, 34 (12):  2601-2614.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191210
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4175KB) ( )  

    针对当前滨海湿地种子流在潮汐过程中种子有效沉降降低、土壤种子库分布不均、定植效率低和栖息地裸斑现象等关键问题,以黄河三角洲盐沼湿地的盐地碱蓬(Suaeda salsa)为修复物种,研发一种应用于滨海湿地盐沼植被修复的固态种子产品,阐述固态种子产品的制作过程,并开展三种不同保水材料为核心材料(聚丙烯酰胺PAM,羟乙基纤维素HEC,羟丙基甲基纤维素HPMC)的种子产品的有效性研究。研究结果表明:(1)包装制作后的盐地碱蓬种子的吸水倍率和保水持续时间显著高于普通天然种子,表现出良好的吸水保水特性;(2)包装后的盐地碱蓬种子受盐度梯度变化的影响较小,表现出良好的耐盐抗性;(3)包装后的盐地碱蓬种子具有更高的萌发潜力,而不同保水材料的种子产品包装对盐地碱蓬种子萌发的促进作用表现为PAM>HPMC>HEC>天然种子;(4)包装后的盐地碱蓬种子具有更短的悬浮时间和较快的平均沉降速度,表明了种子产品增强了盐地碱蓬种子抵抗水动力干扰的潜力,其中以PAM为保水材料的种子产品可以直接、快速地沉降。本文首次将种子产品技术应用于滨海湿地盐沼植被修复中,为种子产品技术在退化滨海湿地的植被修复领域的应用与实践提供了理论基础。

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    黄河三角洲柽柳光合作用及树干液流对潜水埋深的响应
    任冉冉, 夏江宝, 张淑勇, 赵自国, 赵西梅
    2019, 34 (12):  2615-2628.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191211
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3629KB) ( )  

    为揭示黄河三角洲柽柳(Tamarix chinensis)叶片光合作用及耗水特征对潜水埋深的响应规律,明确维持柽柳较高光合效率及适宜生长的潜水埋深,以三年生柽柳苗木为试验材料,模拟设置淡水条件下0 m、0.3 m、0.6 m、0.9 m、1.2 m、1.5 m、1.8 m共7个潜水埋深,测定分析柽柳叶片气体交换参数的光响应过程和树干液流日动态。结果表明:不同潜水埋深可显著改变土壤水分条件,从而影响柽柳的光合作用和耗水性能,柽柳叶片净光合速率、光合光响应参数、水分利用效率以及树干液流速率具有明显的水位响应性。在浅水位(≤0.3 m)导致渍水胁迫和深水位(1.8 m)导致干旱胁迫时,柽柳幼苗光合作用受到较大抑制。柽柳呈现出耐干旱不耐水湿的光合水分适应性,深水位(≥0.6 m)柽柳的光合能力显著高于浅水位(≤0.3 m),在潜水埋深0.9~1.5 m之间柽柳光合能力较强,1.2 m是柽柳生长最适宜的潜水埋深。

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    资源评价
    不同情景模式下雄安新区的水资源利用效率和节水潜力分析
    赵志博, 赵领娣, 王亚薇, 袁田
    2019, 34 (12):  2629-2642.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191212
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2167KB) ( )  

    雄安新区是千年大计、国家大事,水资源短缺与水体污染成为制约其发展的主要问题。从水资源利用效率及节水潜力视角出发,以深圳发展历程为标杆,结合情景分析与方向性距离函数等模型,展示到2035年不同情景的雄安水资源利用效率及节水潜力发展图景和路径。研究表明:从利用效率看,在基准、起步、建成情景下雄安呈现出由低效率区到较高效率区再到高效率区的变化态势。从节水潜力看,效率改善空间减小、技术落差比增加等表明雄安节水潜力得到充分挖掘。杜绝污水直排、积极发展污水处理技术、优化新区产业结构等是促使水资源利用效率提高的有效手段,是雄安实现绿色生态发展的重要保障。

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    中亚跨境流域生态脆弱性评价及其时空特征分析——以阿姆河流域为例
    陈桃, 包安明, 郭浩, 郑国雄, 袁野, 于涛
    2019, 34 (12):  2643-2657.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191213
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4765KB) ( )  

    生态脆弱性(EVI)的定量评估和长期分析,对于了解区域生态环境动态变化与指导生态环境保护与修复极为重要。但以往研究很少对跨境流域这一特殊单元进行生态脆弱性评价。以阿姆河流域为例,选择反映研究区植被、水文、气候、地形、土壤以及人类活动等方面的11个指标,通过共线性诊断分析,构建了阿姆河流域生态脆弱性评价体系,利用主观权重与客观权重相结合的方法确定指标权重,对1990-2015年研究区EVI进行了定量评价及时空特征分析。结果表明:(1)研究区生态环境呈恶化趋势,大部分区域处于重度脆弱状态,研究时段内重度脆弱性比例的平均值为46.40%;极度脆弱性占比在过去25年内呈增加趋势,从1990年的2.58%增加至2015年的16.97%,增幅为14.39%。(2)生态脆弱性在不同土地覆被类型之间差异巨大,其中草地的EVI值变化最大,裸地的生态环境最为脆弱,林地的生态脆弱性最小;研究区生态脆弱程度整体表现为裸地>灌丛>草地>耕地>城市用地>林地的规律。(3)EVI与地形因子的关系表明生态环境最为脆弱的区域主要位于低海拔地势平坦与高海拔坡度大的地区,而低脆弱性主要分布在海拔2500~3500 m或坡度15~25°的区间上。

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    耕地地块细碎程度及其对山区农业生产成本的影响
    王亚辉, 李秀彬, 辛良杰
    2019, 34 (12):  2658-2672.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191214
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2181KB) ( )  

    在务农成本持续上涨和省工性技术普及的背景下,山区地块细碎化逐渐成为抑制农民增收的重要因素。厘清山区耕地细碎程度及其对农业生产的影响,对于降低农业生产成本具有指导价值。基于重庆市武隆区、巫山县和酉阳县的1015份农户调研数据,分别从地块权属和空间分布两个角度测算耕地细碎程度,并采用半对数经济计量模型评估耕地细碎差异对农业生产成本的影响。结果表明:研究区耕地细碎程度严重,辛普森指数和地块距离指数分别为0.71和0.19,户均耕地面积6.19亩、地块数8.89块,地块与家庭平均相距430 m,即呈现出“块数多、规模小和距离短”的特征;耕地细碎程度加剧提高了农业生产成本,当辛普森指数和地块距离指数每增加一个标准差时,单位产量总成本依次上升33.8%和16.6%;具体到各单项成本,耕地细碎程度加剧显著提高了劳动力、化肥和种子成本,而限制机械及其他要素的使用。分作物的实证显示,耕地细碎化效应存在明显的作物异质性。此外,优质耕地能缓解地块细碎带来的成本上升,同时扩大地块面积有助于降低生产成本。政策启示:降低农业经营成本是缓解山区耕地撂荒的重要举措,政府应建立低成本的农地流转网络,并鼓励农户或村庄之间的土地互换,提高地块规模和减少耕作距离,同时政府还应推广和普及适合山区农业的微耕机械。

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    农村居民点多维形态空间格局与耦合类型
    曲衍波, 魏淑文, 刘敏, 展凌云, 李雅楠
    2019, 34 (12):  2673-2686.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191215
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3907KB) ( )  

    农村居民点空间形态的系统认识与分类研究是乡村整治和科学实施乡村振兴的重要基础。以北京市平谷区为研究区域,从规模、结构和功能三个维度构建农村居民点形态识别指标,使用多因素综合评价法得到275个行政村的规模强度、结构合理度和功能协调度,借助ArcGIS和GeoDa依次对三者进行空间关联分析,进而基于三维特征划分出8种农村居民点耦合类型。结果表明:(1)平谷区农村居民点规模强度、结构合理度和功能协调度在空间上均存在空间集聚的正相关性,空间分布分别呈现“递进式”“圈层式”和“镶嵌式”格局。(2)平谷区农村居民点多维形态的地域差异性显著,全区62.8%的村庄表现为低强度,51.3%的村庄表现为结构不合理,61.4%的村庄表现为功能不协调。(3)平谷区以T1-S1-F2型(高强度—合理—不协调型)和T1-S2-F2型(高强度—不合理—不协调型)的农村居民点为主,两者共占农村居民点总量的60.1%,前者主要分布在距离城区较近的乡镇,后者主要分布在距离城区较远的北部、西南部和东部的山地丘陵区。(4)规模强度高、结构不合理、功能不协调的农村居民点类型是平谷区乡村协同发展的主要障碍,政策制度、技术工程、产业扶持等差别化治理模式是推进农村居民点可持续性利用和乡村振兴的关键。

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    资源生态
    耕地细碎化对农户化肥使用效率的影响
    史常亮, 张益, 郭焱, 朱俊峰
    2019, 34 (12):  2687-2700.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191216
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1640KB) ( )  

    在国家提倡化肥使用零增长、减量化的背景下,如何提高农户化肥使用效率变得至关重要。论文从技术效率角度衡量化肥使用效率,使用回归分析和基于R2的夏普里值分解方法考察了耕地细碎化对农户化肥使用效率的影响方向及程度。结果表明:(1)农户在化肥使用上存在着较高的技术无效率,在保持劳动力、土地等其他要素投入数量不变的情况下,约52.51%的化肥投入可以削减且不影响产出。通过提高农户对化肥的使用和管理水平完全可以做到化肥减量而作物不减产。(2)耕地细碎化对农户化肥使用效率具有显著负影响,是导致农户化肥使用效率低下的一个重要原因,能够解释农户间化肥使用效率差异12.15%,在所有决定因素中位居第四,仅次于村虚拟变量、水田比例和粮食作物种植比例。而且,在细碎化程度越高的西部地区,耕地细碎化对农户化肥使用效率差异的贡献越强。(3)农户在化肥使用效率上的差异主要源于所在村特征和包括经营规模、种植结构、土地质量、是否加入合作社等因素在内的生产经营特征的不同;而农户个体特征受集体决策影响,解释力较弱。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    桐梓河流域输沙量变化及其对气候和人类活动的响应
    田义超, 王世杰, 白晓永, 张强, 陶进, 张亚丽, 黄鹄, 梁铭忠, 周国清, 劳燕玲
    2019, 34 (12):  2701-2716.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191217
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5791KB) ( )  

    基于桐梓河流域二郎坝水文站1975-2015年长时间序列降水、蒸散量及输沙量数据,通过累积距平法、Morlet小波分析和Hurst指数等数理统计方法;定量分析了流域40年以来输沙量的演变过程以及未来变化趋势,并应用累积量斜率变化率比较法定量评估了研究区降雨量变化和人类活动对流域输沙量变化的影响和贡献率。研究结果表明:(1)40年来流域降水量介于608.10~1132.70 mm之间,其平均值为829.00 mm,呈不显著减小趋势,年均减小量为-3.10 mm/a。(2)流域年输沙量介于0.44万~478.01万t,其平均值为64.68万t,呈极显著减少趋势,减少速率为-4.13万t/a。未来流域输沙量呈持续递减趋势,但10年后将呈现出增加趋势。(3)1989年为流域输沙量的突变年份,1989年以前呈现上升趋势,1989年之后呈显著下降趋势,且突变年份后输沙量较突变年份前减少了76.82%。(4)输沙量存在12年左右的年代际震荡周期,形成了两个高震荡周期和一个低震荡中心,高震荡周期位于1976-1979年以及1986-1992年,低震荡周期位于1979-1985年。(5)多年季节输沙量呈持续性减少趋势,夏季输沙量在8年之后可能呈现出增加趋势,而其他季节则不存在持续性周期。(6)以1975-1989为基准期,降水量和人类活动对流域输沙量的贡献在1990-2015年分别达到4.87%和95.14%;如果考虑蒸发量对流域输沙量的影响,则人类活动对桐梓河流域径流量变化的贡献率在2003-2015年会增加到98.65%。流域输沙量在1990-2015年的减少主要由人类活动控制,人类活动每年导致输沙量减少1.57万t。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于多源遥感数据的锡尔河中下游农田土壤水分反演
    王浩, 罗格平, 王伟胜, PACHIKINKonstantin, 李耀明, 郑宏伟, 胡伟杰
    2019, 34 (12):  2717-2731.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191218
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    机器学习结合多源遥感数据反演土壤水分含量(SMC)是目前SMC研究的热点,因较少考虑温度、蒸散等重要SMC影响因子,反演结果存在一定的不确定性。利用Sentinel-1影像、MODIS产品和SRTM数据,提取雷达后向散射系数等32个SMC影响因子,经相关分析选择27个显著的SMC影响因子(P<0.05)作为反演因子,并设计三组因子组合。这三组因子组合分别与随机森林、支持向量回归、BP神经网络三种机器学习方法结合,发现基于随机森林结合所有因子的方案,其SMC反演精度最高,该组合均方根误差RMSE为0.039 m³/m³,将该方案被用于反演2017年生长季锡尔河流域中下游平原区农田SMC。结果表明:从上部至下部SMC总体呈逐渐增加的态势,但存在显著时空差异,春季和秋季SMC较高而夏季较低。SMC差异主要由土壤质地、热量条件和地表植被状况差异引起。春季平原区下部农田SMC要高于上部,SMC的主控因子是土壤质地和地表植被状况;在夏季,土壤水分的主控因子是热量条件,农田灌溉弥补了热量条件差异对土壤水分的影响,导致空间上平原上部和下部土壤SMC空间差异不显著;秋季SMC的主控因子植被状况抵消地表温度和土壤质地差异对SMC的影响,使得秋季SMC空间差异不显著。本文采用的研究方法在一定程度上克服了因考虑SMC影响因子不足而获取更高SMC精度的限制。

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    表征全吸力范围的土壤水分特征曲线模型评估及其转换函数构建
    安乐生, 赵宽, 李明
    2019, 34 (12):  2732-2742.  doi: 10.31497/zrzyxb.20191219
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    基于非饱和土壤水力性质数据库(UNSODA)中选取的从砂土到黏土共256个土壤样本,系统性地评价了表征全吸力范围的土壤水分特征曲线模型(LIAO模型)的适用性,并构建和验证了预测LIAO模型参数的土壤转换函数(PTFs)。结果表明:(1)与传统的van Genuchten模型(仅适用于描述毛管水运动)相比,LIAO模型对不同质地土壤水分特征曲线的预测精度更高,均方根误差(RMSE)降低了约45%;(2)LIAO模型参数与土壤基本性质(如砂粒、粉粒、黏粒、有机质含量和容重)之间存在不同程度的相关性,其中参数θs与容重的相关性(r=-0.783,P<0.01)最强,而其余参数与粉粒的相关程度最高;(3)基于逐步回归方法构建的PTFs能够解释LIAO模型参数总变异的31%~65%,其中对θs的预测精度最高,经双交叉验证表明PTFs稳定性较好。研究成果可为区域(尤其是干旱和半干旱地区)土壤水文模型提供参数支持。

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