濑溪河流域存在严重的水力侵蚀,同时伴随着水土流失分布点多线长面广的特点.而现有模型几乎只考虑了流域尺度上的坡面和河流侵蚀过程,或者是坡面和流域尺度的基本结合,导致对土壤侵蚀全过程的物理模拟产生高度不确定.为此提出不同尺度模型相互耦合的水土流失监测体系,从三级顺序"坡-沟-河"结构,全面反演流域水沙的时空动态迁移过程.基于多模型耦合体系的流域应用表明:①单一模型在濑溪河流域都表现出良好的适用性和准确性.RUSLE模型预测结果与实际侵蚀规律高度吻合,SWAT模型参数率定的纳什效率系数(NSE)和决定性系数(R2)均达到0.6以上,模拟预测结果鲁棒性较好.②不同侵蚀模型的特征反演相互关联程度都达到极显著相关水平.WEPP和SWAT模型间R2为0.96,RUSLE和WEPP模型间R2为0.77,RUSLE和SWAT模型间R2为0.58,分析表明坡面、细沟和河道尺度下的侵蚀物理过程是紧密耦合的.③多模型耦合的水土流失全过程风险评价较单一模型更为全面.通过对土壤侵蚀物理过程的空间耦合,实现流域土壤侵蚀、细沟冲刷和河道沉积等相关侵蚀过程的整体性评价,利于从不同尺度全面反演流域水沙输移的时空动态迁移过程和预测侵蚀风险发生规律.

融雪期的侵蚀外营力主要以冻融和融雪径流为主,该营力可能会影响土壤结构和团聚体稳定性,从而对融雪侵蚀过程产生影响.在融雪期,融雪径流过程会导致团聚体输移破碎,但是关于冻融对团聚体输移破碎的影响研究鲜有报道.本研究以东北典型黑土区5～7和3～5 mm团聚体为对象,分析了不同冻融次数(0、1、5、10、15和20次)下水稳性团聚体组成、平均重量直径(MWD)、标准化平均重量直径(NMWD)和不同冻融次数、不同输移距离(5、10、15、20、25和30 m)下团聚体输移破碎率(BR)及冻融和输移共同作用对BR的贡献度(CT),研究融雪期典型黑土团聚体输移破碎特征.结果表明:5～7和3～5 mm团聚体冻融循环后主要以0.5-1 mm粒径为主,随着冻融次数增加其MWD值总体呈下降趋势,并且在相同冻融次数下3～5 mm团聚体NMWD大于5～7 mm.5～7和3～5mm团聚体随着输移距离的增加BR逐渐增加,尤其是在1次冻融条件下,与未冻融组相比输移距离为5、10、15、20、25和30 m时BR分别显著增加59.7％、32.2％、13.7％、6.2％、13.4％、7.5％和 60.0％、39.0％、18.4％、13.0％、6.3％、6.1％;但随着冻融次数的增加,BR 增加相对缓慢.团聚体输移破碎主要受输移距离(CT=54.6％)和冻融循环(CT=26.2％)的影响,并且冻融循环主要改变团聚体稳定性,进而影响团聚体输移破碎率.可见,在融雪期,冻融循环降低了土壤团聚体稳定性,致使融雪径流过程中团聚体输移破碎严重,土壤更易随水流迁移引发水土流失,因此,应重视该时期的土壤侵蚀及其防治.

水生态修复分区向上衔接水生态系统修复目标,向下引导修复工程的空间布局,是实现水资源要素系统修复的关键.当前,水生态修复分区面临层级体系不一、指标不全面、边界模糊等问题,因此,本研究以喀斯特生态脆弱区广西河池市为例,构建"流域自然单元-主导生态功能-生态胁迫风险"的多维分区体系框架.一级分区选取河流水系和地貌类型作为划分指标,识别子流域单元作为一级分区边界;二级分区采取"自上而下"的划分方法,在承接流域自然地理特征的基础上,明确水生态修复的目标,选取水源涵养、生物多样性和景观文化服务3项指标进行评价,利用K-means聚类方法对空间单元内的主导生态功能进行识别,以子流域单元作为二级分区边界;三级分区是生态修复工程的具体实施单元,选取水土流失、洪涝风险和人类干扰3项指标表征水生态系统面临的外部胁迫风险,进行三级分区划定.共划定11个水生态一级分区、4个二级分区和3个三级分区,综合流域自然地理格局、主导生态功能、生态胁迫风险的空间分异特征的三级分区结果,并结合子流域单元和乡镇行政单元确定分区边界,最终将水生态修复分区综合划分为5类、32个子生态分区,并分区、分类提出相应的生态修复策略.

雨水蓄集系统是黄土丘陵区广泛用于提高水资源利用效率、减少水土流失的生态工程措施,而生物结皮作为一种潜在的集雨面制作材料,其集雨汇流的效果及关键影响因子尚不明确.本研究针对黄土丘陵区风沙土发育的藻类和藓类生物结皮,以裸土为对照,分别开展了 40、60、80和100 mm·h-1降雨强度下的野外模拟试验,比较了不同降雨强度条件下裸土与生物结皮集雨面的初始产流时间、累积集雨量和集雨效率的差异,并进一步揭示了影响生物结皮集雨效果的关键因子.结果表明:生物结皮集雨面显著降低了初始产流时间,且藓结皮效果显著优于藻结皮.当雨强为40～100 mm·h-1、坡度为40°时,藓结皮的初始产流时间比藻结皮和裸土分别降低了 49.7％～77.5％和89.7％～110.0％.生物结皮集雨面显著增加了累积集雨量和集雨效率.当雨强为100 mm·h-1、坡度为40°时,与裸土相比,藓结皮和藻结皮的累积集雨量分别增加了29.6％和7.8％,集雨效率分别提高了 25.7％和6.8％.方差分析表明,坡度、雨强和地表覆盖类型均能显著影响集雨效率,且除坡度与雨强外其他因素间交互作用显著.此外,集雨面坡长、坡度及生物结皮培育方式等是布设集雨小区时需统筹考虑的关键影响因子.综上,黄土丘陵区生物结皮集雨面具有良好的集雨效率且藓结皮集雨效果更佳,随着坡度和雨强增加其集雨效率更优.

国土空间生态修复关键区的识别是锚固城市生态安全底线的关键,矿业废弃地作为众多资源型城市生态修复的核心内容,分区建设具有重要现实意义.本研究基于生态功能与空间的重要性对邯郸市的矿业废弃地进行评级分区,以此为城市生态修复工作的有序开展提供一定的理论支撑.研究框架方面,提出在城市尺度下基于功能层面的生态保护重要性与空间层面的生态安全格局叠加,以得到更准确的生态修复关键区识别结果.研究过程中,选择契合地域特征的水源涵养、土壤保持、生物多样性维护和水土流失敏感性4项指标进行生态保护重要性评价,选择MSPA-Conefor-SPCA-MCR-电路理论进行生态安全格局构建.结果表明:邯郸市剩余的204处矿业废弃地中,有73处属于生态修复关键区,总面积为1500.9 hm2,主要集中于鼓山、凤凰山及符山区域.这些区域虽存在严重的生态环境问题,但同样赋存着巨大的潜力价值.在简单覆绿的基础上积极寻求场地转型、延长矿山生态修复治理的价值链和产业链或许将成为这些区域的更重要目标.

为揭示高寒半干旱区不同降雨强度对植被差异下沙化土地土壤含水量变化过程的影响.以青海共和盆地东缘黄沙头乔木、灌木和裸地为研究对象,基于2020、2021和2022年5月-9月植物生长季土壤含水量、降雨量和细根分布监测数据,分析2020年、2021年、2022年各生境0-200 cm深度土壤水分对小雨、中雨、大雨的响应.连续动态监测结果表明,大雨、中雨条件下,随土层深度的增加土壤水分对降雨的响应时间延长.乔木林和灌木林土壤水分对中雨、大雨最大响应深度为70 cm、100 cm,裸地对中雨、大雨最大响应深度为50 cm、100 cm.随土层深度的增加,小雨对乔木、灌木、裸地土壤水分的补充作用逐渐降低;中雨对灌木林土壤水分的补充作用逐渐降低,乔木林与之相反;大雨时乔木林、灌木林变异系数呈现S型变化,因此大雨对其土壤水分的补充存在明显的分层利用现象.不同植被类型土壤水分空间变化差异以及对降雨的响应受植被冠层截留对降水再分配的影响,土壤含水量与环境因子间的主成分分析表明,郁闭度、叶面积指数、150-200 cm 土壤容重、细根生物量密度、根表面积密度、根长密度、比根长是反映研究区土壤水分的显著因子(P＜0.05).研究表明不同降雨强度植被土壤含水量存在明显差异,高寒半干旱区沙化土地乔、灌植被的建植可提升深层土壤储水能力;结果可为沙化土地恢复和水土流失防控提供科学依据.

通过野外调查和室内实验,对西藏林芝市色季拉山石生苔藓植物多样性进行了分析,并对该区域内的3种优势种的生物量、成土量、持水量等进行了测定.结果表明:石生藓类共8科12属16种,其中灰藓科(Hypnaceae)、羽藓科(Thuidiaceae)和曲尾藓科(Dicranaceae)为优势科,优势种为毛梳藓(Ptilium crista-cas-trensis)、棕色曲尾藓(Dicranum fuscescens)和锦丝藓(Actinothuidium hookeri);西藏色季拉山石生藓类优势种生物量为 110.7～763.6 g·m-2,成土量为 234.9～9063.3 g·m-2,最大持水量 2164.5～8514.5 g·m-2,最大持水率169％～400％、自然持水量1984.74～6764.5 g·m-2、自然持水率95％～318％.色季拉山石生藓类植物具有较好的成土和持水作用,可以有效防治水土流失,对保持水土具有重要意义.

明晰耕地利用生态效率的驱动机理是深化土地科学前沿探索、优化粮食安全发展格局的关键基础.建构"边境-粮食-生态"安全框架,采用非期望产出的超效率SBM模型测算 2000-2020 年中越边境地区耕地利用生态效率,通过泰尔指数研究其演变特征和区域差异,并运用动态面板系统GMM模型揭示耕地利用生态效率的驱动机制.结果表明:(1)中越边境地区耕地利用生态效率指数总体呈现"先升-后降-再升"的变化趋势,整体处在中等效率水平,空间表现为"北高-南低"分布格局,省际差异是造成区域差异的主要原因.(2)化肥使用过量、劳动力过剩和碳排放增加是造成中越边境地区耕地投入产出要素松弛、耕地利用生态效率损失的重要因素.(3)中越边境地区耕地利用生态效率由多因子交互作用驱动,地形坡度、城镇化、边境贸易水平、财政支农水平是提高耕地利用生态效率的积极因素,水土流失率、工业化和劳均耕地规模对耕地利用生态效率具有抑制效应.中越边境地区亟需优化耕地经营投入结构,向"投入优-产出高-排放低"方向转型,构建边境粮农稳态格局,促进边境地区长足稳定高质量发展.

为进一步研究砒砂岩区不同雨型下植被格局对坡面土壤侵蚀特征的影响,基于野外径流小区原位观测试验与景观生态学相结合的方法,通过对比分析不同坡面的植被斑块格局指数与产流产沙之间的相关关系,阐明植被格局对砒砂岩坡地降雨侵蚀的影响.结果表明:(1)该地区降雨可划分为3类,根据各植被坡面产流产沙能力,得出降雨侵蚀力表现为:雨型Ⅱ(长历时、大雨量、大雨强)＞雨型Ⅲ(短历时、小雨量、中雨强)＞雨型Ⅰ(中历时、中雨量、小雨强).降雨量和最大30min雨强与产流产沙量呈显著或极显著关系,相关系数0.695以上,是预测该区域水土流失的主要降雨因子.(2)各坡面水土保持能力与降雨类型有关,不同雨型下3种植被坡面减流减沙率分别达0.42％、20.8％以上,不同植被格局坡面减沙效益优于减流效益,3种植被坡面的减流能力为:雨型Ⅰ＞雨型Ⅲ＞雨型Ⅱ.(3)3种植被坡面的径流泥沙模数由小到大依次为:均匀分布＜聚集分布＜随机分布,对比区域多年平均径流泥沙模数,3种植被坡面能够减少侵蚀达21.33％以上.(4)景观形状指数和分离度指数是影响坡面产流产沙的主要格局因子,相关系数分别达0.884和0.825以上.产流、产沙量与坡面植被斑块分离度呈显著正相关,与景观形状指数呈显著负相关.坡面产流量(Y1)与斑块分离度(SPLIT)和景观形状指数(LSI)的关系式为Y1=8.247SPLIT-6.605LSI+38.928,R2=0.905.以上结果表明植被斑块间的分离度越小,形状越复杂,坡面阻力增大,抗侵蚀能力越强.研究成果可为生态恢复过程中植被斑块格局的优化提供理论依据和数据支撑.

旅游景区作为在维持区域生态环境和发展区域旅游经济方面具有重要作用的生态系统,近年来水土流失、植被退化等生态环境问题突出,景区生态脆弱性监测评估重要性显现.本文使用多源影像构建了遥感生态脆弱性指数(RSEVI),以安徽省12个国家5A级景区为例,选取2010年、2015年和2020年研究景区生态脆弱性时空分异,并通过地理探测器模型进行驱动力分析.结果表明:安徽省5A级景区生态环境脆弱性分布整体上存在较大差异,景区内脆弱性以中度脆弱为主;大部分地文景观类景区与文化遗址类景区的生态脆弱性总体得到缓解,水域风光类及娱乐购物类景区则逐年恶化;不同景区间主导因素与主导交互因素存在差异,其中人类干扰指标与其他评价因子存在较强的交互作用.研究结果可为旅游景区生态环境评价和保护提供方法借鉴,为区域生态建设及治理规划提供依据.