山地学报

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张磊, 徐则民, 侯汝几, 任帮政

2016, 34(05): 513-519. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000157

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植被发育斜坡非饱和带垂直深度<50 cm范围内根系密布,与根系相关的大孔隙很大程度上降低了土体密实程度,而垂直深度>50 cm范围内根系稀疏,土体较密实,孔隙比较小。基质吸力受土体孔隙分布影响显著。对昆明呈贡县某植被发育玄武岩斜坡垂直深度10~20 cm和60~80 cm处取原状样(编号为XA和XB)进行了基质吸力测试,结果表明相同含水率下基质吸力XA小于XB。对头寨沟滑坡左翼某植被发育玄武岩斜坡垂直深度10~20 cm和60~80 cm处取原状样(编号为TA和TB)也进行了基质吸力测试,结果表明相同含水率下基质吸力TA>TB。对研究区土体有机质含量测试发现,TA、TB分别为14.89%、3.28%,而XA、XB分别为1.05%、0.39%。土壤有机质自身结构疏松多孔,并且会增大土壤比表面积和毛管孔隙度,改善颗粒级配和土体结构,使土壤吸附作用增强,利于土壤水分的保持,进而影响到土体土-水特征曲线。

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封面照片:天山博格达峰

2016, 34(05): 519.

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<正>天山位于欧亚大陆腹地,是世界上距离海洋最远的山系和全球干旱地区最大的山系,横跨中国、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦和乌兹别克斯坦四国,呈东西走向,全长约2 500 km,南北平均宽250~350 km,最宽处超过800 km,主体位于中国的新疆,是新疆境内的主要山系之一。天山山系由3列山脉组成,由北往南分别是北天山、中天山和南天山。天山是欧亚大陆腹地的"天然水塔",其积雪融水维系着当地及周边地区生物

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1786年磨西地震烂田湾滑坡形成机制及过程

顾金, 王运生, 曹文正, 张磊, 黄健龙, 贺建先, 刘勇

2016, 34(05): 520-529. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000158

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大型高位地震滑坡因其瞬时破坏性及灾害链效应而备受关注。通过对1786年磨西73/4级地震触发的泸定烂田湾滑坡深入详细的调查及根据邻近摩岗岭地震动监测成果,分析了滑坡的形成机制,并利用三维离散元模拟软件—3DEC,模拟了滑坡的运动过程。研究揭示,地震波在经过地形及背坡效应放大后,斜坡滑源区地震峰值加速度超过1 g,地震作用首先在强卸荷斜坡后缘沿陡倾坡外的结构面拉裂并向下贯通,随着地震力的持续作用,拉裂面外侧的岩体沿缓倾结构面剪断滑出,因此烂田湾地震滑坡形成机制为拉裂-滑移。滑坡的演化过程为:孕育-启动→高位高速运动→碎屑流→堆积堵江4个阶段。滑坡堵江后形成堰塞湖并在短期内决口。

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云南鲁甸地震甘家寨滑坡基本特征及失稳机制

郭亚永, 葛永刚, 陈兴长, 江兴元, 刘传正, 贾莉蓉

2016, 34(05): 530-536. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000159

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甘家寨滑坡是云南鲁甸6.5级地震诱发的特大型滑坡,规模达到1×10~7m~3。滑坡堵塞沙坝河,形成堰塞湖,中断交通,造成32户民房掩埋、55人死亡与失踪,是鲁甸地震区规模最大、灾损最严重的滑坡之一。该滑坡是地震诱发陡峻山体上的石灰岩强风化堆积体滑动而形成的特大型岩土质滑坡,表层为10~20 m固结良好的白云质灰岩结构体,中下层为50~60 m具空隙结构的深厚灰岩风化堆积物。滑坡主要的触发因素有:断层滑动方向性效应、地形放大效应、近断层地震动作用、背坡面效应。滑动过程分为坡体震裂松动、后缘拉裂、整体下滑、减速堆积4个阶段,受滑坡体原有地形影响及滑坡动力过程控制,滑坡堆积体形成4级台坎,其中第二级台坎形成高差约2 m的反向堆积。结合野外实际调查数据与滑坡运动力学模型,估算滑体水平滑动至350 m左右处,速度达到最大4.4 m/s,滑动至砂坝河时滑坡前缘速度减至3.6 m/min,堆积于河道,形成堰塞湖。甘家寨滑坡堆积体地形陡峻、堆积物裂缝密集分布,强降雨条件下,容易再次滑动并成灾,建议进行滑坡体的综合治理,控制后缘地表径流、减轻坡体下渗、强化滑坡前缘工程治理,保障交通顺畅,减轻灾害损失。

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泥石流虹吸分流排水能力理论计算方法

王翔宇, 尚岳全, 潘攀, 魏振磊

2016, 34(05): 537-544. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000160

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水动力因素是导致泥石流发生的基本条件,目前在泥石流消除水动力的分流工程中,全部采用重力流形式,容易被泥石流所携带的泥沙淤积堵塞,导致分流结构失效。采用水石分离的虹吸排水技术,其可以利用虹吸效应,免泥沙淤积,并大幅提高排水分流效率,但目前水石分流虹吸管布置设计中缺乏管径与布置形式选择的相关研究。通过水力学分析以及公式的推导,得出了不同长度虹吸排水能力的计算公式,采用PE80管标准规格,进行虹吸管排水能力的计算,得出了可用于不同管径下虹吸管排水能力设计的基础值,针对于实际工程的复杂边坡形态提出了虹吸管排水能力的计算公式,适用于实际坡体的泥石流防治虹吸管设计。

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利用树木年轮重建滑坡复活时间的方法

丁苗, 白世彪, 王建, 商志远, 赵业思, 赵俏玲

2016, 34(05): 545-554. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000161

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认识过去滑坡等灾害事件发生的频率,是自然灾害风险评价的重要任务之一。树轮由于其定年准确、分辨率高和时间尺度相对较长等特点,在重建滑坡等山地灾害复活时间和发生频率的研究中发挥了重要作用,其对预测滑坡体未来发生滑动的概率具有重要的意义。为了提高利用树木年轮重建滑坡复活时间的可靠性和准确性,首先阐述了树轮重建滑坡活动时间的野外采样方法,如滑坡区与参照区的选择、树种的选择、样品采集方式的选择。其次,介绍了室内样品的处理和分析方法,主要是根据树木受滑坡滑动影响后表现出的不同形式,选择适合的指标进行分析,例如传统的年轮宽度分析法、树木倾斜时的压力木分析法、树木受伤时的愈伤组织及创伤树脂道分析法及木质细胞的大小变化分析法。其中,分析愈伤组织及创伤树脂道能使重建滑坡复活的时间更精确。最后对国内开展树轮重建滑坡等山地灾害复活的时间和发生频率等研究进行了总结和展望。

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基于Monte-Carlo方法的边坡稳定性评价

杨军, 姚正学, 董耀刚, 颉丽, 刘兴荣, 刘迪

2016, 34(05): 555-561. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000162

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以兰州九洲开发区某边坡为例,采用Slide软件中的Sensitivity Analysis模块,对边坡进行敏感性分析,得出素填土a的重度和粘聚力是影响稳定性的主要因素,而其他岩土体的物理力学性质对计算结果影响不大;利用Probabilistic Analysis模块,进行了基于Monte-Carlo方法的安全系数与可靠度计算,评价了该边坡的稳定性,并与确定性计算结果进行了对比。结果表明:尽管安全系数基本一致,但从破坏概率来说,该边坡在自重状态下,坡体处于稳定状态,破坏概率最大为0.4%;在暴雨工况下,坡体均处于不稳定状态,破坏概率最小为70.3%;而在地震作用下,东段和南段的部分仍可稳定,破坏概率极小,仅为2.7%,评价结论更加可靠和直观,有利于边坡治理方案的优化设计。

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基于证据理论的不透水表面扩张模拟及其生态效应研究

王桂林, 杨昆, 王保云

2016, 34(05): 562-570. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000163

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对不透水表面扩张导致的生态环境问题的探讨。认为,不透水表面扩张是人类改变自然的一个最直接的行为方式,其直接改变地表结构导致区域下垫面结构发生变化,得出"人类活动→土地利用/覆被变化→流域生态系统结构改变和功能退化"链式驱动机制。在该链式驱动模式上,采用D-S(Dempster-Shafer)证据理模型分析了不透水表面扩张的驱动机制,量化人类活动对不透水表面扩张的影响程度,最终预测流域在人文环境驱动下的不透水表面扩张。结果表明:2002年、2009年、2018年的滇池不透水表面覆盖率分别为:7.95%,13.40%,25.95%。2002年滇池流域不透水表面覆盖率<10%,即"生态环境脆弱期",如果没有其他环境压力,其生态系统结构和功能具有可持续性;2009年滇池流域不透水表面覆盖率在(10~25%)之间,即"生态系统受影响期",具有明显的生态系统结构和功能退化迹象;依照目前的驱动机制和发展模式,到2018年,其不透水表面覆盖率>25%,即"生态功能退化期",其将带来不可逆转的生态破坏,如生态系统结构高度不稳定,生物多样性少,生态功能退化等现象。因此,要对滇池流域不透水表面扩张进行合理地规划,统筹经济发展和生态环境保护,以避免其带来不可控制的生态系统破坏。

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梅州山地化学风化过程及其碳汇效应

郑伟, 林培松, 高全洲

2016, 34(05): 571-579. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000164

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根据梅州山地丘陵区地表径流的化学组成,应用物质平衡法和扣除法进行化学风化过程中CO_2吸收通量的估算。结果表明:在硅酸盐岩分布面积为84%的湿热梅州山地丘陵区,河水总溶解性物质含量均值为41.58 mg/L,远低于世界河流平均值。河水离子组成以Ca~(2+)、HCO_3~-以及溶解性硅(DSi)为主。岩石化学风化过程和大气降水作用对流域水化学特征的影响最为显著,其中硅酸盐岩的风化作用对水体离子的贡献率为81.46%~86.03%;大气降水对水体离子的贡献率为10.86%;碳酸盐矿物化学风化作用的贡献仅为5%左右。岩石化学风化过程对大气CO_2的吸收通量为(3.46~5.26)×10~5mol/(km~2·a),高于全球平均值2.46×10~5mol/(km~2·a),说明北半球亚热带季风山区的表生地质作用构成全球碳汇的一个重要组成部分。

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基于可拓-马尔科夫模型的贵州省生态安全预警

潘真真, 苏维词, 王建伟

2016, 34(05): 580-590. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000165

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基于1990—2013年贵州省生态安全的相关数据,从压力、状态、响应三个方面构建贵州省生态安全预警指标体系,运用惩罚型变权-可拓模型对1990—2013年贵州省生态安全预警等级进行测度,并运用马尔科夫模型对贵州省2014—2020年生态安全警情进行预测。结果表明:1)贵州省1990—2013年生态安全等级分为:巨警、向重警转换、重警、向中警转换、中警、向轻警转换,整体呈波动上升的趋势,指示灯由"红色"演化为"待定";2)贵州省2014—2020年生态安全预警等级为:中警和轻警,指示灯为"黄色"和"蓝色",生态安全状况具有恶化的趋势;3)影响贵州省生态安全水平的主要因素包括人口自然增长率、农民人均纯收入、GDP增长率、石漠化面积比重、水土流失治理比例等,是今后调控的重点。研究结果可为贵州省生态安全的维护提供参考。

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基于PLS回归模型的石羊河流域降水空间分布

董慧慧, 上官冬辉

2016, 34(05): 591-598. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000166

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利用石羊河流域内国家气象站点和中国内陆河湖水文站点2010—2012年逐日降水观测资料,基于DEM资料提取流域经度、纬度、坡度、坡向、海拔等地形因子,建立降水量与地理地形因子之间的多元偏最小二乘(partial least squares,PLS)回归模型,对石羊河流域2010—2012年在年、季、月尺度上的降水分布特征进行研究,结果显示:1)采用交叉验证法对PLS与反距离加权法(IDW)、样条函数法(SPLINE)、普通克里金插值法(OK)等传统插值方法的精度验证结果比较发现,PLS的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)值均是最小的。PLS回归模型对降水量的拟合相关系数除2011/2012年冬季分别为0.68和0.66,其余模型的拟合相关系数均在0.81以上,且显著性水平在95%以上。2)不同的时间及时间尺度,地形因子对降水量的影响是不同的,基本上海拔和坡度对降水量的影响是较大的,且随海拔和坡度的增加降水量增加。3)石羊河流域2010—2012年年降水量从南向北逐渐递减,最大降水量均在南部祁连山区;季节降水量大小依次为夏季>秋季>春季>冬季,夏季降水量较丰富;不同年的夏季6/7/8月的降水特征也各不相同,2011年7月和2012年8月降水量相对较丰富。

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天山托木尔峰国家级自然保护区生态系统服务价值评估

满苏尔·沙比提, 娜斯曼·那斯尔丁, 艾萨迪拉·玉苏甫

2016, 34(05): 599-605. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000167

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利用天山托木尔峰自然保护区2014年8月的Landsat ETM+影像解译数据,采用Costanza生态系统服务价值计算公式,参照谢高地等提出的中国陆地生态系统服务价值当量,结合研究区各生态系统类型的生物量和生物多样性,制定研究区各生态系统类型的服务功能价值当量,计算与分析各生态系统的服务功能价值。结果表明:1托木尔峰自然保护区的生态地位是巨大的,生态服务总价值达52.31亿元/a。生态系统在单位面积服务功能中水文调节价值最高,占总价值的58.45%,其与研究区所占52%冰川面积有关系;食物生产服务价值较低,占0.95%,这与保护区以非生产性为主的经营方式有关系。2各生态系统在单位面积服务价值构成中,水体的服务价值最高,占总价值的58.73%;其次是寒温带和温带山地针叶林,占8.2%;温带草原化灌木荒漠服务价值最低,占1.45%,其与各生态系统类型服务功能价值当量有关系。3各生态系统类型服务价值对总价值的贡献率差异较大,贡献率最高的是冰川雪地,贡献率为50.14%,这主要由极大的冰川面积所致;其次是温带禾草和杂类草草甸,贡献率为16.87%,贡献率最低的是温带禾草和杂类草草甸草原,贡献率只有1.13%。

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封育措施对巴塘高寒草甸植被群落结构及土壤持水能力的影响

杨永胜, 李红琴, 张莉, 祝景彬, 贺慧丹, 未亚西, 李英年

2016, 34(05): 606-614. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000168

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选取巴塘高寒草甸设置封育及自然放牧样地,通过野外实地监测及室内试验相结合的方法,分析封育措施对植被群落结构及土壤持水能力的影响。结果显示:1)封育措施显著提高了高寒草甸植被群落总盖度及平均高度(p<0.05),增加了群落的物种丰富度、均匀度及复杂程度,植被群落中禾本科和豆科植物等优良牧草显著增加,菊科、莎草科以及有毒杂草类植物所占比重有所下降。2)封育措施丰富了高寒草甸植被群落垂直分层结构,退化草地垂直结构由一层增加至三层。3)封育措施降低了高寒草甸0~40 cm层面土壤容重,二者差异在10~20 cm层面最明显(p<0.05)。4)尽管未达到显著水平(p>0.05),封育样地0~40 cm层面土壤有机碳密度均高于自然放牧样地。5)封育措施明显改善了高寒草甸土壤持水能力。其中,封育样地0~10、10~20、20~40 cm深度土壤饱和持水量、毛管持水量及田间持水量均高于自然放牧样地,封育条件下0~40 cm整个土层土壤饱和持水量、毛管持水量及田间持水量增加速率分别为1.4、1.9、1.7 mm/a。封育措施有利于退化草地生态环境的恢复,是遏制和改善高寒草地退化的有效措施。

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喀斯特山地流域边界多层次提取的径流树模型

余莉, 甘淑, 袁希平

2016, 34(05): 615-622. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000169

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流域边界的确定是进行山地区域脆弱生态环境信息分析、评价及资源合理配置的重要基础,但提取过程中往往存在流域空间单元图斑破碎、流域空间粒度单一的不足。研究考虑了喀斯特山地的地表环境条件特殊性,综合数字水文地形模型在喀斯特流域边界提取的优势,提出了喀斯特山地流域边界多层次提取的径流树模型。方法基于坡面径流模拟算法对单一径流和集水区的准确划分,构建空间径流树模型,并以径流末端或出水口作为搜索终止条件,搜索判断所有径流的空间相交关系以控制不同层次的流域集水区合并,算法时间复杂度为O(nlogn)。最后,实验验证运用算法对珠江源头流域进行了四个层次的流域提取处理,提取得到的不同层次细节的流域界线,并与综合云南省流域分布图、等高线和人工实测的流域界线相吻合。

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高山峡谷地区遥感图像地形校正

陈建珍, 何超, 寇卫利

2016, 34(05): 623-631. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000170

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为获得适用于高山峡谷地区遥感图像地形校正的方法,以滇西高山峡谷地区为研究区,在6景Landsat-5TM图像和SRTM-1数据的基础上,采用C校正、Teillet-回归、SCS+C校正、Minnaert校正、b校正和VECA校正进行对比实验。从目视效果看,C校正、Teillet-回归、b-II校正和VECA校正结果的亮度与校正前基本一致;在地形阴影严重地区,SCS+C校正出现过校正,b-I校正出现校正不足,Minnaert校正结果较暗且像元值为空,C校正和VECA校正出现彩色合成异常。从标准差看,Teillet-回归、b-I校正和b-II校正结果的标准差小于校正前;Minnaert校正结果的标准差大于校正前;C校正和VECA校正在TM1-3和高太阳高度角TM4上校正结果的标准差小于校正前,在TM5、TM7和低太阳高度角TM4上校正结果的标准差大于校正前;SCS+C校正在TM1-3、TM4和高太阳高度角TM7上校正结果的标准差小于校正前,在TM5和低太阳高度角TM7上校正结果的标准差大于校正前。从分散指数看,b-II校正在31个波段上的分散指数最小,占波段总数的86.11%。结果表明:C校正、SCS+C校正、Minnaert校正、b-I校正和VECA校正不宜用于高山峡谷地区遥感图像的地形校正;Teillet-回归和bII校正可用于高山峡谷地区遥感图像的地形校正,相比之下,b-II校正的效果优于Teillet-回归。

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高光谱遥感图像的地形校正和评价方法

鲁莹, 姜广全, 刘春锋

2016, 34(05): 632-636. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000171

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高光谱遥感具有光谱分辨率高,图谱合一的突出特点,在地质勘探和植被遥感等定量应用中,较全色和多光谱更有优势。然而目标区复杂的地形效应,是制约高光谱数据应用效果的诸多外界因素之一,利用地形校正模型消除地形影响,已成为目前高光谱遥感图像步入应用前的有效处理手段。目前的地形校正方法研究当中,遥感数据以多光谱居多,且校正效果的评价方法较之高光谱图像的特点也略显不足。通过朗伯体和非朗伯体假设的不同校正模型(C,SCS+C,Minnaert,Minnaert+SCS)对Hyperion遥感图像进行地形校正,并利用目视效果,分类标准差,目标反射率对比对校正结果分析评价,证明Minnaert+SCS模型最优,且评价方法合理,有效。

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“一带一路”对我国城镇化发展格局的影响

陈明星, 刘卫东, 叶尔肯·吾扎提, 龚颖华

2016, 34(05): 637-644. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000172

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2013年9月和10月,习近平主席先后提出共建"丝绸之路经济带"和"21世纪海上丝绸之路"的重大倡议,得到国际社会高度关注。这是中国为推动经济全球化深入发展而提出的国际区域经济合作新模式,旨在促进经济要素有序自由流动、资源高效配置和市场深度融合,推动沿线各国实现经济政策协调,开展更大范围、更高水平、更深层次的区域合作。2014年3月,中共中央、国务院联合发布了《国家新型城镇化规划(2014—2020年)》,是今后一个时期指导全国城镇化健康发展的宏观性、基础性规划。"一带一路"与"新型城镇化"这两个新时期国家战略如何对接融合发展成为重要命题。本文分析了我国近年来城镇化发展格局的主要特征,中西部地区城镇化总体上动力不足;探讨了我国周边地区城镇化发展特点,以及六大国际走廊的城镇化发展态势与格局;提出了一带一路对我国城镇化发展格局的可能影响,会给沿边地区和中西部地区城镇化带来重大机遇,促进我国城镇化更加全面均衡发展。

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尼泊尔中部山区麦拉姆齐流域农户生计资本与生计策略关系研究

苏艺, 邓伟, 张继飞, Hriday Lal Koirala, Paudel Khatiwada Shanta

2016, 34(05): 645-653. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000173

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生计资本与生计策略关系的研究是理解和发展农村可持续生计最重要的途径。本文以尼泊尔中部山区麦拉姆齐流域为例,采用PRA法进行实地调研,定量分析了该流域农户的生计资本状况,生计资本对生计策略的影响及不同生计策略对生计资本因子的敏感性特征。研究表明:(1)农户生计资本指数低,各类资本差异明显,且资本的转化能力弱。物质资本得分最高,其次为人力资本、社会资本、金融资本,自然资本最低。(2)以非农为主型生计策略农户的资本总指数最高,生计策略也相对最优;非农型资本总指数次之,但生计风险相对较高;农为主型资本总指数低于前二者,但生计脆弱性相对较低;纯农型资本总指数最低,生计策略组合单一,生计风险相对最高。(3)生计资本及其组合差异是影响农户生计策略选择的重要原因,改善生计资本的配置能够推动农户生计策略的调整和优化。不同生计策略对资本因子的敏感性亦有所差异,提高人力资本和金融资本的投入,对于尼泊尔山区农户积极参与和发展非农生计活动,合理调整和优化生计策略,减小生计风险具有重要意义。

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