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  • 2022年, 40卷, 第01期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 秦巴山区生态系统服务权衡—协同关系
    张苗, 杨国庆, 王军邦, 李继园, 张甜
    2022, 40(01): 1-13. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000651
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    权衡—协同关系时空分布及其演化机制分析有助于量化生态系统服务。当前，秦巴山区生态系统研究主要集中于刻画单个生态系统服务的演变和两两生态系统服务之间的关系，缺少对多种生态系统服务之间相互作用和演化机制的分析，致使多个生态系统之间的复杂作用机制及其影响因素不能得到全面认识。本文基于多源数据与综合模型，采用空间相关分析、线性回归等方法对秦巴山区1995—2015年的土壤保持量、生境质量、净初级生产力和食物供给服务进行估算，揭示了四种生态系统服务功能的时空格局与权衡—协同关系，并分析了这种关系演变背后的驱动机制。结果表明：(1)近20年秦巴山区土壤保持量、生境质量和净初级生产力的生态系统服务高值多出现在水热条件较好的山区，低值主要集中在盆地区域，食物供给则呈现相反的空间分布规律；(2)多个生态系统服务之间的权衡关系主要体现在生境质量下降而净初级生产力、食物供给增加，协同关系主要体现在净初级生产力、土壤保持量和食物供给的同步增加，区域发展建议注重动植物栖息地保护与生物多样性维持；(3)生态系统服务变化的主要原因是林地和耕地的相互转化，气温变化对净初级生产力和食物供给服务的影响大于降水。本研究可为秦巴山区生态健康发展提供理论依据和决策支撑。
  • 大兴安岭东麓龙江县白土山组地层特征：化学风化、沉积循环、源-汇体系和沉积环境
    孙杨, 谢远云, 迟云平, 康春国, 吴鹏
    2022, 40(01): 14-28. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000652
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    白土山组地层是大兴安岭东麓地区第四纪下限，早期仅对地层的岩性特征进行了调查，缺乏对地层全面属性的认识，并且对其成因和沉积环境仍存在较大争议。本文选择大兴安岭东麓龙江县白土山组标准剖面为研究对象，选取200块砾石进行沉积学观察，实验进行重矿物鉴定和地球化学分析(常量、微量和稀土元素),确定白土山组沉积物的化学风化特征、物源、沉积环境以及构造背景。结果表明：(1)白土山组砾石分选性和磨圆度差，经历了弱-中等的风化程度。砾石成分以流纹岩(30.65%)、脉石英(21.51%)和凝灰岩(20.97%)为主，陆源碎屑岩和花岗岩也占一定比例。(2)重矿物组成以钛铁矿(32.28%)、白钛石(29.05%)、绿帘石(19.77%)和锆石(6.21%)为主，锐钛矿、赤/褐铁矿、磁铁矿和榍石也有少量出现。(3)沉积学、重矿物和地球化学特征以及地貌证据表明，白土山组沉积物主要是来自大兴安岭的中-酸性岩浆母岩，受到了洪积和冲积共同作用下形成的冲洪积物，是初次循环的结果，沉积物堆积后经历了中等程度的化学风化。(4)构造背景判别图解表明其构造背景为被动大陆边缘。此项研究对大兴安岭东麓地区第四纪地层划分和早更新世构造—地貌—气候—水系演化等地质事件的重建具有重要意义。
  • 冻融及牲畜排泄物作用下的高寒草地土壤物理特性和氮磷变化
    杜子银, 王小丹, 洪江涛, 张青松
    2022, 40(01): 29-42. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000653
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    在青藏高原高寒草地生态系统中，牲畜排泄物自身冻融及其降解过程调控其养分释放及返还效率，影响草地土壤养分平衡和植被生长的养分供应。当前关于季节性冻融区草地土壤理化特性的研究，多通过定点监测和室内冻融模拟等方式分析冻融循环对土壤物理结构、水热变化及碳氮动态等方面的影响，尚缺乏关于草地土壤季节性冻融与牲畜排泄物耦合效应和作用机制方面的研究报道。本文以藏北高原季节性冻土区为例，通过开展室内冻融模拟试验，探究牲畜排泄物添加与土壤冻融作用下的高寒草地土壤物理特性及氮磷养分变化特征。结果表明：(1)冻融模拟试验30 d后显著降低了5～10 cm和10～15 cm土壤含水量(P<0.05),频繁的冻胀融沉导致土壤团聚体破碎增加了深层土壤粉粒含量。(2)冻融作用增强了土壤氮矿化与硝化作用，牲畜粪尿添加使得表土铵态氮和硝态氮含量最大值分别达到212 mg·kg~(-1)和48.8 mg·kg~(-1)。(3)牲畜排泄物磷的释放和冻融作用下土壤磷的深层渗透是导致不同土层有效磷含量差异的主要因素。本研究有助于认识牲畜排泄物返还与草地土壤季节性冻融的耦合效应和作用机制，并为优化牲畜排泄物管理模式、促进草地生态系统可持续发展提供理论指导。
  • 1961—2018年太行山东西侧降水变化
    何雪莉, 李亚男, 石天宇, 周学文, 刘德新
    2022, 40(01): 43-55. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000654
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    太行山年降水量较少，周边人口密集用水量大，存在水资源短缺的问题。全球变暖影响太行山区水资源和生态环境，但现有研究并未涉及太行山脉两侧的降水变化的时空差异。本文基于1961—2018年太行山区109个气象站点的逐日降水数据，采用反距离权重插值法、线性趋势法、Mann-Kendall突变检验和Morlet连续复小波，探究太行山东西侧降水时空变化特征。结果表明：(1)太行山年降水量呈减少趋势，其中西侧于1973年形成年降水量减少突变。东侧的小雨、暴雨、大暴雨及以上级别降水日数和西侧的小雨、中雨和暴雨日数呈减少趋势。(2)太行山年降水量由东南向西北递减。小雨日数的减少东西两侧基本持平，中雨日数的减少主要集中在西侧，暴雨、大暴雨及以上降水日数的减少主要集中在东侧。(3)太行山东西两侧年降水量的第一主周期均为28 a;东侧和西侧小雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨及以上级别降水日数的第一主周期分别为22 a、21 a、22 a、28 a、28 a和22 a、22 a、28 a、28 a、6 a。研究结果可为太行山区防灾减灾和气候变化应对提供参考。
  • 四川盆地典型城市与农村河流微生物群落特征比较分析
    李凤, 董晓明, 董志新, 陈露, 唐家良
    2022, 40(01): 56-70. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000655
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    准确认识河流微生物群落结构特征是进行河流水质净化与修复的重要前提。已有研究大多涉及单一河流类型微生物群落结构特征及其环境影响，但对长江上游四川盆地河流微生物群落特征的调查仍较为缺乏，对城市河流与农村河流微生物群落结构的差异特征及其环境驱动机制的认识不足。本研究采用高通量测序技术对四川盆地成都(代表城市)、盐亭(代表农村)地区两条典型河流水体和沉积物微生物群落结构特征进行比较分析，探究城市与农村地区不同污染源对于河流生态系统的影响。结果表明：(1)城市和农村两类河流水体及沉积物均以变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)为优势菌门。其中，城市河流水体中的变形菌显著高于农村河流水体，表明生活污水源为主的城市污水有利于该门菌群的生长繁殖。(2)变形菌中的γ-变形菌是主要的优势类群，LEfSe分析及随机森林发现γ-变形菌是城市和农村河流水体关键差异物种，表明城市污染源可导致更高的病原菌污染风险。整体而言，城市河流比农村河流具有更高的物种丰度，且存在较高的种群差异。(3)网络分析发现以农村面源污染为主的农村河流微生物群落结构相对简单，表明其受环境胁迫相对较少。(4) RDA分析结果表明氧化还原电位、硝态氮对变形菌门微生物群落结构影响显著，其对反硝化菌可能有重要影响。本研究揭示了两种类型区河流环境微生物群落结构差异特征和环境影响因子，可为构建研究区域内典型河流系统的生态恢复理论和方法提供科学依据。
  • 中巴喀喇昆仑公路冰川泥石流
    朱颖彦, 潘军宇, 李朝月, 杨志全, 廖丽萍, MUHAMMAD Waseem
    2022, 40(01): 71-83. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000656
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    中巴公路北段穿越的西喀喇昆仑—喜马拉雅地区，高海拔冰川地貌与低海拔干热河谷地貌相邻丛生，在季风气候、丰沛的夏季降雪、悬殊的地形落差、频繁的地震、局地冰川运动和极端降雨等众多环境因素影响下，冰川泥石流极端发育，造成了中巴公路是世界最险峻的高原公路。然而，由于地缘政治与交通困难等原因，中巴公路冰川泥石流的专题研究几乎空白。基于十多年野外工作与历史文献分析，本研究对中巴喀喇昆仑公路冰川泥石流进行了全面分析总结。结果表明：(1)中巴公路冰川泥石流按海拔分布与成因，可分为冰川(积雪)消融型泥石流、冰崩雪崩型泥石流和冰湖溃决型泥石流三类；(2)泥石流的分布总体可划分为降雨泥石流带与冰川泥石流带。冰川泥石流带可细分为冰川降雨混合型泥石流带、冰川—冰湖溃决泥石流带、冻融泥石流带；(3)中巴公路泥石流的活跃状况在短期不会改变，甚至有可能当外部条件突变，如极端降雨，泥石流灾害会规模化爆发；(4)中巴公路应加强泥石流防治，尤其是帕苏冰川群，固加尔帕冰川群一带的泥石流沟，例如K676+450固尔金冰川、K677+660固加尔帕冰川等大型冰川补给型泥石流，应考虑工程设防。本文将为中巴公路沿线冰川泥石流灾害研究提供本底认识，将为区域自然灾害研究提供基础性数据支撑。
  • 泥石流泥舌动力过程的数值模拟研究
    孔玲, 潘华利, 邓其娟, 杨奉广, 李炳志
    2022, 40(01): 84-95. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000657
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    泥石流下泄泥舌运动特征参数是制约下泄泥舌冲击特性和拦砂坝下游沟道冲刷研究的重要因素。大多数研究基于模型实验来研究泥石流过坝形成泥舌，成果受到观测手段与研究条件等限制，成果的实际应用意义不大。利用数值模拟方法研究清水或挟沙水流过坝现象，反演泥石流在过坝过程中的流动规律和流动状态，已经证明了数值模拟方法模拟泥石流运动特性的可行性，然而少有学者利用数值模拟针对泥舌运动进行仿真研究。本文针对拦砂坝满库状态，采用基于能有效追踪自由界面的VOF方法的k-ε紊流模型，模拟泥舌下泄运动过程，利用室内模型实验中无法获得的较为详细的流场信息，重点研究泥舌的纵向厚度、下游入射角以及流速分布的变化规律，分析泥舌运动参数与水平抛射距离之间的变化关系，探讨在不同泥石流容重和沟床条件下泥舌断面形态的沿程变化规律，并与已有的室内水槽模型实验结果进行比较分析。结果表明：(1)根据泥舌断面形态，泥舌空中运动段可分为密实段、扩散段和破碎段三个阶段；(2)泥舌的纵向厚度和下游入射角均随抛射距离的增大而增大，同时随泥石流容重和沟床纵坡的变化而变化；(3)泥舌的断面平均速度随抛射距离的增大而增大，且射距越大，流速分布越不均匀，呈中间大、周围小的特点。模拟结果与实验结果吻合良好，说明利用该数学模型模拟泥舌运动是可行的。本研究利用数值模拟对泥舌运动过程进行研究，弥补了模型实验中无法直接测量空中泥舌的形态和流速分布的不足，为准确认识泥舌水力特性提供了依据。
  • 喜马拉雅山中段冰湖体积估算与规模分级标准初探
    苏鹏程, 李昊, 汪洋, 刘威
    2022, 40(01): 96-105. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000658
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    全球气温升高造成喜马拉雅中段波曲河流域冰湖数量增多、面积增大，冰湖溃决频繁发生。冰湖体积作为冰湖研究的基础参数，是冰湖危险性评价、冰湖溃决洪峰流量估算以及防治工程设计的本底数据。国内国外基于观测数据拟合，对冰湖体积计算提出了经验公式，但这些公式用于喜马拉雅地区冰湖体积的估算尚存在一定的误差和局限性。在此基础上，本研究对喜马拉雅中段波曲河流域典型冰湖进行实地考察，利用多波束水下声纳测量与计算水下地形和库容，结合喜马拉雅地区其他冰湖的实测数据，建立了新的冰湖体积—面积经验公式，进一步发展了冰湖体积估算方法。对比已有的基于数据拟合的冰湖体积估算经验公式，本经验公式提高了估算精度，可以更准确地估算喜马拉雅地区冰湖体积。参考水利行业有关水库的分级标准，进行了基于体积的冰湖规模分级标准的探讨，以期为该流域防灾减灾及冰湖的规模定级标准提供参考。本研究成果对于冰湖溃决危险性分析与评价、溃决洪峰流量的估算以及洪水演进过程的模拟等方面具有重要的工程应用价值。
  • 一种适用于逻辑回归模型评价浅层滑坡易发性的网格尺度划分方法——以2019年福建省三明市群发浅层滑坡为例
    余淙蔚, 柳侃, 殷杰, 余斌
    2022, 40(01): 106-119. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000659
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    滑坡易发性评价是滑坡防治研究的重要内容之一。在逻辑回归模型中，常用网格单元作为滑坡易发性评价单元，具有划分简单，回归效率高的优点。然而，在构建模型时直接将研究区的栅格数据转换为矩阵，每个栅格表示一个评价单元，存在滑坡样本不平衡，滑坡地形参数指标不能反映真实的滑坡地形等问题，造成评价效果统计显著性低。本文以2019年福建省三明市的群发性浅层滑坡为研究对象，借助DEM数据和航拍影像整理出131个滑坡的面积、高程、岩性和道路建筑邻近性，采用改进高程矩阵，获得了更真实的滑坡坡度、剖面曲率和平面曲率等地形参数。根据各影响因子的标准滑坡频率对滑坡的贡献分级，建立了不同网格尺度的滑坡易发性逻辑回归模型。比较了假设检验中p值大小以及100 m×100 m, 200 m×200 m, 500 m×500 m和1000 m×1000 m等不同网格尺度的滑坡易发性评价结果，确定以500 m×500 m网格为基本单位的逻辑回归模型评价效果最佳。研究表明改进后的高程矩阵计算的滑坡地形参数能够更好地描述滑坡的地形特征。在评价滑坡易发性时，逻辑回归模型中的网格尺度大小应确保滑坡发生样本为总样本的30%～70%,以避免被低估或高估；总样本数应该在50以上，以避免模型不显著。本文提出了适用于逻辑回归模型评价滑坡易发性的网格尺度划分方法，可为滑坡的防灾减灾研究提供一定参考。
  • 西南地区城市化进程加剧局地气象条件的空间差异
    王晶, 赵龙, 吴辉, 董欣, 曹芝毓, 马明国
    2022, 40(01): 120-135. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000660
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    土地利用覆被变化对于局地气象条件的演变具有重要影响。在过去几十年我国西南地区经历了较为明显的土地利用变化，而该区域土地利用转变背景下局地气象要素的时空差异尚缺乏定量研究。本文利用中国多时期土地利用土地覆被遥感监测数据集(CNLUCC)以及中国区域地面气象要素驱动数据集(CMFD),基于土地利用转移矩阵和距平分析方法，量化了西南地区1980—2018年的土地利用转变及典型区域下的气象要素(近地面气温、风速、向下长波辐射、降水)时间变化特征和空间差异。结果表明：(1)西南地区近四十年以城市化进程为主导，建设用地整体增加10 133 km~2,重庆、成都以及昆明大城市面积扩张了2～4倍；(2)以城市化进程明显的0.5°网格为中心区，3°网格为背景场，可有效刻画土地利用变化背景下的局地气象要素时空演变差异，且该差异在上述三个城市呈现出明显的地域性特征。具体来说，成都在2000年后的城市化快速发展期呈现出较大的气象条件空间差异，2000—2010年气温、长波辐射距平以及风速和降水相对变化量中心区与背景场的最大差值分别为-0.69 K、-5.2 w·m~(-2)、+22%、+20%,而2010—2018年二者差异反向，最大差值分别为+0.78 K、+4.3 w·m~(-2)、-17%、-13%。重庆大部分气象要素时空差异与成都相近，但风速呈先减小后增大的趋势，1995—2009年间中心区高于背景场达22%。昆明的土地利用较为复杂，各气象要素变化较成都与重庆存在一定差异。这可能是因为较大面积的水体对气象要素的时空变化有一定的缓冲和调节作用。本研究可为西南地区土地利用尤其是城市化发展下的用地管理和城镇规划提供参考。
  • 基于地形梯度的雅鲁藏布江流域土地利用及景观格局分析
    李佩君, 左德鹏, 徐宗学, 高晓曦
    2022, 40(01): 136-150. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000661
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    研究不同地形梯度下高寒山区土地利用演变和景观破碎化，是对生态脆弱区保护与恢复精准施策的基础。雅鲁藏布江流域空间异质性明显，但现有研究多集中在子流域尺度，缺少像元尺度的深度探讨，无法对流域精细化管理提供足够的数据支持。本文选取高程、坡度、地形起伏度3个地形要素，分析1980—2015年雅鲁藏布江流域土地利用/覆被时空分布特征，并借助分布指数计算各地类在不同地形分级的优势度，基于冗余分析定量计算地形要素与景观格局指数相关关系。结果表明：(1)流域近30年土地利用/覆被结构变化较小，但空间异质性明显。草地为主要土地利用/覆被类型，林地和永久性冰川积雪大部分位于下游地区，耕地与城乡用地分布集中于中游；(2)自上游至下游平均海拔逐渐降低，坡度、地形起伏度逐渐增大。耕地、水体、城乡用地对地形要素依赖性最强，林地、未利用地、永久冰川积雪适应性较强。3000～4000 m高程带、6°～15°坡度带、小起伏山地带是由人类活动频繁区向自然生态系统的过渡带，可作为土地利用变异转折点；(3)由上游至下游景观格局破碎化程度逐渐增大、景观多样性逐渐提高。高程与景观聚集度呈较弱负相关关系。坡度和地形起伏度与景观聚集程度呈明显负相关，与景观丰富程度呈正相关。本研究可为不同地形梯度下生态脆弱区研究与保护提供科学依据，也可为高寒流域土地利用/覆被规划与保护及综合开发利用精准施策、一地一策提供理论基础。
  • 复杂地貌无人机遥感3D场景构建
    毕瑞, 甘淑, 袁希平, 高莎, 胡琳
    2022, 40(01): 151-164. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000662
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    针对地形起伏变化较小、形态特征单一的地貌，无人机遥感多采用“已”字形垂直视角或模拟多镜头垂直视角航线从5个方向对目标对象进行数据采集，构建3D场景，但是对于地貌形态、空间分布急剧变化的山地环境，通过传统航线方式获取地貌影像时容易出现工作效率低、飞行安全性低、精度低等问题，适宜的航线规划方案是确保无人机飞行安全、提高工作效率、获取高质量影像的前提。本文基于无人机遥感技术，以云南省恐龙谷南缘的环状构造地貌入口处的典型坑唇地貌为研究区，利用RTK无人机获取坑唇地貌山脊上的大坡度地层露头影像，规划井字形格网交叉倾斜视角航线，采用SfM和MVS算法构建3D场景，基于目视解译、GIS地形特征提取和分析等方法实现多角度、多方法、精确的地貌特征识别、量测和地形特征分析。研究表明：(1)井字形交叉格网倾斜航线能构建平均精度达97.4%,具有厘米级精度的大坡度地层露头地貌3D场景。(2)目视解译得到的11条地层露头平均长度为92.62 m、平均倾角为12.40°,中部地层露头分布稀疏，两侧较为密集，山脊上部的地层露头走向为西南—东北、中部为南—北、下部为东南—西北。(3)地层露头整体近似为连续的阶梯状错断分布，大部分地层露头分布在高程为1695～1715 m、坡度为40°～60°、坡向为西南的山脊中部，且山脊中部有2个明显断层，垂直断距为5.42 m和16.18 m,山脊下侧的地层露头坡度最大，地形变化明显。本研究成果可为利用无人机遥感技术在复杂山地环境下获取高质量地貌影像和精细化地貌识别及其地形特征分析提供一种有效的参考方法。