山地学报

山区农产品主产区种养关联碳减排潜力估算 ——以四川洪雅、开江、盐亭和兴文县为例

罗怀良 — 2024年07月28 00:00

种养关联既可有效利用农业废弃物,又具碳减排效应。已有研究主要聚焦农业废弃物资源化利用及其污染控制,对农业种养关联碳减排缺乏关注。本文以四川盆地山地丘陵农产品主产区的洪雅、开江、盐亭和兴文4县为研究对象,采用草谷比法估算作物秸秆量,依据能量转化构建秸秆饲料化利用碳减排潜力估算法,采用排泄系数法估算畜禽粪便量,依据营养物质循环构建粪便肥料化利用碳减排潜力估算法,探讨2008—2017年该区种养关联碳减排潜力。结果表明:(1)该区种养关联年均碳减排潜力为19.42×10⁴ t,且微弱上升(1.25%)。其中,作物秸秆饲料化利用年均碳减排潜力15.49×10⁴ t,上升8.37%; 畜禽粪便肥料化利用年均碳减排潜力3.93×10⁴ t,下降23.09%。(2)该区单位耕地面积种养关联碳减排潜力为2.04 t/hm²,其中,开江(2.36 t/hm²)>洪雅(2.30 t/hm²)>盐亭(2.01 t/hm²)>兴文(1.57 t/hm²)。(3)该区种养关联碳减排潜力中作物秸秆饲料化利用占比(79.75%)>畜禽粪便肥料化利用(20.25%); 作物秸秆饲料化利用碳减排潜力以水稻(35.07%)、玉米(24.99%)、小麦(13.44%)和油菜(12.77%)等作物为主(共86.27%); 畜禽粪便肥料化利用碳减排潜力以牛粪便为主(占52.94%)。本研究可以为山地丘陵区种养关联碳减排提供理论依据。

新疆阿尔泰山多年冻土区泥炭剖面有机碳结构变化及其影响机理

2024年07月28 00:00

多年冻土泥炭地是重要的陆地碳库之一,在区域碳循环及气候变化过程中扮演重要作用。前期研究集中于区域气候变化对泥炭有机碳稳定性影响研究,但局地环境变化对其影响并不明确。新疆阿尔泰山多年冻土泥炭地是中国西北高山泥炭重要的分布地区之一,对气候变化响应敏感。本文选取阿尔泰山三处多年冻土区泥炭地(黑湖、哈拉萨孜和三道海子)剖面,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术对比分析泥炭剖面易分解的碳水化合物和结构较稳定的芳香族化合物的含量变化特征,揭示不同局地环境条件下泥炭剖面中有机碳结构变化及差异特征; 并结合泥炭剖面中总有机碳(TOC)、腐殖化度(HD)和灰分等理化指标以及局地环境特征,探讨阿尔泰山多年冻土区泥炭沉积过程,揭示泥炭有机碳结构稳定性变化的影响机理。结果表明,(1)阿尔泰山不同环境条件下多年冻土区泥炭剖面中有机碳结构含量特征存在明显差异。黑湖和哈拉萨孜泥炭剖面中芳香族化合物含量(26.63%和26.58%)显著高于三道海子泥炭剖面中芳香族化合物含量(21.21%); 三道海子泥炭剖面中碳水化合物含量(36.12%)明显高于黑湖(21.84%)和哈拉萨孜(24.21%)泥炭剖面。(2)芳香族化合物与碳水化合物含量比值结果表明,黑湖泥炭剖面中有机碳结构稳定性(1.33)高于哈拉萨孜(1.14)和三道海子(0.60); 黑湖和哈拉萨孜泥炭剖面中有机碳稳定性随深度增加而增加,三道海子则随深度增加而下降。(3)阿尔泰山不同环境条件下的多年冻土泥炭地植被种群和微生物活性的差异,是导致泥炭有机碳稳定性变化的主要因素。本研究可为科学评估高山多年冻土区有机碳库动态变化及对环境变化的响应提供参考。

祁连山青海云杉林叶面积指数的空间异质性

2024年07月28 00:00

叶面积指数(leaf area index,LAI)在山地森林具有高度的空间异质性。基于大样地尺度的山地森林叶面积空间异质性的研究较少,而且不涉及LAI对地形的响应研究。基于LAI的空间异质性和地形因子的相关性,确定取样尺度,可为提升区域尺度上LAI的空间遥感精度提供依据。本研究依托祁连山大野口流域10.2 ha(340 m×300 m)的青海云杉林动态监测样地,使用CID CI-110植物冠层数字图像分析仪对样地内255个20 m×20 m 样方进行五点法LAI测定,分析LAI的空间异质性特征和空间分布格局及其与地形因子的相关性。研究结果表明:(1)LAI具有中等变异性,指数模型是变异函数的最佳理论模型,具有强烈的空间自相关,变程为16 m,南—北方向上是LAI分布的优势格局。(2)LAI的空间分布格局相对简单,具有一定的斑块性,LAI为0.56～1.43 的斑块所占面积最大。(3)LAI与海拔和坡度均呈极显著负相关(P<0.01),与坡度和曲率的相关性均不显著(P>0.05)。(4)青海云杉林的LAI空间异质性与尺度和方向有关,部分地形因子对LAI存在着显著影响。研究结果可为青海云杉林生态过程分析以及遥感技术反演LAI参数提供依据。

基于ERA5-Land数据的1961—2020年喜马拉雅山地区气温变化特征

2024年07月28 00:00

喜马拉雅山地区气温对全球气候变化敏感。由于海拔高、数据获取难度大,已有研究对喜马拉雅山区气候变化的认识并不充分。本研究基于高分辨率ERA5-Land数据,分析1961—2020年喜马拉雅山地区气温时空变化特征,评估其在喜马拉雅山地区的适用性。结果表明:(1)1961—2020年喜马拉雅山整体以0.13 ℃/10a的速率升温,但自1990年后升温速率显著增大至0.20 ℃/10a,以秋冬季变暖最为显著。(2)空间上,北坡升温高于南坡,东段升温快于西段。升温导致年平均0 ℃等温线上升100 m,且0 ℃等温线季节差异显著,其中秋季升高可达161 m,而春季升高仅70 m。(3)喜马拉雅山地区气温垂直变化存在海拔依赖性特征,中、东段升温峰值区位于海拔4000～5500 m处,而西段升温峰值区位于海拔3000～4000 m处。1961—2020年喜马拉雅山高海拔地区积雪面积快速减少,导致地表反照率降低进而地表吸收太阳辐射增加,形成气温升高—反照率降低—气温进一步升高的正反馈过程,这是高海拔升温显著的重要原因。全面认识喜马拉雅山高海拔地区气温的时空演变规律有利于应对变暖所导致的环境问题并提出相应策略。

1990—2015年四川盆地农地时空演变特征及其驱动因素

2024年07月28 00:00

四川盆地是中国自然地域单元和粮食主产区。20世纪以来,区域社会-生态系统变迁驱动农地利用规模和结构发生变化,而农地利用的时空演变特征及其驱动因素尚不明晰。本文利用1990、2000、2010和2015年土地利用数据和社会经济统计数据,结合空间分析和最优参数地理探测器模型,分析四川盆地农地的时空演变特征,探究不同时期社会经济驱动过程。结果表明:(1)1990—2015年,农地面积减少1859.91 km²,呈现阶段性变化特征。其中,1990—2010年,农地变化以内部转移为主,大量旱地和水田转变为园地,部分农地转为林地与建设用地; 2010—2015年,农地呈现集中转变为建设用地的趋势。(2)川东北地区园地面积显著增加,城市中心与主干道附近建设用地面积明显增长,林地面积增加集中于平行岭谷地带,其空间聚集效应均表现为高-高聚集或低-低聚集特征。农地内部转移、农地向建设用地和林地的转变具有明显的空间分异特征和聚集效应。(3)2000—2010年间,农业劳动力与造林面积百分比是农地变化的主要驱动因素,因子间的交互作用多表现为非线性增强; 2010—2015年间,GDP是农地变化的主要驱动因素,因子间交互作用表现为双因子增强解释程度更高。研究结论可为区域国土空间规划和农业可持续发展提供决策参考。

三江源地区近地表土壤冻融时空变化

2024年07月28 00:00

近地表土壤冻融过程影响土壤和大气之间的水分与能量交换,研究其动态变化对揭示多年冻土退化过程具有重要意义。受限于高海拔地区地表观测数据的获取,过去多关注多年冻土区土壤冻融水热运移特征,缺乏对土壤冻融长期变化趋势及其时空变化特征的研究。青海三江源地区是青藏高原多年冻土分布区,是全球气候变化的敏感区和关键带。本文基于野外观测数据评估ERA5-Land地温数据的精度,分析1980—2021年三江源地区近地表土壤冻融时空变化特征。结果表明:(1)ERA5-Land表层土壤温度数据与国家气象局23个站点观测数据的相关系数均值为0.94,均方根误差均值为4.49 ℃; 与6个活动层站点观测数据的相关系数均值为0.96,均方根误差均值为2.57 ℃,能够满足三江源地区土壤冻融时空变化研究要求。(2)三江源地区地表土壤温度年均值、春季、夏季、秋季和冬季空间分布均表现为东部高、西部低; 近地表土壤温度夏季增幅最大,秋季增幅最小,春季、夏季增幅整体高于秋季、冬季。(3)1980—2021年三江源地区冻结天数和冻结持续时间呈现显著减少趋势,减小幅度分别为4.99 d/10a和6.77 d/10a; 冻结起始时间推迟,变化幅度为3.43 d/10a; 冻结结束时间提前,变化幅度为3.35 d/10a。(4)三江源地区西部高海拔地区植被覆盖度远低于东部低海拔区,这可能是造成三江源地区低海拔区域冻结天数减小幅度明显低于高海拔区域的一个重要原因。本研究利用ERA5-Land数据填补了三江源地区土壤冻融时空变化的宏观认识,可为进一步准确认识三江源地区多年冻土空间退化特征提供参考。

脱贫山区县域生计效率评估与仿真研究——以陕南秦巴山区为例

2024年07月28 00:00

脱贫山区是生态环境脆弱区和贫困人口的集中区,生计效率低下,可持续生计问题突出,是新时期防止返贫动态监测的重点区、全面推进乡村振兴战略的难点区。过往研究多关注农户尺度静态的生计及效率问题,对生计过程及结果的效率评估研究不足,难以揭示生计的动态变化趋势及制约其发展的瓶颈问题。本研究以陕南秦巴山区28个区县为例,运用系统动力学方法构建县域生计效率系统动力学模型,从生计资本角度出发设计5类调控模式共26种情景并进行仿真模拟。结果表明:(1)2015—2021年,陕南秦巴山区县域生计效率整体处于相对中等水平。其中,岚皋县、商南县、山阳县的生计效率相对较低,柞水县、城固县、汉台区的生计效率相对较高。(2)2022—2035 年,陕南秦巴山区县域生计效率将从0.809提升至0.969,生计效率的年平均值为0.915,脱贫山区县域生计效率未来将呈上升趋势。(3)增加人口、降低设施农业、降低耕地、降低金融机构贷款、降低福利等策略可有效提升脱贫山区县域生计效率。本研究可为脱贫山区提高生计质量、生计效率提供科学依据,也可为推动类似区域可持续发展、乡村振兴提供参考。

喀斯特地区非农就业对农户薪柴利用的作用路径——基于供需的角度

2024年07月28 00:00

薪柴是中国山村的传统生活能源。薪柴砍伐是喀斯特地区植被退化、石漠化加剧的重要原因。薪柴利用关系着森林转型和生态恢复。已有研究主要从劳动力和收入的角度分析非农就业对薪柴利用的影响。从薪柴供需变化的角度研究非农就业对薪柴利用的作用路径,有助于明晰森林转型的微观机制。本文以喀斯特地区三个典型区县562户农户调查数据为基础,采用有序Logit模型和中介效应模型,从供需的角度分析非农就业对农户薪柴利用的影响及其作用路径。研究表明:(1)研究区薪柴利用总体减少,79.72%的农户减少对薪柴的利用。(2)非农就业通过降低农户薪柴获取能力和放大薪柴采集环境约束减少薪柴供给,同时通过减少需求来源、增强其他能源替代减少薪柴需求,供需的减少使得农户对薪柴的利用减少。(3)非农就业促进了薪柴替代,有利于喀斯特地区森林质量的提升。森林转型“经济增长路径”中能源转型机制拓展和细化为“非农就业—薪柴替代—薪柴利用减少—森林质量提升—森林质量转型”。(4)喀斯特地区可通过引导农村劳动力非农就业、发展规模养殖和增加商品能源的消费来加快薪柴替代、促进地区的生态恢复。研究结果丰富和拓展了森林转型的路径理论,可为喀斯特地区的生态恢复提供理论和实践参考。

偏转地形约束条件下滑坡-碎屑流运动速度与颗粒分布的试验研究

2024年07月28 00:00

滑坡-碎屑流在行进中受到侧向地形约束与挤压,运动方向发生偏转,侧蚀、侧向冲击或掩埋原低风险分区内的建筑结构。偏转地形约束条件下滑坡-碎屑流致灾参数分布演化特征及过程,包括运动速度、堆积分布、颗粒分选等的分析与反演是有效防控此类地质灾害的前提与基础。前期滑坡-碎屑流模型试验较少考虑其在受地形偏转作用影响下的运动特征,结果与实际观测不符。本文以典型滑坡碎屑流为原型,改进模型试验装置,采用物理模型试验,探究偏转点前后碎屑流运动速度和颗粒分布变化。研究结果表明:(1)碎屑流的运动速度在偏转点显著下降,并在偏转点后急剧增加并达到峰值,呈现出急加速、波动加速、地形偏转作用导致的速度剧烈下降、运动堆积区的逐渐下降、堆积停滞区的快速下降五个变化阶段。(2)滑坡碎屑流最大堆积厚度位于偏转点之后。(3)碎屑流大、小颗粒在堆积体表层、下层的质量占比分别为50.7%、65.1%,呈现明显的颗粒分选特征。在沿碎屑流运动的纵向和横向方向上,不同粒径的质量占比在偏转点附近与初始状态一致。沿纵向方向上,大颗粒质量占比呈现短距离减小分布,而后随运动距离的增加,质量占比增大,由初始状态的28.3%增大到49.6%; 而小颗粒的质量占比则呈现先增加后减小的分布特征,由初始状态的44.0%减小到23.5%; 在横向方向上,两侧大颗粒的质量占比大于中部,而小颗粒则相反。研究结果可以为受偏转地形作用的滑坡-碎屑流致灾参数演化和灾害防御提供参考。

泥石流物源土体标度分布参数与粘聚力的关系

2024年07月28 00:00

颗粒级配影响土体力学性质(如粘聚力)。细颗粒(尤其是粘粒)含量对粘聚力起着决定性作用。颗粒级配可用土体特殊粒径(如D₅₀等)来表征,但并不能避免同参异效等问题。采用土体标度分布μ和D_c两个参数,可准确地描述土体颗粒组成特征,但该分布参数的物理意义,以及特征参数与土体力学参数之间的关系尚不明确。本文实施室内试验测试,采用标度分布表征土体颗粒组成,研究在不同含水率和标度参数条件下土体粘聚力的变化特征,探讨土体颗粒组成、含水率和粘聚力之间的关系。结果表明:(1)标度分布参数μ随着细颗粒含量的增加而增大,并呈现指数函数关系;(2)随着细颗粒含量的增加,粘聚力先迅速增大后缓慢增加并趋于稳定,且粘聚力c与标度分布参数μ呈现对数函数关系;(3)粘聚力随着含水率的增大先增大后减小,即存在一个使得土体粘聚力达到最大值的含水率阈值,在达到此阈值之前,细颗粒含量对粘聚力的影响较为显著,达到该阈值之后,含水率成为更主要的影响因素;(4)基于试验结果,得到土体粘聚力随含水率及标度参数共同影响下的二元模型。研究可为明确标度分布参数的物理意义以及确定土体力学参数提供试验依据。

“三生空间”视角下基于云模型的崩岗侵蚀危害评价

2024年07月28 00:00

崩岗是中国南方红壤区最严重的土壤侵蚀形式之一。崩岗侵蚀危害的类型与大小均存在空间差异,崩岗危害评估与风险防控应具备针对性和时效性,并提高评价结果的空间精度。本研究以福建省安溪县官桥镇为研究区,基于生产、生活、生态空间视角构建崩岗侵蚀危害评价模型,通过云模型对2020年崩岗侵蚀危害进行评价,并提出相应的治理措施。结果表明:(1)经济密度、人口密度和崩岗面积占比的权重较大,分别为0.278、0.164和0.148,说明经济社会因素和崩岗侵蚀的直接影响因素对危害程度的影响最大。(2)崩岗侵蚀危害呈中部和东北部高、四周低的空间分布特征,且对生产空间造成的危害最高,生态空间次之,生活空间最小,在风险管理体系中应重点预防中部和东北部的崩岗侵蚀危害,尤其是对生产空间的危害防控。(3)对比基于云模型与未应用云模型的评价结果,极高危害V区的空间分布趋势相似; 应用云模型得出的空间评价结果更加细化,更能体现崩岗侵蚀危害的整体水平。本研究可进一步丰富崩岗侵蚀危害评价方法,并为崩岗治理提供建议。

云南镇雄“1·22”山体滑坡灾害调查

2024年07月28 00:00

2024年1月22日5时51分,云南省镇雄县凉水村发生滑坡灾害,导致凉水村合兴、和平两个村民小组共44人死亡。基于现场调查、无人机航测和遥感解译分析确定该地质灾害属中小规模滑坡,并探讨了其成因机理。结果表明:(1)镇雄滑坡是一次典型的“小滑大灾”灾害事件,其规模约11.88万m³,导致44人死亡;(2)滑坡发生前的坡体为一个裂缝发育的临界稳定态斜坡,岩石节理裂隙达1.4条/m,滑坡堆积石块中陈旧的历史风化断面占比超60%;(3)低温冻胀作用极可能最终触发了滑坡的发生,坡体的后端汇水、砂泥岩互层的地层和滑坡发生前的低温三个因素奠定了坡体冻胀失稳的基础。此类冬季发生的地质灾害具有极强的意外性,需引起高度重视。本研究可为高原和高纬度地区由低温冻胀作用触发的滑坡防控提供案例和借鉴。