黄土高原水土保持工程措施的生态系统服务 被引量：19

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作者 杨磊 冯青郁 陈利顶 《资源科学》 CSSCI CSCD 北大核心 2020年第1期87-95,共9页

黄土高原严重的水土流失是黄河泥沙的主要来源。自1950s以来大规模实施的水土保持工程建设是黄土高原水土流失治理的重要举措,在减少入黄泥沙方面做出了巨大贡献。水土保持工程措施通过直接或间接地作用于坡面、沟道的水文过程和物质迁... 黄土高原严重的水土流失是黄河泥沙的主要来源。自1950s以来大规模实施的水土保持工程建设是黄土高原水土流失治理的重要举措,在减少入黄泥沙方面做出了巨大贡献。水土保持工程措施通过直接或间接地作用于坡面、沟道的水文过程和物质迁移过程等,改变了水资源和土壤资源的时空分配格局,在土壤保持、粮食供给、水文调节等方面发挥了重要作用,对黄河流域生态安全具有重要贡献。本文系统综述了黄土高原水土保持工程措施的发展演变,阐述了水土保持工程措施对水土过程的作用机制及对关键生态系统服务的贡献,探讨了新形势下黄土高原水土保持工程措施建设面临的问题、挑战。在此基础上提出今后黄土高原水土保持工程措施应加强维护和管理,提升应对极端气候事件和自然灾害的能力,面向国家生态文明建设和区域社会经济发展需求,统筹工程措施与植被措施,进行科学的设计与合理的时空配置,以维护黄土高原及黄河流域生态安全、维持和提升区域生态系统服务功能及社会经济效益。 展开更多

关键词 水土保持 生态系统服务 水文过程 土壤过程 社会-经济-自然复合生态系统 黄土高原

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城郊流域源汇景观格局与水体抗生素的关系 被引量：9

2

作者 李敏 唐剑锋 +3 位作者 陈利顶 赵方凯 冯青郁 杨磊 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期2264-2271,共8页

阐明城郊地区土地利用格局对水体抗生素的影响,对于维护水质安全和城乡居民健康具有重要意义.本研究以长三角典型城郊宁波樟溪流域为例,基于不同子流域定位监测,研究了城郊流域水体抗生素的组成和分布特征,基于源汇景观模型探讨了流域... 阐明城郊地区土地利用格局对水体抗生素的影响,对于维护水质安全和城乡居民健康具有重要意义.本研究以长三角典型城郊宁波樟溪流域为例,基于不同子流域定位监测,研究了城郊流域水体抗生素的组成和分布特征,基于源汇景观模型探讨了流域源汇景观格局特征对水体抗生素的影响.结果表明,不同子流域水体抗生素含量和种类存在较大差异,抗生素的浓度变化范围为1.12~53.74 ng·L^-1.景观分析表明研究区从上游到下游"源"景观的面积逐渐增大,而"汇"景观的面积逐渐减小.不同子流域水体抗生素的非度量多维尺度分析(NMDS)发现具有相似源汇景观格局的子流域水体抗生素组成和含量具有一定的相似性.土地利用的组成及其在海拔、坡度和距离上的分布都对水体抗生素浓度有不同程度的影响.相关分析和冗余分析(RDA)表明,源汇景观负荷比指数(LWLI)与水体抗生素浓度呈正相关关系,子流域LWLI越大其水体抗生素浓度越高.通过流域景观格局优化,使"源""汇"景观在空间上合理分布,可以减少水体抗生素污染. 展开更多

关键词 城郊 景观格局 水环境 土地利用 源汇景观模型

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黄土丘陵区SCS-CN模型径流曲线数的计算与校正 被引量：6

3

作者 冯憬 卫伟 冯青郁 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期4170-4181,共12页

由美国农业部土壤保持局开发的SCS-CN模型在其他国家地区使用过程中的适用性仍存在争议,直接采用其给定的初损率λ来计算CN值易出现问题,尤其对于中国黄土高原这样具有复杂自然环境的干旱半干旱生态系统来说,有必要针对CN模型参数做进... 由美国农业部土壤保持局开发的SCS-CN模型在其他国家地区使用过程中的适用性仍存在争议,直接采用其给定的初损率λ来计算CN值易出现问题,尤其对于中国黄土高原这样具有复杂自然环境的干旱半干旱生态系统来说,有必要针对CN模型参数做进一步校正。基于地处黄土丘陵区的定西共计47个径流小区连续五年生长期的观测数据,采用平均值法计算典型植被和整地类型下的CN值,并结合前人在不同坡度下对初损率λ的率定结果进行校正,同时运用经验公式法计算土壤饱和导水率、确定土壤水文组。结果表明:(1)陇中地区土壤质地以壤土、粉砂壤土为主,饱和导水率介于18—180mm/h之间,最小渗透率介于3.81—7.26mm/h之间;(2)土壤前期含水量、植被种类、植被盖度、土地利用、坡度以及整地工程措施等均对CN值存在影响,依照坡度校正后的CN值与之前计算的存在较大差异;(3)典型植被覆盖类型下的CN_1值为:灌木林地(沙棘)<撂荒地(冰草)<人工草地(苜蓿)<坡耕地(小麦)<乔木林地(油松),相同坡度的同类型植被措施下,CN值随植被覆盖度增加而减小;(4)水平沟、水平阶和反坡台等整地措施在不同土壤湿度条件下均降低了CN值,有效提高了土壤饱和导水率。 展开更多

关键词 SCS-CN模型 黄土丘陵区 径流曲线数法 坡面径流 降雨 初损率

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基于“斑块-廊道-基质”和“源-流-汇”范式景观格局分析的景观生态学工具箱原理与应用

4

作者 冯青郁 凡会会 +5 位作者 杨磊 陈利顶 黄勇 李博永 范茵琳 杨能亮 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4678-4686,共9页

景观格局的定量分析是评价其对生态过程影响的先决条件,也是生态系统规划和管理的重要依据。当前的景观格局分析软件都仅提供基于“斑块-廊道-基质”景观分析范式的格局指数计算,不包含基于“源-流-汇”的范式的指数计算。这不仅无法适... 景观格局的定量分析是评价其对生态过程影响的先决条件,也是生态系统规划和管理的重要依据。当前的景观格局分析软件都仅提供基于“斑块-廊道-基质”景观分析范式的格局指数计算,不包含基于“源-流-汇”的范式的指数计算。这不仅无法适应景观生态学理论的发展,也无法满足大数据时代对计算场景和速率的需求。针对该问题,在研发基于“源-流-汇”的范式的指数算法的基础上,开发了景观生态学工具箱(Landscape Ecology Toolbox,LET)。不仅同时提供基于两种分析范式下的景观格局指数计算,也提供了图形用户界面和命令行两种运行方式。在对LET主要功能进行介绍的基础上,将LET同现有景观分析软件在操作逻辑、景观指数计算范围、特色功能等方面进行了详细的对比,最后对软件未来的发展方向进行了讨论。 展开更多

关键词 景观生态学工具箱 景观格局指数 “源-流-汇”范式 “斑块-廊道-基质”范式

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基于径流路径的分布式面源污染模型研发与应用进展 被引量：4

5

作者 李思思 张亮 +5 位作者 刘宏斌 冯青郁 庄艳华 李文超 杜耘 杜新忠 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期2477-2488,共12页

精准刻画地表径流的路径及其所携带的面源污染物随径流的输移过程是准确估算面源污染入水体量、污染关键源区辨识和高效防控的关键,在我国以小农户种植为主、景观特征复杂的地理条件下尤为重要。鉴于目前常用的面源污染模型大都起源于国... 精准刻画地表径流的路径及其所携带的面源污染物随径流的输移过程是准确估算面源污染入水体量、污染关键源区辨识和高效防控的关键,在我国以小农户种植为主、景观特征复杂的地理条件下尤为重要。鉴于目前常用的面源污染模型大都起源于国外,往往对径流路径的空间差异性及污染物陆面输移过程进行概化,介绍了一个基于径流路径的分布式面源污染模型(STEM-NPS)及其研发与应用进展。阐述了该模型的研发背景、模型原理和结构,说明了STEM-NPS模型对地表径流汇流及其所携带的污染物输移过程的精细化表达方法;介绍了该模型在不同地理环境及尺度的应用进展,展示了其在地块尺度的面源污染关键源区辨识,关键过程和关键影响因素解析及面源污染监管决策支持等方面的功能;探讨了STEM-NPS模型与其他常用模型的异同,并结合生态学研究和面源污染精准防控的需求,提出模型的应用前景及进一步发展的方向。 展开更多

关键词 氮磷 径流路径 关键源区 面源污染 最佳管理措施

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黄土高原小流域植被恢复的土壤水分和养分权衡效应研究 被引量：4

6

作者 王世军 杨磊 +2 位作者 段兴武 黄勇 冯青郁 《土壤通报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期356-365,共10页

【目的】明确黄土高原植被恢复影响下土壤水源涵养和养分积累的权衡和协同关系。【方法】基于野外采样和实验分析,应用多元统计方法研究了典型黄土高原小流域土壤水分和养分对不同植被恢复方式的响应。【结果】(1)不同类型人工植被恢复... 【目的】明确黄土高原植被恢复影响下土壤水源涵养和养分积累的权衡和协同关系。【方法】基于野外采样和实验分析,应用多元统计方法研究了典型黄土高原小流域土壤水分和养分对不同植被恢复方式的响应。【结果】(1)不同类型人工植被恢复均会引起土壤水分含量降低,尤其是乔、灌植被深层土壤水分消耗较为严重;(2)植被恢复后土壤养分含量总体增加,其中乔、灌植被的土壤有机质、全氮、速效钾积累较草地更显著,然而不同植被类型下的土壤速效磷积累相对较低且无显著差异,并且所有人工恢复植被均引起土壤全磷和有效氮的降低,而土壤有机碳和全氮积累随植被恢复年限呈显著增加趋势。(3)综合考虑土壤水分亏缺和土壤养分积累时,乔、灌植被存在相对高水分亏缺和相对高养分积累的特征,相比而言草地土壤水分和养分的权衡更具可持续性。【结论】考虑到半干旱黄土区土壤水分和养分的权衡,合理的植被配置和对人工乔、灌植被的必要管理应该受到重视。 展开更多

关键词 土壤水源涵养 养分保持 权衡与协同 黄土高原 生态系统服务

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基于无人机倾斜摄影技术的黄土丘陵区典型小流域淤地坝特征信息提取与分析

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作者 李博永 冯青郁 +2 位作者 贺宏斌 陈乐 陈利顶 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2023年第6期91-96,103,共7页

淤地坝现状特征信息的精准提取对于淤地坝运行现状评估十分重要,全面的淤地坝特征信息可为病险坝除险加固提供重要依据,当前淤地坝特征信息提取尚缺乏科学高效的技术。针对此问题,拟提出基于无人机倾斜摄影技术提取淤地坝运行现状特征... 淤地坝现状特征信息的精准提取对于淤地坝运行现状评估十分重要,全面的淤地坝特征信息可为病险坝除险加固提供重要依据,当前淤地坝特征信息提取尚缺乏科学高效的技术。针对此问题,拟提出基于无人机倾斜摄影技术提取淤地坝运行现状特征的方法,以无人机航拍影像为基础数据,生成三维实景模型和高精度DEM,用于淤地坝数目、位置、剩余库容、有效坝高等重要现状信息的提取和测量,进而分析小流域内淤地坝分布、组成结构、坝体信息、淤积程度、坝控流域面积等特征。将此技术应用于陕西省榆林市子洲县蛇家沟小流域,详细提取1座大型坝和3座中型坝的现状特征信息。经过同野外实测数据对比,提取的淤地坝坝体信息相对误差均<3.8%。所识别的大型坝剩余库容不足,处于基本淤满状态,且坝顶明显沉降,在极端降水条件下具有极大的漫顶溃坝风险。坝地耕作面积占小流域面积比例仅为2.17%,仍有坝地尚未开垦利用。研究结果可为小流域淤地坝动态监测与科学管理提供新方法和新思路。 展开更多

关键词 淤地坝 无人机 三维建模 蛇家沟小流域

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亚热带小流域浅层地下水不同形态氮含量的时空变异特征 被引量：2

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作者 焦军霞 周脚根 +3 位作者 杨文 冯青郁 张满意 李裕元 《农业环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第8期1573-1582,共10页

为了定量研究流域尺度上氮素(N)形态的时空变异特征,以湖南省长沙县亚热带湘江源头小流域(134.4 km^2)为研究对象,2011年(1—12月)定位观测了小流域菜地、茶园、旱地、林地、两季稻田和一季稻田6种土地利用类型下浅层地下水总氮(TN)、... 为了定量研究流域尺度上氮素(N)形态的时空变异特征,以湖南省长沙县亚热带湘江源头小流域(134.4 km^2)为研究对象,2011年(1—12月)定位观测了小流域菜地、茶园、旱地、林地、两季稻田和一季稻田6种土地利用类型下浅层地下水总氮(TN)、硝态氮(NO_3^--N)、铵态氮(NH_4^+-N)浓度的动态变化,运用空间分析技术分析了各观测指标的时空变异特征。结果表明:研究区浅层地下水NH_4^+-N、NO_3^--N和TN均具有强烈的空间自相关性(块金系数分别为0.76%、8.50%、4.41%),结构变异占主导地位,变程分别为540、580、570 m。小流域浅层地下水TN、NH_4^+-N和NO_3^--N月均浓度变化趋势不尽相同,TN和NO_3^--N月均浓度的动态变化相对比较平缓,而NH_4^+-N的变幅较大,TN和NH_4^+-N的峰值出现在2011年7月,NO_3^--N无明显高峰;TN、NO_3^--N和NH_4^+-N的平均浓度分别为2.97、1.12 mg N·L^(-1)和1.32 mg N·L^(-1)。研究区浅层地下水N的浓度分布特征与土地利用类型关系密切,茶园、稻田为浅层地下水N分布高浓度区,且茶园地下水N浓度最高,林地为N分布低浓度区。 展开更多

关键词 氮素 时空变异 土地利用类型 浅层地下水 湘江流域

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基于磷负荷削减的沙河水库流域生态修复措施配置研究 被引量：1

9

作者 张耀方 常国梁 +7 位作者 叶芝菡 张守红 何春利 黄炳彬 冯青郁 赵世伟 张龙涛 唐丽媛 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2021年第6期302-309,共8页

水体磷浓度增加易导致水体中藻类大量繁殖等生态问题,磷负荷削减一直都是水环境治理的重点工作。以磷负荷削减为重点,以北京城市副中心上游沙河水库流域为研究对象,采用SWAT模型对4类24种源头控制—过程拦截生态修复措施进行分析模拟,... 水体磷浓度增加易导致水体中藻类大量繁殖等生态问题,磷负荷削减一直都是水环境治理的重点工作。以磷负荷削减为重点,以北京城市副中心上游沙河水库流域为研究对象,采用SWAT模型对4类24种源头控制—过程拦截生态修复措施进行分析模拟,评价生态修复措施对磷负荷的削减情况。结果表明:(1)对总磷的削减效率依次为退出畜禽养殖>分散污水处理>生态护岸>植草沟、植被缓冲带>城镇径流控制>节药节肥、林下结构提升,退出畜禽养殖、分散污水处理等源头控制措施效益十分显著。(2)针对农业面源污染,建议采取5 m宽生态沟渠,果园∶过滤带面积比为10∶1的植被过滤带,不使用除草剂,果园减少50%有机肥施用量,100%养殖废弃物资源化利用并减少30%污水量5项措施,削减农业生产过程产生的磷负荷;城镇建议采取提高20%透水铺装率和提升40%分散污染处理率2项措施;河道推荐采用高覆盖度生态护岸和布设5 m宽河道缓冲带。(3)空间上削减农业—城镇—河道磷负荷,要素上针对山水林田湖草生态要素进行系统治理,措施实施后总磷负荷削减率可达53%,总磷达到IV类标准的流域面积增加8.6%,效果尤为显著。研究成果为山水林田湖草系统治理措施布局提供了参考。 展开更多

关键词 沙河水库流域 SWAT模型 生态修复 磷负荷

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农业政策环境扩展模型在我国农业面源污染研究中的应用 被引量：11

10

作者 冯青郁 陈利顶 杨磊 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1665-1678,共14页

我国的面源污染问题逐渐受到政府和科学界的重视,然而面源污染是一个复杂的系统过程,涉及多种因素和多个过程。面源(NPS)污染模型作为解决面源污染相关问题的研究和管理工具,在进行面源污染总量估算和严重程度评价、污染物流失路径和影... 我国的面源污染问题逐渐受到政府和科学界的重视,然而面源污染是一个复杂的系统过程,涉及多种因素和多个过程。面源(NPS)污染模型作为解决面源污染相关问题的研究和管理工具,在进行面源污染总量估算和严重程度评价、污染物流失路径和影响因素分析、治理策略制定等方面都有重要的作用。在我国,虽然针对面源污染模型进行了大量相关研究,既包含对基于国外模型的应用与验证,也包含基于观测数据自主研发的模型,但仍然存在模型应用和验证案例不足、已有的模型应用同中国面源污染特征结合不足、模型发展同面源污染机理研究结合不足等问题,而农业政策环境扩展(APEX)模型在应对这些问题上具有一定的优势。结合我国面源污染模型相关研究存在的问题、APEX模型模块和研究进展进行了介绍,对APEX模型在我国面源污染相关问题的研究中涉及的畜禽养殖、复杂耕作系统、特定BMP和水稻田的模拟等相关问题的应用前景进行了探讨,以期能够促进我国农业面源污染模型的发展。 展开更多

关键词 农业政策环境扩展(APEX)模型 面源(NPS)污染模型 水文循环 氮磷流失 土壤侵蚀 有机肥模拟

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极端天气陆地河流面源污染对珠江河口叶绿素分布的影响——评价方法构建与应用 被引量：1

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作者 黄靖雯 孟钊 +5 位作者 冯青郁 马伟伟 万修全 周巍 李佳俊 冯洋 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1911-1923,共13页

近十年来,随着我国粤港澳大湾区的建设,珠江流域人口增长十分迅速,食品和能源需求急剧增加,导致流域上游省份农业用地面积增加,下游省份城市化进程加速,随之导致含农业化肥的农田灌溉用水和生活污水排放大幅度增加。流域的面源污染物进... 近十年来,随着我国粤港澳大湾区的建设,珠江流域人口增长十分迅速,食品和能源需求急剧增加,导致流域上游省份农业用地面积增加,下游省份城市化进程加速,随之导致含农业化肥的农田灌溉用水和生活污水排放大幅度增加。流域的面源污染物进入珠江河口,导致河口海域赤潮发生频率明显增高。此外,全球变暖加剧了南海和西太台风等极端天气事件的发生频率,大量的台风在珠江口附近登陆,对人类活动产生的营养盐在海水中再分布产生较大影响。现场及卫星观测表明,台风等极端天气影响浮游植物时空分布的4个主要影响因子为:海水的垂直混合、流域的降水增加、河流淡水及营养盐的大量输入及风场变化。但是,尚未对这些因子如何影响叶绿素分布进行过清晰阐释。研究构建了粤港澳大湾区陆海气集成模拟系统,一方面通过控制实验来对模式敏感性进行测试,另一方面以台风“天鸽”过境珠江口为例,来对台风过境期间海表叶绿素时空变化机理进行探究。结果表明,陆地模式径流分辨率的提高对模拟结果有很大影响,台风“天鸽”过境时,向岸的风抑制了珠江冲淡水排出,促进外海水涌入,提高海表盐度,降低叶绿素浓度。而台风所致的陆地降水在过境后四天(8月27日)通过径流输出至河口,此次剧烈的增水向珠江口输入大量的营养盐,促进浮游植物持续生长,使叶绿素浓度在台风过境两周(9月1日)后仍在增加。研究所构建的集成模拟系统可适于其它受河口面源污染影响的海湾及近海系统。为未来实现赤潮、缺氧等生态灾害预报提供可能性。 展开更多

关键词 珠江口 陆海气集成模式 台风“天鸽” 海表叶绿素浓度

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