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中国干旱半干旱区1990-2020年土壤水蚀时空变化及动态驱动力

水土保持学报 2025年第1期39卷 10-20页

作者：陈硕赵文武北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部陆地表层系统科学与可持续发展研究院北京100875

[目的]我国干旱半干旱区生态环境脆弱,土壤流失问题严重,为探究气候变暖背景下干旱地区的土壤水蚀现状。[方法]基于修正通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)模型计算中国干旱半干旱区1990年、2000年、2010年... 详细信息

[目的]我国干旱半干旱区生态环境脆弱,土壤流失问题严重,为探究气候变暖背景下干旱地区的土壤水蚀现状。[方法]基于修正通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)模型计算中国干旱半干旱区1990年、2000年、2010年、2015年、2020年的各模型因子和土壤水蚀模数,并进行精度验证(R^(2)=0.60);在此基础上利用最优参数地理探测器分析其单因子及交互因子动态驱动力大小和变化。[结果]1)1990—2020年中国干旱半干旱区平均每年土壤水蚀量为4.71×10^(10)kg,土壤水蚀模数呈微弱上升趋势,速率为0.0007 t/(hm^(2)·a)。2)中国干旱半干旱区的土壤水蚀强度多以微度和轻度侵蚀为主。土壤水蚀强度上升和下降的区域面积占比均处于上升趋势,土壤水蚀强度不变的区域面积占比处于下降趋势。3)坡度、降水、降水侵蚀力因子是中国干旱半干旱区1990—2020年土壤水蚀的主要单因子驱动力,且3个因子在研究期间交替为第1主导因子;在选取的因子中任意2个因子在进行交互作用时均增加对中国干旱半干旱区土壤水蚀的解释力,其中,坡度与降水侵蚀力因子交互时解释力在研究期间一直为第1主导交互因子。[结论]中国干旱半干旱区土壤水蚀状况正处于微弱恶化趋势,在一系列治理措施实施时应同步考虑地形、降水特征及其他动态因子,从而更好地改善干旱区的土壤水蚀情况。

关键词：中国干旱半干旱区土壤水蚀地理探测器动态驱动力分析

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森林蓄积量的碳达峰行动目标与经济发展期望对福建省土地利用/覆被的权衡影响

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北京师范大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 129-137页

作者：高怡凡杨志衍彭荣开孙子芸高培超宋长青北京师范大学地理科学学部北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京北京师范大学(珠海校区)知行书院地理信息科学专业广东珠海

利用CLUMondo模型,探究福建省在生态预期目标(生态效益最大化且森林蓄积量不低于目标值)、经济预期目标(满足经济发展目标且林地面积不减少)以及常规协调预期目标(生态、经济目标均按现状稳定发展)下土地利用的优化配置.研究表明:1)CLUM... 详细信息

利用CLUMondo模型,探究福建省在生态预期目标(生态效益最大化且森林蓄积量不低于目标值)、经济预期目标(满足经济发展目标且林地面积不减少)以及常规协调预期目标(生态、经济目标均按现状稳定发展)下土地利用的优化配置.研究表明:1)CLUMondo模型适用于福建省的土地利用/覆被变化模拟;2)福建省若要在未来尽可能保持现有林地面积的情况下实现经济发展,需要进一步提高森林管理水平,完善森林生态效益补偿制度;3)福建省应在未来优化城镇规划开发格局,加强城市、生态等主题功能区的集约高效发展,保证在经济发展的情况下生态环境得到可持续发展.本文的研究为促进福建省的经济发展、助力我国碳达峰目标的实现提供了参考.

关键词：土地利用变化 CLUMondo模型情景模拟碳达峰 GEP 福建省

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东北黑土区不同侵蚀程度土壤入渗特征与模拟

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中国水土保持科学 2024年第2期22卷 17-24页

作者：李若凡谢云辛艳杨静怡刘刚蔺宏宏北京师范大学地理科学学部北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 中国水利水电科学研究院北京100038

土壤入渗与土壤侵蚀密切相关。研究黑土土壤入渗特征对于黑土土壤侵蚀预测与防护有重要作用。为探明不同侵蚀程度黑土的水分运移过程,采用室内土柱实验法观测并评价HYDRUS-1D模型在东北黑土区的适用性。其中,轻度侵蚀土壤表土层A层厚度... 详细信息

土壤入渗与土壤侵蚀密切相关。研究黑土土壤入渗特征对于黑土土壤侵蚀预测与防护有重要作用。为探明不同侵蚀程度黑土的水分运移过程,采用室内土柱实验法观测并评价HYDRUS-1D模型在东北黑土区的适用性。其中,轻度侵蚀土壤表土层A层厚度和淀积层B层厚度分别为30和25 cm,中度侵蚀土壤A层和B层厚度分别为30和10 cm,重度侵蚀土壤A层和B层厚度分别为0和15 cm。结果表明:轻、中、重3种不同侵蚀程度土壤的稳定入渗率分别为0.16、0.25和0.72 cm/h,湿润锋运移速率为2.52、3.32和9.85 cm/h。由于黑土黏重特性,HYDRUS-1D模型在黑土区的适用性较低,轻、中度侵蚀土壤的稳定入渗率分别高估2.5倍和1.6倍,而重度侵蚀土壤的稳定入渗率低估0.4倍,其中中度侵蚀的土壤入渗的拟合结果相对较好,可为土壤水蚀过程模拟和水土流失治理提供基础依据。

关键词：土壤入渗土柱实验 HYDRUS-1D 黑土土壤侵蚀程度

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内蒙古东北段森林衰退现状及种群竞争对其生长的影响

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生态学报 2022年第17期42卷 7222-7233页

作者：田育红刘怡青吴秀臣颜孟萱刘凤花栾静雅北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

随着气候变化加剧,中国半干旱区东段发现大量森林衰退现象,威胁到社会生产和环境保护的可持续发展。种群竞争是森林动态的内在驱动因子,当前对该区域森林种群竞争与森林衰退关系的研究尚缺乏足够的依据。选取内蒙古大兴安岭典型森林作... 详细信息

随着气候变化加剧,中国半干旱区东段发现大量森林衰退现象,威胁到社会生产和环境保护的可持续发展。种群竞争是森林动态的内在驱动因子,当前对该区域森林种群竞争与森林衰退关系的研究尚缺乏足够的依据。选取内蒙古大兴安岭典型森林作为研究对象,依据Hegyi单木竞争指数模型计算个体水平上和样地水平上的竞争指数,利用树木个体树轮指数(TRI)年表作为个体水平上的衰退指标,利用样地年表(TRI)和胸高断面积增量(BAI)来分析样地水平上的衰退指标,探讨不同尺度上森林衰退状况。探讨个体水平上和样地水平上竞争指数与不同尺度上森林衰退指标之间的关系,分析研究区森林衰退的内因特征。主要结论如下:第一,样地年表与树木个体年表所指示的衰退时段基本一致,结合两者的重合结果,可以得出各样地的衰退年份。不同样地的生长衰退时段有重合的现象,个体年表中超过阈值50%的样地的严重衰退时期年份基本在2001—2005年间,而在样地年表中,样地五岔沟林场(L-WCG1)、五岔沟林场大样地(L-WCG2)、乌尔根(L-WRG)在1989年至1997年都出现生长衰退,样地军达盖林场(L-HDG)、L-WCG1、L-WCG2、L-WRG和s根河(L-GH1)衰退重合期在1998—2003年期间。这是由于这一阶段研究区发生了大规模的干旱事件,导致不同地点的树木生长都受到抑制。第二,各样地中树木个体的五年平均相对胸高断面积增量(rBAI)与个体竞争指数相关的显著性最高,两者的关系可用指数函数方程表达,即rBAI随着个体水平竞争指数的上升而下降。这说明了竞争指数对于树木生长存在显著的影响。而样地竞争指数与近2年、5年和10年内样地胸高断面积均值(BAI_(2)、BAI_(5)、BAI_(10))之间的关系不明显。从种群竞争方面研究中国半干旱区东段的森林衰退影响因素,旨在为森林衰退机理研究提供依据,为半干旱区森林资源可持续发展提供支持。

关键词：半干旱区种群竞争森林衰退样地年表胸高断面积

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生态保护区外斑块对景观连接度的影响评价

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生态学报 2022年第17期42卷 6937-6947页

作者：祖悦晴魏妍儿张曦文于德永北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

快速的城市化过程带来的生境斑块破碎化及损失会影响物种迁移、捕食等生态活动,对生物多样性构成威胁。然而,现有生态保护区可能无法覆盖其内生物的必要活动范围。生态保护区外的生境斑块对于维持生态过程也具有重要作用,因此识别生态... 详细信息

快速的城市化过程带来的生境斑块破碎化及损失会影响物种迁移、捕食等生态活动,对生物多样性构成威胁。然而,现有生态保护区可能无法覆盖其内生物的必要活动范围。生态保护区外的生境斑块对于维持生态过程也具有重要作用,因此识别生态保护区外的关键斑块并加以保护非常重要。以北京市延庆区为研究区,划分两种生境斑块,即核心生境斑块和潜在生境斑块,并基于图论构建生境网络。考虑地表覆盖类型、坡度、人类活动等因素构建生境阻力面。结合未来土地利用类型变化的模拟,研究城市化过程对区域生境网络和景观连接度的影响,选用CLUE-S模型模拟土地利用类型变化的格局。结合生境斑块特征和未来城市土地利用变化情况设计了3种未来生境变化情景。利用连接概率指数(PC)和网络连接度变化率(dI)评价不同生境变化情景下生态保护区外潜在生境斑块的景观连接度重要性,判断保护优先顺序,并分析景观格局变化对不同迁移能力物种的影响。结果表明:生态保护区外的全部潜在生境斑块对维持生境整体景观连接度有最大2.15%的影响,单个潜在生境斑块对维持景观连接度有最大0.28%的影响。此外,景观格局及其变化对不同迁移能力物种的影响差异显著,因此需针对保护物种和城市生境特征设计保护方案,研究区需要优先保护大中型斑块和位于关键位置的小型斑块。为了满足对生物多样性保护的需求,建议在区分生境斑块保护优先顺序时考虑生境斑块对景观连接度的贡献和城市化扩展过程的压力。研究为城市生物多样性保护和生境管理提供了方法参考。

关键词：景观连接度生境斑块城市化生境破碎化生物多样性保护

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青藏高原典型区生态系统服务空间异质性及其影响因素——以那曲市为例

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生态学报 2022年第7期42卷 2657-2673页

作者：景海超刘颖慧贺佩张家琦董婧怡汪怡地表过程与资源生态国家重点实验室北京师范大学地理科学学部北京100875

那曲市位于青藏高原生态屏障区的中心,其提供的多项生态系统服务对维持高原乃至周边地区的生态安全与可持续发展具有重要意义。借助InVEST模型与CASA模型模拟那曲市2000、2010、2018年的产水、土壤保持、固碳以及生境质量四项生态系统服... 详细信息

那曲市位于青藏高原生态屏障区的中心,其提供的多项生态系统服务对维持高原乃至周边地区的生态安全与可持续发展具有重要意义。借助InVEST模型与CASA模型模拟那曲市2000、2010、2018年的产水、土壤保持、固碳以及生境质量四项生态系统服务,分析它们的时空格局及相互关系,在此基础上用地理探测器揭示那曲市生态系统服务空间异质性的主要影响因子。结果表明:1)2000—2018年间,那曲市产水服务与土壤保持服务分别下降了35.1%和4.8%,生境质量趋于稳定,固碳服务增长了5.6%。2)2000—2018年间,那曲市产水、土壤保持、固碳的空间分布均呈现东南高西北低的趋势,生境质量高值区分布在湖泊河流以及植被覆盖率高的地区。那曲市生态系统服务极重要与高度重要区域占比保持在5.3%—5.4%和12.3%—13.8%之间,主要分布在那曲中部与东部水热与植被条件好的区域。3)2000—2018年间那曲市各生态系统服务之间主要为协同关系,其中土壤保持服务和产水服务间的协同性最强。4)因子探测结果表明,降水量、土壤类型、归一化植被指数因子(NDVI)对产水服务和固碳服务的空间异质性有最强的解释力,土壤保持服务的空间异质性主要受坡度因子影响,生境质量受土地利用类型因子的影响最大。交互探测结果凸显了土地利用因子的重要性,土地利用类型与NDVI以及土地利用类型与降水交互后分别对固碳服务、生境质量以及产水服务的解释力最强。研究结果可为那曲市生态保护与生态文明建设提供理论依据。

关键词：生态系统服务 InVEST模型 CASA模型地理探测器青藏高原空间异质性

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柴达木盆地荒漠植物功能性状及其对环境因子的响应

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生态学报 2022年第11期42卷 4494-4503页

作者：霍佳璇任梁潘莹萍赵瑾向响余程孟德惠王源源鲁瑞洁黄永梅北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

植物功能性状是植物适应环境的外在表达,反映了植物在不同环境中的生存策略,探究干旱区荒漠植物功能性状及其与环境之间的关系,有助于理解植物适应极端干旱环境的生态对策,为保护荒漠地区生态系统提供理论依据。以柴达木盆地为研究区,选... 详细信息

植物功能性状是植物适应环境的外在表达,反映了植物在不同环境中的生存策略,探究干旱区荒漠植物功能性状及其与环境之间的关系,有助于理解植物适应极端干旱环境的生态对策,为保护荒漠地区生态系统提供理论依据。以柴达木盆地为研究区,选取8个植物功能性状指标,包含4种植物生活型,10种荒漠植物,探究荒漠植物功能性状的基本特征及其对环境因子的响应。研究表明:柴达木盆地植物叶片碳含量(LCC)、叶片氮含量(LNC)、叶片磷含量(LPC)、叶片C∶N、叶片N∶P、叶片稳定碳同位素(Leafδ^(13)C)、叶片干物质含量(LDMC)和植株高度(Height)的变化范围分别为272.07-466.00mg/g、12.40-44.50mg/g、0.51-2.07mg/g、8.62-29.74、11.37-39.29、-27.38‰--14.80‰、100-480mg/g、3.00-264.22cm。不同生活型间LNC、LPC、叶片N∶P和LDMC差异不显著,LCC、叶片C∶N、叶片δ^(13)C和植株高度存在显著差异。LNC、LPC和叶片N∶P与全球、中国和青藏高原相比不存在显著差异,但与中国其他植被类型相比差异显著。冗余分析结果显示,气候因素中年均温对柴达木盆地荒漠植物功能性状的影响较大,植株高度、LDMC、LCC和叶片δ^(13)C随着年均温的升高而增加,土壤因子中砂粒含量和砾石含量对荒漠植物功能性状影响较大。研究结果揭示了气候和土壤物理性质对荒漠植物生存的重要性,表明柴达木盆地荒漠植物采取的生存适应策略为缓慢投资⁃收益型,不同生活型之间存在生态位分化,以适应不同干旱程度的生存环境。

关键词：柴达木荒漠植物植物功能性状环境因子植物生活型生存策略

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基于“以水而定”的生态系统健康提升潜力评价——以内蒙古察汗淖尔流域为例

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生态学报 2025年第6期45卷 2868-2876页

作者：刘鑫韩宇李永红李丽娟刘焱序内蒙古自治区地质调查研究院呼和浩特010020 北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

水约束下的生态恢复是维持生态系统健康的关键性工作之一。基于彭曼-蒙特斯-勒宁(Penman-Monteith-Leuning,PML)模型和“活力-组织力-恢复力-生态系统服务”(Vigor-Organization-Resilience-Service,VORS)框架,从土地利用和植被双重条... 详细信息

水约束下的生态恢复是维持生态系统健康的关键性工作之一。基于彭曼-蒙特斯-勒宁(Penman-Monteith-Leuning,PML)模型和“活力-组织力-恢复力-生态系统服务”(Vigor-Organization-Resilience-Service,VORS)框架,从土地利用和植被双重条件评估和预测五种恢复情景下的内蒙古察汗淖尔流域生态系统健康的时空特征,探究人类活动较弱的SSP126情景和人类活动强烈的SSP545下乡镇尺度生态系统健康提升潜力。研究结果表明:(1)植被恢复对活力和生态系统服务有较强的正向作用,人类活动较弱的土地利用恢复对组织力影响不大。(2)植被恢复对生态系统健康的积极影响大于土地利用恢复,人类活动越强烈对生态系统健康的消极作用越大;土地利用恢复-植被不恢复-SSP126情景和土地利用恢复-植被不恢复-SSP545情景两种情景下分别增加3km^(2)和2km^(2)生态系统健康良的斑块面积。(3)土地利用不恢复-植被恢复情景对生态系统健康促进作用更大。生态系统健康提升高潜力乡镇主要分布在研究区西部和南部,北部和东部提升潜力低。基于“以水而定”的生态系统健康潜力评价结果可为研究区未来生态恢复选址提供参考。

关键词：生态系统健康以水而定旱区彭曼-蒙特斯-勒宁(Penman-Monteith-Leuning,PML)模型活力-组织力-恢复力-生态系统服务(Vigor-Organization-Resilience-Service,VORS)模型

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垂直与倾斜相机观测对遥感物候参数验证影响的对比研究

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遥感学报 2024年第10期28卷 2565-2581页

作者：许丽娜屈永华孙晨曦万华伟阿斯娅·曼力克刘绍民北京师范大学遥感科学国家重点实验室北京100875 北京师范大学北京市陆表遥感数据产品工程技术研究中心地理科学学部遥感科学与工程研究院北京100875 生态环境部卫星环境应用中心北京100094 新疆畜牧科学院草业研究所新疆畜牧科学院天山北坡草地生态环境野外定位观测研究站乌鲁木齐830057 北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

基于卫星遥感的大尺度植被物候监测对于农业生产管理、气候变化响应等领域具有重要意义。卫星遥感提取的物候参数真实性检验常以近地面数字相机观测为数据源。以往验证研究大多关注观测尺度的差异造成的影响,忽略了地面相机与卫星观测... 详细信息

基于卫星遥感的大尺度植被物候监测对于农业生产管理、气候变化响应等领域具有重要意义。卫星遥感提取的物候参数真实性检验常以近地面数字相机观测为数据源。以往验证研究大多关注观测尺度的差异造成的影响,忽略了地面相机与卫星观测天顶角的不一致性。本文将获取的垂直(PhotoNet)与倾斜(PhenoCam)物候相机在相近纬度、同种植被类型的观测站点数据,分别与Sentinel-2卫星提取的物候参数进行对比,系统性地评估2种地面相机观测角度对卫星物候期验证结果的影响。结果表明:相机的观测角度是卫星遥感物候验证研究中的不确定性原因之一;在多数情况下,卫星遥感与垂直观测相机提取的物候期表现出更好一致性,平均相差9 d,而与倾斜观测相机平均相差可达19 d,偏差天数受植被类型和生长阶段的影响;在玉米凋落期至休眠期,垂直观测偏差反而高于倾斜观测;植被冠层方向反射特性和相机视场范围内目标组分差异是引起这种现象的主要原因。本研究证实了地面相机观测角度是卫星物候真实性检验中不可忽视的影响因素,相机野外布设时应充分考虑角度效应带来的验证误差,从而为卫星遥感物候监测提供更可靠的验证数据。

关键词：遥感数字相机观测角度卫星物候近地物候植被绿度

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改进U-Net模型的城市水体精细提取——以洞庭湖为例

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遥感信息 2024年第3期39卷 82-89页

作者：贺相綦徐红涛何斌郝坤钰吴嘉琪北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 南京佳格耕耘科技有限公司南京210000

针对在大范围、高分辨率遥感影像中传统水体提取方法效率低、微小水体提取效果差的问题,提出一种改进U-Net模型的遥感影像水体精细提取方法。实验以航空高分辨率可见光影像为数据源。分析结果表明,改进的U-Net模型在各项评价指标上均高... 详细信息

针对在大范围、高分辨率遥感影像中传统水体提取方法效率低、微小水体提取效果差的问题,提出一种改进U-Net模型的遥感影像水体精细提取方法。实验以航空高分辨率可见光影像为数据源。分析结果表明,改进的U-Net模型在各项评价指标上均高于经典U-Net模型、基于光谱特征法与基于分类器法,并且改进的网络水体提取结果更加完整,对小目标水体能够准确提取。该研究提高了水体提取语义分割算法的性能,使遥感水体提取工作更加自动化和智能化,不仅验证了基于航空亚米级光学影像在城市水体提取方面的可行性,也为今后相关的研究提供了新的探索思路。

关键词：水体提取 U-Net 高分遥感影像深度学习洞庭湖

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