三北防护林是我国重要的生态建设工程,但近10 a来,三北地区的防护林出现了不同程度的衰退,防护功能明显下降。为揭示三北地区防护林的水分影响树木退化的过程以及三北地区防护林衰退过程,以张北地区广泛分布的小叶杨防护林为研究对象,基于树木年轮和树轮稳定碳同位素技术分析不同退化程度小叶杨防护林的退化过程及其对干旱事件的响应差异,探讨同一地区杨树正常生长或出现退化的可能原因。结果发现不同退化程度的小叶杨内在水分利用效率(iWUE)差异显著,重度退化和轻度退化的小叶杨iWUE显著高于未退化的小叶杨iWUE,干旱胁迫可能是导致防护林出现退化的主要原因;1997年极端干旱的发生以及1999年5月—2001年6月长时间的干旱可能是导致张北小叶杨防护林发生衰退的起点,2006年9月—2012年8月长时间的干旱进一步加剧了这种衰退;树木自身抵抗力的差异是导致张北地区防护林出现部分退化的重要原因。

随着气候变化,鄱阳湖流域的降雨也发生一定改变,对土壤侵蚀产生潜在影响。通过对共享社会经济路径(SSPs)和通用土壤流失方程(USLE)耦合,建立了未来时期气候影响下土壤侵蚀模拟方法。结果显示:在时间上,未来时期鄱阳湖流域土壤侵蚀面积减少,但土壤侵蚀量增多。SSPs2-4.5、SSPs4-6.0、SSPs5-8.5情景下侵蚀面积分别减少906、916、912 km²/a;土壤侵蚀量分别增加2 022.60×10⁴ 、2 098.61×10⁴ 、3 154.35×10⁴ t/a。在空间上,未来时期西北部和南部强烈及以上侵蚀面积增加,流域整体土壤侵蚀加剧。SSPs5-8.5情景下流域土壤侵蚀最严重,土壤侵蚀量达17 247.61×10⁴ t/a;SSPs2-4.5情景下流域土壤侵蚀相对最少,土壤侵蚀量为16 115.86×10⁴ t/a。

为探究不同水位下三峡水库近坝段消落区土壤碳排放情况,选取龙潭坪和兰陵溪消落区160 m以下、160~170 m和170 m以上的3个高程区间进行土壤呼吸原位测定和分析。结果显示:不同高程与土壤呼吸之间不存在正相关关系,随水位高程增加,土壤呼吸速率先升高后降低,并在中度水淹胁迫情形下达到最大值;土壤呼吸存在显著的时间变异性,整体呈现7月=8月>9月>6月>5月的趋势,不同消落区虽存在微小差异,但均在8月达到土壤呼吸峰值。综上,中等程度的干湿交替会使得土壤碳排放达到最大,过高或过低的水淹胁迫均抑制碳排放强度。夏季是消落区植被生长旺盛和代谢活动最为旺盛时期,土壤呼吸速率明显高于其他季节,尤其是7月和8月土壤呼吸速率相对较高,且8月的中等水淹区土壤呼吸达到峰值。研究成果可为三峡水库消落区碳排放定量分析及岸滩生态建设后的碳循环研究提供依据。

为落实中共中央办公厅、国务院办公厅《关于加强新时代水土保持工作的意见》,加强生产建设活动水土保持监管工作,对长江中游地区农林开发等生产建设活动开展了水土保持监管试点研究,以期掌握农林开发等生产建设活动和水土保持监管现状,探索监管技术、方法和体制机制。研究采用3S、计算机、无线网络等先进技术,结合现场核查、调研、空间分析等方法开展。研究表明,2023年江西省万年县生产建设活动扰动面积为6 924.60 hm²,占总面积的6.07%;其中93%以上为林业、自然资源和农村农业等部门的项目或补助项目;约78%的生产建设活动未采取有效的水土保持措施防治水土流失,存在水土流失风险;水土保持监管工作基本未开展。研究认为应加强对政府投资项目的水土保持监管工作,出台农林开发等生产建设活动水土保持监管办法;建立“行业监管、水保协同”的监管体制机制,推行分类监管。

干热河谷区土壤侵蚀强烈,生态环境脆弱,土壤抗冲性的研究对干热河谷区生态环境建设极为重要。采用原状土冲刷法及室内理化分析法,分析了乔木林地、坡改梯+农耕地、灌草地3种典型生态修复模式下土壤抗冲性能及其影响因素。研究结果表明:所有土层抗冲指数平均值在不同典型生态修复模式下呈现乔木林地(0.566 L/g)>坡改梯+农耕地(0.501 L/g)>灌草地(0.428 L/g)的规律,不同土层间呈现0~20 cm(0.568 L/g)>20~40 cm(0.514 L/g)>40~60 cm(0.413 L/g)的规律。各土壤粒级中,粗粉粒含量最高,粗砂粒含量最低,土壤颗粒的分形维数在2.540~2.648之间,均呈灌草地>坡改梯+农耕地>乔木林地的规律,且达显著性差异;抗冲指数与土壤相对重度、细黏粒含量、粗黏粒含量、细粉粒含量、粗粉粒含量、累计冲刷土量、分形维数呈负相关关系,而与含水量、细砂粒含量和粗砂粒含量整体呈正相关关系。研究成果对干热河谷地区土壤抗冲性机制研究具有指导意义。

红壤具有黏性重、易开裂、持水性差、土壤水分变化大等特征,为明晰干湿交替作用下糯米胶重构对红壤持水特性的影响,以云南省红壤为研究对象,在干湿交替条件下设置素土为对照,分析3种不同含量(0.5%、2.5%和5.0%)糯米胶红壤重构土的土水特性变化,采用滤纸法测定基质吸力,并利用Logistic 模型拟合其土-水特征曲线(SWCC),提示糯米胶重构对红壤持水特性的影响机理。研究结果表明:①干湿交替作用对红壤基质吸力有显著影响,基质吸力降幅区间为8.56%~79.43%,随着糯米胶含量增加,基质吸力降幅逐渐减小;②糯米胶重构土在干湿交替影响下,SWCC滞后效应较素土影响较小,含水率变幅增大,5.0%糯米胶重构土在2次干湿交替过程中滞回度较素土降低了80.76%、72.42%;③Logistic模型拟合糯米胶重构土SWCC参数时决定系数均高于0.99,SWCC呈反S线型;④糯米胶能抑制干湿交替作用对红壤进气值、残余值和斜率的消减效应。研究结果对红壤区水土保持和生态修复提供科学依据,具有重要理论和工程实践意义。

当前水土流失动态监测成果无法充分应用于耕地水土流失综合治理工作,存在治理对象不明确,监测体系不完善等问题。基于全国水土流失动态监测成果对耕地水土流失综合治理对象进行优先序划分,提出基于聚集度分析的耕地水土流失综合治理对象多尺度识别方法。以四川省越西县为例,综合考虑耕地水土流失面积、侵蚀强度、坡度等级等因素,根据各变量的取值范围,设置合适的决策因素阈值,得到综合治理区域优先序划分的5级耕地水土流失综合治理区域,不同等级土地面积、水土流失面积占比及土壤侵蚀强度随治理等级升高,治理难度也相应增大。研究表明,综合考虑上述3个因素影响所提取的综合治理区域,可覆盖该县耕地水土流失分布较严重区域,反映了该县耕地水土流失空间分布特征,明确了耕地治理力度的优先序等级。同时,适当增加其他决策因素,可提高研究的准确性与适用性,为地方部门对耕地水土流失面积的科学规划、分区施策提供重要的依据。

准确估算生态系统碳源/汇量,探究其时空演变规律对于河北省国土空间优化管理及低碳转型具有重要意义。基于能源消耗数据、遥感数据、碳密度数据、水体碳通量数据、盐沼和滨海养殖数据,分别计算了河北省能源消耗碳排放情况、陆地生态系统碳汇和水体碳通量情况,并对河北省碳中和度进行了分析。结果表明:①河北省2000—2019年能源碳排放整体呈现不断增长的趋势,2019年碳排放量约为2000年的4倍,年均增长率约为6.98%。②河北省2000—2020年间生态系统净生产力(NEP)总量变化趋势波动大,但整体呈现上升的趋势;内陆水体碳通量年际变化不大,呈现略微上升的趋势;海水养殖蓝碳总体呈现出增长趋势,从2000年的0.66万t上升至2020年的3.56万t。③汇总河北省国土空间碳源/汇的核算结果,分析可知,2020年生态系统碳汇总量约能抵消3.54%能源碳排放。由此看来,河北省目前碳中和能力较低,低于全国平均水平(15%),减碳增汇压力巨大。

水库的修建严重破坏了库岸生态环境,水位的高频大幅涨落导致消落带生态环境恢复困难。选择河南天池抽水蓄能电站水库为研究对象,对其岩质边坡消落带进行生态修复,保障水资源安全。根据消落带生境特征,围绕抽水蓄能电站水库岩质边坡消落带生态修复重大需求,探讨面向植被生长基质构建、植物群落恢复和植被管护的复绿模式。经历一年多的修复后,该水库消落带植被长势较好,各段均未出现断裂及水土流失的现象,植物出水后的恢复、扩展和拓殖能力较强。在抽水蓄能电站水库岩质边坡消落带生态修复时,可将工程措施和生物措施相结合。常露区和水淹交替区采用土工格栅+生态袋+挂网复合技术,常淹区采用长丝生态袋+挂网复合技术,并在各段合理配置中山杉等13种适生植物。研究成果对于科学指导抽水蓄能电站水库岩质边坡消落带植被复绿具有重要意义。

滨海湿地碳储量巨大,研究其时空分布对实现“双碳”目标具有重要意义。以上海崇明岛滨海湿地为研究对象,利用2015年、2017年、2019年、2021年Sentinel-2遥感影像,在修正碳密度基础上,结合土地利用状况得到了其碳储量时空分布特征,并通过地理探测器定量分析了碳储量的影响因素。研究结果表明:崇明岛外围为湿地,内侧为非湿地区域,人工湿地与自然湿地面积增加显著,增加约2万hm²;崇明岛碳储量整体呈逐年增加的向好趋势,增加约60万t,非湿地向自然湿地和人为湿地的转化均表现为碳储量增加;自然因素对崇明岛湿地碳储量的影响均较弱,而社会经济发展对崇明岛湿地碳储量的影响较大,其中经济增加值与土地利用强度的地理探测器q值分别达到了0.79和0.82。崇明岛滨海湿地碳储量逐年增加,湿地保护初见成效,同时其碳储量受社会经济因素影响较大。

明确不同雨型条件下紫色土坡面产流产沙对水土保持措施的响应特征可为评估紫色土水土保持措施效益提供理论依据。基于紫色土区10个不同水土保持措施径流小区的37场降雨的产流产沙数据,采用K-Means聚类方法,依据平均雨强(I_ave)、最大30 min雨强(I₃₀)、降雨历时(T)、降雨侵蚀力(R_r)指标划分降雨类型,分析不同雨型和水土保持措施对坡面产流产沙的影响。结果表明:①37场降雨可划分为5种雨型,包括Ⅰ型(弱侵蚀、小雨强、长历时)、Ⅱ型(中弱侵蚀、中小雨强、中长历时)、Ⅲ型(中侵蚀、中雨强、中历时)、Ⅳ型(中强侵蚀、中大雨强、中短历时)、Ⅴ型(强侵蚀、大雨强、短历时),其中Ⅲ型为引起坡面水土流失的主要雨型,该雨型导致的产流量和产沙量分别是另外4种雨型的1.2~6.4倍和2.7~19.4倍。②农地窄面埂沟梯地种植和台地种植分别在小雨型(Ⅰ、Ⅱ型)和大雨型(Ⅳ、Ⅴ型)条件下减流效益最佳,主要是由于梯地能有效拦截低雨强、小雨量降雨的径流泥沙,而在大雨量、高雨强的降雨条件下,梯地易蓄满,台地能更有效拦截径流泥沙;其次,林地隔离草带在Ⅰ型降雨条件下的减流效益最佳,主要是由于草带能有效减缓其径流流速,促进下渗和泥沙沉积。研究结果可为进一步明确紫色土区的降雨-水沙关系提供依据。

受气候变化和大规模水土保持措施等因素共同作用下,黄河水沙情势发生剧烈变化。以黄河宁夏段面积最大、侵蚀最为严重的清水河流域为研究对象,基于1955—2016年实测水沙资料,解析水沙对关键影响因素的响应规律,探究水土保持作用下流域水沙关系演变特征。结果表明:清水河流域整体上呈现水沙减少趋势,人类活动引发的下垫面剧烈改变是水沙变化的主要因素,加快了流域水沙关系的演变;2000年后流域水沙关系发生明显转变,具体表现为水沙关系曲线系数a的显著降低,流域下游指数b明显上升。本研究认为流域水沙关系受到大规模水土保持措施实施的驱动而发生演变,基于泥沙的“储存-释放”效应,在新水沙条件下,强输沙事件出现的概率仍旧存在,因此需要加强预防措施。

在实际修复工程中,对高黏粒含量的重金属污染土进行淋洗是十分困难的。这既是因为高黏粒含量土渗透性差,也是因为黏粒含量对于污染土淋洗的具体影响规律和机理尚未明晰。通过固结试验和振荡离心试验探究了不同黏粒含量土壤的固结和重金属吸附解吸特性。研究结果显示,不同黏粒含量土壤的物理力学特性存在显著差别,高黏粒含量土壤具有更高的液塑限和更大的压缩性,而土壤的渗透性和孔隙比则更低。并且,黏粒含量的增加显著提高了土壤对重金属离子的吸附能力,同时降低了药剂淋洗的去除效果。黏粒含量从20%增加到50%,重金属吸附量最大可提高50%,去除率最大可降低20%,其中,在20%和30%黏粒含量之间的变化尤为显著,主要原因是大量团聚体的形成。这些物理力学特性和吸附解吸特性的差别将对土壤淋洗技术和参数的选择产生较大影响,研究结果可为重金属污染土淋洗修复技术的优化提供一定的参考依据。

生物炭具有疏松多孔、高比表面积的性质,是一种环境友好型的土壤改良剂。为研究生物炭对红黏土的持水能力及常用护坡草种生长的影响,以桂林红黏土为研究对象,将不同原料类型和掺量的生物炭掺入红黏土中,进行了持水量试验、盆栽种植试验、酸碱度试验,结合扫描电镜(SEM)阐释生物炭对红黏土持水能力的影响机制。试验结果表明:红黏土的饱和持水量和pH值均随4种生物炭掺量的增加而增大,生物炭的掺入有效地改善了植物生长环境条件;掺入生物炭后草种的发芽数和株高都得到提高,但掺量>5%后会抑制草种生长;通过微观测试发现,生物炭充填于红黏土团聚体之间的孔隙中,因其多孔性和亲水性,使红黏土的饱和持水量提高。研究成果有助于生物炭在红黏土地区生态护坡工程中的应用。

为探究不同含砂量对边坡生态修复植物生长的影响,基于层次分析法筛选植物,针对伊犁黄土开展加砂种植试验,结合植物覆盖度、土壤累计蒸发量、最大裂缝率的变化规律展开研究。结果表明:加砂能缩短发芽时间、提高发芽率。生长初期水分足时,发芽率、覆盖度等与含砂量正相关,干旱时覆盖度随含砂量增大而减小。土壤水分累计蒸发量与含砂量正相关,且受温度影响明显,温度升高,不同含砂量试样的累计蒸发量差距增大,温度降低,差距增量减小。以40%含砂量为界,<40%时,含砂量与最大裂缝率正相关,最大覆盖度随最大裂缝率增大而增大;>40%时,二者负相关,最大覆盖度随最大裂缝率增大而减小。野外或缺养护时,20%含砂量最佳;有人为养护时,60%含砂量最佳;平地且有人为养护时,全砂最佳。研究成果可为西北交通线路边坡植物种植提供参考。

探究滹沱河流域植被净初级生产力(NPP)的时空演变规律对于认知和改善周边生态环境具有重要意义。利用MOD17A3 NPP数据,采用一元线性回归分析及变异系数等方法对滹沱河流域2003—2022年的植被NPP时空演变进行分析,并将植被NPP与土地覆盖类型及地形因子结合进行了分区统计。结果表明:2003—2022年滹沱河流域植被NPP均值集中在300~400 gC/(m²·a);植被NPP最大值与平均值的峰值分别出现在2020年和2022年,为828 gC/(m²·a)与424.33 gC/(m²·a)。2003—2022年滹沱河流域植被NPP呈线性增长区域占研究区的96.46%,植被NPP相对年际变化率主要在20%~40%之间,且多年植被NPP的稳定性以较低波动为主。2003—2022年滹沱河流域植被NPP均值最低的植被覆盖类型为农用地,为331.92 gC/(m²·a);最高的为草地,为384.40 gC/(m²·a);随着高程、坡度的增加,植被NPP增加,从坡向看,平面的植被NPP最低。

以2000年、2010年、2020年Landsat影像为数据源,利用生态系统动态度和转移矩阵模型对近20 a阿里地区生态系统类型动态变化进行研究,其次基于“S-R-P”模型,选取14项指标构建敏感性评价指标体系,最终划分生态敏感分区,以期维护生态系统稳定,科学构筑生态安全屏障。结果表明:①8种生态系统类型均发生不同程度消长,动态度变化上,以城镇和农田生态系统变化最为活跃;②荒漠和草地是阿里地区生态系统演变中重要的“源”与“汇”;③生态敏感性以中、高度敏感区为主,面积16.88万km²,占比近50%,且空间分布上呈现西北高东南低、低敏感区环抱高敏感区的特征。

坡面径流产沙过程作为山区暴雨洪水过程的重要组成部分,其变化规律及特征对完善山区暴雨洪水过程研究有重要意义。为明确山区坡面土层底部透水性和坡度对径流产沙特征的影响,采用室内人工模拟连续降雨试验方法,设计了坡顶薄坡底厚的试验土槽,选取官山河流域土壤作为试验用土,研究并总结了不同坡度条件下土质坡面的径流变化规律及土壤侵蚀规律。结果表明:①土槽坡度为5°和25°时,地表径流产流率随雨强增大而增大,且均呈现底部不透水侧产流量大于底部透水侧的规律;坡度为15°时,地表径流产流率呈现波动上升趋势,不同底部透水性土槽的地表径流产流量差异不大。②单场降雨条件下壤中流产流率随产流时间增加呈现增加趋势,各坡度之间壤中流产流率变化规律差异较大,但基本呈现出底部不透水土槽的壤中流产流量大于底部透水侧的;坡度为5°时壤中流产流率与地表径流产流率呈负相关关系,坡度为25°时则为正相关关系。③坡面地表流速随降雨强度增大而增大,坡度为5°和15°时不透水侧流速明显大于透水侧,坡度25°时流速差异不大。④不同坡度条件下,坡面侵蚀主要在第2场降雨和第3场降雨产生;坡度为5°和25°时不透水侧坡面侵蚀速率远大于透水侧,15°时呈现交替波动趋势。

水陆频繁变动的库尾消落带生态系统结构单一和湿地功能退化,是水库生态修复治理的重点区域。当前应对“夏高水,秋冬长旱”的消落带生态修复技术效果并不理想。在景德镇市玉田湖库尾消落带应用林泽生态系统构建和生境多样化再造的综合修复技术,在消落带设置低堰碟形湖和生境岛,低堰和生境岛以中山杉等乔木优化构建林泽生境,林下搭配灌木,构建了近自然的“乔-灌-草”消落带湿地生态系统。林泽-生境再造综合修复技术实施后消落带湿地功能得到恢复,玉田湖区域景观质量得到提升,消落带生物多样性Shannon指数达1.69,库尾湿地生物多样性增加明显。该修复模式可为亚热带湖库库尾消落带生态修复提供技术支撑。

磷矿固废堆场的渗滤液是污染物释放的主要来源,结合我国存量与增量磷矿固废堆存现状及环境影响特点,从磷矿固废渗滤液组成、扩散与迁移等方面,阐述了我国磷矿固废的污染物释放与扩散研究现状。磷矿固废渗滤液污染物含量高、磷石膏pH值较低、荷载高等因素可能导致防渗材料的渗透系数增加,应履行更加严格的污染物浸出试验和防渗层设置要求。现阶段有关磷矿固体废弃物渗滤液和扩散的研究与堆场所处真实环境条件存在差异,后续研究应结合磷矿固废堆场真实环境及渗滤液特点,建议综合考虑堆场自身及环境温度、降雨入渗及上部盖重产生的有效应力等的影响,结合热-湿-力(THM)淋滤试验装置开展多场耦合条件下磷矿固废渗滤液污染物的释放与扩散机理研究,为磷矿固废堆场渗滤液的预防与控制奠定理论基础。