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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 21 期摇 摇 2011 年 11 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
基于景观格局理论和理想风水模式的藏族乡土聚落景观空间解析———以甘肃省迭部县扎尕那村落为例
史利莎,严力蛟,黄摇 璐,等 (6305)
……
……………………………………………………………………………
武夷山风景名胜区景观生态安全度时空分异规律 游巍斌,何东进,巫丽芸,等 (6317)…………………………
旅游地道路生态持续性评价———以云南省玉龙县为例 蒋依依 (6328)…………………………………………
城市空间形态紧凑度模型构建方法研究 赵景柱,宋摇 瑜,石龙宇,等 (6338)……………………………………
丹顶鹤多尺度生境选择机制———以黄河三角洲自然保护区为例 曹铭昌,刘高焕,徐海根 (6344)……………
西南喀斯特区域水土流失敏感性评价及其空间分异特征 凡非得,王克林,熊摇 鹰,等 (6353)…………………
流域尺度海量生态环境数据建库关键技术———以塔里木河流域为例 高摇 凡,闫正龙,黄摇 强 (6363)………
雌雄异株植物鼠李的生殖分配 王摇 娟,张春雨,赵秀海,等 (6371)………………………………………………
长白山北坡不同年龄红松年表及其对气候的响应 王晓明,赵秀海,高露双,等 (6378)…………………………
不同高寒退化草地阿尔泰针茅种群的小尺度点格局 赵成章,任摇 珩,盛亚萍,等 (6388)………………………
残存银杏群落的结构及种群更新特征 杨永川,穆建平,TANG Cindy Q,等 (6396)……………………………
濒危植物安徽羽叶报春两种花型的繁育特性及其适应进化 邵剑文,张文娟,张小平 (6410)…………………
神农架海拔梯度上 4 种典型森林的乔木叶片功能性状特征 罗摇 璐,申国珍,谢宗强,等 (6420)………………
不同植被恢复模式下煤矸石山复垦土壤性质及煤矸石风化物的变化特征
王丽艳,韩有志,张成梁,等 (6429)
………………………………………
……………………………………………………………………………
火烧对黔中喀斯特山地马尾松林分的影响 张摇 喜,崔迎春,朱摇 军,等 (6442)…………………………………
内蒙古高原锦鸡儿属植物的形态和生理生态适应性 马成仓,高玉葆,李清芳,等 (6451)………………………
古尔班通古特沙漠西部梭梭种群退化原因的对比分析 司朗明,刘摇 彤,刘摇 斌,等 (6460)……………………
白石砬子国家级自然保护区天然林的自然稀疏 周永斌,殷摇 有,殷鸣放,等 (6469)……………………………
黑龙江省东完达山地区东北虎猎物种群现状及动态趋势 张常智,张明海 (6481)………………………………
基于 GIS的马铃薯甲虫扩散与河流关系研究———以新疆沙湾县为例 李摇 超,张摇 智,郭文超,等 (6488)……
2010 年广西兴安地区稻纵卷叶螟发生动态及迁飞轨迹分析 蒋春先,齐会会,孙明阳,等 (6495)……………
B型烟粉虱对寄主转换的适应性 周福才,李传明,顾爱祥,等 (6505)……………………………………………
利用 PCR鄄DGGE方法分析不同鸡群的盲肠微生物菌群结构变化 李永洙,Yongquan Cui (6513)………………
鸡粪改良铜尾矿对 3 种豆科植物生长及基质微生物量和酶活性的影响
张摇 宏,沈章军,阳贵德,等 (6522)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
铜绿微囊藻对紫外辐射的生理代谢响应 汪摇 燕,李珊珊,李建宏,等 (6532)……………………………………
10 种常见甲藻细胞体积与细胞碳、氮含量的关系 王摇 燕,李瑞香,董双林,等 (6540)…………………………
冬季太湖表层底泥产毒蓝藻群落结构和种群丰度 李大命,孔繁翔,于摇 洋,等 (6551)…………………………
城市机动车道颗粒污染物扩散对绿化隔离带空间结构的响应 蔺银鼎,武小刚,郝兴宇,等 (6561)……………
新疆城镇化与土地资源产出效益的空间分异及其协调性 杨摇 宇,刘摇 毅,董摇 雯,等 (6568)…………………
山东潍坊地下水硝酸盐污染现状及 啄15N溯源 徐春英,李玉中,李巧珍,等 (6579)……………………………
增温对宁夏引黄灌区春小麦生产的影响 肖国举,张摇 强,张峰举,等 (6588)……………………………………
一种估测小麦冠层氮含量的新高光谱指数 梁摇 亮,杨敏华,邓凯东,等 (6594)…………………………………
黄河上游灌区稻田 N2O排放特征 张摇 惠,杨正礼,罗良国,等 (6606)…………………………………………
专论与综述
植物源挥发性有机物对氮沉降响应研究展望 黄摇 娟,莫江明,孔国辉,等 (6616)………………………………
植物种群更新限制———从种子生产到幼树建成 李摇 宁,白摇 冰,鲁长虎 (6624)………………………………
研究简报
遮荫对两个基因型玉米叶片解剖结构及光合特性的影响 杜成凤,李潮海,刘天学,等 (6633)…………………
学术信息与动态
科学、系统与可持续性———第六届工业生态学国际大会述评 石海佳,梁摇 赛,王摇 震,等 (6641)……………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*340*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄11
封面图说: 鹤立———丹顶鹤是世界 15 种鹤数量极小的一种,主要栖息在沼泽、浅滩、芦苇塘等湿地,以捕食小鱼虾、昆虫、蛙蚧、
软体动物为主,也吃植物的根茎、种子、嫩芽。 善于奔驰飞翔,喜欢结群生活。 丹顶鹤属迁徙鸟类,主要在我国的黑
龙江、吉林,俄罗斯西伯利亚东部、朝鲜北部以及日本等地繁殖。 在长江下游一带越冬。 在中国文化中有“仙鹤冶之
说。 被列为中国国家一级重点保护野生动物名录,濒危野生动植物种国际贸易公约绝对保护的 CITES 附录一物种
名录。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 21 期
2011 年 11 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 21
Nov. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:中国科学院西部行动计划项目(KZCX2鄄XB3鄄10);国家支撑计划 (2011BAC09B02);国家自然科学基金项目(41071340);湖南省自然
科学基金项目(10JJ5017); 教育部人文社科研究青年基金项目(11YJCZH201) ; 湖南省社会科学基金项目(2010JD193)
收稿日期:2011鄄08鄄18; 摇 摇 修订日期:2011鄄09鄄28
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: kelin@ isa. ac. cn
凡非得, 王克林,熊鹰, 宜勇,张伟,岳跃民.西南喀斯特区域水土流失敏感性评价及其空间分异特征.生态学报,2011,31(21):6353鄄6362.
Fan F D,Wang K L,Xiong Y,Xuan Y, Zhang W,Yue Y M. Assessment and spatial distribution of water and soil loss in karst regions, southwest China.
Acta Ecologica Sinica,2011,31(21):6353鄄6362.
西南喀斯特区域水土流失敏感性评价
及其空间分异特征
凡非得1,2,3, 王克林1,2,*,熊摇 鹰4, 宣摇 勇5 摇 张摇 伟1,2,3,岳跃民1,2
(1. 中国科学院亚热带农业生态研究所 亚热带农业生态过程重点实验室,长沙摇 410125;
2. 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站,环江摇 547100; 3. 中国科学院研究生院,北京摇 100049;
4. 长沙理工大学资源环境系,长沙摇 410014; 5. 民政部国家减灾中心, 北京摇 100124)
摘要:西南喀斯特地区碳酸盐岩酸不溶物含量很低,成土速率慢、土壤允许流失量小,加上地形起伏大、植被破坏严重,导致该地
区水土流失敏感性及其空间分异的独特特征。 选取降雨侵蚀力、地形起伏度、土壤类型、植被类型及土壤允许流失量等 5 个指
标,应用 GIS技术对西南喀斯特区水土流失敏感性进行单因子和多因子综合分析评价,结果表明西南喀斯特区水土流失敏感性
普遍很高,中度敏感以上区域占西南喀斯特区总面积的 82. 8% ,不敏感区域所占面积比例为 6. 4% ;水土流失中度敏感以上区
域主要分布于贵州全境、广西峰丛洼地区、云南东南部、重庆东北部、东南部、湖北西南部及湖南西北部等区域;随着岩石中酸不
溶物含量的增加,水土流失极敏感和高度敏感区面积比例减少,中度敏感区比例增加。 研究结果有助于指导西南喀斯特地区水
土流失防治及退化喀斯特生态系统的恢复与重建。
关键词:喀斯特;水土流失;敏感性;空间分异
Assessment and spatial distribution of water and soil loss in karst regions,
southwest China
FAN Feide1,2,3,WANG Kelin1,2,*,XIONG Ying4,XUAN Yong5,ZHANG Wei1,2,3,YUE Yuemin1,2
1 Key Laboratory of Agro鄄ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha, Hunan
410125, China
2 Huanjiang Observation and Research Station for Karst Ecosystems, Chinese Academy of Sciences, Huanjiang, Guangxi 547100, China
3 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 Department of Resources and Environmental Sciences, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410014, China
5 National Disaster Reduction Center of China, Ministry of Civil Affairs of the PRC, Beijing 100124, China
Abstract: Karst regions are typically geologically constrained and ecologically fragile. Karst landscapes can be greatly
affected by external factors such as environmental change. Southwestern China has one of the largest karst regions in the
world which extends over about 540000 km2 and is home to more than 220 million people. Desertification of the karst
environment in this region has expanded at an increasing rate over the last few decades. Water and soil loss processes, and
in particular the spatial distribution patterns of water and soil loss, in the karst regions of southwest China are particularly
unique. This is due to the solubility of the carbonate rocks that results in a low rate of soil formation, a low鄄tolerance for soil
loss, high topographic relief and the destruction of vegetation. In this study, rainfall erosion, topographic relief, soil types,
vegetation types, and soil loss tolerance were selected as indicators used to assess water and soil loss sensitivity. Using GIS
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techniques, we evaluated the water and soil loss sensitivity of each individual indicator then integrated the results to
examine the differences in the spatial distribution of water and soil loss in southwestern China. The results show that rainfall
erosion, topographic relief, soil types, and soil loss tolerance are highly sensitive to water and soil loss in karst regions,
whereas vegetation cover is not as sensitive. Water and soil loss sensitivity in the karst regions of southwest China is
generally high, with more than 82. 76% of the karst regions classified as being at least moderately affected and only 6. 4%
of the area classified as insensitive. The spatial distribution analysis indicated that karst regions with moderate of higher
deteriorative water and soil loss sensitivity are mainly distributed in northeastern and southeastern Chongqing, southwestern
Hubei, northwestern Hunan, most of Guizhou, northeastern Yunnan, and the peak鄄cluster depression of Guangxi. In
addition, as the content of insoluble acidic material in the soils increased, the areas with extreme or high sensitivity to water
and soil loss declined, but those with moderate sensitivity to water and soil loss increased.
In addition to usual factors such as precipitation, terrain conditions, soil cover, and vegetation, the distribution of
ground water and soil loss in karst regions is significantly related to soil loss tolerance. As a result, soil loss tolerance must
be considered as an important indicator of water and soil loss in karst regions. However, when the water and soil loss
reaches extreme levels, exposed bedrock can become widely distributed. In this situation, there is no water or soil to lose
and karst rock desertification occurs. Our results suggest that increases in the extent of karst rock desertification can be
taken as a primary indicator of water and soil loss in this region. Therefore, occurrences and changes in karst rock
desertification should be taken further into consideration to enhance regional prevention and remediation plans directed at
water and soil loss and karst rock desertification. Our study provides useful references for the prevention and control of water
and soil loss and the ecological restoration and reconstruction of degraded karst system in southwestern China.
Key Words: karst; water and soil loss; sensitivity; spatial distribution
喀斯特地区是典型的生态环境脆弱区,1983 年美国科学促进会第 149 届年会就把喀斯特作为一种和沙
漠边缘一样的脆弱环境来加以讨论[1]。 我国西南喀斯特地区地处亚热带季风性湿润气候区,降水充沛,但季
节分布不均,同时,由于岩体裂隙、落水洞等发育,使降水迅速漏失,水资源利用困难;加上碳酸盐岩不溶物含
量低[2],导致碳酸盐岩成土速率十分缓慢,土层浅薄、贫瘠且分布不连续;植被生长缓慢,生物量偏低,一旦被
破坏,恢复困难。 这种喀斯特环境本身的脆弱性加上不合理的人类活动,导致我国西南喀斯特地区水土流失
严重,产生以石漠化为特征的生态环境退化[3鄄5]。
作为评价在人类活动强度或外力作用下生态系统出现水土流失问题概率大小的指标,水土流失敏感性研
究受到广泛关注,但这些研究大部分以非喀斯特地区作为研究对象[6],关于喀斯特区水土流失敏感性评价研
究较少,卢远等[7]对广西进行了水土流失敏感性评价;李阳兵等[8]根据喀斯特生态系统的特殊性,选取土壤
允许流失量、基岩裸露率、年均降水量、坡度、植被等 5 个指标对我国喀斯特分布最广的贵州省进行了水土流
失敏感性评价;罗俊等[9]在对桂西北河池市水土流失敏感性进行评价时,考虑到喀斯特与非喀斯特地区的差
异性,分别采取了不同的指标体系进行评价。 然而,现有喀斯特区水土流失研究还存在两方面的不足:一方
面,喀斯特生态系统是受特殊地质背景制约的生态系统[4],水土流失敏感性评价必须要考虑到碳酸盐岩地质
背景对它的影响,而现有涉及喀斯特地区的水土流失敏感性评价往往忽略地质背景这一因素,采用与非喀斯
特区一样的指标进行评价[7,10];另一方面,现有研究大多集中于小流域、区域尺度或较大的省级尺度水土流失
敏感性评价,而缺乏对喀斯特分布较为广泛的整个西南喀斯特地区的大尺度对比分析研究。
喀斯特地区水土流失除地面流失外,还包括地下漏失这一途径,国内外已有研究者注意到了这种现象,并
进行了相关初步研究[11鄄15],但由于土壤地下漏失情况复杂,本文只考虑喀斯特地区地面水土流失,而不考虑
土壤地下漏失的情况。 本研究在 GIS技术支持下,以整个西南喀斯特地区为研究对象,选取适合喀斯特地区
水土流失敏感性评价的因子,对我国西南喀斯特地区水土流失敏感性进行单因素与多因素综合分析与评价,
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确定易发生水土流失的区域,探讨喀斯特地区水土流失敏感性与岩性之间的关系,揭示西南喀斯特地区水土
流失不同敏感程度的空间分异规律。
1摇 研究区概况
西南喀斯特地区(102毅—111毅E, 23毅—32毅N)北起秦岭山脉以南,南至广西盆地,西始于云贵高原,东南抵
达南岭山脉,涉及云南、贵州、广西、湖南、四川、重庆、湖北、广东八省(区、市),是全球三大喀斯特集中分布区
之一的东亚片区的核心[5],总面积约 54 万 km2,以滇、黔、桂三省区为主。 区内地形地貌复杂、各种喀斯特地
貌均有分布,属亚热带、热带湿润气候区。 该地区集“老、少、边、山、穷冶于一体[16],总人口数近 1 亿,有壮、苗、
布依、侗、瑶、彝等 31 个少数民族,少数民族人口在 4000 万以上,贫困人口相对集中,人地矛盾非常突出,群众
为了生存,不得不掠夺式的开发当地自然资源,导致水土流失、石漠化等生态环境问题严重,从而陷入“环境
脆弱鄄贫困鄄掠夺资源鄄环境退化鄄进一步贫困冶这样恶性循环的“贫困陷阱冶 [17]。
2摇 数据准备与预处理
本研究所用数据主要包括行政区图,90 m分辨率 DEM数据,1颐100 万土壤类型数据,1颐100 万植被图,1 颐50
万地质岩性数据。 所有图件统一转换为 Albers 投影,中央经线为 105毅E,第一标准纬线为 25毅N,第二标准纬
线为 47毅N。
以 1颐50 万地质图为基础,参考相关研究[4,18]的分类方法,将岩性分成纯灰岩、纯白云岩、灰岩夹碎屑岩、白
云岩夹碎屑岩、碳酸盐岩夹碎屑岩、灰岩与白云岩互层、灰岩与碎屑岩互层、白云岩与碎屑岩互层、碳酸盐岩与
碎屑岩互层、碎屑岩。 其中,纯灰岩、纯白云岩、灰岩与白云岩互层为连续性碳酸盐组合;灰岩夹碎屑岩、白云
岩夹碎屑岩、碳酸盐岩夹碎屑岩为碳酸盐岩夹层组合;灰岩与碎屑岩互层、白云岩与碎屑岩互层及碳酸盐岩与
碎屑岩互层为碳酸盐岩互层组合。 由于碳酸盐岩是喀斯特发育的物质基础,因此,提取分布最为广泛的连续
性碳酸盐岩及碳酸盐岩夹层以及互层区作为本文的研究区域。
表 1摇 水土流失敏感性评价指标分级标准
Table 1摇 Classification standard of assessment index on water and soil loss sensitivity
分级
Classification
不敏感
Insensitive
轻度敏感
Slight sensitive
中度敏感
Moderate sensitive
高度敏感
Strong sensitive
极敏感
Extremely sensitive
降雨侵蚀力 R <25 25—100 100—400 400—600 >600
地形起伏度 Topography 0—20 20—50 50—100 100—300 >300
土壤类型 Soil type 寒冻土、岩石、草毡土、黑毡土
暗棕壤、棕色针叶
林土、黄褐土
棕壤、水稻土、灰
褐土、燥红土、石
灰土、砖红壤、褐
土、赤红壤
粗骨土、红壤、黄
壤、黄棕壤 紫色土
植被类型
Vegetation type 水体、水稻、沼泽
灌丛、针叶林、草
甸、阔叶林、针阔
叶混交林
一年两熟作物、草
丛、 高 山 植 被、
草原
一年一熟作物、
荒漠 无植被
土壤允许流失量
Soil loss tolerance 碳酸盐岩互层区 碳酸盐岩夹层区 连续性碳酸盐岩区
分级赋值 Classification value 1 3 5 7 9
3摇 研究方法
3. 1摇 评价指标确定与分级
根据环保部颁布的《生态功能区划暂行规程》,降水、地形、土壤、植被是影响水土流失敏感性的主要因
子,这一情况已被国内众多非喀斯特区水土流失敏感性研究所验证。 但喀斯特地区水土流失敏感性除了与以
上因子相关外,还与成土速率有很大关系,而成土速率又与碳酸盐岩中的酸不溶物含量密切相关[19鄄20]。 我国
西南喀斯特区碳酸盐岩中的酸不溶物含量很低,一般小于 5% ,成土速率很慢,导致土壤允许流失量偏低,远
低于水利部颁布的《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190鄄96) [2,21鄄22],因此,在评价喀斯特地区水土流失敏感性时,
土壤允许流失量也应作为一个重要的评价指标。 因此,本研究选取降雨侵蚀力、地形起伏度、植被类型、土壤
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类型及土壤允许流失量等共 5 个指标对西南喀斯特地区水土流失敏感性进行分析与评价。 具体的分级评价
标准主要依照国家环保总局发布的《生态功能区划暂行规程》和其他相关研究[8鄄9,23鄄25]确定:
(1)降雨侵蚀力
降雨是引起水土流失的最重要因子,它主要是由雨滴所携带的动能对土粒产生冲击和因降雨产生的径流
而引发水土流失。 实际研究中多采用降雨侵蚀力来反映降雨对水土流失的影响。 降雨侵蚀力因子 R 值与降
雨量、降雨强度、降雨历时、雨滴大小及下降速度等因素有关,王万忠等[26]通过对全国 125 个重点站降水资料
的分析,得出了各站的年降水量和降雨侵蚀力 R值,这一研究结果被国内许多相关研究参考和引用[27]。 本文
以王万忠研究的全国主要站的年降雨侵蚀力 R值为基础,通过 ArcGIS空间插值,得到西南喀斯特区域降雨侵
蚀力 R值的空间分布图。 按照表 1 确定的分级标准,绘制水土流失对降雨侵蚀力 R因子敏感性的分级图。
(2)地形起伏度
地形的起伏是导致水土流失的直接因素,在小尺度研究中,坡长和坡度是主要指标,研究表明,坡度越陡,
汇流的时间越短,径流能量越大,对坡面的冲刷就越强烈,侵蚀量就越大,一般情况下,侵蚀量与坡长成正相
关。 在坡度较陡的条件下,土壤侵蚀率随着坡长的增加也迅速增加[28]。 但在大尺度的区域性研究中,坡度只
有数学意义而不具备土壤侵蚀和地貌学意义[29],地形起伏度则是比较适合大区域尺度水土流失评价的地形
指标。 西南喀斯特地区山高坡陡,地形起伏大,为土壤侵蚀提供了势能。 相关研究表明:中国水土流失地形起
伏度的最佳分析窗口大小为 5 km 伊 5 km[29]。 本文以 90 m分辨率的 DEM数据为基础,在 ArcGIS空间分析模
块支持下,提取西南喀斯特地区的地形起伏度。 按照表 1 确定的分级标准绘制地形起伏度对水土流失敏感性
的分级图。
(3)土壤因子
土壤是水土流失发生的主体,是被侵蚀的对象,一般指土壤可蚀性因子 K,这是一个由试验确定的定量
值,与土壤质地和土壤有机质含量有较高的相关性。 然而,在大范围内直接测定 K 值费时费力,可行性较差,
因此,有研究者[23]用土壤类型替代土壤可蚀性因子 K进行水土流失敏感性评价。 西南喀斯特地区石灰(岩)
土、红壤、黄壤、黄棕壤、紫色土等所占面积比例较大,土壤可蚀性较高。 本研究参考国内相关研究[9鄄10,23鄄25],以
土壤类型图为基础,按照表 1 确定的分级标准绘制土壤因子对西南喀斯特水土流失敏感性分级图。
(4)植被类型
植被防止土壤侵蚀的作用主要包括对降雨能量的削减作用、保水作用和抗侵蚀作用,具体表现为林冠对
降雨的截留和缓冲;树冠截留降水、枝叶吸收雨水及枯枝落叶保水;同裸露坡地比较,有植被覆盖的土地水土
流失极大减少[30]。 此外,良好的植被覆盖可以通过截留、改良土壤结构而增加入渗、增加地表粗糙率以延缓
径流流动时间等来影响土壤侵蚀。 本研究以 1颐100 万植被类型图为基础,根据表 1 确定的评价标准,在
ArcGIS支持下,绘制西南喀斯特地区植被类型对水土流失敏感性分级图。
(5)土壤允许流失量
由于碳酸盐岩的易溶性,受到溶蚀后,可溶物被流水带走,酸不溶物则留下来形成土壤。 西南喀斯特地区
酸不溶物含量很低[2],再加上受碳酸盐岩中节理、断裂和破碎的影响,碳酸盐岩的风化(或溶蚀)在地表、地表
附近及地下深处都可进行,从而降低了地表及其附近风化成土的有效性[31],这样一来,导致喀斯特地区土层
浅薄,分布不连续,土壤允许流失量很低[2,21鄄22,32鄄33]。 本研究以西南喀斯特地区岩性地质图为基础,参考李阳
兵等[32]在贵州研究的结果,按照表 1 确定的评价分级标准,绘制土壤允许流失量对水土流失敏感性分级图。
3. 2摇 水土流失综合敏感性评价方法
上述各单个因子确定的水土流失敏感性只是反映某一个因子的作用程度,无法综合反映西南喀斯特地区
水土流失敏感性的空间格局。 在 ArcGIS中,将前述各因子对水土流失敏感性影响的分布图进行乘积运算,将
运算得到的结果进行计算,公式如下:
SS j =
5
仪
5
i = 1
Si
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式中,SS j为 j空间单元土壤侵蚀敏感性指数,Si为 i因素敏感性等级值。 再采用自然分界法将乘积结果分成 5
类,这种分类方法是利用统计学的 Jenk最优化法得出的分界点,能使各级的内部方差之和最小[30],并绘制西
南喀斯特地区水土流失综合敏感性分级图(图 1)。
图 1摇 西南喀斯特区域水土流失敏感性综合评价图
Fig. 1摇 Integrated assessment of sensitivity of water and soil loss in karst regions, southwest China
4摇 结果分析
4. 1摇 水土流失敏感性单因素影响评价
(1)降雨侵蚀力对喀斯特地区水土流失敏感性评价
西南喀斯特地区降雨侵蚀力对水土流失敏感性以中度敏感以上为主(表 2),面积比达 99%以上。 这主
要与我国西南喀斯特区属热带、亚热带季风气候,降雨充沛,夏季大范围的大雨、暴雨及短历时高强度暴雨为
土壤的侵蚀提供了强大的营力有关。 从空间分布来看,极敏感区域主要分布于粤北,湘南及广西大部分地区
(桂西北除外);高度敏感区主要分布于桂西北,滇东南,贵州省大部分地区,湘中,湘西,重庆大部分地区,鄂
西,湖北东部也有分布;中度敏感区域位于黔西的毕节和六盘水,四川,云南大部分地区及重庆西北角,湖北西
北角;不敏感和轻度敏感区所占面积比例很小,分布于四川西北部高海拔地区。
表 2摇 降雨侵蚀力对水土流失敏感性评价
Table 2摇 Assessment of the sensitivity of precipitation on water and soil loss
分级
Classification
不敏感
Insensitive
轻度敏感
Slight sensitive
中度敏感
Moderate sensitive
高度敏感
Strong sensitive
极敏感
Extremely sensitive
面积 Area / km2 967 3790 169025 271548 89789
百分比 Proportion / % 0. 18 0. 71 31. 59 50. 75 16. 78
(2)地形起伏度对水土流失敏感性评价
西南喀斯特地区地形地貌复杂,各种喀斯特地貌都有分布,山高坡陡,地形起伏较大,再加上该地区人地
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矛盾突出,大量陡坡耕种,导致植被遭到破坏,在降水量大、暴雨多的情况下,极易产生水土流失。 因此,地形
起伏度因子对水土流失敏感性也较高(表 3)。 其中,中度敏感以上区域所占面积比例达 96. 39% ,轻度和不
敏感区域主要分布于湖南省中南部及广西的南宁、崇左、来宾、柳州、玉林等地区,云南曲靖也有分布,但面积
范围不大。
表 3摇 地形起伏度对水土流失敏感性评价
Table 3摇 Assessment of the sensitivity of topography on water and soil loss
分级
Classification
不敏感
Insensitive
轻度敏感
Slight sensitive
中度敏感
Moderate sensitive
高度敏感
Strong sensitive
极敏感
Extremely sensitive
面积 Area / km2 2738 16559 41145 197417 277260
百分比 Proportion / % 0. 51 3. 09 7. 69 36. 89 51. 81
(3)土壤因子对水土流失敏感性评价
西南喀斯特地区土壤因子对水土流失敏感性以中度和高度敏感区为主(表 4),二者之和占总面积的
88郾 35% ,这与西南喀斯特地区土壤类型主要为熟化程度不高的岩性土类———石灰土或粘性大的红壤、黄壤有
关[34],此外,喀斯特地区土壤直接与基岩成突变接触,土壤剖面多为 A鄄B鄄D型,缺乏 C 层,土壤与基岩之间的
粘着力差,一遇较大降水,极易产生水土流失和块体滑移[32]。 紫色土分布区域为土壤单因子对水土流失极敏
感区,这主要是因为紫色土的 k值较大,约占总面积的 3. 19% 。 从空间分布来看,中度敏感区域主要分布于
粤北,广西河池、百色、崇左、南宁、桂林,贵州遵义、黔南州、黔西南州、铜仁、黔东南州、安顺,云南文山州,湖南
永州、湘西、邵阳,湖北宜昌、襄樊等地的喀斯特地区;高度敏感区主要分布在鄂西,湖南,贵州,重庆,广西大部
分喀斯特地区,云南东部、西北部喀斯特区及四川南部;极敏感区主要分布在重庆东部,湘西张家界,鄂西恩施
州,云南东部的红河州、曲靖、昭通,贵州西部毕节及四川南部的凉山州。
表 4摇 土壤类型对水土流失敏感性评价
Table 4摇 Assessment of the sensitivity of soil texture on water and soil loss
分级
Classification
不敏感
Insensitive
轻度敏感
Slight sensitive
中度敏感
Moderate sensitive
高度敏感
Strong sensitive
极敏感
Extremely sensitive
面积 Area / km2 26536 18770 214932 257552 17036
百分比 Proportion / % 4. 96 3. 51 40. 19 48. 16 3. 19
(4)植被覆盖对水土流失敏感性评价
西南喀斯特地区植被对水土流失敏感性以轻度敏感和中度敏感区为主(表 5),这主要是因为西南喀斯特
地区植被类型主要以灌丛、林地、草地为主,而这 3 种植被类型具有较好的水土保持作用,一年一熟作物种植
区和石漠化地区对水土流失敏感性为高度敏感,但二者所占总面积比例较低。 从空间分布格局来看,轻度敏
感区主要分布在鄂西,湖南大部,贵州大部,粤北,桂西北、桂西南,滇西北,川西南等地喀斯特地区;中度敏感
区主要分布在重庆、贵州及云南东部等地的喀斯特分布区。
表 5摇 植被覆盖对水土流失敏感性评价
Table 5摇 Assessment of the sensitivity of vegetation coverage on water and soil loss
分级
Classification
不敏感
Insensitive
轻度敏感
Slight sensitive
中度敏感
Moderate sensitive
高度敏感
Strong sensitive
极敏感
Extremely sensitive
面积 Area / km2 47805 327812 158739 235 13
百分比 Proportion / % 8. 94 61. 32 26. 69 0. 04 0. 00
(5) 土壤允许流失量对水土流失敏感性评价
西南喀斯特地区土壤允许流失量对水土流失敏感性全部为中度敏感以上,无不敏感和轻度敏感区域(表
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6)。 西南喀斯特地区土层浅薄,分布不连续,异质性高,再加上该区域碳酸盐岩中酸不溶物含量很低,使得该
区域土壤允许流失量也很低,即使是很低的土壤侵蚀模数,也会给脆弱的西南喀斯特生态环境带来极大危害。
极敏感区主要分布在贵州省境内及桂西北的河池市,湖北宜昌市与湖南湘西州;高度敏感地区主要分布在滇
东的红河州、文山州、曲靖,滇西北的丽江、迪庆、大理、临沧,湖南张家界、湘西州,湖北恩施、宜昌,重庆东北
部,贵州南部的黔西南州和黔南州及桂西与桂西北地区。
表 6 摇 土壤允许流失量对水土流失敏感性评价
Table 6摇 Assessment of the sensitivity of soil loss tolerance on water and soil loss
分级
Classification
中度敏感
Moderate sensitive
高度敏感
Strong sensitive
极敏感
Extremely sensitive
面积 Area / km2 189081 97384 248654
百分比 Proportion / % 35. 33 18. 20 46. 47
4. 2摇 水土流失敏感性综合评价
(1)水土流失多因素影响综合评价
西南喀斯特地区水土流失敏感性以中度敏感以上区域为主,占总面积的 82. 8% ;轻度和不敏感区面积比
例占 17. 2% (表 7)。 从空间分布格局来看,水土流失极敏感区主要分布于贵州遵义、铜仁、黔西南州、黔东南
州、六盘水、黔南州、毕节,广西百色、桂林、河池、柳州、来宾,云南东南部,湖北恩施州、宜昌,湖南湘西州、永
州、郴州,重庆市东南部和东北部,广东北部清远等地喀斯特地区;高度敏感区在贵州大部分喀斯特区,云南文
山州、曲靖、昭通、昆明、丽江、保山,广西河池、百色、崇左、南宁、来宾,湖北的十堰、宜昌、恩施州、襄樊,湖南西
部的湘西州、张家界、湘中南的邵阳、永州、郴州等地的喀斯特地区均有分布;中度敏感区在整个西南喀斯特地
区分布比较零散,但在以下区域分布的面积较大,达 1500 km2以上,主要集中在贵州黔南州、毕节、遵义、安
顺、贵阳、六盘水,云南的文山州、曲靖、昭通、昆明、迪庆,广西的河池,四川凉山州、甘孜州、雅安、阿坝州、乐
山、绵阳,湖南邵阳、永州、郴州、娄底,湖北恩施州、宜昌、十堰。
表 7摇 水土流失敏感性综合评价
Table 7摇 Integrated assessment of sensitivity of water and soil loss
分级
Classification
不敏感
Insensitive
轻度敏感
Slight sensitive
中度敏感
Moderate sensitive
高度敏感
Strong sensitive
极敏感
Extremely sensitive
面积 Area / km2 34132 58000 110229 201744 130448
百分比 Proportion / % 6. 39 10. 85 20. 62 37. 74 24. 40
(2) 分省喀斯特地区水土流失敏感性评价
从西南喀斯特区各省(区、市)水土流失敏感性来看,除四川外,各省(区、市)喀斯特地区水土流失中度敏
感性以上区域占该省(区、市)喀斯特面积比例的 70%以上,云南、贵州、重庆三省市达 90%以上(图 2)。
贵州省喀斯特区水土流失以高度敏感性为主,占 45. 89% ,其次是极敏感和中度敏感区,二者比例相当,
分别达 24. 78%和 24. 29% ,不敏感和轻度敏感区所占比例很低;云南省喀斯特区水土流失以高度敏感和极度
敏感区为主,分别占云南省喀斯特面积比例的 40. 11%和 30. 74% ;广西喀斯特区水土流失以高度、轻度和极
敏感区为主,高度敏感区所占比例为 39. 95% ,轻度和极敏感区面积比例相当,分别为 21. 45%和 20. 14% ;四
川喀斯特地区水土流失以中度及以下敏感性为主,极敏感区域所占比例较低;重庆市喀斯特区水土流失极敏
感区占绝对优势,面积比例达 63. 60% ,其次为高度敏感区,占 30. 07% ,中度以下敏感区所占比例较低;湖南
省喀斯特地区水土流失高度敏感区域所占比例最大,达 35. 27% ,其次为中度敏感区,占 23. 22% ,极敏感区与
轻度敏感区所占面积比例相当,分别为 16. 58%和 16. 33% ;湖北省喀斯特地区水土流失以中度敏感以上区域
为主,高度敏感区域占 43. 10% ,极敏感区占 26. 94% ,中度敏感区占 17. 29% ,轻度和不敏感区所占面积比例
小;广东省喀斯特地区水土流失敏感性与湖北省相似,但广东喀斯特面积比例较小,主要分布在广东北部。
9536摇 21 期 摇 摇 摇 凡非得摇 等:西南喀斯特区域水土流失敏感性评价及其空间分异特征 摇
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0
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
贵州
不敏感
轻度敏感
中度敏感
高度敏感
极敏感
占该
省(区
/市)喀
斯特
面积
比
Area
prop
ortio
n/%
省级行政区 Province云南 广西 四川 重庆 湖南 湖北 广东
图 2摇 各省级行政区水土流失敏感性
Fig. 2摇 Sensitivity of water and soil loss in different provinces
(3) 喀斯特地区水土流失敏感性与地质背景关系
随着碎屑岩含量的增加,灰岩类岩性中,水土流失极敏感区所占比例呈下降趋势,高度敏感区所占比例呈
先降后升的变化,但整体呈下降趋势,中度敏感区所占比例呈上升趋势;白云岩类岩性中,极敏感区呈降低趋
势,高度敏感区也呈现出降低趋势,但变化不如极敏感区变化快,中度敏感区呈上升趋势;在混合岩类岩性中,
极敏感区呈下降趋势,高度敏感区呈先升后降趋势,但变化趋势不大,中度敏感区呈上升趋势。
010
2030
4050
60
纯灰
岩
灰岩
夹层
灰岩
与碎
屑岩
互层
纯白
云岩
白云
岩夹
层
白云
岩与
碎屑
岩互
层
灰岩
与白
云岩
互层
碳酸
盐岩
夹碎
屑岩
碳酸
盐岩
与碎
屑岩
互层
不敏感 轻度敏感 中度敏感
高度敏感 极敏感
岩性 Lithology
不同
等级
水土
流失
敏感
性等
级
Area
prop
ortio
n/%
图 4摇 各岩性中不同等级水土流失敏感性比例
Fig. 4摇 Percentage of sensitivity of water and soil loss grade in different lithologies
5摇 结论与讨论
西南喀斯特区域是受地质背景制约的生态系统,其水土流失敏感性还与土壤允许流失量密切相关,因此,
在评价喀斯特区域水土流失敏感性时,其评价指标除了要选择降水、地形、土壤、植被因子外,还必须考虑与地
质背景有关的土壤允许流失量因子。
降雨侵蚀力、土壤类型、地形起伏度、及土壤允许流失量对西南喀斯特地区水土流失敏感性很高,而植被
覆盖因子则对水土流失敏感性不高。 这与整个喀斯特地区降水丰富,山高坡陡,土壤以石灰(岩)土、红壤、黄
壤、黄棕壤、赤红壤、紫色土等为主,碳酸盐岩酸不溶物含量低,土壤成土速度慢,土壤允许流失量低,而植被类
型以林地和灌草丛为主有关。
西南喀斯特地区水土流失敏感性普遍较高,中度敏感以上区域占西南喀斯特地区总面积的 82. 8% 。 中
度敏感以上区域主要分布于贵州全境、广西峰丛洼地区、云南东南部、重庆东北部、东南部、湖北西南部及湖南
西北部等区域。
西南喀斯特地区水土流失敏感性与碳酸盐岩中碎屑岩的含量有明显相关性。 在各类岩性中,随着碎屑岩
含量的增加,水土流失极敏感区和高度敏感区所占面积比例呈下降趋势,中度敏感区所占比例呈上升趋势。
在西南喀斯特地区,水土流失的结果会导致石漠化,此时土壤侵蚀模数很低,但并不表明水土流失减弱,
0636 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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恰恰是水土流失导致石漠化,出现了“无土可流冶的状况[2,21],这种情况下,原有的评价体系就不适用了。 土
壤流失程度严重、岩石裸露,出现石旮旯地时,应当以石漠化面积的增加来评价其危害[21]。 因此,未来的研究
应该结合石漠化及其变化过程数据,提高西南喀斯特水土流失和石漠化防治的区域针对性。
致谢:感谢中国地质科学院岩溶地质研究所曹建华研究员提供的地质数据;中国科学院资源环境科学数据中
心提供的土壤类型数据;中国西部环境与生态科学数据中心提供的植被类型数据。
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[34] 摇 兰安军, 张百平, 熊康宁, 安裕伦. 黔西南脆弱喀斯特生态环境空间格局分析. 地理研究, 2003, 22(6): 733鄄741.
2636 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 21 November,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Landscape spatial analysis of a traditional tibetan settlement based on landscape pattern theory and feng鄄shui theory:the case of
Zhagana, Diebu, Gansu Province SHI Lisha, YAN Lijiao, HUANG Lu, et al (6305)……………………………………………
Temporal鄄spatial differentiation and its change in the landscape ecological security of Wuyishan Scenery District
YOU Weibin,HE Dongjin,WU Liyun,et al (6317)
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Evaluation of eco鄄sustainability of roads in a tourism area: a case study within Yulong County JIANG Yiyi (6328)…………………
Study on the compactness assessment model of urban spatial form ZHAO Jingzhu, SONG Yu, SHI Longyu, et al (6338)……………
A multi鄄scale analysis of red鄄crowned crane忆s habitat selection at the Yellow River Delta Nature Reserve, Shandong, China
CAO Mingchang, LIU Gaohuan, XU Haigen (6344)
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Assessment and spatial distribution of water and soil loss in karst regions, southwest China
FAN Feide,WANG Kelin,XIONG Ying,et al (6353)
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Construction of an eco鄄environmental database for watershed鄄scale data: an example from the Tarim River Basin
GAO Fan, YAN Zhenglong, HUANG Qiang (6363)
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Reproductive allocation in dioecious shrub, Rhamnus davurica WANG Juan, ZHANG Chunyu, ZHAO Xiuhai, et al (6371)………
Age鄄dependent growth responses of Pinus koraiensis to climate in the north slope of Changbai Mountain, North鄄Eastern China
WANG Xiaoming, ZHAO Xiuhai, GAO Lushuang, et al (6378)
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Fine鄄scale spatial point patterns of Stipa krylovii population in different alpine degraded grasslands
ZHAO Chengzhang, REN Heng, SHENG Yaping, et al (6388)
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Community structure and population regeneration in remnant Ginkgo biloba stands
YANG Yongchuan, MU Jianping, TANG Cindy Q. ,et al (6396)
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Reproductive characteristics and adaptive evolution of pin and thrum flowers in endangered species, Primula merrilliana
SHAO Jianwen, ZHANG Wenjuan, ZHANG Xiaoping (6410)
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Leaf functional traits of four typical forests along the altitudinal gradients in Mt. Shennongjia
LUO Lu, SHEN Guozhen, XIE Zongqiang,et al (6420)
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Reclaimed soil properties and weathered gangue change characteristics under various vegetation types on gangue pile
WANG Liyan, HAN Youzhi, ZHANG Chengliang, et al (6429)
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Influence of fire on stands of Pinus massoniana in a karst mountain area of central Guizhou province
ZHANG Xi, CHUI Yingchun, ZHU Jun, et al (6442)
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Morphological and physiological adaptation of Caragana species in the Inner Mongolia Plateau
MA Chengcang, GAO Yubao, LI Qingfang, et al (6451)
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A comparative study on reasons of degenerated of Haloxylon ammodendron population in the western part of Gurbantunggut desert
SI Langming,LIU Tong,LIU Bin,et al (6460)
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Self鄄thinning of natural broadleaved forests in Baishilazi Nature Reserve ZHOU Yongbin, YIN You, YIN Mingfang, et al (6469)…
Population status and dynamic trends of Amur tiger忆s prey in Eastern Wandashan Mountain, Heilongjiang Province
ZHANG Changzhi, ZHANG Minghai (6481)
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The relationship between the occurrence of Colorado Potato Beetle, Leptinotarsa decemlineata, and rivers based on GIS: a case
study of Shawan Country LI Chao, ZHANG Zhi, GUO Wenchao, et al (6488)…………………………………………………
Occurrence dynamics and trajectory analysis of Cnaphalocrocis medinalis Guen佴e in Xing忆an Guangxi Municipality in 2010
JIANG Chunxian, QI Huihui, SUN Mingyang, et al (6495)
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Adaptability of B鄄biotype Bemisia tabaci (Gennadius) to Host Shift ZHOU Fucai, LI Chuanming, GU Aixiang, et al (6505)………
Structural change analysis of cecal bacterial flora in different poultry breeds using PCR鄄DGGE LI Yongzhu,Yongquan Cui (6513)…
Effect of chicken manure鄄amended copper mine tailings on growth of three leguminous species, soil microbial biomass and enzyme
activities ZHANG Hong, SHEN Zhangjun, YANG Guide, et al (6522)…………………………………………………………
Physiological response of Microcystis to solar UV radiation WANG Yan, LI Shanshan, LI Jianhong, et al (6532)……………………
Relationship between cell volume and cell carbon and cell nitrogen for ten common dinoflagellates
WANG Yan,LI Ruixiang,DONG Shuanglin,et al (6540)
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The community structure and abundance of microcystin鄄producing cyanobacteria in surface sediment of Lake Taihu in winter
LI Daming, KONG Fanxiang,YU Yang, et al (6551)
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Influence of green belt structure on the dispersion of particle pollutants in street canyons
LIN Yinding, WU Xiaogang, HAO Xingyu, et al (6561)
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Spatio鄄temporal variation analysis of urbanization and land use benefit of oasis urban areas in Xinjiang
YANG Yu, LIU Yi, DONG Wen, et al (6568)
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Nitrate contamination and source tracing from NO-3 鄄啄15N in groundwater in Weifang, Shandong Province
XU Chunying, LI Yuzhong, LI Qiaozhen, et al (6579)
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The impact of rising temperature on spring wheat production in the Yellow River irrigation region of Ningxia
XIAO Guoju, ZHANG Qiang, ZHANG Fengju, et al (6588)
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A new hyperspectral index for the estimation of nitrogen contents of wheat canopy
LIANG Liang, YANG Minhua, DENG Kaidong, et al (6594)
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The feature of N2O emission from a paddy field in irrigation area of the Yellow River
ZHANG Hui,YANG Zhengli,LUO Liangguo, et al (6606)
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Review and Monograph
Research perspective for the effects of nitrogen deposition on biogenic volatile organic compounds
HUANG Juan, MO Jiangming, KONG Guohui, et al (6616)
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Recruitment limitation of plant population: from seed production to sapling establishment
LI Ning, BAI Bing, LU Changhu (6624)
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Scientific Note
Response of anatomical structure and photosynthetic characteristics to low light stress in leaves of different maize genotypes
DU Chengfeng, LI Chaohai, LIU Tianxue, et al (6633)
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2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 21 期摇 (2011 年 11 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 21摇 2011
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