半干旱黄土区土壤水分垂直分布规律的研究——以甘肃省兰州市孙家岔流域为例

以甘肃省兰州市孙家岔流域为研究对象,使用1982~1983年、2011年实测土壤水分资料,利用地统计法分析了该流域土壤水分的垂向变异特征。结果表明,球状模型对丰水年不同土地利用（梯田、荒坡、坡耕地、乔木林地）土壤水分的垂向分布拟合为极显著。在平水年球状模型仅对梯田、乔木林地的实验变异函数拟合较好,而对坡面地区的坡耕地和荒坡的拟合并不显著。枯水年梯田和林地的空间变异对模型仍然有一定的吻合,而坡耕地和荒坡土壤水分空间分布变异中有较大的随机性,即使在雨季时空间自相关也很弱。不同水文年下不同土地利用的土壤水分垂向变化表现出明显的季节变化趋势,变程为1.687～3.404 m,在该自相似范围内测得土壤特性的变异程度基本一致。     

干热河谷不同土地利用类型坡面土壤水分时空变异

为探究干热河谷区不同土地利用类型坡面土壤水分的时空变化规律,以元谋干热河谷老城小流域水土保持综合治理示范区内的银合欢人工林地、扭黄茅草丛地和坡耕地为研究对象,采用经典统计学和地统计学克里格插值相结合的分析方法,对3种土地类型坡面土壤水分的时间和空间异质性进行研究。结果表明:元谋干热河谷区土壤含水量较低(林地旱季7.56%,雨季12.80%;草地旱季8.05%,雨季12.66%;坡耕地旱季19.37%,雨季22.95%),雨季显著大于旱季。旱、雨季均表现为坡耕地草地林地,呈中等至强度变异(0.14~0.72之间);不同土地利用类型下各层土壤水分的自相关系数均由正向负转化的相同趋势,但拐点有所不同,且雨季大于旱季;不同土地利用类型下旱、雨季土壤水分的最佳拟合模型林地与草地相同(林地与草地旱雨季均为球状模型,坡耕地旱雨季为指数模型),均呈中等或强等空间相关性(0.05~0.39之间),且旱季大于雨季;同一土地类型下旱、雨季不同土层的土壤水分空间分布相似,不同土地利用类型下相同土层分布格局则不同。     

基于GIS和GPS的土壤水分垂直空间变异性分析——以陕北黄土高原小流域为例

以地统计学的半变异函数为理论分析工具,结合地理信息系统GIS和GPS技术,分析研究了陕北王东沟小流域土壤水分在垂直方向的空间变异特征。结果表明:对土壤水分在垂直方向的半变异函数曲线可用球状模型进行很好地拟合,其存在强烈或中等程度的空间自相关,变程范围从2~5 m不等。草地的块金值和基台值较大,远远超出了其他几种植被,它在表层0~0.8 m的土壤水分含量变化也最为剧烈,波动很大;林地的块金值较小,但基台值很大,说明其土壤表层水分和深层水分的变化差异较大;坡耕地和梯田土壤水分的分布变化比较小,半方差函数曲线变化也比较平缓,块金值和基台值都比较小。不同土地利用类型对土壤水分在垂直方向空间变异的影响呈现林地草地灌木果园农地的趋势。     

基于“3S”的土壤水分垂直分布变异性分析

以地统计学的半变异函数为理论分析工具,结合G IS和GPS技术,分析陕北王东沟小流域土壤水分在垂直方向的空间变异特征。结果表明:①对土壤水分在垂直方向的半变异函数曲线可用球状模型进行很好的拟合,其存在强烈或中等程度的空间自相关,变程范围为2~5 m。②草地的块金值和基台值较大,远远超出了其他几种植被,它在表层0~0.8 m的土壤水分含量变化也最为剧烈,波动很大;林地的块金值较小,但基台值很大,说明其土壤表层水分和深层水分的变化差异较大;坡耕地和梯田的土壤水分的分布变化比较小,半方差函数曲线变化也比较平缓,块金值和基台值都比较小。不同土地利用类型对土壤水分在垂直方向空间变异的影响呈现林地>草地>灌木>果园>农地的趋势。     

基于CA-Markov模型的黄土丘陵区土地利用变化

为探讨黄土丘陵区的土地利用变化规律以及驱动机制,以罗玉沟流域作为典型流域,基于1986、2001年的TM影像为数据源,对土地利用格局分布进行分析,并运用CA-Markov模型,以2001年的土地利用格局为基础,预测了2016年流域的土地利用的空间格局分布。结果表明,罗玉沟流域土地利用格局在1986年以前,以坡耕地为主,面积占59.67%,其次为梯田、草地和林地。从1986年到2001年林地和梯田的面积均有显著增加,坡耕地面积则显著减少,其余土地利用类型面积变化不大。从单一土地利用类型动态度来看,面积增加大     

晋西黄土丘陵沟壑区不同地类土壤水分变化规律研究

土壤水分是影响土壤侵蚀的重要因素之一.以晋西离石王家沟流域为试验基地,收集了1994年7～9月份的土壤水分逐日观测数据和与之相对应的降雨量、气温、空气湿度、蒸发量等气象因子观测资料.通过分析,得到了较高精度的用于预报该地区梯田、坡耕地、荒坡地、弃耕地、人工草地、沟坡林地6种不同地类土壤水分的经验公式,为各种地类的土壤水分预报以及土地生产力评价、土壤侵蚀规律研究提供了较为理想的土壤水分计算方法.     

黄丘5副区复兴流域不同治理措施的产流产沙规律

 以黄土丘陵沟壑区5副区的甘肃省定西市安定区复兴流域为平台,通过土壤入渗试验和径流观测,研究该区径流、泥沙的产生条件,据此确定合理布局水土保持措施,以减少流域侵蚀量。通过径流小区实验观测,各种下垫面的平均径流系数依次为:荒坡>坡耕地>乔木林地>灌木林地>人工草地;平均含沙率为:荒坡>坡耕地>人工草地>乔木林地>灌木林地;下垫面入渗能力依次为:梯田>林地>草地>荒坡地>村镇道路。改变微地形,布设拦蓄地表径流的工程措施,以及增加人工植被等,是提高土壤入渗能力、调控径流泥沙最为有效的途径。     

太行山山前坡地不同土地利用方式下土壤水分的时空变异特征

以济源试区坡耕地、苹果园、果农复合系统、退耕还林地、刺槐林地5个邻接农林模式为研究对象,用时域反射仪(TDR)测定坡面不同农林模式雨季前、雨季中和雨季后表层土壤(0-30 cm)含水量,分析表层土壤水分分布特征及其时空变异特征。结果表明:由于受不同坡位、不同植被类型的影响,土壤表层含水量从坡顶到坡底逐渐增加;雨季前后土壤表层含水量的半方差理论函数均呈球状模型,块金值变化并不明显,其值分别为0.25和0.30,独立间距分别为99.7 m和87.6 m,土壤水分具有强烈的空间自相关性,存在很好的分形特征,分形维数分别为1.71和1.74,变异均主要是由空间自相关部分引起。雨季中土壤表层含水量的半方差函数呈直线模型,土壤水分空间变异表现出随距离增加而增加,分形维数为1.40。     

基于GIS的水土保持措施下坡耕地土壤养分变异特征

以水保林地、水平梯田及地埂植物带组成的水土保持措施体系和无措施坡耕地土壤养分为研究对象,利用GPS定点采样,传统统计分析和ArcGIS地统计分析相结合,并通过参数及误差值对比,选取最佳空间插值拟合模型（球状模型）,研究水土保持措施体系和无措施坡耕地土壤养分的空间变异特征。结果表明:（1）5个指标的空间变异度对比:TP > 有效P > TN > 有机质 > pH,其TN,TP,有效P,pH值的空间变异受水土保持措施影响显著,有机质不仅受非人为因素影响,也受人为因素影响。（2）运用Kriging插值制图显示,5个指标在空间上分布均不均匀。采取水土保持措施后对土壤养分有一定的富集作用,含量显著高于无措施对照区;无措施坡耕地坡上、坡中和坡下部位土壤养分呈规律性降低趋势。而土壤pH值空间变异与有机质,TN,TP和有效P相反。（3）上坡位的水保林地对TN,TP和有机质的拦蓄作用最好,中坡位的水平梯田对有效P的拦蓄作用显著;由于下坡位的无措施对照区作为土壤养分流失的必经区域,土壤养分含量较高,表现出地埂植物带对养分的拦蓄作用不显著。通过土壤pH值的空间对比发现,种植相应植物使水保林地和地埂植物带土壤pH值下降了。     

黄土区退耕背景下土地利用/覆被格局现状调查研究——以安塞县马家沟流域为例

黄土高原生态恶劣,水土流失严重,土地不合理利用及覆被较差是根本症结所在.退耕还林是改善黄土高原生态环境建设的重要措施.以安塞县马家沟流域为例,通过遥感与实地调查相结合的方法,获取2008年土地利用数据,对退耕后的土地利用格局现状进行分析.结果表明:2008年农、林、草地面积占流域总面积的91.6%.以草地类用地面积最广,占流域总面积的56.77%,其次为林地、农耕地,分别为19.6%和15.25%.流域上、中游梁峁顶及坡地绝大多数退耕成为未成林造林地,但仍保留有一定数量坡耕地.农耕地中的梯田面积占44.8%,坡耕地占42.4%,川坝地、川台地等占12.9%,各土地利用/覆被类型在流域上中下游分布集中程度不同.上游的土地利用/覆被状况与全流域分布格局相似.流域中农业用地类和园地相对集中分布在中游,而流域中的林地相对地集中分布在下游.中游发育的平缓地形地貌有益于发展农业耕作和园地种植.而下游村庄的行政隶属关系,使土地利用方向受城镇生态服务功能区划影响,因而林地异常集中.     

伏牛山区迎河小流域不同土地利用类型的土壤粒径分布特征

为探讨伏牛山区坡耕地土壤物理性能的退化特征,在河南省鲁山县迎河小流域,利用激光粒度仪和土壤分形模型,比较分析了4种土地利用类型的土壤粒径分布(PSD)及其分形特征.研究结果表明:1)土壤PSD简单分维(Dv)以乔木林地最高(2.658),坡耕地最低(2.489),多重分维(容量维D0、信息维D1、关联维D2)以乔木林地最高(0.941、0.926、0.91),坡耕地最低(0.927、0.899、0.849).不同分形参数均表现为:坡耕地＜灌草坡地和水平梯田＜乔木林地;2)土壤PSD的Dv、D0、D1和D2,与黏粒和粉粒体积分数显著正相关,与砂粒体积分数显著负相关.因此,利用土壤PSD简单分形和多重分形维数,可量化表征土壤质地的粗细程度和非均匀性质的差别;坡耕地土壤质地的粗粒化程度和非均匀性明显大于其他土地利用类型;土壤细粒(黏粒和粉粒)物质流失是坡耕地土壤质地粗粒化和非均匀程度增大的重要原因.     

桂西北环境移民迁入区不同利用方式坡地土壤水分动态变化

土壤水分是土地开发利用和生态环境建设的关键性限制因子。利用2006年4—9月土壤水分定位观测数据，研究了桂西北环境移民迁入区坡地开发后不同利用方式土壤水分的时空动态变化规律。结果表明，不同土地利用方式间土壤储水量变化与降雨量变化基本一致；在时间尺度上，不同月份各利用方式土壤储水量差异显著，0-1m平均储水量依次是坡耕地〉园地〉荒草地〉灌丛〉林地；在空间尺度上，不同利用方式土壤储水量为中等变异，在表层（0-20cm）荒草地和灌丛的土壤储水量较大，在深层（60-100cm）坡耕地和园地土壤储水量较大；不同土地利用结构土壤水分从坡顶到坡脚呈增加趋势，但修筑梯田的坡地较自然坡地土壤水分沿坡面变化幅度小。     

土地利用格局对半干旱黄土区土壤水分的影响

半干旱黄土区不同土地利用的土壤水分效应是农业生产、植被恢复和土地合理利用的重要依据.通过对孙家岔流域不同土地利用格局实测土壤水分资料分析,结果表明,梯田区阴坡的土壤含水率高于阳坡;梁峁顶区封闭荒地不同累积深度的土壤含水率均高于农地;缓坡区(＜15°)农地土壤平均含水率高于荒地;灌木林地表层(0-80 cm)土壤含水率高于荒地,而较深层(80-180 cm)低于荒坡;松树林地平均土壤含水率高于杏树林地.说明在半干旱黄土区,梯田的保水效益最好;杏树林相对于松树林耗水量更大,不适宜在无灌溉条件的半干旱黄土区大面积种植;柠条灌木林改善地表土壤水分状况的效应明显,并且能充分利用较深层的土壤水分;缓坡区种植农作物比荒地更有助于土壤水分的改善.     

黄土丘陵区纸坊沟小流域土壤有机碳储量研究

通过野外调查和室内分析,研究了黄土丘陵区纸坊沟小流域不同土地利用方式下土壤有机碳的剖面变化特征及土壤有机碳储量。结果表明,该流域各层土壤的有机碳含量为中等变异,土壤有机碳含量随土层深度的增加而减少。0—60 cm土层有机碳储量为4.73×104t,天然草地和林地的储量较高,占总储量的80%。不同土地利用方式下,流域内的土壤有机碳含量差异显著,表现为:天然草地>灌木林地>乔木林地>川坝地>梯田>坡耕地>撂荒地>果园。     

黄土高原典型流域土壤抗冲特性研究

以黄土高原吕二沟流域为研究对象,采用原状土冲刷水槽法对研究区梯田耕地、坡耕地、草地、梯田果园、刺槐林共5种土地利用类型的土壤进行了抗冲试验。结果表明:(1)研究区不同土地利用类型的土壤抗冲性大小依次为:刺槐林>草地>梯田>果园>坡耕地;(2)根系对土壤抗冲性具有显著影响,有根系土壤相对无根系土壤的抗冲性有明显提高,平均提高了44.02%;(3)研究区土壤随坡度的增大抗冲能力减弱,其中22°～25°减少幅度最大;(4)对研究区不同土地利用类型土壤抗冲指数在流域尺度进行了空间异质性模拟,总体表现出越靠近流域上游和侵蚀沟坡上位置的土壤抗冲性越大的特性,其中刺槐林地和草地表现更为明显。     

黄土丘陵区水平梯田保水保土效益分析

水平梯田是防止水土流失的一种有效方式。在韭园沟流域的支沟——王茂沟流域分别选取梯田和坡耕地进行土壤采样,测定土壤含水量,结合¹³⁷Cs示踪,对比分析了梯田长期的保水保土效益。结果表明:梯田土壤水分变化分为土壤水分剧变层（0—20 cm）、土壤水分活跃层（20—30 cm）和土壤水分调节层（30 cm以下）;梯田不同深度土壤含水量均表现为内侧（第一级） > 中部 > 外侧（第五级）;坡向对梯田土壤水分的影响并不是十分显著;梯田0—20 cm土壤蓄水量高于坡耕地7.2%;0—40 cm平均土壤蓄水量高出坡耕地1.8 mm;研究流域坡耕地与梯田侵蚀程度分别属于极强度侵蚀和强度侵蚀,梯田平均水土保持效益为53%。建议在该地区修建梯田时,提高梯田的设计标准,对梯田田面、田埂认真维护,实现梯田长期的水土保持效益。     

渭河流域径流变化趋势及其影响因素分析

降水是产生土壤侵蚀的主要原动力.以豫西土石山区的汝阳县和黄土丘陵区的嵩县为例,通过对实测的雨强、坡度等水土流失因子的观测和研究,初步探讨了降水变化对不同下垫面(梯田、林地、坡耕地、荒坡)造成的水土流失之分异影响,并推求出组合方程式表达其影响规律.结果表明,荒坡和坡耕地的蓄水作用最差,梯田和林地的蓄水功效则较高.在小流域治理过程中,应当把梯田、林地以及配套的沟道整治工程等作为重要的雨水存贮措施.     

甘肃中北部黄土丘陵沟壑区水土保持主要措施效应研究——以兰州市孙家岔流域为例

以兰州市孙家岔流域为代表,研究了甘肃中北部黄土丘陵沟壑区主要水土保持措施的效应。结果表明:依降水量和种植作物不同,梯田与坡耕地相比较,小麦、玉米、土豆增产幅度分别在14%～50%、47%～64%、29%～127%之间;梯田的土壤含水量高于农坡地、荒坡地和造林地,分别高出2.23、3.85和2.74百分点;隔坡梯田是干旱山区一项拦蓄、利用径流,加快水土流失治理的重要措施;沙棘和柠条林地地表土壤及枯枝落叶的渗水、贮水特征相对于杨树等乔木林地更加有利于水土保持,是适合于研究区或同类区域的优良水土保持灌木树种。     

东北黑土区农林混合利用坡面土壤水分空间异质性及主控因素

针对黑土区坡面尺度上土壤水分在土地利用结构(从坡顶到坡脚,即沿着坡长方向,不同土地利用类型的排列方式)、土地利用类型(农地和林地)及地形要素的协同作用下的空间分异规律及影响机制尚不清楚的现状,以黑龙江省黑土区的农林混合利用典型坡面(克山县)为研究对象,应用植被数量生态学中的冗余分析方法(RDA)分析0~20、20~40、40~60 cm土壤水分剖面变异特征、不同土地利用结构下(农地-农地-农地-农地-农地,农地-农地-林地-林地-农地,农地-农地-林地-林地-林地,林地-林地-农地-林地-农地)坡面土壤水分异质性及其与环境因子的定量关系。结果表明:研究区坡面土壤含水率介于5.77%~45.57%,农地土壤含水率显著高于林地(P0.05),纵向上不同土地利用类型层间土壤含水率差异均不显著;土壤水分呈中等变异,纵向上农地各土层的变异系数(35.9%~39.6%)均高于林地(30.0%~36.5%),农林混合利用加强了土壤水分的空间变异程度;4种土地利用结构下,坡面土壤水分沿坡长方向呈不同的变化趋势,与土地利用镶嵌分布规律有关;冗余分析结果显示土地利用类型是影响黑土区坡面土壤水分异质性的主控因素,坡度次之,坡位和海拔高度对坡面土壤水分异质性也有影响。对于黑龙江黑土区坡面,需要结合土地利用结构配置等土地管理措施与不同的农业措施来防止坡面土壤侵蚀、提高东北区土壤肥力,实现经济效益、生态效益的协调统一。     

高寒草甸典型小流域雨后土壤水分空间变异特征

利用地统计学的Kriging空间内插法研究寒区典型小流域雨后土壤水分空间变异及分布情况;分析了0～50 cm土壤层的平均土壤水分与剖面土壤水分的空间分布特征。结果表明：0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～50 cm五层土壤水分和流域平均土壤水分最佳拟合模型为球状模型;在小流域尺度范围内,五层土壤水分具有中等空间变异性,其块金系数为43.7%、58.9%、53.0%、71.6%和68.1%,流域平均土壤水分的块金系数为38.4%,0～10 cm1、0～20 cm、20～30cm三层土壤水分相关度明显小于30～40 cm和40～50 cm两土层土壤水分,说明表层土壤水分受降雨因素干扰明显,而深层土壤含水量相关性比较稳定。通过分析,得出雨后流域土壤水分空间分布主要受水分入渗、地形、植被覆盖、海拔等因素的影响。利用半方差函数分析得出流域土壤水分的有效变程在938～1469 m之间,40～50 cm土层土壤水分变程最大,为1469 m;10～20 cm土层土壤水分变程最小为938 m。通过确定半方差函数、比较变量的空间变异性及空间变异程度,得出在小流域内土壤水分半方差函数模型总体上拟合效果较好。