略论土壤干化层的判定问题

针对干旱半干旱地区广泛存在的土壤干化问题,在深入分析植物萎蔫过程及其与土壤干化之间关系的基础上,提出了初始萎蔫湿度(IWP)的概念,作为界定土壤干化层的定量判定指标。以该指标为基础,提出了土壤干化层发生与否及其发生类型的判定方法,并就指标的实验测定等问题进行了探讨。最后以黄土高原为例,应用该判定系统对黄土高原典型地区的土壤干化层分布情况进行了研究。研究成果对干旱半干旱地区土壤干化层的识别、类型判定、评价及其数量描述以及植被建设具有重要的指导意义。     

西北干旱半干旱区沙产业建设综合绩效与农业可持续发展--以宁夏中北部为例

干旱半干旱区大开发中农业可持续发展是一项极为重要的战略任务。沙产业理论在实践中的成功经验充分证明了它的远瞻性和可操作性 ,以及对干旱半干旱地区农业可持续发展的重要现实意义。以沙产业理论为基础 ,以宁夏中北部沙产业建设为例 ,分析了沙产业在西北干旱半干旱地区农业经济发展中的综合功效。可以说 ,沙产业是西北干旱半干旱地区的持续农业 (SA)、生态农业     

我国北方干旱半干旱地区水资源演变规律及其供需状况评价

利用 1 994～ 2 0 0 0年的水文资料和第一次全国水资源评价成果 ,运用统计学方法 ,分析了我国北方干旱半干旱地区水资源分布情况及其近 5 0年来的演变规律 ,定量说明了干旱半干旱地区大气降水与水资源分布的一致性关系。评价了干旱半干旱地区水资源开发利用现状和供需平衡状况 ,为该地区优化配置水资源、调整和优化农业结构以及合理开采利用地下水资源提供参考依据     

活动式坡地集雨及滴灌系统研究

雨水利用是干旱半干旱地区农业发展的生长点，该文依据干旱半干旱地区自然降水特征、农耕地分布特点、农业种植制度、作物需水与土壤水分动态变化规律，提出了“上坡春季种粮，秋季覆膜集雨，地边打窖贮水，补灌下部作物”的坡地活动式集雨及灌溉系统，并对其集雨效率、农田水分效应和系统产出效益进行了试验研究。研究结果表明，该系统具有集水效率高、保水效果好和增产效益明显的优点，是一种适合于干旱半干旱地区的集雨灌溉农业模式。     

利用改进温度植被干旱指数反演农田表层土壤水分的研究

土壤水分作为土壤的重要组成部分,是气候、农业和生态系统的关键组成要素。快速、大面积和实时地监测土壤含水量,对旱情预报、农田灌溉和作物估产有着十分重要的作用。本文主要结合Landsat 8光学影像数据对地表土壤含水量进行反演,在温度植被干旱指数（TVDI）的地表温度－植被指数特征空间基础上引入分形覆盖度,构建地表温度－分形覆盖度特征空间,从而计算得到改进温度植被干旱指数（ITVDI）,采用研究区实测土壤含水量数据对计算的结果进行对比分析。为了分析TVDI和ITVDI与土壤体积含水量的关系,分别制作TVDI、ITVDI与土壤体积含水量的散点图并分析相关性。研究结果表明:在小麦拔节期内,研究区域大部分地区处于干旱状态,轻旱地区主要分布在研究区西部、北部以及中部的高植被覆盖地区;重旱地区主要分布在城市中心及部分裸露地面和小麦种植地区。TVDI和ITVDI与地表土壤含水量线性相关显著,两者均可表征研究区干旱的实际情况。但ITVDI引入分形植被覆盖度参数,在一定程度上避免干旱指数受到地表覆盖类型的限制,使得ITVDI与实测土壤含水量的相关性和反演精度都高于TVDI。因此,ITVDI能够更好地反映研究区域土壤含水量的状况,更适合高植被覆盖度地区土壤含水量反演。     

我国干旱半干旱地区农业持续发展战略探讨

水资源短缺将是制约我国特别是我国干旱半干旱地区农业持续发展的因素。就土地资源而言,幅员广大的干旱半干旱地区将势必成为我国农业２１世纪发展的重要战略基地之一。该文叙述了我国干旱半干旱地区农业持续发展的有利条件、不利因素。简要介绍了国内外干旱半干旱地区农业发展的成功经验。提出了关于我国干旱半干旱地区农业持续发展的战略的建议。     

基于分形理论的农村居民点空间分布特征定量研究

农村居民点分形特征作为农村居民点自主演化研究的重要内容,可以很好地反映其发育情况及空间占据能力。以晋城市长河流域为例,通过对农村居民点空间分布主要影响因素的分形分析,探讨了农村居民点分维与其之间的关系,并引入证据权模型量化了各因素的影响程度,在此基础上对该区农村居民点空间分布特征进行了定量评价。结果表明:（1）晋城市长河流域农村居民点分维数值随着高程和坡度的增加总体呈降低趋势,农村居民点分维数值显著高于交通维数与水系维数,长远来看,农村居民点与交通维数将会升高,而在采煤的影响下,水系维数则会降低;（2）社会经济因素中的农村人均居民点用地面积与农民人均纯收入可以直接影响居民点维数值,且与居民点维数变化趋势一致;（3）用证据权模型计算出的各指标影响程度排序为:坡度>道路>高程>水系>农民人均纯收入>人均居民点占地面积,研究结果与分形理论研究得出的结论具有一致性。该研究可为丘陵山区农村居民点土地整理与空间布局优化提供参考。     

成都盆地浅层土壤中元素来源研究

分形与多重分形已逐渐渗透到环境地球化学调查与评价领域,已有众多学者证实土壤及水系沉积物中元素含量的分布具有分形/多重分形性质。如何通过分形/多重分形模型来深入研究元素含量的空间分布特征并探究其来源问题,具有重要的理论和实际意义。本文通过浓度-面积分形方法,配合基本统计量、富集因子以及多元统计聚类分析对成都盆地12400km2范围内3061个浅层土壤样品和832个深层土壤样品中8种重金属元素及N、P、K、U等的分布模式及来源进行了初步探讨。结果显示,重金属等元素含量在成都盆地浅层和深层土壤中均具有多重分形特征,不同的分布模式能较好的判断表层土壤中元素的来源等问题,所得结果与传统统计学分析结果相吻合。该探索以期能为生态环境地球化学调查与评价提供新的视角。     

干旱半干旱地区人工地衣集雨面营建潜力探析

简析了地衣生物学与生态学特性、地衣土壤结皮形成和特性及其对土壤水文过程的影响 ,探讨了人工地衣作为集雨材料用于干旱半干旱地区雨水收集的可行性。指出人工地衣可用于干旱半干旱地区集雨面的营建 ,且为极具潜力的绿色环保型集雨材料。     

基于多维分形的铜陵地区土壤中Pb元素空间分布

克里格插值法的平滑作用使其无法反应空间分布的奇异性。该文将多维分形地统计学方法应用于铜陵地区土壤中Pb元素的空间分布研究中。通过将克里格插值法与多维分形方法的结果进行对比发现,该地区土壤中Pb元素有较强的空间自相似性,多维分形方法合理地强化了局部区域的估值结果,可以较好的表达土壤元素空间分布的局部奇异性。多维分形方法可以广泛应用于土壤元素空间分布的研究,尤其是矿区土壤重金属元素空间分布的研究。     

黄河中游清涧河流域土地利用空间结构和分形模型

为了揭示黄河中游土地利用的空间差异和迁移情况,该文以清涧河流域为例,基于遥感和GIS技术,通过土地利用重心迁移和分形理论对土地类型的空间演变情况进行分析,并构建各地类空间分布形态的分形结构模型。结果表明,1990年至2009年清涧河流域土地利用重心有明显的迁移;农业用地和水域的重心向西南方向迁移,在该方向水域重心迁移比较大,达到7205.85m;林地、建设用地和未利用土地重心向东南方向迁移,在该方向建设用地重心迁移距离最大,达到7421.89m;草地重心向西北方向迁移3546.38m。1990年至2009年,除水域外,其他土地类型分维数有所下降,表明该区域土地类型景观的复杂性降低,稳定性提高。自然因素对该区域土地利用空间变化起到一定的推动作用,人类活动干扰则是主要驱动因素。该文将为生态恢复区合理地土地利用规划和集约化利用土地资源提供科学依据。     

中国北方旱农地区农田水分动态变化特征

北方旱地区域农田水分特征的主要影响因子是自然降水和农田蒸散量。在区域尺度上，农田潜在蒸散量是半干旱偏旱区＞半湿润偏旱区＞半干旱区。半干旱偏旱区农田水分平均潜在亏缺量为517 mm，最大亏缺量为968 mm，最小亏缺量为162 mm。半干旱区旱地农田水分平均潜在亏缺、最大亏缺和最小亏缺量分别为274、688和－34 mm，半湿润偏旱区上述3个参数分别为157、469和－180 mm。由于降水的时空变化，不同类型地区农田土壤水分储存量也产生了区域分异，3种不同类型地区农田土壤水分在农作物不同发育期储存量的变化是半湿润偏旱区＞半干旱区＞半干旱偏旱区。旱地作物耗水主要来源于生育期间的有效降水和播种前的土壤蓄水。     

The impact of climate change on geomorphology and desertification along a mediterranean-arid transect

From the perspective of geomorphology, three important aspects of climate should be considered if conditions become more arid: (a) any decrease that might occur in the annual rainfall amount; (b) the duration of rainfall events; and (c) any increase in the intervals between rainfall events. These, together with increasing temperature, lead to less available water, less biomass and soil organic matter content and hence to a decrease in aggregate size and stability. As a consequence, the soil permeability decreases, soils develop surface crusts and infiltration rates decrease dramatically. Such changes in vegetation cover and soil structure lead to an increase in overland flow and in the erosion of the fertile topsoil layer. Positive feedback mechanisms may reinforce these effects and lead to desertification. This paper considers the results of field investigations into the spatial variability of a number of ‘quick response’ variables at two scales: the regional and the plot scales. Concerning the regional scale spatial variability, results of experimental field work conducted along a climatic transect, from the Mediterranean climate to the arid zone in Israel, show that: (1) organic matter content, and aggregate size and stability decrease with aridity, while the sodium adsorption ratio and the runoff coefficient increase; and (2) the rate of change of these variables along the climatic transect is non-linear. A steplike threshold exists at the semiarid area, which sharply separates the Mediterranean climate and arid ecogeomorphic systems. This means that only a relatively small climatic change would be needed to shift the borders between these two systems. As many regions of Mediterranean climate lie adjacent to semiarid areas, they are threatened by desertification in the event of climate change. Concerning spatial variability at the plot scale, different patterns of overland flow generation and continuity characterize hillslopes under different climatic conditions. While in the Mediterranean climate area infiltration is the dominant process all over the hillslope, in the arid area overland flow predominates. In contrast to the uniform distribution of processes in these two zones, a mosaic-like pattern, consisting of locally ‘arid’ water contributing and ‘moist’ water accepting patches is typical of the transitional semiarid area. Such pattern is strengthened by fires or grazing which are characteristic of this area. The development of such mosaic pattern enables most rainfall to be retained on hillslopes. Changes in the spatial pattern of contributing versus accepting water areas can be used as an indicator of desertification and applied to developing rehabilitation strategies. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

干旱半干旱地区植被生态用水计算

干旱半干旱地区是生态环境比较脆弱的地区 ,特别是人类不合理开发 ,使生态环境受到严重威胁。为了挽救中国西部干旱半干旱地区已遭破坏的生态环境 ,我国政府提出了“退耕还林”的号召。针对干旱半干旱地区 ,植被生态系统实际用水量以及达到某一目标要求的生态用水量如何计算或合理确定 ,对流域规划、生态建设以及水资源合理配置都有重要意义。先从生态系统的一般意义上来介绍生态用水的概念 ,进而介绍植被生态用水的计算方法 ,并针对“退耕还林”和“植被生态改善与恢复”情况下的生态用水计算问题进行专门介绍。     

基于分维模型的台兰河流域土地利用变化研究

以新疆台兰河流域1990年、2000年和2005年土地利用数据为例,将分形理论应用于土地利用空间分布及其变化的研究中,定量分析干旱内陆河流域土地利用空间结构复杂性、稳定性以及各土地利用类型随时间的变化趋势,从而阐述不同土地利用类型的空间分布规律。结果表明:各种土地利用类型都具有空间分形特征,分维数是面积、斑块数量和平均斑块面积等单项指标有机结合的综合表现,是综合表征土地利用变化空间格局的定量指标。1990年、2000年和2005年不同土地利用分维数的排序分别为:水域工矿居民用地耕地草地未利用地林地;水域工矿居民用地草地耕地林地未利用地;水域工矿居民用地草地林地耕地未利用地。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体土地利用分形维值分别为1.5993,1.5986,1.6079,流域土地利用的分维数呈现先减后增的趋势,土地利用空间结构趋于复杂化,土地利用类型有扩张的趋势。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体空间结构稳定性指数分别为0.1720,0.1563,0.1435,说明整个流域土地利用类型的空间结构稳定性逐渐下降。     

基于GIS和分形理论的沱江流域土地利用结构动态分析

以沱江流域2000年、2020年土地利用空间数据库为基础,应用GIS技术及分形理论,定量分析研究区土地利用空间结构复杂性、稳定性以及空间分布规律。结果表明：(1)各种土地利用类型都具有分形特征,分形维数可以表征土地利用空间格局的变化。(2)20年间,沱江流域的土地利用类型以耕地和林地为主,占研究区总面积的90%以上,受人为活动影响,流域内不同土地利用类型之间存在相互转化的过程,主要的转化特点是耕地和林地大面积减少,而城乡建设用地迅速扩张。(3)流域2期土地利用的总分形维数分别为1.351、1.503,上升趋近于临界值1.5;土地利用整体空间结构稳定性指数从0.149下降到0.003,说明总体上流域土地空间镶嵌结构趋于复杂化,稳定性变差。(4)流域各地类的分形维数和稳定性指数变化存在一定差异,除未利用地外,其他土地利用类型的分形维数均呈变大趋势,空间镶嵌结构趋于复杂化;耕地、林地、草地、城乡建设用地稳定性指数均减小,减小的幅度分别达80.137%、52.439%、55.556%、26.957%,空间结构变得不稳定;水域稳定性指数变大,空间结构变得稳定。     

黑龙江省西部半干旱区土壤水分空间变异性研究

土壤中的水分是影响半干旱区作物生长的重要因素,由于自身的特点决定了其在空间分布上存在着变异性。以黑龙江省西部半干旱农业气候区的查哈阳农场为研究对象,利用GS 地统计软件和ArcGIS中的地统计分析模块(Geostatistical Analyst),对该地区土壤水分特性的空间变异性进行分析,得出土壤水分特性的变异程度、影响因素以及空间分布图。借助于土壤水分特性的空间分布图对该地区的灌溉水量进行了分析,为该地区的合理灌溉和精确灌溉提供依据。     

基于SEBAL模型评估干旱半干旱区人工灌丛植被对陆表蒸散的影响

评估人工灌丛植被重建对干旱半干旱区陆地生态系统蒸散的影响,不仅能揭示植被变化与水文过程的耦合机理,又可为区域生态治理与水资源管理提供科学指导。该研究利用Landsat-8OLI/TIR遥感影像及气象数据等驱动SEBAL模型,反演宁夏盐池县的年内不同日期的陆表蒸散,结合目视解译选取的人工灌丛区与对照草地,评估了人工灌丛植被对陆表蒸散的影响。结果表明:1)SEBAL模型的蒸散反演精度与站点观测结果较为一致,可用于干旱半干旱区蒸散反演及空间特征研究;2)盐池县人工灌丛植被区日平均蒸散为1.20mm/d,高于对照草地1.17mm/d的日平均蒸散量,即干旱半干旱区人工种植灌木林增加了生态系统水分消耗,但不同季节和不同生物地理条件下的蒸散增强作用存在差异,蒸散增强在8月份最大,而3、4月份呈现负效应;3)人工灌丛的密度越大、植被盖度越高,对陆表蒸散的增强作用越强,特别在NDVI0.4的高盖度情况下蒸散增强作用更加明显。由此可知,在水资源紧缺的干旱半干旱区开展以灌木树种为主的植被重建需在合理的生态水文阈值范围内开展,才能构建出稳定可持续的人工生态系统。     

干旱胁迫对沙枣幼苗根茎叶生长及光合色素的影响

干旱半干旱地区水分是植被恢复和演替的限制性生态因子,沙土生物结皮能降低水分入渗,造成土壤水分浅层化和加剧土壤水分时空分异,因此有必要采取措施进行适度干扰,以促进生态恢复和重建。土壤蒸发是天然降水无效损失的一个重要途径,研究生物结皮对土壤蒸发的影响十分必要。以陕北水蚀风蚀交错区沙土生物结皮为研究对象,分析了移除生物结皮和沙埋2种干扰下生物结皮类土壤水分蒸发特性。结果表明,移除生物结皮并不能起到显著地抑制土壤蒸发的作用(p>0.05),而沙埋对土壤蒸发具有显著地抑制作用(p<0.01),且随沙埋厚度的增加,蒸发抑制率提高。20mm沙埋的抑制蒸发作用最大,蒸发抑制率达到了58.15%。5mm和10mm沙埋的蒸发抑制率则分别为25.20%和28.29%,二者之间的差异未达到显著水平(p>0.05)。可见,沙埋对于改善土壤水分状况具有极积意义,但应控制沙埋的厚度。