磁性示踪条件下坡面土壤侵蚀产流、产沙及侵蚀空间分异特征

在10°,15°,20°坡面上布设磁性示踪剂,通过模拟降雨(60mm/h)研究坡面土壤侵蚀产流、产沙及侵蚀空间分异特征。结果表明,随着坡度增大,坡面产流、产沙量递增;坡面坡度越大,达到稳定产流、产沙的时间点越靠后。10°坡面土壤磁化率降幅以上坡位最大,中坡位其次,下坡位最小;随着坡度增大,坡面土壤磁化率降幅以下坡位最大,中坡位其次,上坡位最小。坡面磁化率变化表明,10°坡面上坡位受到的土壤侵蚀最严重,在15°和20°坡面下坡位土壤侵蚀强度加大。     

植被和梯田措施对坡沟系统细沟侵蚀调控作用

坡沟系统作为黄土丘陵沟壑区基本的地貌单元,也是黄土高原侵蚀泥沙的主要来源区。植被和梯田作为坡面水土流失治理的主要措施,对于土壤侵蚀控制和生态恢复发挥着重要的作用,定量评估林草、梯田对坡面细沟侵蚀的调控作用以及多措施协同配置问题对于黄土高原水土流失治理和生态保护具有重要意义。为了揭示植被和梯田的格局和配置对坡沟系统细沟侵蚀的协同调控作用,该研究采用人工模拟降雨,结合三维激光扫描技术,分析了坡面4种措施：上坡位植被（措施A）、下坡位植被（措施B）、梯田（措施C）、梯田+植被（措施D）对细沟侵蚀发生和演变过程的影响。结果表明：1）相同植被覆盖度下,下坡位的植被布设细沟最大长度较上坡位的植被布设细沟最大长度减小量更大;2） 第1次降雨中,侵蚀率最大值达到3 500 g/min以上,第2次降雨过程中侵蚀率最大值仅为1 100 g/min以上,在各产流时间内第2次降雨侵蚀率均为第1次降雨侵蚀率的1/3～1/2;3）对于各措施下细沟沟长发育率由大到小表现为措施A（6.55 cm/min）、措施C（5.71 cm/min）、措施B（3.60 cm/min）、措施D（2.69 cm/min）;4）梯田与植被同时布设（措施D）对于细沟侵蚀的调控作用优于单一措施（措施B和C）,梯田和植被对细沟侵蚀指数细沟侵蚀量、细沟面积、细沟密度产生了协同作用（分别为7.71%、13.76%、7.52%）。研究可为黄土高原坡沟治理措施配置和细沟侵蚀调控提供一定的科学参考依据。     

不同草带覆盖位置条件下坡沟系统侵蚀产沙差异性

以坡沟系统单元为研究对象,利用室内降雨试验,结合三维激光扫描和微地貌分析技术,研究不同草带覆盖位置下坡沟系统侵蚀产沙差异性。结果表明:一些布设在合适位置的草带能够在p0.05水平上显著影响坡沟系统的径流量和产沙量。植被布设于坡面中下部比布设于坡面上部具有更好的水沙调控作用,植被布设于坡面长度60%时,径流量和产沙量分别减少7.35%和62.93%,直接拦沙功效优于蓄水减沙功效,水土保持功效达到最优。植被布设于坡面下部时,其侵蚀输沙过程的剧烈程度得到了缓解,植被调控侵蚀发育的作用体现。植被布设于坡面中下部时,下垫面仅有52%的区域发生侵蚀,其侵蚀输沙过程的剧烈程度明显减少,植被调控侵蚀作用有效限制了侵蚀发育。植被布设于坡面中部和中上部时,加剧了侵蚀的发育程度。研究结果有助于更好地理解植被优化配置。     

不同坡位的植被缓冲带对坡面侵蚀产沙来源的影响

为了研究植被对坡面侵蚀输沙的影响机制,采用模拟降雨试验,结合激光扫描方法,分析了不同坡位植被缓冲带下坡面产沙来源的变化特征。结果表明:没有植被覆盖时,坡面侵蚀最严重的区域位于下坡下部到中部,侵蚀产沙多来源于此。当植被种植于上坡中下部和下部时,坡面产沙主要来源于下坡中下部到中部,且侵蚀发育程度有所降低。随着植被缓冲带种植的位置上移,泥沙和径流的侵蚀和运动具有了更大的范围,坡面侵蚀最严重的区域也逐渐向上扩展,从下坡下部扩展到上坡中部,产沙量达到峰值,侵蚀严重程度增长24%～45%。植被布设于上坡长度60%时,其调控范围可覆盖整个坡面,产沙范围和侵蚀程度与裸坡相比分别降低33%,53%,甚至改变了侵蚀方式,细沟侵蚀已经开始向片蚀转变,具有较好的侵蚀输沙调控作用。研究结果揭示了不同坡位的植被植被缓冲带可以通过影响侵蚀方式来调控坡面侵蚀产沙来源。     

黄土坡面下坡位土壤侵蚀过程的模拟试验

在中国科学院水利部水土保持研究所,采用2个不同坡长小区室内模拟降雨试验方法,对黄土坡面下坡位侵蚀过程进行研究。结果表明：1）坡面下坡位侵蚀模数随降雨过程、降雨强度及坡度的变化均具有大小交错,上下波动的特征,侵蚀模数随降雨过程的变化总体呈先上升后趋于稳定的态势,随降雨强度的增大而增加,随坡度的增大而先增大后减小,再增大再减小;2）坡面上、下坡位侵蚀模数随降雨过程、坡度及降雨强度的变化均具有明显差异,下坡位明显不如上坡位;3）坡面上坡位汇流和下坡位产流与坡面上坡位输沙对坡面下坡位侵蚀模数的影响可用二元线性方程很好地描述,前者的贡献率为47．8％,后者为20．4％;只通过观测分析小区平均侵蚀特征得出的坡面侵蚀过程,掩盖了坡面下坡位的真实侵蚀过程,采取水土保持措施减少坡面上坡位汇流及增加降雨就地入渗,可以有效地治理坡面下坡位的水土流失。     

不同植被空间配置下的坡面产沙及泥沙连通性变化特征

植被是影响土壤侵蚀的重要因子，探讨坡面产沙和泥沙连通性对植被分布的响应对揭示土壤侵蚀过程机理及预测坡面侵蚀具有重要意义。通过室内人工放水冲刷试验，分析3种植被布设位置(坡上、坡中、坡下)在不同冲刷流量(3.2,5.2 L/min)和不同覆盖度(0,30%,50%,70%)下的减沙效益，结合坡面产沙潜力指数探究植被覆盖影响下的泥沙连通性变化特征。结果表明：(1)从不同盖度下的平均减沙效益及其稳定性来看，植被布局的减沙效益随盖度变化，且坡下植被空间分布最优。随冲刷流量增加，不同植被布局间的减沙效益差距缩小；(2)当植被盖度≤30%时，冲刷流量对坡面产沙的影响贡献较大；随盖度增加，植被的影响贡献程度大于冲刷流量，成为影响坡面侵蚀的主要因素；(3)坡面产沙潜力指数在不同植被盖度和分布位置下表现出明显差异。随盖度增加，产沙潜力指数减小，泥沙连通性减弱；坡下布设植被相比坡上和坡中产沙潜力指数最小，泥沙连通性最弱。该指数与产沙量之间存在显著的正相关关系，即产沙潜力越大，泥沙连通性越强，产沙量越大。研究结果可为深入探索土壤侵蚀机理及植被的生态效益提供科学依据，为黄土高原地区的生态建设提供参考。     

坡面不同植被覆盖格局下的水文连通性变化特征

为深入探索不同植被盖度及其格局在不同冲刷流量下的坡面侵蚀过程机理，利用野外人工冲刷试验，以自然恢复草本植被小盖度格局、坡上相对聚集格局、坡中相对聚集格局、坡下相对聚集格局和较大盖度格局为研究对象，通过引入水流路径长度和水流阻抗指数，分析了不同植被盖度及格局对坡面侵蚀和水文连通性的影响作用。结果表明：（1）植被盖度及格局可影响坡面的侵蚀状况。坡面植被盖度为13.5%的产流产沙量分别是盖度为34.0%坡面对应值的2.36，3.02倍；同时与坡上和坡中相对聚集格局相比，坡下相对聚集格局的坡面产流产沙量最多，其中产流量分别增加16.42%和8.00%，产沙量分别增加26.53%和23.56%。但随着冲刷流量的增加，不同植被盖度和覆盖位置下的坡面产流产沙量差距减小。（2）植被盖度与水流路径长度和水流阻抗指数间均存在显著的线性关系。同时水流路径长度在不同覆盖格局下存在差异，其中坡上相对聚集格局的水流路径长度分别比坡中和坡下相对聚集格局减少10.89%和18.33%。而水流阻抗指数在不同覆盖格局下表示意义不明确，但可灵活反映不同试验条件下的水文连通性变化。（3）坡面产流产沙量随水流路径长度和水流阻抗指数增加呈显著的指数变化趋势。水流路径长度和水流阻抗指数均可作为反映坡面侵蚀过程及其机理的参数之一。该研究成果对于深入理解坡面侵蚀过程机理及定量评价水文连通性与植被和坡面侵蚀的作用关系具有参考价值，从而为坡面侵蚀预测模型完善和地区生态环境建设提供评价依据。     

灌草镶嵌坡面土壤紧实度变异及水文连通度的影响

在半干旱区,灌草镶嵌的植被分布通过改变水文连通度和使牲畜移动路径更为集中,从而可能改变土壤紧实度的坡面格局。为探究灌草镶嵌坡面土壤紧实度的空间变异及水文连通度的影响,在芦河流域选择典型坡面开展调查。沿坡面布设93个样点测定土壤紧实度,探究灌丛—草地镶嵌的坡面土壤紧实度沿坡面的变化。同时以水文连通度为灌草镶嵌格局的表征,阐释土壤紧实度与水文连通度的关系。结果表明:灌丛下和灌丛间草地土壤紧实度沿坡顶至坡底方向均呈现先增加后减小的趋势,即坡中部位置土壤紧实度最高;同一坡位,灌丛下土壤紧实度低于灌丛间草地土壤紧实度;灌丛土壤紧实度随累积汇流面积的增加而减小,而草地土壤紧实度随累积汇流面积的增加而增加。灌丛、草地斑块拦截上坡来沙能力的差别和牲畜移动路径在灌丛间草地更集中是导致这种空间分异的重要原因。     

不同坡面草被格局下的侵蚀产沙量及其连通性指数表征

为探寻植被格局的定量表征参数,并建立其与侵蚀产沙的关系,深入揭示植被格局阻蚀减沙作用机制,该研究采用室内人工模拟降雨试验,以40%盖度的高羊茅草被坡面为研究对象,探讨了不同坡度（5°、15°和25°）和植被分布格局（裸地、带状横坡、带状顺坡、块状镶嵌、点状均匀格局）下的坡面侵蚀产沙过程变化,并分析了不同草被格局下平均汇流路径长度指数（Mean Flow Length Index,MFLI）、连通性指数（Index of Connectivity,IC）变化及其同坡度和土壤侵蚀量的关系。结果表明：带状顺坡、点状均匀、块状镶嵌和带状横坡的草被坡面平均侵蚀量分别较裸地减小42.9%、55.7%、62.4%和78.0%,带状横坡的阻蚀减沙作用最优。不同草被格局坡面间的MFLI和IC总体也与平均侵蚀量的差异关系一致,从小到大依次为：带状横坡、块状镶嵌、点状均匀、带状顺坡、裸地。MFLI和IC可分别与坡度结合用于模拟评价不同草被格局坡面的侵蚀产沙,决定系数（R2）达0.84以上。其中,IC与坡度的协同性更佳、依赖性更小,是表征植被格局对坡面侵蚀产沙影响的较佳参数。结果可为快速优选水土保持型植被格局、促进生态脆弱区林草植被格局优化和提质增效提供依据。     

黄土坡面下坡位片蚀过程试验研究

坡面片蚀强度具有沿程空间变化性,阐明坡面不同坡位的片蚀过程对于完善坡面土壤侵蚀理论具有重要意义。采用组合小区模拟降雨试验方法对黄土坡面下坡位片蚀过程进行了研究,结果表明：（1）坡面下坡位片蚀特征与坡面上坡位及全坡面片蚀特征存在差异,下坡位片蚀规律性较差;（2）坡面下坡位片蚀随降雨过程、雨强和坡度的变化均呈现波动性,总体上随降雨过程先增大后稳定,随雨强及坡度的增大而增大;（3）坡面下坡位片蚀随雨强和坡度的变化可用二元线性方程描述,雨强的影响远大于坡度;（4）坡面上坡位汇流和下坡位产流及上坡位输沙对下坡位片蚀的影响可用二元线性方程描述,其中前者贡献率为56.9%,后者贡献率为25.4%,水的作用显著大于沙的作用。采取增加坡面入渗、减少径流的水保措施可有效防治坡面下坡位片蚀。     

半分布水文模式TOPMODEL之应用

TOPMODEL（Topography MODEL）为一半分布水文模式，是由英国兹里大学的Beven及Kirkby于1979年所发展，可以数学方式表示水文循环过程的模式，其概念简单、参数少、操作方便，近年来模式不断修正改进，更可与数值高程模型与地理资讯系统相配合，因此已受到国内外学者的青睐而广泛使用。TOPMODEL的...     

考虑坡度变换的中低分辨率地形湿度指数提取

基于中低分辨率的DEM提取地形湿度指数,对于区域土壤侵蚀因子和区域土壤侵蚀模型等研究有着重要的意义.但随着DEM分辨率的降低,坡度趋于平缓,单元栅格高程信息的改变也会影响单元汇流面积的计算,基于中低分辨率提取地形湿度指数必须考虑这两方面的影响.以1:5万数字地形图分别构TIN得到分辨率为10,20,40和60 m的DEM,进行频率和累计频率统计,以10 m分辨率DEM为参考对其它分辨率DEM做坡度变换,提出根据高分辨率DEM若干栅格的单元汇流面积的均值作为低分辨率DEM的单元汇流面积,根据这两方面对地形湿度指数进行了改正.     

巴中市丘陵山区土地利用在地形梯度上的分布特征

以巴中市2007年TM影像和1∶25万等高线为数据源,利用GIS空间分析功能,建立了巴中市土地利用数据库并生成了高程、坡度和地形位指数图。然后将高程梯度、坡度梯度和地形位梯度分别与土地利用景观数据进行分级叠加分析,并引入无量纲分布指数,探讨不同地形梯度下不同土地利用景观类型的分布特征。结果表明,林地主要分布在较高等级海拔,坡度较大,地形位较高的地形条件下;耕地和城乡居民用地受气候条件和水域分布的影响,多分布在低海拔,坡度平缓,地形位较低的地形条件下;未利用地中水域占绝大多数比例,其分布指数随着地形位指数、坡度等级、高程等级的增加逐渐趋近于0。草地对地形条件的选择性较强,主要分布在中等级高程、坡度和地形位的地形环境中。通过比较分析,可以看出综合了高程和坡度双重属性的地形位指数能更真实地反映不同土地利用景观类型空间特征及分布趋势。     

土壤渗透参数空间变异性及其影响因子研究

土壤渗透参数的空间变异性是地形因子以及土壤理化性质综合作用的结果,是影响水以及溶质迁移转化的关键因素。在坡地随机布设24个点位,测定30cm土壤的渗透参数、地形指数、容重、颗粒组成、有机质、交换性钠、CEC(阳离子交换量)和ESP。在经典统计学以及Kolmogorov—Smiromov(K—S)正态分布检验概率(Pk—s)检验基础上对数据进行了空间结构分析。结果表明,Kfs、容重、砂粒、黏粒、有机质、CEC等符合正态分布,交换性钠和ESP等属于对数正态分布;粉粒属于均匀分布;Kfs、容重、砂粒、黏粒、有机质、交换性钠和ESP等空间结构明显,CEC空间变异性较大;并以相关分析和主成分分析相结合的方法,分析了土壤渗透参数空间变异的主要影响因子。     

结合统计和数字地形数据的可视化方法预测土壤深度

Information about the spatial distribution of soil attributes is indispensable for many land resource management applications; however, the ability of soil maps to supply such information for modern modeling tools is questionable. The objectives of this study were to investigate the possibility of predicting soil depth using some terrain attributes derived from digital elevation models (DEMs) with geographic information systems (GIS) and to suggest an approach to predict other soil attributes. Soil depth was determined at 652 field observations over the Al-Muwaqqar Watershed (70 km²) in Jordan. Terrain attributes derived from 30-m resolution DEMs were utilized to predict soil depth. The results indicated that the use of multiple linear regression models within small watershed subdivisions enabled the prediction of soil depth with a difference of 50 cm for 77% of the field observations. The spatial distribution of the predicted soil depth was visually coincided and had good correlations with the spatial distribution of the classes amalgamating three terrain attributes, slope steepness, slope shape, and compound topographic index. These suggested that the modeling of soil-landscape relationships within small watershed subdivisions using the three terrain attributes was a promising approach to predict other soil attributes.     

重庆山地都市区土地利用地形特征分异研究

在我国快速城市化的背景下,随着城市建设用地的不断扩张,地形因子对土地利用的制约性更加凸显。以地形特征明显的重庆都市区为例,以DEM数据和TM数据为基础数据源,提取2010年区域土地利用现状数据和坡度数据,研究区域的土地利用在不同高程等级、坡度等级以及地形位等级中的分布指数,分析重庆都市区2010年的土地利用在地形上的分布特征。结果表明:重庆都市区各土地利用类型在不同地形因子等级下分布指数的分异特征明显;在各地形因子等级区域中,优势土地利用类型分布差异突出;随着城市用地扩张,各种类型的土地利用在高程为500~1 200 m的平地、400~600 m的低缓坡以及500 m以下的高缓坡区域,呈现出明显的竞争趋势,是人地关系协调的重点区域;伴随城市扩展,建设用地侵占耕地和陡坡耕地大量存在的现象需要进一步关注。     

植被覆盖度和降雨侵蚀力变化对小流域泥沙连通性的影响

泥沙连通性可以反映泥沙源汇的潜在联系,识别流域水土流失热点区域及泥沙迁移路径。研究泥沙连通性的影响因素有助于更好地理解泥沙连通性的时空变化特征。该研究在已有泥沙连通性指数（Index of Connectivity,IC）模型基础上,考虑影响连通性的功能性因素,并采用修正泥沙连通性指数（Revised Index of Sediment Connectivity,ICr）探讨了植被覆盖度和降雨侵蚀力耦合作用下的季节与年际变化对天目湖中田舍河流域泥沙连通性特征的影响。结果表明：2019年夏冬季植被覆盖度分别为85%、57%,对应的泥沙连通性指数均值是-9.39、-6.85,植被覆盖度变化对泥沙连通性具有重要影响,利用NDVI值获取模型中的地表综合系数,可以动态反映地表植被和土地利用的区域及季节性变化;降雨影响泥沙的功能连通性,年尺度上的连通性指数均值同流域泥沙量的相关系数达0.91。说明在流域植被覆盖变化不明显时或者在林地为主的流域中,降雨因子具有主导作用;植被覆盖度升高28%,IC均值降低37%,而单独考虑降雨因子的IC-R均值则反映出雨量升高,指数值随之升高,修正连通性指数ICr综合考虑了植被与降雨因子,但在应用中要依据流域实际情况适当调整两者的权重。研究结果指出泥沙连通性指数在中国东南部区域运用中存在的问题,将对气候变化背景下我国湿润区湖泊小流域水土保持与水环境治理等提供科学参考。     

南方喀斯特流域枯季退水影响因子分析

为了探讨贵州喀斯特地区枯季径流的退水规律,选取Depuit-Boussinesq退水方程对流域退水进行模拟,将退水指数与从DEM数据提取的各种地形因子之间进行分析.结果表明:地形指数基本与退水指数成正比;退水指数与基流指数成反比;岩性和喀斯特地貌对退水指数的影响较大,这两项指标不仅决定了径流的成分,还决定了退水的时间与速度.     

陕西省丹江流域NDVI分布及其与土地利用的关系

植被覆盖是陆地生态系统的主体,研究植被空间分布格局与土地利用之间的关系,对于生态环境保护和水土流失防治具有积极意义.以南水北调中线工程水源地,丹江流域为研究对象,利用MODIS 250 m NDVI数据,结合地理信息系统技术,对丹江流域NDVI等级分布图和DEM图叠加,得到NDVI在不同海拔、坡度和坡向等地形因子的分布情况,并且与土地利用进行相关分析.结果表明:1)丹江流域NDVI平均值为0.84,表明流域植被覆盖较好.高植被覆盖分布于流域边缘高山区,东北和东南较集中;中植被覆盖分布于丹江流域河道两侧川塬区和低山区,西北和南部较集中;低植被覆盖位于丹江流域川道区,呈点和线状分布.2)不同海拔和坡度,植被覆盖面积呈单峰分布,平地的植被覆盖面积接近0;不同坡向植被覆盖面积差异不明显.3)除坡向外,不同海拔和坡度,高、中植被覆盖与耕地、林地和草地显著相关;不同地形因子下,低植被覆盖与建设用地和水域显著相关.丹江流域植被覆盖度与人类活动范围呈逆向分布,说明人类活动对植被分布影响较大;优化土地利用,适当增加林地覆盖面积,有利于提高丹江流域的水土保持功能.     

Surface Disturbance and Erosion by Pigs: A Medium Term Assessment for the Monsoonal Tropics

Introduced pigs (Sus scrofa ) are recognised as having significant environmental impacts. Here, we quantify the effect of feral pigs in a catchment (undisturbed by Europeans) in the monsoonal tropics of northern Australia. Field data collected over a 5‐year period showed that the areal extent of pig disturbance ranged from 0·3 to 3·3% of the survey area (average 1·2%, σ = 0·9%). Mass of exhumed material was considerable and ranged from 4·3 to 36·0 Mg ha⁻¹ y⁻¹ (average 10·9 Mg ha⁻¹ y⁻¹). The excavations produce surface roughness which acts as sediment traps. Over the 5‐year study period, there was no evidence to suggest that pigs produce any rill or gully erosion. There does not appear to be any relationship between rainfall amount and area disturbed or volume of material exhumed. However, a significant positive relationship was observed between number of disturbances and rainfall. The location of any disturbance appears to be random and has no relationship with topography or geomorphic attributes such as slope, upslope contributing area or wetness indices derived from a high‐resolution digital elevation model of the site. While pigs are disturbingly relatively large volumes of soil, there is no clear evidence to support any increase in local erosion and soil structural change may be occurring slowly and only be observable over the long term. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.