黄土高原坡耕地水土流失地形分异模拟

退耕还林还草是目前黄土高原整治生态环境和控制水土流失的主体政策。为使生态退耕政策得到有效落实,本文基于WIN-YIELD软件,以延安燕沟流域为例,利用19972002年延安站的逐日气象数据和燕沟流域地貌、土壤及土地利用等资料,模拟分析了不同地形高程、坡度和坡向条件下坡耕地种植不同作物可能产生的水土流失量及其地形分异特征。结果表明:地形坡度是影响径流和泥沙产生的重要因素,产生径流和泥沙的模拟值随地形坡度的增大而增大,地形坡度15°是坡耕地土壤侵蚀模数的相对质变点;地形高程和坡向对产生径流和泥沙的影响不大。     

巫山县农村居民点分布与地形因子关系

以重庆市巫山县农村居民点为研究对象,基于分布指数和信息熵,探讨了不同高程、坡度、坡向、地形起伏度、坡度变率和高程变异系数6个地形因子各地形位梯度上农村居民点的分布特征;利用变维分形理论方法定量研究了地形因子对农村居民点分布及其发展的影响。结果表明:各地形条件上研究区农村居民点分布占主导地位的地形位分别为高程250~1 000m,坡度0°~25°,东南、南、西南和西北坡向,地形起伏度0~30m,坡度变率0°~9°,高程变异系数0~0.02;农村居民点的有序度与分布格局体现出高度关联性,在优势地形位上有序度较高;农村居民点与高程、地形起伏度、坡度变率和地形高程变异系数均呈现二阶累积和变维分形分布特征,与坡度、坡向分别呈一阶和三阶累积和分形分布。不同地形因子对研究区农村居民点的影响程度从大到小依次为坡度高程坡度变率地形起伏度高程变异系数坡向。     

基于GIS的县域土地利用与地形因子关系研究--以陕西省黄陵县为例

以陕西省黄陵县为研究区,基于研究区的DEM和土地利用现状图,利用ArcGIS提取了该区的地形特征(高程、坡度和坡向)及土地利用信息,并将各地形特征与土地利用信息进行了叠加分析,研究了不同高程、坡度和坡向上各土地类型的分布状况。结果表明,在坡度和高程层面上,耕地、园地和住宅用地都集中在坡度小于3°和海拔较低的地区。而林地则集中在坡度大于8°和海拔大于1 000m的区域。而对于坡向而言,除平面被广泛利用外,其余坡向也都有不同程度的利用,并无太大差别。     

赤峰市小流域地形因子对土壤有机碳密度的影响

为研究地形因子对土壤有机碳密度的影响,选择内蒙古赤峰市敖汉旗黄花甸子流域为研究对象,运用地统计学和ArcGIS空间分析工具相结合的方法,根据流域DEM数据提取流域高程、坡度、坡向信息,并将其划分等级与克里格插值得到的流域土壤有机碳密度分布图进行叠加,建立地形因子的碳密度数据库,从而分析不同高程、坡度、坡向下土壤有机碳密度的变化情况。结果表明,地形因子对土壤有机碳密度的影响由高到低为高程>坡度>坡向。高程与坡度对土壤有机碳密度的影响较大,对土壤有机碳密度的影响均呈现抛物线走势,随高程与坡度的增加土壤有机碳密度表现为先升高后下降,并分别在600⁶50 m高程范围和5°650 m高程范围和5°¹0°坡度范围内达到最大值;坡向对土壤有机碳密度的影响由低到高为阳坡<阴坡<半阴坡<半阳坡。     

晋西黄土区基于地形因子的土壤水分分异规律研究

以山西省吉县蔡家川小流域典型梁峁坡面为研究对象,在研究区共布设313个土壤水分监测点,用TDR测定土壤(0~30cm,30~60cm)水分,经克立格(kriging)插值得到了研究区土壤水分分布图,并与基于数字高程模型(DEM)提取的研究区域坡向、坡度、高程3个地形因子分布图叠加,生成土壤水分与地形因子相对应的数据库,用以分析坡面尺度地形因子对土壤水分的影响情况及基于地形因子的土壤水分分异规律。通过主成分分析得出:地形因子对土壤水分影响的次序依次为坡向>高程>坡度。通过对坡向和坡度聚类分析得出:影响土壤水分分异的坡向可分为两类,即292.5°~360°(0°)~112.5°(阴坡),112.5°~292.5°(阳坡);影响土壤水分分异的坡度分为:5°~20°,20°~35°两类。依据坡度和坡向的分类结果,分别拟合土壤水分和地形因子的函数关系,求出不同坡度、坡向土壤水分的关系系数:若假定坡度为5°~20°、坡向为阴坡时,土壤水分关系系数为1,则坡度为5°~20°、坡向为时阳坡时土壤水分关系系数为0.99,坡度20°~35°、坡向为阴坡时土壤水分关系系数是0.82,坡度20°~35°、坡向为阳坡时土壤水分关系系数为0.8。     

太原市城区植被覆盖变化地形分异效应

[目的] 分析山西省太原市城区植被覆盖变化在高程、坡向、坡度、坡度变率、地形位和地形起伏度上的分异效应，为该市生态环境保护提供基础信息。[方法] 基于2004年8月、2007年8月、2011年8月、2014年9月、2016年9月的Landsat系列影像和ASTER GDEM数据，采用像元二分模型法估算太原市城区5个时期的植被覆盖度，对其时空动态变化特征进行分析，并结合地形面积差异修正系数分析植被覆盖变化在不同地形因子上的分异性及变化趋势。[结果] ①2004—2016年植被覆盖度以中高度覆盖度和高度覆盖度为主，二者占总面积的65%以上，总体呈显著上升趋势，植被覆盖度显著下降区主要分布在小店区和尖草坪区，而中东部和西部植被覆盖度上升较快；2007—2011年植被覆盖度减少面积为852.70 km²，增加面积为601.62 km²，总体呈退化趋势，而2004—2007，2011—2014，2014—2016年植被覆盖度增加面积超过研究区面积的1/2，植被恢复效果较好；②不同坡向上，在平地区域不同植被覆盖变化类型的分布差异较显著，其余坡向上的差异不明显；不同植被覆盖变化类型在不同高程、坡度、坡度变率、地形位和地形起伏度上的空间分布差异明显。[结论] 坡向对植被生长变化的影响不明显，而高程、坡度、坡度变率、地形位和地形起伏度对植被覆盖变化的地形效应较明显。     

朱溪流域地形对土壤稀土元素空间分布规律的影响

以长汀县朱溪流域为例,采用ArcGIS中的克里金插值法生成流域土壤稀土元素含量的空间分布图,采用地形分析功能模块生成地形因子包括高程、坡度和坡向,通过空间分析和相关性分析研究地形因子对稀土元素空间分布规律的影响。分析结果表明:①朱溪流域表层土壤稀土元素含量的空间分布总体上呈现出西南高东北低、自西南向东北倾斜的特征;②稀土元素含量随着高程升高呈现先降低再增高的规律,随坡度的升高呈现逐渐降低的规律,与坡向之间无明显的关系;③地形因子尤其是高程和坡度是稀土元素空间分布的重要影响因子。     

利用microBRIAN编制数字地形要素图

本研究采用网点法从1∶10000地形图上获取研究区的高程数据,利用mBRIAN图像处理系统建立起数字高程模型(DEM),通过光照模拟、地面曲度模拟以及迭置转换等处理,然后应用计算机分类方法做出了高程分级图、坡度分级图、坡向图、地面糙度图等地形要素图件。数字地形模型为利用计算机进行地形因子分析、土壤侵蚀研究和土地利用规划等提供了必要的基础数据。     

东北黑土漫岗区春耕期土壤水分空间变异及地形影响

土壤水分存在强空间变异特征,在多重尺度上受地形、土壤、土地利用、植被等因素综合影响,是农业生产和耕作的关键要素。为了揭示东北黑土漫岗区春耕期农田土壤水分空间变异特征及分析地形因子对其影响,以赵光农场为研究对象,利用Sentinel-1数据反演的土壤水分和DEM数据,采用半方差函数、集成推进树算法(ABT)等方法分析了春耕期土壤水分的空间变异及地形因子(坡度、坡向、坡位、高程、地形湿度指数)对土壤水分空间异质性的相对影响,并系统分析了土壤水分在不同坡位、坡度和坡向的变化特征。结果表明:研究区2018年4月24日处于春耕时期黑土漫岗区的土壤质量含水量分布在25%～37%; 地块内部变异系数为5.81%,相邻地块间变异系数为4.16%; 针对整个农场尺度土壤水分空间变异的有效变程为3 000 m,地块尺度上有效变程为300 m。土壤水分分布与地形湿度指数呈显著正相关,与坡度、坡向、高程、坡位呈显著负相关; 坡位、坡度、坡向是影响土壤水分空间变异的主控因子,其累计相对解释率超过了70%,其中坡位占36.28%。研究结果有助于了解东北黑土漫岗区春耕期农田土壤水分空间分异规律及影响机制,对黑土漫岗区土壤水分管理、春耕春播期农机科学调度、保障粮食安全具有重要意义。     

东北黑土区坡耕地地形因子对土壤水分和容重的影响

以东北黑土区典型坡耕地——海伦市光荣小流域为研究区域,通过田间采集土样,并结合GIS空间分析、常规统计学和地统计学方法,研究了区域坡耕地地形因子对土壤水分和容重的影响。结果表明,坡度对两者的影响最大;高程和坡位的相关性也达显著水平;坡向影响则不显著。坡度表现为与两者均呈显著负相关,高程和坡位则对土壤水分的影响达显著水平,坡向对两者的影响均不显著。地统计学分析结果认为,土壤水分、容重分别为中等程度自相关和强自相关。坡度对土壤水分和容重的影响大于其它地形因子,同时对研究区域的水土流失具有较大的影响。     

快速城镇化地区土地利用变化的地形梯度特征分析——以榆次区为例

为探讨快速城镇化地区——山西省晋中市榆次区不同地形梯度上的土地利用变化特征,本研究以2000年、2008年和2016年3期影像和ASTERGDEM为数据源,分析2000—2016年间土地利用变化的时空特征,选用坡向、坡度变率、地形起伏度、地形位指数和土地利用类型分布指数对土地利用的地形梯度分布特征和变化过程进行分析。结果表明:1)2000—2016年,榆次区建设用地主要向西北方向扩张,主要分布在地形起伏度30m、坡度变率2°、阳坡和半阳坡及地形位为1～3级的地区。土地利用以建设用地、耕地和未利用地为主,其中耕地所占面积最大,2000年、2008年和2016年的平均比例为46.91%。2000—2008年建设用地面积增加43.07 km2,未利用地面积减少37.33 km2; 2008—2016年未利用地面积减少221.00 km2,而耕地面积和建设用地面积分别增加170.61 km2和37.36 km2。2)在坡度变率、地形起伏度和地形位梯度上,建设用地、耕地和水域主要分布于低梯度带,而林地和未利用地分布于中高梯度带;建设用地和耕地在平地、阳坡和半阳坡呈分布优势,林地在阴坡和半阴坡具有分布优势,而未利用地的优势分布区为阳坡和半阳坡;2000—2016年耕地的主要分布区向地形起伏度30 m、坡度变率为2°～15°、地形位为4～11级的区域扩张。榆次区土地利用变化地形梯度差异明显,地形因素、人类活动、政策因素、交通和区位为其主导因素。该研究结果为区域城镇化过程中的土地合理规划利用提供科学依据,为生态环境治理提供决策支持。     

Effects of crop-slope interaction on slope runoff and erosion in the Loess Plateau

Crops are the most important ground cover on slope farmland and have a significant impact on the soil erosion. But soil erosion on slope farmland is also affected by many other factors, such as topography and rainfall. In order to explore the effect of crop growth on soil erosion on different slope gradient of slope farmland, and analyze the interaction of crop growth and slope gradient on soil erosion, this study used artificial simulated rainfall to observe the runoff rates and soil loss amounts under different slope gradients for maize, soybeans, and winter wheat in different growth stages. Results showed that crops and slope gradient both significantly affected production and development of slope runoff. Compared with bare land, mean runoff rate on slopes was reduced by 24%, 32%, and 94% respectively, and sediment yield was decreased by 44%, 55%, and 99% respectively on maize, soybean, and winter wheat fields. Inhibitory effects of crops on slope runoff rate and sediment yield were enhanced with crop growth and decreased with increasing slope gradient. Crop growth and coverage could offset the impact of increasing slope gradient on runoff and sediment to some extent and reduced water and soil loss on slopes. Sediment yield was produced largely when the slope gradient was greater than 10 degrees on maize and soybean fields, but soil erosion was effectively inhibited when the slope gradient was less than 15 degrees on winter wheat fields. Crop planting can effectively reduce the impact of slope gradient on soil erosion, especially during the flourishing period of crop growth.     

起伏地形下地理可照时数空间分异分析——以重庆市为例

基于重庆市100 m×100 m分辨率的数字高程模型,利用Solar Analyst模型对各月份地理可照时数进行了模拟,并通过空间叠加运算进一步求得了季、年地理可照时数。季节和月地理可照时数变化表明重庆市夏季地理可照时数最长,以6月最高;冬季地理可照时数最小,以12月最低,地形遮蔽对可照时数的影响显著,可明显影响可照时数的局地空间分布。结合坡度、坡向因子,对起伏地形条件下地理可照时数模拟结果进行了时空分布特征分析。分析结果表明:同坡度不同坡向的地理可照时数都随着太阳高度角的增大而增加;同坡向的地理可照时数随着坡度的增加而减小;坡度越高地理可照时数受坡向影响程度越大。     

山区植被覆盖度变化的地形分异特征——以贵州开阳县为例

植被覆盖度是生态恢复的重要指示器,研究其变化特征可为资源合理利用、生态恢复提供科学参考。以贵州省开阳县为研究区,基于landsat4-5 TM,Landsat8 OLI遥感影像,获取2002年、2019年30 m分辨率植被覆盖度数据,从阴坡与阳坡视角研究山区植被覆盖度变化和地形分异特征。结果表明:(1)2002—2019年阴坡与阳坡植被覆盖度总体呈南高北低分布,期间阴坡与阳坡植被总体处于恢复趋势。(2)研究时段内阴坡与阳坡植被覆盖度随海拔上升表现为增加趋势; 海拔小于600 m的地区阳坡和阴坡植被覆盖度差距最大; 2019年二者植被覆盖度在海拔小于600 m的地区下降明显,高于800 m的地区均有较大提升。(3)阴坡和阳坡植被覆盖度随坡度增加总体呈上升趋势,坡度大于35°后二者差异增强; 植被覆盖度增量随坡度增加总体表现为上升—下降特点。(4)阴坡和阳坡植被覆盖度随地形起伏度增加呈上升趋势。2002年阳坡各等级地形起伏度的植被覆盖度总体高于阴坡,2019年二者植被覆盖度差异性随地形起伏度上升而增强。综上,阴坡和阳坡植被覆盖度与海拔、坡度、地形起伏度呈正相关关系,二者在不同等级地形梯度上具有较大差异性。地形因子对山区阴坡、阳坡植被覆盖度的影响是多方面的,不仅从海拔和坡向上影响水热组合条件,也从坡度和地形起伏度上影响人类对山区林地资源的开发利用。     

地形对漫川漫岗黑土区大豆产量的影响

为研究黑土区田块尺度地形对大豆产量造成的影响,在海伦东兴合作社具有明显地形起伏的地块,采集大豆田间试验数据,考虑温度、太阳辐射、坡度、土壤养分等因素,运用作物生长模型DSSAT(Decision Support Systemfor Agrotechnology Transfer)模型对各样点进行参数率定及验证,得出以下结论:1)DSSAT模型的模拟产量与实际产量的相对均方根误差为7.9%,模拟结果表现为优,表明运用作物模型模拟不同地形上的产量变异具有可行性;2)地形通过影响作物生长环境因子的时空差异决定产量差异,田块尺度温度、水分和坡度是影响产量差异的主要因素;3)坡顶和坡底的产量相对较高,且产量变异性较小,阳坡虽然接收到更多的光照,却由于水分胁迫造成减产,坡底和平缓坡顶水肥保持较好,易获得高产。研究成果为田间精细管理与田块尺度耕地高效利用提供科学依据。     

滇池流域土地利用格局变化的地形梯度效应

[目的]分析滇池流域的土地利用变化的总趋势和地形梯度格局及影响因素,为土地利用模式的优化配置和土地资源的可持续发展提供依据。[方法]采用土地利用幅度和动态度分析了土地利用变化的总趋势,从地形因子(地形起伏度、坡度、坡向、地形位)角度用地形分布指数法分析了土地利用的地形梯度格局,用定性分析法分析了地形梯度效应的影响因素。[结果](1)2000—2014年研究区土地利用类型以耕地、林地、草地和建设用地为主,建设用地增速最快,草地减速最快。(2)土地利用在不同地形梯度上有明显的层次分布格局和变化趋势。随着地形梯度的升高,水域、耕地和建设用地、草地和未利用地、林地的优势分布区逐渐升高,分别在最低、低和中低、中低、中高和高地形梯度上占绝对优势;水域、耕地和建设用地(除后两者最低一级梯度)分布指数随之减少,草地和未利用地分布指数变化不明显,林地分布指数则不断增加。(3)土地利用格局变化的地形梯度效应受基础的地形因素、起推动的社会经济因素和宏观调控的政策因素的共同影响。[结论]滇池流域土地利用地形梯度格局变化明显,并受地形、社会经济和政策因素共同影响。     

大清河流域土地利用变化的地形梯度效应分析

地形对于土地利用具有重要制约作用。该研究选取1974-2019年的Landsat影像,从地形起伏度、坡度、地形位等级的角度,分析大清河流域土地利用类型、结构变化在地形梯度上的分布效应,对影响研究区土地利用变化的驱动力进行讨论。结果表明:1)大清河流域土地利用类型分布具有显著的地形梯度。建设用地、耕地与水体在低地形梯度地区分布优势明显,草地的优势分布区在中、高地形梯度地区,林地的优势分布区多集中在高地形梯度区域。2)大清河流域土地利用结构变化类型主要包括保持恒定与后期变化2种。其中保持恒定型以低地形梯度的耕地与高地形梯度的林地为主;后期变化型广泛分布于中高、中低地形梯度地区,建设用地挤占耕地现象愈加严重,耕地的优势分布区向更高的地形梯度区域扩张,因为"退耕还林还草"战略的实施,林地的优势分布区呈现下移趋势,耕地由单向转入演变为双向流转。3)由于人口的增长与降水减少等原因,大清河流域在太行山麓毁林垦荒约4866km~2,后由于城市扩张导致建设用地侵占耕地约3727km~2,"人地矛盾"尖锐、建设用地总体设计不合理、集约化程度不高等问题突出,未来土地政策应根据不同地形梯度因地制宜。     

基于地形梯度的皖南地区土地利用分布特征

以安徽省皖南地区为例,利用GIS空间分析技术,通过计算高程、坡度和地形位指数等地形梯度上的土地利用分布指数,分析了3种地形梯度上不同土地利用类型的分布特征,探讨了该区土地利用分布特点与地形间的关系。结果表明:(1)研究区在高程0~600 m、坡度0~21°和地形位指数0~1.575 0区域内的面积占皖南地区总面积的93.10%、83.11%和93.89%,影响着该区的土地利用类型分布;(2)土地利用类型分布分层明显,耕地、水域和建设用地主要分布在海拔较低、坡度平缓和地形位指数较小的区域,相应的土地利用分布指数随地形梯度的增大而减少直至趋于0;林地、草地分布则与之相反;(3)依据土地利用和地形的关系,皖南地区土地利用格局趋于合理,但不合理的土地利用方式仍然存在,需要加强其土地利用的规划管理。     

紫色土坡耕地耕层质量影响因素及其敏感性分析

坡耕地耕层质量变化特征由降雨侵蚀、耕作活动交互作用影响。该文以紫色土坡耕地为研究对象,结合主成分分析与评价模型对耕层质量特征进行分析,并解析了海拔、坡度、有效土层厚度和坡位4个地形因子对坡耕地耕层质量的影响及敏感性。结果表明:1)小流域坡耕地耕层厚度、土壤有机质、土壤容重均处于适宜性区间内,各土壤养分指标总体处于中低水平;土壤容重(变异系数CV为7.97%)和总孔隙度(CV为8.36%)变异系数相对较低,处于弱分异(CV<10%)水平,其余土壤指标均属中等分异水平。2)紫色土坡耕地耕层质量评价最小数据集由容重、贯入阻力、有机质、土壤黏粒含量、耕层厚度、抗剪强度、饱和导水率和有效磷8个指标组成。基于MDS评价表明,紫色土坡耕地不同坡位耕层质量指数为下坡(0.458)>中坡(0.443)>上坡(0.417),下坡较中坡和上坡分别提升3.39%和9.83%。3)紫色土坡耕地耕层质量影响因素可分为4类,Ⅰ类坡度限制型、Ⅱ类坡位限制型、Ⅲ类有效土层厚度限制型、Ⅳ类海拔限制型,4种耕层类型的样本数分占坡耕地耕层样本总数的38.89%、22.22%、14.81%和24.08%,主要影响因素是坡度。4)坡耕地耕层质量与有效土层厚度、坡位为正相关,与海拔、坡度表现为负相关,地形因子对耕层质量敏感程度为海拔(-0.399)>坡位(0.192)>坡度(-0.112)>有效土层厚度(0.110),海拔敏感程度为有效土层厚度的3.56倍。研究结果可为紫色土坡耕地耕层质量评价及有效调控提供理论依据,有利于紫色土坡耕地资源可持续利用。