黄土高原不同退耕还林植被土壤干燥化效应

土壤水分是黄土高原植被恢复的主要限制因子,退耕还林工程在恢复生态环境的同时也造成了区域土壤含水量下降和土壤干燥程度的加剧,土壤干燥化正日益威胁到土壤水资源的持续利用和人工植被建设的成效。选取黄土高原退耕还林试点县吴起境内刺槐、杏树、柠条和沙棘4种分布广泛的退耕植被类型,对照撂荒草地,分析了不同林龄和不同植被类型样地0—500cm的土壤水分特征和土壤干燥化效应,并根据作物耗水量估算土壤干层水分的恢复时间。结果表明:不同退耕还林植被类型样地土壤含水量由表层向深层呈降低趋势,随林龄增加,各植被类型样地土壤含水量、有效储水量逐渐减少。刺槐林土壤含水量较同龄沙棘和柠条林低,而杏树林则较同龄柠条林高。各植被类型样地土壤剖面均不含渗透重力水与极易效水层,随林龄增加,土壤相对湿度及易效水土层厚度占比逐渐减少,中效水、难效—无效水土层厚度逐渐增加。随林龄和土层深度的增加,各植被类型样地土壤干燥化强度、土壤干层厚度逐渐增加,土壤湿度恢复到土壤稳定湿度所需要的时间及难度呈上升趋势。     

祁连山排露沟流域土壤水热与降雨脉动沿海拔梯度变化

为了探讨垂直带气候与植被垂直分布间关系,对祁连山排露沟流域北坡不同海拔梯度降雨和土壤水热观测数据进行了分析,结果表明:1生长季降雨量随着海拔升高而增加,增加幅度为27.7 mm·(100m)~(-1);2海拔越高降雨天数占生长季比值越高,2~10 mm的小降雨脉动频率随着海拔升高而增加,小于2 mm的降雨脉动在低海拔发生频率较高,大于20 mm的降雨脉动在高海拔发生频率较高;3在表层0~10 cm和10~20 cm的土壤湿度每升高100 m增加幅度分别为0.027 m~3·m~(-3)和0.023 m~3·m~(-3),在表层0~10 cm和10~20 cm的土壤温度每升高100 m降低幅度分别为0.32℃和0.28℃;4不同海拔上的土壤温度沿土壤剖面降低,土壤湿度随土壤深度先升高后降低,而土壤温湿度随生长季先升高后降低。     

生态系统服务多样性与景观多功能性——从科学理念到综合评估

生态系统和景观是构成地球表层系统的基本功能单元.从对人类生存和发展支撑作用以及人类对环境合理利用和保护的角度,逐渐形成了生态系统服务和多功能景观的科学概念,相关的理论和应用研究也很快成为学术热点.但是从国内外主要进展上看,生态系统服务和景观多功能性的定量化研究都还比较薄弱.生态系统与景观具有等级关联性,前者是构成后者的基本要素,生态系统服务和景观功能具有同源性.因此,将生态系统服务与景观多功能性研究紧密结合既有现实基础又能够深化彼此研究的定量化水平,并进一步提出了生态系统服务与景观多功能性综合定量研究的整体性框架.从当前国内外研究文献看,该框架具有可行性,可以作为进一步深化生态系统服务和景观多功能性研究的现实途径.     

基于差分GPS技术的淤地坝泥沙淤积量估算

淤地坝是黄土高原水土流失治理中的一项重要措施。但是早期建设的淤地坝缺乏监测资料,对现已淤满坝地拦截泥沙量的估算成为当前研究中的一个难点问题。该文选取延安宝塔区羊圈沟小流域1979年修建的淤地坝为研究对象,采用高精度差分GPS技术,测量坝地淤积面平均高程和淤地面积,结合1977年1︰10 000地形图,建立高程—面积/淤积量曲线,得出羊圈沟淤地坝淤积泥沙方量为155 849.2 m3,并通过计算得到建坝至淤满期内（1979－2004年）年平均土壤侵蚀模数4 052.1 t·km-2·a-1,属于中度侵蚀。差分GPS技术的应用为准确估算淤地坝泥沙淤积量提供了技术支撑,可以弥补历史上侵蚀产沙数据,而且对定量评价水土流失及其治理效益提供了依据。     

祁连山大野口流域土壤水热垂直分层变化特征分析

文中在祁连山大野口流域布设90个土壤水热监测探头,已取得的100多万个数据,且利用变异系数、相关系数、回归模型等方法对土壤水热与深度、海拔、坡度、郁闭度等因子相互关系进行分析。结果表明:1)土壤水分与其深度呈二次函数的抛物线变化(Sdw=-0.0057d2+0.3185d+23.808,R2=0.9457),土壤温度与其深度呈线性变化(Sdt=-0.0536d+9.192,R2=0.994),深度每增加10cm,其温度降低约0.54℃。2)在0-80cm深度范围内,土壤水热变异程度呈"V"字型;高海拔半阴坡灌丛林土壤温度变化最剧烈,低海拔阳坡草地土壤变化较小。3)海拔对土壤水分是正影响,对土壤温度是负影响。随海拔增大,土壤水分呈波动性增大趋势,增大率约为2.35%/100m,土壤温度呈波动性降低趋势,降低率约为0.74℃/100m;坡度对20cm以上深度的土壤水热影响较大,对其它各层土壤水热影响较小;郁闭度对20cm以上深度的土壤水热影响较大,对其它各层土壤水热影响较小;对水分是中度负影响,对温度是低度正影响。4)10-20cm深层的土壤水分回归模型S2w=0.06a-0.5s+19.87c-140.48(R2=0.985,σ=1.47,F0.05=105.86)在95%置信范围可信可接受。研究结论可为探索流域水资源管理及利用提供科学依据和参考资料。     

西气东输工程沿线陕西段区域生态安全格局设计研究

区域生态安全格局是一个新近提出的概念,其理论尚在发展之中。研究以西气东输工程陕西段为例,从保证管道安全和解决工程中的生态问题入手,提出了管道工程沿线区域生态安全格局的设计框架,对生态安全格局理论进行了初步的应用。制图分析得出陕西段主要生态系统有丘陵黄绵土农田生态系统、丘陵黄绵土丛生禾草草原生态系统、平原黄绵土农田生态系统、沙地生态系统等。水土流失敏感性分析显示3个标段均有超过80%区域属敏感区,水土流失很严重。生态系统中关键生态单元主要有6处,包括丘陵沟壑区梁峁穿越,腰岘穿越,中小冲沟穿越,河流凹岸(陡崖)穿越,大开挖河流,固定、半固定沙丘穿越。在生态系统功能分析的基础上进行了区域基本生态安全格局设计,并针对关键生态单元进行了关键生态安全格局设计。     

陕北黄土丘陵沟壑区NDVI与气象因子的相关性分析

基于逐旬NDV I数据和逐日气象数据,以陕北延安市为例,分析了降雨、温度、相对湿度、风速、日照时数等气象因子和NDV I的相关关系。研究结果表明,前10日的降雨、温度能够影响NDV I的变化,同时,NDV I的变化也能够对空气的相对湿度产生影响;NDV I与风速和日照时数的相关性较差。所拟合的NDV I与主要气象因子的关系模型中,NDV I与降雨量的模型拟合优度最低,而与温度的模型拟合优度最高。     

黄土高原小流域植被恢复的土壤侵蚀效应评估

植被建设是治理土壤侵蚀的重要途径,特别是坡面土壤侵蚀。退耕还林还草是黄土高原乃至全国最大规模的植被建设工程,黄土高原是该工程的重点地区之一。小流域是土壤侵蚀综合治理的基本单元。通过退耕还林工程实施前后小流域土壤侵蚀的模拟和分析,可以为植被建设成效评估和调整治理策略提供参考。运用修正土壤流失方程RUSLE,在ARCGIS10.2平台下模拟了羊圈沟小流域1984年、1996年、2006年、2012年和2014年5个年份的土壤侵蚀,评估了退耕还林前后黄土高原小流域植被恢复对土壤侵蚀的影响。降雨侵蚀力R利用延安气象站30年(1984—2014年,除1999年外)的日降雨数据计算,LS因子利用将矢量化的1∶5 000地形图插值生成DEM提取;土壤可蚀性K因子利用2006年实测土壤理化数据计算,总结概括前人研究成果获取C、P因子值。研究结果表明:(1)各坡度带侵蚀都显著减弱,15°~25°,25°~35°和35°坡度带是中度以上侵蚀发生的主要区域。1984—2014年3种坡度带的侵蚀面积之和分别占总面积的44.93%,42.65%,35.78%,23.23%和22.98%;(2)退耕还林前后相比,土壤侵蚀强度显著降低:中度以上侵蚀面积急剧减少,土壤侵蚀转变为以微度、轻度和中度侵蚀为主,3类侵蚀面积之和在2006年、2012年和2014年分别占总侵蚀面积的26.53%,44.24%和43.47%;(3)土壤侵蚀模数呈现减小的趋势,从1984年到2014年,土壤侵蚀强度从15 327.57t/(km2·a)降至3 270.19t/(km2·a),降低70%以上。总体上,土壤侵蚀明显降低,表明植被建设有效遏制了土壤侵蚀,退耕还林工程对水土保持和治理土壤侵蚀起到了显著的效果。     

阴山北麓地区景观格局变化研究

运用中国科学院遥感所承担国家土地资源调查成果数据对阴山北麓地区 1 995 -2 0 0 0年景观格局变化进行了分析。景观指数选取了 1 2个。结果表明 ,阴山北麓地区耕地面积呈增加的趋势 ,草地呈减少的趋 ,其变化显著 ,林地面积略有增加 ,但在地区景观中的比例仍非常小 ,未利用土地面积增加较快 ;整体景观的破碎度略有下降 ,多样性指数增加 ,景观类型间的差异增大 ,景观优势度降低 ,均匀度增加 ,草地的优势度下降 ,耕地和未利用土地的优势度增加 ,景观向均衡化发展。分析表明 ,阴山北麓地区以耕地和草地景观为主 ,呈现农牧交错区的典型特点 ,农林牧用地比约为 1∶0 1 4∶4。对面积和分维数关系分析表明 :随面积的增加 ,耕地分维数呈波浪式增加。     

干旱半干旱区坡面覆被格局的水土流失效应研究进展

植被恢复与建设是控制水土流失的重要措施.在干旱半干旱地区,植被在空间上的分布呈现离散特征,在坡面上形成的裸地-植被镶嵌和植被条带分布等覆被格局对水土流失过程具有重要影响.覆被格局与水土流失关系研究是景观生态学格局与过程研究的重要内容.从植被斑块、坡面覆被格局对水土流失的影响与耦合覆被格局与水土流失的手段和方法三个方面对国内外相关研究进行总结分析.从中发现,植被类型、层次结构和形态特征是植被斑块尺度上影响径流泥沙的关键因素;不同覆被类型的产流产沙特征与覆被格局的准确描述是研究覆被格局水土流失效应的重要基础;坡面覆被格局对水土流失的影响关键在于其改变了径流泥沙运移和汇集的连续性,应重点关注径流泥沙源汇区的连通性和空间分布在水土流失中的作用;以坡面的精确覆被制图为基础,建立基于水土流失过程的覆被格局指数和耦合格局信息的径流与侵蚀模型是定量研究覆被格局影响的有效手段.今后应加强以下研究:以动态系统的观点研究覆被格局的变化对水土流失的影响,系统理解覆被格局与水土流失之间的相互联系与反馈机制,探讨两者间动态关系随尺度变化的规律性并发展尺度上推方法;构建过程意义明确且简单实用的格局指数,将覆被格局与水土流失过程有机联系起来;发展覆被格局的动态信息与产流产沙过程相结合的水文模型,加强对格局与径流泥沙反馈系统的耦合,建立真正意义上的覆被格局-水土流失过程耦合模型.