基于USLE模型的滹沱河上游黄土区土壤侵蚀空间特征研究

滹沱河是山西省面积较大的支流之一,研究滹沱河上游的土壤侵蚀对于建立山西省生态修复体系具有重要意义。以忻州市滹沱河上游为研究区,以遥感影像数据、数字高程模型数据、降雨数据、土壤类型数据为基础,利用GIS、RS技术,结合美国通用水土流失方程(USLE)估算滹沱河上游流域的土壤侵蚀模数。结果表明：（1）2015年滹沱河上游的土壤平均侵蚀模数为2538.9 t/(km ²·a),整体属于中等侵蚀水平。土壤侵蚀类型主要为微度侵蚀、极强烈和剧烈侵蚀;（2）随着高程海拔的升高,土壤侵蚀强度加大,土壤侵蚀面积减少,高程与土壤侵蚀强度呈正相关关系,与侵蚀面积呈负相关关系。剧烈侵蚀在各个高程带均有分布,在[500,1000)高程带中,微度侵蚀的面积范围最大;（3）研究区在0—5°带的土壤侵蚀面积分布最大;（4）牧草地的土壤侵蚀分布范围最广,其次分别为耕地>林地>园地>城镇村及工矿用地>水域及水利设施用地>其他土地。研究结论可为政府制定土壤侵蚀治理的技术方法、治理方案以及治理工程类型、规模及布局等提出科学依据。     

根土复合体的抗剪特性研究

为了研究根系对土体的加固效应,模拟矿区排土场边坡恢复植被油松样地的含水率与土壤密度,以根径和埋根方式为控制因素,制备根土复合体,利用全自动三轴仪,进行了固结不排水(CU)剪切试验。结果表明,与素土相比,根系能够提高土体的极限主应力差,增强土体抵抗破坏的能力。根土复合体是一种特殊的弹塑型材料,其主应力差与轴向应变曲线呈光滑非线性特征,随着围压的增大,表现出由应变硬化型向应变软化型转型的特征;围压对极限主应力差影响显著,埋根方式、根系直径对极限主应力差的影响不显著。随着根径的增加,不论是水平埋根还是垂直埋根,根土复合体的粘聚力均为增加的趋势;垂直埋根的根土复合体则随着根径的增加内摩擦角增大,而水平埋根的根土复合体的内摩擦角则有轻微的减小。根土复合体的Wu-Waldron根粘聚力模型修正系数K″范围为0.11~0.37。     

流域"地-矿"土地水资源利用冲突测度确定及土地整治策略

量化区域煤炭开采与水土资源相互影响程度,有助于把握土地利用过程中的主要限制因素,提高土地整治的针对性与有效性。该文以山西省泽州县长河流域为研究区,提出煤炭开采与水土资源利用相互影响测度与土地整治策略的思路和方法。首先提出煤炭开采与水土资源相互影响分析框架,并将土地、水和煤炭作为主要的相互影响对象,将土地利用系统作为影响载体,借助数学模型和GIS空间分析技术,依次评价土地损毁累积作用指数、水资源匮乏指数和煤炭资源损失指数;然后确定综合影响值及其等级空间分布,并据此将流域划分为重点生态修复区、重点生态保护区、损毁土地复垦区、耕地资源保护区、水资源匮乏修复区、水资源与耕地资源保护区和耕地质量提升区等七大土地利用功能区,并根据主要限制因素提出相应的土地整治策略。研究结果表明综合影响高值区及中值区面积占研究区总面积的分别是20.21%和33.39%,主要分布在流域西部,是煤炭开采活动集聚区,煤炭压覆及土地损毁是冲突主要表现特征,划分为重点生态修复区、重点生态保护区、损毁土地复垦区和耕地资源保护区;综合影响低值区及(基本)无影响区分别占24.24%和22.16%,主要分布在流域东部,水资源匮乏是冲突主要表现特征,划分为水资源匮乏修复区、水资源与耕地资源保护区、耕地质量提升区,以上分区与土地利用总体规划中土地用途分区基本吻合。综合影响测度模型有利于定量分析"煤炭-水土"相互利用影响等级与主导限制因素,为制定有效的土地整治策略提供依据。     

涑水河流域地形因子对植被指数变化的影响

植被覆盖及其变化是区域生态环境变化的重要信息,地形因子作为自然环境的重要因素是流域植被覆盖的重要影响因子,因此揭示流域地形因子对植被指数变化的影响,可为流域环境治理、科学管理、保护和可持续利用提供科学依据。选取山西省涑水河流域为研究对象,基于TM遥感影像和ASTER GDEM数据,提取了研究区植被指数以及海拔、坡度、坡向信息,研究涑水河流域植被指数随高程、坡度、坡向等地形因子的变化情况。结果表明：（1）低山区与平原区、丘陵区以及中高山区相比植被指数较低,是从农业植被向自然植被的过渡地带,重点工作是加强水土保持;（2）坡度为5°~10°区域,植被指数最低,该区人类活动频繁,主要是农作区,但作物长势较差,应加强土地的综合整治;（3）坡向对植被指数影响较明显,南坡植被指数最低,其次为东南坡和西南坡,北坡、西北坡、东北坡植被指数相对较高,反映出坡向对研究区植被覆盖的影响程度。     

涑水河流域植被覆盖变化特征分析

利用2002—2009年的MODIS1B数据进行山西运城涑水河流域NDVI数据的反演,得出如下结论:涑水河流域植被覆盖的基本特征是自东北向西南逐渐增加;中等植被和茂密植被分布最广;流域总体植被覆盖较好,裸土区很少;较少植被仅次于中等植被和茂密植被;很密植被稀少(主要分布在东北方向绛县和夏县中条山区)。     

安太堡露天煤矿排土场景观结构及其分形研究

将平朔安太堡露天煤矿复垦区的5个排土场按照植被覆盖和地形划分为8个基本景观类型,包括耕地、草地、草灌混交、灌木混交、乔草混交、乔灌混交、新造复垦地和退化地,总计496个斑块。利用3S技术和分形理论对景观结构进行了分析,并讨论了景观特性及其变化的分形性质。结果表明：分维数的大小反映了景观斑块面积、斑块数量和平均斑块面积等因素的相互作用,反映了排土场内景观斑块的不规则程度和复杂程度;乔灌混交地和灌木混交地保持着较高的分维数,新造复垦地和草地的分维数较低,其它景观类型的分维数则差别不大;植被景观受多种因子的影响,在南排土场、西排土场受地表物质组成和地形的影响为主,其多样性指数较高,在内排土场、西排扩大区受植被类型的影响为主;草灌混交地的景观多样性远高于其它现有的复垦植被区,但其景观优势度则保持在较低水平上。南排、西排及西排扩大区的景观过程以控制水土流失、增加植被覆盖为主,内排则着重发展兼顾经济、生态和社会多种效益的生态农业和高效农业。     

闻喜县不同乡镇耕地利用的景观结构分析

应用景观生态学的理论和方法,计算分析了闻喜县13个乡镇耕地利用的景观多样性指数、优势度、均匀度和分维数等指标。结果表明:各乡镇耕地利用的景观结构受地理位置、地形和地貌的影响,地理位置优越、交通便利、地势平坦、海拔较低的乡镇,其人口较多,耕地斑块数较多、景观多样性指数相对较大;各个乡镇耕地斑块的分维数受地理位置的直接影响,分维数指标呈现以南同蒲铁路为轴线,两边距离轴线越远分维数越低,越靠近轴线分维数越高。     

临猗县耕地有机质与大量元素的空间变异

根据临猗县实地采集的土壤样品,应用GS+软件对该地区土壤养分的空间变异特征进行研究,采用地统计学方法分析了土壤有机质与大量元素的空间变异。结果表明:土壤有机质、全氮的变异程度较小,速效钾次之,变异最大的是有效磷,各养分的变异都属于中等变异;土壤有机质、全氮和速效钾的空间变异主要是由区域因素引起,空间分布体现为中等空间相关性;有效磷的空间变异受随机因素影响较大,空间分布体现为弱空间相关性。     

新农村建设中环境公共物品的实证分析——以山西西北四县16个乡镇为例

2006年夏季对山西省西北4县的抽样调查,认为环境是农民最需要的公共物品,对农民支配自然界的两种模型进行了环境经济分析,最后提出了相关建议。     

基于遥感影像的露天煤矿区土地特征信息及分类研究

该研究利用Landsat TM数据，以安太堡大型露天煤矿为例，在对地物光谱特征深入分析的基础上，设计了大型露天矿区土地剧烈扰动下不同地物特征提取模型，提取了安太堡露天矿区植被高覆盖区、植被低覆盖区、剥离堆垫区、采煤运煤区及边坡区等不同地物信息。采用归一化植被指数(NDVI)提取植被低覆盖区与植被高覆盖区信息，采用(TM4-TM5)>0提取植被高覆盖区信息并与NDVI进行了比较，采用TM4<40提取采煤运煤区信息，采用TM4/TM7在0.99～1.01范围来提取边坡区信息, 并统计计算了各类地物所占面积和分布情况。对研究区TM影像进行主成分分析，剥离堆垫区、采煤运煤区和边坡区等反映矿区扰动特征的信息主要由第1主成分反映，植被低覆盖区和高覆盖区等反映矿区植被覆盖特征的信息主要由第2主成分反映，两个主成分的贡献率达到97.16％，并利用扰动特征和植被特征对研究区地物进行了分类。该技术与方法为露天矿地物变化动态监测以及土地复垦与生态重建均提供了准确数据支持。