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。     

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。     

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。     

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。     

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)。     

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。     

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。     

基于GIS技术的耕地土壤环境质量综合评价研究——以山西省永济市为例

以山西省永济市耕地为研究区域,通过收集整理土壤环境质量样点数据,运用GIS技术建立了土壤环境质量数据库,依据国家土壤环境质量评价标准进行分析评价,获得了永济市耕地土壤环境质量评价结果.土壤面源污染水、土综合评价结果表明:18个样点中有3个为无污染,11个为轻度污染,4个为中度污染.点源污染土壤综合评价结果表明:该区主要污染物为F、Cl、Pb、Cd、As及DDT.蔬菜地样点综合评价表明:大部分蔬菜生产符合绿色食品种植要求(NY/T391-2000)和无公害食品蔬菜地种植要求(NY5010-2001);在不符合要求的样点中,超标物主要是Cd、Pb、Hg、As及DDT.该研究为进一步加强土壤环境质量管理与修复决策奠定了基础.     

多尺度EGLSN的构建及耕地地力模拟研究

准确获得区域耕地地力是配方施肥的基础。本文依据景观生态学"过程、尺度与等级"原理,通过探索山西省耕地地力影响因素的等级与作用过程的控制范围,提出生态气候、地貌景观、利用措施、土壤条件、养分管理5个从大到小的不同尺度,构建了多尺度EGLSN(eco-climate,geomorphologic landscape,land usemeasure,soil condition,nutrient management)耕地地力模拟模型。根据山西省117个县(市、区)的土壤调查GPS采样点数据进行统计获得模型相关参数,应用多尺度EGLSN模型针对山西省北部的忻府区、中部的榆次区和南部的襄汾县3个典型区域,选择了积温、地形、地貌、平整措施等指标计算作物产量,进行耕地地力模拟。模拟结果误差检验表明,榆次区地貌景观尺度、利用措施尺度、土壤条件尺度、养分管理尺度模拟单产与土壤调查GPS点数据单产的标准根均方误差(NRMSE)依次为32%、27%、15%、4%,襄汾县4个尺度单产的NRMSE依次为35%、28%、13%、7%,忻府区4个尺度单产的NRMSE分别是31%、26%、14%、3%。忻府区、榆次区和襄汾县3个典型区域总产量相对生态气候尺度基准偏差的检验结果中,地貌景观尺度模拟精度分别为83%、80%和82%,利用措施尺度模拟精度为93%、90%和91%,土壤条件模拟精度分别是95%、95%和91%,养分管理尺度模拟精度依次达到96%、95%和93%。这一模拟方法适用于多尺度耕地地力模拟研究,可为大尺度耕地地力模拟及配方施肥提供借鉴。