野外模拟降雨条件下矿区土质道路径流产沙及细沟发育研究

为研究矿区土质道路径流产沙及细沟形态发育特征,在野外调查的基础上,设计坡度(3°、6°、9°、12°)和雨强(0.5、1.0、2.5、2.0、2.5、3.0 mm/min)2个处理,在野外建立不同坡度的道路小区,采用人工模拟降雨的方法,测定了不同处理道路径流产沙参数和细沟形态指标。结果表明:1)各坡度道路径流率为1.12~8.24 L/min,与雨强线性关系极显著,随坡度变化不显著;除0.5 mm/min雨强3°~9°坡及1.0 mm/min雨强3°坡道路径流流态为层流外,其余为紊流,雨强-坡度交互作用(I×S)对流态影响显著;阻力系数只与坡度相关。2)各坡度道路剥蚀率为0.92~324.46 g/(m2·s),与雨强、坡度和径流率呈极显著幂函数关系(R2=0.968,P0.01),道路土壤发生剥蚀的临界剪切力和临界径流功率分别为2.15 N/m2和0.41 W/(m2·s)。3)3°道路以片状侵蚀为主,6°~12°道路细沟发育,细沟宽深比、复杂度、割裂度和细沟密度分别为1.80~3.75、1.07~1.55、0.20%~10.33%和0.067~2.01 m/m2,细沟发育程度是雨强和坡度交互作用(I×S)的结果。4)6°~12°道路细沟侵蚀量占总侵蚀量比例为18.0%~57.16%,总侵蚀量与细沟宽深比、细沟复杂度、细沟割裂度和细沟密度均呈显著的函数关系(R2=0.35~0.96,P≤0.01),割裂度是影响土质道路总侵蚀量的最佳细沟形态因子。结果可为矿区土质道路水土保持工程设计及生产安全提供参数支持。     

基于RS与GIS的内蒙古武川县退耕还林生态成效监测

为监测半干旱地区退耕还林工程实施的效果,基于MODIS NDVI时间序列数据及土地利用数据,该文对内蒙古武川县的土地利用变化及植被覆盖变化进行了研究。结果表明:1)2000-2013年,武川县植被覆盖呈增加趋势发展的面积占33.55%,呈减少趋势发展的面积占30.15%,无显著变化的占36.30%,植被覆盖变化的空间差异明显,植被退化的区域重点集中于武川县的西北部。2)1999-2010年间,研究区耕地面积净减少18 809.29 hm2,耕地转为草地13 873.48hm2,转为林地5 429.81 hm2,草地转为林地13 554.25 hm2;结合地形特征,退耕地重点分布于2°~15°坡度与1 500~2 000 m海拔范围,并随着坡度与海拔的增加,退耕的幅度越来越大。3)退耕区中,植被覆盖下降的面积占20.98%,植被覆盖增加的面积占43.89%;在非退耕区,植被覆盖下降的区域面积占29.40%,植被覆盖增加的占34.14%。整体来看,退耕区植被的改善程度要高于非退耕区。4)进一步分析发现,退耕区中,耕地-草地的植被呈退化趋势发展,退化区域集中于2°~15°坡度与1 500~2 000 m海拔范围;在耕地-林地与草地-林地区域,其整体植被覆盖均显著提高,其中,耕地-林地的植被改善区域集中于2°~6°坡度与1 500~1 750 m海拔范围,草地-林地的植被改善区域重点分布于6°~15°、2°~6°及15°~25°坡度范围与1 500~2 000 m海拔范围。在非退耕区,耕地保持区、林地保持区与林地-草地区域的植被覆盖整体增加,而草地保持区、草地-耕地与草地-沙地区域的植被覆盖整体下降。     

三峡库区土壤侵蚀空间分布特征

结合三峡库区的区位特征和数据获取条件,对RUSLE模型的因子算法进行相应修正,最后基于GIS评估库区土壤侵蚀风险及其空间分布特征。结果表明:1)库区年均土壤侵蚀量为1亿8 359.43万t/a,平均土壤侵蚀模数为31.85 t/(hm2.a),水土流失面积占库区土地总面积的66.97%;2)库区土壤侵蚀强度与高程梯度间无直接线性关系,中度以上侵蚀主要分布在500～1 500 m高程带上,其中极强烈、剧烈侵蚀在500～1 000 m间出现频率最高,这应该与该区域强烈的人类活动有关;3)库区土壤侵蚀强度与坡度呈显著正相关,中度以上侵蚀在15°以上坡度带的发生频率急剧增加,其53.74%的面积比例贡献了89.06%土壤侵蚀量;4)库区土壤侵蚀强度在不同坡向上表现为半阴坡>正阴坡>半阳坡>正阳坡,阴坡的侵蚀量稍大于阳坡,占库区总侵蚀量的56.63%。说明500～1 500 m高程带、>15°坡度带以及阴坡是库区发生土壤侵蚀的主要区域,也是水土流失防治及治理的重点区域。     

冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响

冻融后坡面为水力侵蚀产沙提供了大量有效物质源,是河道泥沙的主要策源地。该研究利用室内模拟冻融和径流冲刷试验,设置不同冻融循环次数、坡度和流量梯度,分析冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响机制。结果表明,冻融条件下,坡度、流量和冻融循环次数均对土壤分离能力有显著影响(P0.05),贡献率分别为17.94%、19.96%和18.43%。冻融前后,土壤分离能力基本均随坡度和流量的增加而增大,冻融后的均值(5.28±2.48g/(cm~2·min))显著大于冻融前(2.39±1.71 g/(cm~2·min)),但冻融后的增幅明显小于冻融前。不同坡度和流量条件下,冻融1次后,土壤分离能力均显著增大(P0.05),但其随冻融循环次数增加的变化趋势差异较大,只有在坡度与流量同时较小(10°和≤18L/min)或较大(15°和≥18L/min)时,呈显著增大趋势。冻融循环1、5、10次后,土壤细沟可蚀性分别增大1.25、1.66和1.72倍,随冻融次数的增加逐渐趋于稳定;土壤临界剪切力冻融后显著降低,与冻融次数无明显关系。冻融后土壤平均容重、水稳性团聚体和抗剪强度分别降低了6.61%、24.77%和21.35%,土壤孔隙度和三相结构指数变化与之相反。冻融条件下,土壤细沟可蚀性与水稳性团聚体和抗剪强度呈显著负相关关系,而与孔隙度呈显著正相关关系。     

大兴安岭地区天然樟子松林降雨截留再分配特征

为研究大兴安岭地区樟子松林冠截留分配特征,选择黑龙江漠河森林生态系统定位研究站天然樟子松林固定样地,对其大气降雨、穿透雨、树干径流进行定位观测。通过26场降雨的观测分析,结果表明:天然樟子松林在观测期内林冠截留总量为123.48mm,占同期降雨量的25.04%。与全国其他森林类型的平均林冠截留率(11.14%~36.15%)相比,天然樟子松林的林冠截留率处于中等偏上水平。观测期内穿透雨总量和树干径流总量分别为362.85mm和6.79mm,分别占大气降雨量的73.58%和1.38%。观测发现,当降雨量PG5.2mm时,樟子松才会产生树干径流,且树干径流量随树干径级的增加呈增大的趋势。运用修正的Gash模型模拟林冠截留,模拟值低于实测值5.12mm,相对误差为4.15%,说明修正的Gash模型适用于大兴安岭地区天然樟子松林。     

董志塬沟头溯源侵蚀过程及崩塌中孔隙水压力变化

为研究董志塬沟头溯源侵蚀过程及孔隙水压力变化规律,采用模拟降雨+放水冲刷的方法,研究集水区坡度(1°、3°、5°、7°)和放水流量(3.0、3.6、4.8、6.0、7.2m3/h)对董志塬沟头溯源侵蚀过程和孔隙水压力特征值的影响。结果表明:1)崩塌发生频率由试验初期0～30 min时的6.29%增加到150～180 min时的27.48%。2)放水流量为3.0～7.2 m3/h时,产沙率随试验时间呈对数函数减小。产沙量随坡度和放水流量的增加而加大,建立了产沙量与二者间的多元线性回归方程。3)坡度为1°～7°时,崩塌会增加22.75%～324.59%的产沙率,产沙率突变点出现时间相较于崩塌而言存在"滞后"现象。4)孔隙水压力随试验时间呈显著线性或对数函数关系,孔隙水压力的上升是影响溯源侵蚀崩塌发生的关键因素。研究结果可为黄土高塬沟壑区生态治理提供参考。     

西南地区生长季植被覆盖时空变化特征及其对气候与地形因子的响应

为探究西南地区生长季植被覆盖时空变化特征以及驱动因子如何定量影响其动态变化,基于MODIS NDVI数据,通过趋势分析、变异系数、相关分析等方法研究了西南地区2000-2016年生长季植被覆盖的时空变化特征,并结合气候因子、DEM数据,分析了植被覆盖对气候与地形因子的影响程度。结果表明:西南地区近17年来生长季NDVI呈增长趋势（0.009/10 a）,其中4月份增速最显著（0.029/10 a）;呈增加趋势的区域占研究区总面积71.94%,主要分布在东部与东南部区域;植被覆盖变化以较低稳定（31.15%）与中度稳定（25.36%）占主导。研究区NDVI与气温、降水的相关性在空间分布上主要以正相关为主;月尺度NDVI与气候因子的相关性高于年尺度的值;植被覆盖度与月平均气温的相关性高于其与月降水量的相关性,植被生长对降水月变化的响应不明显,对气温的响应无明显滞后效应。研究区平均NDVI在海拔大于4 000 m区域最小（0.30）,在坡度0°~5°区域最小（0.37）,但是NDVI的显著退化趋势则是以海拔大于4 000 m处最大（14.33%）;海拔大于4 000 m区域主要受降水控制,坡度5°~15°区域主要受气温控制;坡向对植被生长变化的影响没有海拔和坡度影响大。     

基于MODIS的中国陆地气溶胶光学厚度时空分布特征

利用MODIS 08_C5气溶胶产品2000—2008年月均值资料,通过线性回归和相关分析方法,探讨中国大陆地区550 nm气溶胶光学厚度的时空分布特征和变化趋势。结果表明:南疆盆地、长江中下游地区以及四川盆地常年处于气溶胶光学厚度高值区;全国各地气溶胶光学厚度季节变化有明显差异,大部分地区年内呈先增大后减小趋势,4月达到其年内最高值,且多年光学厚度月均值与全国每月发生沙尘总次数呈显著相关关系;沙尘月发生10次以上地区,沙尘月发生次数与光学厚度月均值之间呈显著线性相关关系,而沙尘月发生10次以下地区,沙尘月发生次数与光学厚度月均值之间没有明显的关系。     

极端干旱区葡萄SPAC系统水流阻力规律研究

在极端干旱条件下,以成龄无核白葡萄为研究材料,采用滴灌技术研究不同水分处理下气孔阻力连日变化及其与蒸腾速率、土壤水势、叶水势的关系,并分析水流阻力的分布及变化规律。结果表明：各水分处理在灌水后均随着时间的推移,蒸腾速率缓慢下降,其中高水处理的蒸腾速率最大,低水居中,中水最低,气孔阻力与蒸腾速率的变化趋势相反,表现为随灌水时间的延伸而增大;气孔阻力随着叶水势的减小而增大,呈显著负相关关系,且在高水与中水处理中,气孔阻力仅与20cm土层以上土壤水势呈极显著相关,而低水处理气孔阻力与20-30cm土层土壤水势呈极显著相关;在各水流阻力中,叶-气系统水流阻力最大,占该连续体中水流总阻力的98.8%～99.0%,植株体内水流传输阻力次之,占该连续体中水流总阻力的1.0%～1.2%。不同水分处理SPAC系统中的水流阻力变化规律一致,均为叶-气系统水流阻力最大,植株体内水流传输阻力次之,而土壤阻力最小,占该连续体中水流总阻力的比例小到可忽略不计。     

黄土区坡耕地耕作对浅沟径流产沙及其形态发育特征的影响

为研究耕作对浅沟径流产沙及形态发育特征的影响,在野外调查的基础上,设计坡度(15°、20°、25°)、雨强(1.0、1.5、2.0 mm/min)及放水流量(7.53~23.45 L/min)3个处理,采用室内模拟降雨和放水冲刷的方法,测定了不同处理下浅沟径流量、产沙量。结果表明:1)2种浅沟水流均为紊流,耕作使浅沟水流雷诺数和弗劳德数分别减小0.95%~30.77%、2.64%~39.14%,阻力系数和糙率系数分别增加4.01%~58.82%、0.88%~27.87%;2)试验条件下,耕作使浅沟土壤剥蚀率增大9.48%~37.87%,未耕作与耕作浅沟土壤剥蚀率分别与坡度—流量交互作用、雨强—坡度交互作用呈极显著线性关系,土壤剥蚀率与径流剪切力、径流功率及单位径流功率均呈显著的线性关系,未耕作浅沟发生剥蚀的临界剪切力、临界功率及临界单位径流功率分别为17.576 N/m2、5.036 W/(m2·s)、0.0381 m/s,耕作浅沟为10.585 N/m2、3.544 W/(m2·s)、0.0277 m/s;3)耕作使浅沟宽度增加1.98%~31.79%,浅沟面积增大0.84%~32.03%,下切深度降低2.82%~26.67%;4)耕作使浅沟土壤侵蚀量增加0.91%~22.80%,未耕作和耕作浅沟土壤侵蚀量分别占坡面土壤侵蚀总量的44.09%~74.16%和42.44%~56.44%,与雨强—流量交互作用均呈极显著的线性函数关系。结果可为该区浅沟侵蚀预测模型的建立及农业生态环境安全与保护提供科学依据。     

The effect of monsoonal atmospheric moisture on lightning fire ignitions in southwestern North America

The seasonal arrival of increased atmospheric moisture associated with the North American monsoon in southwestern North America greatly affects the lightning fire regime. Dramatically increased lightning strikes from monsoon-related thunderstorm activity in July and August are counterbalanced by decreased ignition probability and fire spread due to increased atmospheric moisture and precipitation. Using 16 years of lightning flash, relative humidity, and precipitation data from a 34,800 km² study area with high lightning fire activity in Arizona and New Mexico, we quantified the effect of a single measure of atmospheric moisture, daily minimum relative humidity (DMRH), on observed lightning fire data. The probability that a lightning flash would ignite an observed fire was highly correlated with DMRH in the form of a power law, ranging from 0.023 on days with lowest humidity to <0.0001 on high humidity days. The number of observed lightning fires/day was highly correlated with DMRH in the form of a log–normal distribution peaking at 4.09 fires/day at 22.1% DMRH. Area burned/day was also correlated with DMRH with a log–normal distribution peaking at 53.7 ha/day at 16.5% DMRH. Despite strong relationships based on long-term aggregated data, large uncertainties at shorter time scales prevented using DMRH alone for daily or yearly fire prediction. Estimates of observed fire ignitions derived from existing models of ignition probability and survival based on fuel moisture closely approximated our real world data. Our results suggest that a model based on relative humidity provides a useful framework for understanding the lightning fire regime in this region.     

经济林地坡长对侵蚀产流动态过程影响的模拟试验研究

经济林经营是低丘缓坡土地利用的主要方式之一,对经济林坡地水土流失问题的研究已是南方水土保持工作的重中之重.为了研究低丘缓坡经济林地坡长对坡面侵蚀产流过程的影响规律.本研究以浙江省常山县胡柚林地为例,通过野外人工模拟降雨试验法,分析探讨了该经济林地的侵蚀产流情况.得结论如下:(1)相同坡长下,当雨强大于或等于1.8 mm/min时,累积径流量增幅较大;降雨12 min后,各雨强累积径流量增幅均较明显;随着坡长的延长其对坡面累积径流量的影响逐渐明显.(2)该经济林地坡面径流量随坡长呈每隔4m有规律的起伏变化,该结果启示我们,在坡面栽植经济林时.沿坡长按每隔4 m的规律进行布局.能有效减缓坡面径流的产生.(3)相同坡长坡面产流量随雨强增大总体上呈增加趋势,雨强1.45 mm/min大约是该地区经济林地侵蚀性降雨的分界点.(4)土壤初始含水率、雨强以及坡长对产流量的综合影响可以用线性相关方程描述,其中降雨强度对产流量的影响最大.愿此研究结论能为经济林坡地水土流失的防治提供借鉴.     

Soils of Mountainous Forests and Their Transformation under the Impact of Fires in Baikal Region

Data on postpyrogenic dynamics of soils under mountainous taiga cedar (Pinus sibirica) and pine (Pinus sylvestris) forests and subtaiga–forest-steppe pine (Pinus sylvestris) forests in the Baikal region are analyzed. Ground litter–humus fires predominating in this region transform the upper diagnostic organic soil horizons and lead to the formation of new pyrogenic organic horizons (Opir). Adverse effects of ground fires on the stock, fractional composition, and water-physical properties of forest litters are shown. Some quantitative parameters of the liquid and solid surface runoff in burnt areas related to the slope gradient, fire intensity, and the time passed after the fire are presented. Pyrogenic destruction of forest ecosystems inevitably induces the degradation of mountainous soils, whose restoration after fires takes tens of years. The products of soil erosion from the burnt out areas complicate the current situation with the pollution of coastal waters of Lake Baikal.     

半干旱区径流调控工程林草间作模式土壤水分及效益研究

为解决林地土壤干化问题,安定区退耕还林(草)工程实施了以隔坡水平阶为主体的径流调控工程。对隔坡水平阶不同部位2 m土层内土壤水分含量和不同植物措施的保存率、产出效益的调查分析表明,在退耕地实施的隔坡水平阶,大旱之年2 m土层内土壤含水率平均达到6.95%,其中产流区达到7.05%、蓄水区达到6.63%;侧柏林保存率达到92%,多年生紫花苜蓿鲜草产量达到22 417 kg/hm2。以径流调控工程为依托的退耕还林(草)工程实施后,全区森林覆盖率由9.8%提高到11.2%,林草覆盖率达到19.45%,取得了显著的生态、经济、社会效益。     

华北落叶松林木生长、草本植物多样性及地形因子之间的关系

以河北省小五台山区华北落叶松人工林为对象,通过对林木生长因子和草本多样性指数的调查、计算和分析,对华北落叶松林木生长、草本植物多样性以及地形因子之间的关系进行了研究。结果表明,(1)坡度与树高、胸径、第一活枝高(枝下高)和冠幅呈显著负相关性,而海拔、坡位和坡形与林木生长因子之间的相关性不显著;(2)从相关系数和相关性强度综合分析,林木生长因子对草本多样性影响程度为:郁闭度枝下高胸径树高冠幅;(3)在海拔1 400~2 000 m范围,随海拔高度增加,Shannon—Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数表现出较为平稳的变化趋势,而Simpson多样性指数和Menhinick丰富度指数则表现出上下波动的变化趋势;(4)海拔、坡形、坡度对华北落叶松林下草本多样性变化影响程度较小,而坡位与草本植物Menhinick丰富度指数和Simpson多样性指数达到显著负相关水平,表明坡位对草本植物多样性变化影响程度较大。     

黄土高寒区小流域土壤水分空间变异与环境影响因子

针对区域流域尺度上土壤水分在地形、植被等要素协同作用下的空间异质性规律以及响应机制研究较少,以青海大通典型人工林小流域为研究对象,自坡脚向上延3个坡向（阴坡、半阴坡、阳坡）呈放射状选取3条样线带布设样点,采用统计学分析、主成分分析和冗余分析等方法研究生长季初末时期0—20,20—40,40—60,60—80,80—100 cm各层土壤水分空间变异特征,以及各环境因子（海拔、植被高度、植被冠幅、地上生物量、草本丰富度、草本盖度、枯落物干重）对其影响规律。结果表明：生长季末水分均值、最值均大于生长季初,各坡向体积含水率最值、均值均表现为阴坡>半阴坡>阳坡,各土层呈中等变异（10%阳坡>阴坡,在末期表现为阳坡>半阴坡>阴坡;水分采样点间隔在初期应在36.50~448.90 m,末期应在18.30~552.40 m;冗余分析结果显示,海拔是影响青海高寒区土壤水分异质性的主控因素,解释率为35.3%（p<0.01）,草本丰富度次之,解释率为26.1%（p<0.01）,植被高度与植被冠幅也有显著影响。研究结果可为青海黄土高寒区退耕还林小流域生态水文过程研究以及后续植被恢复提供数据与理论参考。     

岷江上游土壤侵蚀时空演变特征及其成因分析

为研究岷江上游流域土壤侵蚀动态变化情况,使用通用土壤流失方程(USLE)和统计学、空间分析等方法探讨了该区域2001—2017年土壤侵蚀时空演变特征及其成因。结果表明：(1)岷江上游流域土壤侵蚀主要发生在西部、西南部、东北部和东南部。(2)土壤侵蚀模数显著减小区域主要分布在流域西部和西南部,从地形、降水和土地利用看,主要分布于海拔2 500～5 000 m、坡度大于15°、年均降水量800～1 200 mm的区域和林地侵蚀区。土壤侵蚀显著增加区域主要分布在北部和东南部,其中以中山、亚高山区域和年均降水量400～800 mm的干旱河谷区域为主。(3)土壤侵蚀状况与海拔、坡度、年降水量和植被类型在空间上呈显著正相关关系(p<0.05),随着海拔、坡度、年降水量增加,土壤侵蚀现象越明显。(4)未利用地、草地和林地土壤侵蚀较明显,侵蚀占比(轻度及以上侵蚀面积占该类型的比例)分别为87.11%,39.75%和9.49%。(5)不同类型林地侵蚀占比由大到小为疏林地(15.04%)>针叶林(13.50%)>混交林(4.41%)>阔叶林(0.97%)。林地土壤侵蚀主要受降水和植...     

DEM空间尺度对可照时数模拟结果的影响 ——以浙江省仙居县为例

以浙江省仙居县为实验区,基于4种不同空间分辨率DEM提取相关地形因子,结合可照时数分布式模型,利用数字地形分析和空间数据叠置分析等方法,模拟1月和7月4种空间分辨率下的可照时数,并定量分析DEM尺度效应对模拟结果的影响。结果表明：（1）模拟结果的空间异质性随分辨率减小而减小,其平均值逐渐增加,且1月增幅大于7月,最大值随分辨率的变化不大,而最小值差异较大,标准差逐渐减小。（2）受海拔和地形遮蔽影响,平地和山脊处可照时数最多,海拔200-400m区间最少,400-1100m区域可照时数随海拔增加而增加。以10m分辨率结果为参照,30m、90m和900m分辨率下的差值随分辨率减小而增加,海拔<100m处差值最小,700-900m区域差值最大,1月日均多算0.7、1.4和2.9h,7月日均多算0.5、0.9和2.3h。（3）坡度0-55°范围内,可照时数随坡度增加而减少,30m、90m和900m分辨率与10m分辨率的差值随分辨率降低而增加,且最小差值均在<5°区域,最大差值在不同坡度等级,1月日均多算2.1、1.8和1.7h,而7月日均多算0.3、0.6和1.2h。（4）受太阳高度角和方位角影响,可照时数在南坡-北坡间的差异较大,东南-西南坡、东坡-西坡以及东北-西北坡之间差异较小,30m、90m和900m分辨率与10m分辨率的差值随分辨率降低而增加,在偏北坡,1月差值大于7月,最大差值在1月的北坡上,日均多算1.4、2.5和4.8h,在偏南坡上,1月差值小于7月,最大差值在7月的南坡或西南坡上,日均多算0.5、0.9和2.1h。     

樟子松林下土壤有机碳和全氮储量研究

本文通过调查分析我国最重要樟子松原产地—红花尔基的樟子松林下土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)及其机械组成，发现樟子松林下的土壤有机C和N含量与其机械组成呈显著相关，与粉粒含量相关系数高达0．7028和0．7209，与土壤容重呈现负相关，相关系数达0．5760和0．5937。樟子松林土壤平均C、N密度分别为19．5kg／m^2和1．8kg／m^2，比同地区的桦木林和农田土壤低。同时也发现，樟子松林土壤C、N含量与地形有关，一般阳坡高于阴坡，下坡高于上坡；天然樟子松林的土壤C、N密度随年龄先出现增长，到25年时达到最高值，30年以后有下降趋势，这与土壤质地的变化密切相关。在该地区，不同植物群落类型的土壤C、N含量的差异也主要受土壤质地变化的影响。