黄土丘陵沟壑区坡耕地与草地不同配置方式的侵蚀产沙特征

基于黄土丘陵沟壑区安塞实验站小区实验研究,以4种土地利用组合方式,包括全谷子（a）、2／3谷子-1／3柳枝稷（ab）、2／3谷子-1／3撂荒地（ac）、2／3谷子-1／3苜蓿（ad）,探讨坡耕地与草地不同配置方式的侵蚀产沙特征。结果表明：1）产沙量主要集中在降雨比较集中的7、8月份,高降雨量和高降雨强度是影响产沙量的主要因素;2）组合方式ab、ae、ad与a相比,具有不同程度的减沙效应,其中ac的减沙效应最好;3）随着坡度从100、200变化到25°,各土地利用组合方式的产沙量并不是逐渐增大,而是呈现先增大后减少的趋势,但250坡的产沙量依然大于10°坡的产沙量。研究结果可以为土地利用对水土流失的影响评价提供参考。     

黄土丘陵沟壑区不同土地利用方式的土壤水分效应

采用定位监测法,对黄土丘陵沟壑区的延安燕沟不同土地利用方式下土壤水分动态变化规律进行了系统分析。结果表明,在2002年降雨前期较多后期较少的情况下,土壤水分4—10月间呈现总体下降趋势,降雨对土壤水分的补偿效应明显不足;不同植被下土壤水分季节变化存在明显差异,苹果园和退耕坡地土壤水分衰减幅度小,林灌草地则水分逐渐减小,变化幅度较大;植被对土壤水分的差异性利用使得土壤平均水分含量以及水分剖面分层均存在差异。各层土壤水分变异系数的垂直变化也因植被类型的不同而存在差异。除浅层0—10 cm外,不同层次土壤水分变化趋势较缓和,较一致。土壤含水量逐月下降,个别月份水分略有升高,说明降雨对土壤水分的补偿作用在该降雨年型下表现微弱。     

黄土丘陵沟壑区小流域水蚀预报模型构建

根据黄土丘陵沟壑区侵蚀产沙垂直分带性规律,提出小流域土壤侵蚀方式发生部位界定方法。基于黄土丘陵沟壑区侵蚀环境特点,设计了GIS支持下的小流域分布式水蚀预报模型结构,模型考虑的侵蚀过程包括雨滴击溅侵蚀、片蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀、切沟侵蚀以及沟道侵蚀。同时。提出模型各模块的计算方法,根据动态物质平衡原理。完成了流域侵蚀产沙过程演算。     

黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀产沙的地貌分带研究

根据黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律,将晋西羊道沟小流域划分为坡面、沟坡和沟道3个大的地貌单元;并在坡面、沟坡和沟道不同的地貌部位建立了相应的侵蚀产沙关系式;在GIS空间分析的基础上,计算出流域的汇流网络,并引入到地貌分带研究中,计算结果反映了小流域不同地貌单元的侵蚀产沙规律,揭示了水沙汇流在小流域产沙中的重要意义.     

黄土丘陵沟壑区土地压力及土地利用模式变化

当前人类社会发展给土地资源带来了巨大的压力,建立合理的土地利用模式是缓解土地压力实现区域可持续发展战略的关键,该文以上黄试区为例,针对试区社会、经济和生态可持续发展的用地需求,从粮食生产、经济发展和生态保护三方面构建了土地压力指数定量评价方法,根据不同时期土地利用及社会经济调查数据,分析了上黄试区不同时期土地压力指数和土地利用模式变化过程,结果表明:1982年,上黄试区土地压力指数达到0.738,为重度压力等级,1982-2000年,土地压力大大缓解,2000年土地压力指数降至0.247,为轻度压力等级,2001-2010年,土地压力指数继续下降,达到0.164。在整个研究期间,土地利用模式与土地压力相互作用,不同时期其作用的表现形式存在着明显差异。治理前,由于人口数量的快速增长,土地资源面临巨大的压力,土地利用模式粗放,农业生产力水平较低,土地压力与土地利用模式变化的特点主要表现为人口增长与生产力发展水平极不平衡,资源环境的利用与保护出现了严重的失调,人地矛盾突出;1982-2010年,虽然人口有一定的增长,土地资源面临更大的压力形势,但在科技因素和政策因素的引导和干预条件下,农业生产力水平得到了较大的提升,土地利用模式从粗放向集约转变,实现了粮食增产、经济增收,生态建设也取得了较大的成果,土地资源可持续利用水平不断提高。从土地压力和土地利用模式相互演变的关系来看,人口增长是土地压力的主要来源,而土地生产力水平是缓解土地压力的关键。     

黄土丘陵沟壑区小流域土壤侵蚀及其预报模型研究

在小流域内建立人工径流试验小区和自然坡面径流试验小区,观测天然降雨条件下的土壤侵蚀现象、土壤侵蚀量和小流域出口治沟骨干工程的淤积量,并对小流域土壤侵蚀进行了分类。在特别界定小流域"坡面侵蚀"、"沟道侵蚀"和沟道"重力侵蚀"词语含义的基础上,建立起坡面侵蚀模数和沟道侵蚀模数的预报模型。该侵蚀预报模型具有较高的精度,适用于年降雨量为430mm左右的黄土丘陵沟壑区。     

黄土丘陵沟壑区不同退耕类型径流、侵蚀效应及其时间变化特征

在自然降水条件下,连续14年对半干旱黄土丘陵沟壑区坡耕地及其4种退耕类型径流、侵蚀进行观测实验。结果表明:坡耕地退耕显著减少地表径流和土壤侵蚀,退耕类型之间径流量和侵蚀量存在显著差异,其大小次序为:农耕坡地>牧草地>乔木林地>自然草地>灌木林地。地表径流和侵蚀具有明显的季节分布特征,减流、减沙效应主要发生于7月和8月。牧草地累积减流、减沙效应随年度增加逐步下降,乔木林地的累积减流效应逐渐下降而减沙效应则逐步增加,灌木林地累积减流、减沙效应持续提高,自然草地则为先增长后降低的过程。14年观测结果表明:累积减流、减沙效应次序为:灌木林地>自然草地>乔木林地>牧草地。牧草地和乔木林地在短期具有较好的减流、减沙效应,而灌木林地和自然草地具有较好稳定持久的水土保持功能。     

黄土丘陵沟壑区坡向对产流产沙影响的研究

坡向是坡面产流产沙的重要影响因素。以黄土高原岔巴沟流域新庄径流试验场阴坡和阳坡2个径流小区为研究对象,根据发生在阳坡农地和阴坡荒坡地上的11场降雨事件,对阳坡和阴坡上的产流产沙状况进行了对比分析。结果表明:2个径流小区的产流产沙差异显著。阳坡农地由于太阳辐射量和温度高于阴坡,土壤含水量较低,同时表层土壤扰动较阴坡荒坡地大,土壤孔隙度高,使其产流能力小于阴坡;阳坡土质疏松,沙量来源充沛,径流含沙量和侵蚀模数大于阴坡的概率分别在88%和85%以上。降雨强度对阴坡、阳坡产流产沙差异的影响显著,阴坡和阳坡的产流产沙均在0.05的概率水平上受平均降雨强度的显著影响,表现出平均降雨强度越大阴坡、阳坡产流产沙差异越明显的特征,而降雨量对阴坡、阳坡产流产沙差异的影响并不明显,这是黄土高原超渗产流的特征之一。     

基于影像融合的陕北黄土丘陵沟壑区土地利用自动分类

 采用1种遥感影像和单纯的监督分类方法,在黄土丘陵沟壑地区的土地利用调查中,难以获得高精度的土地利用数据。为解决此问题,以陕北无定河流域为研究区,以主成分变换的方法,对多源遥感影像(TM多光谱数据和SPOT全色波段数据)进行融合处理;同时,在分类中,采用监督分类与非监督分类相结合的混合分类法,改进训练样本选取方法,先以非监督分类获得初始训练样本,在对样本进行删除、增补、合并等调整的基础上,再进行监督分类。2种方法的结合使用,使土地利用信息自动提取的精度明显提高。与仅以TM影像为信息源,采用单纯监督分类法的分类结果对比可知:土地利用各类别的提取精度都有不同程度的提高,分类总精度从82.0%提高到89.2%;水体、水田和城镇用地等面积较小类别的精度,提高了10%以上;坡耕地与林草地的混分现象明显减少,精度均提高了5%以上,取得了良好的分类效果。研究结果为陕北黄土丘陵沟壑区土地利用变化动态监测,提供了重要的技术支持和借鉴。     

黄土丘陵沟壑区第一副区山坡地土壤侵蚀特征及其对土地生产力影响研究

分析了黄土丘陵沟壑区第一副区山坡地土壤侵蚀的特征及土壤侵蚀对土地生产力的影响。分析结果表明：该区土壤侵蚀类型多样,侵蚀模数高;土壤侵蚀对土地生产力的影响主要表面为破坏土地质量,降低农作物产量。提高本区土地生产力的有效途径为加强水土保持综合治理及增加对土地的物质与技术投入。     

黄土高原沟壑丘陵区沟道侵蚀与洞穴侵蚀特征

[目的]通过对黄土高原沟壑丘陵区内的沟道侵蚀和洞穴侵蚀进行特征分析,为该地区开展水土保持工作提供数据支持和决策依据。[方法]以王家沟流域为研究对象,通过资料收集、卫星影像识别和现场调查等方法对流域内沟道侵蚀和洞穴侵蚀状况进行分析。[结果](1)流域内共分布718条沟道和948个洞穴。(2)根据空间位置和地形特点将所有沟道分为冲沟、切沟、干沟、河沟。这4类沟道由于受土壤岩性组成、坡度及人为活动等因素影响,空间分布存在巨大差异。(3)43%的洞穴分布在冲沟中,51%分布在切沟中,6%分布在干沟中。河沟中没有洞穴存在。冲沟和切沟是洞穴形成和发育的主要区域。(4)洞穴沟道的沟长、面积、切深、产流及产沙量都明显大于非洞穴沟道。[结论]在黄土高原丘陵沟壑区,洞穴侵蚀是土壤侵蚀的重要组成部分,并对沟道的发育和扩展起着至关重要的作用。     

黄土丘陵区植被类型和降雨对坡面侵蚀产沙的影响

基于定西市安家沟流域2014―2016年连续3年侵蚀性降雨产流产沙资料,研究了植被类型和降雨对坡面侵蚀产沙的影响。结果表明,侵蚀性降雨可分为3类:A雨型(短历时、中高雨强)、B雨型(中雨量、小雨强)和C雨型(大雨量、小雨强),产流产沙频次为B雨型C雨型A雨型。径流系数油松林(6.915%～9.379%)、小麦地(5.838%～9.034%)和苜蓿地(6.610%～9.671%)分别是冰草地(2.724%～5.246%)的1.7～2.5倍,是沙棘林(2.296%～3.863%)的2～3倍。A雨型的径流系数大于B雨型和C雨型,B雨型和C雨型是产流的主要降雨类型。年均土壤流失量为小麦地(1.478～3.478 t/hm~2)苜蓿地(0.558～2.079 t/hm~2)油松林(0.459～0.887 t/hm~2)冰草地(0.097～0.253 t/hm~2)沙棘林(0.012～0.038 t/hm~2)。小麦地的土壤流失量分别是油松林的3～5倍,是冰草地的14倍,在坡度10°,15°,20°年均土壤流失量分别是沙棘林的123,130,92倍。C雨型对油松林产沙量的贡献率最大,B雨型次之,A雨型最小。A雨型对沙棘林产沙量的贡献率高达79%～86%,高强度、短历时降雨是沙棘林产沙的主要雨型。A雨型对小麦地和苜蓿地产沙量贡献率随着坡度的增大而增大,在坡度20°中、高雨强是小麦地和苜蓿地产沙量增加的主要雨型。小麦地、苜蓿地、油松林、冰草地的径流深与土壤流失量之间呈极显著线性正相关关系(P0.01),土壤流失量的增速为小麦地苜蓿地油松林冰草地,随着坡度的增大产沙速度加快。研究结果可为坡面侵蚀预报模型的建立提供重要的理论依据,同时对科学指导坡面水土保持措施配置有重要的实践意义。     

黄土丘陵区不同土地利用方式降雨产流试验研究

在延安燕沟试验区建立草地、刈割草地、翻耕草地、灌木地、刈割灌木地、翻耕灌木地径流小区,通过对30场人工模拟降雨产流试验中产流历时、径流强度、径流深、入渗率数据的分析,得出草灌地产流历时远大于翻耕地和刈割地。翻耕灌木地径流强度及波动幅度最大,为翻耕草地的1.5倍、草地的3.4倍、灌木地的15.7倍。在各次降雨过程中,草地平均径流深、入渗率分别为17.1 mm和75%,刈割草地为25.3 mm和62%,翻耕草地为38.4 mm和35.6%,灌木地为3.2 mm和97%,刈割灌木地为5.6 mm和92%,翻耕灌木地为46 mm和35%。研究结果表明,植被能有效地拦蓄径流,而对草灌地的破坏可引发黄土丘陵区严重的水土流失。     

地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀速率的影响

[目的] 分析地形和土地利用对坝控小流域侵蚀速率的影响,为黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀治理和水土保持措施的制定提供理论依据。[方法] 基于无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)摄影测量技术获取流域高分辨率数字高程模型(digital elevation model,DEM)和影像数据并准确提取流域的地形因子和土地利用要素,采用偏最小二乘回归方法确定坝控小流域地形和土地利用对土壤侵蚀速率的影响及其相对重要性。[结果] 坝控小流域侵蚀速率变化范围为2 869～14 191 t/(km²·a),平均侵蚀速率为9 984 t/(km²·a);坝控小流域的地形和土地利用因子存在一定差异,LS因子与L因子、连通性指数(IC)与地形湿度指数(TWI)、流域面积(A)与流域长度(BL)和形状因子(Ff)之间存在显著相关性(p＜0.01);侵蚀速率偏最小二乘回归模型中最大VIP值为坡长因子(VIP=1.66;RCs=0.30),其次是地形湿度指数(VIP=1.62;RCs=0.25)、坡度坡长因子(VIP=1.43;RCs=0.27)、连通性指数(VIP=1.39;RCs=-0.19)、农地面积占比(VIP=1.03;RCs=0.10)和草地面积占比(VIP=1.03;RCs=-0.10)。[结论] 各坝控小流域侵蚀速率存在显著差异,坡长因子、坡度坡长因子、地形湿度指数、连通性指数、农地面积比例和草地面积比例是影响流域侵蚀速率的重要影响因子,且VIP值都大于1。     

茵陈蒿群落分布格局对坡面产流产沙的影响

植被分布格局对其水土保持功能有重要影响。植被斑块与裸地斑块的不同组合配置对调控坡面径流侵蚀的作用不同。本文通过野外人工模拟降雨,对黄土丘陵区演替初期茵陈蒿(Artemisia capillaries)群落不同格局下的侵蚀产沙特征进行了定量分析研究。结果表明:在2.43mm/min雨强下,盖度相同组合不同,分布均匀的小斑块格局(B)比大斑块格局(C)的减流量高,但减沙效益降低。与裸地小区相比,格局B、C减流效益分别为14.7%、9.5%,减沙效益分别为36.14%和63.86%。坡面累计产流量随降雨历时逐渐增加,且二者呈线性相关。累计产沙量随降雨历时先增后减,表现为二次函数关系。累计产沙量与累计产流量之间也为二次函数,即随着径流量的增加,累计产沙量先增加后减少。     

黄土丘陵沟壑区不同草本植物生长期植物纤维毯对沟道边坡产流产沙的影响

为探究植物纤维毯在黄土丘陵沟壑区的适用性以及不同植物生长期植物纤维毯的水土保持效益,以内蒙古呼和浩特市清水河县为研究区,采用野外人工模拟降雨试验方法,对植物生长期为58,81,132天的直播草本边坡和植物纤维毯边坡径流产沙进行模拟试验。结果表明:(1)植物纤维毯护坡措施可显著延长边坡产流时间,并且产流时间随着植物生长期的增加而增加。在植物生长期为58,81,132天时,植物纤维毯边坡产流时间分别为86,110,243 s,明显大于裸坡(50,70,111 s)和直播草本边坡(73,83,123 s)。(2)随着植物生长期的增加,植物纤维毯边坡径流量从13 125 mL降至5 478 mL,产沙量从73 g降至22 g;直播草本边坡径流量从25 573 mL降至14 340 mL,产沙量从201 g降至82 g。(3)植物纤维毯护坡措施减流效益为55%～78%,减沙效益为71%～89%。(4)坡面植被高度、盖度是植被生长状况中影响径流产沙的主要因子,径流量、产沙量与植被高度和盖度呈多元线性函数关系。植物纤维毯能够有效降低黄土丘陵沟壑区沟道边坡土壤侵蚀,减少产流。     

黄土丘陵沟壑区中大流域侵蚀产沙模型与尺度转换研究

由于侵蚀产沙因子时间和空间上的变异性,中大流域的侵蚀产沙过程模拟相对于小流域更为复杂化,目前已存在的物理模型和经验模型均难以很好地运用在中大流域。分析了中大流域的侵蚀产沙特点及已有的模型,认为尺度转换技术是实现大中流域侵蚀产沙模拟研究重要的途径,并对尺度转换的方法进行了探讨。     

黄土丘陵沟壑区典型草被产流产沙特征及其影响因素

退耕还林还草是黄土高原水土流失重要治理措施之一。为探讨自然降雨条件下,不同种类草被种植对坡面产流产沙特征的影响,采用定位观测方法,基于罗玉沟水土保持监测站6种不同草被(小冠花、红豆草、沙打旺、紫花苜蓿、红三叶、鹰咀紫云英)覆盖坡面的野外观测数据,分析了不同降雨条件下各草被覆盖径流小区的产流产沙规律。结果表明：(1)各场次降雨中,小冠花覆盖下的坡面产流量及产沙量均较大,沙打旺和鹰咀紫云英覆盖坡面均较小;(2)除沙打旺和鹰咀紫云英以外的草被覆盖小区产流产沙量均与降雨量和最大降雨强度呈显著或极显著关系;(3)侵蚀性降水依据降雨量、降雨历时和最大降雨强度分为3种类型：Ⅰ雨型(降雨量大、降雨历时长、最大雨强大)、Ⅱ雨型(降雨量、降雨历时、最大雨强均居中)、Ⅲ雨型(降雨量较小、降雨历时短、最大雨强小)。6种草被在不同雨型下产流产沙特性不同,沙打旺和鹰咀紫云英覆盖坡面在不同雨型下产流量及产沙量均较少,小冠花覆盖坡面在不同雨型下产流量及产沙量均较大。综上,不同草被覆盖下的坡面产流产沙规律不尽相同,对不同降雨特征的响应程度也存在差异,小冠花覆盖小区的抗侵蚀能力较差;沙打旺和鹰咀紫云英覆盖小区的抗侵蚀能力...