黄土高原山地采煤沉陷对土壤侵蚀的影响

为了测度山地井工采煤区地表沉陷引起的土壤侵蚀因子在空间和数量上的变化,该文以开采沉陷规律和模型为基础,运用数字地形分析、遥感影像融合等技术,揭示了黄土高原煤矿区山地开采沉陷引起的地表坡度、坡长、植被覆盖3大因子在空间上的改变量以及由此导致的土壤侵蚀变化量,并分析了土壤侵蚀的变化机制。研究结果表明:2001-2010年,研究区因开采沉陷导致地表平均坡度减少0.025°,平均坡长因子减少0.139;沉陷区内土壤侵蚀量不变、减小和增大的土地面积分别为3.083、3.412和4.707 km2,沉陷区外土壤侵蚀量减小和增大的土地面积分别为0.143和0.023 km2,土壤侵蚀总量减少78426.95 t,平均减小689.892t/(km2·a);开采沉陷导致坡长因子变化,对土壤侵蚀的影响波及到沉陷区以外的部分地区;山地开采沉陷对土壤侵蚀的影响与平地差异明显,不存在绝对的正向或负向影响,并且在沉陷区内外均可能为正向或负向,其结果与原地貌及沉陷幅度、区位密切相关;沉陷可能导致坡面下游区域的汇水面积和坡长因子变化。该研究结论为山地矿区土壤侵蚀区位、侵蚀量预测提供依据。     

基于GIS黄土高原土壤侵蚀因子的厘定

以ARC／INFO为平台,构建黄土高原自然侵蚀因素和人为侵蚀因子数据库,通过对研究区合理的网格单元划分,利用GIS空间分析功能,提取各网格单元自然社会侵蚀变量,经过数据的预处理,整合各单元侵蚀因子,建立侵蚀与侵蚀因子定量模型,提炼主导侵蚀因素,度量主要侵蚀因素对侵蚀的贡献。     

黄土高原典型流域土壤侵蚀对退耕还林土地利用变化的响应

黄土高原土壤侵蚀严重,为此中国从1999年起实施了大规模的退耕还林工程。为了分析退耕还林土地利用变化对土壤侵蚀的影响,该研究以黄土高原清水河流域为研究区域,将2000—2020年流域退耕还林工程的实施依据主要措施的不同划分为4个阶段,应用RUSLE（revised universal soil loss equation）模型分析土壤侵蚀强度的变化特征,采用情景模拟方法提出一个区分土地利用变化和降雨变化对土壤侵蚀影响程度的算法,判别土地利用变化对土壤侵蚀的影响程度,将土地利用变化分解为土地利用转换和改造2种形式,在剔除降雨变化影响的基础上分析土地利用变化对土壤侵蚀的影响过程。结果表明：1）2000、2005、2011、2014和2020年流域平均侵蚀模数分别为36.21、41.02、24.93、23.72和8.24 t/(hm²·a),土壤侵蚀强度明显下降;土地利用变化和降雨变化对土壤侵蚀的阶段平均影响程度分别为75.23%和24.77%,土地利用变化在流域土壤侵蚀的变化中起了主导作用。2）流域土地利用转换区侵蚀强度的变化直接受转换过程中地类类别变更及所实施主要相关措施差异的影响,改造区侵蚀强度的变化直接受改造过程中所实施主要相关措施的影响。剔除降雨变化的影响后：改造区的阶段平均起始侵蚀模数较转换区高43.47%,其水土流失综合治理的难度总体上大于转换区;转换区侵蚀模数的阶段平均下降量较改造区高50.80%,改造区侵蚀量的阶段合计减少量占流域阶段合计减少量的71.16%,土地利用转换在降低其实施地区土壤侵蚀强度方面发挥了重要作用,而土地利用改造因实施面积较大在减少流域土壤侵蚀总量方面发挥了重要作用。3）剔除降雨变化的影响后,草地侵蚀量的阶段合计变化量占流域阶段合计变化量的70.51%,且草地阶段合计变化量中改造区占67.41%,其变化特别是其改造对流域土壤侵蚀的影响最大。该研究在分析土地利用变化对土壤侵蚀的影响程度和过程方面作了一些尝试,研究结果可为黄土高原退耕还林成果巩固及高质量发展有效措施的制定提供科学依据。     

神府-东胜矿区侵蚀环境特征

在分析环境因了特点及其对土壤侵蚀的影响的基础上,将神府－东胜矿区侵蚀环境概括为不稳定性、脆弱性、多种侵蚀营力复合侵蚀和人类活动影响深刻四个方面,并进行了详细论述。     

基于GIS的黄土高原小流域土壤侵蚀定量评价

以小流域为单元进行土壤侵蚀量的定量评价研究,是探索土壤流失规律和评价流域治理效益的一个重要途径和内容。根据修正通用土壤流失方程（RUSLE）,在ArcGIS软件平台下,以QuickBird遥感影像作为主要数据源,计算了黄土高原南小河沟小流域土壤侵蚀量并定量分析了土壤侵蚀量与坡度和土地利用的关系。结果表明:南小河沟小流域年土壤侵蚀量88 504.2 t/a,平均土壤侵蚀模数为2 438.98 t/（km²·a）,属于轻度接近于中度侵蚀强度,土壤侵蚀得到有效控制。随着坡度的增大土壤侵蚀量明显增加,>25°区域产生全流域80%以上的土壤侵蚀量。不同植被类型的土壤侵蚀模数依次为:天然草地>未成林地>疏林地>灌木林地>人工草地>乔木林地。改善疏林地、未成林地和天然草地的结构,加强难利用地和荒坡地的治理,提高植被覆盖度,是降低土壤侵蚀量的主要途径。     

FLUS-CSLE模型预测黄土高原典型流域不同土地利用变化情景土壤侵蚀

流域土壤侵蚀预测对于了解未来土壤侵蚀发展趋势,制定未来水土保持治理策略具有重要意义。为了提出一种适用于黄土高原地区的易于评估未来不同土地利用管理策略的土壤侵蚀预测方法,该研究基于地形、降雨、土壤、遥感影像数据,完成韭园沟流域2010-2020年的土地利用空间分布解译,并计算历史时期（2010-2020）的土壤侵蚀模数,基于未来土地利用模拟（Future Land Use Simulation,FLUS）模型完成流域2025年土地利用分布状况预测,以此为基础获得未来植被覆盖措施因子和耕作措施因子,结合CSLE模型预测2025年自然发展、经济增长、生态保护3种不同土地利用变化情景下土壤侵蚀状况。结果表明：1）韭园沟流域土地利用类型主要为草地（面积占比62.23%）和林地（28.41%）,其次是耕地、建筑物和水体,在2010-2020年期间土地利用空间分布格局经历了较大变化,林、草地面积增加8.36%,耕地面积减少30.3%。2）流域2010、2015、2020年这3 a间土壤侵蚀模数平均值分别为19.49、15.83、20.7 t/(hm2·a),整体呈现先降低后增加的趋势,不同土地利用类型的土壤侵蚀模数由大到小为耕地（40.56 t/(hm2·a)）、草地（18.79 t/(hm2·a)）、建设用地（10.25 t/(hm2·a)）、林地（8.02 t/(hm2·a)）。3）在积极的生态保护情景下,2025年林、草地面积较自然发展情景基本持平但林地面积比例有所增加,较经济增长情景林、草地面积增加5.06%,耕地面积较自然发展情景增加1.20%,较经济增长情景减少14.73%。4）2025年流域自然发展、经济增长、生态保护情景下土壤侵蚀模数分别为24.3、22.9、18.3 t/(hm2·a)。采取积极的生态保护情景发展模式,建设用地面积适度扩张可以兼顾生态保护和经济发展的需要。该研究为流域未来的土地利用规划以及水土保持治理提供参考。     

基于GIS和RUSLE的黄土高原小流域土壤侵蚀评估

对基于上坡汇流面积的坡长因子算法进行改进,提出考虑上坡土地利用/覆盖对汇流影响的坡长因子算法,运用GIS和RUSLE评估黄土高原四面窑沟流域的土壤侵蚀强度及其与环境因素的关系。结果表明,流域多年平均侵蚀强度 4 399.79 t/(km2·a),属中度侵蚀;侵蚀强度和侵蚀量均随坡度增加而显著增加,80.59%的侵蚀量来源于占流域总面积59.06%的25°以上坡度带;不同坡向的侵蚀强度表现为正阳坡＞半阳坡＞半阴坡＞正阴坡,其中,占总面积45.07%的阳坡产生56.50%的侵蚀量;不同土地利用类型中,占总面积57.07%的草地产生96.37%的侵蚀量,成为目前流域内主要侵蚀产沙源。研究为应用修正通用土壤流失方程在黄土高原进行侵蚀评估提供技术范例,为该区侵蚀防治和水土资源利用提供有益参考。     

试论中国黄土高原土壤与环境

本文仅就黄土高原的土壤和古土壤与环境变迁的轨迹,也就是从黄土沉积和黄土层性质的特殊性入手来剖析一下土壤性征所能反映的生物气候信息,提供一鳞半爪的事实,以期对当前某些学术观点的对立,有所缓和.主要内容:(1)特殊的沉降方式形成特殊的成土母质;(2)特殊的成土母质进行着特殊的成壤过程;(3)特殊的成壤过程形成特殊的土被结构;(4)特别强调土壤形成过程中的生物反馈作用以及提出对有机物的积累和腐解、矿化等方面的新见解,并用事实验证了黄土高原土壤中粘粒胶膜的出现既不是粘粒淋淀又不是土体原位风化而纯系植物尤其草木植物根系的原地腐解、矿化为简单的矿质后再在有利的条件下,经过一定的时段形成新的粘土矿物.     

~(137)Cs示踪采煤沉陷坡土壤侵蚀及其对土壤养分的影响

为更好地理解矿区土壤退化机理,该文利用137Cs技术研究了焦作矿区具有15a沉陷历史的采煤沉陷坡土壤侵蚀特征及其对土壤养分的影响。沉陷坡137Cs含量从坡顶到下坡逐渐降低,及至坡脚急剧增大且表现出最高的值。基于137Cs本底(1 645 Bq/m2),沉陷坡坡顶至下坡表现为土壤侵蚀,而坡脚为土壤沉积。沉陷坡土壤侵蚀高达3.75 kg/(m2·a),属于中度侵蚀。沉陷坡土壤黏粒含量沿下坡方向增加,表明水蚀的分选性搬运。与对照区相比,沉陷坡侵蚀区土壤总有机碳(total organic carbon,TOC)、水溶性有机碳(water-soluble organic carbon,WSOC)、全氮、碱解氮、全磷、有效磷含量均出现了显著降低(P0.05);沉积区除WSOC显著降低(P0.05)外,其他养分含量变化不明显(P0.05)。在沉陷坡的侵蚀区,TOC与WSOC含量沿下坡方向逐渐减小,表现出与137Cs一致的分布格局;其他养分含量的坡面变化与137Cs分布不一致。相较于对照区,WSOC/TOC与碳氮比、碳磷比在沉陷坡侵蚀强烈的坡位分别出现了显著增大与降低(P0.05)。研究结果表明:1)焦作矿区自采煤沉陷坡形成以来发生了较严重的水蚀;2)侵蚀引起的土壤再分配影响沉陷坡土壤碳、氮、磷动态,其中,土壤再分配对土壤碳动态的影响最强;3)在土壤侵蚀作用下,采煤沉陷坡侵蚀强烈的坡位土壤有效态碳、氮、磷养分潜在的侵蚀风险大。采煤沉陷坡土壤侵蚀及其对土壤养分的不利影响应引起矿粮复合区土地整治的关注。     

黄土高原不同植被类型与降水因子对土壤侵蚀的影响研究

根据辛店沟1955年到1959年坡面径流小区的观测资料，分析了不同植被(高梁豇豆、苜蓿、草木樨)被覆度与降水(包括雨量(P)、雨强(I)以及PI乘积(PI30))与侵蚀速率的关系。结果表明土壤侵蚀速率随雨量，雨强及PI乘积的增加呈幂函数增加，但随被覆度的增加呈下降趋势。在PI30相同时，不同植被对土壤侵蚀速率的影响也不同。应用USLE(TheUniversalSoilLoessEquation)分别模拟了三种不同植被被覆度与降水因子对土壤侵蚀的关系方程和辛店沟全流域的水土流失方程；深入探讨了植被被覆度和降水对土壤侵蚀的作用规律。     

Assessment of soil erosion at large watershed scale using RUSLE and GIS: a case study in the Loess Plateau of China

Soil erosion is a serious problem in the Loess Plateau of China, and assessment of soil erosion at large watershed scale is urgently need. This study used RUSLE and GIS to assess soil loss in the Yanhe watershed. All factors used in the RUSLE were calculated for the watershed using local data. RUSLE‐factor maps were made. The mean values of the R‐factor, K‐factor, LS‐factor, C‐factor and P‐factor were 970 209 MJ km⁻² h⁻¹ a⁻¹, 0·0195 Mg h MJ⁻¹ mm⁻¹, 10·27, 0·33359 and 0·2135 respectively. The mean value of the annual average soil loss was found to be 14 458 Mg km⁻² per year, and the soil loss rate in most areas was between 5000 and 20 000 Mg km⁻² per year. There is more erosion in the centre and southeast than in the northwest of Yanhe watershed. Because of the limitations of the RUSLE and spatial heterogeneity, more work should be done on the RUSLE‐factor accuracy, scale effects, etc. Furthermore, it is necessary to apply some physical models in the future, to identify the transport and deposition processes of sediment at a large scale. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

Effects of land use on soil erosion and nitrogen loss in the hilly area of the Loess Plateau,China

This study examines the effects of land use and slope angle on runoff, soil loss and nitrogen loss from hillslopes of the Loess Plateau in China. Farmland, wasteland and four forest treatments (sea buckthorn+poplar, immature sea buckthorn, mature sea buckthorn, and immature Chinese pine) were the types of land use that were compared. The results showed that July was the critical period for runoff, soil loss and nitrogen loss from farmland. Farmland was the most susceptible land use. Sea buckthorn+poplar, immature sea buckthorn, and mature sea buckthorn limited the runoff, soil loss and nitrogen loss. Farmland on slopes over 15 degrees should be abandoned because of the high erosion rate and nitrogen loss. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

黄土高原土壤风蚀区甘草灌溉试验

为探讨黄土高原土壤风蚀区甘草生长需水的最适规律,在干旱条件下采用控制灌溉制度方法进行了非充分灌溉试验研究。在不同生育时期对株高、干物质量、叶面积指数（LAI）、叶片的净光合速率和蒸腾速率以及土壤含水率进行动态测定。结果显示,各处理的甘草随着生育期的变化生理性状差异显著,灌水定额在900 m3/hm2且灌4次水的甘草具有植株高、叶面积指数（LAI）大、光合作用强和生物量大等特征。研究成果对提高黄土高原土壤风蚀区植被覆盖度、土壤抗蚀能力的增强具有重要的意义。     

加速土壤侵蚀对养分流失的影响

Soil erosion and nutrient losses on newly-deforested lands in the Ziwuling Region on the Loess Plateau of China were monitored to quantitatively evaluate the effects of accelerated soil erosion, caused by deforestation, on organic matter, nitrogen and phosphorus losses. Eight natural runoff plots were established on the loessial hill slopes representing different erosion patterns of dominant erosion processes including sheet, rill and shallow gully （similar to ephemeral gully）. Sediment samples were collected after each erosive rainfall event. Results showed that soil nutrients losses increased with an increase of erosion intensity. Linear relations between the losses of organic matter, total N, NH4-N, and available P and erosion intensity were found. Nutrient content per unit amount of eroded sediment decreased from the sheet to the shallow gully erosion zones, whereas total nutrient loss increased. Compared with topsoil, nutrients in eroded sediment were enriched, especially available P and NH4-N. The intensity of soil nutrient losses was also closely related to soil erosion intensity and pattern with the most severe soil erosion and nutrient loss occurring in the shallow gully channels on loessial hill slopes. These research findings will help to improve the understanding of the relation between accelerated erosion process after deforestation and soil quality degradation and to design better eco-environmental rehabilitation schemes for the Loess Plateau.     

黄土高原生态功能区土壤保持功能及其价值

为深入了解土壤保持重要生态功能区土壤保持服务功能,该研究在RS、GIS技术的支持下,综合应用修正后的通用土壤流失方程、市场价值法、机会成本法和替代工程法,评估了陇东黄土高原丘陵沟壑重要生态功能区生态系统的土壤保持功能及其经济价值。结果显示,从1986到2006年陇东黄土高原丘陵沟壑重要生态功能区的土壤侵蚀量逐步增强,土壤保持量和土壤保持功能总价值明显降低;1986、1996、2006年土壤保持量分别为38956×104、37834×104、34359×104t,土壤保持功能总经济价值分别为230.26×108、223.63×108、203.09×108元。在土壤保持功能总价值中保持钾素的经济价值最高,占总价值的96.41%,保持土壤有机质的经济价值最低,仅占1.52%。该区土壤保持功能空间差异性明显,东部地区的土壤保持能力在15000t/km2·a以上的区域面积较多,北部和西南部地区在1000t/km2·a及以下的区域面积较多。研究结果将为该区生态系统土壤保持功能的保护与管理提供一定的理论支撑。     

黄土高原坡沟系统土壤侵蚀研究进展

坡沟系统是黄土高原重要的流域组成单元,是小流域侵蚀产沙的主要源地,又是控制水土流失、恢复与重建生态环境的基本治理单元,对其侵蚀现象与规律的探究,可为黄土高原地区土壤侵蚀治理措施的优化配置提供重要科学依据.对黄土高原坡沟系统的侵蚀方式、侵蚀形态的垂直分带性、坡沟系统侵蚀泥沙的来源、上方来水来沙对坡沟系统土壤侵蚀的影响、草被覆盖及其空间分布对坡沟系统侵蚀影响、淤地坝在坡沟系统土壤侵蚀研究中的应用等进行综述,指出在今后的研究中需要进一步开展侵蚀垂直分带结果和上方来水来沙对坡沟系统土壤侵蚀影响的定量分析,加强坡沟系统侵蚀泥沙来源、淤地坝对坡沟系统土壤侵蚀影响以及野外原状坡沟系统草被覆盖和空间分布对坡沟系统侵蚀影响的研究.     

黄土高原小流域不同坡地利用方式的水土流失特征

坡地是黄土高原水土流失的主要来源,坡地利用方式与水土流失的关系研究是黄土高原水土流失综合治理与植被恢复中的重要基础科学问题。在陕北神木县六道沟小流域内,选择谷子地、黑豆地、退耕撂荒地、荒草地和柠条地等5种利用方式修建标准径流小区,观测了产流产沙状况,分析比较其水土流失特征。结果表明：观测期内谷子、黑豆、退耕撂荒、荒草和柠条等5个小区的产流量分别为2.1、2.2 、1.5、1.2和0.9 m3,径流系数分别为4.1%、4.6%、2.9%、2.4%和1.9%,产流量大小顺序为黑豆＞谷子＞退耕撂荒＞荒草＞柠条,最大产流量为最小值的2.4倍。谷子、黑豆、退耕撂荒、荒草和柠条等5个小区的侵蚀产沙量分别为196.6、228.6、27.2、23.3和10.4 kg,其大小顺序为黑豆＞谷子＞退耕荒草＞天然荒草＞柠条,最大土壤流失量为最小值的22.0倍,表明草灌木等植被类型在保持水土的作用方面要明显高于坡耕地,为评价流域植被恢复的水土环境效应和水土流失治理模式选择提供了基础数据参考。     

Decoupling soil erosion and human activities on the Chinese Loess Plateau in the 20th century

Accelerated soil erosion is thought to couple with population growth, land exploitation and environmental degradation, leading to a major pressure on sustainable development of agro-ecosystem. However, implementation of wise policy and application of sound new techniques combined with traditional knowledge, may lead to less soil erosion or limited erosion under the tolerable value while intensive land use or exploitation is adopted for the population and economic growth. Such process of breaking the link between “environmental bads” and “economic goods” was termed as “decoupling”. In the present paper, decoupling process of soil erosion from human activities has been analyzed with the conception of decoupling indicators on the Chinese Loess Plateau. Before 1949, intensive soil erosion, as indicated by the high suspended sediment yield in the Yellow River, was induced by the wars within the nation and against the invasion of foreign countries. A distinct decoupling occurred after 1949, especially since the 1980s because of adoption of watershed-based comprehensive soil-water conservation measures. It implies that soil erosion could be decoupled from intensive land use exploration and the increasing population by a wise policy. And the decoupling indicator could be a sensitive indicator for agri-environment assessment.