无定河流域典型淤地坝水资源效应比较研究——以辛店沟、韭园沟和裴家峁为例

通过实地考察,应用无定河流域典型淤地坝土壤水分的实测记录和统计分析方法,对淤地坝的水资源效应进行了探讨。研究发现总体上淤地坝的土壤含水率韭园沟高于裴家峁沟高于辛店沟,支沟坝低于主沟坝,在一定的深度基本上会存在较明显的湿土层或干土层,土壤含水率在坝地中部变化比较平缓,在6m以内随着土层深度的增加,土壤水分含量基本上呈现增长趋势,在坝地中尾部某一深度会达到稳定状态。淤地坝蓄水减水效益非常明显,辛店沟、韭园沟和裴家峁流域坝系土体的总贮水量分别为5.14×104m3、63.67×104m3和15.21×104m3,蓄水效益分别为39.39%、20.94%和8.85%,减水效益分别为48.27%、44.06%和38.16%。辛店沟流域淤地坝约减少地表水资源9.87×104m3。三个流域所有淤地坝至少可以减少地表水资源88.75×104m3,对无定河径流量减少的贡献率为0.093%。淤地坝的这种土壤水分效应和蓄水减水效应是人为因素对水资源影响的一个重要表现。     

沙棘柔性坝影响下砒砂岩沟道土壤水分空间变异分析

根据典型砒砂岩区内蒙古鄂尔多斯准格尔旗境内植有沙棘柔性坝的东一支沟道与无任何植物的对比沟道的表层(0-30cm)土壤含水量数据,运用地统计学方法分析与探讨了沙棘对砒砂岩区小流域沟道土壤水分小尺度空间变异的影响。结果表明:沙棘可明显提高砒砂岩区小流域沟道土壤含水量;沙棘柔性坝沟道与对比沟道土壤含水量具有明显的空间变异特征,沙棘柔性坝沟道土壤含水量在1-6m变程内具有中等程度的空间自相关性,对比沟土壤含水量在1-5m变程内具有较高的空间自相关性;土壤含水量分数维值表明,沙棘柔性坝沟道土壤含水量的空间依赖性比对比沟的要弱些;沙棘对小尺度土壤水分空间分布格局及其异质性有显著影响。应当指出的是,虽然降雨是土壤含水量空间自相关与分布格局影响的主要因素,但干旱条件也不容忽视,在长时间地表蒸发及植物蒸腾作用下,沟床表层土壤含水量空间变异性会进一步加强,且在一定程度上会影响沟床表层短根系及一年生草本植物的生长与分布。     

黄土丘陵沟壑区不同土地类型的土壤水分特性

在黄土丘陵沟壑区燕沟流域,于2002～2006年定位监测不同类型土地不同坡位、坡向的土壤含水量,对土壤含水量的动态变化进行了系统分析.结果表明:不同土地类型的土壤含水量差异明显,坝地最高,平均19.83%,川台地次之,平均17.21%,梯田平均16.34%,坡地最低,平均15.04%,土壤含水量与年降雨量呈正相关,相关系数为0.68;土壤含水量月变化动态呈现"单谷"曲线,7月份最低;不同坡位的土壤含水量变化趋势为随坡位升高,土壤水分含量递减;不同坡向的土壤含水量变化趋势为阴坡>阳坡.     

不同土壤水分条件对内蒙古荒漠草原地表风蚀影响的风洞模拟研究

内蒙古荒漠草原由于地表植被覆盖度低,土壤颗粒分散,极易发生土壤风蚀现象。土壤水分能够增强土壤抗侵蚀能力,但其影响程度目前尚不明确。基于此,文中以内蒙古苏尼特右旗选择短花针茅(Stipa breviflora Griseb.)荒漠草原原状土为研究对象,根据研究区风季的风速数据及测定的土壤质量含水量情况,设置1.5%、2.5%、3.5%三个水分梯度与10、13、17m/s三个风速梯度,开展了不同土壤含水量条件下的土壤起动风速,不同土壤含水量及风速交互作用下的土壤风蚀率、风沙流垂直分布的风洞模拟试验,以探究土壤含水量、风速及其交互作用对土壤风蚀特征的影响。结果表明：1)土壤含水量的增加能够增大起动风速,从而提高土壤抗风蚀能力,土壤含水量对风蚀率的作用随着风速的增大逐渐减小。2)低风速下土壤含水量的增加显著降低土壤风沙流沙物质含量,随着风速的增加,近地表风蚀输沙量比例逐渐升高。3)含水量通过与风速的交互作用起到降低风蚀的作用,但影响程度较低,研究区土壤含水量条件下的风速影响阈值为13m/s,风速超过13m/s,土壤含水量对于风蚀率的影响不明显。因此,风速是研究区土壤风蚀的主导因素,但在一定的风...     

利用线源入流测量方法对土壤入渗影响因素的研究

土壤入渗过程是农田水分循环的重要组成部分,其准确测量对设计与管理灌溉系统、研究降雨产汇流过程等有重要意义。土壤入渗过程受土壤本身及地表情况等很多因素的影响。本文利用线源入流测量方法研究了土壤初始含水量与地表坡度对土壤入渗过程的影响。室内试验选用壤土,设计了3组初始含水量(风干土、8.22%和16.3%)和3组地表坡度(0°、5°和15°),观测得到较为准确的土壤初始入渗过程。试验结果发现:3组含水量中8.22%的处理土壤入渗性能最高,稳定入渗率为39.8 mm·h~(-1);土壤坡度对入渗过程的影响不大,3组坡度的土壤稳定入渗率分别为43.1、51.7 mm·h~(-1)和52.8 mm·h~(-1)。分析认为可能由于土壤太高或太低的含水量会导致水力梯度的降低或土壤团聚体的破坏而降低土壤入渗率。土壤初始含水量对入渗过程的影响还需在不同土壤类型进行试验而得到验证。     

宁夏河东沙区浅层风沙土土壤含水量季节变化及空间分布特征

为探讨宁夏河东沙区典型沙漠化治理区风沙土土壤含水量的变化规律,选取了研究区表层及30cm深度的风沙土,采用烘干法及TDR300对土壤含水量进行监测,研究结果显示:1)表层土壤含水量4月底、5月底、6月底平均值较高,7月底土壤含水量最低,8月底和9月底逐渐开始增加.30cm的土壤含水量平均值4月底、8月底及9月底较高,5-7月相对较低.10cm和30cm的土壤含水量均属中等变异,且前者变异系数大于后者.2)不同时间的表层土壤含水量及30cm深处的土壤含水量均表现出强烈的空间自相关.30cm的空间变异程度低于10cm的.而表层土壤含水量空间自相关性较强.3)不同时间的表层土壤含水量的空间分布明显不同.不同季节的30cm的土壤含水量空间异质性较相似,6月底、7月底、8月底和9月底空间分布图相似,4月底和5月底,研究区北部土壤含水量空间分布有差异,其它区域空间分布斑块也很相似.30cm处的土壤含水量空间分布基本表现为南部低地与西部坡中部土壤含水量较高,坡中部偏东区域及坡上部土壤含水量较低.     

黄土区坡沟系统容重、饱和导水率和土壤含水量变化分析

切沟是黄土高原侵蚀沟的重要类型之一,对流域水文、植被、地貌和生态等地表过程具有深刻影响。为明确土壤物理参数对切沟地形、坡位和深度的响应,在陕北黄土高原选择典型切沟,根据其走向设置沟道、沟缘及坡面3条样线,对40个样点按照10 cm深度间隔采集0~30 cm各土层原状土样,利用定水头法和烘干法对土壤容重、饱和导水率和土壤含水量进行测定并分析。结果表明:(1)地形对容重、饱和导水率和土壤含水量具有显著或极显著影响,3个参数随坡位自下而上均呈波浪式变化趋势;沟缘和坡面位置容重随坡位上升总体呈微弱减小趋势,沟缘表层坡下土壤含水量较其他坡位明显偏低;(2)沟缘和坡面位置不同土层深度饱和导水率及容重的大小变化规律与沟道恰好相反;(3)对于各土层深度而言,沟缘和坡面土壤含水量均与沟道内差异显著,且沟缘土壤含水量总是低于坡面。以上结果表明,切沟分布改变了土壤容重、饱和导水率和土壤含水量在坡面的空间格局,在黄土区坡沟系统内不同地形条件对相关土壤物理参数的影响不应忽视。     

沟覆盖材料对垄沟集雨种植土壤水分和玉米根系分布的影响

为寻求半干旱地区垄沟集雨环保沟覆盖材料,探究垄沟集雨种植增产机理,在半干旱黄土高原区通过大田试验,以传统平作为对照,研究不同沟覆盖方式(无覆盖、生物可降解地膜覆盖和秸秆覆盖)对土壤含水量、玉米根干重、根长、根表面积和根体积的影响。结果表明:垄沟集雨种植沟中的土壤含水量、玉米根干重、根长、根表面积和根体积明显大于垄中;与平作相比,无覆盖、生物可降解地膜覆盖和秸秆覆盖耕层沟中作物生育期平均土壤含水量分别增加6.9%、10.6%和9.3%,垄中平均土壤含水量分别降低13.8%、10.9%和5.6%;玉米总根干重(沟中+垄中)分别降低15.9%、6.1%和16.8%,总根长分别增加37.6%、43.7%和34.8%,总根表面积分别增加10.5%、33.6%和15.0%。无覆盖和秸秆覆盖玉米总根体积分别降低34.5%和16.3%,生物可降解地膜覆盖玉米总根体积增加13.2%。与传统平作相比,垄沟集雨种植增加土壤水分、玉米根长和根表面积,降低玉米根干重。在不同沟覆盖方式中,生物可降解地膜覆盖具有较高土壤含水量、根长、根表面积和根体积。     

古尔班通古特沙漠南缘浅层风沙土含水量空间变异

2008年5月,在古尔班通古特沙漠南缘梧桐沟区段设置200 m×50 m样地,均匀选取180个样点进行样方的植被、地形和地貌调查,并且采取表层(0～10 cm)和次表层(10～30 cm)土壤样品进行土壤含水量分析。借助地统计软件GS~+和ArcGIS地统计模块分析研究区土壤含水量在沙垄不同地貌条件下的空间变异规律。结果显示:两层土壤水分的半方差函数值拟合为指数模型;表层和次表层土壤水分的变程分别为37.8 m和21.3 m,偏基台值与基台值的比值[C/(C_0+C)]分别为75.1%和75.6%,说明两层土壤水分具有强烈的空间自相关性,也表明土壤水分的变异主要由结构性差异所引起,客观地反映了研究区土壤水分的空间格局特征。克里格插值图显示,土壤水分随地势的升高而增大,平均数分析表明,0～10 cm土壤含水量由高至低的变化趋势是:垄顶>迎风坡>背风坡>垄间地,而10～30 cm则为:迎风坡>垄顶>垄间地>背风坡。     

尕海4种湿地类型土壤水分特性研究

对尕海草本泥炭地、沼泽湿地、高山湿地和洪泛湿地的土壤含水量、容重、孔隙度、持水量及贮水量等物理性质进行了研究。研究结果表明：① 草本泥炭地、沼泽湿地、高山湿地和洪泛湿地土壤含水量分别为225.13%、159.46%、179.47%、111.78%;② 4种湿地类型土壤的容重随土层深度的增加而增加,在0～80 cm土层,草本泥炭地、沼泽湿地、高山湿地和洪泛湿地的土壤容重平均值分别为0.89 g/cm³、1.17 g/cm³、1.11 g/cm³、1.18 g/cm³;③ 4种湿地类型土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、饱和持水量、毛管持水量和贮水能力随土层深度增加而逐渐减小;④ 在草本泥炭地、沼泽湿地、高山湿地和洪泛湿地中,土壤的毛管持水量分别是土壤自身重量的2.50、1.51、1.00、1.78倍,饱和持水量分别是土壤自身重量的2.83、1.81、1.25、2.08倍;⑤ 4种不同湿地类型中,草本泥炭地的土壤较疏松、孔隙度大、通气性好、持水和蓄水能力强。     

黄土高原丘陵沟壑区淤地坝的减水减沙效益分析

根据皇甫川、窟野河、佳芦河、秃尾河、大理河五条支流共 4877座淤地坝的调查资料 ,分析了单坝、坝系减水减沙效益 ,暴雨毁坝增沙情况 ,以及与其影响因素之间的关系 ,可为黄土高原的淤地坝设计标准、坝系建设规划、流域效益评价、土地资源的合理利用提供依据     

沙棘"柔性坝"对沟底土壤有机质影响的现场试验

有机质是土壤肥力最重要的组分之一,是评价土壤质量和健康状况的重要指标。2006年试验测定了种植沙棘"柔性坝"的沟道内不同位置、不同深度的土壤有机质含量,同时与东一支沟左岸一条未种植沙棘的小支沟进行了对比分析。试验结果表明:坝内有机质的垂向分布不仅与土壤的发育过程和土层结构有直接联系,而且与土壤中的水分运移过程密不可分;种植沙棘"柔性坝"的沟道内土壤的有机质含量明显高于未种植沙棘"柔性坝"的对比沟道,而且在相同时期种植的沙棘"柔性坝"内不同取样点处的有机质含量总和相当接近;种植沙棘"柔性坝"的沟道内土壤异质性不显著,但与未种植沙棘的沟道相比,土壤的空间异质性较大,建议对这一问题应采用更大的空间尺度进行深入研究。     

延安碾庄沟流域梯田与坝地土壤水分对比分析

以延安碾庄沟小流域为研究对象,对该小流域内梯田地与坝地的土壤水分特征进行分析.结果表明,梯田地与坝地的土壤水分垂直分布有着相似的特点,梯田地和坝地土壤水分的垂直变化可以分为4个层次:土壤水分剧变层;土壤水分活跃层;土壤水分次活跃层;土壤水分相对稳定层.坝地的土壤含水量高于梯田地,且不同的作物类型可以引起土壤水分的变化,说明作物类型与土壤水分状况有一定的关系.     

Check dam extraction from remote sensing images using deep learning and geospatial analysis: A case study in the Yanhe River Basin of the Loess Plateau,China

Check dams are widely used on the Loess Plateau in China to control soil and water losses, develop agricultural land, and improve watershed ecology. Detailed information on the number and spatial distribution of check dams is critical for quantitatively evaluating hydrological and ecological effects and planning the construction of new dams. Thus, this study developed a check dam detection framework for broad areas from high-resolution remote sensing images using an ensemble approach of deep learning and geospatial analysis. First, we made a sample dataset of check dams using GaoFen-2 (GF-2) and Google Earth images. Next, we evaluated five popular deep-learning-based object detectors, including Faster R-CNN, You Only Look Once (version 3) (YOLOv3), Cascade R-CNN, YOLOX, and VarifocalNet (VFNet), to identify the best one for check dam detection. Finally, we analyzed the location characteristics of the check dams and used geographical constraints to optimize the detection results. Precision, recall, average precision at intersection over union (IoU) threshold of 0.50 (AP₅₀), IoU threshold of 0.75 (AP₇₅), and average value for 10 IoU thresholds ranging from 0.50-0.95 with a 0.05 step (AP_50-95), and inference time were used to evaluate model performance. All the five deep learning networks could identify check dams quickly and accurately, with AP_50-95, AP₅₀, and AP₇₅ values higher than 60.0%, 90.0%, and 70.0%, respectively, except for YOLOv3. The VFNet had the best performance, followed by YOLOX. The proposed framework was tested in the Yanhe River Basin and yielded promising results, with a recall rate of 87.0% for 521 check dams. Furthermore, the geographic analysis deleted about 50% of the false detection boxes, increasing the identification accuracy of check dams from 78.6% to 87.6%. Simultaneously, this framework recognized 568 recently constructed check dams and small check dams not recorded in the known check dam survey datasets. The extraction results will support efficient watershed management and guide future studies on soil erosion in the Loess Plateau.     

西安临潼人工林土壤干化与恢复研究

通过野外调查和室内测定,本文研究了西安临潼人工林下0-6m土壤含水量和土壤干层的变化。结果表明,临潼14龄杨树林和16龄梧桐树林下150-350cm之间土层的含水量分别为8.7%和9.0%。按土壤干层划分标准(含水量<10%),这已属于发育弱的土壤干层,说明西安地区人工林下有土壤干层存在。而在丰水年中,杨树林和梧桐树林下原有的土壤干层带水分含量增加到21.6%和21.7%,土壤干层消失,说明在降水量增加的条件下,西安地区发育弱的土壤干层可以得到恢复,人工林能够正常生长。由此推断,西安及其降水量与其类似的其他地区可以种植一些高大乔木或果树经济林。在土壤干层发育严重的黄土高原北部地区不适于广泛造林,可以优先考虑发展疏林和森林草原植被。     

晋西黄土区不同土地利用类型降雨-径流关系的研究

本文以北京林业大学山西吉县科研试验场蔡家川流域为研究对象,采用对比分析法,对降雨—径流关系进行了研究。分析得出在蔡家川流域雨强是影响地表径流的主要因素;由于整地等人工措施的影响,人工林水土保持效果好;对于农地、半牧半农等人为活动频繁的小流域,弱雨强时径流系数极小,大雨强时径流系数相对较大,尤其是半农半牧流域,水土流失严重;当雨量>20mm时,无林流域初损历时小于森林流域,小尺度流域的初损历时小于大尺度流域。     

土壤温度和水分对不同类型沙丘土壤呼吸的影响

通过实验室土壤培养试验,测定了不同土壤温度(8,18,28,38℃)和含水量对科尔沁退化沙质草地不同生境(流动沙丘,半固定沙丘和固定沙丘)土壤呼吸的影响。结果表明,在8~38℃范围内,土壤呼吸速率与温度呈正相关。在含水量为田间持水量(WFC)的5%~65%范围内,3种类型的土壤呼吸速率随含水量的增加而升高,当超过该范围时,流动沙丘的土壤呼吸速率仍呈上升趋势,而38℃培养条件下的半固定沙丘和18~38℃下的固定沙丘的土壤呼吸速率呈下降趋势。土壤温度和水分对土壤呼吸作用存在明显的交互效应,不同类型沙化土壤呼吸作用强弱存在显著差异。温度系数Q10值随含水量的变化为:流动沙丘1.90~2.15,半固定沙丘1.80~2.13,固定沙丘1.82~2.16。     

沙区旱作农田作物垄沟种植下土壤水分动态观测——太仆寺旗油菜种植试验结果

在沙区旱作农田设计了4种种植油菜的垄沟种植试验,观测了其与传统平作下的土壤重量含水率。野外对比观测表明:在油菜生长季内,垄沟种植下土壤的水分含量高于传统平作,尤其在地表0~30cm的耕作层;土壤水分在生长季内呈“双峰双谷”型波动特征,可分为“墒情恢复期———缓慢耗墒期———墒情恢复期———迅速耗墒期———墒情恢复期”五个阶段,迅速耗墒期与油菜的旺盛生长期一致,而该时段垄沟种植下土壤重量含水率较高;在同一深度土层,垄沟种植下土壤水分的变异系数小于传统平作,土壤水分季节速变层和活跃层厚度小,稳定层靠近地表,土壤干湿波动较小。该试验研究可以为调整沙区旱地耕作方式,优化土地利用结构及风蚀防治提供参考。