黄土高原水蚀风蚀交错带植被覆盖度动态变化

以GIMMS（global inventory modeling and mapping studies）归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）为数据源,采用像元二分模型,提取1982-2006年黄土高原水蚀风蚀交错带不同时段（1982-1989年、1990-1999年、2000-2006年）的植被覆盖度,并运用转移矩阵模型,定量分析水蚀风蚀交错带植被覆盖变化情况。结果显示：研究区植被覆盖度整体呈增加趋势,时段间先增加后减少;从植被空间分布来看,中低植被覆盖度所占比重最大,其次为低植被覆盖和中植被覆盖类型,高植被覆盖度类型所占比例最小。总体来说,从时段1（1982-1989年）到时段3（2000-2006年）研究区植被是良性发展的,虽然局部环境有一定恶化,但整体环境仍呈改善趋势。分析发现,低覆盖度植被类型重心向西南方向移动,而中高覆盖度类型和高覆盖度类型重心向东移动,反映了黄土高原西南地区宁夏、甘肃中部受降雨减少和城市化等因素的影响,在近25 a植被受到了一定破坏,而中东部吴旗、志丹、安塞、延安等地及毛乌素沙地东胜附近近年来进行的退耕还林等一系列生态建设,产生了较好的效益。     

黄土高原水蚀风蚀交错带不同土地利用方式坡面土壤水分特性研究

为分析不同土地利用方式下坡面土壤水分特性的差异和规律,对黄土高原水蚀风蚀交错带典型坡面上农地、林地和草地的土壤水分特性进行了分析.结果表明:(1) 苜蓿地土壤的持水能力和供水能力最强,其次是杏树林和长芒草地,谷子地最差;(2) 通过土壤水分有效性分析发现,水蚀风蚀交错带田间持水量相当于-0.2×105 Pa土壤基质势时的土壤含水量,永久凋萎点则低于-2.0×106 Pa土壤基质势对应的土壤含水量;(3) 苜蓿地有效水含量最高,谷子地有效水含量最低,而且苜蓿地土壤有效水含量的提高主要是提高了迟效水部分;(4) 对不同土地利用方式下的土壤比水容量变化曲线研究表明,土壤比水容量在田间持水量附近随土壤含水量的降低减小的很快,而当土壤水分降低到田间持水量的50%～60%以下时,土壤比水容量基本不变.     

黄土高原水蚀风蚀交错带降水及灌木林冠截留特性研究

黄土高原土壤侵蚀最强烈地区出现于年降水量为400mm左右的水蚀风蚀交错带,沙柳、柠条等灌木是该地区主要的造林树种,在防风固沙、水土保持等方面起着重要的作用。本研究采用在林内外随机放置自制雨量筒测量林内降雨量和林外降雨量的方法研究了雨季灌木林降水及林冠截留特性,得出如下结论:(1)沙柳、柠条林内降水与林外降水呈线性正相关,相关系数分别为0.9985、0.9996;(2)沙柳、柠条林冠截留量与林外降水量呈幂函数关系,相关系数分别为0.8843、0.9187。总体而言,林冠截留率随着林外降水量的增加而减小,相关关系不明显;(3)7、8月份沙柳、柠条林冠截留率小于9月份林冠截留率,且沙柳林冠截留率小于柠条,9月份沙柳林冠截留率大于柠条。     

宁夏盐池沙地不同密度人工柠条林土壤水分时空变化分析

对宁夏盐池退化沙地不同密度的人工柠条林地的土壤水分时空特征进行分析。结果表明:1)林下土壤体积含水量随着深度的增加呈先增大后降低的趋势,在垂直剖面上可分为土壤水分速变层(0-20cm)、活跃层(20-80cm)、相对稳定层(80-100cm);2)土壤水分季节动态变化可划分为:积累期(4-5月);消耗期(6-9月);稳定期(10月至次年4月)3个时期;3)土壤体积含水量随人工林密度增加呈下降趋势,2490丛/hm2和1665丛/hm2可作为该区人工柠条林调控密度的参考依据。     

黄土高原坡面刺槐林土壤水分生态位特征分析

通过定位观测并引入土壤水分生态位适宜度,以刺槐林根系分布作为土壤水分生态位权重,对黄土高原刺槐林不同地理位置、不同坡向和不同时期土壤水分生态位进行了分析.结果表明:由南向北,土壤水分生态位递减,淳化刺槐林土壤水分生态位为97.5%,可满足刺槐生长,米脂刺槐林土壤水分生态位为53.2%,林木生长较大受水分的限制;在不同坡向间刺槐林土壤水分生态位表现为阴坡最高,阳坡最低,在生长季节,刺槐的生长受土壤水分的制约,半阴坡和半阳坡介于二者之间;在年内,春旱及春末旱,导致土壤储水量减少,7月初土壤水分生态位降到最低.随着林龄和林木密度的增加,土壤水分生态位降低,保持适当的林分密度,可实现林木的正常生长.     

北方农牧交错带干旱区保护性耕作对土壤水分的影响研究

为了揭示农牧交错地区不同农田耕作方式对其水分环境的影响过程及规律,选择翻耕地和免耕地两种土地耕作类型,分析不同耕作方式下土壤水分的时空变化情况。结果表明:①在作物生长的整个生育期内土壤水分含量有随降雨量周期变化的趋势,无论是何种耕作方式,除生育期降雨外,播前底墒也是土壤供水的重要组成部分;②土壤贮水能力免耕地大于翻耕地;0~80 cm土壤水分的空间剖面自上而下分为两个层次:表层失水层(0~30cm)和中层贮水层(30~80 cm)。③用SPSS统计软件进一步对土壤水分与土层深度的关系进行拟合,结果表明土壤水分与土层深度的关系具有极强的相关性,其关系方程为拟和三次抛物线型。     

黄土高原水蚀荒漠化发生特点及其防治模式

黄土高原是我国水土流失最严重的地区 ,强烈的水土流失直接导致了土地质量下降和荒漠化景观的出现。研究表明 ,目前有轻度以上水蚀荒漠化土地 2 .71× 10 5km2 ,占总面积的 4 2 .89% ,其中严重水蚀荒漠化占 11.0 2 % ,水蚀荒漠化越来越严重。通过对其成因和产生机制的探讨 ,对典型区域提出针对性的防治模式。     

黄土高原风蚀和风水蚀复合区的风蚀气候侵蚀力变化

利用黄土高原风蚀和风水蚀复合区30个气象站1961-2010年的观测资料,根据联合国粮农组织给出的风蚀气候因子指数（C值）的计算公式和线性趋势法、Pettitt变点检测、Morlet小波分析等方法,研究风速的空间分布、时空变化、突变特征和周期特性及其对C值的影响。结果表明：① 该区多年平均风速为2.2 m•s^-1,内蒙古和宁夏境内的部分地区风速较大,陕北、晋西北、陇东和青海部分地区较小。近50 a来风速整体呈显著减小趋势,1970s风速最大,2000s最小。② 年尺度83%的站点风速发生了突变,区域整体突变发生于1982年,四季风速突变时间与年尺度基本一致。③ 近50 a风速存在3次交替变化,1961-1977年和1995-2010年偏大,而1977-1995年偏小,季节尺度上也发现了类似的现象,未来一段时间内该地区风速仍然偏小。④ 该区多年平均C值的空间分布格局和时空变化趋势与风速较为一致,整体也呈现出显著减小趋势。⑤ C值与相对湿度和降水量呈负相关关系,与潜在蒸发量、干旱指数和风速呈正相关关系。风力增强（风速增加）和干旱加剧对于风蚀起到促进作用;温度上升及其造成的蒸发量增大也有助于风蚀的形成。     

生长年限对苜蓿和柠条光合特征及土壤水分的影响

为了探究生长年限对衰败期苜蓿和中老龄柠条的叶片光合生理特征及土壤水分的影响,在2014年于地处黄土高原水蚀风蚀交错带强烈侵蚀中心的神木六道沟小流域,测定了不同生长年限苜蓿（ALF₁₀、ALF₁₃、ALF₃₃和ALF₄₉）和柠条（KOP₁₀、KOP₂₅、KOP₄₃和KOP₇₃）的叶片光合参数、叶结构性状参数以及0~400 cm土层土壤体积含水量（SWC_0-400）。结果表明：对于衰败期苜蓿,ALF₁₀和ALF₁₃叶片净光合速率（P_n）差异不显著（P>0.05）,而后随生长年限的延长逐渐降低,ALF₃₃和ALF₄₉比ALF₁₃叶片的P_n（24.01 μmol·m^-2·s^-1）分别降低了2.32 μmol·m^-2·s^-1和7.76 μmol·m^-2·s^-1。相比ALF₁₀,随生长年限延长SWC_0-400恢复至10.88%（ALF₁₃）,而后随着生长年限延长降低至8.81%（ALF₃₃）和6.12%（ALF₄₉）。土壤水分对ALF₃₃的限制作用不明显,水分胁迫使ALF₄₉非气孔限制值比ALF₃₃增大了0.340。对于中老龄期柠条,叶片P_n随生长年限的延长先升高后降低,KOP₂₅和KOP₄₃叶片P_n最大且两者差异不显著（P>0.05）,比KOP₁₀（6.62 μmol·m^-2·s^-1）分别增大了6.57 μmol·m^-2·s^-1和7.66 μmol·m^-2·s^-1,KOP₇₃比KOP₄₃叶片P_n降低了4.95 μmol·m^-2·s^-1。对于同为黄绵土生长的KOP₁₀、KOP₄₃和KOP₇₃,SWC_0-400随生长年限延长逐渐上升,分别为8.50%、9.06%和10.71%。土壤水分恢复使KOP₄₃叶片气孔及非气孔限制值比KOP₁₀柠条降低了0.185和2.180。此外,柠条叶片相对叶绿素含量（SPAD）与P_n呈极显著正相关（P<0.001）,相关系数为0.514。研究结果表明衰败期苜蓿和中老龄期柠条叶片光合性能呈波动式变化,这与土壤水分的相互作用有关。     

农牧林交错带不同降水年型下土壤水分动态研究

利用多年定位观测资料,对呼伦贝尔市农牧林交错带不同降水年型下草地、农耕地和林地的土壤相对湿度进行了研究。结果表明:降水影响交错带不同地表覆盖物的土壤湿度的季节性变化和垂直性变化。在丰水年,交错带各地区土壤水分季节性变化呈明显的"W"型分布,6、8月份出现两次低谷,4、7、10月份出现三次峰值;在平水年,基本上呈正弦曲线变化。在6月份出现一个峰值,在8月份出现一个谷值;在枯水年,土壤水分均呈下降趋势,幅度较大。降水年型对土壤水分变异系数的影响表现为随着降水量的增多,变异系数减小,枯水年为强变异,平水年为中等变异,丰水年为弱变异。     

黄土高原土壤水分环境评价初步研究

结合植被调查,建立土壤水分研究移动实验室,分析了黄土高原土壤水分环境研究中一些指标的通用性不足问题,以最大吸湿量作为土壤有效水下限,创造性地提出"土壤有效湿度"概念并进行了模型检验,依据该指标建立土壤水分环境评价分级标准并对榆林附近土壤水分环境进行了评价。结果表明:榆林附近土壤水分环境存在类似于延安附近的空间突变现象。实际应用表明,土壤有效湿度指标及其分级标准可以作为黄土高原土壤水分环境评价的初步方案并有望在其它地区推广;结论认为,黄土高原土壤水分环境的空间突变现象具有重要自然地理意义,有深入研究必要。     

黄土高原南部小流域土壤水分时程变化的分层特征及其驱动机制

选取位于黄土高原南部的长武王东沟小流域为研究对象,通过对典型样地0～600 cm土壤剖面水分的长期连续测定,系统研究了王东沟小流域土壤水分年内、年际变化的分层特征以及驱动机制。结果表明,土壤水分剖面的时程变化有分层特征,与利用类型关系密切;王东沟小流域0～50 cm土层土壤水分季节变化剧烈,0～150 cm土壤含水量在雨季前（6月）降到最低;与雨季前相比,小麦地12月土壤水分恢复深度可达到460 cm ,而刺槐林地、苹果园和苜蓿地土壤水分恢复深度最大达到260 cm左右;就同一测点比较,2011年刺槐林地和苹果园300～600 cm土壤含水量较2003年减少,而2011年小麦地和荒草地300～600 cm土壤含水量较2003年有所增加。土地利用和地形地貌是驱动王东沟小流域土壤水分变化的主要因素,但是土地利用对深层土壤水分的影响更加显著。     

黄土高原土壤水分与植被生产力的关系

土壤水分生态条件的恶化愈来愈成为黄土高原植被建设和生态环境建设的限制因素，我们在对黄土高原土壤水分生态因素分析的基础上，探讨了黄土高原土壤水分的季节性变化、土壤剖面水分变化、区域水分变异规律，分析了土壤水分与植被生产力间的相互关系，并提出了改善黄土高原土壤水分生态环境、提高植被生产力的调控技术。     

黄土旱塬垄作覆膜栽培土壤水分及温度变化研究

黄土高原雨养农业区水分缺乏是制约农业生产的关键因子。本研究在黄土高原长武塬进行小区试验,通过垄作覆膜(RP)与平作不覆膜(FP)两种处理的对比研究,分析垄作覆膜下玉米生长时期土壤水分与温度的变化,以及降雨事件对于土壤水分的动态影响。结果表明,垄作覆膜在30~60 cm土层土壤水分显著高于平作不覆膜约8%,而平作不覆膜在深层(100~160 cm)土壤水分明显高于垄作覆膜,玉米生长季土体储水量变化垄作覆膜垄与沟在30~60 cm处均高出平作不覆膜20 mm,而在100~160 cm处垄作覆膜比平作不覆膜低25 mm。垄沟覆膜-垄(RPR)土壤表层10 cm处温度较垄沟覆膜-沟(RPF)与平作不覆膜分别高2.01℃和1.91℃。中雨情况下,垄作覆膜降雨土壤入渗深度可达30 cm,平作不覆膜下可以到10 cm,但强降雨事件中垄作覆膜土壤深层入渗受到抑制。降雨强度越大,土壤前期含水量越高,土壤水分峰值产生的时间越短;垄作覆膜由于土壤水分条件的改善使得土壤水分峰值出现时间较平作不覆膜早。垄作覆膜由于垄沟微地形改变使沟内具有集水效应,同时沟内集水对垄上水分存在侧向补充,但时间上存在滞后效应,滞后时间与降雨量和降雨前土壤含水量相关。垄作覆膜能够保水保墒,增加降雨入渗,抑制强降雨事件的深层入渗,抑制"自覆盖"现象的发生,从而对玉米生长具有重要的意义。     

黄土丘陵区柠条灌木林合理平茬期的研究

本文根据柠条(Caragana korshinskii)生长的特点,即生长速率随灌木林龄的变化呈近似正态分布的特征曲线,根据曲线的几何特征,提出以柠条生长速率与峰值和右拐点连线的斜率相等的点为平茬始点,以几何曲线的右拐点为平茬终点的平茬方案。长期观测结果表明,柠条生长指标符合Logistic方程,本文以Logistic生长函数为例,说明了柠条灌木林平茬时间确定方法的具体推导过程。最后结合柠条生长指标(株高、分枝和生物量),对不同立地条件下柠条灌木林的合理平茬时间进行了探讨,结果表明,不同立地条件下柠条的合理平茬时间存在一定的差异,这种现象是由不同立地条件下水热环境的差异造成的。     

CLDAS和GLDAS土壤湿度资料在黄土高原的适用性评估

本研究基于2011～2013年3～9月CMA陆面数据同化系统(CLDAS)和全球陆面数据同化系统(GLDAS) Noah陆面模式提供的表层10 cm土壤湿度数据,以国家气象信息中心提供的站点土壤湿度观测资料为参考,通过对比分析两套模拟数据在黄土高原区域的时空差异,并分别计算其与观测资料的相关系数(Corr)、平均偏差(MBE)和均方根误差(RMSE)等统计特征值,就两套模拟数据在黄土高原地区的适用性进行综合对比和评估,旨在选出一种适用于研究黄土高原地区土壤湿度时空特征的大范围、长时间序列的替代资料。结果显示:(1)两套陆面模式资料均能较好模拟黄土高原地区土壤湿度的空间变化特征,主要呈现出从西北向东南和西南增加的趋势,其中CLDAS具有较高的空间分辨率,能够较好刻画研究区细部特征;(2)从站点角度的统计特征值来看,两套资料的Corr值普遍偏高,CLDAS有71%和63%的站点分别达到极显著和显著差异水平,而GLDAS的略低,分别为70%和62%;研究区内各套资料的MBE和RMSE分布均类似;正负偏差站点个数相差不大,分布区间主要为-0.05～0.05,其中CLDAS有26和32个站点分别处于-0.05～0和0～0.05之间,而GLDAS则为28和24; GLDAS的RMSE主要集中在0.05～0.07之间,而CLDAS绝大部分低于0.05;(3)从时间序列来看,GLDAS资料与实测最为接近,但在春季存在一定程度的偏干情况,偏干程度小于CLDAS;(4)从整个研究区土壤湿度的模拟状况来看,GLDAS的Corr、MBE和RMSE值分别为0.821、0.0126和0.0221,较CLDAS资料具有更小的平均偏差、均方根误差和更大的相关系数。总体来说,两套陆面模式资料在黄土高原区域土壤湿度模拟上均存在各自的优势,均可作为土壤湿度观测的替代资料,对于土壤湿度研究和业务应用都具有积极的意义。     

黄土高原典型塬区土壤湿度特征分析

利用2005和2006年黄土高原陆气相互作用观测资料分析了不同下垫面的土壤湿度状况,并从土壤物理学的角度分析了造成各种下垫面湿度分布和变化不同的原因,得到如下结论:在近地层,各站的土壤湿度具有微弱的日变化特征;5cm层土壤含水量对降水比较敏感,随着降水的发生,土壤含水量迅速上升。随着深度的增大,土壤含水量上升的幅度逐渐减小,且滞后时间逐渐延长,但到了40cm深度处,土壤含水量就基本不受降水的影响了。从全年来说,该地区一年中可以区分出两个主要的水分时期,即蓄水期和失水期。蓄水期处于雨季,从6月到9月,10月开始到次年5月为失水期。冬春季节是土壤含水量最少的季节,从1月下旬一直持续到3月上旬,9月是土壤含水量最大的季节。土壤含水量变化规律可以分为两层,在25cm深度以上,冬春季节从上层到下层依次减小,夏秋季节从上到下依次增大;25cm到40cm土层全年都是从上层到下层依次增大;20cm土层附近相对于其余各层土壤含水量在全年都是最低的。