黄土丘陵区不同土地利用方式土壤入渗规律研究

在延安燕沟试验区建立不同下垫面(草地、刈割草地、翻耕草地、灌木地、刈割灌木地、翻耕灌木地)小区,分析了30场人工模拟降雨试验的入渗资料,结果表明,植被覆盖地平均入渗率是刈割地的1.2倍,是翻耕地的2.0倍;在地表坡度7°,草灌地土壤容重分别为1.27和0.99 g/cm3条件下,坡面平均入渗率与降雨强度具有极显著的抛物线函数关系.草地、刈割草地、灌木地、刈割灌木地雨强分别达到1.62,2.21,2.49和1.71 mm/mim时,平均入渗率具有最大值,分别为1. 17,0.97,1.67和1.51 mm/min;但翻耕草地、翻耕灌木地与此相反,雨强分别达到1.36和1.68 mm/min时,平均入渗率具有最小值,分别为0.379和0.382 mm/min;Horton入渗公式能较好地模拟不同土地利用方式下降雨的入渗过程.     

黄土丘陵区不同土地利用方式土壤团粒结构分形特征

土壤团粒、水稳性团粒和微团粒状况是影响土壤结构和性质的重要因素。运用分形理论研究黄土丘陵区纸坊沟流域7种不同土地利用方式土壤团粒结构的分形特征。结果表明：表层土壤团粒的分形维数在1．641—2．114之间,其大小顺序为人工草地〉果园〉坡耕地〉乔木林地〉灌丛〉天然草地〉人工梯田。土壤水稳性团粒的分形维数在1．774～2．384之间,其变化顺序为果园〉乔木林地〉人工草地〉坡耕地〉天然草地〉人工梯田〉灌丛,二者均表现出≥0．25mm粒级土壤团粒含量越低,分形维数越高的规律;分形维数与≥5mm、5～2mm和≥0．25mm粒级的土壤团粒、水稳性团粒呈极显著负相关（P〈0．01）,与〈0．25mm粒级的呈极显著正相关（P〈0．01）;结合团粒结构体破坏率可知,灌丛土壤结构与稳定性最好,其次为天然草地,人工草地最差;表层土壤微团粒结构分形维数在2．360～2．487之间,大小顺序为天然草地〉乔木林地〉坡耕地〉人工梯田〉人工草地〉果园〉灌丛,灌丛有助于促进土壤微结构形成,分形维数与0．25-0．05mm和〉0．001mm粒级土壤微团粒含量呈极显著负相关（P〈0．01）,与〈0．001mm粒级土壤微团粒含量呈极显著正相关（P〈0．01）;下层土壤质地主要与成土母质有关,人为干扰小,3种分形维数间存在显著正相关水平（P〈0．05）,土壤有机质含量与3种分形维数显著负相关（P〈0．05）。土壤团粒结构分形特征可作为土壤评价指标之一,分形理论为土壤结构、性质和评价研究提供了新方法。     

黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤水分及地上生物量的影响

[目的]研究不同土地利用方式下的土壤水分状况及其与植被群落特征的关系,为黄土丘陵区的植被恢复和重建提供理论依据。[方法]采用野外调查的方法和数理统计分析方法开展研究。[结果]纸坊沟流域主要植被类型的地上干生物量为310.0~10 036.2g/m2,平均地上干生物量由大到小依次为:林地灌木地农田人工草地天然草地。地上鲜生物量与株高存在极显著的正相关关系(R2=0.967 4,p0.01)。不同土地利用方式0—100cm土层土壤含水量较高,且土壤水分变异较大;100cm以下土壤含水量相对稳定,坝地玉米和梯田玉米的极易效水量分别为221.73和221.99mm;柠条和刺槐的土壤含水量最低,土壤水分类型为难效水,分别为311.44和333.09mm;其他6种土地利用方式的土壤水分为中效易效水。[结论]黄土丘陵区人工林灌植被的种植导致深层土壤水分的大量消耗,不利于该区植被恢复和建设的可持续发展。     

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。     

黄土丘陵区缓坡地不同土地利用方式的产流效应

探讨缓坡土地利用方式与水土流失之间的作用机制,对于黄土丘陵沟壑区水土流失治理具有积极意义。利用中国科学院安塞水土保持综合试验站2009—2011年间小区定位监测数据,探讨缓坡谷子地(F)、柳枝稷地(S)、撂荒地(A)、2/3谷子-1/3柳枝稷地(FS)、2/3谷子-1/3撂荒地(FA)5种土地利用方式的产流效应,结果表明:1)缓坡谷子地(F)的径流量最大,受短历时高强度降雨影响显著;2)7月是产生径流的敏感时期;3)土地利用方式S、A、FS、FA与F相比,具有不同程度的减流效应,减流效应大小顺序为A>S>FA>FS;4)植被覆盖度的增加对减少缓坡产流量起到积极作用,但当降雨量、降雨强度较大时,植被覆盖削减径流的作用会被减弱。     

黄土丘陵区纸坊沟流域60年来土地利用格局变化研究

以黄土丘陵区纸坊沟流域为研究区,对其60年来的土地利用格局变化进行系统的分析研究,结果表明,土地利用格局变化与人类活动密切相关。农业用地的扩张,是导致林草植被破坏和土地利用格局变化的重要原因。从1938～1958年,坡耕地在土地利用格局中的优势度由低到高,而林草植被的优势度则降至最低点。之后,林草植被随着坡耕地的变化经历了缓慢变化期(1958～1973年)和较快增长期(1973年后)。其中1958年和1995年,是土地利用格局的质变点,也是生态环境变化的重要转折点。而景观形状复杂性变化的转折与景观基质基本一致;景观多样性指数1938年和1958年基本相近,1975年以后,多样性指数逐渐增大,至1995年达到最大值,之后有所降低;由一个利用类型支配(1938年和1958年)的土地利用格局逐渐演变为多个利用类型共同支配的土地利用格局。     

黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤水分入渗的对比试验

 为更好地掌握黄土丘陵区不同土地利用方式下的土壤水分入渗性能,采用双环法和人工降雨法,分别对陕西省延安市燕沟流域林地、草地、农地3种土地利用方式的土壤水分入渗过程进行了对比试验。结果表明:双环法能较好的反映水向土中的入渗过程;而人工降雨法可以较为真实地反映天然降雨过程中雨水向土中的入渗过程,两者有很大的不同,主要表现在土壤水分的入渗速率变化过程方面。前者测定的土壤水分入渗速率主要受制于土壤的物理性状,而后者:不但与土壤物理性状有关,还与降雨强度有较密切的关系。在人工模拟短历时暴雨条件下, 对于林地和荒坡草地,土壤水分入渗速率有随雨强增大而增大的趋势,而对于裸耕农地,随着雨强的增大,土壤水分入渗速率有降低的趋势。     

黄土丘陵区第Ｉ副区梯田断面水分变化规律

在对黄土丘附区第Ｉ副区梯田土壤水分系统测定的基础上,建立了不同年份及不同坡向梯田断面土壤水分变化模型,结合产量综合分析订为,在干旱年和正常年,田面宽度小于４m的梯田,田坎侧向蒸发对田面对土训水分及作物产量的影响显著,“歇边”宽度占田面宽度的２７．５％－３５．０％,干旱年份梯田作物平均半日产较坡地减少２１．９％,并提出了提主梯田土壤水分利用率的改进措施和作物配置建议。     

黄土丘陵区不同降雨格局下土地利用的水土流失效应

研究不同类型降雨事件下土地利用／覆被对水土流失过程的影响，对于科学指导植被建设和控制水土流失具有重要意义。基于14a径流小区观测数据，依据降雨量．降雨历时和最大30min雨强3个指标。利用快速聚类的方法将定西市安家沟内产流性降雨事件划分为3种格局。总体而言，降雨格局2为雨量集中、雨强很高而历时较短的降雨事件的集合；降雨格局3为雨量分散、雨强小而历时很长的一类降雨事件的集合；而降雨格局1则为雨强、历时等特征值都介于格局3和格局2之间的降雨事件的集合体。在此基础上，着重研究了5种土地利用类型在不同降雨格局下的径流侵蚀规律。（1）从静态观点来看，5种土地利用类型抵抗径流侵蚀的能力依次为沙棘〉荒草〉油松〉苜蓿〉小麦。苜蓿地的土壤侵蚀严重。可能跟人为干扰破坏和苜蓿自身生长习性有关。（2）3种降雨格局中，以降雨格局2下各土地利用类型的径流侵蚀最为严重，降雨格局1次之，降雨格局3最弱。即雨量集中、雨强很高而历时较短的降雨类型是影响该地区水土流失的主导因素。（3）多年生植被（如沙棘，油松等）的径流侵蚀有随生长年数增长而减弱的趋势，以生长初期最为严重，随后逐渐减弱并稳定在一个较低的水平上。因而认为，不同土地利用类型下的径流侵蚀不仅取决于该植被类型，更重要的是决定于该植被所处的生长发育阶段。     

晋西黄土丘陵区不同土地利用类型对土壤碳氮储量的影响

通过对比晋西黄土区蔡家川流域人工刺槐林地、人工油松林地、退耕荒草地和农地土壤有机碳和总氮含量的差异性,探讨了土地利用变化对该流域土壤碳氮储量的影响。结果表明:（1）4种土地利用类型下,土壤有机碳和总氮均表现出表聚效应,且荒草地垂向降幅最大,各样地土壤有机碳和总氮均呈极显著线性正相关;（2）油松林地0—48 cm土层有机碳含量高于其他样地,刺槐林地0—48 cm土层总氮含量显著高于其他样地,而4种土地利用类型在48—96 cm土层和96—160 cm土层中有机碳和总氮含量差异不显著;（3）从蔡家川流域退耕土壤固碳和固氮效应整体而言,退耕林地具有显著的土壤碳氮固存效应,随着人工林地面积占比的增加,流域土壤总有机碳和总氮储量相应增加。     

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。     

雨强和土地利用方式对黄土丘陵区水土流失的影响

为了更好掌握黄土丘陵区雨强和土地利用方式对水土流失的影响规律和机理,利用人工降雨模拟器,设计了5种雨强和4种土地利用方式的区组试验,对水土流失进行了定量研究。结果表明：雨强对不同土地利用方式的产流产沙都呈极显著的正效应,4种土地利用方式的地表平均产流产沙与雨强均呈幂函数显著增长趋势;5种雨强的平均地表产流量为林地＞休闲耕地＞栽培草地＞草地,平均产沙量分别为休闲耕地＞栽培草地＞草地＞林地,产流与产沙没有呈现完全的对应关系。如果没有林冠层、灌木层和枯枝落叶层对降雨的截留、阻滞和消弱,林地产流量高于其他土地利用方式,但具有良好的保土效果,而草地具有良好的保水和保土效果。     

基于土地利用和微地形的红壤丘岗区土壤水分时空变异性

在红壤丘岗区冬春两季,以网格采样法测定了红壤丘岗区一块包含茶地、旱地和林地的缓坡的地表层和深层土壤含水率,采用经典统计结合地统计方法分析了其空间变异特征。结果表明：单一土地利用下,林地土壤含水率明显高于茶地和旱地,整体采样区土壤水分变异系数明显大于单一土地利用。同一季节表层和深层土壤水分具有类似的变异趋势;土壤水分在不同利用下存在截然不同的变异特征。通过半方差分析发现,茶地－旱地交界区土壤水分空间变异低于其他地方;另一方面,茶地－旱地土壤水分不具备空间相关性。另外,采样区表现出明显的各向异性且季节性变化明显,在冬季,土地利用和微地形共同影响水分变异特征;而在春季,土地利用是土壤水分变异的主导因素。除茶地-旱地交界区冬季水分不具有空间相关性外,土壤水分整体上具有良好的变异特征和空间连续性,因此可以利用地统计学在整体采样区进行水分空间变异的研究。     

基于RS和GIS的黄土丘陵沟壑区浅沟侵蚀地形特征研究

为了解黄土高原浅沟侵蚀地形特征,基于Qucickbird高分辨率遥感影像和数字高程模型,提取了坡面浅沟及其地形参数,并对浅沟侵蚀的地形特征参数和分布规律进行了统计分析,结果表明：黄土丘陵沟壑区,坡面坡度、长度、坡向以及上坡长度是影响坡面浅沟数量的主要地形要素,而浅沟侵蚀地形特征主要由坡面坡度、坡面长度、上坡长度和汇流面积共同决定;坡面长度与浅沟平均长度呈显著线性关系,坡面坡度与浅沟频度、浅沟坡度与其上坡长度间则均满足二次曲线;发生浅沟侵蚀的上限与下限临界坡度分别介于26～27°和15～20°,临界坡长介于50～80 m;由浅沟坡度的正弦值与汇流面积确定出浅沟分布的临界曲线;阳向坡面的平均浅沟长度小于阴向坡面。基于RS和GIS技术能有效确定浅沟侵蚀地形特征,为黄土区坡面水土流失治理提供了技术支撑。     

黄土丘陵区不同坡度、土地利用类型与降水变化的水土流失分异

 为了确定不同坡度、土地利用类型及降水参数对水土流失的影响,通过黄土丘陵区坡耕地、草地的3个坡度(10°,15°和20°)小区连续14年的径流、侵蚀观测数据,分析不同坡度、土地利用模式和降水变化的水土流失分异。试验结果表明:1)坡耕地水土流失量随坡度的升高而增加,20°小区显著大于10°和15°小区;草坡地小区的年水土流失量也随坡度变化,不同坡度小区之间没有显著性差异。2)坡耕地与草地的水土流失量具有显著性差异,坡耕地年均径流量和侵蚀量分别为草地的1．8倍和13．9倍,与草地比较,坡耕地明显地增加水土流失风险。3)不同土地类型水土流失模数受年降水变化的影响效应不同。坡耕地水土流失量受少数强降水控制,年径流量、侵蚀量与年降水量、产流降水量之间无显著性相关;草地的年径流量、侵蚀量分别与年产流降水量、年降水量显著相关。4)坡耕地的水土流失受降水量(P)、最大30min降水强度(I30)和综合降水指数(PI30)的显著影响,但各因素的决定系数不同,影响系数次序为PI30>I30>P。草地的径流与降水变量关系与坡耕地一致,但次侵蚀量仅与I30变化的显著性影响,而与P、PI30无显著性相关。草地的水土流失量受坡度差异以及降水变化的影响较弱,表明草地能够有效地控制水土流失,对荒坡草地采取保护措施以促进植被、土壤的进展恢复。坡耕地水土流失变化与坡度、降水变量的关系更为直接,通过降低坡度、休耕和免耕等耕作模式,减少土壤扰动和增加地面植被盖度,可有效减少水土流失。     

黄土丘陵沟壑区沟道农业生产功能空间演变特征及其启示

基于5期遥感影像和实地调研数据,定量分析黄土高原延安碾庄流域1985－2018 年乡村转型发展进程中农业生产功能时空演变规律。结果表明：1）沟道农业生产功能定量诊断体系和监测模型可有效识别沟道农业生产功能空间格局以及经济社会与资源生态多重导向的多元演化路径。2）研究区沟道农业功能空间由传统向现代生产主导功能转向,2012 年为沟道生产功能转型拐点。沟道传统农业生产功能特征为“小幅扩增-相对平稳-急剧缩减”,沟道现代农业生产功能演变则呈现“相对平稳-小幅扩增-急剧增加”的阶段特征,且功能多样性不断增加。3）整体上沟道传统农业生产功能空间范围和强度值呈减少趋势,现代沟道农业生产为主的功能空间不断扩张,主导方向发生转变;局部微观上传统农业生产功能以流域城镇所在地为中心呈同心带状缩减。4）新时期黄土丘陵沟壑区沟道农业高质量发展的核心目标在于推进“四转”,全面构建“三循环”模式,推进形成黄土高原产业内循环及其与黄河流域双循环互促共进发展的新格局,深入探究优化农业生产方式和创新经营管理模式的新动能、新途径。研究结果提供了黄土高原典型流域农业功能转型微观案例,对区域土地资源优化配置及乡村转型高质量发展具有启示意义。     

丘陵区土地整理对土壤理化性状的影响

该文以莱芜市里辛土地整理项目为例,采用野外采样和室内分析相结合的方法,研究了丘陵区土地整理对土壤理化性状的影响。研究结果表明,土地整理对土壤物理性状影响极显著或显著;对土壤化学性状影响不显著;各土壤理化性状的变异系数,除土壤体积质量增加、土壤黏粒稍有增加外,其他均下降,整理后土壤理化性状更均匀。土壤理化性状变化原因主要是整理中注重物理措施、忽视土壤培肥,施工不规范及国家有关标准不具体等造成。今后应重视土壤培肥,规范施工,完善有关土地整理标准、明确各项土壤理化性状指标等,以确保土壤质量提高。     

宁南黄土丘陵区不同植被措施的土壤水分特征

 为阐明宁南黄土丘陵区不同植被措施与土壤水分特征之间的关系,应用离心机法及定水头法分别测定土壤的水分特征曲线及土壤饱和导水率,研究该地区植被措施下土壤的水分特征。结果表明:土壤含水量与土壤水吸力之间的关系符合幂函数θ=aSb,且相关水平达极显著。参数a的大小与不同植被有一定的关系,且呈现出有规律的变化,苜蓿>沙棘>天然草>杏树>柠条>农田。土壤饱和导水率天然草与苜蓿最高,农田最低,沙棘、柠条等灌木林地居中。在同一吸力范围内,苜蓿的含水量最高,沙棘次之,天然草、柠条及杏树含水量基本相同,农田最低。在低吸力段土壤平均含水量为苜蓿>沙棘>农田>天然草>杏树>柠条,但除苜蓿及沙棘外,农田、天然草、杏树及柠条差异不大。在中吸力阶段,平均土壤含水量苜蓿>天然草>杏树,且苜蓿相对较高,随着土壤吸力的增大,土壤含水量差异逐渐缩小。凋萎含水量除苜蓿最大,其次为沙棘和天然草,柠条、杏树次之,农田最低。     

中国东南部丘陵红壤地区的土地可持续利用

In the present work,an integrated analysis of natural and socio-economic conditions in the hilly red soil region of southeastern China is made by means of a Geographic Information System.Particular emphasis lies on soil degradation and other adverse ecological and environmental effects of the prevalent and irrational land-use systems of mono-and valley-agriculture in the region.Moreover,taking into account the simultaneous existence of enormous potentials and serious constraints and the high diversity and complexity of the biophysical and socio-economic environments,a set of strategies and countermeasures are also proposed for appropriate management of environmental resources,in terms of maintaining harmony between utilization and coservation of the natural environment,including 1) adjustment of the agricultural structure and optimization of ecological patterns of stereo-agriculture;2) improvement and integrated exploitation of the low-yield lands and wastelands;3) ehabilitation and conservation of soil and water resources;and 4) establishment of production bases of tropical and subtropical cash crops and fruits.