退耕驱动的近地表特性变化对土壤侵蚀的潜在影响

黄土高原是我国、乃至全球土壤侵蚀最严重的区域之一,侵蚀强度及时空分布特征受近地表特性的显著影响.退耕还林(草)工程大面积的有效实施,势必会引起近地表特性(土壤理化性质、植被茎秆、枯落物、生物结皮、根系系统)的显著变化,进而对坡面径流的水动力学特性及侵蚀过程产生影响.本文从退耕驱动的近地表特性变化、近地表特性变化对坡面径流水动力学特性的影响、近地表特性变化对土壤侵蚀过程(土壤分离、泥沙输移、泥沙沉积)的影响及其机制、区域土壤侵蚀对退耕的响应4个方面较为系统地总结近几十年国内外的研究成果,并提出了目前亟待强化的研究领域.这对理解退耕坡面土壤侵蚀过程及其动力机制、建立植被覆盖坡面的土壤侵蚀过程模型、评价退耕坡面的水土保持效益,具有重要的理论意义.     

黄土高原典型流域水沙关系对退耕还林(草)的响应

利用北洛河上游吴旗站实测水文资料,采用Pettitt、Mann-Kendall非参数检验以及流量历时曲线等方法,对比1963-1979年水沙特征,分析了1980-2002年间水土流失综合治理,尤其2003-2011年间退耕还林(草)工程实施等效应背景下流域水沙行为的变化规律。结论表明,近50a来,流域水沙量均呈显著减少趋势。对比1963-1979年,1980-2002年间平均径流量和平均输沙量分别减少了22.80%,45.63%,2003-2011年间减少幅度更大,分别达到53.03%,89.33%。三阶段5%,50%概率时的丰水、平水期径流量和输沙量均呈下降趋势,输沙量的减少幅度更大,而枯水期的基流量为逐阶段增加趋势,输沙量则在2003-2011年间完全消失。三阶段的年尺度水沙关系,在2003-2011年间发生了统计上的显著变化。与1963-1979年间比,单位径流的产沙能力,1980-2002年间降低了12.80%,流域泥沙赋存量减少了17.27%,而2003-2011年间则分别减少了约1/4和1/3。月尺度含沙量-流量关系表现为"8"字环形,环的延展度逐阶段下降,尤其在2003-2011年间降低幅度最大。50a来,在不断的水土流失综合治理,尤其退耕还林(草)工程实施推动下,流域径流量和输沙量、径流和输沙情势、年/月水沙关系均表现为逐阶段减少、降低或动力削弱状态。表明,退耕还林(草)生态工程发挥了良好的蓄水保土、增加基流、削弱侵蚀、减少泥沙输移的良好的生态功能和效益。     

水土保持措施对罗玉沟流域水沙变化的影响

根据罗玉沟流域1986—2010年降水、径流、泥沙观测数据,分析1986—2010年观测期,以及1986—1999、2000—2010年的降水量、径流量、输沙量及其相关关系,结果表明:流域内年径流量、输沙量与降水量之间均表现为较好的幂函数关系,而年输沙量与径流量之间则呈现出较好的线性关系;受流域内梯田、林地和草地面积增加,以及坡耕地面积减少影响,年径流量和输沙量均表现出不同程度的减少趋势。     

黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素

为分析黄河水沙成因并预测未来水沙情势,选取黄河中游多沙粗沙区昕水河和朱家川2条流域为研究对象,依据水文站及雨量站1956—2018年降雨和径流泥沙实测数据,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、累积距平法和Morlet连续小波分析等方法探讨流域水沙变化趋势,并利用双累积曲线法对水沙变化进行归因分析,量化气候变化及人类活动对水沙变化的相对贡献。结果表明:1956—2018年,昕水河和朱家川小流域年均径流量分别为11.9×10⁷,1.7×10⁷ m³,年均输沙量分别为12.3×10⁶,9.8×10⁶ t,径流和输沙量均呈显著减少趋势;2条流域的径流量突变年分别为1980年和1984年,输沙量突变年分别为1980年和1972年;选取的2条流域水沙变化存在明显周期性,径流变化的第1主周期分别为45年和16年,输沙量变化的第1主周期分别为9年和15年;降雨对昕水河和朱家川小流域径流量减少的贡献率分别为19%,8%,对输沙量减少的贡献率分别为25%,35%,远不及人类活动的贡献率,人类活动是径流和输沙量锐减的主导因素。研究结果可为黄河水沙治理提供科学性建议。     

退耕还林(草)与水土保持若干问题的研究进展

水土流失作为环境恶化的主要原因之一,是土壤学和环境生态学研究的热点。控制水土流失,有利于人类经济与社会的可持续发展。退耕还林(草)作为一项治理水土流失的有效政策与方法,一直受到人们的关注。从林草植被对水土保持功能的研究现状、退耕还林(草)的技术标准、效益评价等方面进行了回顾总结,在此基础上指出目前存在的主要问题以及发展趋势,对退耕还林(草)与水土保持关系的研究和退耕还林(草)政策的进一步完善和落实,具有一定的指导意义。     

黄河中游地区生态恢复对流域水资源的影响

[目的] 研究黄河中游地区生态恢复对水资源的影响,为流域生态保护和高质量发展提供科学依据。[方法] 利用GIMMS NDVI、ET、土壤水分、地表径流等相关水文数据,基于趋势分析和双累积曲线等方法,探讨生态恢复前后黄河中游地区蒸散发、土壤水分、地表径流的时空变化特征。[结果] 1982-2018年,黄河中游地区植被覆盖度增加了29.72%;在黄河中游地区植被覆盖度增加1%,蒸散发量增加了3~4 mm;在生态恢复区土壤水分呈下降趋势,下降速率为0.001 3%/a;各站点的平均径流量在1961-2018年呈逐年下降趋势,以生态恢复为代表的人类活动对径流量下降起到重要作用。[结论] 由于生态恢复和暖干化的气候背景,黄河中游水资源严重短缺。建议后续黄河中游生态恢复综合考虑水资源,减少人为干扰,以自然植被恢复为主。     

南方红壤丘陵区流域植被景观格局变化及水沙响应关系

以南方红壤丘陵区典型流域濂江河流域为研究对象,依托GIS和Fragstats平台与长时间系列水沙数据,运用景观格局指数分析和统计学方法,分析流域景观格局和水沙变化特征及其相关性。结果表明:流域内径流呈减少趋势,泥沙呈增加趋势。流域内以有林地为主,面积增加最显著的是经果林。景观水平上,斑块面积均方差(PSCV)、香浓多样性指数(SHDI)与径流呈现正相关,蔓延度指数(CONTAG)与径流呈现负相关;斑块数(NP)、斑块密度(PD)、景观边缘密度(ED)、面积加权的平均形状指数(AWMSI)、香浓多样性指数与径流呈现负相关。类型水平上,耕地的斑块面积(CA)、ED与径流呈负相关,与泥沙呈现正相关;有林地的形状指数(PSCV、AWMSI)与径流呈正相关,CA与泥沙呈现正相关,NP、PD与泥沙呈现负相关;灌木林的CA、ED与径流呈负相关;经果林的所有的指数与径流均呈现正相关,与泥沙呈现负相关性;同时,草地的NP、PD与径流呈现负相关。     

延河流域退耕前后土壤侵蚀强度的变化

 根据修正通用土壤流失方程,在ArcGIS软件平台下,以黄土高原延河流域为例,在合理选用和计算修正通用土壤流失方程中各因子参数的基础上,计算并分析陕北黄土高原延河流域退耕前后土壤侵蚀量的变化及其动态分布。结果表明:1)延河流域退耕后,土壤侵蚀明显减少,与1986—1997年相比,退耕后至2000年土壤侵蚀量平均减少34%;2)坡耕地对土壤侵蚀影响明显,尤其是陡坡耕地退耕至关重要;3)在修正通用土壤流失方程各因子中,短期内影响土壤侵蚀动态变化的主控因子是植被覆盖管理因子,所以调整土地利用结构是减少土壤侵蚀的有效方法。     

陕北黄土区退耕前（1976—1997）坡面切沟发育特征

以陕北黄土区坊塌流域内7条大切沟及其谷缘上的小切沟为研究对象,通过Arc GIS和MATLAB从基于1976、1997年1:10000比例尺地形图生成的数字高程模型(DEM)上提取沟沿线,进而获得1976、1997年大切沟的面积、周长和大切沟上小切沟沟头前进距离,并结合当时的土地利用图和植被覆盖图,定量研究了退耕前陕北黄土区切沟发育的速率,以及土地利用类型和植被覆盖度对切沟发育的影响.结果显示:在1976-1997年间,7条大切沟的面积、周长增长率分别为11.01%~180.46%和8.07%~86.75%,大切沟上小切沟沟头年均前进速率为0.26~0.84m;由溯源侵蚀导致的小切沟沟头前进是研究区内大切沟上的主要侵蚀方式,大切沟沟谷拓宽和形成新的小切沟分别是对大切沟的面积和周长增长具有较高贡献率的侵蚀方式;林草覆盖能控制切沟发育,集水区内覆盖度大于65%的植被能更加有效地控制大切沟内以沟谷拓宽为主的、多过程、多部位的综合切沟侵蚀,覆盖度大于45%的植被能更加有效地控制大切沟上小切沟沟头的溯源侵蚀.研究表明基于GIS技术和不同年份的地形图,可以确定切沟侵蚀的方式及速率,实现对切沟发育的动态监测.     

基于CSLE-TLSD耦合模型的近40年洞庭湖流域土壤侵蚀时空分异及归因分析

为了精确模拟洞庭湖流域土壤侵蚀动态过程并定量评估其影响因素贡献,在中国水土流失方程(CSLE)的基础上耦合泥沙输送限制模型(TLSD),实现对土壤分离-搬运-沉积全动态过程分析。在此基础上,采用趋势分析和地理探测器方法探究洞庭湖流域1980-2020年土壤侵蚀时空分异特征与影响机制。结果表明:(1)CSLE-TLSD耦合模型在各水文站的年输沙量模拟值和实测值拟合结果较好(R²=0.56);(2)1980-2020年洞庭湖流域年均土壤侵蚀模数为5.09 t/(hm²·a),侵蚀模数和面积在整体上均呈下降趋势,其中侵蚀显著改善区域占流域总面积的22.60%,而显著加剧区域仅占2.69%;(3)年侵蚀总量以2005年为突变点,呈现出先下降后上升的趋势;(4)2005年前后导致土壤侵蚀变化的主导因子从地类变化转变为年降雨量变化。综上,洞庭湖流域土壤侵蚀总体呈现侵蚀面积收缩、局地恶化的趋势,其中极端降雨事件和经果林开发是侵蚀加剧的主要原因。     

退耕背景下北洛河上游水沙变化分析

为探明黄土丘陵沟壑区退耕还林（草）政策的水沙响应问题,以1980--2009年期间植被重建规模较大的北洛河上游为研究区域,采用双累积曲线法和Pettit突变检验法,探讨径流输沙的变化趋势和跃变时间,同时结合气候和水土保持措施的资料,对不同时段的水沙过程进行对比分析。结果表明：1）径流量和输沙量变化可以分为2段（1980--2002年和2003--2009年）,年时间尺度上,后段较前段径流量减少0．32亿m^3、输沙量减少0．29亿t,并且后段波动较前段小;2）在月时间尺度上,2个时段的月降水量与月均流量过程基本相同,月均流量和输沙率关系基本呈现8字形,但是变幅及变率不同;3）相对于1980--2002年,2003--2009年年均降雨量、降雨侵蚀力分别减少10．06％和10．28％,降水具有减少径流和输沙的潜在条件。剔除降雨的影响,林草措施的减水和减沙效应分别为41％和81％。     

黄土高原小流域植被恢复的土壤侵蚀效应评估

植被建设是治理土壤侵蚀的重要途径,特别是坡面土壤侵蚀。退耕还林还草是黄土高原乃至全国最大规模的植被建设工程,黄土高原是该工程的重点地区之一。小流域是土壤侵蚀综合治理的基本单元。通过退耕还林工程实施前后小流域土壤侵蚀的模拟和分析,可以为植被建设成效评估和调整治理策略提供参考。运用修正土壤流失方程RUSLE,在ARCGIS10.2平台下模拟了羊圈沟小流域1984年、1996年、2006年、2012年和2014年5个年份的土壤侵蚀,评估了退耕还林前后黄土高原小流域植被恢复对土壤侵蚀的影响。降雨侵蚀力R利用延安气象站30年(1984—2014年,除1999年外)的日降雨数据计算,LS因子利用将矢量化的1∶5 000地形图插值生成DEM提取;土壤可蚀性K因子利用2006年实测土壤理化数据计算,总结概括前人研究成果获取C、P因子值。研究结果表明:(1)各坡度带侵蚀都显著减弱,15°~25°,25°~35°和35°坡度带是中度以上侵蚀发生的主要区域。1984—2014年3种坡度带的侵蚀面积之和分别占总面积的44.93%,42.65%,35.78%,23.23%和22.98%;(2)退耕还林前后相比,土壤侵蚀强度显著降低:中度以上侵蚀面积急剧减少,土壤侵蚀转变为以微度、轻度和中度侵蚀为主,3类侵蚀面积之和在2006年、2012年和2014年分别占总侵蚀面积的26.53%,44.24%和43.47%;(3)土壤侵蚀模数呈现减小的趋势,从1984年到2014年,土壤侵蚀强度从15 327.57t/(km2·a)降至3 270.19t/(km2·a),降低70%以上。总体上,土壤侵蚀明显降低,表明植被建设有效遏制了土壤侵蚀,退耕还林工程对水土保持和治理土壤侵蚀起到了显著的效果。     

水土保持对区域植被演替的影响——以黄土高原地区为例

 在综述已有研究的基础上,结合实地调查,初步分析了水土保持对植被演替影响的主要方式,不同水土保持措施(工程措施、人工恢复植被、水土保持生态自我修复)对植被演替所产生的影响。结果表明,水土保持生态自我修复下的植被演替趋向自然演替过程,而人工恢复植被的影响取决于物种选择与营造方式,不当的物种及纯林营造,往往使植物群落结构单一化,植被正常演替中断或逆向发展。反之,则可促进植被正常演替,缩短植被恢复过程。工程措施对植被演替的影响,可能更多地表现其对植物群落空间分布格局方面。但要全面科学地认识和评价水土保持对区域植被演替的影响,仍需系统的调查研究。     

黄土丘陵沟壑区不同恢复方式下植物群落的土壤水分和养分特征

现存不同植物群落的土壤水分和养分特征对有效干预和调控植被恢复有着非常重要的参考价值。在黄土高原丘陵沟壑区的吴旗,对不同恢复方式(封禁下的自然恢复、无管理下的自然恢复、人工造林、人工种草)下的植被样方进行调查与采样,采用典范变量分析,研究了不同植物群落的土壤水分和养分变化特征。结果表明,封禁自然恢复植物群落的土壤水分、有机质、全氮、有效氮、全磷和速效钾含量相对较高;近20年龄及以上的人工林地群落与人工草地群落下的土壤水分和速效磷含量很低;无管理下的自然恢复植物群落、4年龄的沙棘林地群落和农田的土壤水分含量和速效磷含量较高,而土壤有机质、全氮、有效氮、全磷和速效钾含量较低。这些植被群落下的土壤水分含量变化在凋萎湿度和50%田间持水量之间,均处于严重亏缺状态,土壤养分也处于较低的水平。相比之下,人工植被消耗大量的深层土壤水分,特别是20年龄以上的人工林地及人工草地,其200～500cm土层的土壤含水量几乎接近凋萎湿度。综合分析表明,封禁自然恢复是黄土高原丘陵沟壑区植被恢复的有效措施。     

黄土高原地区水土保持与生态建设的若干思考

 通过对黄土高原地区水土保持与生态安全的科学考察,在该地区水土保持科技成果与治理实践认识的基础上,对黄土高原地区水土保持与生态建设现状进行评价,总结水土保持与生态建设方面的主要经验,即:不能急功近利,必须认准目标,坚持不懈;基本农田建设是治黄减沙、促进稳定退耕还林还草、改善群众生活的一项关键措施;充分运用市场机制,强化机制创新,不断创新水土保持与生态建设的政策机制和组织形式。在考虑黄土高原资源与经济现状条件下,提出当前5个方面的发展思路:水土保持与生态建设的基本思路;遵从生态经济社会效益协调发展、生态效益优先的理念;必须建立有效的生态补偿机制;加强封育保护,充分发挥生态自我修复能力;加强城镇体系规划,促进城镇建设快速发展等。     

黄土高原水土保持世行贷款项目减水减沙效益计算

世界银行中国黄土高原水土保持项目区截至１９９２年底止，已完成综合治理措施面积２９．８１万ｈｍ２，占区内水土流失面积的２．３％，现状减水效益已达６．５％～１７．６％，减沙效益已达９．４％～２５．８％。采用水保法计算减水效益和减沙效益，得出项目区水土保持治理措施计划全部实施后的第一年治理栏度可达６０．４％，可减少径流１．ｌｌ亿ｍ３，累计减水效益可达２１．３％～４３．２％，年可减少入黄泥沙３５６０万ｔ，累计减沙效益可达３０％～５３％。项目经济分析期３０年的减水量约２５．８８亿ｍ３．减沙量大致在９亿：左右。这对改善当地生态环境和生产条件以及黄河下游的治理开发、都具有主要作用。     

黄土高原世行项目中的水土保持林建设

黄土高原世行项目中的水土保持林建设李寅生（黄委会黄河上中游管理局，西安７１００４３）一、项目区林业生产现状项目区现有林地面积２３．８１万ｈｍ２，其中天然次生林７．７４万ｈｍ２，人工林１６．０７万ｈｍ２；苗圃１９６．５ｈｍ２。在现有林中乔木林１３．８４...     

岔巴沟流域淤地坝对泥沙存贮-释放的影响（英）

为分析黄河中游流域产输沙对人类干预增强的响应机制,该文选取岔巴沟为坝系小流域研究区,探讨淤地坝的建设和发展对流域内泥沙存贮-释放时空变化的影响。研究表明,20世纪80年代岔巴沟处于泥沙存贮状态,10 a平均泥沙输移比为0.325,经分析,始于20世纪50年代,并于60、70年代得到发展,80、90年代趋于稳定的岔巴沟淤地坝拦截了大量泥沙是造成泥沙存贮的主要原因。和拦沙作用相比,其减少高含沙水流发生频率,降低高含沙水流发育程度的作用更大。值得注意的是,淤地坝在几十年的发展过程中可淤库容显著下降,多数原有坝地淤满,加上20世纪80年代以后坝体建设速度减缓,以及设计标准低,后期管理和维护不利,垮坝和毁坝造成泥沙再释放的潜在性在增加。 因此,今后在对淤地坝作为一项重要的水保措施引起足够重视的同时,维护和巩固现有淤地坝的拦泥库容也非常必要。     

黄土高原水土保持有效性研究

有效防治黄土高原水土流失 ,加快生态环境建设 ,是当前水土保持工作中的一项十分紧迫、关系到西部大开发战略全局的任务。首次提出了水土保持有效性的概念 ,并对此进行了比较系统的研究 ,涉及到水土保持有效性的定义、影响因素、评价指标和实现途径等各个方面。     

Soil Quality Indicators in Relation to Land Use and Topography in a Small Catchment on the Loess Plateau of China

Better understanding of how the loess soils respond to topography and land use under catchment‐scale vegetation restoration is needed to enable science‐based land management interventions for the policy‐driven “Grain‐for‐Green” eco‐restoration program in the Loess Plateau of China. The objective of this study was to characterize the relationships of four selected soil quality indicators to land use under vegetation restoration and topography for a small catchment (0·58 km²) in the Loess Plateau. The major land uses established in the catchment are cropland, fallow (i.e., natural revegetation), grassland, and jujube orchard. The four soil quality indicators were soil organic carbon (SOC), soil total nitrogen (STN), soil total phosphorus (STP), and mean root zone soil water content during the wet season (MRZSWwet). SOC, STN, and MRZSWwet were significantly different (p < 0·05) for different land uses. Grassland showed the highest values for these three properties, whereas cropland had relatively low values for SOC and STN. Land use had no effect on STP, although the lowest value was observed in grassland. Spatial analysis showed that various relations between soil quality indicators and topography (slope and elevation) were observed. These relations were generally weak for most of them, and they varied with land uses. Further analyses indicated that land uses, slope, and elevation had significant effects on the relations between different soil quality indicators. The results here should provide useful information for the further development of “Grain‐for‐Green” program. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.