黄土丘陵区降雨坡面再分配规律研究

采用野外定位监测方法,以在安塞进行的降雨坡面再分配试验结果为依据,系统地分析了坡面降雨-径流－入渗的转化规律,降雨在坡面上的水文行为强度,方向等,研究结果表明,降雨的土壤入渗量受坡长,土地利用方式等因素影响,长坡能够接收较多雨量,试验年份（旱年）坡长每增加20m,草地约增加入渗0．77mm,灌木地增加0．92mm,不同土地利用方式下其降雨入渗量为灌木林地＞草地＞农地,长坡沙棘地较农坡地减少径流4．91mm,较长坡草地减少4．10mm,相当于灌木地减流56．52％,草地减流47．16％,雨水转化土壤水的转化系数K,随坡长增加而增加。     

陕北黄土丘陵区植被建设分区研究

根据陕北丘陵沟壑区的自然生态环境和植被分布状况，将该区植被建设划分为北部毛乌素沙地沿线丘陵沟壑区，东北部黄土丘陵及黄河谷地区，西北部白于山及横山山区，东部黄土丘陵及黄河谷地区和南部黄龙山、崂山沿线次生林区等5个区域，并阐述了每个区域的植被类型、建设任务、经营方向、经营模式和不同立地条件适宜的植被种类。     

陕北黄土丘陵区新农村植被建设问题分析

为了促进陕北黄土丘陵沟壑区新农村植被建设的健康发展,对该区新农村植被建设进行了调查,发现新农村植被建设过程中存在着3个主要问题.(1)喜欢选择常绿树种,且多以松类、柏类为主,影响了当地以苹果、梨为主的果业发展.(2)模仿城市绿化,热衷于修建广场和草坪,导致田园风光、传统文化等乡村特色消失.(3)树种、草种比较单一,多为外来树种,不能反映区域特色,且树种、草种间搭配不够合理,存在着相克现象.建议新农村植被建设以乡土树种为主,合理搭配树种.突出田园风光和区域特色.     

陕北黄土丘陵区撂荒演替前期群落异质性研究

采用典型相关分析方法,对陕北黄土丘陵区撂荒演替前期8块样地进行了群落间异质性和群落异质性分析。结果表明,群落间异质性大于群落异质性,且群落间异质性与环境因素差异多数为正相关,说明环境对撂荒演替前期群落组成与结构起到了一定的塑造作用。典型相关分析进一步表明,群落间异质性主要是群落组成异质性,有49.6%是由环境差异引起的。土壤全氮、磷和钾含量与群落间组成异质性有较强的正相关关系,说明氮、磷和钾肥对撂荒演替中群落组成有较大的影响。因此在草地植被恢复与重建工作中应注意肥料施用,特别是氮肥的施用。     

陕北黄土丘陵区乡村聚落发展的土壤侵蚀效应

通过定位观测和实地调查,对陕北黄土丘陵区已建乡村聚落的水力侵蚀、新建窑洞(房)过程中的弃土侵蚀及窑洞坍塌形成的侵蚀进行了研究,结果表明:①观测期间(2004.6~2004.10),乡村聚落的平均水力侵蚀强度为5434.3 t/km2,已达到强度级侵蚀,其中户间道路为7 348.0 t/km2,户间空地为6 873.2 t/km2,院落为2 081.7 t/km2;②新建1孔(间)窑洞或平房,平均弃土34.9 m3,相当于动土量的23.6%;延安以北丘陵区近20年新建窑(房)平均每年弃土7 957.2万m3,弃土年流失量约为517.22万m3(775.83万t/a);③在调查的102孔(间)塌窑所形成的松散堆积体,平均每孔(间)窑(房)年流失泥沙46.3 m3,延安以北丘陵区因塌窑每年流失泥沙1 249.17万m3(1873.76万t/a).以上说明乡村聚落发展带来了较严重的土壤侵蚀,应加强研究与防治。     

陕北黄土丘陵区燕沟小流域综合治理的经济响应

以陕北黄土丘陵区燕沟小流域为对象,采用农村社会调查和统计资料相结合的方法,分析小流域水土保持和退耕还林(草)工程建设以来流域经济特征的变化,阐明小流域综合治理对农村发展的主要影响.结果湿示,流域农村各业产值和农民人均纯收入(1990年不变价)分别由2000年的803万元和1 230元提高到2005年的1 069万元和1 855元,表征产业结构多样性的香农指数也相应的由1.110增加到1.126.恩格尔系数、基尼系数和贫困指数等计算结果表明流域农民生活状况和收入分配明显得到改善.研究表明通过积极的土地利用和农村产业调整,基本上建立了适合于流域土地利用结构和自然特点的特色产业链条,产业结构也由原来单一的种植业向多元化产业结构演变,小流域综合治理使流域社会经济发展水平得到了整体提升.     

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。     

陕北黄土丘陵区山地苹果园的土壤水分动态研究

掌握土壤水分特征是实现果园科学管理、有限雨水资源合理高效利用、保证果树高产优质的关键。以陕北米脂山地6年生红富士苹果园为研究对象,于2015年4月—2016年6月采用FDR、中子水分仪和烘干法相结合的土壤水分监测方法,分析了山地苹果园的土壤水分总体特征、单株不同位点的水分动态以及不同旱作措施(秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨、有机肥覆盖)的土壤水分环境效应。结果表明:陕北山地果园时段干旱严重,最严重的为苹果树新梢生长和幼果发育期;春季土壤干旱程度取决于上年入冬前土壤储水量高低。果园0~60 cm土层(根系分布集中层)水分随降雨量而变化,表现为较一致的季节变化特征;土壤水分的变化滞后于降雨变化,且降雨对土壤水分的影响随土层加深而减弱,100 cm深土层受降雨影响减弱,土壤剖面200 cm以下土层土壤含水量保持相对稳定。6年生山地苹果园土壤已经出现干化现象,且在90~300 cm存在明显的低湿层,土壤体积含水量常年处在12%以下。苹果树单株尺度范围内,土壤含水量随距树干距离增加单调递增;土壤水分的平均值处在距树干105 cm处;沿行向距树干不同距离位点的土壤含水量显著高于沿株向距树干等距离位点的含水量(P0.05)。秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨和有机肥覆盖措施相较于空白对照(不覆盖、不灌溉)均能有效改善土壤水分环境,缓解果树生育期内水分供需矛盾,其中起垄覆膜垄沟集雨措施的保墒效果最佳,建议陕北黄土丘陵区山地雨养苹果园采用起垄覆膜垄沟集雨的保墒措施。     

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。     

黄土丘陵区降雨、土壤水分和苗木成活率的关系

降雨量通过影响土壤水分而间接影响苗木成活率。为了研究降雨、土壤水分和苗木成活率之间的关系,对半干旱黄土丘陵区降雨、土壤水分和造林成活率相关性进行试验和分析,结果表明:(1) 该区域降雨对土壤含水量的贡献可用回归方程进行模拟,模拟结果表明:低于6.3 mm的降雨不会显著增加土壤含水量,属无效降雨;(2) 建立了土壤含水量和苗木成活率的数学模型;(3) 对山杏、山桃、沙棘、柠条4种树种而言,土壤含水量分别低于5.1%,6.0%,6.5%,4.6%时其造林成活率为0;满足85%的造林成活率的土壤含水量分别为11.9%,13.0%,13.8%,12.0%;(4) 若以多年春季平均土壤含水量9.8%为本底值,对山杏、山桃、沙棘和柠条而言,只有在降雨量分别高于18.1,24.6,29.7,18.6 mm时,造林成活率才能达到85%以上。     

陕北黄土丘陵沟壑区土地利用景观格局动态变化特征分析

以位于典型黄土丘陵沟壑区的延安赵庄村为例,选取多样性、优势度、均匀度、破碎度和偏离度等主要指标,对村庄尺度上的土地利用景观格局动态变化进行分析研究。结果表明：1）研究期间,研究区景观斑块数与景观斑块密度增加,而平均斑块面积减少;2）研究区2个时期的景观异质性差异显著,景观指数变化表现为：优势度指数与偏离度指数减小,多样性指数、均匀度指数和破碎度指数都有不同程度的增大;3）6年来,随着退耕还林（草）政策的实施,研究区土地利用景观格局有了较大变化,生态环境整体状况趋于改善,农民收入有所增加,产业结构趋向合理,其中,工副业比例增大与种植业、养殖业、果菜比例减小是研究期间农民收入构成的主要变化特点,农民收入以工副业、果菜为主。     

黄土丘陵油田开发区景观破碎化分析

利用遥感、GIS和CPS地面详查等手段对黄土丘陵区燕沟流域景观进行研究,对流域内油田开发土地占用及其与景观破碎化之间的关系进行分析。结果表明：油田开发占用土地面积相对较少,但主要以优质农业生产和生态建设用地为主;油田开发前后土地利用变化表现为林草地和耕地面积减少,交通、居民点及工矿用地和水域面积迅速增加;3个研究分区景观总体和景观类型的破碎化程度均为油田开发区（油区）〉全流域〉非油区,2003-2006年3年间,油区各景观类型破碎化指数显著增加,显示出油区景观破碎化程度增大;油田道路建设是油区景观破碎化的主要驱动力。     

黄土丘陵区人工林地土壤肥力质量

以黄土高原北部的陕西省吴起县为例,通过对不同灌木类型和不同生长年限的乔木林地土壤样品的分析测试与数理统计,研究黄土丘陵沟壑区不同人工林植被对土壤肥力质量的影响。结果表明：1）土壤碱解N和速效K,柠条林地是沙棘林地的2倍以上,二者之间达到极显著差异水平;柠条对土壤肥力的提高效果要优于沙棘,仅从对土壤性质的改善来看,建议选择种植柠条。2）乔木林地,从幼年林地到成年林地,土壤全N、碱解N、有机质和阳离子交换量不断增加,土壤速效K、全P和速效P略有增加,土壤有机质和养分的表聚性加强。3）总体上,乔木林地0～100cm土层土壤碱解N、速效K、有机质、阳离子交换量、全N、全P、全K均高于灌木林地,表明乔木林地对土壤的培肥效果优于灌木林地。     

黄土丘陵沟壑区坡面侵蚀产沙地形因子的临界条件

用能量的观点来解释坡度、坡长、降雨对坡面侵蚀产沙的影响。通过分析安塞水土保持研究站、晋西离石县王家沟小流域的小区资料,研究坡度、坡长、降雨对坡面侵蚀产沙的影响。结果表明：降雨特性（雨量、雨强）对坡面侵蚀产沙的作用最大,坡度次之,坡长最小;坡面侵蚀产沙的临界坡度分别受降雨、坡长大小的影响,临界坡长分别受降雨、坡度、坡长大小的影响;临界坡度、临界坡长都不是一个确定的值,但在一定范围内变化,变化范围由降雨、坡面地形等因素决定。研究成果可为黄土丘陵沟壑区坡面治理提供理论依据。     

黄土丘陵区纸坊沟流域农业生态经济安全评价

以近70年纸坊沟流域农业生态经济系统演变过程为基础,利用国家“九五”科技攻关项目中所提出的评价指标体系,对纸坊沟流域不同发展阶段标志年份的农业生态经济安全状况进行了评价,得出：农业生态经济系统在1938、2000、2005年处于亚安全状态,1958、1975年处于极端不安全状态,1985、1990、1995年处于不安全状态。通过对农业生态经济安全变化驱动力的分析,预测了纸坊沟流域农业生态经济安全的发展趋势,提出了黄土丘陵区实现农业生态经济安全的策略：以培育主导产业为中心,完善农业系统循环链网,调整产业结构,实现农业资源的有效、永续利用。     

黄土丘陵区土壤团聚体分形特征及其对植被恢复的响应

采用计算分形维数的方法,对黄土丘陵区典型草原带土壤团聚体的分形特征及其对植被恢复的响应进行研究。结果表明：1）在植被恢复初期,土壤〉10mm粒级的团聚体含量在0～20和20—40cm层次均较高,含量为331．4～525．6g/kg。随植被恢复年限增加,10—7、7～5、5～3、3～2、2—1mm粒级的团聚体绝对含量下降差异不明显。1～0．5、0．5-0．25和〈0．25mm小粒级土壤团聚体含量,在植被恢复初期（7a）较高。2）随着植被恢复年限增加。土壤〉5mm粒级的水稳性团聚体含量相对下降很快,恢复7a之后,大粒级土壤团聚体表现为上层含量比下层含量低的趋势。相对于干筛结果而言,土壤水稳性团聚体的粒径分布更为均匀、稳定,恢复7a之后的土壤〉0．25mm团聚体含量占到40％～50％,而〉5mm的土壤团聚体则占10％～23％。植被恢复过程中,土壤团聚体由大的团块向小颗粒的土壤团聚体转换,粒径分布更为均匀,土壤结构逐渐改善。3）不同恢复年限土壤团聚体分形维数变化范围为表层2．75～2．86,表下层2．77—2．89,变化范围小,20～40cm土层的分形维数大于0～20cm,恢复植被可使土壤分形维数降低,土壤结构得到改善。     

基于降雨量和降雨时间的月降雨侵蚀力简易算法——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

 降雨侵蚀力简易算法是较大尺度应用USLE/RUSLE进行土壤侵蚀评价研究的必要内容。基于降雨量和降雨时间建立月降雨侵蚀力计算模型,并以陕北黄土丘陵沟壑区为例,进行模型的拟合。结果表明:随着自变量中降雨量和降雨时间表示方式的改变,模型的拟合优度表现出明显的差异;对于不同因变量而言,以ΣEI30(或lg(ΣEI30))和以ΣEI10(或lg(ΣEI10))为因变量的模型拟合优度在整体上比较接近甚至相同,而以ΣE60I10(或lg(ΣE60I10))为因变量的模型拟合优度在整体上略低;就尺度效应而言,在时间尺度上,整个汛期的模型拟合优度低于1个月份或多个月份模型的拟合优度,在空间尺度上,区域模型中的拟合优度低于至少1个流域的模型拟合优度;在实际应用中,可以选择以ΣEI30为因变量的月降雨侵蚀力公式对该区域进行土壤侵蚀评价。     

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。     

黄土丘陵沟壑区坡耕地与草地不同配置方式的侵蚀产沙特征

基于黄土丘陵沟壑区安塞实验站小区实验研究,以4种土地利用组合方式,包括全谷子（a）、2／3谷子-1／3柳枝稷（ab）、2／3谷子-1／3撂荒地（ac）、2／3谷子-1／3苜蓿（ad）,探讨坡耕地与草地不同配置方式的侵蚀产沙特征。结果表明：1）产沙量主要集中在降雨比较集中的7、8月份,高降雨量和高降雨强度是影响产沙量的主要因素;2）组合方式ab、ae、ad与a相比,具有不同程度的减沙效应,其中ac的减沙效应最好;3）随着坡度从100、200变化到25°,各土地利用组合方式的产沙量并不是逐渐增大,而是呈现先增大后减少的趋势,但250坡的产沙量依然大于10°坡的产沙量。研究结果可以为土地利用对水土流失的影响评价提供参考。     

黄土丘陵沟壑区小流域水沙侵蚀过程的情景模拟分析

在黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀水沙耦合数学模型基础上,以黄河中游典型流域岔巴沟流域为研究对象,根据工程水文学设计暴雨的方法生成各种假设暴雨过程,在固定下垫面不变的条件下,进行模拟计算并分析流域100年一遇、50年一遇和10年一遇设计暴雨的产流产沙效应。在几种不同的假设植被覆盖度下,分别模拟计算同一场典型暴雨在不同植被覆盖条件下的水沙侵蚀过程。模拟结果表明：1）根据岔巴沟流域100年一遇（P=0．01）、50年一遇（P=0．02）和10年一遇（P=0．1）设计暴雨3种情景下的水沙计算特征可知,100年一遇降雨（P=0．01）对应的洪峰流量和沙峰分别为805m^3／s和77．5万kg／s,50年一遇降雨（P=0．02）对应的洪峰流量和沙峰分别为595m^3／s和50．2万kg／s,10年一遇降雨（P=0．1）对应的洪峰流量和沙峰分别为108m^3／s和12．1万kg／s,根据以上计算结果可大致推断1970-2000年的绝大多数侵蚀观测场次的水沙重现期在10年一遇和50年一遇之间;2）该流域植被覆盖度的减水减沙效应显著,增加25％植被覆盖将减少水量73％和沙量84％,而减少25％的植被覆盖将增加29．9％的径流和18．6％的泥沙。不同降雨和植被覆盖条件下的水沙侵蚀过程情景模拟分析结果可为黄土高原丘陵沟壑区流域水土保持工程规划与设计提供依据。