大理河流域土壤侵蚀空间分布的地貌特征研究

以GIS为平台,结合第2次遥感调查黄土高原土壤侵蚀数据库,对大理河流域土壤侵蚀空间分布的地貌特征进行了研究。结果表明:水力侵蚀是大理河流域土壤侵蚀的主要形式。各种强度水力侵蚀空间分布的高程特征呈现峰值现象,其中强度以上水力侵蚀面积集中分布于1 240 m高程左右。各种强度水力侵蚀的面积比重,随着坡度的增加呈现先增大后减小的趋势,25°左右存在一个侵蚀临界坡度。临界坡度值随着侵蚀强度的增强而增大。坡向特征呈现双峰现象,其中东北与西南坡向是大理河流域的优势坡向,强度以上水力侵蚀在东北坡向的分布比重大于西南坡向。大理河流域土壤侵蚀存在一个30 m左右临界起伏度。土壤侵蚀强度的变化对起伏度的变化不敏感。此结论为进一步研究流域水土流失动态模拟与区域生态环境长期演变提供了新思路和新角度。     

风蚀水蚀交错区生态经济耦合效应

研究风蚀水蚀交错区退耕还林还草、坡改梯和淤地坝建设等综合土地利用变化的生态经济耦合效应,为保障生态经济协调发展提供一定的理论基础。以位于陕北风蚀水蚀区的府谷县为研究对象,采用生态经济耦合指数分析了土地利用变化的内生效应,通过土地利用结构及景观指数的变化分析土地利用变化的外延效应,从内生和外延两方面定量对比分析陕北风蚀水蚀交错区生态经济耦合效应。研究表明府谷县从2000—2013年实现了耕地向林地和草地的转化,景观类型的丰富程度和均匀程度上升,土壤侵蚀量明显减少,生态经济耦合指数从2000年的215.88 t/万元减少到2013年的130.59 t/万元。生态经济耦合指数敏感性分析表明府谷县梯田和坡耕地的变化对生态经济耦合指数的影响显著大于水浇地与坝地的影响。退耕还林还草、坡改梯和淤地坝建设等政策的执行不仅让府谷县生态环境得到改善,还使其经济耦合内部呈现增益。     

2000-2013年西安市植被覆盖度时空演变

随着黄土高原地区退耕还林政策的实施,近十几年西安市植被覆盖情况变化发生了显著变化。为了对西安市植被覆盖变化进行深入的研究,利用Mann-Kendall趋势检验法及Hurst指数、Pettitt检验法分析了2000-2013年来西安市植被覆盖度变化特征,并利用重心转移模型和相对发展率分析了西安市植被覆盖度变化的空间变化差异。结果表明:（1）西安市植被覆盖度中等程度变异面积占总面积10.02%;（2）西安市植被覆盖度呈增加趋势的面积占区域总面积86.54%,具有正向持续性的面积占区域总面积72.62%,35.30%面积植被覆盖度呈持续改善;（3）西安市植被覆盖度突变年份均显著发生在2004年、2005年、2006年、2007年、2008年,发生显著突变年份的面积占总面积的17.58%;（4）西安市植被覆盖度相对发展率空间变化范围为-9.07~7.49,相对发展率的负值占区域总面积的20.77%,西安市植被覆盖度空间重心呈现由西南逐渐向东北方向转移的趋势;（5）西安市降雨量与植被覆盖度均值均呈现增加趋势,相关系数为0.47（p<0.09）,空间分布重心呈现从东北向西南转移的趋势,与植被变化呈现相反的趋势。研究成果有助于进一步深化对西安市植被恢复状况及其影响因素的认识,为西安市植被恢复等生态建设工程提供一定的科学依据。     

不同空间尺度次暴雨径流侵蚀功率与降雨侵蚀力的对比研究

【目的】提出径流侵蚀功率的概念,对比分析降雨侵蚀力和径流侵蚀功率在表征次暴雨水力侵蚀动力上的优劣。【方法】基于次暴雨洪水过程中径流深和洪峰流量模数2个重要的水文特征参数,提出了径流侵蚀功率的概念,并利用岔巴沟流域团山沟径流场和纸坊沟流域2个不同空间尺度实测降雨径流泥沙资料,对径流侵蚀功率和降雨侵蚀力表征次暴雨水力侵蚀动力的优劣进行了比较。【结果】径流侵蚀功率可以更好地表征坡面和流域尺度的次暴雨水力侵蚀动力,更能体现天然降雨和下垫面特性对次暴雨侵蚀产沙的综合影响。【结论】与通用的降雨侵蚀力相比,径流侵蚀功率更适宜用作坡面、流域尺度次暴雨侵蚀产沙模型的侵蚀动力因子。     

黄土高原小流域坝地水分时空分布特征

为有效认识黄土高原淤地坝坝地土壤水分时空分布特征,通过对王茂沟小流域2号坝坝地土壤水分长期监测,分析了坝地土壤水分的统计特征。结果表明:(1)坝地各层土壤水分均表现为中等变异,表层土壤含水量的极差较大,0~2.40m土层土壤平均含水量变化范围为9.92%~23.70%,随深度的增加,土壤平均含水量表现为先减小后增大的趋势;(2)坝地土壤水分具有明显的分层现象,多数监测点的土壤水分在时间上属于中等变异,表层土壤水分变化剧烈,随着深度的增加变异系数开始变小,水分变化程度减弱;根据变异系数的大小,坝地土壤水分可以划分为4个层次:水分剧变层(0~0.20m),水分活跃层(0.20~0.60m),水分次活跃层(0.60~1.40 m),水分相对稳定层(1.40 m以下);(3)坝前各层土壤含水量均明显高于坝中和坝后,在0~0.40 m坝地的含水量明显高于坡地,0.40~1.40 m坡地含水量高于坝地,1.40m以下坝地含水量高于坡地,且坝地各层土壤含水量随时间的变异系数均小于坡地。     

次降雨事件下雨养区典型小流域土壤水分运移规律

以黄土丘陵沟壑区典型小流域为研究对象,采用稳定同位素分析法,结合野外调查和室内试验,对绥德县王茂沟小流域次降雨事件后不同土地利用下包气带土壤水稳定氢同位素(δ2 H)变化规律进行剖析,为黄土丘陵沟壑区包气带土壤水分运移机理、模型参数确定以及生态保护与建设提供科学依据。结果表明:(1)草地、林地和农地土壤含水率的变化范围分别为6.74%~21.42%,6.74%~19.08%和7.86%~20.74%,土壤蓄水量的变化范围分别为265.6~384.0,275.1~368.7,289.5~334.6mm,土壤水δ2 H的变化范围分别为-113.41‰~-71.84‰,-115.10‰~-50.98‰和-112.28‰~-63.78‰。(2)草地、林地和农地土壤含水率变化趋势均存在时间节点。(3)不同土地利用下的包气带土壤水氢稳定同位素变化存在显著性差异,农地和草地较林地更有利于赋存土壤水分。(4)不同土地利用下土壤蓄水量峰值与蓄水能力呈负相关关系,峰值越大,相应的蓄水能力越低。(5)林地、草地和农地均存在"优先流"现象,草地和林地能显著延伸"优先流"发生路径,农地可能与地下水水质与补给密切相关。     

不同草带覆盖位置条件下坡沟系统侵蚀产沙差异性

以坡沟系统单元为研究对象,利用室内降雨试验,结合三维激光扫描和微地貌分析技术,研究不同草带覆盖位置下坡沟系统侵蚀产沙差异性。结果表明:一些布设在合适位置的草带能够在p0.05水平上显著影响坡沟系统的径流量和产沙量。植被布设于坡面中下部比布设于坡面上部具有更好的水沙调控作用,植被布设于坡面长度60%时,径流量和产沙量分别减少7.35%和62.93%,直接拦沙功效优于蓄水减沙功效,水土保持功效达到最优。植被布设于坡面下部时,其侵蚀输沙过程的剧烈程度得到了缓解,植被调控侵蚀发育的作用体现。植被布设于坡面中下部时,下垫面仅有52%的区域发生侵蚀,其侵蚀输沙过程的剧烈程度明显减少,植被调控侵蚀作用有效限制了侵蚀发育。植被布设于坡面中部和中上部时,加剧了侵蚀的发育程度。研究结果有助于更好地理解植被优化配置。     

陕北地区土地利用变化对生态服务功能价值的影响

以陕北地区榆林、延安2市作为研究区域,利用土地利用变化数据,对陕北地区用地类型的变化进行分析,并使用合适的生物量因子,修正生态服务功能价值当量表,使当量表更符合陕北地区的实际情况,结合已有研究得到的二级用地类型当量因子比例关系,细化生态系统服务功能当量因子表,以便更准确的估算陕北地区生态系统服务功能价值.结果表明:1985-2013年间,主要用地类型变化为耕地、林地和草地,耕地面积减少2 811 km2,减少率达到9.98％,林地和草地面积分别增加1 392和2417 km2,增幅分别达到12.85％和7.10％;其中,2000-2013年面积急剧变化,林地和草地面积的增加量分别是1985-2000年的7倍和2倍,退耕还林(草)效果明显;生态系统服务功能价值大量增加,林地和草地的生态系统服务功能价值增量分别为25.2亿和13.9亿元,2000-2013年的增量是1985-2000年增量的3倍.生态服务功能价值的变化与全面推行退耕还林(草)的时间相对应,表明退耕还林(草)政策,对陕北地区生态系统服务功能价值有积极的影响.     

黄土高原旱地长期施肥对土壤硝态氮淋失的影响

对1984年建设的渭北旱塬的长期肥料定位试验土壤剖面硝态氮含量进行了分析,结果表明:施肥12a后单施有机肥处理的硝态氮含量在60cm以下土层,与CK、P含量接近,未发现硝态氮淋溶;NPM处理的累积峰在60—140cm,氮磷配施在100—120cm。22a后,除CK和P外,各处理均在40—100cm土层出现累硝态氮积峰,其中N、NP、NPM处理硝态氮分布呈现出双峰曲线(在60cm和200cm处均出现累积峰),表现出向更深土层淋溶的趋势。单施氮肥平均每年累积量高达73.5kg/hm2,虽然NP和NPM年均累积速率比N处理分别减少了57.7%和78.6%,长期超量施用有机肥依然存在生态风险,必将造成氮素的大量损失,但该区的地下水埋藏深厚(50m),对地下水污染风险小。     

土石山区不同农作方式下坡面径流氮素流失过程

采用人工模拟降雨方法研究裸地(BL)、花生(PL)、50%裸地+50%花生(BP)、50%玉米+50%花生(CP)和秸秆覆盖(SC)5种农作方式下,丹江鹦鹉沟小流域坡面小区径流氮素流失规律。结果表明:地表径流总量表现为裸地BLSCCPBPPL;随降雨时间延续,地表径流均呈不同程度增加趋势,其中BL小区增长速度最快,BP措施下出流时间最长(降雨后第6min),花生立地条件下每5min地表径流变化稳定在0.30~3.46L之间。径流中氮素流失浓度表现为BPCPPLBLSC,随时间呈波动增加趋势,沿坡面由上至下表现为先减小后增加。受农作方式的影响,氮素流失在时间、空间上变化规律不同;总氮、硝态氮流失浓度最大增幅分别可达45.54%和55.79%,流失量分别在15.90~110.81mg/m2和15.58~90.33mg/m2之间;径流中氮素浓度的变异性略大于对应的地表径流。农作方式与硝态氮呈正相关,与总氮相关性不显著。在鹦鹉沟小流域农田养分流失不容忽视,需进一步采取有效的水土保持措施。秸秆覆盖措施既能有效保持土壤养分,又可保证入河径流量,是值得推荐的水保措施。