半干旱区流域土壤养分分布特征及其与地形、植被的关系

以小流域为单元,以典型横断面为代表,初步分析了黄土高原半干旱区中连川小流域坡顶、坡面和坡脚不同部位土壤养分分布特征及其与地形和植被的关系。结果表明,中连川流域土壤养分全量和速效态都匮乏。在开垦利用条件下,0～20cm土层土壤有机碳、氮、磷、Olsen-P、硝态氮含量在不同坡位的高低顺序:坡面<坡顶<坡脚,显示了土壤养分坡脚富集、坡面和坡顶流失的特征。恢复地表植被后,土壤有机碳、氮的含量较相邻的农田显著提高。草本植被群落对土壤养分(0～20cm)的积累促进作用高于灌木。

基于GIS的黄土高原地貌复杂区县域耕地地力评价——以陕西省澄城县为例

以黄土高原地貌复杂区的陕西省澄城县为研究区,通过野外采样调查和室内分析,获取大量耕地地力相关信息,并借助GIS技术和综合运用层次分析法、模糊数学法、综合指数法等对研究区耕地地力进行自动化、定量化和可视化评价。结果表明:澄城县耕地地力可分为5等,其中1等地占19.05%,2等地占22.75%,3等地占31.3%,4等地占16.97%,5等地占9.94%。1、2、3等地主要分布在地势较平坦、灌溉条件较好、肥力较高的黄土塬面上,而4、5等地主要分布于坡度较大、水土流失严重、土壤耕层较薄、肥力低的丘陵沟壑区,利用类型主要为旱地。在全县14个乡镇中,寺前镇、韦庄镇和城关镇耕地地力水平较高,而尧头镇耕地地力较差。

黄土丘陵沟壑区小流域土壤水分空间变异性及其影响因素

为了解不同土地利用方式和地形条件下土壤含水率的数量特征及其变异规律,以黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟小流域为研究对象,利用经典统计学方法系统分析了小流域尺度土壤含水率的空间变异性。结果表明:不同土地利用方式下土壤平均含水率之间呈极显著差异,其顺序为:农田>草地>林地>灌木地;土壤含水率在土壤剖面上呈先减小后增大的趋势。地形条件显著影响土壤含水率,其中梯田>沟底>坡地>峁顶;不同坡位土壤含水率的顺序为坡下>坡上>坡中,不同坡向间为阴坡>阳坡。上述土壤含水量的变异程度均为中等。在小流域尺度,土地利用和地形对土壤水分具有显著的交互作用。相关结果可为黄土丘陵沟壑区的土壤水分管理、土地利用结构优化、不同地形条件下的植被布局提供参考。

陕北不同地貌部位土壤抗冲性特征研究

以陕北吴起县为例,采用原状土冲刷法,对各地貌部位不同植被类型间的土壤抗冲过程进行测试研究,结果表明:(1)在抗冲过程初期土壤抗冲值均较小,且随时间逐渐增大,随后抗冲值随时间呈波浪式变化,呈现单峰、双峰和多峰变化,除农地外所有土样在整个抗冲过程均有突变值的存在;(2)在梁(峁)顶、梁(峁)坡、沟坡和沟底,抗冲性最强的植被类型分别为沙棘林(草地)、油松小叶杨山杏混交林、柠条林和旱柳小叶杨混交林,农地的抗冲性能最差;(3)草地和灌木林在各地貌部位间的抗冲刷系数都表现为:梁峁顶>梁峁坡>沟坡>沟底,乔木林总体上表现为:梁峁坡>梁峁顶>沟坡>沟底,林分类型间的抗冲性表现为:针阔混交林>阔叶混交林>针叶纯林>阔叶纯林;(4)不同整地方法下的土壤抗冲性也表现出很大的差异,以油松林为例,表现出水平阶整地的抗冲性能优于鱼鳞坑,另外水平阶阶坎上的土壤抗冲刷系数要高于水平阶阶面,其他整地方法的抗冲性能有待进一步研究。

黄土残塬沟壑区坡度和坡长对土壤侵蚀的影响分析

该研究以黄土区坡地的坡长与坡度对于土壤侵蚀的影响为研究内容 ,旨在为因害设防 ,更好的治理水土流失 ,对黄土高原坡地综合治理提出理论依据和切实可行的实践指导 .根据在山西省吉县黄土残塬沟壑区长期定位水土流失观测与调查资料 ,并结合以往关于黄土区的研究成果分析了坡长和坡度与侵蚀的关系 ,研究表明 :随坡长和坡度的增大 ,径流增大 ,侵蚀量越大 ,侵蚀模数增大 ;年侵蚀模数与坡长呈正相关关系 ;随着坡长增大 ,细沟侵蚀和浅沟侵蚀明显增强 ;坡耕地坡长最好小于 15m .

西安至平凉线永寿梁越岭地区综合线路方案研究

结合新建铁路西安至平凉线永寿梁越岭地区线路方案研究工程实践,针对新建铁路西安至平凉线黄土沟谷纵横、强烈下切、岸坡坍塌、陷穴分布广、且多呈坡陡谷深的黄土"V"形谷的特殊地形条件,以及以黄土滑坡为主的不良地质广为分布、规模大、危害重的特殊地质条件,首先根据线路基本走向和主要技术标准,在进行大面积区域地质调查和地质勘探基础上,结合区域内自然特征、环境敏感点等,选择合理的越岭垭口;在此基础上,结合地形、地质条件,系统、全面分析控制线路方案的主要因素,从线路技术条件、越岭主隧道长度及工程施工条件、工程可靠性及环境影响、工程经济性等多方面比选,选择合理的越岭隧道方案。

黄土丘陵区不同功能群植物碳氮磷生态化学计量特征及其对微地形的响应

研究黄土丘陵区植物碳氮磷生态化学计量特征及其对微地形变化的响应,对于深入理解植物对丘陵山地环境的适应策略具有重要的意义。以黄土丘陵区森林草原带不同微地形环境(坡向、坡位)下的不同功能群植物为研究对象,对不同功能群植物叶片和细根的C、N、P含量及其化学计量特征进行了研究。结果表明:(1)叶氮含量(LN)、叶磷含量(LP)、根氮含量(RN)、根碳含量(RC)、叶碳/叶氮(LC/LN)、叶碳/叶磷(LC/LP)、叶氮/叶磷(LN/LP)、根碳/根氮(RC/RN)和根氮/根磷(RN/RP)在科属间差异显著(P<0.05),而叶碳含量(LC)、根磷含量(RP)和根碳/根磷(RC/RP)在科属间差异不显著(P>0.05)。(2)不同科属植物生态化学计量特征对微地形变化的响应不同,禾本科细根C/N在阴坡、阳坡差异性显著,豆科植物根N含量在不同坡位间差异显著(P<0.05);菊科植物叶N含量、叶C含量、根N含量、叶片C/N和细根C/N在不同坡位间差异显著(P<0.05)。(3)禾本科植物在中坡位受N、P元素共同影响,在其它坡位主要受N元素限制;豆科植物在中坡位和上坡位主要受P元素限制,在下坡位和峁顶受N、P元素共同影响;菊科植物上坡位受N、P元素共同影响,在其他坡位主要受N元素限制。研究表明,不同科属植物在不同微地形条件下受限的营养元素不同,对丘陵多变环境也存在不同的适应策略。

黄土高原生态分区及概况

黄土高原地域广阔,水土流失区域差异显著。为了有效治理水土流失,评估水土流失治理技术和模式及生态恢复建设工程的成效性,需要对黄土高原进行区域划分。依据自然条件、水土流失治理技术和模式的区域性特征及差异,基于国家基础地理信息系统数据的县级行政界,对其进行合并,进行生态分区的划分,并分别统计其气候、地形地貌、植被特征及水土流失现状,以期为黄土高原水土流失治理技术和模式的改良优化提供依据。主要结论如下:(1)黄土高原分为黄土高塬沟壑区,黄土丘陵沟壑区,沙地和农灌区,土石山区及河谷平原区。其中黄土高塬沟壑区和黄土丘陵沟壑区分别划分为两个副区。(2)黄土高原的气候、植被、水土流失具有明显的分区差异。降水和植被覆盖度自东南向西北递减,二者在空间分布上具有很好的一致性,降水量大的分区,植被覆盖度也高。在年际变化方面,丘陵沟壑区B2副区降水量呈增加趋势,其他分区呈减小趋势,变化均不显著。80年代以来,黄土高原和各生态分区的植被覆盖度均逐渐增加,黄土丘陵沟壑区的增加量最大。各分区的面平均气温均呈非显著增加趋势,90年代以来增温明显。(3)1970年以来,黄土高原侵蚀产沙强度减弱趋势显著,至2002—2015年,多年平均输沙模数在0.13—3924 t km^-2 a^-1之间,侵蚀强度最大为中度侵蚀(2500—5000 t km^-2 a^-1),但面积较小,主要分布于第二高塬沟壑区的泾河流域。

复杂地形中机载LiDAR点云构建DEM的插值算法对比

机载激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)可快速、高效的获取大范围地形信息,已成为高精度地形建模的重要数据获取手段。然而,针对复杂地形的机载LiDAR点云构建数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)的插值误差研究缺乏,严重限制了其在土壤侵蚀、开采沉陷等地表过程研究中的应用。该研究基于黄土高塬沟壑区典型地形的机载LiDAR数据,对比了反距离加权(Inverse Distance Weighted,IDW)、克里金(Kriging)、样条函数(Spline)、自然邻域(Natural Neighbor,NN)、趋势面(Trend)、不规则三角网(Triangulated Irregular Network,TIN)等插值算法的插值误差。首先优选了IDW、Kriging、Spline、Trend等4种算法的关键参数,其次分析了不同点云密度和地形下IDW、Kriging、Spline、NN、TIN等5种算法的插值误差及其空间分布。结果表明:1)IDW最优插值参数为权指数1和搜索点数12,Kriging为无方向、高斯函数和搜索点数12,Spline为规则样条函数和搜索点数32,Trend误差达米级,不适用于地形复杂区域。2)当点云密度较小时(1~19点/m^(2)),IDW、Kriging、NN、TIN4种插值方法较为准确地描述地形。当点云密度较大时(39~77点/m^(2)),各个插值方法的DEM空间分布差异不大。3)针对黄土高塬沟壑区复杂地形区域,点云密度越大,DEM的误差越小。陡坡区域DEM的平均绝对误差明显高于缓坡区域,随着点云密度增大,陡坡区域误差明显减小,而缓坡区域变化较小。当点云密度较小时(1~19点/m^(2)),缓坡和陡坡最优插值插值方法分别为NN和TIN;当点云密度较大时(39~77点/m^(2)),缓坡和陡坡最优插值方法均为Spline。研究结果可为机载LiDAR用于地形复杂区域的高精度地形建模与地表过程研究提供依据。

地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响

研究地形和土地利用类型共同作用下表层土壤有机碳空间分布特征,对准确评估区域土壤有机碳的空间分布和变异特征具有重要意义。以黄土丘陵沟壑区燕沟流域3种地形部位（峁顶、峁坡、沟底）和8种土地利用类型（农田、果园、天然与人工草地、天然与人工灌木林、天然与人工乔木林）为研究对象,采集表层（0~20 cm）314个土壤样品用于研究地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域表层土壤有机碳空间分布的影响。地形和土地利用方式极显著（P〈0.000 1）影响小流域表层土壤有机碳含量与分布,并且交互作用显著（P=0.051 1）。地形影响下,土壤有机碳空间分布表现为沟底〉峁坡〉峁顶的变化趋势,土壤有机碳含量沟底（8.0 g/kg）、峁坡（7.1 g/kg）分别是峁顶（4.2 g/kg）的1.9、1.7倍。土地利用方式影响下,土壤有机碳空间分布表现为天然乔木〉天然灌木〉人工乔木〉天然草地〉人工灌木〉人工草地〉农田〉果园的分布变化规律。地形和土地利用交互作用下,农田、果园、天然草地在坡面水土流失条件下显示出土壤有机碳在沟底逐渐富集的特征,沟底有机碳含量农田（6.9 g/kg）、果园（8.8 g/kg）、天然草地（9.3 g/kg）分别是峁顶的1.9、2.0、1.9倍。林地（灌木林和乔木林）却表现为峁坡土壤有机碳含量远远高于沟底,天然乔木林且达到了显著水平,天然乔木峁坡土壤有机碳含量（24.6 g/kg）是沟底（16.4 g/kg）的1.5倍。