黄土干旱区电网工程水土流失机理及其治理方法研究——以宁夏地区为例

选取干旱风沙区与黄土丘陵区为研究区域,基于风力侵蚀和水力侵蚀2种主要侵蚀模式,通过试验分析研究了电网工程水土流失的影响因子及其主要机理;采用土壤肥力提升技术及土壤保墒技术相结合的方式促进植被恢复,系统性提出了适用于宁夏地区的水土流失治理方法,为推进宁夏地区电网生态高质量发展提供了理论支撑。

黄土高原北部草地表层土壤水分状态空间模拟

为探明黄土高原北部草地表层土壤水分空间分布特征及其与环境因素的关系,该文用自回归状态空间模型和经典统计的线性回归模型对该区草地表层土壤含水率的分布状况进行了模拟。结果表明,状态空间方程可以应用于环境因素复杂的黄土高原水蚀风蚀交错区,其拟合效果优于线性回归模型。单因素中基于饱和导水率的模拟效果最佳(R2=0.936);多因素模拟中以饱和导水率+海拔+凋落物模拟效果最佳(R2=0.976),可以很好地解释表层土壤水分的变异状况。自回归状态空间模型可用于研究黄土高原北部水蚀风蚀交错区表层土壤水分与其他因素的空间关系。

农牧交错带草地植被的水土保持作用研究

在农牧交错带以小麦地为对照,研究退耕建植草地植被及天然草地植被的水土保持作用。结果表明,退耕建植草地植被可以明显减轻土壤风蚀程度,并有利于土壤在雨季对降水的蓄积;天然草地植被与农田植被相比,可以较好地减轻水蚀的发生。

水蚀风蚀交错带植被恢复对土壤物理性质的影响

黄土高原北部晋陕蒙接壤区是典型的水蚀风蚀交错带和强烈侵蚀中心,探讨该区植被恢复对土壤性质的影响有助于该区植被恢复模式的合理选择和土壤生态效应的科学评价。以神木六道沟小流域为研究区域,探讨了土壤物理性质变化与植被恢复的关系。结果表明,研究区土壤容重、砂粒含量以及饱和导水率普遍较高,表层(0-20cm)均值依次为1.38gcm-3、44.2%和1.46mmmin-1,而土壤总孔隙度与粘粒含量则较低,表层均值分别为45.6%和2.4%,反映了研究区土壤荒漠化的严峻现状,其中北坡(迎风坡)表现尤为严重。与农田相比,采用自然弃耕、种植紫花苜蓿(Medicagosativa)和柠条(Caragana korshinskii)、恢复次生天然草地等不同的植被恢复模式可以不同程度地降低土壤容重,增加土壤总孔隙度、饱和导水率以及团聚体稳定性,改善土壤的物理性质,而且随着恢复时间(1-30a)的延长,这种效应会进一步增强。通过种植人工草地并使其自然恢复为次生天然草地的植被恢复模式,对土壤结构的改善作用显著优于直接种植柠条灌丛和自然弃耕等模式。但是,短期内(<30a)植被恢复对土壤颗粒组成、比重等物理性状无显著影响,意味着土壤一旦出现沙化将很难逆转。从对植被恢复响应的敏感性而言,土壤容重、总孔隙度以及团聚体稳定性可以作为土壤生态效应评价的主要指标。

东柳沟流域表土粒度分布特征及可风蚀性研究

区域表土粒度分布特征可反映该区环境特征,研究风水复合侵蚀区小流域内部表土粒度分布特征,可为探究风水两相侵蚀作用机理提供一定的理论依据。通过野外表土空间采样和室内测定,对地处风水复合侵蚀区的东柳沟流域的表土粒度分布特征及其可风蚀性进行研究,结果表明：东柳沟流域各种土地利用类型的表土粒径主要为细砂粒（50~250μm）,体积分数为56.59%~86.65%,属于风沙土。流域不同土地利用类型表土粒度性质存在显著差异,草地、农地、灌木地的平均粒径（Mz）分别为77.60,81.66,87.85μm,颗粒级配较细,而沙地、河道的Mz分别为126.36,151.80μm,颗粒级配较粗;流域表土粒径大部分表现出正偏和窄峰,颗粒分布较集中。从流域上游到中游,表土粒度表现出明显的粗化现象,具体表现为：除河道外,上游各土地利用类型表土的Mz均显著小于中下游（P〈0.05）。而在流域中游,除草地、河道之外,其他土地利用类型的Mz与沙地之间没有显著性差异。对流域表土的可风蚀性颗粒分析结果表明,自上游到中游的各土地利用类型的易风蚀颗粒含量显著增加,草地、农地、灌木、河道分别增加了44.4%,54.23%,48.84%,33.76%。结论表明,流域中游是表土粒度分布最复杂、风蚀作用最强烈的区域,同时也是风蚀与水蚀叠加作用最为频繁的区域。

砒砂岩区典型小流域复合侵蚀动力特征分析

以鄂尔多斯高原砒砂岩区水力、风力、冻融交错侵蚀作用为研究对象,选择准格尔旗二老虎沟小流域作为研究流域,对侵蚀环境参数进行定位观测,统计分析水力、风力、冻融作用的年内变化过程。采用数据标准化后的层次分析法,揭示水力-风力-冻融交错作用过程,辨识高侵蚀风险发生的时阈及动力交错模式。研究表明:砒砂岩区复合侵蚀作用可分为风冻交错、风水交错和风水冻交错三个典型动力组合模式,风水交错侵蚀是该地区的主要侵蚀模式;砒砂岩区年内存在三个高侵蚀风险期,即风-冻融交错侵蚀期(2月上旬至3月中下旬),风-水交错侵蚀期(6月中上旬至8月中下旬),水-风-冻融交错侵蚀期(10月中旬至11月中下旬)。

水蚀风蚀交错区柠条锦鸡儿叶片比叶面积和营养元素变化动态

通过对黄土高原水蚀风蚀交错区主要生长月份柠条锦鸡儿(Caragana korshinlii Kom.)叶片比叶面积(SLA)和矿质元素含量的测定,探讨其对生境条件及生长时间的响应规律,结果表明:不同生境柠条锦鸡儿叶片SLA随生长月份的变化趋势基本一致,但变化差异不显著;不同生境叶片有机碳(C)含量变化差异不显著;叶片全氮(N)含量、全钾(K)含量对生长月份的变化响应明显,变异幅度较大,而随生境条件发生的变异较小;叶片全磷(P)含量在不同生境随着生长月份发生的变异较大。不同生境叶片N/P随月份发生的变异较大、C/P的变异较小;叶片C/N、C/K在不同生境间无明显差异,但均随生长月份而产生较大变化,叶片N、P、K的含量与SLA相关性不明显。所以,生境条件和生长时间是柠条锦鸡儿叶片结构特性和养分组成发生变化的重要原因,其叶片比叶面积与矿质养分含量受外界环境因子和自身发育状况的共同调控。

黄土高原水蚀风蚀交错带和神木试区的环境背景及整治方向

黄土高原土壤侵蚀最强烈地区出现于年降水量为400mm左右的水蚀风蚀交错地带,本区气候变化剧烈,植被稀疏,土壤侵蚀全年进行,为典型的脆弱生态环境区。春季风蚀强烈,夏秋暴雨侵蚀频繁,两者交替进行,相互促进,年均侵蚀模数多在10000t/km^2以上,境内的晋陕蒙煤田开发区为强烈侵蚀的中心,又为黄河下游河床粗泥沙的主要来源区。鉴于治黄和煤田开发的紧迫需要,神木试区即设于该地区,建立该试区进行环境整治的试验示范研究具有广泛的实际指导意义。综合分析神木试区的优势和劣势。以小流域为单元,探讨工副业与农业相结合,生态效益与经济效益同步发展,农林牧副业生产走向商品化,走向市场的新途径。

黄土高原地区水蚀风蚀交错带土壤质量综合评价

为揭示黄土高原水蚀风蚀交错带土壤质量变化规律和总体水平,通过敏感性分析、主成分分析和相关分析,确定了研究区的土壤质量评价最小数据集,并利用综合指标和最小数据集定量评价了植被演替和不同植被恢复类型对土壤质量的影响。结果表明,研究区土壤质量评价指标最小数据集为有机质、速效磷、蔗糖酶和真菌。随着退耕年限的增加,土壤质量综合指数并非简单地线性增加,而是在演替的前15 a呈现下降趋势,15 a后开始呈现增加的趋势,即表现出非正U型的变化。就不同植被恢复类型而言,研究区土壤质量的排序为:刺槐林地>农地>退耕草地>油松林地>沙蒿地>柠条灌木地>杨树疏林地。所确定的土壤质量评价指标最小数据集能够反映综合评价指标的信息,评价结果具有较好的代表性。总体而言,研究区土壤肥力仍属于较低水平。因此,研究区生态建设的任务仍很艰巨,有关植被建设中如何缩短植被演替早期阶段的土壤质量退化是值得探讨的科学问题。

退耕还林还草过程中不同土地利用方式土壤呼吸作用及其碳收支评估

采用动态密闭气室法对黄土高原水蚀风蚀交错区9种土地利用方式植物生长季节内(2010年6—10月)土壤呼吸速率及其主要影响因子进行测定,分析不同土地利用方式间土壤呼吸的差异性和土壤呼吸对温度、土壤水分、叶面积指数等因子的响应,对7种土地利用方式土壤碳收支进行了估算。结果表明,植物生长季节内,不同土地利用方式下土壤呼吸速率呈多峰型变化趋势。裸地、农地、梯田农地、苜蓿地、撂荒地、长芒草地、荒草地、沙柳地、沙蒿地的土壤呼吸速率季节变化范围分别为0.18～1.05、0.30～2.08、0.50～1.71、0.53～2.78、0.26～1.08、0.39～1.93、0.30～2.27、0.43～1.43、0.39～1.26μmol·m-2·s-1。9种土地利用方式下土壤呼吸速率均与气温和5、10、15cm地温呈显著相关(P<0.05)或极显著相关(P<0.01),而与0～6cm土壤水分相关性不显著。9种土地利用方式下地温对应的Q10值均表现为15cm地温>10cm地温>5cm地温。研究区域内土壤呼吸速率与其地上植被叶面积指数呈极显著线性相关关系(r=0.679,P<0.01)。

水蚀风蚀交错带植被恢复对土壤有机质和氮素的影响

以陕西省神木县六道沟小流域为研究区域,探讨了植被恢复对土壤有机质(SOM)和氮含量的影响。结果表明,研究区不同植被恢复模式表层(0-20 cm)SOM和全氮(TN)的变化顺序为:天然草地>灌丛>人工草地>弃耕地>农田,但是相互间统计差异不显著(p>0.05),意味着不同模式对促进土壤质量恢复均有一定的作用,但效果并不明显,因此考虑到研究区水分的限制性,建议植被恢复模式以草地为主。植被恢复阶段对SOM和TN的影响表现为前期(<14 a)降低而后期稳定增加的趋势,但对矿质氮(Nmin)则无显著影响。坡向比较结果表明,南坡(背风坡)SOM,TN以及矿质氮均显著高于北坡(迎风坡),这与其它地区的研究结果恰恰相反,这一特征意味着土壤沙化导致土壤肥力退化的机理可能在于土壤沙化因增强SOM的矿化消耗而降低了土壤养分的累积。

黄土高原水蚀风蚀交错带煤田开发区小流域植被恢复模式

该文以陕北神木县六道沟小流域为研究区,应用参与性农户评估方法（PRA）调查煤田开发对流域居民收入和流域可持续发展的影响,分析流域内主要植被的生长和土壤水分状况,探讨陕北特大型煤田开发基地的生态恢复模式,为煤田可持续开发提供科学依据。调查表明,煤田开发明显改变了流域内农民的收入结构和数量,工农收入比由1.4∶1（1993年）变为26.5∶1（2007年）,人均收入由830.0元增加为9 340.0元,增加了约10倍;收入的增加提高了流域农民对退耕还林（草）政策的认知度,高达95%的群众对退耕还林还草政策持肯定态度;流域内的土地利用方式有了明显变化,表现为种植业用地显著下降,由原来的31.3%下降为21.5%,而畜牧业用地（包括荒草地）从39.6%增加为52.4%,原因是煤田开发让大部分劳动力投入到煤矿生产中,部分耕地特别是坡耕地荒废,成为荒草地。流域内小叶杨人工乔木林85%以上林木生长老化、衰败,树高平均仅4~6 m,形成典型的低效、低产林,林地土壤水分亏损严重,0~50 cm土层含水量仅有3.85%;流域10年生人工柠条灌木林郁闭度只有0.2,并且深层土壤水分被过渡利用,200~600 cm层次平均含水量仅有4.1%;10年生人工紫花苜蓿草地土壤水分消耗也较显著,但程度明显低于人工柠条林地,且紫花苜蓿的存在促进了天然草本群落的演替。研究认为,在煤炭资源枯竭之前,进行有效的草本植被恢复,建立以草本植物为主体、草灌结合、具有高效生态效益和一定经济效益、有利于促进流域次生地带性植被自然生长的人工植物群落是流域有效的植被恢复模式。因此,保证流域形成具有一定郁闭度的优质放牧草原群落,在煤炭资源枯竭之后,流域经济可以顺利地由资源消耗型经济转为以放牧业为支柱产业的循环经济,实现流域的可持续发展。

农牧交错地带土地生产力退化的初步探讨

本文根据我国北方地区农牧交错带自然条件的特点,指出其生态环境的脆弱性,并回顾历史及现实状况,揭示了北方农牧交错带土壤风蚀、土地退化、沙化的严重性,并指出了这一地区土地整治的途径。

黄土高原水蚀风蚀交错带不同立地条件下土壤呼吸特征

水蚀风蚀交错带是黄土高原土壤侵蚀最严重地区,该地区立地条件复杂,土壤质地有较大的空间变异性,对生态系统碳循环过程产生重要影响。该文选取土壤质地为立地条件的主要参考因子,利用便携式CO2分析仪对黄土高原水蚀风蚀交错带不同立地条件下2种典型灌木(柠条和沙柳)土壤呼吸特征进行了连续2a的野外对比研究,分析不同立地条件下灌木林地土壤呼吸之间的差异,阐明土壤呼吸的动态变化及其对土壤温度的敏感性。结果表明:在不同立地条件下,柠条林地黄绵土土壤呼吸高于风沙土,相反,沙柳林地风沙土土壤呼吸高于黄绵土。每种灌木林地在不同立地条件下土壤呼吸呈现明显的季节性变化,土壤呼吸速率的高峰值出现在7、8月份。不同立地条件下土壤呼吸与土壤温度呈现显著指数函数关系,每种灌木林地黄绵土土壤呼吸的温度敏感性系数Q10高于风沙土,从而对土壤温度的响应更为敏感。

六道沟流域有效水蚀风蚀能量及其特征研究

神木县六道沟流域属于典型的水蚀风蚀交错带，该文是在流域５年观测资料的基础上，分析计算了土壤有效水蚀能量和风蚀能量以及年内分配特征。指出该地区从２～５月、１１～１２月地表裸露，气候干旱，风力强盛，有效风蚀能量表现最高，其中４～５月和１１月是风蚀能量的高峰时期，同时，占流域面积４０．４％的ＮＷ、Ｎ、Ｓ、Ｅ、Ｓ坡（８方位计）又是风力吹蚀和风积的最主要坡面，是防治风蚀的重点部位。６～１０月份，有效风蚀能量低，风力不强，加之地面湿润，风蚀风积作用表现微弱，但有效水蚀能量高，并集中于７～８月份，形成水力侵蚀的高峰。这种水力与风力侵蚀能量在一年之中相互交替。

中国北方农牧交错带风水蚀复合区的粮食与退耕还林(草)问题

中国北方农牧交错带风水蚀复合区是一个非常特殊的生态脆弱区,通过对该类型区60个典型县域的实地考察和统计资料分析表明:①该类型区的人均粮食产量自给有余,但粮食单产较低,较高的人均粮食产量是以扩大耕地面积,牺牲生态为代价的,今后粮食增产的主要潜力重点应放在提高水浇地单产上。②从区域和国家生态安全角度考虑,该类型区不适宜大规模开垦耕地,而应在粮食自给的基础上逐渐转变为以牧为主的发展方向,退耕还林(草)正是实现这一重要转变的最有效途径和措施。③农户调查结果表明,退耕对农户粮食产量和家庭经济收入的影响不大,大部分农户能够自觉接受退耕还林(草)政策,但目前正处于相持阶段,仍需要国家给予适当经济补偿。因此,该类型区的退耕还林(草)工程不但不能压缩,而且应该进一步扩大规模,加大投资力度。

水蚀风蚀交错区典型人工林土壤水分亏缺特征

为充分了解水蚀风蚀交错区典型林地土壤水分差异性及其生态水文效应,选择陕西省延安市吴起县水蚀风蚀交错区长城镇退耕还林后形成的典型人工林(小叶杨、山杏、山桃、柠条、河北杨和沙棘林)为研究对象,采用烘干法测定土壤含水量,分析0~300 cm土层土壤水分季节变化特征、贮水量特征和土壤贮水亏缺程度。结果表明:在0~300 cm土层,6种林地土壤水分具有明显的垂直变异特征,即随着土层深度的增加,土壤含水量先升高后降低;6种林地各土层的土壤含水量均具有明显的季节变化特征,且变异系数在表土层较大,随着深度的增加而减小;6种林地土壤水分活跃层存在一定的差异性;其中,沙棘林土壤水分活跃层最深(0~80 cm),其它林地相对较浅(20~40 cm);在0~100 cm土层,各林地土壤贮水量垂直变化趋势差异较大,且小叶杨、河北杨与沙棘林差异显著(P<0.05),沙棘各季节土壤贮水量随着土层深度的增加呈现先增大后减小的趋势。不同植被类型土壤贮水亏缺度存在差异,土壤水分亏缺度在季节上表现为秋季>春季>夏季。

西气东输管道陕西段工程建设中的土壤流失及防治

西气东输管道陕西段工程建设穿越多种生态环境敏感的地区,地形地貌复杂,生态环境脆弱,建设施工过程中引发新的水土流失。将水土流失防治区分为风蚀防治区和水蚀防治区,根据各自的特点,制定防治措施,实现管道工程建设与沿线生态环境同步进行的目的。

土地覆盖遥感专题信息分层分级提取方法研究

【目的】以陕西省横山县1990年的TM图像和2013年的OLI图像作为基础数据源,准确获取横山县土地覆盖专题信息,并制作土地利用类型转换图谱。【方法】对图像预处理后,将横山县10种土地利用类型分别归属到不同的专题层,按照提取难度排列各专题层的处理顺序;对于一个专题层针对性的构建特征空间,并辅助专题图件在特征空间中通过全局阈值分割,获取目标土地利用类型的概貌信息;将包含一层概貌信息的二值图像作为掩膜文件与原图像进行求交运算,依据剩余地物之间的光谱特征和形态特征差异选取尺度,对求交结果依次执行面向对象分割、SVM监督分类和基于数学形态学开闭运算的分类后处理操作,以进一步分离出较难识别的背景地物,获取目标土地利用类型的精确空间分布信息;复合各专题层的提取结果,形成一期的土地覆盖分类结果,然后由两期结果制作横山县1990-2013年土地用类型转入、转出图谱。【结果】分层分级提取方法依据目标土地利用类型对象与背景地物对象的光谱特征和形态特征差异,对多光谱遥感图像逐层逐级分解计算,有效减少对光谱特征微弱、混淆地物的漏分误判现象,降低椒盐效应。两期TM/OLI图像提取结果的总体分类精度和Kappa系数分别为82.31%和0.775,81.26%和0.762。【结论】实验所设计的专题信息提取方法能够较为准确、快速地获取横山县土地覆盖专题信息,为解译黄土高原水蚀风蚀交错带TM/OLI图像提供一个新的思路。

谈谈全国水土保持情况普查及成果运用

在2010年第一次全国水利普查中,同步开展了我国水土保持情况普查。我国现有土壤侵蚀总面积为294.91万km2,其中水力侵蚀面积129.32万km2、风力侵蚀面积165.59万km2,与第二次全国土壤侵蚀遥感调查的面积355.55万km2相比,土壤侵蚀面积减少了60.64万km2,其中水力侵蚀面积减少35.56万km2、风力侵蚀面积减少25.08万km2。本次普查全面查清了土壤侵蚀分布、面积与强度和侵蚀沟道的数量、面积与分布,水土流失严重地区仍然在长江上中游、黄河中上游、东北黑土区和西南岩溶区等地区,防治任务仍然十分艰巨。要充分利用好全国第四次土壤侵蚀普查和水土保持措施等情况普查成果,认真落实《全国水土保持信息化规划》确定的任务,全力推进我国水土保持信息化、现代化建设。