晋西黄土区坡面尺度地形因子对土壤水分状况的影响

为分析黄土区坡面尺度地形因子对土壤水分的影响,该文选择山西省吉县蔡家川小流域典型梁峁坡面为研究对象,基于数字高程模型(DEM)提取研究区域坡向、坡度、坡位3个地形因子分布图,并与研究区土壤水分的克立格(Kriging)插值图叠加.通过主成分分析得出:在0～30cm土层,地形因子对土壤水分影响的次序依次为坡向>坡位>坡度;在30～60cm土层,其影响强弱顺序依次为坡度>坡位>坡向.对主成分地形因子(坡向、坡度)的单因素分析得出:自土壤水分最高区域(坡向N337.50°)以顺时针方向,土壤水分呈现先减少后增加,再减少至最低(坡向N202.50°(0～30cm土层)、N191.25°(30～60cm土层)),后增加的两次减增过程;土壤水分随坡度变化的幅度很小,随着坡度的增加出现先增加(0°～10°)后减小的趋势(10°～40°).

黄土区坡面尺度不同植被类型下土壤干层的空间分布

为掌握坡面尺度不同植被类型土壤干层特征,对一典型坡面干层空间分布进行了研究。结果表明:13a杏树地和25a柠条地干层厚度分别在0～400和280～400cm之间,杏树地不同坡位处干层分布有明显差异;在坡面垂直方向上,25a柠条地较13a杏树地土壤水分亏缺严重。而水平方向,13a杏树地干层分布表现为明显的片状和斑块状分布特征,同时呈现出从北至南沿坡面逐渐递减,干层分布受植被,降水、坡位、微地形等因素共同作用。相比之下,25a柠条地干层分布结构性较为单一,干层厚度在381～400cm的面积分布较广且连在一起,表现出由植被控制的分布格局。相关结果可为黄土区土壤干层调控提供参考。

黄土高原北部坡面尺度土壤饱和导水率分布与模拟

为探明黄土高原北部坡面土壤饱和导水率(Ks)空间分布特征,为土壤水文过程模拟与预测提供理论依据,采用经典统计学和地统计学的空间变异分析方法,分析了坡面尺度土壤Ks的空间变异特征,并用一阶自回归状态空间模型对Ks的空间分布进行了模拟。研究区坡面尺度Ks的变异为中等程度变异,具有中等程度空间依赖性,变程为42 m。Ks与容重、砂粒、粉粒和黏粒含量在不同滞后距离下均具有自相关关系和交互相关关系。容重和土壤颗粒是影响坡面Ks空间分布的主要因素。状态空间模拟结果表明,基于容重和土壤颗粒的状态空间方程可以很好地解释坡面Ks的变异状况(R2>0.9)。一阶自回归状态空间模型可用于田间条件下坡面尺度Ks分布特征的预测。

湘西北小流域坡面尺度地表径流与侵蚀产沙特征及其影响因素

根据湖南西北部武陵山区女儿寨小流域2004-2008年间坡面径流小区降雨产流产沙的定位观测资料,对流域坡面尺度产流产沙特征及其影响因素进行了分析,为评价流域植被恢复提供参考。结果表明:灌木林和润楠林具有良好的保水减沙效益,油桐林相对较差,自然植被恢复同样带来良好效益,坡耕地年均产流产沙均为最高,反衬了植被与自然恢复措施较好的水土保持效应。降雨因子中,降雨量P与坡面产流产沙相关性最强,其次是降雨侵蚀力R,最大10 min雨强I10与坡面产流产沙相关性最小,其相关系数不到0.5;多元逐步回归分析表明,降雨因子对产流产沙的影响明显。坡耕地产沙随产流的变化趋势最大,其决定系数R2达到0.7693,灌木林最小,其R2仅为0.425。通过灰色关联分析,植被、地形、土壤相关因子对坡面产流产沙影响显著,关联度值均在0.5以上,植被总盖度对坡面产流产沙的影响均为最大,说明植被具有很强的水土保持功能,植被恢复仍是该区域今后改善生态环境的重要措施。

基于CCA的坡面尺度生物结皮空间分布

生物结皮是干旱半干旱地区普遍存在的活地被物,在该区生态系统中具有重要的生态功能。探讨生物结皮的空间分布规律是科学管理该资源的理论基础。选择黄土高原水蚀风蚀交错区六道沟小流域内的典型坡面,通过全面调查并应用GS+和CANOCO统计软件进行分析,探讨了坡面尺度上生物结皮的空间分布特征及其影响因子。结果表明:(1)生物结皮的分布具有明显的空间分异性。沙土区生物结皮以大面积连续分布为主,平均结皮盖度在30%以上;在黄土区则以零星分布为主,结皮盖度大都在20%以下,主要分布在坡的边缘和末端。而生物结皮厚度和抗剪强度的空间变异不大,说明其主要与生物结皮的发育年限有关。(2)典范对应分析(CCA)表明:生物结皮的空间分布与土壤、植被、地表湿度、坡度坡向等有密切关系。其中,土壤类型和生物结皮的空间分布关系最大,可以解释生物结皮空间变异的20%。其次是植被群落类型和地形湿度指数,沙蒿(Artemisia desertorum Spreng.Syst.Veg.)地和小叶杨(Populus simonii Carr.)林地是其最理想的生长环境;其他如坡度、坡向、太阳辐射等也都对生物结皮的分布有一定的影响。总体上,生物结皮具有明显的地形、土壤和植被群落的选择性,偏向于生长在较湿润的沙生植被群落当中。

黄土丘陵沟壑区坡面尺度土地利用格局变化对径流的影响

基于黄土丘陵沟壑区安塞试验站小区实验研究,探讨了坡面尺度土地利用格局变化对径流的影响。根据2006年10次降雨的径流数据,对全谷子(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)4种土地利用格局进行了分析。研究结果表明,(1)径流量的月分布特征与降雨量的月分布基本一致,高降雨量导致高产流量;(2)同一坡度条件下,格局ab,ac,ad与格局a相比均有不同程度的减流效应,减流效应的顺序为:ab>ac>ad;(3)随着坡度从10°增加到25°,格局a,ab,ad的径流量逐渐增大,格局ac的径流量则是呈现一个先增大后减少的趋势;(4)由于受植被盖度、降雨以及人为干扰的复合作用,不同月份产流量的变化特征与年产流量变化规律不尽一致。

晋西黄土区坡面尺度土壤水分分布规律研究

采用定位观测方法对晋西黄土丘陵沟壑区坡面土壤水分的分布规律进行研究。结果表明,坡向、坡度、坡位是坡面尺度土壤水分分布的重要影响因素。得出了不同立地条件土壤水分的剖面变化与时间动态规律。在此基础上对不同立地条件进行聚类,给出了坡面尺度下不同立地条件的分类结果。通过分类,可以用立地因素代替土壤水分状况,为黄土高原植被建设提供科学的土壤水分依据。

河北坝上地区坡面尺度根系生物量空间变异

坝上草原的水土保持对于京津的生态环境有着重要的作用,而根系生物量随水平、海拔、深度等方向的空间变异对于水土保持有重要影响。采用根钻法实地采样,通过ArcGIS空间插值方法,构建完整坡面根系生物量各深层分布图,探究随不同凹凸坡形及其过渡带根系生物量分布特征的变化。通过SPSS指数回归分析,探究根系生物量随深度的变化。结果表明,水平方向上,根系生物量的极值多分布于区域的边缘,其中凸坡和凹坡极大值出现最多,中下坡根系生物量相对较多。深度方向上,根系生物量密度随深度呈指数函数变化的特征,其中含有钙积层的偏凸坡位置根系生物量随深度减少较快、含有沟壑的偏凹坡位置根系生物量减少较慢。因此,微地形是在坡面尺度上影响根系生物量空间分布的主导因素。

半干旱黄土区坡面尺度柠条生长状况及影响要素分析

以半干旱黄土丘陵区典型小流域坡面大规模人工种植柠条林为例,基于坡面不同部位柠条生长状况和生境条件调查,定量分析了地形变化、土壤水分及灌木密度对柠条生长的直接、间接影响及其贡献率。结果表明:(1)东坡大株柠条生长明显好于南坡,下坡位柠条生长状况略好于中上坡位,其他各坡位之间柠条生长状况差异较小;(2)大株柠条生长与浅层土壤水分有正相关关系,而与灌木密度和深层土壤水分则呈负相关关系;大株柠条灌木高度、灌木纵截面积和冠幅体积对浅层土壤水分的响应敏感,冠幅长度对坡向和坡位的响应较为敏感,冠幅宽度对灌木密度的响应较为敏感;(3)地形和土壤水分变化解释了59.9%的大株柠条生长变异,其中坡向、坡位和浅层土壤水分是影响大株柠条生长的主导环境因子,它们分别解释了21.1%、16.0%和13.1%的柠条生长变化。研究认为半干旱黄土区人工植被恢复既要重视空间布局,也要在后期实施必要的管理措施以维持人工林地的稳定性。

鲁中山区坡面尺度下的土壤侵蚀特征分析

土地资源的过度开发利用导致土壤侵蚀问题日益严重。坡面作为土壤侵蚀研究的基本单元,分析其在不同条件下土壤侵蚀特征对于水土保持政策制定具有重要意义。以济南市莱芜栖龙湾水土保持科技示范园的径流场为试验区,对2008—2012年的降水数据以及模拟降水试验观测数据进行定量分析,结果表明:(1)坡长一定时,25°为侵蚀临界坡度,坡度大于或小于25°,侵蚀量减少;(2)在10°~30°坡度范围内,降水量达到12.95 mm时才会产生径流,并且与径流量和泥沙损失量均呈现正相关趋势,并且降水强度越大,面蚀转为细沟侵蚀的时间越快,前期侵蚀量的波动越大;(3)10°~20°的坡度范围内,梯田种植方式比顺坡种植方式有更好的水土保持效果,25°~30°坡度范围内,林草工程和鱼鳞坑等措施结合可以有效减弱土壤侵蚀。

广东省坡面尺度降雨产流产沙特征分析

基于广东省野外6个水土保持监测站点2013—2021年自然降雨观测数据,分析了降雨产流产沙特征及林草措施减流减沙效益。结果表明,研究期内东源、南雄、茂名站点年降雨量呈略微递增趋势,罗定、五华及惠东站点年降雨量呈略微下降趋势。各站点裸地和林草地小区年侵蚀性降雨径流深、土壤流失量分别为2~750和1~300 mm、1~190和0.2~50.0 t/hm^(2)。径流深、土壤流失量与侵蚀性降雨量间呈显著正相关关系(P<0.05),土壤流失量随径流深增加呈显著递增(P<0.05)。与裸地相比,林草措施减流效益为46.59%~65.77%,减沙效益为20.53%~65.40%。

河北坝上地区坡面尺度土壤机械组成的空间变异

土壤机械组成是土壤重要的性质之一,其空间变异研究主要在大尺度开展,小尺度的研究也具有重要意义,却较少受到关注。本研究采用吸管法测定河北坝上地区坡面尺度32个采样点6个深度的土壤机械组成,利用地统计与GIS相结合方法分析土壤机械组成的三维空间变异,探究坡面尺度土壤机械组成空间变异的主要影响因素。结果表明:坡面尺度土壤各粒级含量具有较强的空间自相关性。凸坡、坡上和坡中的砂粒含量较高,粉粒、黏粒则与之相反。随着深度的增加,土壤砂粒含量波动增加,粉粒含量波动下降,黏粒含量则比较稳定,且土壤机械组成空间变异性有增强趋势。研究坡共存在黏壤土等5种土壤质地类型。坡型和坡位是影响土壤机械组成空间分布的主要因素,该尺度存在与大尺度相当数量的土壤质地类型,表明小尺度土壤机械组成与土壤质地的空间变异信息不容忽视。

晋西北丘陵风沙区坡面尺度下不同固沙植物群落稳定性分析

人工固沙植被群落的稳定是评价干旱半干旱风沙区植被恢复成功的重要标准。该研究运用模糊综合评判理论,对晋西北丘陵风沙区坡面尺度下(坡上、坡中、坡下)7种人工固沙优势植物的稳定性进行分析,选取优势植物生长状况、土壤质量、林下植物生物量和多样性以及Godron指数4项指标,通过计算其隶属度平均值来评价植物的稳定性。结果表明:(1)乔木油松枝叶生物量最大(1457.1 g),灌木柠条枝叶生物量最大(1429.1 g),各优势植物坡下枝叶生物量最大。(2)灌木表层(0~20 cm)土壤水分优于各乔木表层土壤水分,同时不同植物林均表现出坡下土壤水分最大;各植物表层土壤有机质、解碱氮、速效钾、速效磷基本都远高于撂荒地,其中乔木油松和灌木柠条各土壤养分指标显著高于其他植物,且不同植物林下养分也表现为坡下最优。(3)林下植物生物量乔木青杨最大(87.2 g),灌木柠条最大(50.4 g),坡下生物量最大;林下植物丰富度指数乔木青杨最高,林下植物多样性指数和均匀度指数乔木樟子松和油松最高,灌木中林下植物各多样性指数基本相近。(4)Godron指数:乔木中刺槐的交点坐标离群落稳定点最近,灌木中柠条交点坐标离群落稳定点最近。综合各指标的隶属度平均值得到乔木稳定性指数排序为:油松(0.69)>刺槐(0.67)>青杨(0.66)>樟子松(0.39)>旱柳(0.28),灌木稳定性排序为:柠条(0.82)>紫穗槐(0.64),乔灌木植物稳定性均远高于撂荒地(0.20)。研究认为乔木油松和灌木柠条稳定性最高,是西北丘陵风沙区适宜的造林树种,而坡下则是更优的种植坡位选择。该研究结果可为晋西北丘陵风沙区域以至于黄土高原人工固沙植被恢复和科学管理提供依据。

青藏高原坡面尺度冻融循环与水热条件空间分布

冻土的广泛分布使得青藏高原地表冻融循环与水热条件成为地球科学系统研究的关键之一.高原复杂的下垫面条件导致了冻融循环与水热交换显著的空间非均一性,而坡面尺度是认识地表过程空间变化的基础.本文基于青藏高原地表冻融循环与水热交换空间非均一性研究成果的回顾,利用安多地区近期的观测、模拟成果揭示了该领域的最新进展:首先评价了探地雷达在冻融循环与土壤水热空间变化研究的适用性;其次利用多元手段,显示了冻融循环与土壤水分坡面尺度的空间非均一性.另外利用冻土水热模型的敏感性试验发现:地表升温背景下,冻融过程与土壤水分在不同时期、不同深度、不同坡面的响应均有所不同,升温引起两个坡面冻结周期和速率变化明显.而且升温幅度越大,土壤水分的响应越明显,表层土壤水分的相对变化更为剧烈;对坡面而言,北坡的响应更为显著.

晋西黄土区坡面尺度土壤水分分布规律研究

采用定位观测方法对晋西黄土丘陵沟壑区坡面土壤水分的分布规律进行研究。结果表明:坡向、坡度、坡位是坡面尺度土壤水分分布的重要影响因素,得出了不同立地条件土壤水分的剖面变化与时间动态规律,在此基础上对不同立地条件进行聚类,给出坡面尺度下不同立地条件的分类结果,通过分类,我们可以用立地因素代替土壤水分状况,为黄土高原植被建设提供科学的土壤水分依据。

河北坝上地区草地坡面尺度土壤容重空间变异特征

以河北坝上地区的典型草地坡面为研究对象,运用传统统计学、地统计学方法,研究坡面尺度不同深度土壤容重的空间变异特征。通过土壤容重与其它土壤性质间的相关分析,探究其空间变异的影响因素。结果表明:该坡面土壤容重的平均值约为1.08 g cm-3,其在空间分布上差异显著,总体为凸坡>偏凸坡>偏凹坡>凹坡。地统计分析得出0~5 cm表层土壤容重呈弱空间自相关性;20~25 cm和40~45 cm这两层土壤容重具有中等空间自相关性;10~15 cm、30~35 cm和50~55 cm这三层土壤容重具有强空间自相关性。地形是影响坝上地区坡面尺度土壤容重空间变异的关键因素;在地形控制影响下,土壤有机质含量对土壤容重的影响最显著,其次是机械组成,植物根系生物量对土壤容重的影响在凸坡较显著。草地坡面土壤容重具有较强的空间变异性,说明小尺度土壤容重空间变异的研究值得关注。

青藏高原坡面冻土土壤水分空间变异特性

为深入揭示坡面冻土水分运移规律及其主要影响因子,以青藏高原巴颜喀拉山北坡为例,结合冻融变化过程,研究不同地形条件冻土土壤水分空间变异特征,利用分类回归树模型(CART)和典范对应分析(CCA)识别影响坡面冻土土壤水分空间异质性的主控因子及其相互作用关系。研究结果表明:1受坡面地形与冻融过程影响,冻结期坡面冻土土壤水分侧向流动减弱,以垂直迁移为主,上坡位含量高于下坡位,反之,融化期上坡位含量则低于下坡位。2影响坡面冻土土壤水分的主要环境因子为高程、土壤质地、土壤温度和植被覆盖度,但在不同冻融阶段下其影响因子存在差异,在冻结状态下主要因子为高程、土壤质地和土壤温度,其相对贡献率分别达到19.97%、19.45%和9.56%;在融化阶段下主要因子为高程、植被覆盖度和土壤质地,其相对贡献率分别为37.4%、14.9%和10.7%。3 0~20 cm浅层深度上影响坡面冻土土壤水分的主要因素为坡度、高程和植被覆盖度,其相关系数分别高达0.941 2、0.903 9和0.563 1;中下层深度上其主要影响因素较为复杂。

坡面土壤侵蚀响应机制及其水动力学特征研究进展

坡面是土壤侵蚀的主要发生区。概述了坡面土壤侵蚀发生与土壤性质、降雨、植被、地形、水土保持措施等指标间的响应机制和坡面水动力学参数及机理研究进展;分析表明,坡面土壤侵蚀是一个十分复杂的过程,不仅受土壤内部因素如土壤均质程度、土壤质地、土壤含水量等的影响,还与外部条件如降雨、植被、地形、水土保持工程等紧密相关。但是,现行的土壤侵蚀研究体系并不完善,需要对土壤侵蚀各影响因素之间的相互作用关系和动力学物理机制进一步明确和深入认知。

贵州省黔南区不同侵蚀性雨型条件下生物措施对坡面产流产沙的响应

为探讨不同降雨条件下的生物措施对坡面产流产沙特征的影响,分析了贵州省黔南自治州云雾水土保持监测站2014-2017年4年6个小区104次侵蚀性降雨下的实测产流产沙数据。结果表明:(1)侵蚀性降雨按历时、雨强和雨量可分为3类,包括A雨型(中历时、中雨强、中雨量),B雨型(长历时、小雨强、大雨量),C雨型(短历时、大雨强、小雨量)。C雨型为引起区域水土流失的主要雨型。(2)较坡耕地而言,A雨型和C雨型条件下减流量均呈水平阶整地+经果林>水保林>人工草地>自然恢复草地>经果林的趋势;减沙量均为水平阶整地+经果林>人工草地>水保林>自然恢复草地>经果林。B雨型减流量为水平阶整地+经果林>自然恢复草地>水保林>人工草地>经果林;减沙量为水平阶整地+经果林>自然恢复草地>人工草地>水保林>经果林。除自然恢复草地外B型雨条件下各措施对水土流失的调控作用不如A雨型和C雨型。不同措施对坡面产沙量的调控作用优于产流量,自然恢复草地在B型雨下具有良好的水土保持效果。(3)坡耕地水土流失最为严重,多年平均土壤侵蚀模数为365.33 t/(km^2·a),水平阶整地+经果林措施水土保持效果最优,其土壤侵蚀模数为3 t/(km^2·a),较坡耕地可降低土壤侵蚀率达99.2%。同时,水平阶整地+经果林措施在A、B、C雨型下较坡耕地可分别减少产流62.7%,53.0%和63.2%。(4)坡面产流同降雨一样,集中在5-8月;C雨型与产沙量集中分布在5-6月。根据研究结果,研究区每年的5-8月为水土流失高发期,尤其是5,6月,这个时段应为水土流失治理的重点时段,在治理同时要针对不同雨型条件采取不同生物治理措施,并且要对C雨型进行重点防范。

黄土高原沟壑区坡地土壤水分状态空间模拟

为掌握黄土高原沟壑区坡地土壤水分的空间分布特征及其影响因素,采用状态空间模型和经典线性回归方法对该区不同土层深度土壤含水率的分布进行模拟。结果表明,不同土层深度的土壤含水率呈中等程度变异,并与海拔高度、黏粒、粉粒、砂粒含量和分形维数具有显著的空间自相关和交互相关关系,可用于状态空间模拟分析。不同因素组合下的状态空间模拟效果均要优于线性回归方程,其中采用海拔高度、砂粒含量和分形维数的三因素状态空间方程模拟精度最高(R2=0.992)。状态空间模拟方法可用于黄土高原坡面尺度不同土层深度土壤含水率的预测。