黄土丘陵沟壑区土地利用空间结构的计量地理分析——以甘肃省天水市为例

根据1996—2008年土地利用详查和变更调查数据,运用计量地理模型和GIS空间分析技术,以天水市为例,对研究区的土地利用空间结构现状及其变化进行了定量分析。结果表明:天水市土地利用空间结构存在较大的内部差异,土地利用空间结构的多样化指数较高;近12年来,园地和交通运输用地增加显著,土地利用程度指数变化不大,总体略有下降;土地利用的信息熵总体增加,土地利用整体趋于无序性,土地的紊乱度在增加,土地利用类型处在调整期。

黄土丘陵沟壑区不同植被区土壤生态化学计量特征

以黄土丘陵沟壑区3个植被区(森林区、森林草原区、草原区)不同坡向土壤作为研究对象,对土壤有机C、全N、全P、全K含量及其化学计量特征进行了研究。结果表明,不同植被区、坡向和土层土壤养分含量及其化学计量特征均有明显不同。土壤有机C、全N变异性较大,全P、全K变异性较小。表层土壤养分含量显著高于底层土壤;同一土层之间有机C、全N含量变异性较大,全P、全K含量变异性较小。不同坡向之间养分含量不同,阴坡最大,阳坡最小。土壤养分含量受植被类型及植被盖度的影响,森林区>草原区>森林草原区。土壤C/N、C/P、C/K、N/P、N/K比都较稳定,C/N比的变化范围为5.65—12.57,平均值为9.44;C/P比的变化范围为3.62—17.32,平均值为8.15;C/K比的变化范围为0.10—0.55,平均值为0.26;N/P比的变化范围为0.43—1.38,平均值为0.86;N/K比的变化范围为0.01—0.05,平均值为0.03;P/K比值较稳定,为0.03。土壤有机C和全N极显著正相关,全N和全P极显著正相关。

基于地块间水沙运移的黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀产沙模型

根据黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律 ,在晋西羊道沟小流域建立了坡面、沟坡和沟道侵蚀产沙子模型 ;在GIS的支持下计算出小流域地块间水沙汇流网络 ,并引入到小流域侵蚀产沙模型中 ,使小流域侵蚀产沙成为有机结合 ;模型对羊道沟 2 2次侵蚀性降雨的侵蚀模数具有 78 4%的预报精度 ,对羊道沟 195 6～ 1970的年侵蚀模数具有 76 1%的预报精度 ;模型并通过了晋西汾河上游两个小流域的可移植性检验。

黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀模型的尺度转换

土壤侵蚀模型在空间尺度上可以划分为坡面、小流域和区域3个不同层次。在坡面尺度上,主要考虑坡面侵蚀的垂直分带性及其相互影响;小流域尺度上,不但考虑坡面侵蚀的特点,还要考虑坡面来水来沙对沟道侵蚀产沙的影响、重力侵蚀及泥沙输移情况;在区域尺度上则主要考虑小流域各自的侵蚀产沙特点及其相互影响。因侵蚀的空间尺度不同,在建立土壤侵蚀模型时,要考虑由于空间变化所引起的侵蚀因子对侵蚀产沙响应的不同。影响侵蚀产沙过程的因素在时空上具有很大的不均匀性和变异性,从而增加了不同尺度间侵蚀产沙模拟的复杂性。因此尺度转换是进行不同尺度间侵蚀产沙模拟的关键所在,该文列举了5种土壤侵蚀模型建立中可以参考的尺度转换方法。通过分析评述不同空间尺度上侵蚀产沙过程及其影响因子和国内外常用的不同尺度上的侵蚀产沙模型,特别是众多科学家在我国黄土丘陵沟壑区所做的科研工作,提出了模型建立中存在的问题,可以为以后建立土壤侵蚀产沙模型提供借鉴。

黄土丘陵沟壑区小流域水蚀预报模型构建

根据黄土丘陵沟壑区侵蚀产沙垂直分带性规律,提出小流域土壤侵蚀方式发生部位界定方法。基于黄土丘陵沟壑区侵蚀环境特点,设计了GIS支持下的小流域分布式水蚀预报模型结构,模型考虑的侵蚀过程包括雨滴击溅侵蚀、片蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀、切沟侵蚀以及沟道侵蚀。同时,提出模型各模块的计算方法,根据动态物质平衡原理,完成了流域侵蚀产沙过程演算。

黄土丘陵沟壑区典型小流域侵蚀产沙过程模型

在分析现存土壤侵蚀产沙模型基础上，依据大量小流域野外试验小区观测与模拟降雨试验资料，建立了一个适用于黄土丘陵沟壑区小流域预测侵蚀产沙量的侵蚀产沙过程模型。由于黄土丘陵沟壑区小流域的复杂地形和侵蚀产沙的垂直分带规律，土壤侵蚀产沙的空间变化要比现有模型复杂得多，因此，本模型由三个子模型组成：坡面子模型、沟坡子模型、沟道子模型，它可以计算小流域每场暴雨的径流量与侵蚀产沙量。本文较为详细地描述了模型中计算所用的方程和子模型运算框图。

基于GIS黄土丘陵沟壑区分布式侵蚀产沙模型的构建——以蛇家沟小流域为例

分布式侵蚀产沙模型是土壤侵蚀模型的重要发展方向,本研究将蛇家沟流域下垫面划分为5×5m的栅格,每个栅格内赋予相应的高程、坡度、地貌、土地利用等属性信息。根据流域DEM,确定流域的汇流方向、流路与汇流累积面积。在蛇家沟流域内采用"穷举算法"对SCS-CN模型的参数值进行校正。基于DEM、地貌、土地利用以及降雨等资料,利用黄土丘陵沟壑区良好的水沙关系,运用VB.NET+ARC ENGINE9.2+SQLSERVER2000构建分布式侵蚀产沙模型。模型结构简单,输入参数比较少,利用求产流来求产沙,考虑了土地利用、汇流等因素具有一定的物理意义,并能达到一定的预报精度。其中产沙模型是建立在黄土丘陵沟壑区普遍的水沙关系基础上,通过校正水沙关系式系数及产流模型中的CN、λ值可在其它相似的小流域内使用。该研究可为黄土丘陵沟壑区水土保持治理效果评价提供依据。

黄土高原丘陵沟壑区小流域植被净第一性生产力模型

构建了机理性植被净第一性生产力模型(Vegetation- Soil- Integrated- Model,VSIM) ,该模型将土壤水分动态过程与植被生长过程相耦合,用以分析黄土高原丘陵沟壑区土壤水分对植被生产力的影响。模型考虑了叶片尺度上气孔导度对净光合过程和蒸腾过程的影响,在此基础上通过考虑植被冠层结构和地形因素的影响对模型进行尺度转换,并以位于黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟流域的观测数据对模型进行参数化和验证。结果表明对于生物量的模拟草本和半灌木比乔、灌木好,主要植被类型L AI的季节变化与观测结果具有很好的一致性,模型能够反映出流域降雨-产流过程,并且基本上也能够反映土壤水分的时空变化范围。模拟结果表明,刺槐林和苹果林属于高光合-低蒸腾类型,农作物、白羊草群落和达乌里胡枝子群落属于高光合-高蒸腾类型,铁杆蒿群落和茭蒿群落属于低光合-低蒸腾类型,而沙棘灌丛和柠条灌丛的净第一性生产力居中,但蒸腾量较高。流域内土壤水分在多年序列上基本平衡,而在不同的水文年表现出失衡。其中刺槐林、苹果林和沙棘灌丛的多年平均土壤水分在年内存在少量亏缺,铁杆蒿群落和茭蒿群落略有增加,而其它植被类型基本保持平衡。丰水年不同植被类型土壤含水量都明显高于欠水年,土壤水分含量的变化在丰水年表现为盈余,而在?

黄土丘陵沟壑区小流域不同地类的侵蚀产沙模型

根据黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律 ,通过对晋西王家沟小流域 195 5～ 1980年的多年观测资料及多次人工模拟降雨资料分析 ,建立了不同地类侵蚀产沙关系式 ,包括坡面侵蚀产沙、黄土沟坡侵蚀产沙、红土沟坡侵蚀产沙、发育沟壁侵蚀产沙、洞穴侵蚀产沙等黄土丘陵沟壑区丰富的侵蚀产沙类型。利用GIS强大的空间分析功能 ,从DEM数据中提取出小流域水沙汇流网络 ,将水沙运移引入到侵蚀产沙模型的计算之中 ;模型对羊道沟 2 2次降雨的计算结果表明 :坡耕地是坡面的主要泥沙来源 ,陡坡地在全流域侵蚀产沙中占有重要地位 ,水沙汇流作用对下坡的侵蚀产沙具有重要影响。同时 ,选用了晋西汾河上游的阳湾小流域进行了模型的推广应用 ,取得了较好的预测效果。

分布式侵蚀预报模型中网格面积的选定——以黄土高原丘陵沟壑区为例

在分布式土壤侵蚀过程模型中 ,承载数据以及进行运算的最小单元 ,即基本地块的选取是非常关键的 ,它直接关系到模型的模拟精度和运算数据量。目前大多数分布式模型都采用平均布设矩形网格的方法 ,这种方法在基本网格的大小选取上存在着盲目性和不统一性。本文以黄土高原丘陵沟壑区为例 ,利用GIS和SPSS分析了黄土高原丘陵沟壑区属性均一的基本地块在面积上的统计规律 ,给出了基本地块选取的合理依据 。

基于NDVI的黄土丘陵沟壑区草地生物量模型研究——以宁夏彭阳县为例

基于多年TM遥感影像数据NDVI(归一化差异植被指数),与同期彭阳县草地实测地上生物量做相关性分析,建立NDVI与地上生物量的线性和3种非线性(对数、二次多项式、三次多项式)回归模型,并对这些模型的模拟结果进行了比较。结果表明:(1)在黄土丘陵沟壑区典型草地中,地上生物量与NDVI呈现显著相关;利用NDVI监测草地植被生物量的复相关系数均大于0.6,充分说明利用植被指数检测典型草原生物量是一种简单可行的方法。(2)以NDVI建立的生物量回归模型,其模拟地表生物量的效果较好,地上生物量线性与3种非线性(三次多项式、二次多项式、对数)回归模型都表现出较好的模拟效果,但三次多项式生物量回归模型为最优。(3)用NDVI-生物量三次多项式回归模型模拟彭阳县草地的生物量,显示其呈逐年增加趋势,但2010—2015年增速减缓。

AnnAGNPS模型在黄土丘陵沟壑区小流域的适用性评价

在水土流失较严重、生态环境较脆弱的黄土丘陵沟壑区定量化研究土壤侵蚀对于合理利用土地及保护环境显得尤为重要。本文运用基于过程的Ann AGNPS模型对典型黄土丘陵沟壑区-岔口小流域的水土流失进行模拟,以5场次暴雨径流量及泥沙量评价模型适用性。模拟结果表明：模型能较好的模拟地表径流,模拟相对误差为-21.46%-2.26%,确定性系数R2为0.99,Nash-Sutcliffe系数为0.99。模型对泥沙模拟精度较低。对岔口小流域土壤侵蚀定量分析表明,单位面积泥沙流失量最严重的区域集中在坡耕地上,尤以核桃树与玉米间种的坡耕地流失最大。

黄土丘陵沟壑区降雨径流模型的初步探讨

从黄土区的客观实际出发，针对高含沙水流的性质，对该地区的降雨径流模型进行了初步探讨。所建模型由延河支流杏子河流域实测资料验证，表明该模型结构合理，在日平均流量过程模拟上有着满意的结果。

黄土丘陵沟壑区岔口小流域AnnAGNPS模型数据库建立

AnnAGNPS模型是一个能够连续模拟来自流域的地表径流、沉积物、污染负荷的分布式非点源污染模型。模型具有应用前景广泛、有效、参数数据需要量大、区域差异大、获取难的特征。以黄土高原丘陵沟壑区典型流域为例,建立了基于AnnAGNPS模型的岔口小流域非点源污染基础信息数据库,包括气候、土地利用、土壤和地形数据库。所需的模型参数大多通过实地调查,部分参数来源于文献数据。此数据库为岔口小流域农业非点源污染状况的进一步研究提供基础数据的同时,可供类似研究区域借鉴或为流域其他相关研究提供参考。

黄土丘陵沟壑区小流域治沟骨干工程淤积量预报模型探讨

黄土丘陵沟壑区治沟骨干工程泥沙淤积来源于坡面侵蚀、沟道侵蚀和库区岸坡坍塌。控制面积的坡面侵蚀量可以根据同一地区的径流试验小区资料进行计算 ;库区岸坡坍塌量可以通过实测现库岸地形 ,并与建库初期库岸地形比较计算而得 ;通过实测已建骨干工程的淤积量 ,并减去相应的坡面侵蚀量和库区岸坡坍塌量 ,便可求得沟道侵蚀量。在先期建立坡面侵蚀量、沟道侵蚀量分别与降雨、土地利用状况和流域特征等相应预测因子相关关系的基础上 ,建立了治沟骨干工程淤积量的预测模型 ,实际检验结果表明 ,模型的最低精度为 79%。

黄土丘陵沟壑区小流域土壤侵蚀及其预报模型研究

在小流域内建立人工径流试验小区和自然坡面径流试验小区,观测天然降雨条件下的土壤侵蚀现象、土壤侵蚀量和小流域出口治沟骨干工程的淤积量,并对小流域土壤侵蚀进行了分类。在特别界定小流域"坡面侵蚀"、"沟道侵蚀"和沟道"重力侵蚀"词语含义的基础上,建立起坡面侵蚀模数和沟道侵蚀模数的预报模型。该侵蚀预报模型具有较高的精度,适用于年降雨量为430mm左右的黄土丘陵沟壑区。

黄土丘陵沟壑区水分的植被生产力模型——以陕西清涧县为例

针对半干旱区水分的植被生产力问题,以黄土丘陵沟壑区典型地陕西清涧的人工刺槐林为研究对象,对植被生长量的成因进行理论假定和分析,结合该地刺槐的解析本分析资料和相对应的同期降水数据,研究了清涧地区刺槐生长与水分的关系,建立了该区水分—刺槐生长的半理论/半经验模型。结果表明:黄土丘陵沟壑区刺槐的材积生长率与水分的变化率具有较好的线性关系。

基于InVEST模型的黄土丘陵沟壑区退耕还林还草工程对生态系统碳储量的影响评估

[目的]定量评估退耕还林还草工程对黄土丘陵沟壑区生态系统碳储量的影响,为区域生态建设提供理论基础。[方法]采用GIS空间分析法与InVEST模型相结合,研究2000-2020年黄土丘陵沟壑区土地利用及碳储量变化。[结果]①研究区2000-2020年耕地转为林、草地面积分别占耕地转出量的20.75%,86.56%,区域林、草地覆盖率增加了1.76%;②退耕还林工程显著提升了黄土丘陵沟壑区碳汇功能,碳储量由2000年的8.22×10^(8)t增长至2020年的8.26×10^(8)t,2010年碳储量达到峰值,为8.35×10^(8)t;③研究区净增加碳储量远远抵消了碳流失量,其中还林还草的碳储量贡献率最大,分别是38.82%,22.58%。[结论]实施退耕还林还草工程对区域生态系统碳储量具有显著的正面作用,林、草地建设均可增强生态系统碳储存服务。未来研究应重点关注生态修复工程的碳汇贡献,科学管理林、草植被,提高区域生态系统服务功能。

黄土丘陵沟壑区不同植物群落的土壤养分及其化学计量特征

[目的]对黄土丘陵沟壑区不同群落土壤养分及化学计量进行研究,为该区的植被恢复提供一定的理论依据。[方法]测定土壤的有机碳、全氮、全磷含量,计算C∶N,C∶P,N∶P,进行差异显著性检验。[结果]研究区土壤有机碳和全氮含量属于6级,全磷含量属于4级,均为养分含量较低的级别;0—10cm土层土壤养分含量大于10—20cm土层;不同群落之间P含量差异不显著,柠条群落的C,N含量最高,铁杆蒿群落的C,N含量最低;柠条群落C∶N与其他群落(铁杆蒿群落除外)差异不显著,C∶N保持相对稳定;铁杆蒿群落和刺槐群落的C∶P较低,土壤P的有效性较高。[结论]不同群落的生物量和盖度等特征不同,导致土壤养分有所差异;不同群落对土壤C,N,P的补充和吸收利用能力不同,导致化学计量特征有所不同。

黄土丘陵沟壑区有无水保措施对NRCS-CN模型参数的影响研究

对水土流失区进行综合治理的同时改变了流域水分循环,为了进行水土保持措施对流域产流规律的影响研究,利用王家沟对比观测小流域的降雨径流资料,将降雨划分为A、B、C、D、E 5种类型,采用NRCS-CN模型进行径流模拟,确定出两个流域不同雨型相应的参数取值。结果表明:进行流域综合治理后模型参数取值总体减小,羊道沟初损率值介于0.05~0.2,CN值介于40.72~92.00;插财主沟初损率适宜取值为0.01,CN值的取值范围集中在20~50。插财主沟中B和E型降雨径流深减少率与CN值减少率呈正相关关系,与初损率减少率呈负相关关系,A和D型降雨则呈相反规律,但C型降雨无此规律。