太行山南麓鱼鳞坑坡面产流特征及其影响因素

[目的]通过研究太行山南麓鱼鳞坑坡面土壤产流特征,探讨其影响因素,为该区水土流失治理及生态环境保护提供科学依据。[方法]以太行山南麓鱼鳞坑坡和自然荒坡为研究对象,测定草本、灌木、乔木群落下坡面产流特征并分析其影响因素,运用地理探测器统计学方法量化各因素单独和交互作用对坡面产流的影响力。[结果]①鱼鳞坑坡草本、灌木、乔木群落的平均径流深之间没有显著性差异,自然荒坡灌木群落和草本群落的平均径流深显著大于乔木;与自然荒坡相比,鱼鳞坑坡草本群落、灌木群落、乔木群落的平均径流深分别减少了56.61%,72.80%,39.58%;平均径流深随着砾石含量的增加呈减少趋势;砾石覆盖度对坡面产流的控制作用有一个阈值,当砾石覆盖度为6%~9%时,坡面径流深最小。②太行山南麓鱼鳞坑坡面产流单因子影响力最大的是砾石覆盖度(0.31),其次是植被盖度(0.29)。③坡面产流影响因子交互作用后大多表现为非线性增强和双因子增强作用;降雨因子与非降雨因子交互后均表现为非线性增强作用。[结论]大量砾石的存在导致了太行山南麓坡面产流过程的复杂性,增加植被盖度是减少该地区鱼鳞坑坡面产流的重要措施。

太行山坡地不同管理措施植被-土壤系统耦合关系

植被和土壤的耦合协调关系可以用来衡量生态系统的一致性和协调性程度。研究以河北省临城县太行山东麓丘陵坡地为研究区,以原生灌草地、不管理的人工核桃林、人工核桃林下清除灌草、人工核桃林下清除灌草并施肥等4种不同管理措施的植被-土壤系统为研究对象,建立由4个植被因子(Shannon-Wiener、Simpson、Margalef、Pielou等指数)和7个土壤因子(土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、pH、电导率、含水率等)组成的评价指标体系,采用层次分析法和熵权法确定各因子权重,以耦合协调度模型评价二者的协调程度。结果表明:(1)不同管理措施下,除植被因子Pielou指数外,其余植被和土壤因子均存在显著差异性(P<0.05)。(2)土壤有机碳与Simpson指数呈显著正相关(P<0.05),与Shannon-Wiener、Pielou、Margalef指数呈显著负相关(P<0.05),土壤全氮与Shannon-Wiener和Margalef指数呈显著负相关(P<0.05)。(3)不同管理措施下植被-土壤系统耦合协调程度总体处于失调发展状态,原生灌草地为严重失调发展模式的植被-土壤同步发展型,不管理的人工核桃林和林下清除灌草并施肥均属于中度失调发展模式的土壤滞后发展型,林下清除灌草属于轻度失调发展模式的植被滞后发展型。综上,种植人工核桃林并清除林下灌草有利于提升植被-土壤系统耦合协调度,但尚未达到最佳的协调状态。

太行山区不同坡度NDVI变化趋势差异分析

山区坡度对土壤侵蚀和植被生长有重要影响。分析不同坡度NDVI变化趋势的差异有助于理解植被对不同坡度的响应情况,加深对植被变化影响机制的理解。本文基于MODIS数据和DEM数据,以生长季NDVI均值为表征指标,采用基于像元的趋势分析方法以及基于坡度的回归分析法,分析了太行山地区2000—2015年间植被变化情况,并且对植被变化趋势与坡度关系的规律做了系统性分析。同时,本文采用土地利用转移矩阵来分析2000年和2010年两期不同坡度土地类型流转的面积及方向,探讨土地利用变化对不同坡度植被变化的影响状况。结果表明:(1)研究时段内太行山区植被总体上得到改善,植被改善区域占该区总面积的93.5%。(2)NDVI增加趋势在中西部地区(山西省境内)最为明显,东部和南部部分中低海拔区出现减少趋势,主要集中在东部邻接华北平原的低山丘陵区。(3)坡度较大的区域生长季平均NDVI较高。(4)植被变化趋势(y)与坡度(x)之间的关系为非线性关系,可用二次函数来表示,其表达式为:y=?0.311x2+8.098x+28.027。(5)当坡度在7°~15°,植被变好趋势最为明显,其次是坡度为15°~20°,坡度7°~20°NDVI变化趋势均值分别比>20°区域和≤7°区域高15.8%和29.8%。(6)2000—2010年在低(0°~7°)、中(7°~20°)和高坡度(>20°)区域,耕地、林地、草地总面积均减少,主要流向了建设用地和水域。然而,3个坡度范围NDVI变化趋势均为正,且增加最明显的为中坡度地区,然后依次是高坡度地区和低坡度地区。(7)NDVI变化趋势受到土地利用类型和面积的影响较小,主要受到自身生化条件、自然环境条件和人为扰动(土地利用强度等)的综合作用。基于以上结果,本文对太行山区不同坡度土地资源的合理利用和生态环境保护具有重要意义。

太行山区坡地水文地质特性与渗流集蓄技术研究

太行山片麻岩区的浅层地下渗流是一种普遍现象,多以壤中流和裂隙潜流的形式出现在坡地的下部或流域的出口处,对这部分水资源进行合理收集是我国北方石质山地雨水利用的重要方面。以四水(降水、地表水、土壤水、裂隙水)转化为出发点,在分析太行山片麻岩区坡地水文地质结构的基础上,提出了"岩土二元结构体"的概念,并通过坡地岩土水分与水势的测定,得出了坡地岩土不同埋深处的水分特征曲线,同时,根据岩土水分特征曲线,对坡地介质的复杂性与空间变异性从机理上给出了进一步的解释。在此基础上,提出了一种对坡地渗流进行集蓄的新技术,该技术是对传统雨水集蓄形式的发展与创新,对北方土石山地雨水利用技术的发展具有重要贡献。

太行山中段山地坡面发育模式

受地质构造、地层产状和岩性的共同影响,太行山中段山地地貌演化过程中,坡面发育模式产生了明显的分异:以华北准地台的吕梁期不整合面为界,基底层坡面发育以Davis模式为主,沟谷发育为垂直下切,地貌体垂直尺度小于水平尺度,地貌营力以流水为主,坡面侵蚀占主导地位,地表侵蚀强度低山区大于丘陵区,丘陵区大于台地区;盖层坡面发育以Penck模式为主,沟谷发育方式为横向侧切,地貌体垂直尺度远大于水平尺度,地貌营力重力占主导地位,侵蚀方式以崩塌为主。在晚第三纪以来的地貌演化过程中,陡崖平均后退速率为1.35mm/a。

太行山东麓焚风天气的统计特征和机理分析Ⅰ:统计特征

利用2007-2008年京津冀区自动站资料,根据小时变温,对太行山东麓焚风天气进行了详细的统计和分析。结果表明,焚风具有明显的季节变化和日变化,其分布特征在夜间表现明显,强焚风一般出现在太行山东侧50km内,而弱焚风则可到达太行山以东100km范围内;太行山北段的东南侧和南段的东侧呈现出两个焚风中心,而中段附近焚风出现的相对较少;焚风出现的位置与风向的关系密切,西北风造成的焚风主要出现在太行山北段东侧,偏西风主要影响太行山南段,而西南风主要影响中段;焚风强度与风速大小有一定的对应关系,具有明显的阵性特征;在红外云图中焚风常表现为一条明显的暗带;太行山东麓焚风造成的加热区可向东或东南方向移动,影响河北平原。

太行山东麓焚风天气的统计特征和机理分析Ⅱ:背风波对焚风产生和传播影响的个例分析

利用中尺度模式WRF3.3对太行山东麓焚风典型个例进行了数值模拟。结果表明,太行山东麓焚风的发生和移动与山脉背风波密切相关。由此建立了太行山东麓焚风的概念模型:西北或偏西气流途经山西盆地、山西境内的山脉或高原,再越过太行山,在其东麓形成背风波。背风波的下沉气流气温按干绝热方式上升,同时下沉气流也会对低层大气产生压缩增温效应,使得太行山东麓产生焚风。背风波即为重力波,可以伴随着下沉气流向下游移动,正变温区同时也向东移动。变温区移动的速度和重力波的传播速度相同。背风波的产生,需要Scorer数向上足够的减小,而且不连续,即要求大气是稳定的且存在明显的风速切变。

河北太行山干旱片麻岩山地坡面枯落物持水特性

对河北太行山干旱片麻岩山地坡面枯落物特征及持水特性进行了初步研究，结果表明：不同坡位的枯落物总储量的变动范围在19．28～37．52t／hm^2，总储量大小依次是坡中部〉坡下部〉坡上部；坡面枯落物层的有效拦蓄能力及最大持水能力的趋势为坡中部〉坡下部〉坡上部，坡面中部均最强，分别为45．32、62．67t／hm^2；坡面枯落物的持水量均在前4h内不断增大，10h上升趋于平缓，24h达到饱和，枯落物的持水量与浸泡时间呈明显的对数关系，吸水速率与浸泡时间呈明显幂函数关系。

太行山区片麻岩裸地分类及其林业利用

根据成土母岩的矿物构成、风化特性、风化层的保存状况和坡度,将太行山区裸露片麻岩坡地分为三类、七亚类和三个林业利用等级.提出了不同级别片麻岩裸地的最佳造林树种和林业利用途径.

太行山东坡中段植物多样性垂直分布格局及其驱动因素

太行山东西坡因地形等因素差异呈现不同的生物多样性,本文聚焦于太行山东坡中段,研究了植物多样性在海拔梯度上的分布格局及其主要影响因素。根据样方调查数据,研究了维管植物α多样性和β多样性的垂直分布格局,由此描述了植物群落的垂直梯度演替特征;应用植被净初级生产力(MODIS NPP)数据产品,分析了垂直梯度植物丰富度与净初级生产力(NPP)和环境因子之间的关系;运用数量分类学方法,研究了主导群落优势物种垂直分布的环境因素。结果表明:太行山东坡中段维管植物群落α多样性垂直分布出现两次峰值,基本符合“中间高度膨胀”理论。植物多样性垂直分布与太行山区产水量和NPP垂直格局相一致。β多样性相似性指数在物种丰富度峰值区达到最低,说明此区段群落间差异性大,群落间演替速率增大,致使群落物种多样性增加。植被NPP与物种丰富度呈现一致的垂直分布格局,二者显著正相关。RDA和CCA排序分析表明,影响优势物种垂直分布的主要环境因素是海拔、温度和降水,与坡度、坡面等地形因子相关性不显著。综合研究结果,太行山东坡中段维管植物垂直分布格局是群落垂直演替进程、环境因素和人为干扰协同作用的结果。

太行山脉东坡中南段种子植物区系初步分析

太行山脉东坡中南段分布有种子植物106科、464属、942种。对该地区种子植物区系进行了统计分析,结果表明:(1)本地区种子植物种类不丰富,有裸子植物2科,4属,5种;单子叶植物16科,88属,173种;双子叶植物88科,372属,764种。(2)属的地理分布类型多样,有15个分布类型及12个变型。其中温带成分占73.25%,具有明显的优势。热带成分占23.75%。(3)古老、残遗、原始成分较多,反映该地区植物区系具有一定的古老性。(4)有中国种子植物特有属12属,国家级保护植物11种。分析认为该地区是华北植物区系的重要组成部分。

太行山土石山区侵蚀性降雨对典型植物措施产流产沙的影响

通过对山西省长治市白马小流域的1个标准小区和4个植物措施小区近5a(2006—2010年)的降雨和径流泥沙观测,研究太行山土石山区的降雨特征以及不同类型降雨对典型植物措施小区径流泥沙的影响。结果表明:(1)太行山土石山区侵蚀性降雨主要集中于5—8月份,7—8月份侵蚀性降雨次数占侵蚀性降雨总次数的54.55%,侵蚀性降雨量占侵蚀性降雨总量的61.19%,故该时期是防治水土流失的关键时期;(2)径流量R与降雨量P、最大30min降雨强度I30、降雨量和最大30min降雨强度的乘积PI30呈正相关且在0.01水平上显著;侵蚀产沙量E与最大30min降雨强度I30、径流量R、降雨量和最大30min降雨强度的乘积PI30之间呈正相关且在0.01水平上显著;(3)在不同类型降雨条件下,4种典型植物措施的减流效益在17.18%~91.86%之间,差异明显;在B类型降雨条件下各措施的减流效益最低,分别是乔木43.38%、灌木24.44%、人工种草26.59%、自然荒坡17.18%,在E类型降雨条件下各措施的减流效益最大,分别是乔木89.29%、灌木91.86%、人工种草75.56%、自然荒坡66.22%;(4)在不同类型降雨条件下,减沙效益:乔木林>灌木林>人工种草>自然荒坡;降雨量最大的A类型降雨和最大30min降雨强度最大的B类型降雨对植物措施减沙效益影响显著。研究表明,在该地区不同类型降雨条件下4种植物措施的减流减沙效益明显,能够有效防治水土流失。

太行山石灰岩区隔坡复式梯田山地经济林模式研究

The pattern of economic forest of double terraced field with slope interval was studied systematically, including the measures of increasing soil moisture, fertilization and fruit yield. The results showed that soil moisture of double terraced field with slope interval(main terrace) in growing season was 2 1% higher than that of ternace without slope interval. The yield of dry grass in auxiliary terrace was 1kg/m 2, which can be used in burying fresh grass into soil of main terrace or covering the surface of the main terrace soil, so as to increase the soil nutrient contents of the main terrace. The kernel yield of 5-year old individual apricot tree with sweet kernel increased 69 4% compared with terrace without slope interval. And there was significant difference in tree growth between terrace with and without slope interval.

太行山土石山区典型植物措施水土保持效应

基于山西省平顺县白马小流域标准坡面径流小区的观测试验,以裸地作为对照,运用统计学分析方法,对不同降水量和降雨强度下典型植物措施坡面的产流产沙量进行对比,同时分析各坡面的土壤含水率变化情况,研究太行山土石山区典型植物措施坡面的产流产沙规律和降雨对坡面土壤含水率的影响。结果表明:(1)大雨和暴雨是造成各坡面水土流失的主要降雨类型;在中雨强和高雨强条件下,各坡面径流小区的产流量占总产流量的71.94%~73.60%,产沙量占总产沙量的80.78%~90.35%。(2)在各降雨类型条件下,各坡面的产流产沙量为:裸地>自然荒坡>人工草地>灌木林地>乔木林地,灌木林地和乔木林地的产流产沙最少,能够有效防治该地区的水土流失。(3)各坡面径流小区的土壤含水量变化趋势基本一致,其变化趋势与降雨分布有很好的一致性,土壤含水率变化受降雨影响明显。

荆条+白羊草群丛植物种多样性研究

研究了荆条+白羊草群丛植物种多样性、生态成分、果实类型、花型和根型构成特点。采用邻接小样方对植物种多样性进行定量分析,结果表明:随坡位上移,Shannon-w iener多样性指数下降幅度最大,P ielou均匀度指数下降幅度很小,多年生杂类草禾草植物和一年生植物数量减少,草质藤本植物消失,肉质草本植物样方数量增加,但仍以多年生杂类草禾草植物和一年生植物数量在整个坡面最多;总状花序和圆锥花序植物种数量、中旱生植物数量均最多,根系类型谱为轴根型>根蘖型>根茎型>丛生型>鳞茎型。说明荆条+白羊草群丛的植物繁殖对策以属于风媒花与虫媒花并存、风播种子和深根系植物为基本特征,是由零星分布的乔木树种、间断分布的灌木层片和恒有草本层片构成。

太行山中南部造林树种适宜性评价研究

笔者对太行山中南部主要乔灌木树种的分布及适宜性进行了调查和统计分析。太行山中南部造林过程中不同海拔梯度阳坡、阴坡适宜的针叶树种、阔叶树种、灌木树种的生长适宜性呈现出:耐阴、耐寒、喜湿的树种分布在阴坡且垂直分布跨度大,多度值较高;耐旱、耐热、不耐涝的树种分布在阳坡且垂直分布跨度大,多度值较高的分布规律。并提出了<1100 m,1 100 m^1 400 m,1 400 m^1 700 m,>1 700 m 4个海拔梯度按阳坡、阴坡划分的8个立地类型适宜的乔灌木树种,为太行山中南部造林树种的选择提供参考依据。

基于RUSLE模型的太行山区土壤侵蚀时空分异特征及影响因子研究

土壤侵蚀特征及区域分异规律的研究对生态环境保护具有重要的意义,为探明太行山区土壤侵蚀特征,本论文应用归一化植被指数(NDVI)、数字高程模型(DEM)和土地利用等数据,结合GIS和RS技术,根据修正的通用土壤流失方程(RUSLE)模型,计算了太行山区2000年、2005年、2010年和2015年4期的土壤侵蚀模数,在此基础上分析了土壤侵蚀的时空变化特征,并探究了土壤侵蚀模数与坡度、土地利用类型和NDVI的关系。结果表明:1)2000—2015年4期平均土壤侵蚀模数分别为4434.14 t∙km^(−2)∙a^(−1)、2984.65 t∙km^(−2)∙a^(−1)、1761.93 t∙km^(−2)∙a^(−1)和1833.81 t∙km^(−2)∙a^(−1),呈现明显的减小趋势,16年间土壤侵蚀模数减少58.64%。2)太行山区土壤侵蚀强度降低1级的面积始终比增加1级的大,至少74.77%的地区未表现出等级上的变化,2005—2010年是侵蚀强度降低变化率最高的时间段。3)中低山区集中了2015年侵蚀总量(2.5×108 t)的86.54%,此区域的侵蚀模数与海拔无明显的相关性,而在亚高山区两者才呈现明显的正相关关系。4)土壤侵蚀总体上随坡度增加而增大,坡度阈值为40º左右;草地是太行山区土壤侵蚀模数最高的土地利用类别,平均达3605.73 t∙km^(−2)∙a^(−1);土壤侵蚀模数随年平均NDVI的增加呈显著降低趋势,NDVI达0.66后侵蚀降低速度放缓。土壤侵蚀是生态环境质量评价的重要指标,本研究可为太行山区水土流失治理和生态工程措施制定提供一定的科学依据。

基于RS和GIS的河北太行山区土壤侵蚀强度研究

以河北太行山区为例,选择加权降雨量、坡度、坡长、沟谷密度、土壤质地、植被覆盖度、土地利用类型7个影响因子,应用层次分析法求出各因子权重,建立土壤侵蚀评价指标体系;利用RS和GIS技术,将影响因子分级并进行地图代数加权叠加,划分土壤侵蚀强度等级,揭示该区2000年土壤侵蚀强度分布情况。

太行山石灰岩区隔坡复式梯田及稳定性研究

首次提出了太行山石灰岩区山地经济林隔玻复式梯田整地新方法，介绍了该模式的组成和功能，并认为梯田外侧的石坎属重大式挡土墙，在系统分析受力基础上，对主体梯田和辅助梯田石坎分层进行了滑动安全系数计算，其Ｋ＿ｃ＞１．５，满足工程设计要求，经人工灌水稳定性检验，结果与理论计算相吻合，证明所设计的隔坡复式梯田结构上是稳定的、安全的。

太行山南麓风速特征及对大气颗粒物浓度的影响

基于山西省太行山南麓晋城市5个国家气象站1960—2020年平均风速、最大风速等数据,应用线性趋势、气候倾向率及小波分析等方法,对晋城市61 a风速时空变化特征及其对大气颗粒物浓度的影响进行了分析。结果表明:1960—2020年晋城市的年代际和年平均风速都呈减小趋势,其变化倾向率分别为-1.3和-0.124 m·s^(-1)·(10 a)^(-1);冬、春季平均风速大于夏、秋季,春季最大,秋季最小,四季平均风速均呈震荡减小的趋势,1989年之后四季平均风速的波动幅度趋于平缓。空间上,全市年平均风速由西向东减小,各站气候倾向率为-0.21~-0.07 m·s^(-1)·(10 a)^(-1),均为减小趋势。晋城市季节平均风速空间分布为由西北向东南逐渐减小,四季风速气候倾向率均为负值。按照不同级别区间统计风频,晋城市3级和4级风出现频率最高,且呈快速增大趋势,出现频率最低的7级及以上风呈快速减少趋势;晋城市西南部小风风频大,东部大风风频大。平均风速小波周期分析发现晋城市35 a左右尺度周期显著,功率谱最强,具有全域性。晋城市大气颗粒物浓度市区大于各县(市),平均最大风速与PM_(2.5)及PM_(10)浓度均呈现明显负相关,与细颗粒PM_(2.5)及粗颗粒PM_(10)的相关系数无显著差别。最大风速在4级以下时,影响较小,从5级开始对颗粒物浓度影响巨大,晋城市常年以3~4级风为主,5级以上风快速减少,对隶属京津冀"2+26"城市传输通道的晋城市空气质量污染治理非常不利。