Soil erosion types in the loess hill and gully area of China

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黄土丘陵沟壑区混交林林下植被与土壤养分特征

为研究黄土丘陵沟壑区坡面不同类型混交林林下植被多样性与土壤养分特征及两者间的互馈关系,进而筛选植被恢复的适宜配置方案,以期为黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀防控措施中植被类型、配置的选择提供科学依据。以油松×杏树(Ⅰ)、油松×柠条(Ⅱ)、杏树×柠条(Ⅲ)3种混交林为研究对象,以立地条件类似的传统水土保持植被油松纯林(CK)为对照,通过调查林下植被多样性及0~60 cm深土层的土壤性质,分析了不同植被类型下两者间的差异与相互关系。结果表明:各样地均以禾本科植物为主,植物种数比较为:混交林Ⅱ=混交林Ⅲ>混交林Ⅰ>纯林CK,各多样性指数均比较为:混交林Ⅱ>混交林Ⅲ>混交林Ⅰ>纯林CK。各样地有机质含量和全效氮、全磷、全钾含量均比较为:混交林Ⅱ>混交林Ⅲ>混交林Ⅰ>纯林CK。通过相关分析发现,Simpson优势度指数与土壤有机质、全氮含量呈显著正相关(P<0.05),与全钾含量呈极显著正相关(P<0.05);Margalef丰富度指数与土壤有机质、全氮、全钾含量呈极显著正相关(P<0.05);各样地土壤养分与植被多样性间联系密切,相互影响。3种混交林的林下植被多样性和土壤养分含量均显著高于油松纯林,油松×杏树混交林(Ⅱ)综合表现最优。

基于DEM提取黄土丘陵区沟沿线

黄土丘陵区的沟沿线,是反映该区地形地貌特征的重要的地形结构线。以陕北绥德县韭园沟流域为实验样区,探讨利用数字高程模型(DEM)实现自动提取沟沿线的原理方法,并以航片及地形图等高线为依据,对所提取沟沿线的精度进行了对比分析。实验结果证明,利用DEM自动提取沟沿线是一种快速、有效的技术方法。

基于DEM的流域地形因子提取与量化关系研究——以陕北黄土高原的实验为例

地貌的形成是一个漫长的系统过程,其形态可以看成是表征其特征的各种地形信息因子复合在一起的复杂函数。以黄土高原地区的6个典型地貌区作为试验区,基于1∶10000比例尺5m分辨率的高精度DEM数据,在实现自然地理单元———小流域自动分割的基础上,随机选取44个完整小流域,完成了区域内沟壑密度、平均坡度、平均坡长和地形起伏度等基本地形信息因子的自动提取;同时,采用比较分析和数理统计的方法,证明沟壑密度与平均坡度、平均坡长和地形起伏度之间存在着很强的线性相关关系,量化模拟结果显示,沟壑密度(Y)可以表示为平均坡度(X1)、平均坡长(X2)和相对高差值(X3)的函数:Y=2.95228+0.127906X1-0.014X2-0.00273X3,模拟精度为94.5%。该方法对于整体研究黄土高原及其他地貌的形态特征和成因机理,具有重要的理论和实践意义。

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。

生态恢复对流域水沙演变趋势的影响--以北洛河上游为例

黄土高原生态环境恶劣,水土流失严重。选择退耕还林(草)程度非常显著的陕北吴旗县所在北洛河上游为研究区,探讨黄土高原丘陵沟壑区水土流失治理及大幅度退耕背景下流域水、沙等生态要素的演变规律,分析人类活动的影响贡献程度,为黄土高原生态治理及环境效应分析提供理论依据。结果表明:在1963—2009年期间年降雨量没有显著变化背景下,同时期流域年径流量和年输沙量均呈现极显著减少趋势,年均减少率分别为0.28 mm/a和180 t km-2a-1,其突变时间均发生在1979和2002年,具有很好的同步性。与1979年前相比,20世纪70—80年代水土流失综合治理以及1999年后退耕还林(草)的事件背景,使汛期和平水期径流量逐时段减少,而枯水期径流量反而持续增加。输沙量呈持续性大幅度减少态势,且其减少程度远大于径流量的变化程度。水土流失综合治理和退耕还林(草)工程实施等人类活动,对流域径流量减少的影响贡献程度分别为38.2%和51.4%,对输沙量减少的影响程度分别为74.7%和86.7%。研究结果提示,黄土高原生态环境的大幅度改善在区域尺度上已经表现出一定程度上削洪补枯的水文效应特征,以及林草措施减水更减沙的良好生物治理效果。

晋西黄土丘陵边缘区油松人工林密度调控与生物量特征

晋西吕梁山基岩山地与黄土丘陵区生态过渡带的植被和土壤具有明显的过渡性和特殊性。以过渡带内黄土丘陵边缘区的油松人工林为对象,分别研究了油松人工林的合理经营密度、生物量和碳密度特征,并在此基础上分析了油松人工林生态系统的管理对策。应用标准样地调查资料,研究油松树冠面积与胸径的相关关系,并构建出拟合精度高(相关系数R=0.875 6)的模型:Y=0.762 4exp(0.166 4*X),其中,Y为树冠面积,X为径阶。应用上述模型,根据径阶计算理论树冠面积和理论密度,在此基础上考虑树冠重叠度的影响,作为理论密度修正,进而编制了不同郁闭度条件下的油松林分合理密度经营表。研究区域内油松人工林年龄范围在16~37a,乔木层生物量维持在39.97~110.93t·hm^(-2),年均生产力范围在1.04~3.09t·hm^(-2)·a^(-1),乔木层碳密度范围为19.99~55.47t·hm^(-2),均低于全国其他气候相对湿润的油松产区。该地区油松人工林多存在初植密度过大的问题,经过几十年的生长,很多林分已经开始出现明显的退化特征,建议该地区应适时进行抚育间伐,间伐标准可参照林分生长现状及林分密度管理表来确定。

黄土丘陵区土壤—作物系统氮素特征与管理

基于长期定位试验,对黄土丘陵区的晋西北河曲县砖窑沟试验区土壤氮素资源与分布,土壤氮素变化和农田氮素平衡进行了分析,并探讨了该区氮素管理策略和施肥方案.结果表明,试验区土壤全氮含量平均为0.4 g/kg,土壤碱解氮为16.76 mg/kg,氮素水平低,供氮能力差.土壤氮素含量呈现耕地>草地>林地的分布态势.经过连续13年的施肥处理,施有机肥和有机、无机肥配施0-20cm土层全氮含量显著提高了12.0% ～ 105.6%,20-40cm土层全氮含量变化没有显著差异;各施肥处理0-20cm土壤碱解氮均呈上升趋势,增加了32% ～ 299%,土壤有效氮的增加与连续施入有机肥的量有关.施肥处理的糜子农田的土壤氮素均呈现出盈余状况,马铃薯田则基本保持平衡.因此,在轮作周期中应根据前茬作物的需氮特性和收成情况确定当季作物的氮肥施用量.糜子和马铃薯的施肥应以氮肥和有机肥为主,氮磷比例分别为1∶0.5 ～ 0.7和1∶0.7左右为宜.

半干旱黄土丘陵区坡耕地土壤容许流失量研究

在理论分析、试验观测、外业调查的基础上,从黄土成土速度、坡耕地表土养分平衡、保持坡耕地土地生产力基本稳定、黄河河道的容许来沙量、当地经济的不断发展及土壤培肥和施肥能力的巨大潜力等角度综合分析,确定2.00t/(hm^2·a)作为半干旱黄土丘陵区坡耕地的土壤容许流失量,在较长时期内是比较合理的。

晋西黄土区与土石山区交错地带灌木种生态位及排序分析

应用Levins和Shannon-weiner生态位宽度指数,以及Pianka生态位重叠指数、简化Morisita生态位重叠指数对晋西黄土区和土石山区交错地带29个主要灌木树种的生态位特征进行了研究,并对各树种的DCA排序分析结果与生态位特征进行了对比分析。结果表明：（1）灰栒子（Cotoneaster acutifolius）、土庄绣线菊（Spiraea pubesceus）、黄刺玫（Rosa xanthina）等物种的生态位宽度明显大于其他物种。（2）多数灌木种之间存在较小的生态位重叠,只有少数种对间生态位重叠值较大。以Pianka生态位重叠指数为例,406个种对之中,有116个种对间不存在生态位重叠,占总种对数的28.57%;指数值在0-0.5间的种对数为276对,占总种对数的67.98%;指数值在0.5-1时种对数只有14对,仅占总种对数的3.45%。（3）物种DCA排序图第一轴反映了各物种分布生境的水分条件。对比分析表明,生态位宽度小的物种多位于DCA排序图的边缘区域,而生态位宽度较大的种则多位于排序图的中心区域。

晋西黄土丘陵区与土石山区交错地带植物区系特征分析

本文以晋西黄土丘陵区与土石山区的典型交错地带中阳县为研究对象,分别对黄土丘陵区和土石山区的植物区系科、属、种的组成、属的分布类型等进行了系统研究;同时,对这两个区域的植物区系组成的差异性进行了对比分析。中阳县土石山地区,共计有种子植物64科,204属,354种。植物区系属的分布类型中,北温带分布类型最多,有87属,占总属数43%。黄土丘陵边缘区仅有种子植物134种,分属93属,42科;分别占中阳县土石山区的37.85%,45.59%,65.63%。从维持植物物种多样性的角度来讲,晋西土石山次生林区应该是重点保护的区域。同时,发现黄土丘陵区泛热带成分分布的多种灌木均自然分布在极端干旱的阳坡地段,这种区系的分布类型与生态适应性之间的关系值得进一步研究。黄土丘陵区与土石山区交错地带天然次生植物区系特征的分析,对于深入研究该区域天然植被分布的空间异质性及其成因具有重要的理论意义。

基于NDVI的黄土丘陵沟壑区退耕还林还草监测及效果评价——以定西市安定区为例

植被盖度是评估生态环境的一个重要参数，为了对黄土丘陵地区退耕还林还草效果进行监测与评价，研究通过归一化植被指数（NDVI）遥感估算安定区2001年和2004年植被盖度变化。通过分析得出：2001-2004年安定区整体植被盖度有所增加，尤其是退耕还林还草的区城，低盖度植被类型面积大大减少，植被盖度〈60％的类型面积共减小了967．5hm^2，而高植被盖度面积增加。通过坡度与植被指数空间叠加分析发现，坡度对植被盖度较高区域的影响较小，对于植被盖度较低的区域影响较大。对于低植被盖度区域来说，坡度小则植被恢复快，坡度大则恢复较慢。

黄土低山丘陵区湿润锋运动的实验研究

运用人工降雨技术，对黄土低山丘陵区的湿润锋运动规律进行了综合研究。得到了各因素对湿润锋的正规方程解，可预测不同立地条件下的湿润锋，找出了影响湿润锋运动的主导因素，它们依次是降雨历时、降雨强度、土地利用方式与坡度的交互作用。通过分析揭示了各因素对湿润锋的影响程度，湿润锋的下行深度与降雨历时和降雨强度呈正相关，土地利用方式不同。湿润锋的下行深度也不一样，杨林土壤湿润锋的下行速率最快，其次是农田地和草地，最后是裸地和油松林土壤。为黄土低山丘陵区的综合治理提供根据。

陕北黄土丘陵地区坡耕地遥感分类方法研究

陡坡开垦使坡耕地面积扩大是造成黄土高原水土流失严重、生态恶化的根本原因。应用遥感技术,及时准确地掌握坡耕地的分布特征及面积数据,对合理实施退耕还林还草工程意义重大。以陕北黄土丘陵沟壑区为实验样区,以TM图像为主要信息源,采用非监督分类与监督分类相结合的混合分类方法提取坡耕地信息。通过改进采样方法,在非监督分类生成的初始训练样本的基础上,进行删除、增补、合并等样本调整,使训练样本的选取精度大大提高,明显提高了分类精度。研究证明,在黄土丘陵沟壑区,采用混合分类方法进行坡耕地分类,较好地解决了大量存在的坡耕地同物异谱的现象,是进行坡耕地调查与监测的理想方法。

基于影像融合的陕北黄土丘陵沟壑区土地利用自动分类

采用 1种遥感影像和单纯的监督分类方法 ,在黄土丘陵沟壑地区的土地利用调查中 ,难以获得高精度的土地利用数据。为解决此问题 ,以陕北无定河流域为研究区 ,以主成分变换的方法 ,对多源遥感影像 (TM多光谱数据和SPOT全色波段数据 )进行融合处理 ;同时 ,在分类中 ,采用监督分类与非监督分类相结合的混合分类法 ,改进训练样本选取方法 ,先以非监督分类获得初始训练样本 ,在对样本进行删除、增补、合并等调整的基础上 ,再进行监督分类。 2种方法的结合使用 ,使土地利用信息自动提取的精度明显提高。与仅以TM影像为信息源 ,采用单纯监督分类法的分类结果对比可知 :土地利用各类别的提取精度都有不同程度的提高 ,分类总精度从 82 0 %提高到89 2 % ;水体、水田和城镇用地等面积较小类别的精度 ,提高了 10 %以上 ;坡耕地与林草地的混分现象明显减少 ,精度均提高了 5 %以上 ,取得了良好的分类效果。研究结果为陕北黄土丘陵沟壑区土地利用变化动态监测 。

寒冷高原黄土丘陵浅山区退耕还林模式及造林技术

针对寒冷高原的特点,在对青海省大通县浅山退耕还林区立地类型划分的基础上,提出了退耕还林与绿色生态产业建设相结合,退耕还林与土地合理利用相结合,退耕还林与提高农民经济效益相结合的发展思路。并依此为出发点,对浅山退耕还林区林种、树草种、综合治理模式进行了优化配置,提出了适合寒冷高原黄土丘陵浅山区的退耕还林模式及综合造林技术,为该地区及其类似地区退耕还林工程建设提供了技术基础。

地形复杂地区遥感图像分类方法应用研究——以黄土丘陵沟壑地区坡耕地遥感调查为例

由于黄土高原地区地形复杂,在坡耕地遥感调查中单纯采用监督分类法很难获得理想的精度。以黄土丘陵沟壑地区为研究区域,在坡耕地的分类中采用改进的分类方法,首先以非监督分类法获得初始训练样本,在对样本进行增补和修改的基础上再进行监督分类,使分类精度明显提高。研究表明,用改进的分类法提取坡耕地及其它地物的信息取得了良好的分类效果,是该地区进行坡耕地调查较为理想的方法。

黄土丘陵沟壑区不同土地利用类型土壤抗侵蚀性研究

对黄土丘陵沟壑区安塞县不同土地利用类型的土壤抗冲性和崩解速率特征进行了测试。结果表明,抗冲性指标和崩解速率在数值上均随着土层深度的增加而增大,表明其抵抗侵蚀能力减弱。不同利用类型0—10cm表层土壤抗冲性和崩解速率强弱关系均为:灌木林>草地>乔木林>果园>农地,而在20—30cm土层及40—50cm土层有所变化。不同土地利用类型下,土壤崩解速率和土壤抗冲性之间存在着明显的直线递增关系,灌木林地土壤崩解性能随抗冲性变化速率较快,直线斜率达到0.352,而农地的崩解性能随抗冲性变化起伏最小,直线斜率为0.0145,草地、乔木林地和果园位于两者之间。其中,乔木林地与草地二者直线斜率差异不大,在相同取样深度上具有相同的变化特征。

晋西黄土丘陵沟壑区春季土壤水分动态研究

采用固定点动态监测的方法,对黄土丘陵区方山县峪口镇花果山人工植被恢复过程中春季土壤水分动态变化进行了研究。结果表明:5月份土壤含水量有较大的升高;荒草坡土壤水分条件最好,针叶林、经济林土壤水分条件较好,柠条灌丛土壤水分条件一般,刺槐纯林土壤水分条件最差;土壤水分阴坡好于阳坡;土壤水分随林分密度的变化规律较为明显,黄土区造林密度不宜过大或过小,以适应有限的土壤水分资源。测点剖面不同部位土壤水分含量差异较大,形成剖面土壤水分总体上高下低的分布规律;各样地表层土壤水分的变异程度最大,而后不断减小至基本保持不变。

晋西黄土丘陵沟壑区植被演替规律研究

以山西省方山县土桥沟小流域为例,采用样线、样方相结合的调查方法,初步研究了晋西黄土丘陵沟壑地区植被的演替规律。结果表明,该地区乔木层以油松、刺槐为优势种,重要值分别为117.34,69.96;灌木层以胡枝子、小叶锦鸡儿、沙棘为主,重要值分别为169.45,74.05,36.92;草本层以铁杆蒿、赖草等菊科及禾本科植物为主,重要值为126.18,82.63。对比和聚类分析表明,土桥沟小流域典型群落类型为黄刺玫群丛、沙棘群丛、达乌里胡枝子群丛、油松群丛、刺槐群丛、华北落叶松群丛、白榆群丛、侧柏群丛。该地区植物种的演替序列大致为:次生裸地—草地阶段—杂灌阶段—先锋乔木林阶段—针叶林阶段。整个流域的演替方向是在朝着刺槐群落、油松群落、白榆群落、侧柏群落、白榆刺槐混交群落方向演替。