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

ＳｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎｔｙｐｅｓｉｎｔｈｅｌｏｅｓｓｈｉｌｌａｎｄｇｕｌｌｙａｒｅａｏｆＣｈｉｎａＦｕＢｏｊｉｅ（ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＥｃｏ－ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｅｉｅｎｃｅｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｅｉｅｎｃｅ...

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。

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。

黄土丘陵沟壑区不同退耕类型径流、侵蚀效应及其时间变化特征

在自然降水条件下,连续14年对半干旱黄土丘陵沟壑区坡耕地及其4种退耕类型径流、侵蚀进行观测实验。结果表明:坡耕地退耕显著减少地表径流和土壤侵蚀,退耕类型之间径流量和侵蚀量存在显著差异,其大小次序为:农耕坡地>牧草地>乔木林地>自然草地>灌木林地。地表径流和侵蚀具有明显的季节分布特征,减流、减沙效应主要发生于7月和8月。牧草地累积减流、减沙效应随年度增加逐步下降,乔木林地的累积减流效应逐渐下降而减沙效应则逐步增加,灌木林地累积减流、减沙效应持续提高,自然草地则为先增长后降低的过程。14年观测结果表明:累积减流、减沙效应次序为:灌木林地>自然草地>乔木林地>牧草地。牧草地和乔木林地在短期具有较好的减流、减沙效应,而灌木林地和自然草地具有较好稳定持久的水土保持功能。

黄土丘陵沟壑区苜蓿地土壤水分环境效应

根据田间试验资料,分析研究了黄土丘陵沟壑区苜蓿地土壤水分的周年变化规律,并以休闲地和几种一年生作物地作为对照进行对比研究,得出以下主要结论:①雨季降水对苜蓿地土壤水分的补给起着重要的作用,其土壤贮水量动态与年内的降雨周期相吻合,但总体上朝着土壤不断干化的方向发展;②经过一个雨季,苜蓿地的土壤贮水量与平均含水量分别呈不同程度的下降,而休闲地与4月份持平;③相同的降水对不同作物地的补给效果不同,以3m土层计算,苜蓿地的农田蒸散量与谷子、玉米相当,比豆子地高,但要低于高粱地;④长期种植苜蓿引起的深层土壤干化问题必须引起足够的重视,干化土地的水分恢复不是一朝一夕的事情。

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。

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。

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 。

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。

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。

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。

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。

黄土丘陵沟壑区杏树-黄芪复合系统土壤水分效应研究

以山西中阳县黄土丘陵沟壑区梯田杏树-黄芪复合系统为例,采用由烘干法测定得到的2004和2005年的土壤剖面含水率数据,结合土壤贮水量,研究果树与豆科中草药间作土壤水分效应,旨在为该地区果药复合系统优化结构配置及林业生态建设提供一定的理论依据。研究结果表明：复合系统与清耕杏园（CK）0～150 cm深土层内贮水量的年际变化趋势基本一致,且均与降雨年际变化趋势一致。2004年与2005年复合系统内0～150 cm土壤贮水量比CK的2530 mm和2494 mm分别提高387 mm和393 mm,提高了15.3%和15.8%;这种提高效应在雨季中及雨季后期尤为显著,2004年和2005年分别提高152 mm和163 mm。复合系统行间0～150 cm深土层剖面水分等值线图总体变化趋势与CK一致,但复合系统的变化梯度相对较小,剖面水分变化相对稳定。复合系统树盘内0～150 cm深土层的水分状况亦好于CK,雨季中距树干30、60 cm处平均含水率比CK分别提高2.13%～3.51%、2.08%～3.18%。杏树-黄芪复合系统有利于杏园土壤水分状况的改善。

黄土丘陵沟壑区退耕地自然恢复植被主要物种生态位特征

为了探究加速黄土丘陵沟壑区退耕地植被恢复过程的人工物种干扰措施如物种选择与搭配的科学依据,利用TWINSPAN分类方法对33个自然恢复的退耕地样方进行分类,得出退耕地在40 a内主要经历了5个群落演替阶段,分别为猪毛蒿群落、赖草群落、达乌里胡枝子+长芒草群落、铁杆蒿群落和白羊草群落。以各个群落的综合资源环境梯度为依据,对各群落主要物种生态位特征进行了分析。通过物种的生态位宽度和生态位重叠特征分析,提出了不同演替阶段的合理物种组合。

基于多源遥感的土地利用动态监测图像分类方法研究——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

在陕北黄土丘陵沟壑区的土地利用动态监测中,采用一种遥感影像和单纯的监督分类方法,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,这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的动态监测,提供了重要的技术支持和借鉴。

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。

黄土丘陵沟壑区杏树-黄芪复合系统对土壤理化性质的影响

以黄土丘陵沟壑区梯田杏树—黄芪复合系统为研究对象,研究了杏园间作黄芪2a后对土壤理化性质的影响。结果表明:杏树—黄芪复合系统和清耕杏园中土壤理化性质均存在明显的垂直分布层次性和水平分布差异性。杏园间作黄芪2a后,可使0～60cm土层土壤密度降低0.8～1.4g.cm-3;土壤总空隙度、土壤稳定入渗率分别增加1.6～4.7个百分点、0.10～0.35mm.min-1;全N、全K以及速效N、速效K含量分别增加0.10～0.32、0.8～5.5g.kg-1、1.3～13.3、3.0～33.7mg.kg-1;土壤有机质含量增加0.03～0.52g.kg-1,其中,0～20cm土层增加量尤为显著,可达0.4～0.5g.kg-1;但全P及速效P含量有所降低,0～60cm土层分别降低0.02～0.15g.kg-1和0.07～1.48mg.kg-1。间作黄芪对距离树行不同处的土壤理化性质影响不同,距离树行越近,越明显。回归分析表明,土壤稳定入渗率与土壤密度呈负相关、与土壤空隙度呈正相关。在黄土丘陵沟壑区幼龄期果园间作黄芪具有很好的可行性,适于当地推广应用。

黄土丘陵沟壑区耕地苹果种植适宜性评价研究

以地处黄土丘陵沟壑区的陕西省安塞县为例,通过野外调查和室内分析,在GIS支持下,利用土壤图、土地利用现状图和行政区划图叠置确定评价单元,结合层次分析、模糊评价等数学方法,从剖面组成、土壤管理、土壤性质、立地条件4个方面选取14项指标,对安塞县耕地苹果种植适宜性进行了定量评价分级,并研究了影响该区耕地苹果种植适宜性的主要指标。结果表明:高度适宜、适宜、勉强适宜和不适宜的面积分别为4 136.49,18 247.91,21 129.16,22 045.70hm2,分别占耕地总面积的6.31%,27.83%,32.23%和33.63%;通过层次分析组合权重看出,地貌类型、海拔、有机质、灌溉能力、全氮为影响该区耕地苹果种植适宜性最重要的指标。

铁路建设对黄土高原景观生态格局的干扰研究

研究目的:对于经济发展落后、生态环境脆弱的黄土高原地区,铁路建设在驱动区域快速发展的同时,给生态环境带来较大压力。通过对太中银铁路(离石-柳林段)建成前后沿线不同缓冲范围的景观指数与土地利用类型进行对照分析,揭示铁道工程对沿线景观格局的干扰尺度以及干扰范围内的景观生态影响。研究结论:(1)沿线1.5 km范围内是铁路建设的景观生态强干扰区,沿线4 km范围外的区域景观生态格局基本不受铁路建设影响;(2)铁路建设干扰范围内草地和林地类型的景观生态格局会受到强烈破坏,但后期能够得到良好修复;(3)铁路建设是沿线城镇发展的强驱动力,建设用地沿铁道方向扩张聚集,形成干扰范围内的优势斑块,这一过程中建设用地对耕地、水体的侵占会进一步引发耕地对草地的侵占,对区域生态平衡造成一定影响;(4)本研究结论可为黄土高原地区铁路规划与建设过程中的生态环境保护提供科学依据和实践指导。