黄土高原典型流域退耕还林土地利用变化及其合理性评价

黄土高原大规模退耕还林使得该区土地利用结构发生了深刻变化,区域生态环境得到了明显改善。研究由此引起的土地利用变化及其合理性,对于加快黄土高原植被恢复、控制黄河泥沙以及实现区域经济社会可持续发展等具有十分重要的理论意义和应用价值。该文应用遥感(remote sensing,RS)和地理信息系统(geographic information system,GIS)技术对黄土高原典型流域清水河流域2000-2014年土地利用变化特征进行了分析,并通过构建判别准则体系对土地利用变化的合理性进行了评价。结果表明,该流域实施退耕还林工程以来,土地利用结构发生了重大变化,主要土地利用类型耕地、园地、林地和草地的比例由2000年的1:0.06:2.05:3.95大幅度调整至2014年的1:3.22:12.03:5.51,其变化经历了3个阶段:2000-2005年以退耕还林及其配套措施为主,重点突出了工程的生态效益,土地利用变化合理度为78.60%,属于低度合理;2006-2009年在继续推进荒山造林和封禁的同时,大力开展基本农田与果园建设,兼顾了生态、经济与社会效益,土地利用变化合理度为91.71%,进入高度合理状态;2010-2014年进一步加大苹果产业发展力度,重点突出了经济效益,土地利用变化合理度为95.20%,延续了高度合理态势。建议新一轮退耕还林工程应注意严格控制新的退耕,保护经营好现有林地,适当控制园地规模。

大粗糙单元对坡面流水动力学特性的影响

通过室内定床冲刷试验,选用砂布床面模拟土壤下垫面,选用砂布+塑料半球体(直径为40mm)床面模拟大粗糙单元下垫面,在较大流量(2.81~84.43L/min)、坡度(2°~10°)范围内,系统研究了大粗糙单元对坡面流水动力学特性的影响。结果表明:(1)大粗糙单元床面的平均流速、平均水深和弗劳德数与流量之间均呈幂函数正相关关系;平均流速和弗劳德数与坡度之间均呈幂函数正相关关系,而平均水深与坡度之间呈幂函数负相关关系;阻力系数随雷诺数的增大而逐渐减小。(2)大粗糙单元增加了坡面流阻力,延缓了坡面流流速,雍高了坡面流水深,并使得水流流型由急流趋向缓流发展。(3)坡面流绕流现象明显,大粗糙单元周围水深的大小为迎水深(h_1)>侧水深(h_2)>背水深(h_3),在较小坡度下(2°和4°),h_1-h_3随流量的增大先增大后趋于稳定,在较大坡度下(6°,8°和10°),h_1-h_3随流量的增大先增大后减小。(4)坡面流阻力由颗粒阻力和绕流阻力组成,绕流阻力占总阻力的29%~77%,绕流阻力随流量的增加而减小。研究结果可为坡面土壤侵蚀物理模型的构建提供一定理论依据。

不同植被覆盖下土壤优先流特征及影响因素

以重庆市四面山的林地(天然针阔叶混交林地、天然阔叶林地)、农田(玉米)为研究对象,利用染色示踪法,从染色图像中提取出5个优先流特征指标,揭示了四面山地区不同植被覆盖下土壤优先流特征,并采用主成分分析法探究土壤质地、化学性质和植物根长密度、根重密度等根系因子对优先流的影响。结果表明,3种植被覆盖下土壤染色区域均集中在0～10 cm表层范围内。其中,天然针阔叶混交林地达到63.44%,天然阔叶林地达到61.87%以上,农地达到43.56%。林地的优先流发育程度大于农地,具体表现为天然针阔叶混交林地>天然阔叶林地>农地。随着土层深度的增加,优先流表现出一定的空间异质性。土壤中砂粒含量的增加和粉粒含量的减少,增大了优先流发生的概率。优先流的形成过程中受土壤化学性质影响较大,随着土层深度的增加,3种样地的速效磷、全氮、有机质含量变化总体上均呈减少趋势。植物根系特征中的根重密度和根长密度(<1 mm、3～5 mm)是不同植被覆盖下对土壤优先流最主要的因素,二者与优先流的发育情况呈极显著正相关关系。