黄土高原作物产量及水土流失地形分异模拟

De-farming slope farmland has been an effective measure in recent years for the improvement of the eco-environment and the mitigation of soil and water loss on the Loess Plateau. This paper, taking the Yangou Basin as a case study and using day-by-day mete- orological data of Yan'an station in 2005, simulated and analyzed the quantitative relation between crop yield, soil and water loss and topographic condition with the aid of WIN-YIELD software. Results show that: 1) topographic gradient has important influence on crop yield. The bigger gradient is, the lower the crop yield. Yields of sorghum and corn decrease by 15.44% and 14.32% respectively at 25° in comparison to the case of 0°. In addition, yields of soya, bean and potato decrease slightly by 5.26%, 4.67% and 3.84%, respectively. The in- fluences of topographic height and slope aspect on crop yield are slight. 2) Under the same topographic condition, different crops' runoff and soil loss show obvious disparity. Topographic gradient has important influence on soil and water loss. In general, the changing trend is that the soil and water loss aggregates with the increase of gradient, and the maximal amount occurs around 20°. The influence of topographic height is slight. Topographic aspect has a certain effect, and the fundamental characteristic is that values are higher at the aspect of south than north. 3) Topographic gradients of 5° and 15° are two important thresholds. The characteristic about soil and water loss with the variation of topographic gradients show that: the slope farmland with gradient less than 5° could remain unchanged, and the slope farm- land more than 15° should be de-farmed as early as possible.     

黄土高原坡耕地苜蓿产量及水土流失地形分异模拟——以延安燕沟流域为例

退耕还林还草是目前黄土高原整治生态环境和控制水土流失的主体政策。为使生态退耕政策得到有效落实,本文基于WIN-YIELD软件,以延安燕沟流域为例,利用2006年延安站的逐日气象数据和燕沟流域地貌、土壤及土地利用等资料,模拟分析了不同地形高程、坡度和坡向条件下坡耕地种植苜蓿的秸秆干物质产量、水土流失量及其地形分异特征。结果表明:在黄土高原,地形坡度是影响苜蓿秸秆干物质产量和泥沙流失的重要因素,苜蓿秸秆产量模拟值随地形坡度的增大而减小,泥沙流失的模拟值随地形坡度的增大而增大;地形高程1000 m以下的地域种植苜蓿其产量明显高于1000 m以上的地域,坡耕地苜蓿产生径流和泥沙随地形高程的变化不显著;地形坡向对苜蓿秸秆产量和水土流失量的影响不大。     

黄土高原植被覆盖度变化的地形分异及土地利用/覆被变化的影响

基于16 d合成MODIS NDVI数据提取的时间序列植被覆盖度数据,采用一元线性回归趋势分析,对黄土高原2000-2008年植被覆盖度的时空变化及其地形分异、土地利用/覆被变化的影响进行了定量分析。结果表明：（1）研究时段黄土高原植被覆盖度整体呈快速上升趋势,局部下降;（2）黄土高原植被覆盖度变化存在明显的地形分异,陡坡等植被恢复、重建和保育的主要区域植被覆盖度增速显著;（3）土地利用/覆被变化对植被覆盖度的增加影响突出,土地利用/覆被类型变更区植被覆盖度增速显著高于未变化区域,退耕还林还草区增速尤其突出;（4）土地利用/覆被类型未变化区域植被覆盖度总体上也呈增加趋势,但因植被覆盖度水平相对较高,增速明显低于土地利用/覆被类型变化区。上述结果表明,黄土高原植被保育、植被恢复和重建在植被覆盖度提升方面取得了明显成效。     

黄土高原沟谷密度空间分异特征研究

以5 m分辨率DEM为信息源,借助样方分析思想,运用数字地形分析方法和克里格插值模型,获得黄土高原全区的沟谷密度分布图。在此基础上,探讨黄土高原沟谷的空间分异特征及影响因素。实验结果表明,黄土高原沟谷密度空间分异明显,沟谷密度在陕北的绥德-米脂一带达到高峰,由北向南递减。以六盘山和吕梁山为界,沟谷密度有三种变化特征,六盘山以西地区,沟谷密度较低且变化平稳,六盘山以东吕梁山以西地区的沟谷密度由北向南呈现梯度显著下降变化,吕梁山以东地区,沟谷密度呈现起伏变化,沟谷密度值分布在1.7~6.4 km/km2范围内。在宏观上,由陇西盆地、鄂尔多斯地台和汾渭裂谷等地质构造控制沟谷空间分布态势;降雨强度因素对沟谷侵蚀作用显著,加剧了沟谷密度空间分异特征;植被条件和地面组成物质呈现由西北向东南变化制约着沟谷发育。土壤侵蚀方面,沟谷密度与输沙模数空间耦合性较强,存在明显的正相关。     

硬化地面与黄土高原水土流失

在界定硬化地面概念的基础上,进一步将硬化地面分为道路、城镇街区、农家场院三大类。并利用黄土高原400~600mm集流能力试验公式,对甘肃省陇东黄土高原沟壑区不同硬化地面的集流能力、侵蚀量进行分类实例分析研究,发现硬化地面集流能力远大于自然地面,因此城镇、道路、村庄附近的土壤侵蚀尤其严重。在黄土高原地区,不仅与之相关的沟壑的形成和发育,而且相关沟谷和河流的溯源侵蚀之力度大小也要受其影响。随着人口的增加,硬化地面面积越来越大,受其影响水土流失更加严重,这是历史时期黄土高原水土流失日益加剧的重要原因之一。今后黄土高原的水土保持工作,须将防治水土流失与解决水资源紧缺有机结合起来。其最佳解决途径,就是用硬化地面所集中的雨水,作为工农业生产和生活用水,以解决黄土高原水资源之不足。     

地形对黄土高原滑坡的影响

高分辨率地形与影像数据的缺乏已成为研究地表现象、特征与过程的重要瓶颈。低成本无人机设备和摄影测量技术的发展,打开了地学领域获取高分辨率数据的大门,大大提高了地质灾害野外调查与灾害编目的精度与效率。本文通过无人机野外调查和遥感室内目视解译,构建了一个包含307个黄土滑坡属性的数据库。在此基础上,通过数字地形分析和数理统计等方法,总结归纳了黄土滑坡样本数据的分布规律,探讨了地形对黄土滑坡分布的影响,阐述了地形相对高差对最长滑动距离、滑坡周长、滑坡面积的影响,提出了基于传统经验公式拟合的滑坡规模快速预测公式。结果表明：① 滑坡规模—频率分布具有明显的规律性,不同最大长度、最大宽度和周长的黄土滑坡数量分布均呈现正偏态分布,而不同面积的滑坡数量分布则服从幂函数分布;② 地形对黄土滑坡发育控制作用明显,不同地形高差、平均坡度、坡形的斜坡单元滑坡发育数量差异较大;③ 地形相对高差与滑坡的最长滑距、周长和面积的拟合曲线很好地符合幂律分布规律,但不同地形区的拟合效果有所差异,黄土丘陵区拟合效果最好,黄土高原全区次之,黄土台塬区最差;④ 本文建立的黄土滑坡规模快速预测模型,为黄土滑坡灾害调查提供了经验公式支撑。     

西藏水土流失敏感性评价及其空间分异规律

Based on Universal Soil Loss Equation and methods of mathematics model and GIS analysis, this study classified influence of precipitation, soil, topography and vegetation upon sensitivity of soil erosion into five different degrees which are extreme sensitivity, quite sensitivity, sensitivity, less sensitivity and no sensitivity. Assessment map of each factor was generated separately. Integrated assessment map of sensitivity of soil erosion has also been drawn by overlapping function with Arcinfo. Furthermore, the study analyzed distribution characteristics and spatial difference of sensitivity of soil erosion under special plateau environment of Tibet. According to sensitivity degree, some important controlling regions was confirmed so that departments of water conservancy, traffic management and agriculture could make scientific and reasonable decisions for their respective subject planning.     

西藏水土流失敏感性评价及其空间分异规律

以水土流失通用方程为理论基础,运用数学模型和GIS分析相结合的方法,将降水、地貌、土壤和植被因子对西藏水土流失敏感性的影响程度,划分为极敏感、相当敏感、敏感、较敏感和不敏感5个等级,并生成各单因素评价图。在Arcinfo中完成单因素图的叠加分析,得到西藏水土流失敏感性综合评价图。在此基础上,探讨了西藏特殊高原环境下的水土流失敏感性高低的分布规律及其在不同主导因子作用下的水土流失敏感性空间分异,提出了西藏水土流失治理的优先区,为水利、公路和农牧等部门进行专题规划和治理提供依据。     

黄土高原县域贫困空间格局及地形影响因素研究

借鉴空间贫困研究的基本理论,以2017年的社会经济数据为基础,对国务院扶贫办认定的贫困县进行标识,探讨黄土高原县域贫困格局及其受地形环境的影响。结果表明:(1)黄土高原贫困县沿太行山、吕梁山、六盘山三座山脉和毛乌素沙漠一带聚集分布,呈现"三山一带"的空间分布格局。(2)贫困县的空间分布格局与人口、GDP、人均GDP的空间分布格局大相径庭,在人均GDP较高的鄂尔多斯地区也出现了贫困县的集中分布,说明仅靠社会经济因素不能很好地解释贫困县的空间分布。(3)地形环境对贫困县的空间分布有显著的影响。地形环境越恶劣的地方,贫困县分布越多。68%的贫困县分布在15°～25°高坡度范围内,76%的贫困县位于50～105 m的较大地形起伏度范围内。     

Topographic differentiation simulation of crop yield and soil and water loss on the Loess Plateau

De-farming slope farmland has been an effective measure in recent years for the improvement of the eco-environment and the mitigation of soil and water loss on the Loess Plateau. This paper, taking the Yangou Basin as a case study and using day-by-day meteorological data of Yan’an station in 2005, simulated and analyzed the quantitative relation between crop yield, soil and water loss and topographic condition with the aid of WIN-YIELD software. Results show that: 1) topographic gradient has important influence on crop yield. The bigger gradient is, the lower the crop yield. Yields of sorghum and corn decrease by 15.44% and 14.32% respectively at 25° in comparison to the case of 0°. In addition, yields of soya, bean and potato decrease slightly by 5.26%, 4.67% and 3.84%, respectively. The influences of topographic height and slope aspect on crop yield are slight. 2) Under the same topographic condition, different crops’ runoff and soil loss show obvious disparity. Topographic gradient has important influence on soil and water loss. In general, the changing trend is that the soil and water loss aggregates with the increase of gradient, and the maximal amount occurs around 20°. The influence of topographic height is slight. Topographic aspect has a certain effect, and the fundamental characteristic is that values are higher at the aspect of south than north. 3) Topographic gradients of 5° and 15° are two important thresholds. The characteristic about soil and water loss with the variation of topographic gradients show that: the slope farmland with gradient less than 5° could remain unchanged, and the slope farmland more than 15° should be de-farmed as early as possible.     

甘肃黄土高原土壤水分变化对冬小麦产量的影响

甘肃黄土高原属半干旱和半湿润气候过渡区。潜在蒸散量大于降水量,土壤水是影响冬小麦生产最直接因素。运用甘肃西峰农业气象试验站1981-2010 年冬小麦大田试验及土壤湿度观测资料,对近30 年土壤水变化规律及与冬小麦各产量要素的关系进行分析。结果表明,冬小麦贮水量最大时段为冬前生长期,其次为返青期至拔节期,最小为孕穗期至成熟期。耗水量最大时段为孕穗期至成熟期,其次为冬前生长阶段,最小为返青期至拔节期。1981-2010年土壤100 cm土层、1990-2010 年200 cm土层贮水量呈减少趋势,耗水量呈增加趋势。冬小麦土壤水分利用率呈上升趋势,变化转折点出现在1998 年。200 cm、100 cm土层贮水量与冬小麦不孕小穗率相关性显著。不同生长阶段各层次土壤贮水量均与千粒重相关性显著,且随着深度加深,相关性愈加显著。冬前生长阶段、返青期至拔节期各深度层次土壤贮水量与单株成穗数相关性分别通过0.1、0.01 信度水平检验。在冬小麦各生长阶段,各层次土壤贮水量与单产相关性显著。5 月中旬100 cm 土层贮水量对产量影响较大,aj(t) 值达20 kg/hm²·mm。不孕小穗率与不同生长阶段100 cm土层耗水量均呈显著负相关关系。千粒重与冬前生长阶段的各深度层次耗水量相关性显著。单株成穗数与返青期至拔节期上层土壤耗水量相关性显著。单产与孕穗期至成熟期各层次耗水量相关性显著。从当年9 月到次年5 月100 cm土层耗水量对单产影响逐渐增大,5 月中旬aj(t) 达25 kg/hm²·mm。此后耗水量对产量的影响逐渐降低。     

Soil erosion and management on the Loess Plateau

The Loess Plateau is well known to the world for its intense soil erosion. The root cause for river sedimentation of Yellow River (Huanghe) and its resultant "hanging river" in certain section is soil and water loss on the Loess Plateau. The Loess Plateau has a long cultivation history, hence population growth, vegetation degeneration and plugging constitute the chief reason for serious soil and water loss on Loess Plateau. This paper analyses several successful cases and failures in soil conservation, presents practical soil conservation technique and related benefit analysis, and discusses some effective methods adopted in China in soil erosion control, research directions and future perspectives on Loess Plateau.     

Soil erosion and management on the Loess Plateau

1 Introduction The Loess Plateau situated in northern China covers the drainage basins in the middle reaches of the Yellow River. It starts from the western piedmont of Taihang Mountains in the east, reaches the eastern slope of the Wushao and Riyue mountains, connects the northern part of the Qinling Mountains in the south and borders the Great Wall in the north, covering an area of about 380,000 km2 (Figure 1). The region is overlain extensively by Quaternary loess in great thickness, …     

黄土高原西部兰州市郊人工林地水分亏缺与调控研究

通过定位监测与对比分析,对兰州市南北两山不同水分管理人工林地植物水分亏缺度及植物水分亏缺补偿度的时空分布进行了研究。结果表明：灌溉林地的植物水分亏缺度最小,亏缺度大部分时间都在20％以下,有自然坡面集雨的林地植物水分亏缺状况好于不灌溉的林地,侧柏林地喷灌、自然坡面集雨和不灌三种处理方式下的植物水分亏缺度虽然稍有差异,但都处于水分极度亏缺的状况。补充灌溉除满足林地正常生长所需要的水分外,对土壤水分也有一定的补偿,补偿度在70％左右。其他不灌溉地块补偿度都为负值,说明这些地块整个雨季没有对水分进行补偿,还将土壤以前贮藏的部分土壤水分利用。植物水分亏缺度在空间上的变化与植物根系的分布相一致。既在水平方向上,随着离树干距离的加大,植物水分亏缺度依次降低。在垂直方向上,表层植物水分的亏缺度最低,随着深度的增加,亏缺度逐渐增大,100~120 cm深达到最大,以后又缓慢降低。植物水分补偿度是降雨与植物水分亏缺程度的反映,植物水分亏缺度越高,补偿度越大。     

黄土高原侵蚀产沙强度的时空变化特征

采用“水文－地貌法”即水文站实测值与侵蚀形态类型相结合的方法，将黄土高原划分为292个侵蚀产沙单元，分别对治理前后侵蚀产沙强度的时空变化特征进行了分析。结果表明：黄土高原自70年代以来，由于降雨因素和水土保持作用的影响，侵蚀产沙强度的结构特征发生了明显变化，侵蚀模数＞10000t/km^2.a的极强烈以上的侵蚀面积急剧减少（减幅71．8％），减沙幅度最大的区域主要分布在以无定河为中心的极强烈侵蚀区和汾河流域的大部分地区（减幅50％以上）；黄土高原侵蚀产沙，按流域区段主要来自河龙区间（54．8％），按类型区主要来自黄土峁状丘陵沟壑区（27．4％）和干旱黄土丘陵沟壑区（23．1％），按侵蚀带主要来自暖温带半干旱草原风蚀、水力侵蚀带（34．8％）和暖温带半干旱森林草原水力侵蚀带（32．6％）；以侵蚀模数＞10000t/km^2.a作为标准，可将黄土高原划分为7个极强烈以上的侵蚀产沙中心，其面积虽仅占全区总面积的15．5％，但其产沙量却占到全区总产沙量的42．1％。     

黄土高原典型塬区土壤热状况研究

在陆-气相互作用中,土壤热状况（土壤温度、土壤导热率等）和土壤湿度等陆面状况对大气环流和气候变化都有着重要影响。黄土高原横跨干旱、半干旱及半湿润地区,为我国第二大高原,幅员辽阔。该复杂下垫面上的陆-气相互作用不仅直接影响到黄土高原地区的气候和环境变化,而且对东亚、乃至全球的气候和环境变化都可能产生重要影响。而对黄土高原区域的土壤热状况及土壤温度的研究是黄土高原陆-气相互作用研究的重要组成部分。分析了黄土高原典型塬区不同下垫面的土壤温度状况,分析了造成各种下垫面温度分布和变化不同的原因,得到如下结论：在近地层,随着土壤深度的增加,土壤温度振幅逐渐减小,40 cm土壤温度相对以上各层变化不明显。就季节变化而言,土壤温度在1 a中有两次稳定状态。第一次出现在4月上旬,其值约为6 ℃左右;第二次出现在11月中旬,温度值为14 ℃。相对于全年土壤温度而言,在12月到次年2月有一个低温中心,温度低于零度;7～8月间有一个暖中心。各层土壤温度在1月份是最低的,其后一路上升,4、5月份是土壤温度快速上升期,至8月上旬土壤温度达到最大值,为土壤升温期;其后温度开始下降。土壤温度梯度具有明显的日变化特征,夜间,土壤的热量是从深层传向地表的,而随着太阳高度角的加大,土壤温度梯度转为负值,深层土壤从地表获得能量,到了傍晚19时左右,温度梯度又转为正值;土壤温度梯度的变幅在有植被时要明显小于无植被时。各站的日平均土壤导热率,柴寺、塬下和中心站分别是1.43,1.24,1.17 W·m^-1·k^-1,土壤物理性质和土壤质地的不同是各站土壤温度分布和土壤热传导率存在差异的原因之一。     

黄土高原西部兰州市郊地貌驱动的土壤水分变化及对植物的影响分析

选择黄土高原造林的主要模式,即梯田、水平沟、鱼鳞坑和台地等,并按照阴阳坡向,栽植树种等的不同,采用中子水分仪每10 d测定土壤水分一次,对各种造林模式下土壤水分进行了长期的监测研究,研究结果表明：在春季植物萌发之前,无植物生长影响的情况下,土壤水分含量阴坡高于阳坡,南山与北山同坡向相比,南山的水分条件要好于北山;4月中旬以后,受植物生长消耗的影响,北山的水分含量大于南山,南山的水分波动则大于北山;鱼鳞坑、水平沟都具有一定的集水保水作用,但这种集水的作用与降水量的大小有关,水平沟由于面积较大,表面覆膜集水效果更好;阴坡梯田由外向内随着距离的增加,水分呈现逐渐增加的趋势,梯田内侧达到最大.