黄土丘陵沟壑区坡面土壤侵蚀的临界坡度

坡度是重要的地貌因子.采用岔巴沟径流场和王家沟径流场资料,首先研究坡度与最大30 min雨强(I30)对土壤侵蚀影响,然后确定了主导侵蚀为溅蚀片蚀与主导侵蚀为细沟侵蚀之间的临界雨强,最后探讨了不同侵蚀类型下的临界坡度.结果表明:1.坡度与降雨强度存在明显的交互作用,随着坡度的增大,雨强对土壤侵蚀的影响增大;2.团山沟的溅蚀片蚀与细沟之间的临界I30为0.31 mm/min,同时,该临界雨强不是一定值,受下垫面因素等影响而具有一定的波动范围;3.以溅蚀片蚀为主时,土壤侵蚀存在一个＜31°的临界坡度,侵蚀模数随坡度的变化趋势与径流模数随坡度变化的趋势相同,从9°～31°土壤侵蚀模数随坡度增加是先增加后减小;以细沟侵蚀为主时,在9°～31°间土壤侵蚀不存在临界坡度,土壤侵蚀模数随坡度的变化趋势与径流含沙量随坡度变化的趋势相同,从9°～31°土壤侵蚀模数随坡度增加先逐渐增加后缓慢增加,临界坡度＞31°.     

黄土丘陵沟壑区安塞县土地结构

从土地类型结构、土地资源结构、土地空间结构和土地利用现状结构入手,对安塞县土地结构进行分析研究.结果显示土地类型以梁坡和沟坡地为主,二者占全县总土地面积的80.53%;土地总体质量不佳,质量最好的川、沟台地仅占总土地面积的2.61%;土地类型的空间分布表现出明显的层状、镶嵌状和空间上的不均匀性;土地利用率高,开发潜力小耕地面积占总土地面积的40.02%,林地占总土地面积的14.90%,其中郁闭度＞35%的天然林地仅占总土地面积的9.31%;牧草地占总土地面积的31.39%,而90%以上牧草地覆盖率都小于30%.反映出安塞县土地结构处于极不稳定状态,急需因地制宜,充分、合理地开发、利用和调整,以保证其土地结构向好的方向发展.     

黄土丘陵沟壑区村域生态系统服务簇的时空分异及其地形梯度分析

探究村域生态系统服务簇对于厘清黄土丘陵沟壑区农业生态系统复杂特征、从多重服务供给角度提高服务的福祉贡献具有重要意义。论文以黄土丘陵沟壑区米脂县为例,基于高斯混合模型识别2009年和2019年村域生态系统服务簇并分析其时空分布,同时,结合地形分布指数探究服务簇在地形梯度上的分布模式。结果如下： ① 各类服务空间分异明显,且服务之间空间分布差异较大;近10 a间各类服务水平均有不同程度提高,其中调节服务有较大改善,而食物供给与文化服务增幅较小;各类服务空间变化格局存在较大差异,这与土地利用的空间演变关系密切。② 利用高斯混合模型识别4类服务簇,包括农业生产簇、农业美学簇、生态保育簇与城镇休闲簇;各类服务簇空间分异明显,且研究期间存在明显数量和空间转移变化;农业美学簇与生态保育簇是当地主导服务簇,且主导性增强,而农业生产簇与城镇休闲簇比重下降。③ 地形起伏度与服务簇的空间关联密切。随起伏度上升,农业生产簇与农业美学簇呈倒U型,生态保育簇优势分布增加,城镇休闲簇优势分布减弱;研究期间农业生产簇与城镇休闲簇向低起伏度的转移趋势明显,而农业美学簇与生态保育簇趋向于向高起伏度转移。     

黄土丘陵沟壑区县域土壤有机质空间分布特征及预测

分析、预测土壤属性空间变异及其动态是区域土地质量评价和可持续土地利用的一个重要组成部分。在陕西省横山县采集了254个耕层(0~20cm)土样,利用数字地形与遥感影像分析技术,提取了相关地形与遥感指数,分析不同土地利用类型、不同地形条件下土壤有机质空间变异及分布特征,并利用相关因子进行回归预测分析。结果表明,县域土壤有机质平均含量很低,变异性较大。不同土地利用类型土壤有机质差异显著,其中以水稻田有机质含量最高,而林地和灌木林地相对较低。不同土地利用类型土壤有机质含量次序为:水稻田>川地>梯田>坝地>荒草地>坡耕地>林地>灌木林地。不同坡度分析表明,“0~3°”这一坡度等级有机质含量显著高于其它坡度等级;不同坡向有机质含量差异不显著,但不同坡向有机质含量存在一个明显的趋势,阴坡有机质含量整体上要比阳坡高。相关分析表明土壤有机质与高程h呈现负相关关系,与坡向的余弦值COSα正相关,与复合地形指数CTI正相关;土壤有机质和修正后的土壤调节植被指数(MSAVI)以及湿度指数(WI)正相关。利用相关环境变量及遥感指数进行多元线性逐步回归分析,预测结果不甚理想,存在一个平滑效应,对于残差解释相对较低,须进一步研究以更好的解释残差。     

黄土丘陵沟壑区地形定量因子的关联性分析

不同地形因子虽然在语义概念、计算方法等方面均有明显的差异,但各地形因子之间并不是绝对孤立的,它们之间相互关联、相互影响。这种关联的强弱与趋势,都从不同角度揭示着地形起伏变化与地貌发育的本质及内在规律,同时,还在一定程度上映射着地表形态的发育过程。文章以黄土高原丘陵沟壑区的15个样本地区为实验样区,以高分辨率、高精度的1:1万比例尺DEM为基础数据,应用BP神经网络模型,探讨地形定量因子与地面坡度之间的关联性特征,并将神经网络的方法与传统的多元回归方法进行比较。结果表明,相对于传统的多元回归方法,带隐含层的BP神经网络分析方法能更为有效地反映地形因子间隐含的关联特征。该研究方法为进行地貌多定量指标的的选择和多因子之间关联性的量化提供了一种新的方法。     

降水和植被变化对径流影响的尺度效应——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

自黄土高原退耕还林还草政策实施以来,在水源涵养功能明显提升的同时径流显著减少,导致该区域出现了水源涵养服务与水供给服务间的权衡问题。为探究径流减少的原因,进而为不同空间尺度的生态系统服务权衡提供支撑,本文分析了陕北黄土丘陵沟壑区2006-2011年降水和植被变化对径流影响的尺度效应。结果表明:研究区域内汛期降水量呈现出由东南向西北逐渐减少的空间分异特征;在研究时段内,植被恢复效果明显,近8成地区植被覆盖状况得到了改善,尤其是植被覆盖较差的地区恢复效果更为显著;在各子流域中,降水与径流间呈现出显著的正相关性,二者的相关系数随着子流域面积的增加而增大,表现出明显的尺度效应。随着子流域面积增大,15°以上土地比例增加,陡坡植被覆盖类型趋于均一化,具有显著截流功能的林地呈现减少趋势是尺度效应形成的主要原因。NDVI与径流的相关性不显著,二者的相关系数随着子流域面积变化的规律性不强,植被对径流影响没有明显的尺度效应。     

黄土丘陵沟壑区现代沟道农业及其可持续发展

现代沟道农业是黄土丘陵沟壑区人地耦合发展形成的一种新兴农业地域类型,其可持续发展对于区域农业高质量发展、“三生”空间优化和乡村振兴具有重大现实意义。从人地系统科学认知出发,对现代沟道农业的内涵、可持续发展方向、典型发展模式和保障体系进行了探讨,并进行了相关研究展望,为系统认识黄土丘陵沟壑区沟道农业模式,推进农业可持续发展提供了理论参考。主要结论：(1)沟道农业是乡村地域系统的重要功能类型,具有多尺度、多层次的特点,其可持续发展应从微观、中观和宏观3个层面,协同解决土壤生态系统、农田生态系统和农业地域系统的可持续发展问题。(2)保障粮食安全和生态安全,积极推进农业结构调整,发展多功能农业,通过“3C”模式,即农业自身内循环、农业外循环、基于农业多功能的农业大循环,实现生产结构优化、产业链条延伸和城乡功能互补。(3)创新推广土地综合整治带动模式、农业结构调整带动模式、特色资源综合开发模式和土地流转规模生产模式,有助于农业提质增效和农业高质量发展。(4)拓展地理学与其他学科的交叉研究,深化“理论-实践”贯通式研究,探索建立涵盖技术研发与应用、人才培养、政策制度支撑等内容于一体的农业生产保障体...     

黄土丘陵沟壑区农村居民点空间重构——以榆中县为例

农村居民点空间优化研究是进行农村居民点用地空间重构的依据。以兰州市榆中县为例,运用GIS 空间分析能力,计算农村居民点的影响力来划分居民点类型,应用加权Voronoi图的空间分割功能实现宏观上农村居民点的空间重构,确定各搬迁居民点的安置去向,同时计算各个加权Voronoi 图之中的居民点的相对“居住场势”的大小,实现微观上搬迁农户的空间效用增加。结果表明：榆中县共有中心居民点面积6082.60 hm² （1107 个居民点） 占61.25%;Ⅰ类保留型居民点面积2707.55 hm² （4083 个居民点） 占27.26%;Ⅱ类保留型居民点面积235.68 hm² （679 个居民点） 占2.37%;零星居民点面积905.26 hm² （2854 个居民点） 占9.12%。通过加权Voronoi 图的宏观空间分割结合微观的“居住场势”测算,使得居民点空间重构的方案更加合理。     

黄土丘陵沟壑区现代沟道农业及其可持续发展

现代沟道农业是黄土丘陵沟壑区人地耦合发展形成的一种新兴农业地域类型,其可持续发展对于区域农业高质量发展、“三生”空间优化和乡村振兴具有重大现实意义。从人地系统科学认知出发,对现代沟道农业的内涵、可持续发展方向、典型发展模式和保障体系进行了探讨,并进行了相关研究展望,为系统认识黄土丘陵沟壑区沟道农业模式,推进农业可持续发展提供了理论参考。主要结论：(1)沟道农业是乡村地域系统的重要功能类型,具有多尺度、多层次的特点,其可持续发展应从微观、中观和宏观3个层面,协同解决土壤生态系统、农田生态系统和农业地域系统的可持续发展问题。(2)保障粮食安全和生态安全,积极推进农业结构调整,发展多功能农业,通过“3C”模式,即农业自身内循环、农业外循环、基于农业多功能的农业大循环,实现生产结构优化、产业链条延伸和城乡功能互补。(3)创新推广土地综合整治带动模式、农业结构调整带动模式、特色资源综合开发模式和土地流转规模生产模式,有助于农业提质增效和农业高质量发展。(4)拓展地理学与其他学科的交叉研究,深化“理论-实践”贯通式研究,探索建立涵盖技术研发与应用、人才培养、政策制度支撑等内容于一体的农业生产保障体...     

基于DEM黄土丘陵沟壑区不同尺度流域地貌现状及侵蚀产沙趋势

基于流域DEM对各个集水区进行划分,提取流域沟壑长度、平均高程、平均坡度等信息,并运用EXCEL、SPSS对这些信息进行分析处理,计算出沟壑密度、流域相对高程、面积-高程积分值,并结合流域侵蚀产沙数据以及实地考察情况,借助地貌学的相关理论,分析流域不同区域内、不同尺度流域地貌发育及侵蚀产沙情况.研究发现,流域左右两岸支流的发育数目、形状受邻近流域的影响;面积-高程积分值的大小能反应流域的地貌现状与侵蚀趋势,蛇家沟与岔巴沟的面积-高程积分值分别为0.547 5、0.463 7,但面积-高程积分值的大小及变化趋势还与流域最低点是否达到基岩有关;沟壑发育分为长度发育与宽度发育两个阶段,沟壑密度只是衡量地貌的一个重要指标,沟壑密度对流域侵蚀产沙的影响与沟壑的发育阶段有关;一般情况下产沙模数的大小与流域面积大小没有直接的关系,主要看流域内的地貌的发育阶段.     

海河流域产沙模数尺度效应的空间分异

基于流域完整性、地形的相似性,将整个海河流域分为9 个分区,分析了各分区产沙模数的尺度效应。结果表明,在双对数坐标系上,产沙模数与流域面积的关系呈现出3 种类型：① 线性负相关,即产沙模数随流域面积的增大而减小;② 无显著相关,即产沙模数随流域面积的增大基本保持不变;③ 线性正相关,即产沙模数随流域面积的增大而增大。从地形、分区的位置以及土地利用状况方面对所有分区产沙模数的尺度效应进行分析,并对1000 km²标准面积下产沙模数进行校正。基于校正后的数据,利用ArcGIS 的Kriging 空间插值法,绘制了校正后的产沙模数图。校正结果显示,流域侵蚀模数的空间分布总体表现为自西向东逐渐减小的趋势,这与流域地形的总体变化趋势是一致的。流域西部以山地为主,因而侵蚀强度大,产沙模数高;东部以平原为主,是泥沙的淤积区域,因而产沙模数低。最后,对图中产沙模数的高值区域,从气候、植被和侵蚀作用力3 个方面进行了成因分析。     

黄土丘陵沟壑区农户生计恢复力空间分异及影响因素——以陕北米脂县石沟镇为例

农户生计问题成为生态脆弱区可持续发展面临的巨大挑战,而恢复力思维为乡村农户生计研究提供了新视角。该文以陕北米脂县石沟镇为例,基于生计恢复力理论框架,构建缓冲能力、自组织能力、学习能力三维评价指标体系,利用改进的TOPSIS模型和ArcGIS方法分析农户生计恢复力空间分异,并利用地理探测器模型识别农户生计恢复力的影响因素。结果表明:1)研究区农户总生计恢复力指数为0.36,处于中等水平,呈现"高值集中、低值分散"的空间格局;2)各子维度能力空间分布各具特色,缓冲能力各等级分布较分散,自组织能力高值区集聚度高,学习能力高值区集中于西部和东部两大带状区域;3)子维度能力与总生计恢复力空间分布相关性显著,完全耦合协调乡村占比为73.81%、不完全耦合协调乡村占比为9.52%、不耦合协调乡村占比为16.67%;4)路网密度、农业总产值、老年人口占比和坡度是影响农户生计恢复力的主要因素,因子交互作用均强于单因子作用,且主要以非线性增强和双因子增强类型为主。基于恢复力视角探究农户生计可为可持续生计研究提供理论指导和实践借鉴,为制定乡村地区生计提升政策提供科学依据。     

中国东北地区侵蚀产沙尺度效应的空间分异

对中国东北地区侵蚀产沙尺度效应的空间变化进行了探讨。基于气候、下垫面的一致性和流域的完整性,对整个研究区域进行了分区研究。结果表明,尺度效应同时受到地形、坡度、土地利用和地表覆盖物质等因素的影响,不同分区因素因素组合不同,其产沙模数随流域面积的变化趋势亦不相同,可以分为三类:(1) 产沙模数随流域面积增大而增大;(2) 产沙模数随流域面积的增大基本保持不变;(3) 产沙模数随流域面积的增大而减小。基于各分区尺度效应,进行了不同标准面积下产沙模数图的校正,并使用空间插值方法,编制不同标准面积下产沙模数图。     

黄土丘陵沟壑区乔灌草植物空间优化配置——以甘肃省定西地区为例

黄土丘陵沟壑区水土流失的影响因素有气候、植被、土壤、地形等,而乔灌草植物在空间上的不合理配置是造成该区水土流失严重的主要原因之一。本文选择研究区内限制植物生长与分布的4个关键环境因子 (高程、坡度、坡向和降雨量),利用多属性决策分析(MCDA)的方法,探讨乔灌草植物在空间上的优化配置,将整个研究区划分为5类乔灌草植物空间优化配置主模式和18类乔灌草植物空间优化配置子模式;同时,应用GIS聚类分析与统计分析方法,对所划分的乔灌草植物空间优化配置模式进行空间布局分析。结果显示:农民赖以生存的经济林/农林复合配置模式和农田/庭院经济配置模式是研究区的主要配置模式,占配置模式总面积的76.02％。     

延安市黄土丘陵沟壑区沟道土地整治适宜性评价研究

选择延安市作为研究区,以丘陵沟壑区沟道为基本单元,分析沟道土地整治的有利条件和限制因素,从沟道自然条件、用地现状和整治迫切度3个方面,构建沟道土地整治适宜性评价指标体系.在ArcGIS软件平台支持下,采用熵权法确定了指标权重,并计算了延安市沟道土地整治适宜性分值.根据评价结果,将土地适宜程度划分为4个等级,分析了各适宜等级沟道土地开发利用状况及其适宜性特征,提出了有效推进沟道土地整治、保障土地可持续利用的对策建议.     

陇中黄土丘陵沟壑区人工草地土壤水蚀预测模型

针对陇中黄土丘陵沟壑区土壤水蚀过程复杂且难以有效预测的问题,以定西市安家沟水土保持试验站2005—2016年1～12月人工草地径流场试验数据为主要来源,将流域月降雨量、月侵蚀性降雨量、月径流量、月降雨强度、径流场面积、径流场坡度、土壤砂粒含量、土壤粘粒含量8个因子作为输入因子,月土壤水蚀量作为输出,运用偏最小二乘法(Partial Least-Squares Regression,PLSR)和长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)循环神经网络建立人工草地土壤水蚀预测模型,并利用BP(Back Propagation)、RNN(Recurrent Neural Network)、LSTM常见神经网络模型,对模型的有效性进行评估。结果表明:PLSR将模型8个输入因子减少为4个,从而有效解决LSTM神经网络模型对样本数量要求过高的问题; PLSR和LSTM神经网络模型的结合可以有效提高模型对人工草地土壤水蚀过程的预测精度和收敛速度,预测结果的平均相对误差小于4%,相关系数高于其他3种神经网络模型,而迭代次数、均方根误差和平均绝对误差均低于其他3种模型;研究发现坡...     

黄土丘陵沟壑区小流域降雨入渗产流点面转化

在充分考虑小流域土壤入渗速率点面转化及地表结皮等影响因素在内的基础上 ,提出了小流域土壤入渗速率点面转化公式 :fm=fn×Sn/S×an×bn。以纸坊沟小流域为例 ,将实测的流域土壤入渗速率值 (点渗值 )利用上式进行转化 (面渗值 ) ,并与流域径流出口观测站由降雨径流观测值根据水量平衡原理推算出的面渗值进行对比 ,平均相对误差仅为 2 .42 %。初步得出流域土壤面渗率与不同治理度、年内 5～ 9月降雨总量间的单因子和复合因子高精度回归方程 ,为流域综合治理后的水资源量变化趋势提供一条量化途径     

黄土丘陵沟壑区流域系统侵蚀与产沙关系

从长期来看流域系统的侵蚀与产沙基本可以达到平衡,泥沙输移比约等于１。但次降雨或分年度泥沙输移比有相当大的变幅,在短期内会经常存在泥沙的滞留和滞留的泥沙被重新锓蚀搬运,而出现泥沙输移比小于１和大于１的情况。这主要与降雨的空间分布和洪峰增减幅度及径流深度增减幅度密切相关。流域系统次降雨泥沙输移比及各级沟道含沙水流的挟沙能力变化可用单位面积上洪峰增减幅度变化时暴雨洪水的剪切力的转化机制来描述。     

黄土丘陵沟壑区典型小流域侵蚀产沙过程模型

在分析现存土壤侵蚀产沙模型基础上，依据大量小流域野外试验小区观测与模拟降雨试验资料，建立了一个适用于黄土丘陵沟壑区小流域预测侵蚀产沙量的侵蚀产沙过程模型。由于黄土丘陵沟壑区小流域的复杂地形和侵蚀产沙的垂直分带规律，土壤侵蚀产沙的空间变化要比现有模型复杂得多，因此，本模型由三个子模型组成：坡面子模型、沟坡子模型、沟道子模型，它可以计算小流域每场暴雨的径流量与侵蚀产沙量。本文较为详细地描述了模型中计算     

陕北黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀驱动力及驱动机制分析（英文）

This paper analyzes the spatial variation in soil erosion in the loess hilly-gully region of northern Shaanxi Province, China. It sums up existing research, describes the factors that drive soil erosion, and uses geodetection to investigate the factors individually and in pairs.Our results show that soil erosion in the loess hilly-gully region of northern Shaanxi is mainly hydraulic erosion. There are significant spatial differences in the severity of soil erosion in the region. Generally, it is more severe in the north and west and less severe in the south and east. Individual factor detection results show that the major risk factors affecting soil erosion are human population distribution, precipitation, land-use type, elevation, and soil type. Interactive detection results show that interacting factors play much bigger roles in soil erosion than do individual factors. Based on forced detection results from different periods of time, we can see that forest and grass coverage, urbanization, and economic development in the study area all clearly inhibit soil erosion.