Effect of apple production base on regional water cycle in Weibei upland of the Loess Plateau

Weibei upland of the Loess Plateau containing Xianyang city, northern part of Weinan city, southern part of Yan'an city and a part of Tongchuan city covers a total area of 30,000 km2 with an elevation of 900 to 1500 m above sea level and annual average precipitation is from 550 to 600 mm. The Luochuan and Changwu uplands are two of those large uplands in Weibei region. These uplands have been identified as a commercial apple production base for its special features of topography and climate…     

黄土区渭北旱塬苹果基地对区域水循环的影响

通过对苹果地、农田和其他塬面主要土地利用方式的比较研究，发现苹果地土壤入渗速率大、降雨产流率低和存在生物利用型土壤干层。这些水文学性质将增强土壤－植物－大气间垂直水分交换，削弱降雨转化为地表径流和地下水的比例，最终影响区域地表和地下水资源的数量。另外土壤干层的出现还削弱了土壤水库对年际和季节性干旱的调节作用，导致苹果产量随降雨量的自然变化呈现较大波动。     

黄土塬区苹果种植对深剖面土壤水分和地下水补给的影响

通过对长武黄土塬区不同林龄苹果林地下0~20 m深剖面土壤湿度及土壤水氯离子浓度测定,定量分析了黄土塬区苹果种植对厚深黄土剖面土壤水分及地下水补给的影响。结果表明：随着林龄增加,苹果林地深剖面土壤水分由浅及深逐年降低,深层土壤储水量呈倒“S”曲线趋势下降,27龄之后进入稳定期。丰水年份形成的活塞流是黄土塬区深层渗漏以及地下水补给的主导方式,农田下地下水年均潜在补给量为30.2 mm,占年均降水量的5.2%。农田转换为苹果林地后形成的深厚土壤干层将阻断降水对地下水的补给,减弱地下水补给过程中活塞流的主导作用。需通过政策引导协调农果面积比例,保证地下水资源持续补给,达到可持续利用的目的。     

人工苹果园持续时间对土壤重金属分布的影响

以陕西渭北旱塬典型苹果园为研究对象,运用SPSS数理统计软件进行数据分析,对该区洛川县不同种植年限苹果园土壤重金属含量进行研究,试图阐明种植年限对果园土壤发育过程的影响。结果表明:该区苹果园的高投入种植管理模式,能够影响重金属在土壤中的迁移与富集,使土壤重金属含量发生明显变化。随着树龄的增加(0→60 a),在0~20,20~40、40~60 cm各土层砷含量的差异逐渐减小(4.1→0.4 mg/kg);40 a树龄果园土壤铬含量在各个土层均达最高值(分别为:87.3、89.7和94.6 mg/kg),而60 a果园则在各个土层均达最低值(分别为:76.0、79.5和73.3 mg/kg);0~20 cm,铜含量与镍含量随树龄增加呈线性递增趋势(22.9→31.7 mg/kg与29.6→31.9 mg/kg);不同种植年限果园土壤铅含量均随土层深度的增加而降低;不同种植年限果园土壤锌含量随土层深度的变化没有明显的变化规律。不同树龄果园土壤环境指标的综合污染指数均小于0.7,土壤环境质量为清洁。     

沙漠边缘地区苹果园节水栽培研究

对沙漠边缘地区苹果园进行地面覆盖，可明显地减少水分蒸发和提高土壤水分的利用率，从而促进果树的生长发育．覆盖措施以地面覆草效果最好，可提高土壤含水量５０％，新梢生长量、单叶面积和叶绿素含量分别比对照高５７％、３０％和５９％，并提高了苹果的品质和产量。因此，覆盖是沙漠边缘地区果园重要的节水措施之一．     

三峡库区坡地生态工程控制土壤养分流失研究——以等高植物篱为例

三峡库区紫色土陡坡地径流小区大雨强模拟降雨实验表明,以等高植物篱为代表的坡地生态工程能相当有效地减少坡面侵蚀量、径流量和坡面氮、磷养分损失量。由于植物篱和带间覆盖稿秆对径流的阻滞作用使坡面径流与表土的混合、养分溶解交换过程更加充分,径流携带的养分流失成为有效养分流失的主要方式。通过施肥改善土壤渗透特性、抗蚀性及带间覆盖能明显提高控制坡面产沙、产流和养分流失。等高植物篱-农作系统各种处理中以施用有机肥和配施有、无机肥-带间麦秆覆盖两种处理效果最好。     

黄土高原沟壑区苹果基地退果还耕的生态水分效应

近年来,黄土高原沟壑区许多果园已经退化,需要重新退果还耕,但其生态水分效应尚不明了。以陕西长武县王东沟小流域典型果园为对象,选取了盛果期果园、退化果园和退果还耕等3种土地利用方式,分析1986、2002和2009年三期土壤水分数据,研究退化果园还耕的生态水分效应。结果表明:退化果园和退果还耕地的平均含水量和土壤储水量显著高于同期的盛果期果园。果园退化后废弃和退果还耕,土壤水分会得到部分恢复。当土地利用从盛果期果园变化为耕地后,在200~600cm土层,其土壤平均含水量(10.62%)显著高于盛果期果园(8.53%)。生物利用型土壤干层仍然是盛果期果园、退化果园和退果还耕地尚待急需解决的严重的生态问题。     

陕西咸阳人工林地土壤干层研究

根据咸阳庞西村苹果林地、梧桐林地和草地土壤含水量测定,研究了0~6m土壤含水量的变化和土壤干层特点与分布。结果显示, 咸阳人工林地从表层向下含水量呈现由高到低再到低的变化;10龄苹果林地2~4m深处土壤含水量平均为8.3%,12龄梧桐林2~4m深处土壤含水量平均为8.6%,均发育了明显的土壤干层;4龄苹果林下土层有干化显示,但无干层发育;草地土层含水量明显较苹果林地高,无土壤干化的显示。研究表明,土壤干层形成的具体原因一是降水量少决定的薄膜水带埋藏深度小,二是薄膜水的运移速度缓慢和含水量低。为保持人工林基本正常的生长和土壤水的正常运移,应避免严重的土壤干层出现。咸阳附近土壤干层的出现表明土壤干层在黄土高原广泛分布,该区的植被恢复首先应以疏林或森林草原为主,待土壤水分改善后再考虑恢复森林植被。     

河北坝上农田、退耕地和天然草地土壤的可风蚀性

对河北坝上农田、退耕地和天然草地土壤干团聚体稳定性（DASt）、土壤可蚀度（EF）和理化性质进行分析,讨论了这3种土地利用类型土壤风蚀可蚀性的差异及其与土壤理化性质的关系。结果表明：农田和天然草地EF与DASt值差异性显著（P<0.05）,天然草地和退耕地、退耕地和农田差异性不显著,对于EF和DASt,天然草地 > 退耕地> 农田;对于平均粒径,农田≈退耕地>天然草地;对于土壤机械组成黏粒与粉粒含量,天然草地 > 退耕地 > 农田;对于砾石含量,农田 > 退耕地 > 天然草地;对于土壤有机质和全氮含量,天然草地 > 退耕地 > 农田。农田、退耕地、天然草地的DASt、EF系数与砾石含量、平均粒径有着显著相关性,有机质、全氮含量和DASt在天然草地上极显著负相关;EF与有机质、全氮含量在3种地类显著负相关。坝上地区草地和退耕地土壤肥力较高,但表层土壤具有很高的风蚀潜力,因此要限制开垦草地,在必要的地区继续退耕还林还草,提高地表植被的覆盖度,防风固沙,提高土壤肥力,减少土壤风蚀。     

基于Hydrus-1D模型的科尔沁沙地沙丘-草甸相间区土壤水分动态模拟

土壤水分是干旱半干旱地区生态环境的主要限制性因子,研究科尔沁沙地流动沙丘和草甸地土壤水分动态规律有助于荒漠化地区的生态恢复和保护。以2018年5月25日至10月31日为研究期,利用土壤各项实测参数和气象数据,评价Hydrus-1D模型在科尔沁沙地的适用性,并揭示科尔沁沙丘-草甸相间区土壤水分分布特征,重点分析研究区流动沙丘200 cm剖面和草甸地80 cm剖面土壤水分的动态规律。结果表明:研究区典型土地类型流动沙丘和草甸地土壤水分模拟值和实测值的决定系数均高于0.76,均方根误差0.01~0.02 cm³·cm^-3;在土壤剖面上具有明显的分层结构,流动沙丘分为3层,即0~20 cm为干沙层,20~120 cm为活跃层,120~200 cm为稳定层,其中40 cm土壤水分波动性最大;草甸地分为2层,即0~40 cm为活跃层,40~80 cm为稳定层,主要受降雨、蒸散发和地下水位影响;流动沙丘和草甸地降雨与表层土壤水分呈极显著相关,降雨量与地下水位变化仅草甸地呈显著正相关;在整个研究期内,流动沙丘土壤水分储量变化量为12.6 mm,土壤实际蒸发量为105.9 mm,200 cm深层渗漏量为173.9 mm,占总降雨量的59.5%;草甸地土壤水分储量变化量为8 mm,80 cm深层渗漏量为-27.2 mm(地下水补给量),土壤实际蒸发量为67 mm,植被蒸腾量为244 mm,地表径流量为0 mm。     

祁连山干旱山地草地生物量对水分条件的响应

以祁连山排露沟流域干旱山地为研究对象,对海拔2 700~3 000 m典型草地群落的草本种类、高度和生物量等进行调查,并同步测定样地内的土壤水分,分析草地生物量随海拔高度的季节性变化特征以及草本生物量和土壤水分的关系。结果表明：（1）草地地上生物量平均值为135.36 g·m^-2,并随海拔升高呈先增加后降低的"单峰"变化模式,在海拔2 900 m时最高,为176.79±28.37 g·m^-2。地下生物量平均值为946.13 g·m^-2,并随海拔升高生物量呈递增趋势,在海拔3 000 m时最高,为1 301.19 ±68.24 g·m^-2。（2）草地地上、地下生物量在不同海拔高度间差异性显著（P<0.05）;该流域干旱山地草地根冠比在4.14~11.95之间变化。（3）在生长季5~9月份,干旱山地草地土壤含水量在9.23%~31.31%之间波动,平均值为14.94%。（4）草本地上、地下生物量与土壤平均含水量均呈显著正相关（P<0.05）,相关性系数分别为0.7784和0.7843。在不同海拔草地群落中,不同土层含水量对草地生物量的贡献不尽相同,但60 cm以上根系主要分布层内的水分对草地生物量具有重要的意义。     

1990—2010年黄河宁蒙段所处流域土地利用变化

以Landsat TM和ETM+遥感影像为基础数据源,应用地理信息系统技术,对黄河宁蒙段所处流域1990-2010年土地利用变化进行了监测,并结合气候变化、人类活动和政策因素探讨了土地利用变化的驱动力,初步分析了土地利用/覆被变化对流域水-沙关系的影响。结果表明：（1）20年来研究区建设用地面积增加了1 310.04 km²,耕地面积增加了611.15 km²,水域和草地面积分别减少了1 499.51 km²和474.93 km²;（2）20年来黄河宁蒙段所处流域土地利用变化速度经历了缓慢变化-显著变化-急剧变化的过程。各土地利用类型在后10 年（2000-2010年）的变化速度均比前10年（1990-2000年）大;（3）研究时段内草地和未利用地转化为林地,草地和耕地被开发为建设用地,未利用地和草地被开垦为耕地;（4）人类活动和政策因素是影响20年来土地利用变化的主要驱动因子,但人口数量的增加、经济的发展及环境政策的调整对研究区土地利用变化的影响更为显著;（5）1990-2010年流域耕地和林地面积分别增加了611.15 km²和543.19 km²,植被覆盖度由1990年的34.7%增加到2010年的40.8%。林地和耕地面积的增加均使得流域总蒸发量增加,灌溉用水增加,从而径流量减少,植被覆盖度的增加使得流域径流量和输沙量均降低。     

金沙江干热河谷不同植被坡面土壤水分时空分布特征

于2016年7~12月和2017年4月的旱、雨季期间,以金沙江干热河谷苴那小流域内的银合欢（Leucaena Benth）林地、车桑子（Dodonaea angustifolia）灌丛地和扭黄茅（Heteropogon cantortus）草地为研究对象,通过网格法和土钻法采集并测定了（0~100 cm）土层的土壤含水量,应用经典统计法和地统计学方法分析该区域不同林草植被下坡面土壤水分的动态变化特征。结果表明：（1）研究区土壤含水量总体较低,雨季显著大于旱季,旱、雨季均表现为灌丛地>草地>林地,呈中度至强度变异（0.07~0.28之间）。（2）不同林草植被下旱、雨季土壤水分具有相似的空间自相关性,自相关系数均由正向负转变,但由正向负转变的滞后距离有所不同,且雨季大于旱季,呈中等或强等空间自相关性。（3）不同林草植被下的土壤水分空间结构不同,林地、灌丛地和草地旱雨季最佳拟合模型均为球状模型;相同林草植被下各土层旱、雨季土壤水分的空间分布特征相似,但旱季的分布格局差异更显著,不同林草植被下深层土壤水分分布比表层土壤水分的分布更为复杂,土壤水分呈明显的斑块或条带状分布,含水量高值区和低值区位置不固定。总之不同林草植被类型会改变局部地段土壤水分空间分布,降雨会加强这种差异的趋势,但土壤水分仍具一定空间连续性。     

土地利用/土地覆被变化对大盈江流域径流的影响

为揭示大盈江流域土地利用/土地覆被变化对径流变化的影响,基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,通过设置不同情景,定量分析了土地利用类型变化对流域内径流的影响。结果显示:(1)SWAT模型在大盈江流域径流模拟中具有较好的适用性,率定期的模型参数R2、Ens分别达到0.68、066,验证期的模型参数R2、Ens分别达到0.69、0.67;(2)大盈江流域月均径流量与土地利用类型关系密切:把农业用地变成林地或者草地,径流量均会减少,把林地变成草地径流量则会增加,农、林、草3种土地利用类型中产流由强到弱依次为农业用地、草地、林地。(3)2006~2015年,大盈江流域土地利用类型变化主要为农业用地和林地转化为草地,这种转变导致流域的月均径流量略有增加,增加的径流量主要是由林地转化为草地所致,且林地转化为草地引起的径流增加量强于农业用地转化为草地引起的径流减少量。     

陕西大理河流域土地利用/覆被变化的水文效应

近年来,土地利用/覆被变化的水文效应研究已成为国际的前沿和重点。在大理河流域,LUCC(包括水土保持措施)对水循环和水量平衡产生了深远影响,该流域LUCC水文效应的研究势在必行。根据研究区1990年代三期土地利用数据分析了LUCC的时空变化特征,采用特征变量时间序列法及降水-径流模型对LUCC水文效应进行了研究。结果表明:流域土地利用类型以耕地和草地为主,近10年来,耕地和草地面积有所减少,而林地和建设用地面积持续增加;流域年径流和月径流演化过程均表现出明显的下降趋势;LUCC及水土保持具有减少流域年径流、汛期流量以及增加枯季流量的作用,相对于降水因素,人类活动对流域水文的作用占主导地位;在1990~2000年期间,主要由LUCC引起的年均径流减少量达2616.6×10⁴ m³,占该期间实测减水总量的62.19%。     

陇中黄土高原丘陵沟壑区不同植被恢复模式下次降雨产流产沙特征

基于甘肃省清水县汤峪河径流小区2015—2017年的观测数据,研究不同植被恢复模式条件下坡面次降雨入渗、产流产沙特征。结果表明：不同植被恢复模式条件下的土壤入渗量与降雨强度呈二次函数关系,存在入渗量达到最大值的临界降雨强度。入渗速率与降雨历时可以用幂函数关系表达,符合考斯恰可夫入渗模型。不同植被恢复模式条件下的产流率在0.003 3~0.003 6 mm·min^-1之间,相对裸地的减流率为54%~58%。产流率与降雨强度之间呈二次函数关系（R²>0.88）,产流率的主要影响因素是降雨强度。径流含沙量平均值乔灌混合区（3.13 g·L^-1）>灌木林（2.95 g·L^-1）>乔木林（2.79 g·L^-1）>草地（2.58 g·L^-1）,径流含沙量与降雨强度呈线性递增函数关系。裸地的产沙量显著高于各植被小区（P<0.05）,是各植被小区的43~57倍,各植被小区的减沙率在93%~94%之间,减沙效益高于其减流效益。各植被坡面土壤流失量与降雨侵蚀力呈线性递增函数关系;产流率与侵蚀产沙率之间呈极显著正相关关系（P<0.01）,二者间可采用二次函数关系表达。本研究成果可为黄土高原丘陵沟壑区水土保持优化配置提供理论依据。     

The effect of environmental factors on spatial variability in land use change in the high-sediment region of China’s Loess Plateau

In areas with topographic heterogeneity, land use change is spatially variable and influenced by climate, soil properties, and topography. To better understand this variability in the high-sediment region of the Loess Plateau in which soil loss is most severe and sediment diameter is larger than in other regions of the plateau, this study builds some indicators to identify the characteristics of land use change and then analyze the spatial variability as it is affected by climate, soil property, and topography. We build two indicators, a land use change intensity index and a vegetation change index, to characterize the intensity of land use change, and the degree of vegetation restoration, respectively. Based on a subsection mean method, the two indicators are then used to assess the spatial variability of land use change affected by climatic, edaphic, and topographic elements. The results indicate that: 1) Land use changed significantly in the period 1998-2010. The total area experiencing land use change was 42,302 km2, accounting for 22.57% of the study area. High-coverage grassland, other woodland, and forest increased significantly, while low-coverage grassland and farmland decreased in 2010 compared with 1998. 2) Land use change occurred primarily west of the Yellow River, between 35 and 38 degrees north latitude. The four transformation types, including (a) low-coverage grassland to medium-coverage grassland, (b) medium-coverage grassland to high-coverage grassland, (c) farmland to other woodland, and (d) farmland to medium-coverage grassland, were the primary types of land use change, together constituting 60% of the area experiencing land use change. 3) The spatial variability of land use change was significantly affected by properties of dryness/wetness, soil conditions and slope gradient. In general, land use changed dramatically in semi-arid regions, remained relatively stable in arid regions, changed significantly in clay-rich soil, remained relatively stable in clay-poor soil, changed dramatically in steeper slopes, and remained relatively stable in tablelands and low-lying regions. The increase in vegetation coincided with increasing changes in land use for each physical element. These findings allow for an evaluation of the effect of the Grain to Green Program, and are applicable to the design of soil and water conservation projects on the Loess Plateau of China.     

集约化农区土地利用变化对土壤养分的影响——以河北省曲周县为例

以河北省曲周县为集约化农区的分析样区,通过对1980年、1999年土地利用类型变化和2期不同用地类型的土壤养分变化进行分析。结果表明：曲周县1980~1999年之间的土地利用类型以水浇地、旱地、菜地、园地、林地等农业用地类型为主,1980年农业用地类型占土地总面积的77.47%,1999年的农业利用类型占土地总面积的77.43%;但是土地利用类型也存在着转化,转化的顺序为荒草地向旱地、水浇地、菜地方向转化,旱地向水浇地、菜地方向转化;1980年土壤养分含量在不同用地类型间的变化顺序为水浇地>旱地>荒草地,差异幅度在2%～18%之间,1999年土壤养分含量在不同用地类型间的变化顺序为菜地>水浇地>旱地,差异幅度在18%～690%之间;2期对比分析表明,土壤养分含量除速效钾外不仅在相同用地类型之间增加幅度大,而且在转化后地用地类型之间也存在明显差异;土壤有机质、全氮、速效磷含量在不同土地利用类型中的变化顺序为菜地>水浇地>旱地>荒草地,速效钾含量变化的顺序为旱地>荒草地>菜地>水浇地。     

北京密云水库小流域非点源污染负荷估算

根据不同类型的非点源污染发生区,选择若干径流小区,进行降雨、径流量、径流水质同步监测,分析不同土地利用类型小区地表径流和泥沙中氮、磷的流失情况。根据地貌特征和土地利用情况,利用通用土壤流失方程和SCS法分别计算不同土地利用类型区土壤侵蚀量和径流量,分析氮、磷的流失特点。结果表明:坡耕地和荒草坡单位面积土壤流失量比较严重;村庄中溶解态氮的流失量最多;村庄和坡耕地是氮、磷流失的重点区域。     

新开河流域土地利用格局变化图谱分析

基于地学信息图谱分析方法,运用ARC/INFO软件,以马尔柯夫空间概率模型为基础,利用新开河流域33 年(1969-2001 年) 土地利用格局4 期的空间数据(1969 年、1979 年、1992年、2001 年),合成了一系列土地利用格局变化图谱,通过图谱分析来了解新开河流域的土地利用格局变化规律。结果表明：在过去33 年期间该流域土地利用格局发生了显著变化。耕地大幅度增加,其净增面积1357.2 km²,占流域总面积超过32%,其主要来源于草地、沙地、沼泽地、林地;沙地变化有所起伏,占流域总面积不低于23%,虽然总体呈减少趋势,但流域的草地沙化、耕地沙化还比较严重;草地大幅度减少,其净减面积1582.6 km²,占流域总面积由36.2%缩减为18.5%,其主要来源于开垦草地为耕地、草地退化成沙地、沼泽地、盐碱地以及草地改造种植林地;居民地、盐碱地呈增加趋势,湿地、林地呈减少趋势。