黄土高原西部弃耕地植被恢复与土壤水分调控研究

选择黄土高原半干旱偏旱区2 a、3 a、4 a、5 a、7 a、9 a、12 a、20 a的弃耕台地和天然台地,调查各弃耕地和天然台地的植物种类、数量、盖度、频度和地上生物量,定期采样分析各样地0~100 cm土层土壤水分。结果表明：农田弃耕后植被沿天然植被方向演替,在演替过程中,植物种类数量逐渐增加,但在弃耕9 a后开始减少,20 a后接近于天然台地;更耐旱的多年生草本和小灌木种增加;除7~9 a波状变化外,植被盖度和地上生物量呈逐渐减少趋势,弃耕初期的植被盖度和地上生物量显著大于弃耕12 a后和天然台地;12 a和20 a弃耕地0~100 cm土层含水量高于其他弃耕地和天然台地,弃耕初期表层土壤含水量较高,天然台地含水量居中,但其植被对水分利用的时间延长,范围扩大,表明天然台地植被的水分利用率提高,植被群落更加稳定。     

Simulation on slope uncertainty derived from DEMs at different resolution levels： a case study in the Loess Plateau

Slope is one of the crucial terrain variables in spatial analysis and land use planning, especially in the Loess Plateau area of China which is suffering from serious soil erosion. DEM based slope extracting method has been widely accepted and applied in practice. However slope accuracy derived from this method usually does not match with its popularity. A quantitative simulation to slope data uncertainty is important not only theoretically but also necessarily to applications. This paper focuses on how resolution and terrain complexity impact on the accuracy of mean slope extracted from DEMs of different resolutions in the Loess Plateau of China. Six typical geomorphologic areas are selected as test areas, representing different terrain types from smooth to rough. Their DEMs are produced from digitizing contours of 1:10,000 scale topographic maps. Field survey results show that 5 m should be the most suitable grid size for representing slope in the Loess Plateau area. Comparative and math-simulation methodology was employed for data processing and analysis. A linear correlativity between mean slope and DEM resolution was found at all test areas, but their regression coefficients related closely with the terrain complexity of the test areas. If taking stream channel density to represent terrain complexity, mean slope error could be regressed against DEM resolution (X) and stream channel density (S) at 8 resolution levels and expressed as(0.0015S2 0.031S-0.0325)X-0.0045S2-0.155S 0.1625, with a R2 value of over 0.98. Practical tests also show an effective result of this model in applications. The new development methodology applied in this study should be helpful to similar researches in spatial data uncertainty investigation.     

无定河流域侵蚀产沙过程对水土保持措施的响应

以黄河中游多沙粗沙区代表性支流无定河为例,研究了降水量变化的背景下水土保持措施对无定河流域侵蚀产沙的影响。从总体上看,年输沙量和年径流量都表现出随时间而减小的趋势,梯田、造林、种草和淤地坝拦沙造地4项水土保持措施面积随时间增大的趋势极其显著。全流域面平均年降水量和汛期 (6~9月) 降水量则略有减少的趋势,但其减少趋势的显著性远低于水土保持措施随时间变化的显著性。产沙模数与梯田、坝地、造林和种草面积的关系,均表现出明显的负相关。对基准期 (1956~1969年) 和措施期 (1970~1996) 进行了比较,结果表明,实施水土保持措施以后,产沙模数、径流系数和汛期径流能够被降水所解释的百分比,分别由69%、80%和77%,下降为26%、31%和54%。说明在后一时期中,水土保持措施起了很大作用,因而降水变化对于产沙模数、径流系数、汛期径流量变化的贡献率大大减小了。以1956~1996年间41年的资料为基础,建立了全沙产沙模数与径流系数、汛期降雨量、最大一日雨量、最大30日累积雨量、梯田林草面积和坝地面积之间的多元回归方程,该方程表明,全沙产沙模数随汛期降雨量、最大一日雨量、最大30日累积雨量的增大而增大,随梯田林草面积和坝地面积的增大而减小, 随径流系数的增大而增大。为了区分人为因素与气候变化对侵蚀产沙变化的影响,采用对数据进行标准化处理之后再进行多元回归分析的方法,来确定相对贡献率。结果表明,降水变化和水土保持措施变化对无定河全沙产沙模数变化的贡献率大致相等,前者占50.3%,后者占49.7%。文中还建立了粗泥沙产沙模数与上述影响因子之间的多元回归方程。     

Rainfall Harvesting and Sustainable Agriculture Development in the Loess Plateau of China

近年来 ,中国新发展的集水系统已使干旱区的农业生产焕然一新。人们利用屋顶、沥青铺面、土路、天然地表及人工集流面收集雨水并储存于地窖中作为农田补充灌溉水源或发展小型庭院经济。集雨与滴灌相结合可用于温室种植珍贵花卉和其他经济作物。小型集雨工程在黄土高原已经比较普及 ,但受脆弱环境条件的限制 ,设计大型集雨系统尚在试验阶段。某些关键性技术 (如集水区材料 ,水质保护和高效用水 )尚待解决。     

黄土高原古土壤形态特征的差异及成因探讨

灵台剖面第四纪晚期古土壤－这里指Ｓ８及其上古土壤;第四纪中早期古土壤－这里指离石黄土Ｓ９及其下古土壤和午城黄土中所有古土壤;第三纪古土壤－指么三纪红粘土,在形态特征上有明显区别。这种区别是由于古成土过程中水分运行方式的不同造成的。根据形态特征和古成土过程水作用方式的差异,把上述３个时代的古土壤依次淋溶型古土壤、滞圹地下水升降型古土壤。不同时代古土壤成土过程水作用方式的这种差异,是由降水量、尘降速率     

黄土高原定西鲁家沟黄土剖面15 ka以来的环境演变

根据鲁家沟黄土剖面粒度、磁化率、有机质和碳酸盐含量等气候代用指标的变化和14C测年结果,分析和讨论了定西地区近15 cal.kaBP以来气候演化的过程。结果表明15 cal.kaBP以来的气候变化可划分为4个阶段:(1)末次冰期晚期(14900~11200 cal.aBP),气候较为寒冷干旱;(2)全新世早期(11200~7560 cal.aBP),气候开始转暖转湿,但整体上较为寒冷;(3)全新世中期(7560~3600 cal.aBP),气候温暖湿润,夏季风强盛;(4)全新世晚期(3600~1200 cal.aBP),气候变得干旱,夏季风强烈减退,风尘堆积旺盛,形成了现代黄土和表土层。该区末次冰期晚期以来的环境变化是不稳定的,气候存在频繁次级波动。1500~1200 cal.aBP的晚全新世期间,有机质含量出现峰值,表明气候总体向干旱化发展的同时,叠加了人类活动的影响。     

基于DEM小流域复杂网络的黄土高原地貌自动识别研究

地貌识别,对于人类建设,地质构造研究,环境治理等相关领域都有着重要意义。传统的基于像素单元或面向对象的地貌识别方法存在局限性。由于流域小单元具有表面形态的完整性,在地貌演化中具有明确的地理意义,基于流域小单元的地貌识别成为了该领域的一个新热点。然而,基于传统地形因子的地貌识别方法使用的因子往往较为单一或者在地学描述上存在重复性,目前尚无针对流域小单元进行空间结构描述和拓扑关系特征量化的地貌识别研究。基于此,本文基于DEM进行水文分析并通过坡谱方法解决了小流域稳定面积难以确定的问题,在黄土高原样区提取了181个稳定小流域。根据复杂网络理论和地貌学原理提出了流域加权复杂网络的概念和相应的8个定量指标用于流域空间结构的模拟和量化描述。最后采用了基于决策树的XGBoost机器学习算法进行地貌识别,实验对于黄土高原主要地貌类型的识别显现出较好的效果,Kappa系数为86.00%,总体精度达到了88.33%。对于地貌形态特征明显的地貌,复杂网络方法其顾及空间结构和拓扑特征的特性导致了其较高的识别性能,精度和召回率都在90%～100%之间。通过与前人的研究进行对比,其识别结果亦呈现出较高的精度,这些...     

黄土高原表土磁化率与气候要素的定量关系研究

黄土高原地区已建立多个表土低频磁化率-气候转换函数,为黄土古气候定量重建提供了关键方法.但是表土磁化率变化的气候控制因素的系统研究尚未开展;同时,低频磁化率部分受到沉积作用的影响,需要寻找气候意义更明确的指标.我们系统采集了黄土高原及周边地区的表土样品,运用相关、回归和因子分析等方法,研究了不同气候要素及其季节变化对表土磁化率和频率磁化率的控制作用.结果显示,湿度是控制黄土高原表土磁化率的主要因素,温度的影响相对较小;降水的季节分配也有影响,月降水变率较小的地区磁化率较高.在此基础上,选择反映成壤磁性颗粒组分的频率磁化率,建立了频率磁化率-年均降水量的转换函数,为黄土古气候定量估算提供了新的途径.     

黄土高原北部土地利用变化对长期土壤水分平衡影响模拟

为探明土地利用变化对黄土高原长期土壤水分平衡的影响,利用校验的Hydrus-1D模型模拟黄土高原北部神木六道沟小流域1981—2050年农耕地—苜蓿草地—天然草地情景下0~4 m土壤水分变化过程,量化土壤储水量、深层渗漏和蒸散发等水文变量的演变特征。结果显示:①农耕地期间年降水的88%为蒸散发消耗,11%为渗漏损失。②苜蓿草地种植后6 a内,蒸散发大幅增加至年降水的108%,土壤水分负平衡,0~4 m土壤储水量以52 mm/a的速率降低;至7~13 a,年降水几乎全部被蒸散发消耗。③苜蓿草地转变为天然草地后,蒸散发量下降31%,土壤水分以45 mm/a的速率逐渐补给,之后年降水量的92%用于蒸散发,8%为渗漏消耗,土壤水分处于相对稳定状态。研究表明不同土地利用方式下的土壤水分平衡模式具有显著差异,种植高耗水植被可造成土壤水分负平衡,导致土壤干燥化,进而对土壤水分补给产生负面效应,改变植被类型可使土壤干层得到有效改善。