黄土丘陵区不同坡向及坡位草本群落生物量及多样性研究

以黄土丘陵区纸坊沟流域内的大范家沟阴阳坡和拐沟阴坡坡面主要草本群落为研究对象,分析不同坡向及坡位的草本群落盖度、地上生物量及物种多样性关系。结果表明,阴坡草本群落的物种20多种,较阳坡高30%。阴阳坡面上草本群落生物量和盖度从坡下至坡上逐渐减小。在水分和养分条件好的地段均有灌木入侵。阳坡Margalef和Menhinick丰富度指数均随坡位升高而降低;而阴坡Mafgalef指数随坡位升高而降低,Menhinick指数却随坡位升高而增大;3个均匀度指数和多样性指数在阴阳坡均随坡位的升高而减小。不同坡位引起的植被盖度、Margalef丰富度指数和Alatalo均匀度指数存在显著差异(P<0.05)。坡位与Margalef丰富度指数和Alatalo均匀度指数呈显著相关(P<0.05),与Shannon-wiener多样性指数呈极显著相关(P<0.01)。描述或评价群落多样性、丰富度及均匀度时,应多选几个指标参数,避免单一指标带来的片面性。掌握草本群落自身喜阴阳特性、生境特征、植被组成及多样性特征,充分认识植被演替条件和演替规律,对指导该区植被和生态系统恢复与重建具有重要意义。

黄土高原水土保持政策演变

水土保持政策是指导和促进水土保持开展的主要社会驱动力之一。新中国成立以来,黄土高原水土保持经过探索治理、重点治理、全民治理、小流域综合治理和预防为主、依法防治等5个阶段。在不同阶段,水土保持目标和任务、治理主体、政策的针对性和治理主导措施侧重等均有变化。在分析政策演变的基础上,提出了针对新时期水土保持特点的政策建议。

黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤含水率的影响

在干旱半干旱地区,土壤含水率是影响作物生长和植被恢复的重要因子。采用土钻法对黄土丘陵区典型流域不同土地利用方式下土壤含水率进行了比较。结果表明,农田土壤含水率显著较高,这与农田坡度较小及梯田建设有关,还与农作物蒸腾耗水相对较小有关。林地、灌木地和草地土壤含水率相对较低,且相互间无显著差别。黄土丘陵区土壤含水率主要受坡度和土壤稳定入渗速率的影响。但草地土壤含水率还与坡向及年生物量有关。土壤水分分布格局与该区土层深厚, 地下水埋藏较深,土壤水分收入主要受降雨的补给有关。因此,该区农田建设应在坡度较小(<10°)的地形上进行,并优先考虑梯田。坡度较大的地方应以天然灌木和草本群落的保育为主。人工乔灌林只适宜在沟道等水分条件较好的地方种植。

基于等高线的黄土高原小流域地形虚拟

黄土高原地形三维虚拟是"数字黄土高原"的基础,可为区域水土保持生态建设提供科技支撑。针对直接在地理信息系统软件中观察三维场景存在的控制交互能力不足问题,提出综合利用地理信息系统软件的地形插值算法,基于MFC框架下的OpenGL程序设计的思路,实现地形的真实感三维虚拟。以黄土丘陵沟壑区康家沟小流域为例,等高线数据在AutoCAD和ArcView软件中处理,生成ASCII格式的规则网格DEM数据,依据它们绘制三角形带,采用加权平均法求得各点的法向量,设置光照与材质模式,添加动态天空背景,实现了该流域地形的真实感三维虚拟,并增加交互能力,完成自由漫游与多角度观察。

地理环境要素与渭河流域水沙关系的定量研究

定量评价影响渭河流域产水、产沙的地理环境要素因子,为渭河流域产水、产沙格局划分及流域生态环境建设提供理论依据。【方法】分析渭河流域主要支流产水、产沙对年降雨量(P)、植被净初级生产力(NPP)、泥沙中数直径(D50)等地带性因子之间的响应机制。【结果】流域产水、产沙模数与以上3种因子之间均存在明显的非线性关系。采用回归分析得到了流域产水、产沙与地带性因子之间的多元回归模型。【结论】建立了渭河流域产水、产沙与地理环境要素之间的多项式回归模型。

黄土高原小流域生态系统健康评价指标体系研究

小流域是黄土高原地理环境与生态系统的基本单元,建立健康的小流域生态系统是该区可持续发展的基础。文章在深入理解小流域生态系统健康概念的基础上,阐述了黄土高原小流域生态系统健康评价体系构建思路与指标选取原则,并将评价体系分解为活力、组织结构、恢复力、生态系统服务功能和人类健康五个要素,建立了适于黄土高原小流域生态系统健康评价的指标体系,以期为黄土高原小流域生态系统健康建设与区域可持续发展提供科学依据。

黄土高原小流域土地类型分类及制图研究——以固原市上黄试区为例

文章以固原市上黄试区为研究对象,在综合性、主导性和实用性分类原则的指导下,建立了黄土高原小流域尺度上的土地类型分类体系,并借助Arcview/Arcinfo/Erdas等地理信息系统软件对分类结果进行了制图。以期为今后相同地貌类型和尺度下的土地类型分类研究奠定工作基础,同时为上黄试区水土流失治理与土地资源的合理配置提供科学依据。

黄土丘陵沟壑区坡沟植被生态序列研究

植被生态序列是小地形对植被空间分布影响的反映。采用样线法,对安塞纸坊沟支沟拐沟中南北向短坡面深沟谷和长坡面浅沟谷断面进行植被调查,分析其植被生态序列特征、物种组成及物种多样性。结果表明:短坡面深沟谷序列主要以灌乔木等演替后期物种为主,而长坡面浅沟谷序列则主要为草本物种;同一序列中,阴坡、沟谷地具有比阳坡、沟间地复杂的演替后期群落;序列中物种主要由菊科(Compositae)、豆科(Leguminoseae)和禾本科(Gramineae)构成,生活型主要为多年生草本,生态型以旱生、中旱生为主。α多样性指数在阴坡和短坡面深沟谷序列较高,β多样性指数在地形变化活跃的沟缘线区较高。研究结果可为黄土丘陵沟壑区植被建设人工调节提供参考依据。

径流曲线法在黄土区小流域地表径流预测中的初步应用

径流曲线法是目前国际上预测无径流观测资料地区降水地表产流的主要模型,由于气候、水文及下垫面的差异,在黄土高原地区的应用受到限制。利用黄土高原地区3个小流域的303场降雨径流资料,针对黄土高原降雨地表径流特点优化模型中的初损率λ,并提出降雨强度修正函数,将降雨强度因子引入径流曲线法。优化后的模型效率E达到0.812,实测径流深与预测径流深的线性回归决定系数R2达到0.822。改进后的SCS-CN模型可用于黄土区小流域降雨地表产流预报,对黄土高原无资料地区侵蚀产流预报、指导水土保持工程配置和设计具有重要的理论和工程实践意义。

黄土丘陵区纸坊沟流域“退耕还林”工程实施后生态足迹变化分析

以黄土丘陵区纸坊沟流域所辖3个自然村农户的调查资料为依据,利用生态足迹理论及模型对该流域生态足迹与生态承载力进行了测算。结果表明,纸坊沟流域退耕还林工程实施前(1999年)生态足迹0.9910 hm2/cap,生态承载力0.8926 hm2/cap,生态赤字0.0984 hm2/cap;退耕还林工程一期结束后(2007年)生态足迹1.0188 hm2/cap,生态承载力1.2703 hm2/cap,生态盈余0.2515 hm2/cap,说明退耕还林工程的实施已见成效;同时退耕还林一期工程实施前后3个自然村生态足迹顺序并未发生变化,这与其区位特征一致。根据该流域及其3个自然村的发展特点,为实现其可持续发展,应发展商品型生态农业,强化产业与资源的耦合。

侵蚀环境人工灌木林土壤活性有机碳与碳库管理指数演变

采用时空互代法,以黄土丘陵区纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的人工柠条和沙棘林为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为对照,分析了植被恢复过程中土壤有机碳(TOC)、活性有机碳(LOC)、非活性有机碳(NLOC)及碳库管理指数的演变特征。结果表明,侵蚀环境下的坡耕地由于人为干扰,土壤碳库含量偏低,退耕营造柠条林可以显著增加土壤碳库各组分含量,并随恢复年限呈显著线性关系,25 a时TOC、LOC和NLOC分别较坡耕地增加271%、144%和204%,仅为侧柏林的32%、30%和29%,碳库指数和碳库管理指数较坡耕地明显增加,增幅分别达到144%和108%,仅为侧柏林的28%和43%;不同灌木林对土壤碳库管理的改善作用不同,恢复年限相同的沙棘林土壤碳库组分含量和管理指数明显高于柠条林,坡耕地营造灌木林后土壤经营和管理水平得到了显著改善,土壤系统向着良性方向转变。相关性分析表明有机碳、活性有机碳、非活性有机碳、碳库指数、碳库管理指数与土壤主要肥力因子相关性极其密切,可以作为反映生态恢复过程土壤质量演变的指标。

黄土丘陵区纸坊沟流域农业生态经济安全评价

以近70年纸坊沟流域农业生态经济系统演变过程为基础,利用国家"九五"科技攻关项目中所提出的评价指标体系,对纸坊沟流域不同发展阶段标志年份的农业生态经济安全状况进行了评价,得出:农业生态经济系统在1938、2000、2005年处于亚安全状态,1958、1975年处于极端不安全状态,1985、19901、995年处于不安全状态。通过对农业生态经济安全变化驱动力的分析,预测了纸坊沟流域农业生态经济安全的发展趋势,提出了黄土丘陵区实现农业生态经济安全的策略:以培育主导产业为中心,完善农业系统循环链网,调整产业结构,实现农业资源的有效、永续利用。

侵蚀环境人工刺槐林土壤水稳性团聚体演变及其养分效应

采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的人工刺槐林为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为参照,分析了植被恢复过程中土壤水稳性团聚体变化规律及其与土壤养分状况之间的相互关系。结果表明,侵蚀环境下的坡耕地由于人为耕作干扰,土壤水稳性团聚体含量低下,抗蚀性能较差。营造刺槐林前5 a土壤水稳性团聚体含量较坡耕地显著快速增加,随后增幅变缓,成对数增长,恢复25 a后土壤水稳性团聚体含量已经达到天然侧柏林水平。在植被恢复过程中土壤小粒径的水稳性团聚体逐渐聚集转变形成大粒径的团聚体。相关性分析和回归分析表明,植被恢复过程中>0.25 mm土壤水稳性团聚体与有机碳、全氮、碱解氮、速效钾、容重等相关性达到显著(p<0.05)或极显著水平(p<0.01),与全磷和速效磷相关性较弱。坡耕地退耕营造刺槐林后可以减少人为干扰,增加碳素和氮素供给,提高水稳性团聚体含量,使土壤抗蚀性能提高。

黄土高原沟壑区不同年限苹果园土壤碳、氮、磷变化特征

管理措施是影响土壤质量演变的重要因素。分析和讨论了5、101、5年苹果园耕层(0—20 cm)和0—200 cm土壤有机碳、全氮、全磷、有效磷和硝态氮含量及其影响因素。结果表明,5年、10年和15年的塬面苹果园表层土壤有机碳依次为7.5、6.7和6.7 g/kg;全氮依次为0.940、.85和0.83 g/kg;但土壤全磷和速效磷含量随着种植年限而增加,与5年苹果园相比,塬面10年苹果园土壤全磷、速效磷含量分别提高了11%、60%,并且磷素的变异性随年限而增加。坡地10年、15年和20年苹果园土壤有机碳依次为6.36、.2和6.5 g/kg,全氮依次为0.76、0.76和0.81 g/kg;与10年苹果园相比,15年苹果园土壤全磷、速效磷含量分别提高了20%、28%。土壤剖面0—80 cm内不同土地利用方式土壤碳、氮、磷含量随土层加深而降低,80 cm以下不同利用条件苹果园土壤碳、磷含量差异不大,氮素含量在100 cm土层下随苹果园种植年限增加而增加。

地带性多年冻土区小流域水文状况对水热季节变化的响应

大兴安岭北部是我国唯一一片地带性连续多年冻土分布区，也是欧亚大陆地带性多年冻土分布区的南缘，因此对气候变化的响应十分敏感。全球变暖必然会影响到冻土土壤水分状态的变化，从而对冻土区的流域水文状况产生影响；小流域是区域研究的主要对象，冻土活动层变化的最直接后果就是引起流域内水文状况发生变化。本研究利用DEM数据划分小流域，在划分出的小流域的基础上，探讨了影响流域流量变化的几个因子，包括降水、蒸散(Evapotranspiration, ET)和土壤持水，初步简化了流域水量平衡方程，可为进一步研究提供基础。主要包括以下方面的内容： a)平均温度的升高必然会影响到冻土土壤水分状态的变化，从而导致区域小流域水文状况随之变化； b)融深与海拔高度存在一定的相关关系，融深随海拔的升高而增加；土壤水分随海拔变化的规律并不明显。年内降水主要集中在每年的5月份到10月份；11月份和12月份降水一般比春季的多，这两个月份气温很低，降水形式主要是雪。不同地点不同海拔下冻土活动层土壤水分含量变化很大，这和当地的环境条件有关，如地表覆被、土壤类型、坡度、坡向等。 c)参考植被蒸散呈明显的周期性波动规律。每年同期蒸散大致维持在同一水平上。从年初到年中，流域内蒸散呈不断增加的趋势。但是变化规律又稍有不同，每年大致从1月份到4月份，蒸散随时间变化很快，几乎呈线性增加。但是从4月中旬开始，到下半年的9月中旬，ET0呈震荡变化趋势。4月中旬开始，蒸散开始震荡增加，到7月份左右达到最大，然后开始震荡降低，大约到9月中旬或10月初开始转为近似线性减少趋势。 d)土壤水分含量的变化ΔW可以表示为下式：ΔW=R-(0.260Rn-0.036N) Kc+c；其中，ΔW为土壤水分含量的变化；R流域出口处流量；Rn为太阳净辐射；N为白昼长度；Kc植被系数；c为常数。 上述研究结果可以为进一步分析年内冻土湿地水分状况对温度变化的响应提供基础，也可为气候变化条件下冻土湿地水文过程的响应研究提供参考。