黄土高原沟壑区通量数据空间代表性研究

利用FSAM(Flux Source Area Model)模型,对中国科学院长武黄土高原农业生态试验站2004—2005年冬小麦生育期内的通量数据空间代表性进行了研究。结果发现,在90%贡献率水平下,整个冬小麦各生育期内通量源区范围动态变化明显,通量贡献最大点在距离观测点7.7~36.2m范围内变化。在盛行风向上,通量源区离观测点最近点为3.3 m,最远点可达172.8 m;在侧风向上,通量源区在38.1~128.4 m范围内变化。不同观测高度的对比研究表明,观测高度从1.86 m增加到12.17 m,盛行风向上源区距观测点最远距离从172.8 m增加到1 555.2 m;在侧风向上则从123.2 m增加到665.8 m,通量源区范围随高度的增加而增大。大气稳定度对通量贡献源区影响很大,在大气稳定状态下,通量源区面积最大,距观测点最远距离达到135.3 m;中性条件下次之,为101.7 m;在不稳定条件下面积最小,为36.3 m。同一日内,夜晚源区面积较白天大。在日和季尺度上,大气稳定度是影响通量源区范围的一个重要因素。

黄土丘陵区不同立地达乌里胡枝子群落水分特征及生物量研究

对黄土高原丘陵沟壑区不同立地条件下的达乌里胡枝子群落水分特征及生物量进行了研究.结果表明:(1)不同立地下的达乌里胡枝子蒸腾日变化均呈单峰型,上午呈上升趋势,于13:00达到峰值,之后均呈不同程度下降趋势.(2)不同立地达乌里胡枝子群落0~200 cm土层平均含水量为阴坡12.34%,半阳坡11.29%,半阴坡11.15%,阳坡8.96%.不同立地达乌里胡枝子叶片相对含水量和饱和亏与各立地土壤含水量关系密切.(3)不同立地下各个时期的达乌里胡枝子群落的地上生物量表现为阴坡>半阴坡>半阳坡>阳坡,地下生物量则表现为阳坡(447.39 g/m2)>半阳坡(409.12 g/m2)>半阴坡(344.92 g/m2)>阴坡(217.01 g/m2).可见,达乌里胡枝子群落的水分生理特性及生物量的积累与立地条件密切相关.

黄土高原沟壑区王东沟流域土地利用/覆被变化过程初探

黄土高原沟壑区王东沟流域从1986年至2006年的土地利用/覆被发生了较大变化,土地利用动态指数分别为:耕地3.21%,园地-36.11%,林地-4.05%,牧草地4.24%,居民点及独立工矿用地-0.62%,交通运输用地-12.27%,未利用地1.85%;变化趋势是:耕地逐年向园地流转,园地变化烈度较大,其他各类用地变化不太显著。引起这一变化的主要因素是自然、社会、经济、技术以及政策因素。结合这一变化,针对黄土高原沟壑区的实际情况,在黄土高原沟壑区土地利用经营与管理方面,应重视土地产出效益与粮食安全的关系,在保障区域粮食安全的基础上实现效益最大化。

黄土旱塬冬小麦水分利用效率及相关生理特性研究

采用Li-6400便携式光合测定系统在模拟光照条件下,通过对冬小麦叶片生理指标及其相应环境因子的测定,研究了小麦的生理指标和叶片水分利用效率的动态变化规律及其对环境因子的响应。结果表明:净光合速率日变化呈不明显的双峰曲线,蒸腾速率日变化呈明显的倒"U"型曲线,且不同生育期两者峰值出现的时间不同。拔节期环境因子对生理指标的影响要比灌浆期明显的多。光合有效辐射和CO2浓度是对净光合速率和叶片蒸腾速率影响最强烈的环境因子。在小麦整个生长过程中,温湿度对气孔导度的影响在逐渐增大,对胞间CO2浓度的影响也比较明显。小麦叶片水分利用效率的日变化呈不明显的双峰曲线,其峰值出现的时间早于净光合速率和蒸腾速率峰值出现的时间。灌浆期日平均WUE比拔节期低30.5%。小麦净光合速率、蒸腾速率和气孔导度三者之间极显著相关,叶片温度与气孔导度显著负相关。

黄土高原半干旱区人工林刺槐展叶期树干液流动态分析

应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2008年4月26日至5月31日,在黄土高原半干旱区安塞县对人工林刺槐展叶期树干液流及其气象、土壤水分等6个指标进行连续测定。结果表明:刺槐展叶期可分为芽期、展叶初期、中期和全叶期。在芽期,刺槐树干液流速率日变化无明显昼夜波动;在展叶初期至全叶期日变化呈现出从微弱波动逐渐增大到趋于平稳的剧烈波动;在展叶中期以后液流速率表现为上升快、下降缓慢的单峰曲线;在全叶期平均峰值约为0.0027cm.s-1;树干液流速率与光合有效辐射强度、大气温度、水蒸气压亏缺和风速呈极显著正相关,与相对湿度呈负相关,其相关程度依次为光合有效辐射强度>大气温度>水蒸气压亏缺>相对湿度>风速,且可用光合有效辐射强度和大气温度线性表达式来估测;土壤水分在展叶期呈逐渐减少趋势,但对树干液流的胁迫不显著;在展叶期刺槐单株日蒸腾耗水量随直径的增大而增大并与胸径呈良好的线性关系,可用来估算展叶期刺槐人工林蒸腾耗水量。

黄土高原子午岭林区6个典型群落优势种的热值和养分特征

能量流动、物质循环和信息传递共同构成了生态系统三大功能。能量是维持生态系统功能与过程的动力,Jordan(1971)认为能量比干物质更能反映出群落对自然资源(特别是太阳能)的利用情况。Long(1934)率先用热值来表示植物所含能量的多少,此后关于植物热值的研究工作逐渐展开。我国的植物热值研究始于20世纪80年代(杨福囤等,1983;祖元刚等,1986),主要集中在海南(林益明等,2000)、福建(林益明等,2004)、广东(任海等,1999)和浙江(郝朝运等,2006)等热带亚热带植物群落以及内蒙古羊草草原(鲍雅静等,2003),但有关黄土高原地区的植被热值研究尚未见报道。子午岭林区是黄土高原主要的天然次生林区,其植被主要是在弃耕地基础上逐渐恢复起来的(邹厚远等,2002)。由于自然因素与人为因素的影响,子午岭的植被在恢复时间上存在较大差异,形成了处于不同演替阶段的各种植被群落类型。本研究选取的6个代表性植被群落分别是沙棘(Hippophae rhamnoides)群落、山杨(Populus davidiana)群落、白桦(Betula platyphylla)群落、油松(Pinus tabulaeform...

子午岭植被恢复对土壤饱和导水率的影响

通过对子午岭林区不同植被的土壤性质进行实验室测定和野外调查,对饱和土壤水分运动的重要参数之一土壤饱和导水率(Ks)及其相关因子进行了多元分析和通径分析,揭示了植被恢复提高土壤水分传输性能的机理,主要结论如下:土壤有机质是子午岭林区九种植被下土壤饱和导水率提高的主要驱动因子。不同植被下的土壤饱和导水率均随深度的增加而迅速降低,尽管草地和先锋草地在5～10cm深度有一强透水层。土壤饱和导水率在剖面上的平均值,从辽东栎、早期森林、灌丛、先锋草地、弃耕地到草地依次降低。灌丛与草地、弃耕地的差异达到显著水平,辽东栎顶级群落的饱和导水率最高,植被的恢复明显提高了土壤饱和导水率。土壤容重、毛管孔隙度、>0.25mm团聚体含量及粘粒含量直接影响土壤饱和导水率。土壤有机质含量的提高能够改善容重、毛管孔隙度、团聚体含量等物理性质。

俄罗斯沙棘优良品种引种试验研究

三北"地区和黄土高原是中国沙棘亚种的分布中心,现已有大面积人工沙棘林,但其果小、刺多,产果量低,采果难。为此,作者于1997~2006年承担水利部"948"沙棘引进项目,以解决该地区沙棘优良品种缺乏问题。通过8年试验研究,引进俄罗斯大果无刺沙棘优良品种、类型40余种,分别在"三北"和黄土高原地区的7个主要试验基地进行引种试验,从中初步筛选出效果较好的9个优良品种、类型。它们生长发育良好,抗性较强,具高产、优质特性,并已开始利用引进的俄罗斯沙棘与当地中国沙棘杂交,培育出第一代杂交种。在引种选育和对俄罗斯沙棘生物生态学特性进行试验研究的基础上,对其良种的集约栽培和繁育做了试验和示范推广工作,产生了良好的生态、经济效益。通过本项目实施,为做好沙棘引种选育工作提供了良种,这对大面积建造高产、优质人工沙棘林和沙棘果园,加速黄土高原和"三北"地区的环境治理、发展地方经济具重要意义。

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。

长武黄土高塬沟壑区降水及侵蚀性降雨特征

precipitation; erosive rainfall; Loess Plateau-gully Region; 【摘要】 利用长武县气象局1957—2006年的日降水量资料,分析该地区降水的年内、年际变化、概率分布特征等。结果表明:该区降水量季节分布不均,主要集中在7—9月;降水量的年际变化幅度较大,多年变化呈明显的丰水、平水、枯水年交替发生现象;降水量的年际变化大于年降水时间的年际变化。对侵蚀性降雨研究发现,其主要发生在7、8月,以降雨量小于30 mm的降雨次数较多;降雨强度随降雨量增加而减小;同时,以短历时降雨为主,历时在30min以内的降雨次数较多,其他时段相对较少。

黄河中游地区年径流对土地利用变化时空响应分析

以黄河中游河龙区间为研究区,以水土流失综合治理及生态环境建设导致的土地利用/覆被变化为背景,采用非参数统计法,基于区内38个水文站20世纪50年代至2000年水文数据,分析流域年径流对土地利用/覆被变化响应的时空变异特征,估算影响因素贡献率。结果表明:其中29条流域年径流量呈显著减少趋势,变率为0.17~2.61 mm/a;28条流域年径流量具有显著跃变时间,无定河流域各水文站跃变时间多在1970—1973年间,其余则多为1978—1985年,最晚为1994年;在5%、50%和95%的发生频率上,跃变前后时段年径流量减少幅度以30%~60%普遍,最大分别为73.2%、63.5%和69.7%;河龙区间整体呈显著减少趋势,变率为0.79 mm/a,跃变时间发生在1979年,3个频率上的减少幅度分别为46.5%、42.4%和24.1%。估算的11条流域中有9条土地利用/覆被变化等人类活动对流域径流减少影响程度超过50%。水土保持措施面积的增加,尤其淤地坝等水利水保工程措施的持续修建,对区域地表径流变化具有明显影响。

黄土高原坡地表层土壤饱和导水率和水分含量空间变异特征

表层土壤水分含量和饱和导水率对深层土壤水分的动态的变化具有重要的决定作用。在黄土高原坡地(50m×360 m)范围内进行网格(10 m×10 m)取样,用地统计学方法研究表层(0~30 cm)土壤饱和导水率和水分含量的空间变异特征。结果表明:1)坡地表层土壤密度变化规律为坡下位大于坡上位,土壤饱和导水率变异系数为0.37,属于中等变异强度;2)饱和导水率和自然对数化的饱和导水率在360 m尺度内均不具备空间结构特征,是纯随机变量,线性有基台模型适用于描述表层土壤水分的分布特征,水分分布存在明显的块金效应,并且随滞后距离的增加半方差变大;3)饱和导水率和水分含量从坡上位到坡下位均呈现波浪式变化,饱和导水率大的采样点土壤水分含量低,反之则高。

退耕还林(草)和降雨变化对延河流域土壤侵蚀的影响

通过定量评估退耕还林(草)和降雨变化对延河流域土壤侵蚀的影响,为延河流域水土保持效益评价、流失治理和环境建设提供决策参考。【方法】利用延河流域日降雨、数字高程模型、土壤类型图、土地利用图和植被覆盖图,运用RUSLE模型,在ArcGIS平台的支持下计算流域1997年和2000年土壤侵蚀量,并分别模拟了退耕还林(草)和气候变化对土壤侵蚀的影响。【结果】由于降雨的变化,研究区年降雨侵蚀力均值由1997年的775.32MJ·mm·hm-2·h-1·a-1增加到了2000年的1292.07MJ·mm·hm-2·h-1·a-1,降雨大大加剧了流域土壤侵蚀;由于退耕还林(草)政策的实施,坡耕地面积大大减少,林草面积增加,植被覆盖和管理因子值显著减少,由退耕还林(草)前的0.1714下降到了退耕还林(草)后0.1592,减小了流域土壤侵蚀;由于退耕还林(草)的实施、气候变化以及水土保持工程措施和耕作措施变化共同影响,单位面积平均土壤侵蚀量由退耕还林(草)前的3012t·km-2·a-1增加到了退耕还林(草)后4671t·km-2·a-1,年土壤侵蚀总量2314×104t增加到了3589×104t。【结论】降雨变化使得...

退耕草地演替过程中的碳储量变化

退耕草地演替的研究对了解现有退耕草地的变化趋势有重要意义,也可以为退耕地的植被恢复提供科学依据。本研究采用以空间代替时间的方法,对处于不同演替时间阶段退耕草地的土壤碳储量以及植被的地上部分与根系生物碳储量变化进行了研究,结果表明,退耕草地演替过程中,地上部分生物碳储量呈阶梯式上升趋势,演替初期地上部分生物碳储量先降后升,并在演替的22~32年,保持相对平稳,之后在演替的40~60年,达到第2个相对平稳的阶段。根系生物碳储量也呈分阶段的阶梯式上升趋势,但第1个相对平稳的阶段出现在演替的第12~28年,在演替的第32~60年出现第2个相对平稳的阶段。退耕草地的土壤碳储量在退耕演替的初期下降,且在演替的第1~12年一直小于农地,在演替的第15年之后,土壤碳储量逐步上升。在0~150 cm的不同土层中,土壤有机碳含量以0~15 cm最高,在演替的1~12年,各土层有机碳含量均小于农地,之后在演替的第15~60年,各土层土壤有机碳含量均随演替时间的增加有所增加,且0~50 cm表层土壤有机碳含量在演替第34~60年迅速积累,增幅较大。在演替初期,草地地上部分生物碳储量、根系生物碳储量和土壤碳储量较演替第1年均表现为下降...

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。