基于GIS与神经网络的黄土丘陵区土壤水分模型研究

土壤水分不足是黄土高原丘陵区植被建设的主要限制因子,土壤水分的空间分布受外界气象因子、土地利用与复杂地形等的影响,关系比较复杂。本研究利用黄土丘陵区纸坊沟流域的土壤水分试验资料,建立了基于GIS的BP神经网络模型,模型中同时考虑了多个因子对土壤水分空间分布的影响,利用实测资料对网络进行训练后对整个流域进行了预测,预测结果与实际情况较为一致,表明应用GIS与BP神经网络研究区域复杂地形下的土壤水分分布规律是可行的。

陕北丘陵沟壑区经济林果发展战略

陕北丘陵沟壑区经济林果发展 ,必须抓好建设规划 ,加强坡地经济林果的集流节水保墒和科技宣传 ,创建自己的市场 ,才能解决好植被建设和经济发展这个问题

略论延安市降水资源的潜力与高效利用模式

根据在甘肃子午岭 ,安塞墩滩和延安燕儿沟的试验观测资料 ,研究了梢林区植被对降水的拦蓄和消耗情况 ;分析了农区基本农田上和退耕还林 (草 )坡地上作物和植物对降水的拦蓄和土壤水分季节动态 ;计算了本区主要农作物和几种有代表性的乔、灌、草植物的全生育期内需水量和降水资源补给的盈亏状况 ;并提出了几种利用降水资源和河川径流的模式

雨水资源集蓄利用研究综述

由于干旱、人口增长、地表水地下水污染等问题 ,人们对雨水资源的开发利用产生了极大的兴趣并进行了广泛的研究 ,而且已初步显示出雨水资源开发利用的巨大潜力。文中对雨水的汇集、蓄存、利用技术,雨水利用对区域环境的影响,雨水资源的评价,雨水利用的效益评估等方面的最新研究进行了全面的分析总结 ,同时 ,提出了目前研究中亟待解决的问题。

黄土丘陵区小流域土壤特性时空动态变化研究

以安塞大南沟为例首次在流域范围内对几项土壤表面特性进行连续定位测定,初步研究了其时空动态变化规律。结果表明,大南沟流域内土壤随机糙度、抗剪力和团粒稳定性具有一定的空间变化规律,不同土地利用方式间有显著差异。不同地貌类型农耕地土壤随机糙度、抗剪力无明显差异,而团粒稳定性则差异显著。年内各测定周期间土壤随机糙度、抗剪力和团粒稳定性随时间变异不显著。

区域水土流失研究综述

以区域水土流失为主题 ,分析并阐述了该领域的研究现状 ,指出了当前存在的主要问题 ,并对研究的今后发展方向进行了展望。

HEC和AAM添加剂对提高黄土集流效率的试验研究

基于西北地区黄土资源丰富、地形复杂、外源材料运输困难的实际状况 ,提出将 HEC(High Strength andWater Stability Earth Consolidator)和 AAM(Active Aluminate Mixture)材料添加剂与黄土混掺 ,以期提高其集流效率。通过室内人工降雨模拟试验 ,探讨了典型黄土与 HEC和 AAM材料添加剂分别混掺后集流效率和性能的变化过程。同时 ,对照其它几种集雨材料 ,对不同雨强、雨量及坡度下的起流历时、集流效率和材料性能进行了比较。结果表明 :黄土与 HEC和 AAM添加剂混掺后形成的黄土复合集流材料具有较强的抗拉、抗压能力 ,不同雨强和雨量等级范围均具有较高的集流效率 (>78% ) ,已达到混凝土的集流效果 ,其成本仅为混凝土的 1/ 3～ 1/ 2。

子午岭地区林地破坏加速侵蚀对土壤养分流失和微生物的影响研究

以浅沟集水区为研究对象,分析了子午岭地区林地被开垦破坏15年后裸露地在不同侵蚀强度和侵蚀方式下的土壤养分流失和土壤微生物数量的变化。结果表明,林地开垦破坏后,土壤侵蚀加剧发展,侵蚀强度达159.7t/(hm2.a),是林地土壤侵蚀量的上千倍。开垦破坏15年后,裸露地浅沟集水区不同地形部位表层土壤全氮、有机碳、速效磷和土壤微生物总数显著减少,同林地相比,依次分别减少37.9%~82.6%、42.7%~86.4%、24.2%~80.3%和31.8%9~2.0%。在裸露地浅沟集水区梁坡随坡长的增加,表层土壤有机碳、全氮和速效磷含量及微生物总数呈显著的下降趋势,且沟槽的土壤各养分含量及微生物总数明显低于沟间。裸露地浅沟集水区土壤养分流失强度及微生物数量减少幅度在浅沟集水区的空间分布与土壤侵蚀方式和侵蚀强度相对应。林地开垦破坏15年后,土壤养分以有机碳流失最严重,其次分别为速效磷、全氮;微生物中的真菌减少幅度最大,细菌次之,放线菌减少幅度最小。

Impacts of socio-economic factors on sediment yield in the Upper Yangtze River

In recent years, the role of human activities in changing sediment yield has become more apparent for the construction of hydraulic engineering and water conservation projections in the Upper Yangtze River, but it has not been evaluated at the macro scale. Taking Sichuan Province and Chongqing City as an example, this paper studies the relationship between socio-economic factors and sediment yield in the Upper Yangtze River based on section data in 1989 and 2007. The results show that sediment yield is significantly correlated with population density and cultivated area, in which the former appears to be more closely related to sediment yield. Moreover, in the relation of sediment yield vs. population density, a critical value of population density exists, below which the sediment yield increases with the increase of population density and over which the sediment yield increases with the decrease of population density. The phenomenon essentially reflects the influence of natural factors, such as topography, precipitation and soil property, and some human activities on sediment yield. The region with a higher population density than critical value is located in the east of the study area and is characterized by plains, hills and low mountains, whereas the opposite is located in the west and characterized by middle and high mountains. In the eastern region, more people live on the lands with a low slope where regional soil erosion is slight; therefore, sediment yield is negatively related with population density. In contrast, in the western region, the population tends to aggregate in the areas with abundant soil and water resources which usually lead to a higher intensity of natural erosion, and in turn, high-intensity agricultural practices in these areas may further strengthen local soil erosion. It is also found that population tends to move from the areas with bad environment and high sediment yield to the areas with more comfortable environment and less sediment yield. The natural factors have greater influence on sediment yield of western region than that of eastern region. Generally, the natural factors play a dominant role on sediment yield in the Upper Yangtze River.

喀斯特流域硫同位素地球化学与碳酸盐岩侵蚀

贵州的乌江流域属典型的喀斯特地貌，也是我国严重的酸雨区之一。酸沉降可以导致土壤中盐基离子的流失并释放出具有植物毒性的元素，对植被和生态造成破坏。即使在酸沉降停止后，土壤的退化也会持续，pH值仍可继续降低。因此，加强乌江流域的酸沉降对土壤及生态系统破坏的研究十分必要。乌江中上游地区广泛分布高硫煤和矿床硫化物，煤中的还原态硫化物（主要是黄铁矿）和矿床硫化物经过氧化风化会产生大量的溶解态金属和H2SO4，在污染环境的同时会大大加速碳酸盐岩的化学侵蚀。 本研究在导师刘丛强研究员主持的中国科学院知识创新工程重要方向重大项目（喀斯特地区（贵州乌江流域）物质的水文地球化学循环及其环境效应，批准号：KZCX2-105；乌江流域典型喀斯特土壤－植被生态系统生源要素生物地球化学研究，批准号：KZCX3-SW-140）课题的支持下，选择贵州喀斯特地区的典型河流为研究对象，利用化学质量平衡、同位素地球化学研究手段，探讨了硫酸风化碳酸盐岩对河水化学组成的影响，溶解硫酸盐的来源及硫同位素组成的时空变化，定量计算了丰水期乌江流域硫酸风化碳酸盐岩的侵蚀速率及其对大气CO2释放的影响，并对土壤总硫和硫酸盐的生物地球化学循环进行了同位素示踪研究。获得的主要结论揭示了水－岩作用和人类活动对硫的生物地球化学循环的控制机理，以及硫循环在碳酸盐岩化学风化中的作用，为了解喀斯特地区硫的循环演化及其环境效应提供了重要的基础科学依据。主要结论如下： 硫酸侵蚀碳酸盐岩对河水化学组成的影响 乌江枯、丰水期河水SO42−平均浓度分别为0.65mmol/L和0.48mmol/L，占阴离子总量的25%以上。干流河水SO42−浓度具有从上游到下游逐渐降低的趋势，支流河水SO42−浓度具有明显的区域性差异特征，枯水期上游和下游地区支流的SO42−平均浓度分别为0.80mmol/L和0.26mmol/L，丰水期河水也有类似的特征。SO42−、NO3−、Cl−与Na+浓度比值的相互关系表明河水SO42−具有人为来源。沅江水系河水SO42−含量远低于乌江河水，枯水期平均浓度0.22mmol/L，丰水期平均0.14mmol/L。 乌江流域不同来源H2SO4参与下的碳酸盐岩风化是影响河水化学组成最主要的因素。舞阳河水中的溶质主要来自H2CO3风化白云岩，不存在硫酸风化碳酸盐岩的迹象。清水江河水离子组成则同时受到H2CO3、H2SO4风化碳酸盐岩和H2CO3风化硅酸盐的影响。由此可见，喀斯特地区不同河流的河水化学组成受H2SO4风化碳酸盐岩的影响是不同的。 水－岩作用模拟表明：乌江枯水期河水的CSI在−0.2 ~ 1之间，绝大多数河水处于对CaCO3过饱和状态，丰水期河水的CSI较枯水期平均高0.3，CaCO3全部过饱和。河水PCO2,river相对大气PCO2,atm一般是过饱和的。因此，喀斯特地区河水即具有沉积性又具有向大气释放CO2的趋势。舞阳河水方解石和白云石在枯、丰水期全部过饱和，DSI平均值在两季均远高于CSI，这与舞阳河流域分布着大量的白云岩有关。而清水江大部分河水的方解石和白云石处于不饱和状态。流域不同的地质背景决定了河水中方解石和白云石的饱和状态，在同一地质背景条件下又取决于河水中的CO2分压。 扣除乌江丰水期河水化学组成中H2SO4溶解碳酸盐岩的贡献之后，部分河水由对方解石和白云石过饱和变为不饱和，溶解沉淀性质发生了根本的改变。由此可见，H2SO4风化碳酸盐岩通过改变河水的化学组成，对河水的化学稳定性也存在很大影响。 河水硫同位素地球化学与碳酸盐岩侵蚀 枯水期乌江河水硫同位素δ34S值的变化范围为−15.7‰ 到18.9‰，宽广的δ34S值范围反映了不同河段汇入的SO42−来源于流经具有不同同位素组成特征地质背景的支流。丰水期δ34S值的变化范围小于枯水期，在−11.5‰ 到8.3‰之间。两个季节河水SO42−的δ34S值均随着SO42−浓度的增加而降低。乌江硫酸盐的硫同位素组成具有明显的季节性变化，丰水期干流河水的δ34S值在−6.7‰ ~ −3.9‰之间，平均值较枯水期低3‰。支流河水的硫同位素组成具有明显的区域性差异。舞阳河河水富集34S，清水江河水富集32S，硫同位素组成的季节变化和支流差异远不如乌江明显。 硫同位素示踪显示：乌江上游河水硫酸盐主要来自煤中黄铁矿的氧化、矿床硫化物氧化及雨水；下游河水硫酸盐的硫同位素组成主要介于雨水和蒸发岩端元之间，煤中黄铁矿氧化的贡献较少。不同端元的硫同位素组成表明：丰水期水量增加时，煤中黄铁矿氧化来源的硫酸盐的贡献增加，导致了乌江河水δ34S值的降低。雨水δ34S值季节性变化对河水硫同位素组成的季节性变化的影响是次要的。 乌江河水向贵州省外输出的SO42−通量为170×1010g/a，丰水期占全年SO42−输出总量的72%，上游地区输出的SO42−占年输出总量的80%。煤中黄铁矿风化、雨水、矿床硫化物风化、蒸发岩溶解对丰水期乌江河水SO42-的贡献分别为45%、27%、24%和4%。硫化物氧化产生H2SO4，而后H2SO4侵蚀碳酸盐岩，这是研究区内两个非常重要的硫循环过程。丰水期H2SO4侵蚀碳酸盐岩的速率为35.1t/ (km2•a)，约合17.5mm/ka。总的CO2释放通量约为8.1 t/ (km2•a)。通过推导丰水期乌江流域碳酸盐岩侵蚀方程可知，丰水期乌江流域碳酸盐岩的侵蚀有52%是由H2SO4风化造成的。 喀斯特流域土壤硫的生物地球化学 黄壤的总硫含量一般小于0.1%，而石灰土的总硫含量全部大于0.1%, 同一剖面同样深度黄壤总硫含量夏季生长期高于冬季休眠期，但是石灰土则恰恰相反。一般情况下，土壤总硫含量首先与土壤类型有关，其次可能受到植被的影响。即使是同一土壤类型，随着剖面深度的增加总硫含量变化趋势也并不一致。 土壤无机硫酸盐的含量与土壤类型密切相关，黄壤SO42−含量明显高于石灰土。黄壤表层土硫酸盐形态硫占总硫的2.4% ~ 6.4%，随着剖面加深土壤硫酸盐形态硫的含量出现先增加后降低的趋势，最高可占总硫的20%以上，这种现象应该是铁、铝氧化物或氢氧化物对硫酸盐的吸附造成的。同样是黄壤，也可能由于上覆植被的不同造成不同剖面土壤硫酸盐在含量上的差异，或同一剖面不同季节含量上的差异。石灰土硫酸盐形态硫在总硫中的百分含量不超过3%，而且易受淋溶而流失，即使在有植被覆盖的情况下也是如此。 所有样品总硫的δ34S值均为正值且总是大于同层SO42−的δ34S值。随着黄壤剖面的加深δ34S值呈逐渐增加的趋势，有机硫循环过程不断富集34S可能是产生这种现象的原因。 硫同位素组成表明黄壤剖面表层土SO42−应来源于大气沉降。夏季表层土SO42−的δ34S值稍高于冬季，明显高于贵阳夏季大气降水的硫同位素组成，可能是大气总沉降的反映，也可能是不同季节土壤有机硫的矿化水平的不同造成的。黄壤剖面无论冬季还是夏季SO42−均随剖面的加深逐渐富集34S。在剖面上层SO42−的δ34S值与SO42−含量正相关，可能是有机硫矿化生成的SO42−加入的结果。下层土壤硫酸盐δ34S值与含量明显反相关，可能是硫酸盐还原菌发生作用导致了较大的同位素分馏。 从乌江上游至下游，石灰土表层土壤SO42−的硫同位素逐渐富集32S。硫同位素组成表明中、下游石灰土SO42−的来源很可能是大气降水，而上游样品还存在矿山硫的来源。 土壤无机硫酸盐对乌江河水硫酸盐的贡献还不明确，但它不应是乌江河水硫酸盐的主要来源。

贵州喀斯特山区植物营养元素和碳、氮、硫同位素组成研究--以贵阳花溪杨中流域为例

喀斯特的面积分布很广，占全球总面积的10%。我国喀斯特面积占国土面积的13%，主要集中在我国的南方。而贵州喀斯特山区位于西南喀斯特地貌最集中成片分布的中心区，是我国乃至世界热带、亚热带喀斯特地貌连续分布面积最大、发育最强烈的高原山区。和非喀斯特地区相比，贵州喀斯特山区由于碳酸盐岩的特殊理化特性，造成土层浅薄、土被不连续、岩石裸露率高、持水量低，适生树种少、群落结构单一、植被生长极其缓慢，生态环境十分的脆弱。加之人类不合理的活动，使得喀斯特山区植被退化非常严重。因此，开展贵州喀斯特山区植物的营养元素和碳、氮、硫同位素的研究是为了更好的了解该区植被的营养元素状况、生理生态特性以及营养元素的生物地球化学循环，更好地为该区森林、植被的治理、恢复以及生态系统的保护等提供决策依据。本研究选择典型喀斯特山区作为研究点，并以非喀斯特山区为对照。研究喀斯特山区植物的营养元素含量水平、分布状态、变异特征以及营养元素之间的相互关系和碳、氮、硫的同位素组成的种间差异、生境差异特征以及时空变化特征进行了研究。主要得到以下几点认识： 1、植物的N、P、K、Ca、Mg、S的平均含量大于1000 μg∙g-1； Fe、Mn、Al的平均含量在100 μg∙g¬-1～1000 μg∙g¬-1之间；Zn、Sr的平均含量为10 μg∙g¬-1～100 μg∙g¬-1之间；Cu和Mo的含量小于10 μg∙g¬-1，Mo最低(仅为0.17 μg∙g¬-1)。Ca、P、K、 Fe、Mn、S、Sr高于所报道的陆生植物元素的含量；Mg低于陆生植物的元素含量；其它元素在元素含量范围内。植物营养元素的特点为Ca>K>Mg型，和我国其它地区相比，喀斯特山区植被具有高钙的特征。 2、N、P、K、Mg为正态分布；Ca、Al、Fe、Mn、Cu、Zn、Sr、Mo、S为对数正态分布。Al、Fe、Mn、Sr的变异系数大于100%；N、P、K、Ca、Mg、S、Cu的变异系数小于60%。其中，Ca的变异系数最小(为11.8%)。P和K、P和Cu、Al和Fe、Al和Zn、Fe和Zn之间具有极显著的相关关系；N和P、P和Mg、K和Al、K和Cu、Ca和Sr、S和Mo之间具有显著的相关关系。 3、不同的生境下植物营养元素存在差异，差异在2倍范围内。其中，Mn、Al、Sr元素差异较大，分别达到2.1、1.5、1.4倍。 4、植物δ13C、δ15N、δ34S值的分布范围分别为-26.98‰～-29.15‰、-4.08‰～-0.79‰、-8.69‰～-6.04‰；平均值分别为-28.14‰、-2.41‰、-7.53‰。δ13C除了高于我国热带雨林区植物外，均低于其它地区，且变化范围较窄；不同地区之间植物的δ15N、δ34S值存在较大差异。 5、不同植物种之间的δ13C、δ15N、δ34S值存在较大的差异，不同生境条件下植物的δ13C、δ15N、δ34S值也存在差异。植物的δ13C值从生长初期到末期有降低的趋势；δ15N、δ34S则无一定的变化规律，不同的植物种的季节变化不同。植物的δ13C、δ34S随海拔的升高而增大，但δ15N随海拔的升高而降低。

植物碳、氮同位素对喀斯特石漠化过程的响应特征研究——以贵州清镇王家寨小流域为例

本研究选定喀斯特高原区贵州省清镇市王家寨峰丛洼地小流域为研究对象，以植物碳、氮稳定同位素为研究手段，探讨了喀斯特石漠化过程中植物对环境变异的生态响应特征。通过研究，得出了以下几点认识:（1）石漠化过程中，土壤结构呈现出紧密化、粘质化发展趋势；土壤OM、pH、CEC、C/N比值和易移动的元素随石漠化的加深而降低，难移动的元素随石漠化的加深而升高。（2）研究区植物具有高Ca、Fe和低P、K的显著特点，属于Ca > K > Mg型；植物各元素含量种间差异较显著，且除P、K、Fe、Zn外基本均随石漠化的加深而降低，随生长期延长而增加；P是研究区植物生长发育的主要限制因子。（3）研究区常见灌木植物叶片δ13C值主要分布在 -29.5‰ ～ -24.60‰ 之间，种间差异极显著，基本随石漠化的加深而趋正，随生长期的延长而趋负；植物叶片δ13C值对土壤环境的响应较对小气候的响应更敏感。（4）研究区常见灌木植物叶片δ15N值主要分布在 -6.08‰ ～ +1.30‰之间，种间差异同样极显著，随石漠化程度的加深而趋正；植物所吸收氮同位素的种类和数量除了受土壤和气候环境因子的影响外，还受到其自身生理遗传和生长发育的控制。（5）植物叶片δ13C值对小生境的响应不如δ15N值敏感。

Early-Holocene environments in the Wadi Faynan, Jordan

Hunt, C. Elrishi, H. Gilbertson, D. Grattan, J. McLaren, S. Pyatt, B. Rushworth, G. Barker, G. Early-Holocene environments in the Wadi Faynan, Jordan. The Holocene. 2004. 14,6 pp 921-930

Environmental change and Tephra Deposition: The Strath of Kildonan, Northern Scotland

Charman, D. West, S. Kelly, A. Grattan, J. environmental change and Tephra Deposition: the strath of Kildonan, Northern Scotland. Journal of Archaeological Science. 1995. 22 pp 799-809

Vegetation and Topographic Control of Wind-blown Snow Distributions in Distributed and Aggregated Simulations for an Arctic Tundra Basin

Essery, RLH & JW, Pomeroy, (2004). Vegetation and topographic control of wind-blown snow distributions in distributed and aggregated simulations. Journal of Hydrometeorology, 5, 735-744.