王晓燕[1]2003年在《燕沟流域侵蚀强度演变特征研究》文中指出本文以延安燕沟流域为研究对象，以核素示踪技术为新的研究手段，以研究小流域侵蚀强度演变特征为主要目的，分析了燕沟流域近几十年来由于土地利用变化等因素的影响，坡面核素含量及土壤侵蚀强度随时间变化的特征；对不同植被恢复方式的土壤保持效益进行了评价，并根据侵蚀环境各因素分析，探讨燕沟侵蚀环境与侵蚀强度的演变趋势，为黄土高原生态环境建设和流域治理规划提供科学依据。同时在研究方法上用空间序列代替时间序列和以线控面的方法，探索了利用核素示踪方法研究流域尺度土壤侵蚀强度演变的可行性和可靠性，为今后利用核素示踪研究大尺度区域土壤侵蚀及侵蚀环境演变提供了研究基础。 1．阐明了~(137)Cs在流域土壤和侵蚀泥沙中的分布特点。 研究了不同土地利用类型土壤剖面~(137)Cs的分布特征，为~(137)Cs示踪侵蚀量的计算提供了基础信息。分析了原状土土壤颗粒组成及坝地泥沙与~(137)Cs含量的关系，~(137)Cs含量与土壤和沉积泥沙粒径密切相关；通过对林地、坡耕地与沟口洪水泥沙的颗粒组成分析，发现其颗粒组成有明显的差异，表明该研究区在侵蚀泥沙输移过程中发生颗粒分选，应用~(137)Cs示踪流域侵蚀速率或利用沟口泥沙推算流域侵蚀模数时应适当进行颗粒校正。通过研究流域~(137)Cs背景值与降水量的变异性，发现两者变异系数分别为11.14％和20.11％，显然降水的变异性对~(137)Cs的分布会产生重要的影响。 2．提出了用坡长加权方法计算坡面平均坡度和坡面核素平均面积浓度、以线代面研究坡面核素含量和坡面侵蚀强度的方法。 该方法通过相关研究方法的验证，表明其具有可行性。该方法为核素示踪法用于流域尺度土壤侵蚀环境研究提供了新思路。 3．分析了燕沟流域坡面上~(137)Cs含量的分布特征。 研究表明，坡面~(137)Cs含量与坡度的相关程度远远大于坡长；流域不同时期开垦的典型坡耕地坡面~(137)Cs含量分异非常明显，不同时期开垦坡面上的~(137)Cs含量与开垦时间、坡度呈线性关系，其回归方程为：Cs=2356.79-22.77t-35.53S；不同时期的撂荒地坡面上~(137)Cs含量的变异系数为80.11％。坡面~(137)Cs含量主要与土地利用历史有关。 4．研究了坡面土壤侵蚀与坡度、坡长、坡向等地形因子的关系。 研究表明，土壤侵蚀强度与坡面形状关系密切，坡面各点的侵蚀模数与坡度呈幂函数或者指数函数相关，顺坡面向下侵蚀强度呈波状变化。坡面土壤侵蚀模数与坡面平均坡度呈正相关，与坡长的相关性不显着。侵蚀模数与坡度、坡长的复合相关关系燕沟流域土壤侵蚀强度演变特征研究式为:万=104.185’2‘’L007924。谷坡阴坡刺槐林地的侵蚀程度远远小于饰坡阳坡刺槐林地的侵蚀程度，说明坡向通过影响地面植被盖度，进而影响土壤侵蚀的发生程度。 5.首次利用核素示踪法研究不同耕垦历史的坡面土壤侵蚀特征。 不同开垦历史的坡面侵蚀模数与开垦时间、坡度、坡长的偏相关分析结果表明，侵蚀模数与开垦时间的相关程度最大，其次是坡度，与坡长的相关性不明显。坡面土壤侵蚀强度随开垦年限的增长呈增加趋势。根据’3，c:和“’“Pbe、比较示踪，探索了近100年土壤侵蚀强度的变化趋势。初步结果表明，开垦60的农耕地坡面近50年来平均侵蚀速率明显大于近100年来平均侵蚀速率，表明近100年中，后50年来的土壤侵蚀强度比前50年的侵蚀强度剧烈，说明流域内随着林(草)地的毁坏、开垦加强，人为活动产生的加速侵蚀明显。 6.探索利用核素示踪法研究不同植被恢复方式和恢复时间的退耕地的土壤侵蚀特征。 研究结果表明，退耕地不同植被恢复方式影响土壤保持效益。在燕沟流域，土壤保持效益从总体上来说，自然恢复>直接还生态林>直接还经济林。利用’37Cs和7Be示踪法分别探讨了不同时期的撂荒地坡面土壤侵蚀强度特征和面蚀量大小。根据研究结果，提出了由于短时间尺度的环境变化引起的侵蚀强度变化，利用核素示踪法区分短期土壤侵蚀强度和长期土壤侵蚀强度的研究尚有待深化。 7.利用核素示踪法研究小流域近几十年来侵蚀强度演变特征。分析了流域侵蚀环境及侵蚀强度的发展趋势。 过去50年来燕沟流域土壤侵蚀经历了较弱一强一弱的演变过程。根据前面的研究结果，计算各种土地利用类型的土壤侵蚀模数，利用面积加权平均方法，计算各个时期燕沟流域的平均侵蚀模数分别为:1975年3409灯kmZ.a、1997年4647灯kmZ.a、2000年为1 588灯k」nZ.a，反演了过去50年里人为活动引起土地利用方式的改变使燕沟人为加速侵蚀发生的变化。研究得到流域1997年、2000年的侵蚀强度数据与流域所处的侵蚀分区的侵蚀强度划分和监测趋势比较符合，初步表明应用核素示踪流域侵蚀环境变化的方法基本可行。由现在至以后的一段时间内，延安地区的气候会继续干早化，燕沟流域的农业产业结构调整逐步合理、人口增长得到有效控制、人口素质和人均收入逐渐提高、各项沟谷治理工程日益发挥作用，人为加速侵蚀将可得到基本控制。
高海东[2]2013年在《黄土高原丘陵沟壑区沟道治理工程的生态水文效应研究》文中认为淤地坝作为黄土高原最主要的沟道治理措施，在水土保持方面发挥着巨大作用。根据水利部《黄土高原地区水土保持淤地坝规划》，到2020年，淤地坝数量将达到16.3万座。如此规模巨大的淤地坝建设，势必对黄土高原生态环境产生深远影响。系统、深入的研究淤地坝建设对流域生态、水文、泥沙过程的调控机理，对丰富水土保持科学研究、发展具有黄土高原特色的水沙模型、推进黄土高原水土保持事业，具有积极作用。本文综合分析了淤地坝对流域水文过程、植被分布、侵蚀产沙的影响，取得的主要结论如下：（1）沟道治理工程显着改变了流域蒸腾发、土壤水再分布、地表径流等水文过程。使用基于遥感的SEBAL模型，估算了韭园沟流域和裴家峁流域的日蒸腾蒸发量：结果表明坝地蒸腾蒸发量最大，为4.98mm·d~(-1)，其次为果园及林地，为4.78mm·d~(-1)，再次为草地，蒸腾蒸发量为4.49mm·d~(-1)，而梯田和坡耕地蒸腾蒸发量较小，分别为3.82mm·d~(-1)、3.76mm·d~(-1)；流域不同土地利用类型下的土壤含水量分析表明：次降雨后，梯田和坡地表层土壤水分消退较慢，而退耕梯田和退耕坡地表层土壤水分消退较快；坝地土壤水分分层现象较为明显，土壤水分垂直变率大，平均为0.21，其它土地利用类型土壤水分垂直变率较小，在垂直分布上较为一致，梯田为0.08，退耕梯田为0.07，坡耕地为0.04，退耕坡地为0.07；淤地坝对流域径流系数与流域滞时有显着影响，韭园沟、王茂沟、想她沟较裴家峁、李家寨、团园沟径流系数分别减少了29.43%、34.63%、16.78%。王茂沟平均流域滞时为对比流域李家寨的3倍，反映出以淤地坝为主的流域治理措施对地表径流过程的调节作用。（2）沟道治理工程改变了流域生态水文情势，进而影响了植被的时空分布。沟道治理工程能增加局地植被覆盖度，提高植物群落的多样性，但幅度较小；韭园沟与裴家峁归一化植被指数（NDVI）特征对比分析表明：裴家峁流域NDVI值的分布出现了聚集现象，而韭园沟流域NDVI值各月份内分布较为均匀。7月份，裴家峁NDVI值集中分布在0.3～0.4之间，比例为74.77%，其次为0.2～0.3之间，比例为13.79%，二者相差达60.98%，而韭园沟7月份NDVI集中分布在0.3～0.4，比例为60.54%，其次为0.2～0.3，比例为34.75%，二者相差仅为25.79%，这间接反映了裴家峁流域植被类型较韭园沟流域较单一的特点。（3）沟道治理工程有效的拦蓄了泥沙，显着降低了流域泥沙输移比。不同尺度对比流域的输沙模数计算结果显示：韭园沟输沙模数比裴家峁减少28.09%，王茂沟输沙模数比李家寨减少67.75%，想她沟输沙模数比团园沟减少27.75%；次暴雨过程分析，王茂沟23座淤地坝共淤积泥沙159031t，王茂沟把口站输沙总量为27891t，流域出口与坝地泥沙总量为186922t，流域次暴雨土壤侵蚀模数达31310t/km~2，泥沙输移比仅为0.15，即15%的泥沙经过出口断面汇向主沟道，85%的泥沙沉积在坝地中。（4）定量分析了淤地坝淤积过程对流域沟坡稳定性和土壤侵蚀模数的调控作用。随着坝地淤积高度的增加，流域极不稳定区域逐渐减少，而极稳定区域逐渐增加。定义了流域的先锋期、过渡期以及顶级期叁个治理“演替”状态，并使用修正通用土壤流失方程（RUSLE）分析了不同“演替”阶段以及淤地坝淤积过程中的土壤侵蚀模数变化情况：先锋期与顶级期是流域水土保持治理的两个极限状态，土壤侵蚀模数分别为184.43t×hm-2×a-1与4.62t×hm-2×a-1。随着坝地淤积厚度（x）的增加（侵蚀基准面抬升），沟谷坡土壤侵蚀模数（y）呈线性减少，拟合公式为y=-1.5315x+121.15，公式的截距和斜率分别表示基准土壤侵蚀模数和侵蚀速率，其数值大小与流域峁边线位置有关，随着峁边线上移，基准土壤侵蚀模数增加，侵蚀速率减少。（5）基于流域水土保持生态水文效应，提出了土壤侵蚀控制度的概念并研究了流域侵蚀调控潜力。将流域能容纳的最大适宜水土保持措施量称为水土保持措施容量，反映了流域的水土保持治理潜力。水土保持措施容量下流域的土壤侵蚀模数称为最小可能土壤侵蚀模数，将最小可能土壤侵蚀模数与现状土壤侵蚀模数的比值定义为流域侵蚀控制度。计算得出2004年王茂沟流域侵蚀控制度为0.35，造成王茂沟流域侵蚀控制度较低的原因是流域的坡耕地面积较大以及林地面积较少，表明王茂沟流域还有进一步治理的空间。
张宁宁, 刘普灵[3]2017年在《黄土丘陵区近10年典型小流域对侵蚀环境演变的泥沙响应》文中认为针对近年来黄河泥沙的锐减现状,以2003—2011年国家退耕还林工程实施效果的显现期为背景,采用典型流域剖析的方法,深入研究了近10a来黄土丘陵区典型流域侵蚀泥沙总量以及年际变化量。结果表明:小流域土壤侵蚀强度大幅度下降,年平均侵蚀模数不足500t/(km~2·a),下降至退耕还林还草工程实施以前的8.3%;如不考虑建坝初期2003年的特殊状况,小流域2004—2011年侵蚀模数平均值为144.93t/(km~2·a),为退耕前的2.4%。这表明在新的侵蚀环境背景下该小流域的侵蚀强度已稳定在轻度以下。
申震洲[4]2006年在《REE示踪坡面侵蚀演变过程及不同下垫面撂荒地的减沙效益研究》文中指出坡面土壤侵蚀演变过程及机理历来是土壤侵蚀研究的重点,直接影响到土壤侵蚀预报模型的建立和发展。由于土壤侵蚀过程中复杂多变的内外界环境的影响和研究手段的相对局限性,对特别是自然条件下的坡面侵蚀过程的定量描述仍需进一步的研究。本研究通过在野外天然降雨条件下的径流小区中分层分段布设多种稀土元素,结合室内人工模拟降雨试验结果,定量分析了22°陡坡坡面下自然降雨过程中的坡面侵蚀产沙特征,并且进一步研究了坡面片蚀向细沟侵蚀演变的过程,以期为黄土高原土壤侵蚀预报模型的建立提供基础数据和技术支撑。另外,针对黄土高原近年来短时间、大规模、高速度的流域生态环境治理以及植被快速恢复的情况,利用不同下垫面撂荒地侵蚀小区进行坡面水沙效应动态过程监测,分析小区域单元内不同植被对产流产沙的影响,研究不同地类坡地产流产沙规律,为定量评价林草措施的水土保持效益,国家退耕还林(草)政策的后评估提供科学依据。1.天然降雨情况下坡面径流量、含沙率和侵蚀率的相关性及变化趋势在野外天然降雨条件下,坡面径流量与侵蚀率之间有很好的相关性,其相关系数为0.84-0.94,说明坡面侵蚀率的变化趋势与径流量基本吻合;径流量与含沙率的相关性不明显,这些也从侧面反映了不同时刻坡面的流失率不同。坡面的径流量、含沙率及侵蚀率基本符合随雨强增大及降雨时间延长而增大的规律,坡面累积侵蚀量降雨初期缓慢增加,当降雨进行到一定时间,片蚀向细沟侵蚀演变时,坡面累积侵蚀量出现激增点。2.研究了坡面不同侵蚀方式的演变过程受观测年度气候因素制约,在坡面产流初始阶段,片蚀是坡面侵蚀的主要方式,已经观测的数据表明叁次降雨中片蚀分别占坡面总侵蚀量的71%、48%、49%,表明坡面侵蚀仍处于片蚀-细沟侵蚀演变的初期阶段,这和以前的研究结果相符;同时可以看到细沟侵蚀量在不断增大,表明随着降雨的进行坡面侵蚀逐渐由片蚀为主过渡到片蚀向细沟侵蚀转变阶段。3.分析了次降雨情况下坡面不同部位相对侵蚀量的空间变化对次降雨条件下坡面不同部位的侵蚀泥沙来源研究表明:在可观测到的降雨时段内,片蚀为坡面侵蚀的主要方式,相对侵蚀量为总侵蚀量的70%左右,但是无论片蚀绝
邵辉[5]2013年在《渭河流域水土流失变化对梯田措施响应的模拟研究》文中研究表明由于人口增加、人类活动加剧,世界上很多河流出现降雨不减少、径流锐减甚至断流,严重影响流域及区域社会经济发展,使得人类活动特别是水土保持对河流的影响这一科学问题越来越受到关注。本研究选取具有典型意义的缺水高含沙重污染渭河作为研究对象,针对水土保持措施对河流影响研究的薄弱环节,开发了具有自主知识产权的水土保持梯田措施过程模拟模型并成功嵌入世界上广泛应用的SWAT模型当中,在对模型进行系统验证的基础上,研究了渭河区域水土流失与生态基流对梯田措施的响应,提出了基于水沙耦合及经济分析相结合的渭河流域水土保持梯田措施优化配置技术,初步构建了水土保持梯田措施模拟基本理论。取得的主要成果如下：(1)初步提出了“流域自响应理论”的概念,开发了具有自主知识产权的水土保持梯田措施过程模拟模型。提出了“流域自响应理论”的概念,认为流域系统内各部分是互相联系和运动的,运动的目标是追求系统的平衡。当系统平衡受到破坏,其系统将朝着建立新的平衡方向发展。在此基础上,设计了针对不同梯田类型的概化和分坡段模拟算法,并使用FORTRAN语言编译嵌入到SWAT流域水文模型中(第488版,累计新增代码1.8万行),实现了梯田措施对流域水土流失变化影响的模拟技术,补充了大型流域模型中水土保持措施对河流影响过程模拟的不足。(2)验证结果表明,新嵌入梯田模块的SWAT模型模拟精度较高,满足评价坡面及流域水土流失对梯田响应的技术要求。采用国内外梯田及黄土高原小流域水、沙、养分及作物产量实测资料对开发模型进行验证,结果表明：平衡偏差指标均小于0.1%,模型系统各部分功能均正常运行；反映坡面水土流失模拟值与实际符合程度的纳什系数(Nash-Sutcliffe Efficiency)在大多数条件下高于0.5,表明所开发模型能够反映坡面产流产沙及养分流失过程；梯田模块模拟的流域降水产流、产沙输沙过程偏差(PBIAS)介于-16.2%-11.2%,梯田调控效应模拟与实测结果基本吻合。表明水土保持梯田措施数学模型开发较为成功,模拟精度较好,可用于坡面及流域水、沙及养分流失过程的模拟。(3)利用基于“流域自响应理论”的新嵌入梯田模块SWAT模型对渭河径流泥沙进行初步模拟,结果表明现有水利水保措施对减少渭河河床淤积意义重大。利用上世纪60年代渭河来水来沙变化较为剧烈的资料,对模型进行参数提取和验证,结果表明模型计算纳什系数(NS)以及相对偏差(PBIAS)分别介于0.52-0.93和-16.21%-28.35%之间,该模型可较好的模拟渭河中上游地区水沙剧烈变化过程。基于1960-2009共计50年气象资料模拟结果表明,渭河干流中上游集中了渭河枯水期径流量的89.4%,对生态基流保障意义重大；而且反映出汛期来沙量占全年输沙量的86.4%,水土流失主要发生在汛期；如果不对渭河流域进行治理,渭河上中下游干流区域河床年均抬升将达到4cm、10cm和20cm,约为实测多年平均值的1.5倍,河床淤积剧烈,说明现有水土保持等措施对减少渭河河床淤积意义重大。(4)利用所建立模型,在系统研究渭河流域水土保持梯田措施对流域水沙影响的基础上,重点研究了梯田措施对河流生态基流的影响。结果表明梯田措施蓄洪补枯、削减侵蚀、防止淤积、增加生态基流。2000年规模梯田(约占干流面积10%)可减少流域年均总产流量约0.37亿m3,减少咸阳站年均输沙量1620万t,但增加咸阳站最枯月径流量3.5%,减少近期和远期生态基流不满足天数3.1和5.5天,分别占不满足总天数的26.3%和27.2%。自上世纪70年代至2009年,梯田修建已累计减少渭河上游和中游干流区域泥沙淤积1.01亿t和0.66亿t,防止河床抬升9.1cm和22.8cm,对于渭河上中游干流治理、洪水防治以及河流水质的改善具有重要的现实意义。(5)基于新嵌入梯田模块的SWAT模型及水沙耦合经济分析的流域优化配置技术可为水土保持梯田措施优化、规划配置及智能决策提供技术支撑。基于对四种典型优化配置模式进行初步分析结果表明,水平梯田减沙及减少河流泥沙浓度的能力大于隔坡梯田,但隔坡梯田投入产出比显着高于水平梯田。建议在黄土高原生态环境建设过程中首先判定侵蚀关键区域,对水土保持措施进行前期优化及合理布局,同时适量建设隔坡梯田,以达到更好的治理效果和投入产出比例。
马定渭[6]2008年在《湖南紫色土荒坡地植被恢复林草复合种植模式研究》文中指出本研究选择湖南省衡邵盆地和湘西自治州沅水河谷丘陵这一水土流失和季节性干旱同步发生的重灾区,以紫色土荒坡地植被恢复中的林草复合种植模式为对象,在客观评价林草复合种植模式综合效益的基础上,重点开展林草复合种植模式蓄水保土效应机理和林草复合种植模式设计研究,并配套探讨林草复合种植模式技术集成,为确立林草复合种植模式在紫色土荒坡地植被恢复技术体系中的主导地位提供理论支撑和应用引导,同时以丰富紫色土荒坡地植被恢复理论与技术路线。主要结论如下:1、在林草复合种植模式综合效益评价中,集成出了科学实用的新型植被恢复“复合种植”模式评价指标体系,并利用这套指标体系优选出了适宜紫色土荒山坡地植被恢复运用的林草复合种植模式。2、在林草复合种植模式蓄水保土效应机理研究中,明确了林草复合种植模式蓄水保土效应状态和效应状态产生的机理,并在此基础上提出了“生态集水”概念;进而从生态集水概念内涵和外延探讨中,论证出了适合我国南方季节性干旱区域防治干旱灾害的新技术。3、在林草复合种植模式工程设计研究中,凝炼出了林草复合种植模式工程设计应遵循的原理和原则,明确了工程设计中空间设计(包括平面设计、立体设计)和时间设计方法,并以此实证了可供紫色荒山坡地植被恢复应用的几种林草复合种植模式。4、林草复合种植模式技术集成探讨中,明确了新的林草复合种植模式类型划分依据、率先理顺了林草复合种植模式技术集成思路,并规范了龙须草与林木复合种植等模式的配套栽培技术。同时,初步研制出了林木与龙须草复合种植模式产业化开发中的核心技术—龙须草生物制浆技术。
刘刚[7]2009年在《陕北黄土高原全新世气候影响下的黄土沉积速率》文中提出陕北黄土高原是世界上水土流失最严重的地区之一,该地区的黄土沉积速率是确定容许土壤流失量的基础。全新世以来气候波动变化,对黄土的沉积和发育造成一定影响,而该时期形成的土壤与人类关系最为密切,因此需要探讨全新世气候影响下的黄土沉积速率。可为容许土壤流失量的确定以及进行黄土高原土壤侵蚀危险度评价提供理论基础及数据支撑。本研究在陕北黄土高原南部洛川县、中部延长县、北部横山县分别设置A、B、C、D共4个土壤剖面,通过分层采集土壤样品,利用~(14)C测年技术,对全新世以来各剖面不同气候影响下的黄土沉积速率进行了研究。其主要研究结果如下:(1)通过对塬面剖面A、B、D的土壤颗粒组成、土壤有机质含量、土壤pH值以及土壤CaCO_3含量进行分析,发现土壤颗粒组成和土壤CaCO_3含量随土壤年龄变化,反映出地质时期的气候变化对成土作用产生影响;而土壤有机质含量和土壤pH值随纬度的变化均表明成土作用由南向北逐渐减弱。该结果为进一步进行全新世气候变化以及黄土沉积速率时空变异的研究奠定了基础。(2)分别计算各种气候替代指标的Hurst指数和分形维数,并对各气候指标进行相关分析,探讨了各气候替代指标对各气候要素的指示关系。选取磁化率、碳酸钙含量、总有机碳含量和0.01~0.05 mm粗粉粒含量作为气候替代指标,利用小波分析方法研究了A、B、D叁个剖面全新世以来气候变化情况。结果表明,总体上,A和B剖面10000 a B.P.~8500 a B.P.为变暖期;8500 a B.P.~3000 a B.P.温湿大暖期;3000 a B.P.以来为变冷干期;而D剖面表现为,8000 a B.P.~4000 a B.P.为温湿大暖期,4000 a B.P.以来为变冷干期,其时间差异可能是由于D剖面比A、B剖面相同时期的埋藏土壤年龄偏老而造成的。(3)运用土壤深度-年龄曲线法,得到各剖面全新世以来不同气候条件下黄土沉积速率,A、B、D剖面全新世平均黄土沉积速率为0.0179 cm/a、0.0153 cm/a、0.0213 cm/a。该研究区黄土沉积速率分布图表明,黄土沉积速率由西北向东南逐渐减小,并且在中部出现了极低值点。利用磁化率重建历史时期降雨量变化状况,并根据降雨量与土壤侵蚀强度的关系分析了地质时期土壤侵蚀情况,详细讨论了土壤侵蚀对各气候时期的沉积速率的影响,发现此极低值是由该地区地质时期土壤侵蚀造成的。因此,黄土沉积速率受到土壤侵蚀作用的影响。土壤深度-年龄曲线法得到的黄土沉积速率可以对这一综合结果进行精确地定量表达。(4)首次通过塬面和坡面对比研究,利用土壤年龄、黄土沉积速率以及气候替代指标,复原了12000 a B.P.以前C剖面所处坡面的地貌,并且发现该坡面12000 a B.P.以来由于受到自然侵蚀和人为加速侵蚀的共同作用,导致土壤侵蚀速率大于沉积速率,为定量研究地质时期土壤侵蚀及地貌提供了新的思路和方法。(5)通过计算土壤流失量与黄土沉积量的比值,定量探索了区域及流域土壤侵蚀危险度。结果表明,洛川县、延长县和横山县土壤侵蚀危险度分别为14.1、43.3和24.8,均远远大于1,因此该地区为水土流失重点防治区域。随着对燕沟流域治理度的增加,土壤侵蚀危险度Vdan值由1997年的28.8逐渐降低到2007年的0.2,土壤侵蚀已不具危险性,因此治理效果较好。本论文研究为确定土壤容许流失量以及明确土壤的发生、发育规律提供了理论基础;为定量研究地质时期地貌提供了新的思路和方法;黄土沉积速率在土壤侵蚀危险度评价方面的应用可以为环境治理决策提供理论依据。
张风宝[8]2008年在《~7Be沉降在地表分配规律及在示踪坡面侵蚀过程中的应用研究》文中研究表明大气沉降核素~7Be由于连续性沉降且半衰期较短而成为研究次降雨和短期内(季节性)土壤侵蚀规律的核素,目前对~7Be的利用主要基于~7Be与137Cs、210Pbex具有相似的沉降-土壤吸附-运移规律,而对于~7Be自身示踪土壤侵蚀的一些基础性问题及利用~7Be示踪研究坡面侵蚀过程的报道较少。本文以野外采样、布设试验和室内分析相结合的方法,研究~7Be区域沉降特征,植物对~7Be的截留吸收,~7Be沉降后在土壤-径流-泥沙-植物中的分配规律等问题,在此基础上单独利用~7Be示踪技术,采用野外人工模拟降雨,研究次降雨小区坡面侵蚀过程的动态演变,主要得到以下结论:1 ~7Be沉降特征及在地表分配的规律黄土高原地区雨水中~7Be浓度变化较大;~7Be月沉降量雨季大于非雨季,月沉降量与月降雨量呈显着线性相关;~7Be月干沉降量在冬春季较大,雨季较小。~7Be在土壤中主要以残渣态存在,可交换态量较少,土壤粒径小于0.001mm土粒吸附~7Be量占土壤中~7Be总量的65%左右。地表不同层次的植被覆盖物都截留吸收~7Be,不同植物种中~7Be含量的差异很大,不同类型植物中~7Be的平均含量是草本植物>半灌木及小灌木>种植作物;玉米叶中~7Be量约占整株玉米中~7Be量的68%-78%。不同植物类型在生长过程中体内~7Be含量的变化明显不同,但单位面积截留吸收~7Be量都呈增加趋势,随着植物的生长,对土壤中~7Be含量影响越来越大。通过对各小区的分析发现,在整个雨季坡耕地小区约3.21%的~7Be随径流流失,约9.86%是随泥沙流失;荒草地小区中2.39%的~7Be随径流流失,0.97%随泥沙流失,29.96%的被植被截留吸收;灌木地小区中约1.18%的~7Be随径流流失,0.53%随泥沙流失,31.83%被植被截留吸收。因此在利用~7Be示踪土壤侵蚀时一定要考虑径流因子和植被因子对示踪结果的影响。2 ~7Be示踪估算土壤侵蚀速率定量模型精确度的验证在长宽相同坡度不同的径流小区,进行人工模拟降雨,利用Walling模型和杨明义模型能够准确计算小区坡面片蚀量,在没有发生细沟侵蚀的5°小区,与实测侵蚀量的相对误差分别为6.67%和1.9%;Wilson模型能够比较准确的计算出降雨过程坡面的总侵蚀量,与实测值比较,相对误差为3.59%～14.47%。利用Wilson模型可以弥补Walling模型和杨明义模型只能计算片蚀量的不足,比较准确的计算出整个坡面的侵蚀量。3小区坡面侵蚀强度的空间分布规律对于面积相同的小区,通过利用Walling模型计算的片蚀量及人工手测细沟侵蚀量,发现小区坡面中上部片蚀强度高,距坡脚3.5m左右的区域片蚀最剧烈,在坡面下部有沉积出现;小区坡面中下部细沟侵蚀强度大,距坡脚1.5m左右区域侵蚀剧烈;一般情况下,侵蚀强度在小区距坡脚1.5～3.5m的区域内侵蚀强度最大,坡上部和坡脚侵蚀强度弱。片蚀泥沙主要来源于小区坡面距坡顶0～2m区域,占总片蚀量的60%以上,细沟侵蚀泥沙主要来源于坡面的中下部,占总细沟侵蚀量的75%以上;整体上侵蚀泥沙主要来源于小区坡面中部。利用~7Be示踪计算出次降雨侵蚀后小区坡面的泥沙输移比,各小区泥沙输移比在0.687～0.987之内,除5°小区外,其它小区泥沙输移都比接近于1。4利用~7Be示踪定量区分次降雨侵蚀过程中片蚀和细沟侵蚀量的动态变化利用杨明义模型定量分析了次降雨下坡面片蚀向细沟侵蚀动态演变过程。发现实测细沟出现时间和模型计算的细沟出现时间比较接近,最大片蚀速率出现时间总早于最大细沟侵蚀速率出现的时间;侵蚀最剧烈的时间发生在降雨的中前期,是片蚀和细沟侵蚀最强烈的时段;各小区的侵蚀量差别主要源于细沟侵蚀量的差别,片蚀量差异并不大。结合~7Be示踪坡面侵蚀过程的结果,研究发现小区内坡面细沟分维数不仅可以表征细沟的发育过程,细沟发育的复杂程度,而且在一定程度上能反映整个坡面侵蚀过程中侵蚀强弱的动态变化。5次降雨侵蚀过程中泥沙颗粒组成及有机质含量的变化次降雨过程中侵蚀泥沙颗粒体积分形维数的变化能够反映泥沙颗粒组成的变化,0.001mm泥沙颗粒粒径是泥沙颗粒体积分形维数变化的临界直径。对仅发生了片蚀的小区,泥沙颗粒体积分维数与侵蚀前坡面土壤颗粒体积分维数相比明显变小;对于片蚀和细沟侵蚀都发生的小区,泥沙颗粒体积分维数与侵蚀前坡面土壤体积颗粒分维数相比变化复杂;片蚀有导致大于0.001mm的泥沙颗粒含量增大的趋势。在小于25°的小区泥沙有机碳含量随降雨的进行逐渐降低并趋于稳定,25°和30°小区的变化不大;各小区侵蚀泥沙都富集有机碳,与坡面土壤有机碳含量比较呈显着性增高。小于25°的各小区片蚀过程更易于富集有机碳,细沟侵蚀产生的泥沙有机碳含量小于片蚀产生泥沙的有机碳含量,但不管是片蚀量增大和还是细沟侵蚀增大,都能导致泥沙中有机碳含量的降低。土壤侵蚀强度与土壤有机碳的流失程度呈显着的线性正相关(P<0.01)。
岳本江[9]2015年在《延河流域水沙演变及对土地利用/覆被变化的响应》文中进行了进一步梳理自二十世纪以来,气候变化和人类活动对全球生态环境的影响愈加明显,尤其对地表水资源的时空分布和水文循环中的多种要素(流量、输沙量)有深远影响,已引起了全球的广泛关注。气候变化和人类活动可以改变全球水文循环的状态,导致水在时间和空间的重新配置,进而对降水,蒸发,径流,土壤水分等产生直接的影响。由于人口剧增和经济的快速发展,频繁的人类活动已经改变了大多数地区的土地利用与植被覆盖状况,深刻影响了水循环的自然过程。人类活动可以改变水循环的下垫面状况,影响水资源的时空分布以及河网特征等,并可以通过土地利用/覆被变化,耕作、城镇化等地表物理过程及其他相关的活动影响流域及区域尺度的水文过程,对流域径流等因子产生直接的影响。因此,深入挖掘流域水沙变化的气候、土地利用/覆被变化、水土保持等因素,分析流域气候水文、气候、植被覆盖等要素的变化趋势,揭示气候变化和流域水文的关系,定量区分气候和人类活动对流域水沙变化的影响,对指导并治理流域水土流失、提高流域水文管理有效性等方面具有重要的理论和实践意义。本论文以黄土丘陵沟壑区延河流域为研究区域,利用流域内气象和水文观测站50年的历史资料,运用Mann-Kendall趋势检验和Pettitt突变检验、Sen斜率估计等方法,系统研究流域历史降雨、温度、流量和输沙量的时空变化特征。以归一化植被指数NDVI为研究对象,分析了延河流域1982-2006年尤其是自1998年退耕还林以来的植被恢复状况,定性分析了植被恢复与降雨和气温因子间的相互关系,以及植被恢复与人类活动引起的土地利用/覆被变化的关系;在流域输沙量曲线估算中,将植被指数NDVI作为参数引入经验公式,提出了植被恢复模式下更适合估计流域输沙量的经验模型;以1990-2010气候、植被、径流资料为对象,基于Budyko假设和水量平衡方程定量评估了降水变化和土地利用/覆被变化在不同历史时期对流域径流变化的影响。本文得到的主要结果为:(1)延河流域1961-2010年间,降雨量和平均气温的年内分布变化趋势基本一致,年内变化剧烈。全年、生长季、四季之间降雨量、平均气温存在一定的年际变异,变异系数分别为0.24至0.75和-0.39至0.09。其中,降雨量和平均气温变异系数均以冬季最高。延河流域年降雨量较多年平均水平盈亏交替出现,无明显的旱涝趋势。不同时间尺度的降雨量和平均气温气候趋势系数和mann-kendall趋势检验同时表明,延河流域年降雨量和平均气温分别存在微弱的减少趋势和显着的增加趋势,经sen斜率法估计年降雨量的减少速度为0.709mma-1,年均气温的增加速度为0.041℃a-1。不同时间尺度的气温序列中,突变年份各不相同,但均达到了pettitt突变检验p=0.05的显着性水平,其中年均、生长季、冬季温度的时序突变达到了p=0.01的极显着水平。(2)在描述降雨侵蚀力和年降雨量关系时,幂函数关系模型在延河流域适用性更高。所选模型计算的降雨侵蚀力差异很大,从最小值906.51mjmmha-1h-1a-1(方程4-4)到最高值5840.72mjmmha-1h-1a-1(方程4-7)间变化。通过与参考值进行平均绝对误差的分析,angulo-martínez和beguería(2009)提出的利用修正的傅里叶指数mfi估计降雨侵蚀力的幂函数方程在我们的研究区更加适用,其平均绝对误差为3.62%。作为降雨侵蚀指标,修正的傅里叶指数和再次修正的傅里叶指数与年降雨量的相关系数为0.85和0.77,比傅里叶指数更为适于延河流域地区降雨侵蚀力的估算。降雨季节性指数(0.69-1.16)和降雨集中性指数(14.51-30.61)的结果显示,延河流域全年降雨量存在很明显的季节性变异,以si和pci衡量的降雨月分布与年降雨量共同影响降雨侵蚀力年际尺度的时间变异。延河流域多年降雨侵蚀力的气候趋势系数为-0.12,呈微弱的减少趋势,因此,延河流域泥沙变化的研究时,可认为降雨因子的变化对泥沙的变异影响不大。(3)延河流域1982-2006年年均、生长季平均ndvi值分别为0.253和0.324,且具有空间分异性,总体上从南到北呈阶梯状递减分布,在时间上有轻微增加的趋势,退耕还林以来增加速度变快。经slope分析,延河流域1982-2006期间的ndvi指数在空间上以基本不变为主,自1998年退耕还林以来,流域植被有大面积的轻微改善。四季植被覆盖变化中,夏季ndvi的年际波动变化对年均ndvi变化影响最大。夏季植被覆盖指数呈不显着的下降趋势,年均、生长季、春季、秋季及冬季ndvi指数均呈不显着的增加趋势,各时间尺度均无显着意义的突变点。(4)气温对于ndvi变化的影响较降雨强。半月ndvi与降水、气温最大的偏相关系数分别出现在前第一个半月和前第二个半月(rndvi降水·气温=0.435,p=0.01;rndvi气温·降水=0.833,p=0.01)。植被对降水、温度的响应在年内变化上分别存在半个月和一个月的滞后期,并分别具有一个月和两个月的累积效应。全年、生长季、春年降水与年均NDVI均呈极显着正相关,冬季降水和平均NDVI呈极显着负相关。春季气温序列与NDVI变化间存在显着的正相关关系,生长季与夏季气温与NDVI指数间存在较弱的负相关关系。在年际变化上,月尺度NDVI与降雨和气温间同样存在一定的滞后与累积效应。(5)自1980年到2006年期间延河流域的土地利用/覆被发生改变,且土地利用主要在农耕地、草地和林地之间转换,综合土地利用动态度达50.62%。地类间的相互转变可以直接反映到流域NDVI植被指数,影响地表植被覆盖类型与面积,通过改变土壤入渗性及植被截流影响流域的产流、输沙等水文过程。(6)延河流域,流域流量和输沙量主要集中在汛期,分别占全年总量的63.78%和98.44%。延河流域不同时间尺度流量、输沙量变异系数变幅较大,且流量的变异系数较输沙量小,输沙变化对侵蚀环境变化较流量更加敏感。年流量和年输沙量存在比较明显的年际差异,流量输沙间存在极强的相关关系。甘谷驿站年流量、输沙量序列分别呈现显着、极显着的递减趋势,且无显着意义的突变年份。(7)延河流域流量与输沙量与降雨因素呈一定的正相关关系,与NDVI植被覆盖因子呈一定的负相关性。1982-2006年年流量和年输沙量与降雨因子较其与植被因子的相关性强,水文要素对气候因子更加敏感。两要素与降雨和NDVI的相关性最高值分别出现在当年和当年与上年累积,流量、输沙量与NDVI间存在更强的滞后关系。通过将NDVI因子引入输沙-流量关系,认为引入NDVI指数的改进输沙方程6-2、方程6-6形式较常规输沙曲线,可以更好地揭示并评价流域输沙量-流量关系对土地利用/覆盖变化的响应。(8)延河流域1990年至2010年期间,年径流、年降雨量、年潜在蒸发量和NDVI值均具有一定的年际变异。其中,降雨无明显的变化趋势,径流量减少,潜在蒸发有一定程度的增加(P=0.05)。退耕还林政策极大地改变了延河流域的土地利用/覆被状况,1998年至2008年NDVI年值在P=0.01水平显着增加。退耕过程中林地和草地的增加极大地改变了研究地的水文循环状况和水资源的再分配。气候变化和土地利用/覆被变化均对延河流域径流的减少有一定的影响。在S-1阶段(退耕6年),气候变化占影响径流减少影响率的65.8%,而在S-2阶段(退耕12年),影响径流减少的主导因子成为土地利用/覆被变化,其对径流减少的贡献率为77.4%。退耕还林在调控地区水土保持过程中产生了显着的生态水文调节效应。
寇萌[10]2016年在《黄土丘陵沟壑区抗侵蚀植物及其群落特征研究》文中认为黄土丘陵沟壑区水土流失严重,土壤侵蚀严重干扰着植物的发育与演替过程。在土壤侵蚀严重地区生存的植物,采用不同的生存策略适应和抵抗土壤侵蚀造成的各种胁迫与干扰,并能发展为可抵抗土壤侵蚀的植物群落。本研究基于对黄土丘陵沟壑区延河流域多年植被调查资料的整理分析,根据抗侵蚀植物定义及Braun-Blanquet植物社会学方法,筛选该区潜在的抗侵蚀植物,探讨其适应机制及其在群落中的作用,分析不同抗侵蚀植物的演变规律;通过对不同侵蚀环境下植物群落的调查与分析,阐明植被恢复过程中不同抗侵蚀植物群落改善土壤侵蚀环境的能力;通过计算不同抗侵蚀植物群落结构化植被因子指数,并结合其土壤侵蚀量数据,探明能够抵抗土壤侵蚀的群落结构特征。主要研究结果如下:1)共筛选出潜在抗侵蚀植物42种,分属18科33属。禾本科、豆科、菊科、蔷薇科在研究区占优势地位,是退耕地植被恢复演替过程中的主要植物组成。该区气候的自然选择决定了地区植物生长型以灌、草为主,灌木多为高位芽或地上芽植物,多年生草本植物以地面芽为主;水分生态类型以中生、旱生为主。2)42种抗侵蚀植物通过土壤种子库、植冠种子库、种子萌发休眠策略、幼苗建植及营养繁殖等方式维持自身的生存繁衍;通过解剖形态上的特殊结构、厚的保护组织、发达的栅栏组织以及生理上的抗氧化机制和渗透调节作用中的一种或是数种机制来适应侵蚀环境。不同抗侵蚀植物生态位宽度在0.023-0.359之间,抗侵蚀植物在适宜生境中可作为群落优势种或伴生种,在其它生境条件下是群落偶见种。3)在自然恢复过程中,草本群落演替后期抗侵蚀植物开始出现生境分化;延河流域南部森林带、中部森林草原带的沟坡与沟沿线等局部区域分别有乔、灌木的分布,北部草原带则少见灌木。在刺槐林下植被恢复过程中,林下出现的抗侵蚀植物较少,只有部分一年生杂草和禾本科植物的存在;人工林逐渐衰退后,演替中后期的植物开始成为林下植被的优势种。在人工灌木林生长相对稳定的时期,林下抗侵蚀植物并没有出现更替。4)由较多物种形成的群落结构尤为重要,不同物种组成的地上和地下复杂层次结构才能起到有效改善土壤侵蚀环境的作用。抗侵蚀植物群落的改善能力与群落所处的生境密切相关,在延河流域南部森林带,乔、灌、草形成的群落层次结构及较多的枯落物是改善土壤环境的主要因素;在中部森林草原带和北部草原带,植物细根的作用是改善土壤环境的关键因素。5)不同群落类型有各自能有效减少土壤侵蚀强度的结构化植被因子指数Cs。演替早期群落及人工林未表现出较强的减蚀能力,当Cs分别大于20%和30%左右,且草本层和枯落层盖度较大时,土壤侵蚀强度小于2500 t km-2 yr-1。演替中、后期群落及自然乔、灌群落Cs分别大于30%和36%,且近地面的灌木、草本层及贴地面的枯落层中至少有一层盖度较大时,可有效减少土壤侵蚀,尤其在暴雨年份,禾本科植物群落及自然乔、灌群落能有效控制土壤侵蚀,当Cs分别大于38%和30-40%,且近地面至少有一层盖度较大时,土壤侵蚀强度小于黄土高原地区允许土壤流失量。不同水文年群落能有效抵抗土壤侵蚀的Cs值有明显区别,暴雨年份植物群落有效减少土壤侵蚀所需的Cs值较高。
参考文献：
[1]. 燕沟流域侵蚀强度演变特征研究[D]. 王晓燕. 西北农林科技大学. 2003
[2]. 黄土高原丘陵沟壑区沟道治理工程的生态水文效应研究[D]. 高海东. 中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）. 2013
[3]. 黄土丘陵区近10年典型小流域对侵蚀环境演变的泥沙响应[J]. 张宁宁, 刘普灵. 水土保持学报. 2017
[4]. REE示踪坡面侵蚀演变过程及不同下垫面撂荒地的减沙效益研究[D]. 申震洲. 西北农林科技大学. 2006
[5]. 渭河流域水土流失变化对梯田措施响应的模拟研究[D]. 邵辉. 西北农林科技大学. 2013
[6]. 湖南紫色土荒坡地植被恢复林草复合种植模式研究[D]. 马定渭. 湖南农业大学. 2008
[7]. 陕北黄土高原全新世气候影响下的黄土沉积速率[D]. 刘刚. 中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）. 2009
[8]. ~7Be沉降在地表分配规律及在示踪坡面侵蚀过程中的应用研究[D]. 张风宝. 西北农林科技大学. 2008
[9]. 延河流域水沙演变及对土地利用/覆被变化的响应[D]. 岳本江. 中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）. 2015
[10]. 黄土丘陵沟壑区抗侵蚀植物及其群落特征研究[D]. 寇萌. 中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心). 2016