黄土高原生态分区及概况

黄土高原地域广阔,水土流失区域差异显著。为了有效治理水土流失,评估水土流失治理技术和模式及生态恢复建设工程的成效性,需要对黄土高原进行区域划分。依据自然条件、水土流失治理技术和模式的区域性特征及差异,基于国家基础地理信息系统数据的县级行政界,对其进行合并,进行生态分区的划分,并分别统计其气候、地形地貌、植被特征及水土流失现状,以期为黄土高原水土流失治理技术和模式的改良优化提供依据。主要结论如下:(1)黄土高原分为黄土高塬沟壑区,黄土丘陵沟壑区,沙地和农灌区,土石山区及河谷平原区。其中黄土高塬沟壑区和黄土丘陵沟壑区分别划分为两个副区。(2)黄土高原的气候、植被、水土流失具有明显的分区差异。降水和植被覆盖度自东南向西北递减,二者在空间分布上具有很好的一致性,降水量大的分区,植被覆盖度也高。在年际变化方面,丘陵沟壑区B2副区降水量呈增加趋势,其他分区呈减小趋势,变化均不显著。80年代以来,黄土高原和各生态分区的植被覆盖度均逐渐增加,黄土丘陵沟壑区的增加量最大。各分区的面平均气温均呈非显著增加趋势,90年代以来增温明显。(3)1970年以来,黄土高原侵蚀产沙强度减弱趋势显著,至2002—2015年,多年平均输沙模数在0.13—3924 t km~(-2) a~(-1)之间,侵蚀强度最大为中度侵蚀(2500—5000 t km~(-2) a~(-1)),但面积较小,主要分布于第二高塬沟壑区的泾河流域。     

黄土丘陵沟壑区水分的植被生产力模型——以陕西清涧县为例

针对半干旱区水分的植被生产力问题,以黄土丘陵沟壑区典型地陕西清涧的人工刺槐林为研究对象,对植被生长量的成因进行理论假定和分析,结合该地刺槐的解析木分析资料和相对应的同期降水数据,研究了清涧地区刺槐生长与水分的关系,建立了该区水分一刺槐生长的半理论／半经验模型。结果表明：黄土丘陵沟壑区刺槐的材积生长率与水分的变化率具有较好的线性关系。     

黄土丘陵沟壑区土壤养分含量的高光谱预测模型

基于高光谱数据快速准确估算土壤养分含量,可为土壤养分监测及土壤理化参数反演提供优化方法.本研究在陕北黄土丘陵沟壑区选取典型样地,分析土壤养分含量与光谱反射率的定量关系,采用连续投影算法提取其光谱特征波长,利用偏最小二乘法、多元线性回归法、支持向量机法分别对土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量进行预测并对比分析,构建该区域土壤养分含量的最优高光谱预测模型.结果表明: 黄土丘陵沟壑区土壤养分含量与光谱反射率在可见光区(400～760 nm)和近红外区(760～1100 nm)相关性较高,相关系数最大值均位于这两个光谱区间.4种土壤养分含量的SPA-SVM模型的普适性好且反演精度高,建模过程简单高效,适用于小数据量试验.本研究结果可为采用机器学习算法构建黄土丘陵沟壑区土壤养分含量高光谱预测模型提供参考.     

气候变化对黄土丘陵沟壑区植被净第一性生产力的影响模拟

以黄土丘陵沟壑区典型小流域纸坊沟流域为例,利用当前气候状况和不同气候情景下的气象数据驱动植被净第一性生产力模型VSIM,模拟气候变化对黄土丘陵沟壑区植被净第一性生产力（NPP）的影响.结果表明：（1）流域NPP对温度升高比对降雨变化的反应更为敏感,土壤水分状况受降雨变化影响显著,温度升高后流域土壤水分也明显下降.（2）草本和半灌木群落的NPP由于温度升高降低最多,沙棘灌丛的NPP受降雨变化影响最为明显,而刺槐林、苹果林和柠条灌丛对降雨变化反应不敏感;（3）综合降雨和气温都增加的情况,流域NPP仍呈下降趋势,只有沙棘灌丛因降雨的增加NPP减小的程度明显降低;（4）大部分植被类型在降雨和温度升高后水分利用效率降低,只有沙棘灌丛和铁杆蒿群落在降雨增加后有所提高,除铁杆蒿群落外,降雨减少使得大部分植被类型的水分利用效率提高.     

草兔消化道长度和重量的季节变化

为探讨栖息于陕北黄土丘陵沟壑区草兔的消化道特征与季节变化之间的适应关系,对自然环境中不同季节草兔消化道长度和重量进行了测定。结果表明:草兔的消化道几乎各项指标都表现为冬季最高,夏季最低。但冬季和秋季、春季和夏季的多数指标无显著性差异,而夏季和秋季的多数指标则差异显著。孕兔比未孕兔仅在胃干重和盲肠长两个指标方面显著增大。这些结果表明,草兔消化道长度和重量的差异与其消化适应策略有关。在低温、食物质量下降等因子的胁迫下,草兔通过调整消化道形态结构来适应能量需求的增加,这反映了该物种对黄土丘陵沟壑区冬季严寒、全年干旱少雨、降雨主要集中在夏季且日温差较大等环境特征的适应模式。     

黄土丘陵沟壑区水平梯田改土培肥增产技术措施体系

黄土丘陵沟壑区水平梯田改土培肥增产技术措施体系刘东海赵廷宁（宁夏西吉县农业局７５６２００）（北京林业大学水土保持学院１０００８３）赵国杰（宁夏西吉县农业技术推广站７５６２００）ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆＳｏｉｌＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔａｎｄＹｉｅｌｄＩｎ...     

黄土高原先锋种猪毛蒿叶片形态解剖与生理特征对立地的适应性

为了揭示黄土丘陵沟壑区撂荒地植被演替前期优势种猪毛蒿(Artemisia scoparia)对该区立地环境的适应性,探讨猪毛蒿演替生态位的变化,研究了陕北黄土丘陵沟壑区3种立地环境下(阳峁坡、峁顶、阴峁坡)猪毛蒿叶片形态解剖和生理特征的变化,以及这些变化与生态因子之间的相互关系。结果表明:(1)猪毛蒿叶片具有适应该区半干旱环境的形态及解剖结构:叶片针形化、具表皮毛、环栅型叶肉组织、海绵组织特化为贮水组织、维管束退化、具裂生分泌腔,C3植物呈现类似CAM植物的叶片特性;(2)在土壤、空气湿度相对干燥和强光生境的阳峁坡与峁顶,猪毛蒿具有较小的叶面积、发达的栅栏组织、致密的表皮毛和紧密的细胞间隙,而在生境条件较好的阴峁坡则呈相反趋势;(3)阳峁坡猪毛蒿叶片相对含水量和叶绿素含量较小,超氧阴离子自由基增加,但植物体内超氧化物歧化酶和抗坏血酸含量增加以清除植物体内产生的活性氧;(4)冗余及相关性分析表明,猪毛蒿叶片形态、解剖和生理指标的可塑性对立地光照强度、土壤水分和有机质含量较为敏感,同时其形态解剖与生理可塑性可共同调节来适应生境。综合分析,猪毛蒿对陕北黄土丘陵沟壑区撂荒初期光照强度大、土壤贫瘠但土层干化现象尚未出现的立地环境有较好的适应性,使其成为黄土高原植被自然演替过程中的先锋物种。     

黄土丘陵沟壑区典型人工林土壤CO2释放规律及其影响因子

为了解黄土丘陵沟壑区人工林土壤有机碳排放特征,于2007年8月、2007年10月和2008年5月对黄土丘陵沟壑区杏树、沙棘和刺槐3种人工林下土壤CO2释放速率及相关环境因子进行研究,探讨了半干旱地区侵蚀环境下不同植被土壤CO2释放速率的变化规律及影响因子.杏树、沙棘和刺槐3种人工林土壤CO2释放存在差异,日平均释放速率分别为0.83～2 61μmol·m-2·s-1、0.83～3.32μmol·m-2·s-1和0.80～3.45μmol·m-2·s-1,刺槐和沙棘人工林土壤CO2释放速率高于杏树林,3种人工林的土壤CO2释放速率日变化及季节性变化表现一致,春季和夏季的土壤CO2释放高于秋季.相关分析表明,土壤温度是影响土壤CO2释放的主要因子,但在干旱的春季和夏季,土壤水分是土壤CO2释放的主要限制因子,同时,土壤理化性质和微生物生物量也对土壤CO2释放有显著影响.     

兰州地区植被的历史演替

文章揭示了兰州地区植被的历史演替过程。结果表明：该地区从早更新世以来,有5种植被型：（1）草原,主要分布于黄土丘陵沟壑区和河谷地带;（2）森林和森林草原,主要分布于较高的山地;（3）其它还有疏林草原和荒漠植被。     

黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀环境下芽库的季节动态及垂直分布

研究了陕北黄土丘陵沟壑区5种土壤侵蚀环境(阳沟坡、阳峁坡、峁顶、阴峁坡、阴沟坡)下的植被组成、芽库组成、芽库季节动态及垂直分布特征.结果表明:该区拥有永久性芽库的多年生物种占总物种数的80.3%,具季节性芽库的一年生植物占19.7%.在侵蚀严重的阳沟坡和阳峁坡,植物返青期的永久性芽库存量较大,而在侵蚀强度较小的峁顶、阴沟坡和阴峁坡,植物开花结实期的季节性芽库密度较大.不同侵蚀环境下地下部分芽库库存量占总永久性芽库的比例较稳定,地面永久性芽库存量在阳坡较大,而地上部分季节性芽库存量在阴坡和峁顶较大.由于不同侵蚀环境下植物群落的物种组成不同,加上土壤侵蚀干扰和植物季节更新,影响了芽库在季节及垂直分布上的变化.在黄土丘陵沟壑区植被更新过程中,芽库具有重要作用.     

加速侵蚀对土壤腐殖酸动态变化的影响

土壤腐殖酸的流失是土壤退化的标志之一。林地被开垦破坏后,土壤腐殖酸的流失程度在坡面上的空间分布与侵蚀方式和侵蚀强度相对应,坡面中部和中下部浅沟沟槽处最为严重,细沟侵蚀区次之,梁峁上部片蚀区相对最弱。侵蚀土壤中的腐殖酸总碳、胡敏酸碳和富啡酸碳含量随开垦年限的增加呈指数减少,其减少程度受侵蚀强度和侵蚀方式的影响。腐殖酸的流失程度与加速侵蚀造成的土壤剖面破坏密切相关。恢复植被可使土壤腐殖酸逐渐增加,土壤肥力得到恢复,土壤退化过程得到逆转。     

典型黑土区侵蚀-沉积对土壤微生物数量空间分布的影响

研究土壤微生物群落对土壤侵蚀-沉积的响应可为农业生态系统功能提升提供重要指导.选择黑龙江省典型薄层黑土区宾县宾州河流域为研究区,分析土壤微生物数量的空间分布特征,并结合137Cs示踪方法估算土壤侵蚀模数,进一步分析坡面和流域尺度土壤侵蚀-沉积对土壤微生物数量的影响.结果表明:季节变化对土壤微生物数量的影响非常明显,夏季...     

基于东北漫岗黑土区坡耕地沟蚀防治的防护林带布局优化

防护林带体系是东北漫岗黑土区坡耕地的重要组成部分,对坡耕地上侵蚀沟的发生、发展具有重要影响.本文以黑龙江省鹤山农场典型小流域为研究对象,基于Quickbird高精度遥感影像和数字高程模型,结合实地调查结果,分析防护林带分布对坡耕地侵蚀沟发生、发展的影响,并根据坡耕地沟蚀特点及其与防护林带分布的相关关系,提出防护林带分布的优化方案.结果表明:当前不合理的防护林带布局,直接或间接地促进了坡耕地浅沟和切沟的发生和发展.优化方案包括:调整防护林带走向为横坡林带,加强林带维护和更新,以减少林带间断,增加林带条数,减小林带间距等,同时提出了坡面林带条数和林带间距的计算方法.研究结果可为典型漫岗黑土区坡耕地的沟蚀防治和防护林带规划提供科学依据.     

露天矿排土场平台-边坡系统侵蚀形态及径流产沙特征

露天矿排土场平台径流汇集量大且急促,常导致边坡发生强烈沟蚀。排土场平台-边坡系统集中来水条件下的侵蚀过程研究仍十分薄弱。本研究以平台-边坡系统为对象,采用野外放水冲刷试验方法,研究不同放水流量(48、60、72、84 L·min^-1)下系统径流、产沙及侵蚀形态演变规律。结果表明: 48 L·min^-1流量时,平台-边坡系统以细沟侵蚀为主,60～84 L·min^-1流量下系统发育形成切沟。平台、边坡流速随放水历时呈突变-波动-稳定变化趋势,平台流速小于边坡径流流速,减幅为8.3%～67.1%,边坡流速为边坡上/下部最大,较中部增加18.5%～44.6%。平台和边坡产沙率随放水历时呈现突变-波动-稳定3个阶段,边坡产沙率高达平台的17.4倍;平台上细沟侵蚀产沙量占比高达86.6%～95.1%,60～84 L·min^-1流量下边坡切沟侵蚀产沙量占比高达69.2%～86.6%。平台侵蚀沟宽深比大于边坡,边坡宽深比为边坡上部最小,边坡中/下部最大,是边坡上部的1.36～1.93倍,侵蚀沟沿平台至坡脚总体上呈“宽浅-窄深-宽浅”式发展;48 L·min^-1流量下侵蚀主要集中在平台与边坡中部,侵蚀体积占比分别为29.9%、26.8%;60～84 L·min^-1流量时,侵蚀集中在边坡上部,占总侵蚀体积的36.1%～44.7%。结果可为陕北露天矿排土场平台-边坡系统沟蚀防治及侵蚀产沙模型的建立和修正提供参考。     

Stocks and dynamics of SOC in relation to soil redistribution by water and tillage erosion

Soil organic carbon (SOC) displaced by soil erosion is the subject of much current research and the fundamental question, whether accelerated soil erosion is a source or sink of atmospheric CO₂, remains unresolved. A toposequence of terraced fields as well as a long slope was selected from hilly areas of the Sichuan Basin, China to determine effects of soil redistribution rates and processes on SOC stocks and dynamics. Soil samples for the determination of caesium‐137 (¹³⁷Cs), SOC, total N and soil particle size fractions were collected at 5 m intervals along a transect down the two toposequences. ¹³⁷Cs data showed that along the long slope transect soil erosion occurred in upper and middle slope positions and soil deposition appeared in the lower part of the slope. Along the terraced transect, soil was lost over the upper parts of the slopes and deposition occurred towards the downslope boundary on each terrace, resulting in very abrupt changes in soil redistribution over short distances either side of terrace boundaries that run parallel with the contour on the steep slopes. These data reflect a difference in erosion process; along the long slope transect, water erosion is the dominant process, while in the terraced landscape soil distribution is mainly the result of tillage erosion. SOC inventories (mass per unit area) show a similar pattern to the ¹³⁷Cs inventory, with relatively low SOC content in the erosional sites and high SOC content in depositional areas. However, in the terraced field landscape C/N ratios were highest in the depositional areas, while along the long slope transect, C/N ratios were highest in the erosional areas. When the samples are subdivided based on ¹³⁷Cs‐derived erosion and deposition data, it is found that the erosional areas have similar C/N ratios for both toposequences, while the C/N ratios in depositional areas are significantly different from each other. These differences are attributed to the difference in soil erosion processes; tillage erosion is mainly responsible for high‐SOC inventories at depositional positions on terraced fields, whereas water erosion plays a primary role in SOC storage at depositional positions on the long slope. These data support the theory that water erosion may cause a loss of SOC due to selective removal of the most labile fraction of SOC, while on the other hand tillage erosion only transports the soil over short distances with less effect on the total SOC stock.     

黄土丘陵沟壑区黄土坡面侵蚀过程及其影响因素

降雨强度、坡长、坡度是影响坡面产流产沙的重要因素。为定量分析降雨强度、坡长、坡度对黄土丘陵沟壑区安塞黄土坡面侵蚀过程的影响,本研究基于室内人工模拟降雨试验,分析2个坡长(5、10 m)、3个坡度(5°、10°、15°)、2个降雨强度(60、90 mm·h^-1)下安塞黄土坡面产流产沙规律。结果表明: 初始产流时间随坡长增加呈减小趋势,但总体变化不大;初始产流时间随降雨强度增加而减小,与60 mm·h^-1相比,90 mm·h^-1下缩短5.7～18 min;10°坡度上的径流起始时间最快。随降雨历时延长,产流率先快速增加,最终逐渐稳定在某一产流率值上下波动;产沙率在产流初期短时间内突然升高,达到最大值后减小,再逐渐达到稳定。产流率和产沙率随坡长和降雨强度的增加而增加,但随坡度变化规律不明显。随着降雨强度、坡长和坡度的增加,总产沙量相应增加。在降雨强度90 mm·h^-1时,坡长和坡度分别为10 m和15°的坡面产生了细沟,导致总侵蚀量最大(11885.66 g)。降雨强度为60 mm·h^-1时,随着坡长增加单位面积侵蚀量减小,在5～10 m坡段存在临界侵蚀坡长。坡长、坡度和降雨强度对坡面径流过程均有促进作用,降雨强度、坡长和两者之间交互作用对产流率和总侵蚀量的贡献率较大,其中,对产流率贡献最大的影响因素是降雨强度,贡献率为49.8%;坡长对总侵蚀的贡献率最大,为37.8%。     

GIS支持下岷江上游土壤侵蚀动态研究

利用TM数据,采用3S技术和通用土壤侵蚀方程(RUSLE)研究岷江上游地区3个典型时期的土壤侵蚀动态,并对影响侵蚀的主要因子进行初步分析.结果表明,研究区3个时期侵蚀面积分别占研究区总面积的1.2%、1.4%和1.70%;年平均侵蚀模数分别为32.64、1 04.74和1 362.11 t·km^-2,以微度侵蚀、轻度侵蚀为主,伴有少量的中度侵蚀.侵蚀面积比较小,侵蚀程度比较轻.侵蚀与坡度呈显著正相关,侵蚀大多发生在＞25°的区域,196年占总侵蚀量的93.65%,1995年为93.1%,2000年为92.71%;在海拔上,中山、亚高山、高山以及干旱河谷是侵蚀发生的主要地带,1986年占总侵蚀量的9.21%,1995年为97.63%,2000年为99.27%;不同类型的植被直接影响到侵蚀的发生,灌木林地以及新退耕的疏林地是3个时期侵蚀的主要发生地,过度放牧导致草场退化,也产生了微度侵蚀;侵蚀的发生和土壤类型密切相关,燥褐土、石灰性褐土最易发生侵蚀,是控制侵蚀的重点区域;人口的增长、户数的增加是侵蚀发生的驱动因子,人口与户数增长导致资源需求压力的增大,侵蚀呈线性增加.     

土壤有机碳动态:风蚀效应

土壤风蚀是引起土壤退化最广泛的形式和原因之一。土壤风蚀对土壤碳动态的影响机制一方面是土壤风蚀引起土壤退化使土壤生产力下降,输入土壤的碳数量减少;另一方面是富含有机碳的细粒物质直接移出系统。风蚀土壤碳的去向包括:(1)就近沉积,(2)沉积于水渠和河流,输入水体;(3)以粉尘形式运移,在远离风蚀区的地域沉积;(4)氧化释放至大气。风蚀引起土壤碳的迁移和沉积不仅导致土壤有机碳在地域间的再分布,使土壤性状的空间异质性增加,也显著改变了土壤系统中碳矿化的生物学过程。土壤有机碳的保持可以促进团聚体的形成,使土壤物理稳定性增加,减缓风蚀。对易风蚀土地进行退耕还林还草、实行保护性耕作等措施可以有效增加土壤碳的固存。     

黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀环境下芽库的季节动态及垂直分布

研究了陕北黄土丘陵沟壑区5种土壤侵蚀环境（阳沟坡、阳峁坡、峁顶、阴峁坡、阴沟坡）下的植被组成、芽库组成、芽库季节动态及垂直分布特征.结果表明： 该区拥有永久性芽库的多年生物种占总物种数的80.3%,具季节性芽库的一年生植物占19.7%.在侵蚀严重的阳沟坡和阳峁坡,植物返青期的永久性芽库存量较大,而在侵蚀强度较小的峁顶、阴沟坡和阴峁坡,植物开花结实期的季节性芽库密度较大.不同侵蚀环境下地下部分芽库库存量占总永久性芽库的比例较稳定,地面永久性芽库存量在阳坡较大,而地上部分季节性芽库存量在阴坡和峁顶较大.由于不同侵蚀环境下植物群落的物种组成不同,加上土壤侵蚀干扰和植物季节更新,影响了芽库在季节及垂直分布上的变化.在黄土丘陵沟壑区植被更新过程中, 芽库具有重要作用.     

红壤坡地不同土地利用方式土壤侵蚀的时空分布规律研究

应用定位土芯Eu(Europium)示踪新方法 ,研究红壤坡地不同土地利用方式下土壤侵蚀的时空分布规律 .结果表明 ,新方法对以片蚀和细沟侵蚀为主的红壤坡地是适用的 ;土壤侵蚀的时间分布与降雨量的年时间分布相一致 ,过程性暴雨期表现为全年土壤侵蚀的高峰期 ;在复合坡面 ,随坡面的陡、缓、凹 ,土壤侵蚀表现强、弱、沉积 ;相同坡度和坡长条件下 ,幼龄板栗园的土壤侵蚀速率 >雷竹园 >稀疏马尾松林地 >茶园 .