黄土高原作物产量及水土流失地形分异模拟

退耕坡地是近年来黄土高原整治生态环境和控制水土流失的有效措施。基于WIN_YIELD 软件, 以延安燕沟流域为例,利用2005 年延安站的逐日气象数据和燕沟流域地貌、土壤及土地利用等资料, 模拟分析了不同地形高程、坡度和坡向条件下不同作物产量及水土流失的分异特征。结果表明： 在黄土高原, 地形坡度是影响作物产量、径流和泥沙的重要因素, 地形高程和坡向的影响普遍较微弱; 地形坡度越大, 作物产量越低, 高粱和玉米在坡度为25^o 时的产量模拟值分别较0^o 时下降15.44%和14.32%, 大豆、绿豆和马铃薯的下降幅度依次为5.26%、4.67%和3.84%; 产生径流和泥沙随地形坡度的增大而增大, 在坡度20^o左右存在一个高值区间; 不同作物的水土保持效益由高到低依次为大豆、绿豆(豆类)、马铃薯、玉米和高粱; 坡度小于5^o的坡耕地可以不进行梯田改造, 坡度大于15^o 的坡耕地应及早实现退耕还林还草。     

黄土高原作物产量及水土流失地形分异模拟

De-farming slope farmland has been an effective measure in recent years for the improvement of the eco-environment and the mitigation of soil and water loss on the Loess Plateau. This paper, taking the Yangou Basin as a case study and using day-by-day mete- orological data of Yan'an station in 2005, simulated and analyzed the quantitative relation between crop yield, soil and water loss and topographic condition with the aid of WIN-YIELD software. Results show that: 1) topographic gradient has important influence on crop yield. The bigger gradient is, the lower the crop yield. Yields of sorghum and corn decrease by 15.44% and 14.32% respectively at 25° in comparison to the case of 0°. In addition, yields of soya, bean and potato decrease slightly by 5.26%, 4.67% and 3.84%, respectively. The in- fluences of topographic height and slope aspect on crop yield are slight. 2) Under the same topographic condition, different crops' runoff and soil loss show obvious disparity. Topographic gradient has important influence on soil and water loss. In general, the changing trend is that the soil and water loss aggregates with the increase of gradient, and the maximal amount occurs around 20°. The influence of topographic height is slight. Topographic aspect has a certain effect, and the fundamental characteristic is that values are higher at the aspect of south than north. 3) Topographic gradients of 5° and 15° are two important thresholds. The characteristic about soil and water loss with the variation of topographic gradients show that: the slope farmland with gradient less than 5° could remain unchanged, and the slope farm- land more than 15° should be de-farmed as early as possible.     

黄土高原植被覆盖度变化的地形分异及土地利用/覆被变化的影响

基于16 d合成MODIS NDVI数据提取的时间序列植被覆盖度数据,采用一元线性回归趋势分析,对黄土高原2000-2008年植被覆盖度的时空变化及其地形分异、土地利用/覆被变化的影响进行了定量分析。结果表明：（1）研究时段黄土高原植被覆盖度整体呈快速上升趋势,局部下降;（2）黄土高原植被覆盖度变化存在明显的地形分异,陡坡等植被恢复、重建和保育的主要区域植被覆盖度增速显著;（3）土地利用/覆被变化对植被覆盖度的增加影响突出,土地利用/覆被类型变更区植被覆盖度增速显著高于未变化区域,退耕还林还草区增速尤其突出;（4）土地利用/覆被类型未变化区域植被覆盖度总体上也呈增加趋势,但因植被覆盖度水平相对较高,增速明显低于土地利用/覆被类型变化区。上述结果表明,黄土高原植被保育、植被恢复和重建在植被覆盖度提升方面取得了明显成效。     

区域经济增长时空分异模拟方法——以京津冀都市圈为例

区域经济增长是有着丰富时空内涵的动态变化过程,认识和定量分析这种动态变化过程一直受到广泛关注。借助农业区位论、增长极理论和梯度推移理论的学术思想、概念和术语,在量化定义区域经济增长空间概念的基础上,提出了基于GIS技术的区域经济增长时空分异模拟方法,进而以京津冀都市圈为例进行实证研究和专业分析。研究结果表明:京津冀都市圈由城市增长极中心向外围,随着距离的增大,经济增长呈现出了显著的衰减特征,不同城市之间存在着明显的经济低谷地带。1993~2003年期间,都市圈的经济增长时空分异尤以京、津两市的极化增长最为显著;京、津两大增长极除对唐山方向有拉动效应外,对其它地市的带动辐射力度尚较小;都市圈内部的城市等级还未完全展开,尚未形成合理的梯度推移和梯级演化结构。     

黄土高原典型流域农业生态系统生产力的能值分析——以安塞县纸坊沟流域为例

以黄土高原丘陵沟壑区典型小流域纸坊沟为案例,应用能值方法研究其植物初级生产力、动物次级生产力、农户经济生产力及生态系统服务生产力能值的特征及相互间的关系。结果表明：纸坊沟流域经过20年的治理,初级生产力水平有了明显提高,林草植被得到了一定恢复,巨大的生态系统服务为农业系统生产力的形成创造了基础。但整个流域依然处于低能值投入度、低耦合度、低能效的状态。主要表现为农林牧子系统之间耦合效应仍不明显;动物次级生产能值水平较低,初级生产的产品能值不能高效转化为动物次级生产能值;农户产业结构的不合理性,导致农业系统产品能值的潜在经济价值向农户现实经济收入的转化能力低下,因此,调整农户种植结构及产业配置是促进系统生产力高效转化的内在需求。     

地形对民勤沙尘暴发生发展影响的模拟研究——以一次特强沙尘暴为例

河西走廊是中国西北路径冷空气的必经之地,其狭管地形加之丰富的沙尘源地,使其成为中国沙尘暴多发区;民勤位于走廊中段,地处巴丹吉林和腾格里两大沙漠的接壤地带,正好位于雅布赖山和龙首山形成的山口下游方。河西走廊加上民勤周边这种双狭管的特殊地形,使得民勤又成为河西走廊沙尘暴的多发区以及中国的生态环境极度脆弱区。本文以2010年4月24日河西走廊一次特强沙尘暴（部分时段能见度为0,达到了黑风标准）为例,利用GRAPES_SDM沙尘模式对这次沙尘暴进行了数值模拟,并重点对民勤周边山地采取改变高度和范围等方式,模拟研究了地形对过境民勤的风速、地面起沙通量、沙尘浓度以及沙尘输送的影响。结果表明：（1）民勤周边地形高度降低的情况下,地面风速减弱,携沙气流遇到地形阻挡,沿着坡地爬升,部分沙尘可以翻越地形到背风坡,此时的地形特征将减弱沙尘扩散强度;（2）民勤周边地形高度增高,风速小于地形不变时的风速,气流发生明显的绕流,改变沙尘扩散方向;（3）改变民勤周边山体地形位置,狭管效应减弱,地面风速明显减小,沙尘影响范围较控制试验向南及东南方向扩展;（4）河西走廊南部祁连山高度改变对沙尘的影响程度大于民勤北部雅布赖山的改变,这与祁连山的山体面积和高度明显大于雅布赖山有关,说明河西走廊“狭管”地形是民勤沙尘暴之所以多发的重要原因,民勤周边的小型“狭管”地形又使得民勤成为走廊中沙尘暴最为严重的区域。（5）地形改变将减小地表起沙量,从而减小沙尘浓度,也即减弱沙尘暴的发生发展。     

数字高程模型地形描述误差的量化模拟--以黄土丘陵沟壑区的实验为例

本研究以陕北黄土高原丘陵沟壑区为试验样区 ,综合运用统计分析及比较分析的原理与方法 ,通过数学模拟、对比分析、误差可视化分析 ,研究不同空间尺度下DEM地形描述误差的数学转换模型。实验结果证明 ,目前适用于欧洲地区的地形描述误差的模拟方程EtD=q·a·(EtD′) b,经过参数的修正 ,在我国黄土高原丘陵沟壑区具有较高的模拟精度。该模型的建立可以实现应用低空间分辨率的DEM数据在栅格水平模拟高空间分辨率DEM所提取的地形描述误差 ,从而 ,在一定精度范围内大大提高Et的计算速度和计算效率。并且 ,对我国其它地貌类型区类似模型的建立 ,都具有重要的参考意义     

流域非点源污染模拟研究--以滇池流域为例

流域的水质管理是一个多步骤的过程,数学模型以其定量计算和动态操作在流域管理中起着重要作用。本文利用美国EPA开发的HSPF(HydrologicalSimulationProgramFortran)模型,选取云南滇池流域作为案例,给出非点源污染模型流域水文水质的模拟过程。首先在子流域划分的基础上,完成数据库的建立。参数估值主要依据流域性质、先前经验值、其他模拟研究和文献中的取值。参数优化、模型校正和模拟验证是采用流域河流出口流量和污染物浓度值完成。最后用校正后的模型计算了滇池流域河流入湖流量及各子流域污染总负荷量与非点源污染负荷量。     

黄土高原耕地变化趋势及驱动力研究——以甘肃陇东地区为例

利用GIS技术并结合相关统计资料,对黄土高原典型区近50年来的耕地数量变化的基本特征、变化过程、耕地流向进行了分析。并应用相关分析法和主成分分析法对近17年耕地变化的驱动因子进行了定量分析。结果表明:1949-2002年陇东地区耕地总量经历了缓慢增加-缓慢减少—急剧减少—缓慢减少的波动变化过程;耕地的主要流向是非农建设用地、林草地和果园等;耕地的增加主要是草地、林地和未利用地开垦而成;干旱、降水不均及水土流失等是耕地变化的自然驱动力。经济增长、人口增长、城市化水平及农业科技进步等是耕地变化的社会经济驱动力。耕地变化过程与国家宏观政策背景相关联。     

中等城市人居环境空间分异研究——以丹东市为例

城市人居环境的空间分异已经成为城市学、社会学、地理学等学科研究的热点之一,我国对于城市空间分异的研究大多集中于大城市,很少涉及中等城市.实际上,在我国快速城市化进程中,人居环境空间分异并不仅仅存在于大城市,在广大中等城市中也已初见端倪.我们以中等城市--丹东市为例,通过调查走访获取数据,建立数学模型,使用MapInfo和Surfer作图软件进行数据分析和图像处理,探讨了丹东市人居环境空间分异的特点.研究结果表明:(1)丹东市作为典型的中等城市,其内部人居环境已经异化,显现出明显的空间分异趋势;(2)人居环境空间分异的总趋势是沿鸭绿江岸线向陆地呈扇形逐级递减;(3)扇形外围--西北部地区的人居环境空间分异打破逐级递减和平行扩散的规律,在局部形成小范围的次级核心点.     

Topographic differentiation simulation of crop yield and soil and water loss on the Loess Plateau

De-farming slope farmland has been an effective measure in recent years for the improvement of the eco-environment and the mitigation of soil and water loss on the Loess Plateau. This paper, taking the Yangou Basin as a case study and using day-by-day meteorological data of Yan’an station in 2005, simulated and analyzed the quantitative relation between crop yield, soil and water loss and topographic condition with the aid of WIN-YIELD software. Results show that: 1) topographic gradient has important influence on crop yield. The bigger gradient is, the lower the crop yield. Yields of sorghum and corn decrease by 15.44% and 14.32% respectively at 25° in comparison to the case of 0°. In addition, yields of soya, bean and potato decrease slightly by 5.26%, 4.67% and 3.84%, respectively. The influences of topographic height and slope aspect on crop yield are slight. 2) Under the same topographic condition, different crops’ runoff and soil loss show obvious disparity. Topographic gradient has important influence on soil and water loss. In general, the changing trend is that the soil and water loss aggregates with the increase of gradient, and the maximal amount occurs around 20°. The influence of topographic height is slight. Topographic aspect has a certain effect, and the fundamental characteristic is that values are higher at the aspect of south than north. 3) Topographic gradients of 5° and 15° are two important thresholds. The characteristic about soil and water loss with the variation of topographic gradients show that: the slope farmland with gradient less than 5° could remain unchanged, and the slope farmland more than 15° should be de-farmed as early as possible.     

黄土高原沟壑区干旱阳坡的地域分异特征

针对黄土高原沟壑区干旱阳坡这种典型的困难立地进行因地制宜的植被恢复建设。本文选取甘肃西峰、山西吉县、陕西安塞、宁夏固原为研究区,采用25 m分辨率的DEM为数据源,基于GIS提取相关地形信息研究其干旱阳坡的地域分异特征。结果表明：①不同类型沟壑区干旱阳坡面积比例占45%～54%,表现为高塬沟壑区＞过渡地带＞丘陵沟壑区。②不同类型沟壑区干旱阳坡面积比例随坡度的变化规律不同,高塬沟壑区呈左偏态分布,其他样区均基本呈近似正态分布,且丘五区和过渡地带呈双峰现象。③不同类型沟壑区梁峁坡面积比例关系为：高塬沟壑区>过渡地带>丘陵沟壑区;沟坡面积比例为：丘陵沟壑区>过渡地带>高塬沟壑区;川台地面积比例为：丘五区＞过渡地带＞丘二区＞高塬沟壑。④不同类型沟壑区各立地类型组所占的面积比例各不相同,除高塬沟壑区外基本呈阳向缓坡组＞阳向陡险坡组＞坡顶或沟底。研究成果可为黄土高原地区开展抗旱造林与植被重建提供理论依据。     

黄土高原退耕地恢复对土壤无脊椎动物多样性的影响

黄土高原退耕地在恢复过程中,植被从沙蓬(Agriophyllum arenarium)单优群落向以达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)为优势种的群落演替,土壤无脊椎群落随着退耕年限的增加由简单向复杂化演变。退耕地土壤无脊椎动物优势类群主要为线虫、螨类、拟步甲科、象甲、土蝽科和金龟甲科等组成,土壤无脊椎动物从退耕1年的14类逐步增加到7年的28类,土壤无脊椎动物的多样性指数与退耕年限呈正相关关系。土壤无脊椎动物类群的增加前期快后期慢,土壤无脊椎动物的多样性增加主要由植被和土壤的改善决定。     

黄土高原西部兰州市郊人工林地水分亏缺与调控研究

通过定位监测与对比分析,对兰州市南北两山不同水分管理人工林地植物水分亏缺度及植物水分亏缺补偿度的时空分布进行了研究。结果表明：灌溉林地的植物水分亏缺度最小,亏缺度大部分时间都在20％以下,有自然坡面集雨的林地植物水分亏缺状况好于不灌溉的林地,侧柏林地喷灌、自然坡面集雨和不灌三种处理方式下的植物水分亏缺度虽然稍有差异,但都处于水分极度亏缺的状况。补充灌溉除满足林地正常生长所需要的水分外,对土壤水分也有一定的补偿,补偿度在70％左右。其他不灌溉地块补偿度都为负值,说明这些地块整个雨季没有对水分进行补偿,还将土壤以前贮藏的部分土壤水分利用。植物水分亏缺度在空间上的变化与植物根系的分布相一致。既在水平方向上,随着离树干距离的加大,植物水分亏缺度依次降低。在垂直方向上,表层植物水分的亏缺度最低,随着深度的增加,亏缺度逐渐增大,100~120 cm深达到最大,以后又缓慢降低。植物水分补偿度是降雨与植物水分亏缺程度的反映,植物水分亏缺度越高,补偿度越大。     

黄土高原西部兰州市郊地貌驱动的土壤水分变化及对植物的影响分析

选择黄土高原造林的主要模式,即梯田、水平沟、鱼鳞坑和台地等,并按照阴阳坡向,栽植树种等的不同,采用中子水分仪每10 d测定土壤水分一次,对各种造林模式下土壤水分进行了长期的监测研究,研究结果表明：在春季植物萌发之前,无植物生长影响的情况下,土壤水分含量阴坡高于阳坡,南山与北山同坡向相比,南山的水分条件要好于北山;4月中旬以后,受植物生长消耗的影响,北山的水分含量大于南山,南山的水分波动则大于北山;鱼鳞坑、水平沟都具有一定的集水保水作用,但这种集水的作用与降水量的大小有关,水平沟由于面积较大,表面覆膜集水效果更好;阴坡梯田由外向内随着距离的增加,水分呈现逐渐增加的趋势,梯田内侧达到最大.     

甘肃黄土高原土壤水分变化对冬小麦产量的影响

甘肃黄土高原属半干旱和半湿润气候过渡区。潜在蒸散量大于降水量,土壤水是影响冬小麦生产最直接因素。运用甘肃西峰农业气象试验站1981-2010 年冬小麦大田试验及土壤湿度观测资料,对近30 年土壤水变化规律及与冬小麦各产量要素的关系进行分析。结果表明,冬小麦贮水量最大时段为冬前生长期,其次为返青期至拔节期,最小为孕穗期至成熟期。耗水量最大时段为孕穗期至成熟期,其次为冬前生长阶段,最小为返青期至拔节期。1981-2010年土壤100 cm土层、1990-2010 年200 cm土层贮水量呈减少趋势,耗水量呈增加趋势。冬小麦土壤水分利用率呈上升趋势,变化转折点出现在1998 年。200 cm、100 cm土层贮水量与冬小麦不孕小穗率相关性显著。不同生长阶段各层次土壤贮水量均与千粒重相关性显著,且随着深度加深,相关性愈加显著。冬前生长阶段、返青期至拔节期各深度层次土壤贮水量与单株成穗数相关性分别通过0.1、0.01 信度水平检验。在冬小麦各生长阶段,各层次土壤贮水量与单产相关性显著。5 月中旬100 cm 土层贮水量对产量影响较大,aj(t) 值达20 kg/hm²·mm。不孕小穗率与不同生长阶段100 cm土层耗水量均呈显著负相关关系。千粒重与冬前生长阶段的各深度层次耗水量相关性显著。单株成穗数与返青期至拔节期上层土壤耗水量相关性显著。单产与孕穗期至成熟期各层次耗水量相关性显著。从当年9 月到次年5 月100 cm土层耗水量对单产影响逐渐增大,5 月中旬aj(t) 达25 kg/hm²·mm。此后耗水量对产量的影响逐渐降低。     

退耕还林对黄土高原地区土壤有机碳影响预测

土壤碳是全球碳循环中的重要组成部分，土地利用方式的改变对土壤碳的源和汇具有很大的影响。黄土高原地区进行的大规模退耕还林必然会通过影响土壤有机碳含量对区域碳循环产生重要影响。通过野外调查采样分析，结合使用全国土壤普查及黄土高原地区其它土地资源数据资料，研究计算了黄土高原地区的土壤有机碳量，并对实施退耕还林后土壤碳储量变化进行了预测。黄土高原地区土壤有机碳含量较低，平均土壤有机碳密度为2．49kg／m^2，仅为全国平均土壤有机碳密度的23．65％，土壤有机碳总储量为1068Tg，只占全国总有机碳量的1.16％。实施退耕还林后，土壤有机碳储量将明显增加。分步优化实施退耕30年后，黄土高原土壤有机碳储量可增至1266．8Tg，有机碳储量总体可增长19．21％。土壤有机碳储量的增加，对区域气候变化及土壤和水环境都将产生影响.     

硬化地面与黄土高原水土流失

在界定硬化地面概念的基础上,进一步将硬化地面分为道路、城镇街区、农家场院三大类。并利用黄土高原400~600mm集流能力试验公式,对甘肃省陇东黄土高原沟壑区不同硬化地面的集流能力、侵蚀量进行分类实例分析研究,发现硬化地面集流能力远大于自然地面,因此城镇、道路、村庄附近的土壤侵蚀尤其严重。在黄土高原地区,不仅与之相关的沟壑的形成和发育,而且相关沟谷和河流的溯源侵蚀之力度大小也要受其影响。随着人口的增加,硬化地面面积越来越大,受其影响水土流失更加严重,这是历史时期黄土高原水土流失日益加剧的重要原因之一。今后黄土高原的水土保持工作,须将防治水土流失与解决水资源紧缺有机结合起来。其最佳解决途径,就是用硬化地面所集中的雨水,作为工农业生产和生活用水,以解决黄土高原水资源之不足。