黄土高原丘陵沟壑区小流域水土保持措施对位配置研究

论文摘要

黄土高原是我国水土流失最严重的地区,小流域综合治理是该地区水土保持的重要方式。本论文针对小流域治理工作中存在的措施配置问题,以扩展生态位理论、系统论、水土保持学、水土保持径流调控等理论为指导,以安家沟和九华沟小流域为实验研究基地,采取定位研究与调查研究结合、理论研究与技术研究结合的方法,对小流域水土保持措施对位配置原理与方法、小流域水土保持植物措施对位配置、径流调控工程技术优化设计,研究成果推广应用效益进行了研究,取得了以下主要结论。(1)提出了小流域水土保持措施对位配置新概念。通过对生态位、资源位概念的引进与借鉴,结合水土保持工作特点,阐述了水土保持措施需求生态位、环境资源位、水土保持对位配置的含义,指出水土保持对位配置就是按照水土保持措施需求生态位与环境资源位的能级分布层次,通过水土保持措施需求生态位与治理区域环境资源位的适宜度分析,选择需求生态位与环境资源位特征相适宜的水土保持措施;通过工程措施改变环境资源位,消除或减缓限制性因子对水土保持措施的胁迫程度,满足小流域水土保持措施所需的生态条件,达到防治措施需求位与资源位相互适宜。(2)构建了小流域水土保持措施对位配置的模型,将水土保持对位配置的层次描述为宏观对位、空间对位、植物对位、工程对位、耕作对位、技术对位、管理对位、时序对位、设施对位等九个方面。(3)小流域不同地形部位植物措施生态位适宜度分析结果表明,农地、草地土壤水分生态位适宜度阴坡〉阳坡,且随坡位的抬高而上升;梯田和草地、灌木林地土壤水分明显降低,土层干化,导致其水分生态位适宜度降低,成为影响植物生长发育的瓶颈;水热气候资源生态位适宜度,梯田、草地、灌木林地、农坡地及荒坡阴坡〉阳坡,坡面上、中、下部位措施生态位适宜度随坡位的抬高而减低;草地〉梯田〉农坡地。(4)利用土地生态位适宜性评价模型,对各种土地利用措施从小气候、土壤水分、植物生产力的生态位适宜度指数进行了分析,证明措施适度指数在措施上,梯田〉农坡地〉草地;在坡向上,阴坡〉阳坡;在坡位上,阳坡梯田、草地中部〉下部〉上部,阴坡梯田、草地上部〉中部〉下部。在此基础上,提出了“黄土丘陵区第五副区水土保持治理植物措施对位配置模式”。(5)通过径流聚集工程与人工植被生态用水关键问题的配置研究,提出了隔坡软埂水平阶、漏斗式聚流坑、燕尾式聚流坑、竹节状聚流坑等径流聚集工程的优化设计。推广应用结果证明各种径流聚集工程措施的林木成活率达83%～98%;隔坡软埂水平阶隔坡产草量第四年后稳定在4000～7000kg/hm2。提出了“黄土丘陵区第五副区水土保持植物措施与径流调控工程对位配置模式”。(6)调查与总结了两个示范流域推广应用的治理模式与产业化发展模式。安家沟流域作为城郊型小流域,形成植物措施与工程措施配套,农业、牧业用地镶嵌式配置的治理模式,流域经济发展形成了以农业、服务业为主体的产业结构模式;九华沟小流域作为典型的半干旱山区小流域水土保持治理与扶贫开发相结合的典型,形成以径流调控综合利用体系为主,工程措施与植物措施及耕作技术优化组合、对位配置的治理的模式,建立了以工程养植物,以植物保工程,以生态保经济,以经济促生态,多功能、多目标、高效益的水土保持综合防护体系。(7)小流域治理的社会经济、生态效益分析结果表明:一是减水减沙效益显著。至2007年底,安家沟流域治理程度达79.33%,林草覆盖率40.07%。安家沟流域土壤侵蚀模数降至土壤侵蚀容许值1000t/km2以下,径流模数减少81.95%;九华沟流域治理程度达到86.3%,林草覆盖率达到57.1%,年土壤侵蚀模数降到915t/ km2,减沙效益达83.06%,减水效益达90.8%。二是治理开发相互促进,流域总产值稳步增加,农林牧各业同步增长。安家坡村立足农业生产,利用城郊优势,大力发展农村服务业,流域收入迅速增加。安家坡村2002～2007年年均农业总产值(1990年不变价)达到112.28万元,农业、服务业占到总产值的99.22%;九华沟流域通过综合治理和生产结构调整,农业用地减少38.5%,林牧业用地增长137.5%,农业、林业、畜牧业产值分别增长了15.7%、2.8倍、1.57倍。粮食生产效率达到1638.kg/hm2,提高了86.77%;农民人均年纯收入达到1486元,提高了96.3%。三是社会效益显著。九华沟流域土地生产率达到3051.45元/ hm2,劳动生产率达到24.17元/工日,人均收入达到1486元/人,脱贫致富步伐明显加快,稳定解决温饱的农户已达到85%以上;为同类型区建设生态环境,脱贫致富奔小康树立了典型,起到了示范带动作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 当前国内外的研究进展
• 1.1.1 生态位理论及研究
• 1.1.2 资源位理论及研究
• 1.1.3 小流域水土保持措施配置研究
• 1.1.4 小流域径流调控工程研究
• 1.2 存在问题
• 2 研究区概况
• 2.1 研究区域概况
• 2.2 安家沟实验研究流域基本情况
• 2.2.1 地形地貌
• 2.2.2 气象
• 2.2.3 土壤
• 2.2.4 自然植被
• 2.2.5 土壤侵蚀
• 2.2.6 土地利用
• 2.2.7 社会经济状况
• 2.3 九华沟科研推广流域基本情况
• 2.3.1 地形地貌
• 2.3.2 气象
• 2.3.3 土壤
• 2.3.4 自然植被
• 2.3.5 土壤侵蚀
• 2.3.6 土地利用
• 2.3.7 社会经济状况
• 3 研究技术途径
• 3.1 研究目标
• 3.2 研究内容
• 3.3 技术路线
• 3.4 研究方法
• 3.5 研究资料
• 3.6 实验设计
• 3.6.1 小流域地形小气候观测
• 3.6.2 常见树种蒸腾量观测
• 3.6.3 小流域土壤水分动态观测
• 3.6.4 小流域水土保持措施对位配置调查
• 3.6.5 小流域径流泥沙及径流小区观测
• 3.6.6 小流域径流调控工程研究
• 4 小流域水土保持措施对位配置原理
• 4.1 小流域生态系统及要素组成
• 4.1.1 自然因素
• 4.1.2 人文要素
• 4.2 小流域水土保持措施对位配置原理
• 4.2.1 小流域水土保持措施对位配置内涵
• 4.2.2 小流域水土保持措施对位配置外延
• 4.2.3 小流域水土保持措施对位配置模型
• 4.2.4 小流域水土保持措施对位配置层次结构
• 4.3 小流域水土保持措施对位配置数量化分析
• 4.3.1 生态适宜度数学模型
• 4.3.2 土地生态位适宜度模型
• 4.4 小结
• 5 小流域水土保持植物措施对位配置研究
• 5.1 不同地形部位小气候研究
• 5.2 不同地形部位植物用水与生物量研究
• 5.2.1 土壤水分物理常数的测定
• 5.2.2 不同地形部位土壤水分
• 5.2.3 不同地形部位植物蒸散量
• 5.2.4 不同地形部位植物生物量
• 5.3 不同地形部位环境因子与林木蒸腾量研究
• 5.3.1 观测结果
• 5.3.2 环境因子与林木蒸腾强度
• 5.3.3 多元回归分析
• 5.3.4 不同树种蒸腾量
• 5.4 小流域不同地形部位植物措施生态位适宜度分析
• 5.4.1 不同地形部位植物措施小气候生态位适宜度分析
• 5.4.2 不同地形部位植物措施土壤水分生态位适宜度分析
• 5.4.3 不同地形部位农牧措施气候资源生态位适宜度分析
• 5.4.4 不同地形部位林业措施气候资源生态位适宜性分析
• 5.4.5 水土保持措施的生态位适宜性指数分析
• 5.5 小流域植物措施的对位配置模式
• 5.6 小结
• 6 小流域水土保持径流调控工程对位配置研究
• 6.1 小流域降水资源分析与评价
• 6.2 小流域雨水资源化潜力研究
• 6.2.1 年降水量设计计算
• 6.2.2 不同雨量级别降水量设计计算
• 6.2.3 降水可集水量分析计算
• 6.3 工程优化设计
• 6.3.1 隔坡软埂水平阶
• 6.3.2 漏斗式聚流坑
• 6.3.3 燕尾式聚流坑
• 6.3.4 竹节状聚流坑
• 6.4 水土保持植物措施与径流调控工程对位配置模式
• 6.4.1 水土保持植物措施与径流调控工程对位配置
• 6.4.2 水土保持植物措施与径流调控工程对位配置模式
• 6.5 小结
• 7 小流域水土保持措施对位配置效益评价
• 7.1 安家沟小流域水土保持措施对位配置效益评价
• 7.1.1 安家沟小流域土地利用格局调查
• 7.1.2 安家沟小流域土地利用格局变化
• 7.1.3 安家沟小流域水土保持措施对位配置效益分析
• 7.2 九华沟小流域水土保持措施对位配置效益评价
• 7.2.1 治理技术对位配置分区及原则
• 7.2.2 九华沟小流域水土保持综合防护体系
• 7.2.3 九华沟小流域水土保持措施对位配置效益分析
• 7.3 小结
• 8 结论与讨论
• 8.1 结论
• 8.2 讨论
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 在读期间主要成果
• 在学期间承担科研项目
• 致谢
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