森林植被对土壤侵蚀过程的调控机理
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• 降雨产流、土壤侵蚀与植被覆盖度和林分结构的关系 • 森林植被、枯枝落叶层对侵蚀—搬运—沉积过程的影响
阐明森林植被恢复过程与土壤侵蚀演变过程的关系
森林植被对流域土壤侵蚀过程 调控机制
• 流域森林植被/土地覆盖空间异质性变化特征 • 确定典型侵蚀系统组合单元,进行森林植被影响水
沙动力学过程的实验与模拟 • 开发基于物理过程相结合的分布式流域侵蚀模型
99年之前 99年
2000年 2001年
Year
2002年
2003年
Soil erosion and carbon C.
50 40 30 20 10 0 99年之前 99年
2000年 2001年 2002年 2003年 Year
Number of papers
Soil erosoin and indicator
35 30 25 20 15 10 5 0 99年之前 99年
2000年 2001年
Year
2002年
2003年
From ISI Web of Knowledge
Number of papers
土壤侵蚀环境效应
Off site 水体污染 河道安全
洪水灾害
土壤侵蚀
生态安全
On site 土壤流失 养分损失 土地退化 土壤质量
• 王文龙，莫翼翔，雷阿林，李占斌，唐克丽。黄土区土壤侵蚀链和垂直带水沙 流时空分布特征研究。水动力学研究与进展，2003，18（5）：540-546 EI收录
• Jiao J.Y., W.Z.Wang. Prediction of sediment reducing benefit under different rainfall conditions and control degrees on the Loess Plateau. Chinese Geographical Science. 2003,13(2):149-156
P r o s s e r e t a l. ( 2 0 0 1 )
G u t t e r id g e (1991)
H a s k in s
and
D vey
W is c h m e ie r a n d S m it h ( 1 9 7 8 )
L a f le n e t a l. ( 1 9 9 1 )
阐明森林植被在流域尺度上对土壤 侵蚀过程的调控机理
研究特色
• 微 观：揭示森林植被根土作用层的功能及其对 水土流失的影响机制，建立坡面水蚀过程动力学 机理模型，不同结构配置的人工林地土壤侵蚀过 程的形成机制，阐明森林植被的水土保持能力。
• 宏 观：基于森林水文循环传输模型，揭示典型 森林植被群体中产流特征、土壤侵蚀及其与环境 的关系，评价森林植被保持水土的功能，并定向 利用森林植被对典型区域土壤侵蚀进行调控。
降雨大厅可模拟降水-径流-入渗-再分布过程
1296m2降雨大厅
世界规模最大的钢体土槽
子午岭生态站
吉县生态站
典型坡面径流小区 嵌套流域（小集水区—小流 域—河川）观测设施
长武生态站
课题整体技术路线
典型样地调查 RS和GIS
黄土高原地区典型小流域
森林植被/土地覆盖空间异质性分析
典型侵蚀系统组合单元识别 （土壤、植被、地形地貌等）
• 赵晓光，石辉。用稀土元素示踪方法研究裸露坡面沿程侵蚀与沉积。林业科学， 2003，39（2）：98-101
• 张安邦，上官周平，刘晓东，赵军军，鲍军鹏。黄土高原植被资源数据共享系 统。水土保持学报，2003，17（3）:105-107
• 上官周平，蒋定生。黄土高原土壤抗冲性的空间变异规律。中华水土保持学报， 2003，34（3）：229-236
• Song, W., P.L.Liu, M.Y.Yang, Y.Z.Xue. Using REE tracers to measure sheet erosion changing to rill erosion. Journal of Rare Earths, 2003,21(5):587-590 SCI收录
流域
Yo u n g e t a l ( 1 9 8 7 ) Be a s le y e t a l. ( 1 9 8 0 ) K n is e l ( 1 9 8 0 ) Ve r t e s s e y e t a l. ( 2 0 0 1 ) W a ts o n e t a l. (2001) J o h a n s o n e t a l. ( 1 9 8 0 ) J a k e m a n e t a l. ( 1 9 9 0 ) ; D ie t r ic h e t a l (1999) D LW C ( 1 9 9 5 ) Vin e y a n d S iv a la p a n ( 1 9 9 9 ) US EPA (1994)
•大量实验数据 •外推性差
科学研究型 经验实用型
主要模型的种类与适应范围
模型
水质 AG N P S AN S W ERS CREAM S EM SS
HS P F IHACRES -W Q
IQ Q M LAS CAM SW RRB 侵蚀 G US ET LIS EM
P ER F EC T S ED N ET TOPOG
汇报提纲
• 土壤侵蚀研究动态 • 研究内容与目标 • 研究方法与技术路线 • 研究进展 • 工作计划
研究方案
• 野外研究监测站点
–子午岭生态站 –吉县生态站 –长武生态站
• 室内模拟试验
–黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 –水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室
• 研究方法
时间 尺度
现代监测 <10 年
Yu e t a l. ( 1 9 9 7 ) ; R o s e e t a l. ( 1 9 9 7 )
T a k k e n e t a l. ( 1 9 9 9) ; D e R o o a n d
Jetten (1999)
L it t le b o y e t a l. ( 1 9 9 2 )
森林植被对土壤侵蚀过程的调控机理
2002CB111502
汇报提纲
• 土壤侵蚀研究动态 • 研究内容与目标 • 研究方法与技术 • 研究进展 • 工作计划
土壤侵蚀研究主题
Number of papers
Soil erosion and environment
120 100 80 60 40 20
0
历史时期 <100 年
地质时期 <10,000 年
空间尺度
微观(坡面)
中等(流域)
宏观 (区域 )
小区观测
流域监测
1 沟谷发育
坝库泥沙
2 历史记录
土壤地层
3
数据集成
冲积地层
4
1, 点源侵蚀量; 2, 泥沙输移; 3, 泥沙沉积物; 4, 泥沙估算
试验布设区域
固原
子午岭 长武
吉县
杨凌
黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家实验室
已采用的SCI论文
• Shangguan,Z.P.,M.A. Shao, F.M. Li, J. Zhang. Impacts of forest vegetation on the soil water cycle in China’s Loess Plateau. Agricultural Water Management，2004(已采用)
生命财产安全
农业环境
全球变化
土壤侵蚀研究方法
Number of papers
From ISI Web of Knowledge
Soil erosion and model
200
150
100
50
0 99年之前 99年
2000年 2001年 2002年 2003年
Year
•物理学基础 •高精度 •参数过多
歧较大 • 坡面或小流域产沙预报与评价模型研究较少 • 土壤侵蚀的理论研究远滞后于水土保持实践
汇报提纲
• 土壤侵蚀研究动态 • 研究内容与目标 • 研究方法与技术路线 • 研究进展 • 工作计划
主要研究内容
• 植被根系强化土壤抗侵蚀能力的机制 • 森林植被结构对土壤侵蚀过程的调控 • 森林植被对流域土壤侵蚀的调控
LISEM
+
MIKE-11
+
PERFECT +
SEDNET
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SWRRB
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TOPOG
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WEPP
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• Shangguan, Z.P., M.A. Shao, TW Lei, B.Q.Wang, and CZ Pen. Spatial variability of soil nutrients and productivity in the slopeland of hilly and gully Loess Regions. Pedosphere, 2004 (已采用)
Soil erosion Tracer
40 30 20 10
0 99年之前 99年 2000年 2001年 2002年 2003年 Year
核素（Cs;Al;Cl） REE
Number of papers
廉价、省时、掌握 时空尺度范围广、历史重建
研究现状
• 缺乏坡面侵蚀和流域产沙的系统监测数据 • 对侵蚀产沙模数和流域泥沙输移规律认识分
US LE W EPP 河道输移 M I KE- 11
种类
概念 物理 概念 概念
概念 概 念 /经 验
概念 概念 概念
物理 物理
物理 概 念 /经 验 物理
经验 物理
物理
适应尺度
文献
小流域 小流域 40-400 公 顷 的 田 间 流域
流域 流域
流域 流域 流域
径流小区 小流域
田间 小流域 坡面
坡面 坡 面 /流 域
根系固土作 用机理试验
人工模拟降 雨试验
野外径流小 区试验
小流域水文,气 象和泥沙观测
根系固土有 效性模型
坡面侵蚀过程 模拟模型
基于生物与物理过程 的小流域侵蚀模型
森林植被根系对土 壤侵蚀的调控机理
森林植被影响坡面 侵蚀过程机理
森林植被影响小流域 侵蚀产沙机理
具有良好水土保持功能的森林植被类型与结构
H a n le y e t a l. ( 1 9 9 8 )
代表性模型的主要功能
表土泥沙
河道泥沙
泥沙的水质问题
模型
降雨径流
沟谷
产沙 输沙 沉积
产沙 输沙 沉积 田间 河道
AGNPS
+
ANSWERS +
CREAMS +
EMSS
+
GUSET
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HSPF
+
IHACRES-WQ +
IQQM
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LASCAM
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今年主要工作绩效
• 全面完成课题任务书中要求的主要技术改 造、技术更新、室内和野外试验方案设计、 野外勘察、综合试验场地观测等工作
• 发表学术论文15篇，其中SCI收录2篇，EI 收录1篇，CSCD收录12篇
• 培养博士研究生3名，硕士研究生4名
• Shangguan, Z.P., M.A. Shao, T.W.Lei and T.L. Fan. Runoff water management technologies for dryland agriculture on the Loess Plateau. International Journal of Sustainable Development and World Ecology, 2002, 9(4):341-350 SCI收录
Fra Baidu bibliotek
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土壤侵蚀研究方法
Soil erosion and RS
70 60 50 40 30 20 10 0
99年之前 99年
2000年 2001年 2002年 2003年
Year
From ISI Web of Knowledge
宏观,快速; 间接
Number of papers Number of papers
尺度转换; 空间数据动态模拟;
Soil eroison and GIS
70 60 50 40 30 20 10 0
99年之前 99年
2000年 2001年 2002年 2003年
Year
土壤侵蚀研究方法
From ISI Web of Knowledge
森林植被根系强化土壤抗侵 蚀能力的机制
• 不同类型森林植被根系固土作用的方式、强度 及其强化降水入渗、增强土壤抗冲性抗蚀性的 调控机制
• 根系构型与坡体应力动态变化过程的相互关系 阐明森林植被根系与土壤的相互作用 及其减少水土流失的机制
森林植被结构对土壤侵蚀过 程的调控
• 坡面细沟水流的水动力学特征，细沟侵蚀和浅沟侵蚀发生 发展与坡面泥沙运移的关系
阐明森林植被恢复过程与土壤侵蚀演变过程的关系
森林植被对流域土壤侵蚀过程 调控机制
• 流域森林植被/土地覆盖空间异质性变化特征 • 确定典型侵蚀系统组合单元,进行森林植被影响水
沙动力学过程的实验与模拟 • 开发基于物理过程相结合的分布式流域侵蚀模型
99年之前 99年
2000年 2001年
Year
2002年
2003年
Soil erosion and carbon C.
50 40 30 20 10 0 99年之前 99年
2000年 2001年 2002年 2003年 Year
Number of papers
Soil erosoin and indicator
35 30 25 20 15 10 5 0 99年之前 99年
2000年 2001年
Year
2002年
2003年
From ISI Web of Knowledge
Number of papers
土壤侵蚀环境效应
Off site 水体污染 河道安全
洪水灾害
土壤侵蚀
生态安全
On site 土壤流失 养分损失 土地退化 土壤质量
• 王文龙，莫翼翔，雷阿林，李占斌，唐克丽。黄土区土壤侵蚀链和垂直带水沙 流时空分布特征研究。水动力学研究与进展，2003，18（5）：540-546 EI收录
• Jiao J.Y., W.Z.Wang. Prediction of sediment reducing benefit under different rainfall conditions and control degrees on the Loess Plateau. Chinese Geographical Science. 2003,13(2):149-156
P r o s s e r e t a l. ( 2 0 0 1 )
G u t t e r id g e (1991)
H a s k in s
and
D vey
W is c h m e ie r a n d S m it h ( 1 9 7 8 )
L a f le n e t a l. ( 1 9 9 1 )
阐明森林植被在流域尺度上对土壤 侵蚀过程的调控机理
研究特色
• 微 观：揭示森林植被根土作用层的功能及其对 水土流失的影响机制，建立坡面水蚀过程动力学 机理模型，不同结构配置的人工林地土壤侵蚀过 程的形成机制，阐明森林植被的水土保持能力。
• 宏 观：基于森林水文循环传输模型，揭示典型 森林植被群体中产流特征、土壤侵蚀及其与环境 的关系，评价森林植被保持水土的功能，并定向 利用森林植被对典型区域土壤侵蚀进行调控。
降雨大厅可模拟降水-径流-入渗-再分布过程
1296m2降雨大厅
世界规模最大的钢体土槽
子午岭生态站
吉县生态站
典型坡面径流小区 嵌套流域（小集水区—小流 域—河川）观测设施
长武生态站
课题整体技术路线
典型样地调查 RS和GIS
黄土高原地区典型小流域
森林植被/土地覆盖空间异质性分析
典型侵蚀系统组合单元识别 （土壤、植被、地形地貌等）
• 赵晓光，石辉。用稀土元素示踪方法研究裸露坡面沿程侵蚀与沉积。林业科学， 2003，39（2）：98-101
• 张安邦，上官周平，刘晓东，赵军军，鲍军鹏。黄土高原植被资源数据共享系 统。水土保持学报，2003，17（3）:105-107
• 上官周平，蒋定生。黄土高原土壤抗冲性的空间变异规律。中华水土保持学报， 2003，34（3）：229-236
• Song, W., P.L.Liu, M.Y.Yang, Y.Z.Xue. Using REE tracers to measure sheet erosion changing to rill erosion. Journal of Rare Earths, 2003,21(5):587-590 SCI收录
流域
Yo u n g e t a l ( 1 9 8 7 ) Be a s le y e t a l. ( 1 9 8 0 ) K n is e l ( 1 9 8 0 ) Ve r t e s s e y e t a l. ( 2 0 0 1 ) W a ts o n e t a l. (2001) J o h a n s o n e t a l. ( 1 9 8 0 ) J a k e m a n e t a l. ( 1 9 9 0 ) ; D ie t r ic h e t a l (1999) D LW C ( 1 9 9 5 ) Vin e y a n d S iv a la p a n ( 1 9 9 9 ) US EPA (1994)
•大量实验数据 •外推性差
科学研究型 经验实用型
主要模型的种类与适应范围
模型
水质 AG N P S AN S W ERS CREAM S EM SS
HS P F IHACRES -W Q
IQ Q M LAS CAM SW RRB 侵蚀 G US ET LIS EM
P ER F EC T S ED N ET TOPOG
汇报提纲
• 土壤侵蚀研究动态 • 研究内容与目标 • 研究方法与技术路线 • 研究进展 • 工作计划
研究方案
• 野外研究监测站点
–子午岭生态站 –吉县生态站 –长武生态站
• 室内模拟试验
–黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 –水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室
• 研究方法
时间 尺度
现代监测 <10 年
Yu e t a l. ( 1 9 9 7 ) ; R o s e e t a l. ( 1 9 9 7 )
T a k k e n e t a l. ( 1 9 9 9) ; D e R o o a n d
Jetten (1999)
L it t le b o y e t a l. ( 1 9 9 2 )
森林植被对土壤侵蚀过程的调控机理
2002CB111502
汇报提纲
• 土壤侵蚀研究动态 • 研究内容与目标 • 研究方法与技术 • 研究进展 • 工作计划
土壤侵蚀研究主题
Number of papers
Soil erosion and environment
120 100 80 60 40 20
0
历史时期 <100 年
地质时期 <10,000 年
空间尺度
微观(坡面)
中等(流域)
宏观 (区域 )
小区观测
流域监测
1 沟谷发育
坝库泥沙
2 历史记录
土壤地层
3
数据集成
冲积地层
4
1, 点源侵蚀量; 2, 泥沙输移; 3, 泥沙沉积物; 4, 泥沙估算
试验布设区域
固原
子午岭 长武
吉县
杨凌
黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家实验室
已采用的SCI论文
• Shangguan,Z.P.,M.A. Shao, F.M. Li, J. Zhang. Impacts of forest vegetation on the soil water cycle in China’s Loess Plateau. Agricultural Water Management，2004(已采用)
生命财产安全
农业环境
全球变化
土壤侵蚀研究方法
Number of papers
From ISI Web of Knowledge
Soil erosion and model
200
150
100
50
0 99年之前 99年
2000年 2001年 2002年 2003年
Year
•物理学基础 •高精度 •参数过多
歧较大 • 坡面或小流域产沙预报与评价模型研究较少 • 土壤侵蚀的理论研究远滞后于水土保持实践
汇报提纲
• 土壤侵蚀研究动态 • 研究内容与目标 • 研究方法与技术路线 • 研究进展 • 工作计划
主要研究内容
• 植被根系强化土壤抗侵蚀能力的机制 • 森林植被结构对土壤侵蚀过程的调控 • 森林植被对流域土壤侵蚀的调控
LISEM
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MIKE-11
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SEDNET
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• Shangguan, Z.P., M.A. Shao, TW Lei, B.Q.Wang, and CZ Pen. Spatial variability of soil nutrients and productivity in the slopeland of hilly and gully Loess Regions. Pedosphere, 2004 (已采用)
Soil erosion Tracer
40 30 20 10
0 99年之前 99年 2000年 2001年 2002年 2003年 Year
核素（Cs;Al;Cl） REE
Number of papers
廉价、省时、掌握 时空尺度范围广、历史重建
研究现状
• 缺乏坡面侵蚀和流域产沙的系统监测数据 • 对侵蚀产沙模数和流域泥沙输移规律认识分
US LE W EPP 河道输移 M I KE- 11
种类
概念 物理 概念 概念
概念 概 念 /经 验
概念 概念 概念
物理 物理
物理 概 念 /经 验 物理
经验 物理
物理
适应尺度
文献
小流域 小流域 40-400 公 顷 的 田 间 流域
流域 流域
流域 流域 流域
径流小区 小流域
田间 小流域 坡面
坡面 坡 面 /流 域
根系固土作 用机理试验
人工模拟降 雨试验
野外径流小 区试验
小流域水文,气 象和泥沙观测
根系固土有 效性模型
坡面侵蚀过程 模拟模型
基于生物与物理过程 的小流域侵蚀模型
森林植被根系对土 壤侵蚀的调控机理
森林植被影响坡面 侵蚀过程机理
森林植被影响小流域 侵蚀产沙机理
具有良好水土保持功能的森林植被类型与结构
H a n le y e t a l. ( 1 9 9 8 )
代表性模型的主要功能
表土泥沙
河道泥沙
泥沙的水质问题
模型
降雨径流
沟谷
产沙 输沙 沉积
产沙 输沙 沉积 田间 河道
AGNPS
+
ANSWERS +
CREAMS +
EMSS
+
GUSET
+
HSPF
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IHACRES-WQ +
IQQM
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LASCAM
+
今年主要工作绩效
• 全面完成课题任务书中要求的主要技术改 造、技术更新、室内和野外试验方案设计、 野外勘察、综合试验场地观测等工作
• 发表学术论文15篇，其中SCI收录2篇，EI 收录1篇，CSCD收录12篇
• 培养博士研究生3名，硕士研究生4名
• Shangguan, Z.P., M.A. Shao, T.W.Lei and T.L. Fan. Runoff water management technologies for dryland agriculture on the Loess Plateau. International Journal of Sustainable Development and World Ecology, 2002, 9(4):341-350 SCI收录
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土壤侵蚀研究方法
Soil erosion and RS
70 60 50 40 30 20 10 0
99年之前 99年
2000年 2001年 2002年 2003年
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From ISI Web of Knowledge
宏观,快速; 间接
Number of papers Number of papers
尺度转换; 空间数据动态模拟;
Soil eroison and GIS
70 60 50 40 30 20 10 0
99年之前 99年
2000年 2001年 2002年 2003年
Year
土壤侵蚀研究方法
From ISI Web of Knowledge
森林植被根系强化土壤抗侵 蚀能力的机制
• 不同类型森林植被根系固土作用的方式、强度 及其强化降水入渗、增强土壤抗冲性抗蚀性的 调控机制
• 根系构型与坡体应力动态变化过程的相互关系 阐明森林植被根系与土壤的相互作用 及其减少水土流失的机制
森林植被结构对土壤侵蚀过 程的调控
• 坡面细沟水流的水动力学特征，细沟侵蚀和浅沟侵蚀发生 发展与坡面泥沙运移的关系