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Journal of Geographical Sciences 2022年第8期32卷 1557-1580页

作者：陈同德魏伟焦菊英张子琦李建军 State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau Institute of Soil and Water ConservationNorthwest A&F UniversityYangling 712100ShaanxiChina School of Automation Northwestern Polytechnical UniversityXi'an 710072China Institute of Soil and Water Conservation Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water ResourcesYangling 712100ShaanxiChina

Alluvial fans are an important land resource in the Qinghai-Tibet Plateau with the expansion of human activities. However, the factors of alluvial fan development are poorly understood. According to our previous investigation and research, approximately 826 alluvial fans exist in the Lhasa River Basin(LRB). The main purpose of this work is to identify the main influencing factors by using machine learning. A development index(Di) of alluvial fan was created by combining its area, perimeter, height and gradient. The 72% of data, including Di, 11 types of environmental parameters of the matching catchment of alluvial fan and 10 commonly used machine learning algorithms were used to train and build *** 18% of data were used to validate models. The remaining 10% of data were used to test the model accuracy. The feature importance of the model was used to illustrate the significance of the 11 types of environmental parameters to Di. The primary modelling results showed that the accuracy of the ensemble models, including Gradient Boost Decision Tree,Random Forest and XGBoost, are not less than 0.5(R^(2)). The accuracy of the Gradient Boost Decision Tree and XGBoost improved after grid research, and their R^(2) values are 0.782 and 0.870, respectively. The XGBoost was selected as the final model due to its optimal accuracy and generalisation ability at the sites closest to the LRB. Morphology parameters are the main factors in alluvial fan development, with a cumulative value of relative feature importance of 74.60% in XGBoost. The final model will have better accuracy and generalisation ability after adding training samples in other regions.

关键词： alluvial fan machine learning feature importance XGBoost Lhasa River Basin

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基于结构化植被指数的延河流域土壤侵蚀时空动态分析

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水土保持研究 2022年第5期29卷 1-7页

作者：刘欢欢刚成诚温仲明陈同德刘悦陈印西北农林科技大学草业与草原学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

黄土高原是我国水土流失问题最为突出的地区,也是退耕还林还草等生态工程重点实施区。为深入了解植被在土壤侵蚀中的作用,以黄土高原丘陵沟壑区--延河流域为研究区,基于结构化植被指数(Cs)计算植被覆盖管理因子,在此基础上利用RUSLE模... 详细信息

黄土高原是我国水土流失问题最为突出的地区,也是退耕还林还草等生态工程重点实施区。为深入了解植被在土壤侵蚀中的作用,以黄土高原丘陵沟壑区--延河流域为研究区,基于结构化植被指数(Cs)计算植被覆盖管理因子,在此基础上利用RUSLE模型模拟了2000-2018年延河流域土壤侵蚀强度的时空动态特征,并与基于传统归一化植被指数(NDVI)的结果进行了比较。结果表明:(1)基于Cs和NDVI的2000-2018年延河流域多年平均土壤侵蚀模数分别为8354.62 t/(km^(2)·a)和6421.13 t/(km^(2)·a),19年间总体呈现下降趋势,分别下降了56.41%和44.16%;(2)2000-2018年,延河流域土壤侵蚀强度变化明显,基于Cs和NDVI的土壤侵蚀强度降低的面积分别占流域总面积的53.70%和62.45%。延河流域的中游和下游土壤侵蚀强度下降明显;(3)Cs能够反映植被恢复的过程,且综合考虑了植被群落的水平和垂直结构特征,更为全面地反映植被的水土保持功能。结构化植被指数为进一步揭示植被群落在水土保持的作用和效益提供了科学依据。

关键词：土壤侵蚀延河流域植被结构结构化植被指数(Cs)

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拉萨河流域洪积扇不同植被类型土壤化学计量特征

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生态学报 2022年第16期42卷 6801-6815页

作者：张子琦焦菊英陈同德林红陈玉兰徐倩程玉卓赵文婷西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100

洪积扇是拉萨河流域珍贵的土地资源,而明悉其土壤养分状况是对其进行科学合理开发利用的基础。为此,在拉萨河流域选取了10个洪积扇,于2020年7—8月调查了其上的植物群落组成并采集对应土壤,测定了土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)... 详细信息

洪积扇是拉萨河流域珍贵的土地资源,而明悉其土壤养分状况是对其进行科学合理开发利用的基础。为此,在拉萨河流域选取了10个洪积扇,于2020年7—8月调查了其上的植物群落组成并采集对应土壤,测定了土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)和速效钾(AK)的含量并计算其化学计量比。结果表明:10个洪积扇的60个样方中共发现植物种87种,分属于29科79属,其中禾本科和菊科的物种居多;洪积扇SOC、TN、TP、AN和AK的平均含量分别为34.38 g/kg、2.77 g/kg、0.39 g/kg、130.78 mg/kg和189.79 mg/kg,均表现为草地>灌丛>农田,其中SOC、TN、AN和AP含量在草地和农田下差异显著(P草地>灌丛;土壤AP的平均含量为3.36 mg/kg,表现为农田>灌丛>草地;土壤C∶N的均值为12.75,表现为农田>灌丛>草地;土壤C∶P、N∶P和N∶K的均值分别为102.50、8.10和0.16,均表现为草地>灌丛>农田,总体来说洪积扇土壤P元素较为稀缺;土壤N∶K与SOC、TN、TP、TK、AN、AP、AK均极显著相关(P<0.01),SOC和TN与植物群落盖度极显著正相关(P<0.01);典范对应分析(CCA)进一步表明土壤养分及其计量比对洪积扇植物群落组成影响显著(P=0.002),且TP、K∶P和AP是影响洪积扇植物群落组成的主要土壤生态化学计量因子。综上所述,拉萨河流域洪积扇植物种相对丰富,但分布不均匀,组成不稳定。SOC、TN、TK含量相对较高但C∶N值低,表现为有机质矿化速率高而土壤肥力低下;土壤TP和AP的含量均较低,洪积扇植物群落在生长发育过程中受到土壤P元素的限制。此外,研究还发现土壤N∶K同C∶N∶P一样可作为评价土壤养分状况的生态化学计量指标。

关键词：拉萨河流域洪积扇植物群落土壤化学计量

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粉煤灰对碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀的影响

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建筑材料学报 2014年第4期17卷 685-689页

作者：李长成徐振然陈同德中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室北京100024 滨州技术学院电气工程系山东滨州256603

用粉煤灰等质量替代20%,30%,50%水泥后,将水泥-石灰石粉-粉煤灰净浆样品置于(5±2)℃的10%(质量分数)硫酸镁溶液中15个月,加速碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀(TSA).对腐蚀产物进行了红外光谱定性分析和X射线衍射定量分析,通过灰色关联分析研究... 详细信息

用粉煤灰等质量替代20%,30%,50%水泥后,将水泥-石灰石粉-粉煤灰净浆样品置于(5±2)℃的10%(质量分数)硫酸镁溶液中15个月,加速碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀(TSA).对腐蚀产物进行了红外光谱定性分析和X射线衍射定量分析,通过灰色关联分析研究了粉煤灰对TSA的影响.结果表明:粉煤灰对水泥基材料的TSA影响与其组成、掺量及细度等因素有关;粉煤灰活性指数对碳硫硅钙石形成影响最大,可作为筛选粉煤灰预防TSA破坏的指标;活性指数大于80%的粉煤灰,其掺量达到50%时可显著改善水泥基材料的抗TSA性能.

关键词：碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀粉煤灰灰色关联分析化学组成掺量

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拉萨河流域中下游洪积扇土壤养分评价

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植物营养与肥料学报 2022年第11期28卷 2082-2096页

作者：张子琦焦菊英陈同德陈玉兰林红徐倩程玉卓赵文婷西北农林科技大学水土保持研究所/黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 青海民族大学政治与公共管理学院青海西宁810007

【目的】洪积扇是拉萨河流域珍贵的土地资源,目前西藏对洪积扇土地资源的管理还相当粗放,过度放牧、不合理开垦等人为活动已导致部分土地资源土壤肥力低下。本研究根据实地调查所得的土壤养分数据,对拉萨河流域中下游洪积扇的土壤养分... 详细信息

【目的】洪积扇是拉萨河流域珍贵的土地资源,目前西藏对洪积扇土地资源的管理还相当粗放,过度放牧、不合理开垦等人为活动已导致部分土地资源土壤肥力低下。本研究根据实地调查所得的土壤养分数据,对拉萨河流域中下游洪积扇的土壤养分状况进行综合评价,为其进行合理开发利用奠定基础。【方法】选取该区域20个典型洪积扇,分别于2019年和2020年7—8月采集土壤样本,测定土壤有机质(OM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)7个指标。基于主成分分析确定各养分指标的权重,以全国第二次土壤养分普查养分分级标准为依据,应用物元模型进行土壤养分综合评价。【结果】洪积扇土壤OM、TN、TP、TK、AN、AP和AK的含量分别为2.65~314.57 g/kg、0.14~17.55 g/kg、0.04~2.06 g/kg、7.71~25.57 g/kg、7.70~358.56 mg/kg、0.12~342.50 mg/kg和17~1350 mg/kg。在321个样点中,土壤TN和TP含量在Ⅳ级以下的样点分别仅占9.97%和15.89%,而土壤AN和AP含量在Ⅳ级以下的样点分别占46.42%和48.60%,土壤AN和AP含量缺乏;61.99%的样点土壤养分综合评价等级在Ⅳ级以上,土壤养分含量充足。洪积扇草地、灌丛和农田中Ⅳ级以上的样点分别占63.84%、55.77%和60%。土壤TN、OM和AN是影响土壤养分综合水平最主要的指标。土壤养分综合评价结果显示,20个洪积扇中有1个洪积扇为Ⅰ级,土壤养分含量极丰富;分别有9个洪积扇为Ⅲ和Ⅳ级,土壤养分含量较丰富或适中;仅有1个洪积扇为Ⅵ级,土壤养分含量极贫乏。Ⅲ、Ⅳ和Ⅵ级洪积扇海拔和年平均降雨量逐级显著降低(P<0.05),年平均气温逐级显著升高(P<0.05)。【结论】拉萨河流域中下游洪积扇总体呈现出海拔越低,土壤养分水平越低的分布特征。20个洪积扇中,相对于土壤全氮和全磷,土壤有效氮和有效磷含量贫乏或极贫乏的样点数增加了36.45%和32.71%,并且在不同植被类型下均存在这种现象。

关键词：拉萨河流域洪积扇土壤养分评价物元模型

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基于多元非线性空间建模的拉萨河流域沟蚀发生风险探测

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农业工程学报 2022年第17期38卷 73-82页

作者：李建军陈玉兰焦菊英陈同德陈一先赵文婷赵春敬尚天赦简金世曹雪西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100 青海民族大学政治与公共管理学院西宁810007 西北大学城市与环境学院西安710127 黄河水利科学研究院郑州450003

青藏高原的生态环境面临着气候变暖和人类活动增加的双重压力,增加了土壤侵蚀风险。沟蚀是土壤侵蚀最为剧烈的表现形式,为调查当地沟蚀现状和主控因素,该研究选择拉萨河流域作为代表,通过野外调查和遥感解译建立2171个样点,并首次基于... 详细信息

青藏高原的生态环境面临着气候变暖和人类活动增加的双重压力,增加了土壤侵蚀风险。沟蚀是土壤侵蚀最为剧烈的表现形式,为调查当地沟蚀现状和主控因素,该研究选择拉萨河流域作为代表,通过野外调查和遥感解译建立2171个样点,并首次基于最优尺度回归、地理探测器和两者的组合共4种方法对15个影响沟蚀的因子及其分级/分类的重要性和沟蚀发生风险进行了探测。结果发现:1)在最优尺度回归中,因子系数前三位分别为海拔(0.442)、土壤类型(0.168)和归一化植被指数(0.156);在地理探测器中,海拔(0.263)、土壤类型(0.251)和人类足迹(0.174)排在前三位。2)最优尺度回归和地理探测器的受试者工作特征曲线下面积(Area Under Curve,AUC)值分别为0.899和0.833,两种组合方法AUC值分别为0.866和0.848,各方法探测效果均良好,都适用于空间建模。3)拉萨河流域有9.52%~13.97%的区域有着非常高的沟蚀风险,主要集中在拉萨河下游河谷两岸和当雄盆地等相对低海拔地区。研究结果可为青藏高原生态安全屏障建设和水土保持工作提供参考。

关键词：沟蚀遥感空间建模最优尺度回归地理探测器青藏高原

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晋陕蒙能源区人为水土流失调查及新增水土流失估算

晋陕蒙能源区人为水土流失调查及新增水土流失估算

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作者：陈同德西北农林科技大学

学位级别：硕士

晋陕蒙能源开发区是我国重要的能源重化工基地,为世界七大煤田之一,位于黄土高原水土流失最为严重的风蚀水蚀交错带。上世纪八十年代末大规模煤炭开采以来,在风蚀水蚀侵蚀严重基础上,叠加上强烈的人为活动,致使该区生态环境更加脆弱与... 详细信息

晋陕蒙能源开发区是我国重要的能源重化工基地,为世界七大煤田之一,位于黄土高原水土流失最为严重的风蚀水蚀交错带。上世纪八十年代末大规模煤炭开采以来,在风蚀水蚀侵蚀严重基础上,叠加上强烈的人为活动,致使该区生态环境更加脆弱与严酷。“七五”期间,黄土高原综合科学考察查明该区土壤侵蚀最严重的根源与分布特征,首次提出了风水水蚀交错带的概念与界限。1995中科院水保所组织了“神木东胜矿区一二期环境效应考察”,查明了矿区水土流失、滑坡泥石流、地面塌陷、河道淤积、植被演变、土地利用演变与退化、水资源污染等。近20年来,国家实施了耕还林还草、矿山水保与环保治理、绿色矿山、土地复垦等一系列重大生态治理工程,使矿区环境得到了根本性的巨大变化。目前,变化了的晋陕蒙矿区环境到底如何?有必要对矿区本底值与水土流失进行全面系统的科学考察与摸底普查,作为生态治理与国家决策的主要依据,具有重要的科学意义。因此,本文以晋陕蒙能源区水土流失为研究对象,采用文献资料收集、野外调查与室内分析相结合的方法,重点对松散堆积物、新开挖面、强度扰动地面、排土(矸)场、弃土弃渣体、塌陷区域等人为水土流失进行典型调查研究,查明在建、在产的煤矿和采石场的分布、数量及规模,阐明引起水土流失的原因,估算能源开发区新增水土流失面积与水土流失量。为晋陕蒙能源区水土流失治理和生态环境建设提供依据。获得以下主要结论:(1)未经治理的排矸场,少有水土流失产生。调查统计表明,排土场和排矸场概化模型的参考参数分别为:坡长10-15 m、坡度25°-35°和坡长5-10 m、坡度25°-35°,将为人工模拟降雨中实体模型的建立提供参考依据。(2)晋陕蒙能源区排土场边坡细沟侵蚀和面蚀是主要的侵蚀类型,分别占边坡调查总数的36.25%和50%;排矸场边坡细沟侵蚀是主要的侵蚀类型,占边坡调查总数的65.79%。排土场、排矸场边坡水土流失强度达到极强度及以上的个数有51.25%、43.42%,说明排土(矸)场边坡的水土流失需重点防护。(3)晋陕蒙能源区在建、在产的煤矿共有151个,煤矿的总占地面积为315392.5 hm2。其中山西27个、陕西32个、内蒙古92个;山西、陕西和内蒙古煤矿的占地面积为41128.77hm2、110932.15 hm2和163331.55 hm2。(4)晋陕蒙能源区煤矿开采产生的新增水土流失总面积为10193.89 hm2,新增水土流失总量为518383.20 t。山西、陕西和内蒙古的新增水土流失的总面积分别为1625.86、1323.99和7244.04 hm2;三省新增水土流失量分别为84800.83、84501.91、349080.50 t。(5)煤矿井田面积和产能不能说明某个煤矿新增水土流失的大小。新增水土流失和井田面积和产能相关性不显著,而和松散堆积物、排土(矸)场、新开挖面等显著相关。(6)晋陕蒙能源区在建、在产的采石场共计14个,总面积为48.35 hm2,总产能为121 t。引起的新增水土流失总面积为37.93 hm2,水土流失总量为8710.46 t。新增水土流失面积与采石场面积线性相关,回归方程为:y=0.85x-0.231(R2=0.81);新增水土流失量与采石场面积也呈线性相关,回归方程为:y=226.89x-161.33(R2=0.79)。

关键词：晋陕蒙能源区人为水土流失新增水土流失煤矿排土(矸)场

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小流域水保蓄排措施布局研究综述

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中国水土保持科学 2023年第2期21卷 132-143页

作者：陈玉兰韩剑桥焦菊英徐倩陈同德李建军王楠白雷超中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院大学北京100049 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100

在全球气候变化的影响下极端气候事件呈现多发态势,导致流域水旱灾害频发、水资源匮乏,且随着人口和经济的持续增长,用水大幅度增加,水资源污染严重,水资源供需矛盾加剧。如何实现小流域雨水蓄排协调以缓解水资源短缺和减轻暴雨洪水灾害... 详细信息

在全球气候变化的影响下极端气候事件呈现多发态势,导致流域水旱灾害频发、水资源匮乏,且随着人口和经济的持续增长,用水大幅度增加,水资源污染严重,水资源供需矛盾加剧。如何实现小流域雨水蓄排协调以缓解水资源短缺和减轻暴雨洪水灾害,是目前亟待解决的科学和现实问题。笔者总结小流域现有蓄排措施的类型及其调控作用,梳理现有的蓄排措施布局方法和布局目标,发现目前的蓄排措施布局存在着“布局机理认识与模型模拟量化不足”“蓄排不协调、过程分离和末端治理并存”等问题;同时,也面临着水资源供需矛盾加剧和极端气候事件频发等挑战。鉴于此,蓄排措施布局需立足于水资源供需矛盾和极端气候条件事件下的水循环过程,建立小流域水文水力模型和蓄排措施多目标约束评估模型,为构建拦水引水蓄水排水网络系统提供技术支撑,进而缓解水资源短缺,减轻暴雨洪水灾害,提高流域对全球气候变化和人为活动双重胁迫下的应变能力。

关键词：蓄排措施布局极端气候事件水资源洪水

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河湟谷地近20年耕地利用变化的土壤保持效应

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中国水土保持科学 2023年第1期21卷 55-63页

作者：程玉卓赵文婷焦菊英张丽萍曹雪陈同德李建军张子琦西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 西宁市湟中区农业技术推广中心西宁811600

为了探究黄土高原-青藏高原过渡带河湟谷地在生态修复和城市建设共同发展下土壤保持对土地利用的响应,以退耕及西部大开发蓬勃发展的近20 a为研究时段,采用USLE模型,分析该区域近20 a来耕地利用变化的土壤保持效益,识别维持土壤保持功... 详细信息

为了探究黄土高原-青藏高原过渡带河湟谷地在生态修复和城市建设共同发展下土壤保持对土地利用的响应,以退耕及西部大开发蓬勃发展的近20 a为研究时段,采用USLE模型,分析该区域近20 a来耕地利用变化的土壤保持效益,识别维持土壤保持功能的关键区域,为当地国土空间规划及水土保持方案设计提供科学依据。结果表明:1)2000-2018年,河湟谷地土地利用变化以耕地减少2145 km^(2)(6.08%)、林地和建设用地分别增多2846和511 km^(2)(8.06%和1.45%)为主,并伴随以耕地向草地、林地和建设用地转移为代表的多种地类转变方式;2)近20 a来土壤保持量持续增大,林地和草地共占研究区土壤保持总量的84%以上,耕地转移至草地和林地均引起土壤保持的正效益,2种转移模式以耕地转移至林地土壤保持价值更高,且脑山区耕地转移的土壤保持效益优于川水区和浅山区。未来应围绕耕地优化土地利用布局,以提高区域土壤保持功能。

关键词：土壤保持耕地利用时空变化河湟谷地

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拉萨河流域不同植被类型坡面砾石形态与分布特征

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水土保持研究 2023年第1期30卷 256-263页

作者：章志鑫陈同德王颢霖焦菊英李建军张子琦陈玉兰林红徐倩西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

坡面砾石的分布特征显著影响着地表土壤侵蚀及水文过程,而目前针对高寒区坡面砾石形态与分布特征的研究较为薄弱。为此,在西藏拉萨河流域选择9个典型坡面的山坡及其下堆积坡,将其按山坡—堆积坡的植被类型分为草—草坡面(A)、灌草—草坡... 详细信息

坡面砾石的分布特征显著影响着地表土壤侵蚀及水文过程,而目前针对高寒区坡面砾石形态与分布特征的研究较为薄弱。为此,在西藏拉萨河流域选择9个典型坡面的山坡及其下堆积坡,将其按山坡—堆积坡的植被类型分为草—草坡面(A)、灌草—草坡面(B)和灌草—灌草坡面(C)3类,并对各坡面样点进行现场拍照采样,利用ImageJ软件获取砾石粒径、圆度、形状比率以及覆盖度,分析不同类型坡面砾石的粒度组成、形态特征以及覆盖度,研究坡面砾石的形态与分布特征。结果表明:(1)A类坡面山坡砾石平均粒径显著大于堆积坡,B类坡面山坡和堆积坡砾石平均粒径无显著性差异,C类坡面山坡砾石平均粒径显著小于堆积坡;同一类坡面之间的砾石粒度组成存在差异。(2)整体上A,B,C这3类坡面的山坡和堆积坡砾石圆度和形状比率无显著性差异。(3)A类坡面山坡砾石覆盖度大于堆积坡,B类坡面山坡和堆积坡砾石覆盖度相差不大,C类坡面山坡砾石覆盖度小于堆积坡;同一类坡面之间的砾石覆盖度大小存在差异。(4)同一坡面山坡和堆积坡砾石平均粒径及覆盖度主要受坡度的影响,而同一类坡面之间的砾石粒度组成及覆盖度大小因受植被、气候、岩性、海拔等的影响也存在差异。研究结果可为研究青藏高原土壤侵蚀与水文过程提供理论依据,为该区域水土流失治理工作提供科学支撑。

关键词：土壤侵蚀高寒区 ImageJ软件粒度组成砾石覆盖度

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