黄土高原丘陵沟壑区土壤侵蚀遥感定量与信息系统研究——以陕西米脂县为例

本文在调查了米脂县土壤侵蚀现状和土地利用现状的基础上,对目前由于不合理的土地利用结构和耕作方式而造成人为加速侵蚀的问题作了分析,并认为土壤侵蚀是制约黄土高原丘陵沟壑区农业经济发展的根本原因。构成黄土高原丘陵沟壑区的基本地貌组合单元是小流域,它几乎包括了该区域的所有土地类型、地貌要素以及土壤侵蚀类型。因此以小流域为侵蚀系统的研究边界,分别对峁边线以上的面蚀、细沟侵蚀区和峁边线以下的沟蚀、重力侵蚀区进行土壤侵蚀的遥感定量分析,建立相应的侵蚀定量模型。在此基础上,探讨了为土壤侵蚀动态监测、水土保持和土地资源合理利用决策服务的土壤侵蚀信息系统的设计思想。该系统以小流域为基本设计单元,侵蚀定量模型为专业接口,重点考虑了系统的地学分析和专业数学模型的建立与应用功能。     

东北典型黑土区沟蚀发生风险评价研究

选择黑龙江省乌裕尔河和讷谟尔河两流域所涉及的东北典型黑土区作为研究区,以SPOT 5 影像为基础数据源, 获取了研究区2005 年的侵蚀沟分布数据,并且利用该数据对研究区沟蚀现状进行了评估。同时基于1:50 000 地形图数据插值求取的DEM,提取了与沟蚀形成相关的11 个地形因子。最后基于沟蚀数据和无共线性的8 个地形因子构建了Logistic 模型,据此模型对研究区沟蚀发生风险进行了评价,进而进行了沟蚀发生风险分级评价研究。结果表明研究区当前侵蚀沟共有14 184 条,密度为322.11 m/km²,吞噬耕地约100.36 km²;基于Logistic模型获取的沟蚀发生风险空间分布图与研究区沟蚀分布现状较为吻合,以0.4 分界时,研究区73%的侵蚀沟都发生在具有高危发生风险地区,评价结果能够反映研究区的沟蚀发生风险分布状况;通过风险分级图表可以评估研究区不同发生风险等级的沟蚀分布面积、分布特征和空间分布格局,便于管理者找出较为严重的侵蚀区,为有针对性地进行沟蚀防治提供依据。     

黑土区土壤侵蚀经济损失价值估算及其特征分析——以黑龙江克拜东部黑土区为例

论文在GIS技术支持下,依据环境经济学原理,利用2005年的坡面侵蚀和沟蚀数据,对黑龙江克拜东部黑土区由土壤侵蚀造成的直接经济损失进行了定量估算;在此基础上,将黑土区土壤侵蚀经济损失与西北黄土高原地区、北方土石山区、西南岩溶区进行了对比分析。结果表明：研究区2005年由土壤侵蚀所造成的直接经济损失总价值约为9414.20×10⁴元,占当地种植业总收入的17.19%,部分乡镇损失价值占种植业收入的1/4以上。将黑土区土壤侵蚀经济损失与我国其他水蚀区对比发现：东北黑土区虽以轻度侵蚀为主,土壤侵蚀量固然不能与黄土高原相提并论,但由于黑土腐殖质含量高、养分丰富,轻度侵蚀即可造成严重的养分流失,其单位面积土壤侵蚀直接经济损失价值是黄土高原的3～4倍。     

白洋淀流域氮、磷、COD负荷估算及来源解析

基于DEM数据,运用GIS工具划分子流域,并提取土地利用和土壤类型等空间相关资料,通过文献调研和区域情况调查获取模型参数,建立白洋淀流域氮、磷、COD污染负荷模型,并进行污染源解析.结果表明:流域氮负荷为31815.47t/a,主要来自种植和土壤侵蚀,贡献率分别为26.52%和21.03%;磷负荷为3873.33t/a,主要来自土壤侵蚀和种植,贡献率分别为30.78%和25.80%;流域COD负荷为110728.52t/a,主要来自畜禽养殖和城镇污水,贡献率分别为43.47%和23.53%.总体分析表明,种植、畜禽养殖、土壤侵蚀和城镇污水是影响白洋淀流域氮、磷、COD污染物的主要来源,需优先施以管控.     

东北典型黑土区坡沟侵蚀耦合关系

东北黑土区是中国重要的商品粮基地,但是严重的水土流失给其粮食产量带来了严峻考验。论文在遥感和GIS支持下,选择黑龙江省乌裕尔河和讷谟尔河两流域包含的东北典型黑土区作为研究区,以USLE模型和SPOT 5影像为基础,分别获取了2005年研究区的坡面侵蚀量和侵蚀沟分布数据,据此分析了典型黑土区坡面侵蚀和沟蚀之间在不同等级、 坡度、 坡向等方面的耦合关系。研究发现微度侵蚀和轻度侵蚀是坡面侵蚀主要区域,沟蚀发展程度比较剧烈;坡度小于5°时,坡度是沟蚀产生的制约因素,当大于5°时,坡度已经不是侵蚀沟形成过程中的主要控制因素;阳坡坡面侵蚀量高于阴坡的坡面侵蚀量,坡向在东北典型黑土区不是影响沟蚀发育的首要因子;侵蚀强度在2 500 t/(km²·a)以下的地区,随着坡面侵蚀量的增大侵蚀沟密度增大,而当大于2 500 t/(km²·a)以后,侵蚀沟密度比较稳定。     

黑河流域草地承载力研究

应用RS和GIS技术,从研究区植被类型、土壤侵蚀、坡度、距水源距离、生物多样性和生态系统保护等方面,确定了黑河流域不适合和适合放牧的区域。在适合放牧的区域,根据草地类型估测产草量。在牧草分配方面,从避免土壤侵蚀和遭遇干旱时保证植被群落弹性和再生的需要以及满足昆虫和土壤无脊椎动物及野生动物需要两个方面考虑了满足生态需要的牧草生物量。在确定放牧强度时,从坡度和距离水源远近两个方面考虑了载畜量的减少比例。在此基础上,计算出满足生态保护需要的草地承载力。研究结果表明,黑河流域适合放牧的区域仅占总面积的17.693%,在适合放牧的区域,天然草地的承载力为0.009～2.055只羊单位/hm²。     

黄土高原坡耕地沟蚀土壤质量评价

黄土高原坡耕地沟蚀广泛而严重。科学评价沟蚀土壤质量是侵蚀环境下土壤保育和利用的重要基础。论文以沟间土壤为对照,分析了坡耕地沟蚀对土壤质量单因子的影响并建立了沟蚀土壤质量综合评价模型。利用加权和法对黄土高原坡耕地不同沟蚀深度下土壤质量进行综合评价。结果表明：①沟蚀对坡耕地不同土壤质量因子的影响有较大差异。沟蚀导致土壤硬化,pH值增加,而土壤团聚体和养分含量（除全磷）随着沟蚀深度增加表现出明显的层次性,近似呈＂W＂型变化规律。②沟蚀深度对土壤质量的影响可以用幂函数y=0.866 8 x-0.142（R2=0.877）较好地拟合。微度侵蚀（〈5 cm）、中度侵蚀（5～30 cm）和重度侵蚀（30～50 cm）的土壤质量指数较沟间土壤分别降低了10.6%、27.9%和36.5%。沟蚀深度5 cm和30 cm是土壤质量显著下降的两个关键点。③反映沟蚀土壤质量的指标可以归为肥力因子、质地因子和结构因子三类。土壤有机质、水稳性团聚体、土壤比表面积和容重4项指标能够很好地反映土壤质量状况,可作为坡耕地沟蚀土壤质量的表征指标。     

基于RUSLE模型的延河流域2001-2010年土壤侵蚀动态变化

以黄土高原典型丘陵沟壑区--延河流域为研究区, 基于GIS和RS技术, 利用2001-2010年延河流域水文站月降雨量数据、MODIS NDVI数据、DEM数据、土壤类型数据和土地利用数据,率定了修正的通用土壤流失方程(RUSLE)的相关参数,计算了研究区2001-2010年逐年的土壤侵蚀模数, 利用杏河水文站实测的泥沙数据, 验证了模型的有效性,分析了延河流域土壤侵蚀强度的时空变化特征。结果表明,2001年到2010年延河流域土壤侵蚀模数呈减小趋势,2001年土壤侵蚀模数最大,为6 596.72 t/(km²·a),2008年土壤侵蚀模数最小,减小到2 485.46 t/(km²·a),降低62.32%;2009年由于暴雨冲刷,土壤侵蚀模数显著增大;2010年土壤侵蚀模数和2006、2007年相差不多;土壤侵蚀强度分布比例变化明显,土壤侵蚀强度为强度、极强、剧烈的面积比分别由16.21%、21.93%和12.36%降低为10.85%、4.58%和0.39%。土壤侵蚀强度等级转移矩阵表明大部分地区的土壤侵蚀强度向低一级转移,2001-2005年31.68%的面积土壤侵蚀强度降低一级,2005-2010年42.13%的面积土壤侵蚀强度降低一级。     

黄土高原坡耕地沟蚀土壤质量评价

黄土高原坡耕地沟蚀广泛而严重。科学评价沟蚀土壤质量是侵蚀环境下土壤保育和利用的重要基础。论文以沟间土壤为对照,分析了坡耕地沟蚀对土壤质量单因子的影响并建立了沟蚀土壤质量综合评价模型。利用加权和法对黄土高原坡耕地不同沟蚀深度下土壤质量进行综合评价。结果表明:①沟蚀对坡耕地不同土壤质量因子的影响有较大差异。沟蚀导致土壤硬化,pH值增加,而土壤团聚体和养分含量(除全磷)随着沟蚀深度增加表现出明显的层次性,近似呈"W"型变化规律。②沟蚀深度对土壤质量的影响可以用幂函数y=0.866 8 x ^-0.142(R²=0.877)较好地拟合。微度侵蚀(<5 cm)、中度侵蚀(5~30 cm)和重度侵蚀(30~50 cm)的土壤质量指数较沟间土壤分别降低了10.6%、27.9%和36.5%。沟蚀深度5 cm和30 cm是土壤质量显著下降的两个关键点。③反映沟蚀土壤质量的指标可以归为肥力因子、质地因子和结构因子三类。土壤有机质、水稳性团聚体、土壤比表面积和容重4项指标能够很好地反映土壤质量状况,可作为坡耕地沟蚀土壤质量的表征指标。     

黄土丘陵小流域沟坡水热条件及其生态修复初探

在黄土丘陵沟壑区,沟坡是小流域尺度上水土流失最为活跃的部分,对其水热条件的了解是进行综合治理的基础。论文以黄土丘陵区甘肃定西安家沟小流域为例,观测了沟坡不同地形部位和植被类型土壤水分季节动态和剖面变化特征,同时观测了光照、大气湿度、温度和风速等小气候条件,并探讨了沟坡生态修复方式。结论与建议如下。①历次取样中,0～100cm平均土壤水分均以沟道灌木林地最高,沟坡中的阳坡和阴坡的草地和灌木林地次之,梁峁坡农地最低,且6种类型样地间有显著差异(P<0.01);对于相同的植被类型来说,阳坡的林草植被土壤水分均要小于阴坡,但没有显著差异(P>0.05);而在同一坡向,草地的土壤水分要显著高于灌木林地(P<0.01);和梁峁坡农地的土壤水分季节变化特征相比,沟坡植被土壤水分的季节变化不明显。②对于梁峁坡农地和阴坡的灌木林地来说,土壤水分在剖面内随着深度变化平缓,而其它4种类型样地土壤水分在剖面内随着深度呈增加的趋势。对于这6种类型样地,土壤水分剖面差异格局与0～100cm平均含水量相似;且随着深度的增加,6种类型样地间土壤水分的差异性增大。③对于梁峁坡和沟坡来说,4～5月份风速均是观测期内最大的,但沟坡风速要小于梁峁坡坡面;在观测期内,高湿期出现在5月,且沟坡大气相对湿度高于梁峁坡;和     

黄土高原历史时期沟谷侵蚀量计算方法探讨

历史时期沟谷侵蚀量的计算多采用传统实地测量或计算方法,而现代地理信息技术的发展为沟谷侵蚀量计算提供了更为简便、快捷、高效的方式。等高线图形概括法即为一种将传统制图学与现代地理信息技术相结合的方法。本文以神木县东山旧城冲沟为切入点,采用等高线图形概括方法,基于30 m 分辨率ASTER DEM,利用Arcgis10 平台计算历史时期沟谷侵蚀量,并将其与基于野外测量计算侵蚀量进行对比。结果对比发现,基于野外测量的沟谷侵蚀量约占基于DEM 侵蚀量的89.11%,两者之间存在一定差距,但是可被接受的。进一步分析显示,等高线简化前后,DEM 平均坡度、等高线长度和表面积均发生变化,平均坡度、等高线长度变化率分别为2.78% 和4.3%,表面积变化不是特别明显。三维分析显示,简化后等高线更加平滑,平均坡度趋于平缓,坡度的分布更为均匀。总体而言,等高线图形概括方法在沟谷侵蚀量计算方面具有较高的可靠性,对更大时空尺度内的沟谷侵蚀量计算具有借鉴意义。     

鄂尔多斯市1988-2000年土壤水力侵蚀与土地利用时空变化关系

土地利用是引起土壤侵蚀的重要驱动过程。基于1988年和2000年TM影像数据和气候、土壤、植被及DEM等数据,运用通用的土壤流失预报方程（RUSLE）,对鄂尔多斯市1988-2000年间的土壤水力侵蚀进行定量估算,揭示期间水力侵蚀的时空变化特点,并对土地利用类型与土壤侵蚀的关系进行分析。结果显示：1988-2000年间,研究区土壤水力侵蚀时空变化较为明显。时间变化上侵蚀强度明显减弱,除了微度侵蚀从53.16%剧增至81.24%以外,中度、强度、极强度和剧烈侵蚀类型均有较大幅度的下降;空间变化亦很明显,2000年与1988年相比,剧烈侵蚀只有准格尔旗东南部还有少量分布,强度侵蚀和极强度侵蚀主要分布在准格尔旗境内。土地利用方式对土壤侵蚀有明显的影响,高覆盖草地和水域的土壤侵蚀强度较小。此外,不同土地利用类型的平均土壤侵蚀模数和土壤强度指数均有大幅度的下降。其中未利用地的下降幅度最大（68.14%）,其次为低覆盖度草地（64.09%）,耕地的下降幅度最小（49.62%）。研究结果表明,鄂尔多斯土壤水力侵蚀治理的重点区域是东北部,改变土地利用方式,增加水土保持工程措施,加强采矿迹地的修复重建等是有效防治土壤水力侵蚀的重要措施。     

Soil loss and conservation in the black soil region of Northeast China: a retrospective study

The black soil region in Northeast China is an important region for cereal grain production in the country. However, several decades of overexploitation and unsustainable land use practices have caused substantial loss of soil and soil productivity. The dominant soil erosion processes in the black soil region are water, wind and meltwater erosion, of which water erosion on the slope farmland is the major contributor to soil erosion. According to landforms and characteristics of soil and water loss, the black soil region of Northeast China can be classified as the rolling hill area, the low mountain–hill ravine area, and the farming-pastoral area. As a result, land use strategies, including the Three Defense Lines control pattern, the Pyramid Style control pattern, and the control pattern of Minimum Exploiture and Maximal Protection, are proposed for the three respective areas. Moreover, conservation tillage and participatory management are the promising measures that have not been widely implemented in the black soil region until now.     

门头沟生态系统土壤保持功能及其生态经济价值分析

在遥感和地理信息系统的支持下,利用通用土壤流失方程(USLE)和风力侵蚀模型,研究了门头沟生态系统土壤保持能力,并评价了其生态经济价值.结果表明:门头沟生态系统每年可以减少土壤的水蚀量为14.93×104 t/a,风蚀量为2 254.38×104 t/a;土壤保持能力在空间上呈现很大的差异性,总体上植被覆盖度高且坡度小的地区土壤保持能力最强,而植被覆盖度低且坡度较大的山地土壤保持能力最弱.土壤保持功能总价值为58 198.83×104　元/a,其中减少水蚀功能价值为442.83×104　元/a,减少风蚀功能价值为57 756×104　元/a.      

澜沧江流域云南段土地利用及其变化对土壤侵蚀的影响

采用GIS空间分析与传统统计分析相结合的方法,通过在ARCGIS 8.1的GRID模块中,对澜沧江流域南段土地的栅格(GRID)图进行地图代数运算,形成具有复合数据的新GRID数据表;对新生成GRID属性表的数据进行统计计算,获得研究时段内不同空间范围的土地利用转移矩阵数据及各类用地上的土壤侵蚀数据;通过土壤侵蚀综合指数(INDEX)的计算,反映了不同区域、不同土地利用类型上的土壤侵蚀程度及其变化.研究结果表明,耕地、其它林地、低覆盖度草地上土壤受侵蚀的可能性较其它用地类型大;耕地、中覆盖度草地、水域的土壤侵蚀强度较其它用地类型大;土地利用变化对土壤侵蚀变化的影响在澜沧江中游和下游区域表现较为明显,而在上游区域不明显;上游区域土壤侵蚀的主导因素不是土地利用及其变化,而是地形、气候等其它因素.     

隆昌市土壤侵蚀敏感性定量分析研究

以降雨侵蚀力、地形起伏度、土壤质地、植被覆盖度等自然因素及土壤侵蚀敏感性综合指数作为评价指标,利用GIS与RS技术,对隆昌市土壤侵蚀敏感性进行定量分析,并研究其分布特征,为地区水土保持工作提供科学依据.研究表明:隆昌市土壤侵蚀敏感性整体以轻度敏感为主,降雨及土壤质地对土壤侵蚀影响较大,桂花井镇、金鹅镇、李市镇、圣灯镇、石燕桥镇、渔箭镇土壤侵蚀相对较为敏感,是今后水土保持的重点区域.     

基于GIS和RUSLE的三峡库区小流域土壤侵蚀量估算研究

本研究以三峡库区菱角塘小流域为研究对象,在GIS技术的支持下,通过遥感技术和野外调查进行信息采集,对修正的通用土壤流失方程(RUSLE)各因子进行量化分析,从而对三峡库区菱角塘小流域土壤侵蚀量进行定量评价,并对土壤侵蚀强度进行分级;在此基础上分析不同坡度和土地利用类型的土壤侵蚀空间分布特征。结果表明,菱角塘小流域年土壤侵蚀量为208.32t/a,土壤侵蚀模数为1 987.75t/(km2·a),属于轻度侵蚀。28.62%的区域为中度、强度或极强度侵蚀,但是其侵蚀量却占总侵蚀量的82.36%,是预防和加强水土流失治理的重点区域。土壤侵蚀主要发生在坡度为15°~35°的区域,其中15°~25°的坡度土壤侵蚀属于中度侵蚀;坡耕地侵蚀最为严重,15°~25°的坡耕地侵蚀量占总侵蚀量的57.15%,表明坡耕地是该小流域水土流失的主要策源地。同时用137 Cs核素示踪技术测定的坡耕地和林地土壤侵蚀模数证实了RUSLE模型具有较高的准确性和可靠性,该模型在库区地块尺度具有一定的推广价值。     

东北典型黑土区讷谟尔河流域土地利用变化对沟蚀影响研究

论文以东北典型黑土区中的黑龙江省讷谟尔河流域作为研究区,以1965年的Corona 和2005年的SPOT5影像做为数据源,获取研究区1965和2005年的侵蚀沟分布数据;以地形图、Landsat/MSS影像和TM影像作为数据源,获取1954、1975、1995和2005年的土地利用数据,据此就研究区沟蚀动态和土地利用变化对沟蚀发展的影响进行分析。结果表明：40 a间侵蚀沟密度>250 m/km²的区域由1965年的0 km²增加到4 077.17 km²,占总侵蚀区面积的37.57%;侵蚀沟密度以北东—南西向为轴线从剧烈增加区逐渐过渡到微度增加区;耕地上沟蚀状况最严重,草地和沼泽地次之,林地侵蚀沟密度较小;耕地和草地之间的互相转换,侵蚀沟密度增加最大,分别为600.60和456.08 m/km²;其次是林地转变为耕地,侵蚀沟密度增加346.91 m/km²;各沟蚀变化区耕地的增加比例在29.21%~46.54%之间,草地减少的比例在27.10%~41.50%之间,沼泽地减少的比例在5.86%~12.50%之间。     

延河流域不同立地条件下植物-枯落物-土壤生态化学计量学特征

通过对黄土高原延河流域不同立地条件的植物、枯落物和土壤进行调查、取样和分析,选取不同立地条件下的共有植物达乌里胡枝子,研究了不同立地条件下共有植物-枯落物-土壤的碳、氮、磷化学计量特征,以期探索不同立地条件中的元素迁移和转化。结果表明：1）土壤碳氮比的平均值为10.88,土壤碳磷比和氮磷比的平均值分别为23.14和2.13。2）土壤碳氮比表现为阳坡>阴坡、沟坡>峁坡,氮磷比无显著差异;共有植物碳氮比表现为阳坡>阴坡,峁坡>沟坡,碳磷比和氮磷比为阴坡>阳坡,峁坡>沟坡;枯落物碳氮比表现为阳坡>阴坡,峁坡>沟坡;氮磷比和碳磷比在不同立地条件中均表现为阴坡>阳坡,沟坡>峁坡。3）通过对不同立地条件下植物-枯落物-土壤化学计量特征的探讨,得知沟坡条件下土壤有机碳累积速率相对高于峁坡,阳坡土壤有机碳固定大于阴坡,各立地条件中土壤全磷含量相对一致;在植物生长后期以及枯落物分解过程中,阳坡和峁坡表现为氮素迁移转化相对强烈,阴坡和沟坡则有利于磷的迁移和转化。     

高寒草地土壤保持功能的风洞模拟及其定量评估

青藏高原高寒草地的土壤保持功能对于保护生态环境具有重要的作用。为了研究人类活动不同干扰方式对高寒草地土壤保持功能的影响,利用大型风洞,对不同干扰方式下高寒草甸、草原化草甸和高寒草原3个类型的土壤保持功能定量评估,以侵蚀率作为土壤保持功能的测度指标。实验结果表明,随着风速的增大,3个样品的土壤侵蚀率均呈现增大趋势,但不同处理下侵蚀率的增幅不同。当植被根系破坏后,土壤侵蚀率大小为高寒草甸<草原化草甸<高寒草原,说明,高寒草甸土壤的可蚀性低,高寒草原土壤的可蚀性高,极易遭到破坏。从总体来看,土壤保持功能的强弱依次为高寒草甸>草原化草甸>高寒草原。风蚀前后土壤中有机质和养分含量的变化分析表明,土壤有机质和养分含量显著下降,其中速效K2O的养分含量下降幅度最大。对3个草地类型单位面积土壤保持经济价值进行计算,计算主要包括保持有机碳、保持养分和减少土壤流失对河流湖泊淤积3个方面的价值。结果表明,高寒草原化草甸单位面积的土壤保持价值最高,其次为高寒草甸,高寒草原单位面积土壤保持价值最低。