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。     

基于USLE的东江流域土壤侵蚀量估算

基于通用土壤流失方程(USLE),运用遥感和地理信息技术,对东江流域年均土壤侵蚀量进行估算。结果表明:东江流域年均土壤侵蚀总量为16.2×108t,土壤侵蚀模数为18.73t/(hm2.a),侵蚀强度属轻度。占流域面积94.62%的区域土壤侵蚀强度在中度以下,对流域土壤侵蚀量的贡献率为9.94%,而占流域面积仅5.38%的中度以上侵蚀区域对流域土壤侵蚀量的贡献率达90.06%。流域土壤侵蚀空间差异性大,分析土壤侵蚀与土地利用类型和坡度之间的关系表明:裸地和灌草地为区内主要侵蚀地带,土壤侵蚀模数随着坡度的递增呈先增加后减小的趋势,5°~25°为区内主要土壤侵蚀坡度段。通过以上研究分析以期为构建东江流域水生态功能分区指标体系提供科学依据。     

基于遥感和GIS的桑干河流域土壤侵蚀评价

以桑干河流域Landsat 5 TM 和DEM为数据源,依据水利部颁布的<土壤侵蚀分类分级标准>(SL 190-96),采用第二次全国土壤侵蚀遥感调查中的多因素综合法,选取土地利用类型、植被覆盖度和坡度3个因子,对桑干河流域土壤侵蚀强度进行了评价,发现桑干河流域平均侵蚀模数约为1 655 t/km2·a,总体上属轻度侵蚀,但侵蚀强度较高的斑块破碎化程度高,不利于集中治理,土壤侵蚀的防治有一定难度.     

基于遥感和ULSE模型评价1995~2005年江西土壤侵蚀

为了定量评价近10年江西省土壤侵蚀的时空变化,采用USLE模型的月模式,耦合1995年的NOAA-AVHRR归一化植被指数(NDVI)和2005年的Terra-MODIS增强型植被指数(EVI),定量评价了江西省1995年和2005年的土壤侵蚀空间分布.研究结果表明: (1)江西省土壤侵蚀主要受地形条件的影响,存在明显的空间差异,强烈侵蚀级别以上的土壤侵蚀主要发生在鄱阳湖流域各子流域的上游;地形平坦的鄱阳湖平原和吉泰盆地,土壤侵蚀强度低;(2)江西省土壤侵蚀在1995~2005年间得到一定程度的改善,年土壤侵蚀总量由1995年的1.494亿t下降为2005年的1.268亿t,全省平均土壤侵蚀模数由894.68t/(km2.a)下降为759.31t/(km2.a);中度以上侵蚀面积由1995年的16 945km2下降为2005年的13 833km2;(3)全省绝大多数县(市、区)的土壤侵蚀强度降低,其中德兴县、玉山县、婺源县、上饶县、浮梁县、横峰县等赣东北5县的平均土壤侵蚀模数下降最为显著;但也有少量县(市区)的土壤侵蚀呈进一步扩大趋势,主要有井冈山市、永新县、莲花县、瑞昌县、广昌县和永丰县.     

北部湾钦江流域土壤侵蚀及其硒元素流失评估

以钦江流域2015年的气象数据、遥感数据及数字高程模型、土壤类型以及土壤质地等数据为基础,基于修正的通用土壤流失方程（RUSLE）和GIS空间分析技术,定量分析了广西北部湾钦江流域土壤侵蚀及其硒元素流失的空间分布特征.研究结果表明：（1）北部湾钦江流域2015年土壤侵蚀总量为381.64×104t/a,平均土壤侵蚀模数为14.79t/（hm²·a）,小于2010年钦江流域的土壤侵蚀模数,但远大于水利部规定的在南方红壤丘陵区土壤允许流失量;（2）流域土壤侵蚀强度以微度侵蚀为主,侵蚀强度从流域上游到下游依次降低,0~240m之间的高程带以及>15°的坡度带是未来土壤侵蚀防治的重点区域;（3）山地地区的土壤侵蚀模数最高,达23.49t/（hm²·a）,高于流域平均土壤侵蚀模数约1.59倍,丘陵地区次之,而冲积平原最小;（4）流域土壤的硒含量介于0.38~0.72mg/kg之间,平均值0.49mg/kg,高于中国土壤硒元素背景值的1.69倍;（5）不同土地利用类型土壤硒含量随着土壤剖面深度的增加均呈现出减低趋势,硒的含量在不同土地利用类型中的排序为林地 > 园地 > 草地 > 水田 > 旱地,而在不同土壤类型中硒含量大小顺序则为：新积土 > 石灰岩土 > 潜育水稻土 > 淹育水稻土 > 赤红壤 > 潴育水稻土 > 砖红壤 > 滨海沙土 > 紫色土 > 咸酸水稻土.（6）流域土壤硒元素的流失总量为8987.05kg/a,平均流失模数为0.0344kg/（hm²·a）,其中流域中游的硒元素流失量最大.该项研究成果可为钦江市政府开发富硒农产品、发展富硒农业以及提升钦江流域土地利用的价值提供科学依据.     

基于地形位置指数的赤水河流域植被时空变化研究

地形因子和植被覆盖是区域灾害评价的关键指标,也是山区型村镇建设生态安全评估的重要内容.为探析山区型村镇建设的生态约束条件,以赤水河流域为研究对象,基于1998—2018年SPOT_VGT NDVI数据,利用地形位置指数（Topographic Position Index,TPI）和坡度位置指数方法,研究了赤水河流域植被生长季NDVI时空变化及地形分异特征.结果表明:①赤水河流域内,1998—2018年植被生长季平均NDVI呈缓慢上升趋势,斜率为0.004 7;NDVI>0.60的集中连片区域主要分布在古蔺县北部、赤水市大部和习水县西北部,占赤水河流域总面积的8.42%;Sen's slope在0.009~0.015区间时,赤水河流域植被生长增强趋势最明显,主要集中分布在赤水河中上游、二道河以及下游的大同河干流地区.②TPI在-39.4~34.3区间的面积最多,为6 221.63 km2,占赤水河流域总面积的34.05%;将赤水河流域坡度类型划分为山脊、上坡、中坡、平坡、下坡、山谷6个坡度位置类型,其中,中坡面积（7 792.02 km2）最大,占流域总面积的42.64%,表明TPI数值较小且坡度大于5°的区域是赤水河流域地形主体.③赤水河流域植被在山脊的平均NDVI最高,为0.747,且山脊平均Sen's slope最高,为0.007 2;山谷平均NDVI最低,为0.709.研究显示,赤水河流域植被分布在118.5~486.9的TPI区间或分布在山脊处时整体生长较好,且生长增强趋势最明显.      

基于网格单元的碧流河流域土壤侵蚀吸附态氮污染负荷研究

在ENVI、ArcGIS系统的支持下,集成土壤侵蚀模型、泥沙输移模型和污染物富集模型,建立了基于网格单元非点源吸附态氮污染负荷的通用计算方法。以碧流河流域为例,利用调查、收集的数据资料确定了模型中各计算因子,估算了流域土壤流失量、输沙量和吸附态氮负荷。结果表明:2012年,碧流河流域平均土壤侵蚀模数为1137 t/（km2·a）,平均输沙模数为295 t/（km2·a）,吸附态氮流失模数为326 kg/（km2·a）,吸附态氮流失总量为878 t,其中林地562 t、耕地285 t,分别占吸附态氮流失总量的64%和32%。为减小碧流河流域土壤侵蚀吸附态氮的流失,应进一步提高流域内林地、草地质量,在水土保持功能弱的林草地上实施工程措施。     

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。     

基于核示踪的深圳市农用土壤侵蚀特征及评价

运用137Cs和210Pb_ex联合示踪技术,考察深圳特区内外典型区域137Cs和210Pb_ex面积活度的背景值与变化特征,以及典型区农用土壤侵蚀速率、分布特征和主要影响因素. 结果表明:①在城市化剧烈的人为扰动作用下,深圳市的地表土壤环境已经大部分不具备自然土壤的基本属性. 深圳市137Cs面积活度背景值介于99~653Bq/m2之间,仙湖植物园的137Cs实测面积活度背景值最大〔为(653±81)Bq/m2〕,南澳新大村的137Cs实测面积活度背景值最小〔为(99±47)Bq/m2〕. ②随着海拔升高,210Pb_ex的实测面积活度背景值呈增加趋势,这和低纬度地区亚热带海洋性季风气候的水汽运动有关. ③深圳市南澳新大村和公明水库陡坡农用地种果造成的土壤侵蚀已达到了极剧烈的程度,土壤平均侵蚀速率分别高达6150和40530t/(km2·a). 深圳市农用土壤侵蚀具有分布面积广、人为扰动较剧烈、产流产沙集中、侵蚀强度较大等特征. 人为扰动主导的土地开发与陡坡种果是造成城市水土流失的主要影响因素. ④深圳市近30年来快速城市化活动加速了城市土壤侵蚀的发生和发展,亟待加强开发建设项目水土保持、陡坡还林还草等生态治理工作.      

137Cs法用于典型流域土壤侵蚀的初步研究——以太湖流域上游西苕溪流域为例

太湖流域上游土壤侵蚀量对于研究太湖流域营养盐输入和水环境效应具有重要意义。论文运用137Cs示踪分析法对太湖流域上游浙江省安吉县西苕溪流域的土壤侵蚀进行了初步研究,结果表明:该流域的137Cs基准值为2148.8±120.7Bq/m₂;对于非耕作土壤,137Cs在土壤剖面中呈指数型分布,分布深度一般在20cm左右;对于耕作土壤,则在耕作层内呈均一分布,耕作层以下则急剧下降,分布深度达30cm。典型断面研究表明:耕地侵蚀强于非耕地;坡面上部侵蚀强于下部;坡度(0°～20°)与土壤侵蚀强度呈对数正相关关系。     

喀斯特峰丛洼地泥沙堆积的137Cs示踪研究——以丫吉试验场为例

西南喀斯特地区是我国生态环境最脆弱的地区之一,土壤侵蚀及其造成的石漠化已成为制约该区可持续发展最严重的生态环境问题。但是该区的侵蚀泥沙研究基础薄弱,利用核素示踪法研究侵蚀泥沙的报道较少。本文以桂林丫吉试验场的峰丛洼地小流域为研究对象,运用137Cs示踪技术定量研究了洼地泥沙堆积速率,确定了该洼地小流域1963年以来的泥沙堆积速率。初步研究结果表明,1963~2008年的45年间,丫吉1号洼地的泥沙堆积速率和堆积模数分别为0.104cm·a-1和13.68 t·km-2·a-1。讨论了研究小流域泥沙堆积与地面土壤流失的关系,认为研究区域近几十年以来的地面水土流失相当轻微,地面土壤流失速率仅为10余t·km-2·a-1。     

西南喀斯特流域泥沙来源、输移、平衡的思考——基于坡地土壤与洼地、塘库沉积物~(137)Cs含量的对比

汇总了西南喀斯特地区坡地土壤和洼地、塘库沉积泥沙的~(137)Cs比活度资料,并进行了对比,分析流域泥沙来源。坡地地面流失轻微的,汇水面积小于0.5 km~2的微小流域,流域产沙主要源于地下流失(裂隙土)和沟岸侵蚀(沟壁土);坡地地面流失强烈的,主要源于坡地地面流失(坡地表层土壤)。地下流失和沟岸侵蚀是小流域和较大流域的主要产沙方式,且有随着流域面积增大,产沙贡献率越高的趋势。由于裂隙土和沟壁土都基本不含~(137)Cs,~(137)Cs单一示踪法不能区分这两种源地土体的产沙贡献率。建议采用多元示踪法,研究流域的泥沙来源。区分裂隙土和沟壁土的产沙贡献率,可考虑尝试磁性法和孢粉法。通过沉积物~(137)Cs断代等方法确定洼地、河流滩地和塘库泥沙淤积量,结合径流小区和水文站输沙量资料,分析不同类型洼地、河流滩地和塘库的泥沙截留率,分析河流泥沙输移比。在查明泥沙来源,泥沙输移比和输沙量(或产沙量)的基础上,确定流域泥沙平衡,结合径流研究成果,建立喀斯特流域产沙模型。     

典型喀斯特坡地137Cs的分布与相关影响因子研究

通过野外考察和大量的137Cs取样分析,对喀斯特坡地土壤137Cs分布及相关影响因子进行了初步研究.结果表明,喀斯特区域137Cs剖面分布特征与非喀斯特区域相似,林地土壤剖面137Cs呈现指数分布模式,耕地剖面的137Cs呈均匀分布模式;喀斯特区域落水洞洞口45 cm以上土层中的137Cs比活度变幅为1.7~3.3 Bq/kg,137Cs分布较深,表明洞口现存土壤多由侵蚀物质堆积形成;2个石缝中的土壤样品137Cs比活度分别为16.8 Bq/kg和37.6 Bq/kg,远远高于临近土体,表明裸岩是影响喀斯特区域137Cs地表空间运移的一个重要因素;随坡面海拔升高,137Cs的面积活度表现出波动振荡趋势,空间异质性明显,林地和农耕地坡面137Cs面积活度变幅分别为299.4~1 592.6 Bq/m2和115.8~1 478.6 Bq/m2;林地坡面137Cs面积活度与坡度和海拔高度呈极显著正相关,农耕地坡面137Cs面积活度和坡度呈不明显的负相关,与海拔高度呈显著负相关.地形地貌和人为干扰强度是影响坡面137Cs空间分布规律的主要因素.     

辽东湾地区~(137)Cs大气沉降研究

利用137Cs示踪技术的前提条件是了解137Cs的大气沉降历史,从而准确求算区域环境中137Cs的背景值.本文利用日本秋田、东京及新泻地区137Cs年沉降数据,并结合相应的降水数据进行修正,对辽东湾地区137Cs的大气沉降进行了定量研究.结果表明,辽东湾地区137Cs的大气沉降趋势与北半球基本一致;1957—2008年辽东湾地区137Cs大气总沉降通量的模拟结果为1536 Bq·m-2(衰变校正至2009年),与该地区土壤中137Cs背景值较为接近;20世纪50年代末60年代初频繁的大气核试验和1986年的切尔诺贝利核事故是1963年和1986年两个137Cs沉降峰值产生的原因;1990年以后,沉降在地表的137Cs在风力侵蚀作用下,发生再悬浮,使得大气中137Cs沉降通量再次出现量级变化明显.福岛核事故产生的核素沉降对研究区的137Cs沉降通量的影响并不明显.     

北京东郊污灌区表层土壤微量元素的小尺度空间结构特征

岩溶山区表土中＾７Ｂｅ、＾１３７Ｃｓ、＾２２６Ｒａ和＾２２８Ｒａ地球化学相分配的实验研究表明，４种核素绝大部分存在于Ｆｅ－Ｍｎ氧化物，有机质及残渣相中。它们在表土的迁移过程中具微粒迁移性，能较好地随土粒般运，可作为土粒侵蚀或沉积的示踪剂。     

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。     

Sediment environmental capacity of 137Cs in Daya Bay

Sediment environmental capacity of pollutants is very important for marine environmental management. Based on the methodology of a study on water, soil environmental capacity, and mass conservation theory in a system, the concept and model on sediment environmental capacity for ¹³⁷Cs in Daya Bay were developed. The static capacity for ¹³⁷Cs in the upper sediment near the shore at a shallow area was calculated, and the annual dynamic capacity and total dynamic capacity were also calculated through determination of the typical biomass in the sediment. The results showed that the estimated environmental capacity for ¹³⁷Cs in sediments was approximately equal to the current input of ¹³⁷Cs into the sediments. Controlling the input of ¹³⁷Cs in the sediments within the environmental capacity guarantees the sustainability of the current situation of the Daya Bay ecosystem and avoidance of a significant degradation of the system. Translated from Research of Environmental Sciences, 2005, 18(3): 11–14 [译自: 环境科学研究]     

湿润亚热带典型白云岩流域不同土地利用下的试片溶蚀速率及岩溶碳汇

土地利用对石灰岩溶蚀速率的影响已有较多研究报道,但白云岩溶蚀速率对于土地利用的响应研究却罕见相关报道。因此,探究不同土地利用对白云岩溶蚀速率的影响具有一定的意义,并可为评估白云岩地区的岩溶碳汇效应积累基础数据。本文以湿润亚热带典型白云岩小流域——贵州施秉黄洲河白云岩小流域为研究区,利用白云岩溶蚀试片对流域内不同土地利用下的白云岩溶蚀速率及其影响因素进行了研究。结果表明：不同土地利用条件下白云岩试片溶蚀速率的大小为旱地（4.25 mg/（cm²·a））>林地（1.01 mg/（cm²·a））>水田（0.14 mg/（cm²·a））;白云岩试片溶蚀速率随土壤有机质含量增加、土壤pH值减少而增大;但其与土壤CO₂浓度呈相反的变化趋势;土壤含水量、容重对溶蚀速率的影响不大。由白云岩试片的溶蚀速率估算该白云岩流域的岩溶碳汇总量为351.70 tCO₂/a,岩溶碳汇通量为7.31 tCO₂/（km²·a）,与前人利用水化学径流法计算相比明显较小。与以往在石灰岩区使用溶蚀试片法和水化学径流法计算的岩溶碳汇强度差异大致相同。