GIS支持下土壤侵蚀潜在危险度的分级研究

根据土壤侵蚀特点，在IDRISI地理信息系统（GIS）支持下，研究设计了小流域空间与属性数据库的建设，在GIS系统支持下可有效地实现区域土壤侵蚀潜在危险的分级及其空间分析。首先，采用侵蚀预报的数学模型来估算土壤侵蚀星，用土壤详查资料编制土层厚度和土壤容重图，然后，由土壤年均侵蚀量，土层厚度和土壤容重得到土壤抗蚀年限图，按水利部标准将土壤侵蚀潜在危险度分为5级。最后，为表明某一地区或地类土壤侵蚀潜在危险的大小，还提出了土壤侵蚀潜在危险指数（SEPDI）。以三峡库区的王家桥小流域为例进行了研究，并且分析了其空间分布特点。     

清江流域1995-2000年土壤侵蚀时空变化

土壤侵蚀是造成地表水土流失的直接原因，也是我国国土整治的主要目标和任务。清江流域地处湖北省西南部，严重的土壤侵蚀是该地区生态环境恶化的主要原因，也是社会经济发展的主要限制因素之一。在野外调查的基础上，利用1：10地形图和1995年、2000年两期Landsat—TM遥感影像为基本信息源，在“3S”技术支持下对清江流域的土壤侵蚀进行动态监测。结果显示，5年来清江流域土壤侵蚀（轻度及轻度以上侵蚀、水土流失）面积共减少10．98km^2，减少了0．06％，但全区土壤侵蚀面积仍占土地总面积的40．70％，说明本区土壤侵蚀仍然十分严重。该区经过近5年的水土保持治理和生态环境建设，强度和极强度土壤侵蚀区治理取得了一定进展，没有进一步恶化，而微度、轻度和中度侵蚀区出现了侵蚀强度增大的现象，说明由于各种自然原因和人为原因的存在，该区的土壤侵蚀仍处于边治理边破坏的状态，虽然整体侵蚀面积在减少，但有些地区的侵蚀强度在加重，若不采取合理措施极可能继续恶化而进一步转化为强度和极强度侵蚀。     

我国区域土壤侵蚀与环境研究述评

区域土壤侵蚀与环境研究，是在比较大的中间尺度和较长的时间尺度上，对土壤侵蚀发生发展过程、土壤侵蚀因子、土壤侵蚀定量评价方法，以及土壤侵蚀治理对环境的影响进行研究的科学与技术体系。该领域的研究，即能直接为国家水土保持宏观决策提供支持，又能揭示土壤侵蚀的宏观规律，并于全球变化研究相联系。我国在该领域的研究主要概括四个方面，包括：①区域土壤侵蚀因子研究，是为认识土壤侵蚀环境特征和进行土壤侵蚀定量评价的基础，②区域土壤侵蚀评价研究，包括调查制图、定性评价和定量评价等，是该研究服务于水土保持实践的基本途径；③水土保持的环境效应研究，是从另外一个视角对土壤侵蚀环境与水土流失及其治理关系的认识。是确切评估水土保持效益，保证水土保持工作健康持续稳定发展的基础。今后应尽快开发区域水土流失定量评价模型，并在区域尺度上对环境效应的方式、范围、程度和发展趋势做出综合计价和分析预测。     

基于GIS与RUSLE的武陵山区小流域土壤侵蚀评价研究

以长江中下游武陵山区女儿寨小流域为研究区,基于数据观测积累及实地调查采样等方法,计算了研究区降雨侵蚀力、土壤可蚀性等因子,运用GIS与RUSLE评价了流域土壤侵蚀强度并分析了其与土地利用方式、海拔高度的关系。结果表明,流域平均土壤侵蚀强度为78844 t/（km2·a）,属微度侵蚀,流域面积9518%的范围发生轻度以下的侵蚀,强烈以上侵蚀仅占1.19%。从土地利用类型来看,耕地、果园侵蚀强度较大,均达到中度侵蚀,有林地除竹林地为轻度侵蚀外均属微度侵蚀,耕地、果园、竹林地是今后水土流失防治的主要地类。不同海拔高度中,低海拔（200～400 m）区域侵蚀量占到流域侵蚀总量的6442%,是水土流失防治的重点地带。研究为应用修正通用土壤流失方程在武陵山区进行土壤侵蚀评价提供范例,为研究区防治土壤侵蚀和流域管理规划决策提供相应参考     

土壤侵蚀对土地利用和降雨变化响应和空间分布特征——以金沙江一级支流小江流域为例

全球变化引起了一系列环境效应,土壤侵蚀是全球变化最为敏感环境效应之一。选择生态极其脆弱区小江流域作为研究对象,通过遥感影像和雨量站点获取3期土地利用和降雨变化信息,结合区域基础地理信息数据,利用通用土壤流失方程（USLE模型）对该区域土壤侵蚀对土地利用和降雨变化的响应进行了分析。研究表明：（1）降雨量在1981~1990年为降雨量较小年份,1991~2000年为降雨量较大时间段,2001~2005年降雨量开始急剧减少;（2）1987、1995和2005年的平均侵蚀量分别为：7058、8008和7981 t/（hm2〖DK1〗·a),中度侵蚀以上面积分别占总面积的2992%、3383%和3318%,其中极强度侵蚀分别占915%、1281%和1263%;（3）在分布特征上,强度侵蚀和极强度侵蚀主要分布在小江流域的中下游地段。极强度侵蚀主要分布在中海拔区域（1 600~2 800 m）,所占的比例呈持续下降的趋势,但在高海拔区域,极强度侵蚀呈增加趋势;同时,极强度侵蚀集中分布在高坡度段（>35°）上,占其面积的85%以上,且呈持续增加趋势,在中坡度段（15°~35°）上,极强度侵蚀呈现明显的减少趋势。USLE模型可以较好的反映出全球变化条件下土壤侵蚀效应,为合理开发土地资源和人类经济活动提供科学依据     

基于InVEST模型的太行山淇河流域土壤侵蚀特征研究

基于土地利用数据、数字高程模型数据(DEM)、土壤类型数据、降雨数据、植被覆盖指数(NDVI),结合地理信息系统(GIS)和遥感,计算降雨侵蚀力因子(R)、土壤可蚀性因子(K)、植被覆盖因子(C)、水土保护措施因子(P),借助InVEST模型对淇河流域2015年山地生态系统的土壤侵蚀进行研究。结果表明:(1)淇河流域微度侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀、强烈侵蚀、极强烈侵蚀和剧烈侵蚀面积分别为932. 80、617. 13、282. 46、159. 58、141. 64和93. 84 km~2;土壤侵蚀总量为7 225 839. 54 t,平均土壤侵蚀模数为32. 45 t/(hm~2·a);(2)在各土地利用类型中,土壤侵蚀主要发生在林地、草地和耕地。草地和林地多分布在地形起伏度较大的高海拔区,潜在的土壤侵蚀量较大,土壤侵蚀强度也较大。虽然未利用地占流域总面积很小,但侵蚀模数最大;(3)淇河流域土壤侵蚀与坡度、海拔和地形起伏度等地形因子具有密切关系,土壤侵蚀模数随着海拔的升高先增大后降低,海拔在1 200 m处达到峰值,土壤侵蚀模数随着坡度和地形起伏度的增加而不断增大。坡度和起伏度越大,坡面土壤的不稳定性愈大,在外力作用下发生下移的可能性就愈大。海拔600～1 200 m、坡度大于15°、地形起伏度70～500 m的区域土壤侵蚀状况严重,是土壤侵蚀防治的重点区。土壤侵蚀是山地生态脆弱性响应的重要指标,山地流域的土壤侵蚀研究对评估区域生态环境质量有重要意义。     

太湖洑东流域陆地侵蚀与入湖物质通量的定量关系研究

在太湖流域选择了一个典型的半封闭洑东小流域,通过对该流域及入湖口区域沉积物的元素和同位素地球化学研究,建立了反映流域陆地侵蚀与入湖物质输入量之间的定量关系模型。研究结果表明:近40 a来洑东流域的入湖物质通量约为6074 t/a,与实际监测结果一致。根据流域土地利用类型和土壤侵蚀速率的分布,估算出流域土壤侵蚀总量为25670 t/a,说明侵蚀总量的237%进入湖泊,其余在河道或土地内部沉积下来。近40 a来太湖宜溧河湖交界区入湖物质通量〖WTBX〗（Q）与流域土壤侵蚀速率（E）和流域面积（A）的数学关系为：E=422Q/A。〖WTBZ〗结合湖泊沉积物来源分析结果,计算出流域内不同土地利用类型的平均土壤侵蚀速率,林地、茶园和水田的土壤侵蚀速率分别为1266、58355和17293 t/（km2·a）。该结果与¹³⁷Cs示踪法计算结果基本一致,表明利用湖泊沉积记录可以较好地反演流域不同土地类型土壤侵蚀量及其入湖营养通量的变化。     

基于GIS和USLE的小流域土壤侵蚀定量评价

通过气象数据分析、实地调查、野外采样及室内分析、DEM计算、遥感解译等,建立了南水北调中线水源地丹江口水库区典型小流域地理数据库,确定了计算USLE因子指标的方法。在ArcGIS支持下,模拟了小流域土壤侵蚀强度的空间分布。将模拟结果分为微度、低度、中度、强度、剧烈侵蚀5级,建立土壤侵蚀与土地利用/土地覆盖类型及坡度之间的关系。结果表明：研究区年均土壤侵蚀量2414 t/hm2,远超该地区容许土壤流失量5 t/（hm2·a）。96%的侵蚀区及95%的土壤侵蚀总量位于<25°区域。就土地利用/土地覆盖类型而言,陡坡耕作区是主要的土壤流失区。研究结果为水源区的土壤侵蚀治理提供参考意见,同时为USLE在无土壤类型图地区的应用提供一种方法借鉴     

“3S”技术在土壤侵蚀研究中的应用

“3S”技术是进行土壤侵蚀研究的有效工具，可以对土壤侵蚀分布与强度的动态变化进行快速监测，为水土保持决策提供依据。介绍了水力土壤侵蚀分类分级标准；研究了植被覆盖度、坡度和土地利用因子的TM影像判读方法：以TM432合成的假彩色图像和NDVI植被指数灰度图像提取植被覆盖度、DEM数据派生坡度数据、土地利用现状图获得耕地分布。以湖北省东北地区为研究区域，通过对植被覆盖度、坡度和土地利用指标的综合分析确定了该区土壤侵蚀现状和动态变化。在ARC/INFO 软件支持下，利用研究区2000年的TM图像对该区土壤侵蚀强度、空间分布进行了分析，并与1995年调查数据进行了比较，分析了研究区土壤侵蚀动态变化。     

基于MODIS像元尺度的三峡库区植被覆盖度变化的地形分布特征

区域植被覆盖变化监测是研究资源环境承载力的基础，其对区域可持续发展至关重要。基于MODIS NDVI数据，采用像元二分模型计算了2001~2018年三峡库区植被覆盖度，结合植被覆盖度变化类型提取模型及分布指数，揭示了库区植被覆盖度变化在不同地形因子上的分布特征。研究表明：（1）三峡库区植被以高和中高覆盖度为主，其分别占库区总面积的65.72%和28.61%。18年来，库区年均植被覆盖度增长率为0.14%；（2）库区植被稳定类型占总面积的79.50%，植被改善占16.71%，植被退化占3.79%。26个区（县）中，长寿区、江北区等7区的植被改善面积小于植被退化面积，存在生态退化风险；（3）高程小于500 m、坡度小于6°的区域植被退化优势显著；高程500~1 100 m的区域植被改善为主导类型；坡度6°~15°的区域无明显优势分布；高程大于1 100 m、坡度大于15°的区域植被稳定和植被改善类型为优势分布；（4）库区不同坡向上，平坡上的植被退化类型显著，当坡向由阴坡向阳坡转变（西坡→南坡，北坡→东坡）时，植被覆盖度变化优势分布类型由植被退化型转变为植被改善型。研究结果揭示了三峡库区植被覆盖的空间分布和变化特征，对库区生态环境评价和植被恢复及保护具有一定的借鉴意义。     

三峡库区农田面源污染典型区域制图及其研究现状评价

利用GIS空间叠加分析方法,通过遴选影响库区农田面源污染关键因子,获得了3大类8小类库区农田面源污染典型区,从空间分布格局的角度对这些典型区做了深入的比较分析,并提出土壤类型是导致不同典型区分布差异的主导因素。在此基础上,对国内外已在库区内开展农田面源污染研究工作的相关研究区进行了典型性分布现状评价,研究认为：(1)目前针对“紫色土-旱地-林地-水田”农田面源污染典型区的研究区设置较完善,在整个库区中的分布格局也较合理,有利于相关研究成果在该区推广应用;(2)对“黄壤-旱地-林地”典型区研究较少,无法满足整个库区尺度下的应用需求,需加强对库区中部和库尾相关区域的研究区配置;(3)由于对“石灰(岩)土-林地”典型区的研究缺失,亟需开展该区内农田面源污染研究工作。研究获得的不同类型典型区分布图可为相关研究区的选择提供必要的决策依据。此外,研究虽只是针对农田面源污染开展了典型区制图分析,但研究方法具有一定的推广性,在必要数据支持下,可应用于三峡库区或其他区域农业面源污染典型区制图研究     

三峡库区建坝前后森林生态系统服务动态

基于六期Landsat TM/ETM+/OLI影像数据,利用生态系统服务功能评估规范及GIS空间统计方法,对三峡库区1990~2015年间森林生态系统服务价值动态变化进行分析。结果表明：三峡库区森林面积与森林覆盖率逐年增加,森林面积增长率71.04%,森林覆盖率由31.27%增加到53.48%。库区整体的森林类型结构比较稳定,表现为针叶林>混交林>灌木林>阔叶林。时间上,三峡库区森林生态系统服务价值呈上升趋势,具体表现为快-慢-快的增长特征。三峡库区单位面积森林生态系统服务价值在总体增长趋势下出现局部负增长趋势,各森林类型的单位面积价值与三峡库区整体的单位面积价值有着相同的变化趋势,均表现为增加-减少-增加的变化特征。三峡库区各类型服务价值的贡献表现为：涵养水源>固碳释氧>生物多样性保护>保育土壤>净化大气环境>积累营养物质>森林防护。空间上,1990~2015年,三峡库区森林生态系统服务价值的地域分布大致以巫溪至武隆一线为界,呈现出东南高、西北低的特征。1990~2015年三峡库区森林生态系统服务价值变化幅度呈现出“西增加快,东增趋缓”的格局特点。     

三峡工程建设前后库区城镇发展与环境变化

利用卫星遥感监测,分析三峡工程建设前后库区城镇发展类型、时空过程,揭示库区城镇变化的驱动力,探索了城镇扩展与人口城镇化关系,研究城镇环境变化特征。三峡库区城镇规模发展不均衡,库尾城市规模庞大,库中、东部区县级城市规模较小,而乡镇的比例占城镇面积24%;在过去15 a中,建城区规模扩大172%,高于全国省会城市发展水平72%;三峡库区城镇规模扩大的同时,东西城镇规模差距逐步缩小,三峡工程建设起着重要的推动作用;城镇发展以侵占了优质耕地资源为代价,耕地占城镇变化83%;城镇用地变化与人口城市化发展不平衡,城镇空间发展快于人口城镇化过程,城镇对农村人口的吸引力不及全国省会城市平均水平,在2007年城市化率低于全国水平13%,差距进一步扩大;城市空间结构发展模式受地形和土地资源的限制,城市分维数和坡度分别增加12%和104°,城市向潜山区扩展或搬迁的同时,城市空间的完整性下降     

鄂东南崩岗不同层次土壤分形特征及抗蚀性研究

崩岗是鄂东南地区极其严重的土壤侵蚀类型,影响范围广,破坏性强。选择鄂东南通城县花岗岩崩岗不同层次土壤进行研究,主要分析崩岗剖面土壤颗粒分形维数、可蚀性、渗透性及水稳性,并通过回归分析等方法建立其与土壤性质之间的拟合关系。结果表明:鄂东南通城县崩岗土层表土层、红土层、斑纹层以及碎屑层的性质存在较大差异,土壤颗粒分形维数D由表土层至碎屑层呈减小的趋势,土壤可蚀性K值由表土层至碎屑层呈增加的趋势,水稳性指数则呈现减小的趋势,渗透性则表现为红土层小而表土层和碎屑层大的规律。同时,相关性分析以及多元线性回归分析显示,崩岗剖面土壤颗粒分形维数、可蚀性、渗透性以及水稳性之间关系密切,抗蚀性与土体性质之间的相关性显著。研究旨在明确了崩岗发生的内在因素,为阐述崩岗的发生机理提供了依据。     

基于DCCA方法的成都市市区与周边城镇大气污染长程相关性分析

利用2008年1月～2012年12月期间成都市市区与其周边14个城镇的逐日空气污染指数（API）数据,采用去趋势互相关分析法（DCCA分析）研究区域城市间大气污染的相关性及其随时间演变规律。结果表明:成都市区与其周边城镇大气污染的空气污染存在一定程度的相关性,并且在不同的月份,相关性会随之发生变化。这种相关性具有长期持续特征,具体表现为在一定的时间尺度上成都市区与其周边城镇大气污染的相关性随时间的变化并不遵循经典的马尔可夫过程,即不随时间呈现指数快速衰减,而是以幂律形式随时间缓慢衰减。进一步,结合不同月份间区域大气平均流场的分布特征,探讨了DCCA分析结果的科学性。研究结果说明,在特定地理环境和气象条件控制下,成都市及其周边城市之间已经存在明显的相互输送和耦合作用,成都地区大气污染已由局地性污染转变为区域性大气污染。城市间污染物输送的长期相关影响机制极有可能在特定月份加重成都市区的空气污染状况,这在成都市区及其周边城镇的规划建设中必须加以特别重视     

Impact of peri-urban agriculture on runoff and soil erosion in the rapidly developing metropolitan area of Jakarta,Indonesia

Negative effects of land use change on water resources are among the most important environmental problems widely found in rapidly developing urban areas. Preserving green open spaces, including peri-urban agriculture, has been emphasized in urban planning to maintain or enhance the water catchment capacity of a landscape. However, the effect of agriculture on water-related landscape functions varies depending on the type, distribution, and management of farmland. This paper analyzes the dynamics of agricultural land and its effect on runoff and soil erosion, in order to support agricultural land management in Jabodetabek Metropolitan Area (JMA) with Indonesia’s capital Jakarta at its core. In 2012, agricultural land in JMA covered 53% of the total area, mostly located in the peri-urban zone. Peak Flow and Universal Soil Loss Equation (USLE) models were used to quantify the increase of runoff and soil erosion in the three most important water catchment areas in JMA caused by an expansion of dryland agriculture and mixed gardens from 1983 to 2012. Critical zones, which generate most of the runoff and soil erosion, were identified in each of the catchment areas. While reforestation of farmland in these zones will be only an option on steep slopes given the great food demands and rural livelihood, adoption of soil and water conservation practices can make a substantial contribution to reduce flood risks and conserve the productivity of agricultural land. A specific set of policy incentives is recommended considering agricultural land use types distribution and their impact on runoff and soil erosion.     

汉江中下游流域土壤侵蚀高风险期及优先控制区协同分析

土壤侵蚀高风险期和优先控制区分别指土壤侵蚀发生的主要时段和区域。基于月尺度土壤侵蚀高风险期及优先控制区识别,对水土资源保护具有实践意义。基于USLE模型,定量分析汉江中下游流域不同月份土壤侵蚀时空分布特征,采用土壤侵蚀高风险期及优先控制区协同分析方法,先基于侵蚀量-时间曲线定量识别流域土壤侵蚀的高风险期,再基于侵蚀量-面积曲线识别高风险期内的优先控制区。结果表明,汉江中下游流域2010年土壤侵蚀具有集中分布特点,严重侵蚀区域主要集中在流域西北和东南地区,占流域面积的11.70%;轻度及以下侵蚀区域主要集中在流域东部和南部坡度较低的区域,占流域面积的88.30%。流域土壤侵蚀的高风险期为4月和7月,侵蚀量占全年的69.12%,其中,7月土壤侵蚀量最高,占全年的41.83%,4月土壤侵蚀量占全年的27.29%。汉江中下游流域高风险期内优先控制区占流域面积的12.22%,其侵蚀量达82.01%,优先控制区主要分布在流域北部、西部及东南部分县市。通过优先控制高风险期内的优先控制区域可以大大提高土壤侵蚀的控制效率。     

GIS-Supported Precision Agricultural Fertilization Management at Small Scale

Precision agricultural fertilization technique at small scale is the key for regional cultivated land protection and management. Taking Dingzhuang Town (located in Guangrao County, Shandong Province) as a case study, this article explores the precision agricultural fertilization technique at small scale. First, three main cropping systems are identified via field investigation, namely wheat–maize–soybean, garlic–maize and cotton. Then, application amount of fertilizer N, P and K under the three cropping sys...     

川中丘陵紫色土区农田土壤有机碳储量及空间分布特征

土壤有机碳在陆地生态系统碳循环中起着举足轻重的作用。针对农田区域内典型县域尺度有机碳储量及其空间格局特征的研究,可以为区域农田土壤固碳提供参考,为研究我国土壤有机碳储量提供基础数据支持。基于2012年农田土壤有机碳分析调查数据,结合GIS和GPS技术对川中丘陵区盐亭县土壤有机碳密度和储量及空间格局进行了估算和分析。结果表明:其主要土壤类型的0~20 cm耕层土壤有机碳密度为111~426 kg/m2,平均值为266 kg/m2,水田和旱地耕层土壤有机碳密度分别为345和234 kg/m2,均低于全国平均值;全县20 cm深度土壤有机碳总储量250×109 kg C,紫色土类土壤有机碳储量最大,为153×109kg C,水稻土次之,有机碳储量0.93×109kg C,两者占据了农田土壤有机碳储量约98%,冲积土和黄壤土类由于面积小,有机碳储量也最低。各土壤类型有机碳储量丰度指数(RI)值都较低,碳存储能力处于中下水平。在县域农田尺度,有机碳空间格局与气候差异、植被类型关系不大,土壤类型空间差异和地形差异是有机碳空间格局形成的主要原因。     

三峡库区重庆段土壤保持服务时空分布格局研究

土壤保持是生态系统服务与功能的重要组成,在防止土壤侵蚀、减少径流泥沙与农业面源污染等方面具有至关重要的作用。以对国家生态安全具有重要作用的土壤保持生态功能区——三峡库区重庆段为研究区域,研究得到了2000~2013年时间序列区域土壤保持服务"流量"结果,结果表明:(1)三峡库区重庆段多年平均土壤保持量为604.39 t/hm~2·a,沿长江干流自西向东逐渐增强,区域差异显著;(2)三峡库区的土壤保持服务存在明显的垂直分异特征,随着高程的增加,以300 m与900 m为节点,出现递减-递增-递减的分段规律,与人类活动存在明显的相关关系;(3)增加森林覆被面积是改善区域土壤保持、减少水土流失的重要举措。同时,在三峡库区开展坡改梯工程,减少坡耕地的数量能够有效控制区域水土流失;