黄土高原不同生物气候区土壤侵蚀动态变化研究

基于地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术,利用修正的通用土壤流失方程(RUSLE)模型,结合遥感影像、数字高程数据(DEM)、土壤类型数据及相关统计资料确定了模型参数因子,在重点分析我国黄土高原不同生物气候区降雨侵蚀力因子和植被覆盖因子时空变化特征的基础上,计算出各区2000~2012年土壤侵蚀模数,分析了土壤侵蚀强度的时空动态变化特征。结果表明:区域多年平均土壤侵蚀量为1.35×109t,土壤侵蚀模数为2 264 t/(km2·a)。土壤侵蚀强度以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,侵蚀面积比例为74.31%;近13 a来,黄土高原的土壤侵蚀强度呈显著降低的变化趋势(P=0.03),平均每年减少54.22 t/(km2·a)。土壤侵蚀正在向微度、轻度土壤侵蚀转变,土壤侵蚀模数减少的区域占整个侵蚀区域的69.05%,增加的区域占30.95%。研究结果对黄土高原区域生态恢复和生态建设具有一定的指导意义。     

四川省安宁河流域土壤侵蚀时空演变及预测分析

为了解安宁河流域土壤侵蚀变化及未来发展状况,以修正土壤侵蚀方程为基础,对该地区1995～2018年各年份土壤侵蚀模数进行计算与分级,结合转移矩阵、斜率变化和CA-Markov模型对其时空演变和发展规律进行分析。结果表明:(1)各等级侵蚀区栅格占比为微度轻度中度强烈极强烈剧烈,轻度及以下等级侵蚀区栅格累加比例达到全域的70%以上,流域整体处于中等侵蚀水平;(2)流域土壤侵蚀整体呈现西部和南部相对严重的分布变化;(3) 23 a内,微度、轻度和剧烈等级的稳定性均较强,分别有83.58%,81.09%和68.73%的区域等级未发生改变,仅微度向更高等级转换,其他等级均向更低等级转换;(4)斜率变化及显著性检验显示,整个流域有94.35%的区域土壤侵蚀状况未发生明显改变,仅有0.39%的地区侵蚀状况显著加重;(5)预测结果及精度检验表明,CA-Markov模型适用于地区土壤侵蚀发展预测,2021年流域土壤侵蚀整体呈现良好发展的趋势。研究结果可作为区域土壤侵蚀综合治理提供重要的科学参考依据。     

基于 RUSLE 模型的区域土壤侵蚀定量估算及空间特征研究

针对哈尔滨市主城区水土流失问题,以土壤侵蚀估算与评价为目标,采用 RUSLE 模型,依托 GIS 和遥感技术,分析了影响区域尺度土壤侵蚀因子,包括降雨侵蚀力、土壤可蚀性、地形、植被覆盖度和水土保持特性等,定量估算了哈尔滨市主城区 8 个流域的土壤侵蚀大小。在此基础上参考黑土区水土流失综合防治技术标准,并结合流域自身侵蚀状况,分析了哈尔滨市主城区土壤侵蚀特性的空间格局。结果表明: 哈尔滨市八个流域土壤侵蚀模数范围为 0 ～ 1 272. 61 t·km － 2·年 － 1,各流域以微度和轻度侵蚀为主,局部地区存在着较为严重的土壤侵蚀; 区域土壤侵蚀空间分异特征明显,是气候、土壤、植被、地形和人类活动共同作用的结果; 哈尔滨市八大流域以微度侵蚀为主,轻度侵蚀次之,强烈侵蚀及极强烈侵蚀区很少,仅在运粮河流域存在极少的剧烈侵蚀区。研究成果可为哈尔滨市水土流失治理提供技术支撑和理论依据。     

2000—2012年黄土高原植被覆盖的时空变化

归一化植被指数(NDVI)是综合表征植被覆盖状况的重要指标之一。采用2000—2012年黄土高原1 km×1 km分辨率的MODIS NDVI影像数据,分析了退耕还林(草)工程实施以来黄土高原各省(区)、典型流域和土壤侵蚀类型区植被覆盖的时空变化特征,揭示了黄土高原退耕还林(草)措施的生态成效。结果表明:2000—2012年黄土高原植被覆盖整体呈增大趋势,且在时间和空间上有所差异。从空间尺度上看,黄土高原植被覆盖呈整体改善、局部退化趋势,植被覆盖增加了9.81%,尤以黄土丘陵沟壑区陕西省榆林、延安地区最为显著;从时间尺度上看,年际、春、夏、秋季NDVI呈增大趋势,冬季NDVI呈减小趋势;按省(区)来看,陕西省增幅最大(为0.47%),青海省增幅最小(为0.16%),山西、宁夏、甘肃、内蒙古分别增长0.38%、0.33%、0.31%、0.23%;按黄河中游典型流域来看,延河流域增幅最大(为1.14%),无定河流域次之(为0.59%),渭河流域增幅最小(为0.43%);按黄土高原侵蚀类型分区来看,水力侵蚀区植被覆盖增长率较大,风力侵蚀区则较小。NDVI增加主要发生在春、夏两季。     

基于最大变化率的陕西省土壤侵蚀变化驱动因子分析

陕西省是我国水土流失严重省份和黄河的主要产沙区,为了给陕西省及黄河流域水土流失治理提供理论参考,基于逐月降水量数据和土壤属性、NDVI、DEM、土地利用等数据,采用RUSLE模型计算土壤侵蚀模数,并采用最大变化率法对2000—2015年陕西省土壤侵蚀强度时空变化的主要驱动因子进行了识别。结果表明：陕西省土壤侵蚀分布异质性较强,剧烈和极强烈侵蚀主要分布在陕北地区、少数分布在关中地区北部区域;2000—2015年陕西省土壤侵蚀强度总体呈现下降趋势,其中陕北地区土壤侵蚀强度一直呈下降趋势、关中和陕南地区呈现先升后降的变化趋势;陕西省土壤侵蚀强度时间变化的主要驱动因子,2000—2005年为降雨侵蚀力和植被覆盖,2005—2015年为降雨侵蚀力,2000—2015年长时段总体上为植被覆盖;陕西省土壤侵蚀强度空间变化主要驱动因子为植被覆盖和地形,其中榆林、铜川、宝鸡、西安、商洛、安康、汉中七市的主要驱动因子为植被覆盖,渭南、咸阳两市的主要驱动因子为地形,延安市的主要驱动因子为降雨侵蚀力。最大变化率法可用于识别土壤侵蚀时空变化的主要驱动因子,但在识别时间变化主要驱动因子时对降雨侵蚀力极端值较为敏感...     

基于RULSE模型的北盘江流域土壤侵蚀研究

基于GIS与RS技术,利用RULSE模型,结合遥感影像、DEM、降雨量、土壤类型、NDVI、土地利用等基础数据,研究北盘江流域的土壤侵蚀空间分布特征,进一步分析土壤侵蚀强度空间变化与坡度、土地利用类型等因子间的关系。结果表明:(1)北盘江流域内较低侵蚀等级的分布主要以块状为主,在整个流域的上中下游皆有分布,较高侵蚀等级的分布主要以条带状为主,条带的延展方向与河流基本相一致;(2)土壤侵蚀面积最大的坡度为8°~15°和15°~25°两个坡度带,占土壤总侵蚀面积比率的61.08%,同时也是土壤侵蚀量最大的两个坡度带,占到总侵蚀总量的60.74%,此外,15°是土壤侵蚀发生变化的一个显著界限,在坡度小于15°时,土壤侵蚀面积比率大于土壤侵蚀量比率,而当坡度大于15°时,土壤侵蚀面积比率小于土壤侵蚀量比率;(3)在各土地利用类型中,侵蚀面积和侵蚀量最大的土地利用类型是林地,其次是草地,两者合计占到总侵蚀面积的74.32%,占总侵蚀量的80.24%。     

基于RUSLE模型的贵州省三穗县土壤侵蚀研究

土壤侵蚀是生态文明建设面临的重要问题。以贵州省三穗县为例,利用日降雨量、土壤类型、土地利用、DEM和NDVI等数据,并结合RUSLE模型分析三穗县1990—2015年的土壤侵蚀动态变化特征。结果表明:①三穗县1999—2006年的土壤侵蚀模数较低且变化趋势稳定,1990—1997、2006—2015年波动呈显著上升趋势,2003年的土壤侵蚀模数最低,2014年的土壤侵蚀模数最高,在26 a间总体呈上升趋势;②三穗县的水土保持措施因子、植被覆盖与管理因子总体都呈上升趋势,尤其在2008—2015年的升高趋势较为显著,但期间降雨侵蚀力因子和土壤侵蚀模数也较高且升高趋势明显;③微度侵蚀和轻度侵蚀的面积较大,中度和强度侵蚀次之,极强度和剧烈侵蚀面积较小。总体来说,三穗县在1993—1998年和2008—2015年这2个时期的土壤侵蚀较为严重。研究结果为三穗县的土壤侵蚀及石漠化治理成效评估及进一步生态环境建设工作提供科学依据。     

榜沙河流域土壤侵蚀特征

通过对榜沙河流域降水、地形、土壤、植被等土壤侵蚀因子调查,划分流域土壤侵蚀强度范围,结合淤积调查,分析土壤侵蚀特征。榜沙河流域土壤侵蚀(从高到低排序),绝对侵蚀量上:漳河流域龙川河流域榜沙河主流上游区榜沙河主流中下游区;相对侵蚀程度上:榜沙河主流中下游区漳河流域龙川河流域榜沙河主流上游区。东北部黄土丘陵沟壑区是榜沙河流域水土流失最为严重的区域,土壤侵蚀总体表现为南低北高、西低东高。     

苍南县昌禅溪小流域土壤侵蚀特征研究

以土壤流失方程为理论基础,筛选合理的土壤侵蚀因子计算方法,运用GIS空间分析技术,对苍南县昌禅溪小流域土壤侵蚀特征开展研究。研究结果表明,昌禅溪小流域土壤侵蚀以微度侵蚀为主,其所占面积比例为94.80%;其次,轻度侵蚀面积占3.31%;其他类型侵蚀强度所占比例共计1.89%;小流域内没有出现剧烈侵蚀。在土壤侵蚀研究的基础上,结合小流域现场调查,分析影响小流域土壤侵蚀分布的原因。     

基于ArcGIS和USLE模型的颍河流域土壤侵蚀研究

基于ArcGIS空间分析技术和USLE模型对颍河流域土壤侵蚀进行定量研究,探究不同土壤类型和土地利用方式下土壤侵蚀的发生情况。结果表明,颍河流域2017年平均土壤侵蚀模数为403.3 t/(km~2·a~(-1)),土壤侵蚀总量为388 781 t/a。受侵蚀土地利用方式主要以农田为主,总侵蚀面积达86.52%,其次是居民用地。4种土壤类型均存在不同程度的土壤侵蚀,其中,砂姜黑土总侵蚀面积最广,其次是潮土。侵蚀强度主要以微度和轻度侵蚀为主,分别占总侵蚀面积的59%和33%。     

黄河无定河流域“2017.7.26”洪水泥沙来源辨析

2017年7月25—26日无定河流域降大到暴雨,支流大理河发生建站以来的最大洪水,无定河下游形成高含沙洪水。为深入认识“7.26”暴雨无定河流域产沙和输沙等情况,选择典型小流域进行了侵蚀调查和淤地坝拦沙观测,对城区淤积及河道冲刷进行了调查和测量,采用不同方法对坡面和沟谷产沙进行分析。结果表明,无定河“2017.7.26”暴雨分布集中,单站最大24 h降雨量近100年一遇,无定河白家川水文站洪峰流量为建站以来第二大值,相应最大含沙量873 kg/m3; 洪水期输沙量64.1%来自大理河流域; 以闷葫芦淤地坝拦沙分析为依据,推算“2017.7.26”暴雨期无定河流域侵蚀产沙量约为1.249亿t,其中70%~85%来自沟谷坡,在泥沙沿程输移过程中,淤地坝拦沙对减少河道输沙入黄起重要作用。     

基于GIS的粤北青莲水流域水土流失成因分析

随着人类社会经济活动的加强,水土流失有持续恶化趋势,青莲水流域内土壤肥力下降,河道泥沙淤积,影响河流行洪安全。本文选用通用土壤流失方程,利用ArcGIS的空间叠加分析等功能,分别计算分析研究区内与土壤侵蚀相关的降雨、土壤、植被、地形、土地利用等因子,经叠加分析后生成流域水土流失现状图。结果表明,地形地貌因子和土地利用因子是影响流域水土流失的关键因子,研究结果可为广东省中小流域治理提供水土保持方面的理论支撑。     

塘背河小流域植被覆盖时空动态变化及水保驱动分析

塘背河小流域位于赣南革命老区和全国第一个水土保持改革试验区腹地,是我国第一批水土保持治理试点小流域,系统、科学评估塘背河小流域水土保持生态修复成效,对赣南水土保持改革试验区建设和水土保持高效治理技术模式提炼具有重要现实意义。利用40a遥感影像数据和水土保持治理数据,基于NDVI阈值分割法,开展了塘背河小流域植被覆盖时空动态变化以及水保驱动分析。结果表明:近40年塘背河小流域植被覆盖度由1975年的22.91%已提升到2014年的86.87%,随时间呈递增趋势;在时间和空间上均有差异性,时间上主要分为植被覆盖迅速增长期(1975-1989年),植被覆盖自我修复完善期(1989-2001年)以及植被覆盖稳固发展期(2001-2014年)3个阶段,空间上分为上游原有植被自我修复区、中游人工半干预植被修复区和下游人工直接干预植被修复区3个分区;植被覆盖与水土保持工程在时间和空间上具有较好的一致性,后期水土保持政策实施以及水土保持新技术、模式的应用大大减少了植被覆盖空间上的差异性,对于植被修复具有重要的推动作用,人类大规模农林开发在植被修复研究方面,不容忽视。     

岔巴沟流域植被变化特征及其对水沙的影响

基于30 m×30 m分辨率陆地卫星(Landsat)遥感数据分析1987—2018年岔巴沟流域植被覆盖度的时空演变特征并生成流域土壤面蚀等级图,分析其对流域产流产沙的影响。结果表明:岔巴沟流域植被覆盖度整体呈现快速增长趋势,从1987年的24.7%增加至2018年的53.1%;流域植被覆盖度构成发生很大转变,2002年以后中、高覆盖度区域比例大幅上升,增长主要集中在丘陵沟壑地区;随着植被覆盖度的增长,流域产流产沙呈现减少趋势,地表面蚀有所减少,植被对产沙影响大于对产流影响。     

大清河流域水循环影响因素演变特征分析

以海河流域的重要支流大清河流域为研究区,从气象因素和土地利用的角度对该流域水循环影响因素的演变特征进行分析。采用滑动平均法、Mann-Kendall非参数检验和小波分析法,分别对气象要素的趋势性、突变性和周期性进行了分析;同时,基于大清河流域四期的土地利用数据,分析了不同土地利用类型的演变规律。结果表明:(1)1970—2011年,大清河流域年降水量呈不显著的"减—增—减—增"的变化趋势,年均气温则变现为显著增加的态势;年潜在蒸散量在近54年来变化也较显著,呈"减—增"的变化;(2)流域年降水量几乎未发生突变,年均气温和年潜在蒸散量分别在1991年和1973年发生突变;(3)年降水量、年均气温以及年潜在蒸散量的演变周期分别以22年、28年和28年为主;(4)大清河流域土地利用类型以耕地、草地和林地为主,而土地利用类型的转化则处于耕地与城乡、工矿、居民用地,林地与草地之间。通过对大清河流域水循环影响因素演变规律的分析,可为进一步在该流域开展基于水循环理论的科学研究提供依据和支撑。     

基于“3S”技术的南京市水土流失定量监测及分析

为定期对南京市水土流失开展动态监测,利用降雨资料、土地利用资料、环境卫星遥感数据、土壤和地形数据,采用“监测水土流失的定量新方法”,计算2011—2015年南京市水土流失。结果表明:①2011—2015年5 a平均南京市水土流失总量为201.42万t,其中,轻度以上水土流失面积为515.75 km²,水土流失量166.77万t,占全市水土流失总量的82.8%,轻度以上水土流失治理仍是水土流失治理中的重点;②5 a中2015年水土流失最严重,2013年则最轻,其中降雨侵蚀力R_i大小为决定因素;③5 a平均极强烈与剧烈水土流失量为分级侵蚀量中最大;④与2001—2010年10 a平均相比,2011—2015年5 a平均南京市微度水土流失面积增加7.6%,轻度以上水土流失面积减少42.5%,轻度以上年水土流失量减少23.7%,CP值的减小是2011—2015年5 a平均水土流失状况改善的主要原因;⑤3次水土流失定量监测表明,2011—2015年监测强烈、极强烈的水土流失面积和年水土流失量减幅下降,剧烈的水土流失面积和年水土流失量增大,主要原因是2011—2015年降雨侵蚀力R_i (5 a)平均值较大。研究成果为南京市水土保持规划和水土流失防治提供了重要的基础数据支撑和科学参考依据。     

秃尾河流域植被覆盖变化及其对径流的影响

黄土高原地区水土流失严重,生态环境脆弱。随着退耕还林还草政策的有序实施,区域植被覆盖率从90年代末开始显著提高,但河川径流也随之显著减少,对黄土高原区的水资源安全造成了重要影响。选取陕北秃尾河流域为研究对象,通过分析流域植被变化特征,检验径流序列趋势变化、变异特征以及其与降水、植被指数(NDVI)的相关关系,探讨了降水与植被覆盖变化对径流的影响,并使用基于Budyko假设的弹性系数法对不同时段的贡献率进行了定量分析,指出其影响径流缩减的物理机制。研究结果表明:(1)秃尾河流域植被覆盖格局总体为东南高、西北低,且近年来逐渐趋好,特别是2000年后流域植被覆盖率显著上升,到2013年年均NDVI值已达0.45,其变化主要表现为西北部未利用土地转化为草地和林地;(2)近年来秃尾河流域径流显著持续减少,且以1983和1997年为拐点呈三阶段变化,而降水、潜在蒸散发呈不显著减少,且潜在蒸发量和径流量的下降趋势将可能持续;(3)1984—1997年间流域降水驱动径流减少,两者呈现较强的正相关性,1997年后流域植被覆盖变化显著,表现为与径流的强烈负相关性,并成为引发径流显著减少的主因;(4)由Budyko方程计算得到的下垫面参数n与年NDVI值具有相同的变化趋势,验证了弹性系数法的适用性。定量分析结果表明1984—1997年间气候变化与覆被变化对径流变化呈异向影响,气候变化使径流减少而覆被变化使径流增多,且前者贡献率明显高于后者。之后,覆被改变对径流缩减的影响显著增强,贡献率高达75%以上。由物理解析可知,当前气候环境下植被覆被变化正在逐渐主导流域的径流变化,"地表变绿"可能对流域水安全造成潜在威胁。     

辽东山区柞蚕场土壤侵蚀及其控制

采用一次回归正交组合设计和TDB一人工模拟降雨侵蚀装置对辽东柞蚕场土壤侵蚀进行了模拟降雨试验，结果表明：影响柞蚕场土壤侵蚀的因子依次为植被覆盖度、降雨侵蚀力和地面坡度。为防治土壤侵蚀，首先应保护柞蚕场植被，其次是依法建设柞蚕场，再次为搞好柞蚕场土壤侵蚀动态监测。