多尺度土壤侵蚀评价指数的技术与方法

针对不同尺度开展土地利用与土壤侵蚀的综合研究是自然地理学研究的前沿领域和热点问题。多尺度土 壤侵蚀评价指数作为新近提出的土壤侵蚀模型, 在跨尺度土地利用与土壤侵蚀的研究中具有良好应用前景。本文 基于多尺度土壤侵蚀评价指数计算公式及其因子内涵, 应用尺度转换的思想, 阐述了降雨侵蚀力、土壤可蚀性、作 物覆盖与管理因子、地形因子等不同评价因子在坡面、小流域、流域不同尺度上的计算方法与GIS 实现技术, 以期 服务于多尺度土地利用与土壤侵蚀研究的深入和多尺度土壤侵蚀评价指数的发展。     

土地利用类型结构的多尺度转换特征

尺度一直是LUCC到GLP研究所关注的重要问题。以不同比例尺的辽宁省土地利用数据为例,以贵州省土地利用数据进行验证,系统探讨了土地利用类型结构在不同尺度间可能存在的转换特征。结论如下:(1)辽宁省土地利用的分形结构跨1 ∶ 10万、1 ∶ 50万、1 ∶ 100万这3个比例尺客观存在;(2)对不同比例尺的同一区域不同土地利用类型而言,各土地利用类型分维在不同比例尺之间存在的响应关系并不一致,某些土地利用类型的分维随着比例尺由1 ∶ 10万向1 ∶ 50万再向1 ∶ 100万的变小,分维呈现变大趋势,而某些土地利用类型的分维随比例尺的变化并不如此,所以,对于不同的土地利用类型而言存在一定的差别,不可一概而论;(3)不同尺度间的土地利用类型结构只能够在两两连续间隔的两种比例尺土地分维之间建立起关系显著的定量关系模型。所得结论对科学认知土地结构空间配置的多尺度特征以及建立相应尺度转换模型具有积极的参考意义。     

不同土壤侵蚀背景下土地利用的时空演变

为了研究土地利用、土地覆盖的时空变化，本文在遥感技术与GIS技术的支持下，对不同土壤侵蚀背景下土地利用的时间动态特征和空间动态特征进行了定量分析。具体表现为通过空间分析，对中国近五年来不同土壤侵蚀背景下的土地利用类型，如耕地状况、森林植被覆盖、城镇工矿建设用地等时空特征进行了动态分析。研究结果表明：我国土壤侵蚀以水力、风力、冻融侵蚀为主，水力侵蚀以微度水力侵蚀为主，在微度水力侵蚀区，耕地、草地、建设用地面积增加，其中耕地增加最多，林地、未利用地面积逐渐减少。风力侵蚀以剧烈风力侵蚀为主，在微度风力侵蚀区，草地面积减少，而未利用地的面积增加；在轻度、中度、强度风力侵蚀区，耕地、林地、未利用地用地面积增加，草地面积减少。在冻融侵蚀区，草地面积有显著增加，而未利用地面积减小。     

土地利用/土地覆盖变化与土壤侵蚀关系研究进展

土壤侵蚀作为LUCC引起的主要环境效应之一,是自然和人为因素叠加的结果。不合理的土地利用和地表植被覆盖的减少对土壤侵蚀具有放大效应。土地利用/土地覆盖变化与土壤侵蚀关系的研究已逐渐成为LUCC研究和土壤侵蚀研究的一项新的重要课题。目前,涉及土地利用/土地覆盖的土壤侵蚀研究方法有很多,本文介绍了基于模型的定量研究、基于GIS和RS的研究、基于放射性同位素的研究以及基于湖泊(水库)沉积物的研究的基本原理与研究进展,同时指出了每种方法中存在的不足。     

大姚县生态修复区土地利用变化对土壤侵蚀的影响

利用USLE方程和径流场对大姚县水土保持生态修复区土壤侵蚀进行监测,旨在探讨采取退耕还林、封禁、坡改梯等修复措施后,土地利用变化对修复区土壤侵蚀的影响.研究结果表明：高强度土壤侵蚀主要发生在坡耕地特别是陡坡耕地,而林地和梯地少有发生;经过退耕还林增加林地面积和坡改梯后,土壤侵蚀现象得到缓解,流失面积减少2 867.35 hm^2.     

清至民国洛川塬土地利用演变及其对土壤侵蚀的影响

依据史料和已有研究,恢复了洛川塬土地利用的演变过程及其对土壤侵蚀的影响。研究表明,清至民国时期是一个由土地垦殖的初步恢复到土地垦殖力度的增强、垦殖范围的扩大,再至战乱、自然灾害后期的重建以及民国时期土地垦殖发展的过程。地貌的复杂性、降水的不稳定性,对土地开垦造成客观限制;政策制度的推行对土地开垦起到主导作用;而人口因素是土地开垦的根本动力。土地开垦面积随不同时期的人口变化而呈现显著差异,即土地开垦面积和人口数量之间成正相关关系。洛川塬环境伴随着人口增长、土地利用强度增强而逐步恶化。这种恶化是地理环境系统自我调节能力减弱,继而引发土壤侵蚀加剧,并呈现为人为加速侵蚀和自然侵蚀交相混合的共同作用。     

黄河流域水蚀区土壤侵蚀空间尺度效应分析

以黄河、延河、杏子河、纸坊沟四级流域尺度为例,应用信息熵原理分析了各级流域尺度上土壤水力侵蚀与 其影响因子之间的空间相关性,通过比较各因子在不同空间尺度上与土壤侵蚀的相关性,定量分析了土壤侵蚀过 程的空间尺度效应。分析结果给出了降雨、地形、土质、植被等因子在不同流域尺度上对土壤侵蚀的影响大小,以及 每个尺度上各影响因子重要性的主次顺序。总体而言,随着流域空间尺度的增大,各因子对土壤侵蚀的影响具有放 大或缩小效应,影响因素的主次顺序随之易位,其中微观因子的控制作用有所减小,而宏观因子的控制作用则逐渐 突显。本文建立的流域土壤侵蚀空间尺度效应的定量分析方法和分析结果有助于解决当前土壤侵蚀评估模型普遍 存在的尺度转化和区域通用性问题。     

山区土地利用/覆被变化对土壤侵蚀的影响

本文以福建省山区为例,在对福建省水土保持实验站、建瓯市牛坑龙水土保持试验站长期观测、实验资料深入分析对比的基础之上,探讨了土地利用/土地覆被变化对土壤侵蚀的影响规律。分析结果表明,土地利用/土地覆被变化对径流的产生和土壤侵蚀有重要影响,植被的覆盖度的变化直接影响着径流系数和土壤侵蚀模数;植被的覆盖度和径流系数呈负线性关系,随着覆盖度的增加径流系数逐渐减小;植被覆盖度和土壤侵蚀模数为负指数关系,随着植被覆盖度的增大,土壤侵蚀模数急剧下降。     

河北坝上土地利用方式对农田土壤风蚀的影响

采用集沙仪、风速廓线仪和土壤紧实度仪对河北坝上地区多种土地利用方式的风蚀因子和输沙量进行观测。结果表明：土壤含水率与输沙量相关性最大,是影响风蚀量的关键性因子。回归拟合显示,风蚀因子与输沙量均符合三次函数方程。在各土地利用方式中,退耕地的地表粗糙度、土壤含水率和土壤硬度最大,其次为东西向莜麦留茬地、小麦留茬地、南北向莜麦留茬地,再次为油菜留茬地和弃耕地,最小为翻耕地。输沙量退耕地最小,其次为东西向莜麦留茬地、南北向莜麦留茬地、小麦留茬地,再次为油菜留茬地和弃耕地,最大为翻耕地;输沙量垂向分布随集沙高度增加呈幂函数减少。因此,适宜增加退耕地和留茬地的分布面积,减少翻耕地面积和垄向沿盛行风向分布的地块有利于降低农田土壤风蚀程度。     

基于水土流失防治的云南金沙江流域土地利用生态安全格局初探

在水土流失严重的云南金沙江流域,建立基于水土流失防治的土地利用生态安全格局是保住人民生命线的根本举措。水土流失山区土地利用生态安全格局的构建应以允许土壤流失量(即T值)为基础,一方面确保各地块的土壤流失降至最低,以保持地块的生态安全和可持续利用,另一方面使区域性的水土流失问题从根本上得到有效控制,促进区域性土地利用生态系统的安全性和可持续性,并极大地减轻中下游的泥沙淤积和洪水灾害。另外,还应因地制宜地推行多样化土地利用、发展多功能农业,建立斑块镶嵌性与生态多样性的土地利用空间格局。总体而言,云南金沙江流域土地利用生态安全格局设计应突出三大重点:(1)以坡地梯田梯地化、建立梯田梯地农业与地埂经济为重点的耕地与园地利用与治理;(2)以乔灌草结合、多层配置为重点的林地和陡坡退耕地的利用与改造;(3)着力于地面绿化(而非"空中绿化")的荒山荒地开发利用。     

科尔沁沙地土地利用与耕作方式对土壤风蚀的影响

土壤风蚀造成的直接生态后果是土地资源的退化。在春播前两次沙尘暴事件中,对科尔沁沙地几种具有代表性的土地类型的土壤风蚀量及土壤特性进行了野外测定、分析,结果表明:(1)在同一沙尘暴天气下,由于土地利用和耕作方式的不同,土壤风蚀量存在着差异,新垦农地和翻耕农地的风蚀量显著高于未垦草地、免耕农地和麻黄地;免耕农地则与未垦草地的风蚀量相差不大,风蚀危害较轻;麻黄地几乎不受风蚀侵害。新垦农地、翻耕农地、免耕农地、未垦草地、麻黄地两次观测的土壤风蚀量平均值依次为24.59、15.60、2.26、1.46和0.22 g/h.cm2。(2)基于土壤特性计算的土壤退化指数结果表明,新垦农地和翻耕农地发生了较为严重的退化。     

近40年来金沙江南岸干热河谷区的土地利用变化及其土壤侵蚀治理研究 ——以云南宾川县为例

云南金沙江流域生态环境极为脆弱,在人为作用下土地利用/土地覆被变化较为显著,水土流失严重,生态环境日益恶化,目前已被我国政府列为全国生态环境建设的重点区域。本文选择金沙江中游中山高原与干热河谷区较为典型的宾川县作为研究实例,采用航片判读、实地调查与GIS等方法编制1960、1980和2000年土地利用与土壤侵蚀图,据此分析了该县1960 ~ 2000年的土地利用/土地覆被变化及其引发的土壤侵蚀变化特征,重点揭示区域土地利用/土地覆被变化的基本规律及其引发的土壤侵蚀变化过程,并提出土壤侵蚀治理的工程与技术措施。     

土地利用/覆盖变化对地表蚀积过程的影响——来自137Cs示踪的证据

 土地利用/覆盖变化不仅影响地表137Cs总量的再分配，而且显著影响土壤137Cs剖面分布。坝上地区各类土地利用/覆盖条件下137Cs总量的再分配，显示该区总体处于风蚀环境，其中农田和撂荒地是风蚀最严重的土地利用类型；137Cs剖面分布则指示了土地利用/覆盖变化过程中的土壤风蚀/堆积过程的转换，蚀积过程的转换证实了风蚀重灾区退耕还林还草，特别是退耕还草，对控制土壤风蚀、改善生态环境的重要意义。分析还认为，利用137Cs示踪方法计算土壤风蚀/堆积速率时，应格外注意样地的土地利用/覆盖变化过程。     

元谋干热河谷坡耕地土壤侵蚀造成的土地退化

在元谋干热河谷土壤侵蚀特征分析的基础上，对坡耕地土壤侵蚀造成的土地退化进行了模拟研究。结果表明，土壤侵蚀造成表层耕作土壤的物理性能下降、养分流失和水分入渗能力降低。表层耕作土壤的容重比下层土壤低12．7％，总孔隙度高10．9％，有机质高37．3％，120min累计入渗总量是下层土壤的1．6-2．2倍。模拟土壤侵蚀与土地生产力关系的小区试验结果显示，坡耕地每流失1cm表土，土地生产力水平平均下降4．54％。     

县级尺度土地资源可持续利用评价方法研究

该文按照土地资源可持续利用生产性、安全性、保护性、可行性和可接受性五个目标,构建了县级尺度土地资源可持续利用指标体系框架;并研究了县级尺度土地资源可持续利用评价过程及方法,提出了江苏锡山市基于过程的土地资源可持续利用评价方法和河北曲周县基于状态的评价方法。通过分析比较,县级尺度土地资源的可持续利用评价应侧重于基于过程的评价方法,采用综合指数法与单指标多角度法相结合的评价方法。     

贵州省关岭县土地利用/土地覆被变化及土壤侵蚀效应研究

以贵州省关岭县为例,利用1987和1999年两个时段TM影象和相关资料,分析研究区12年间的土地利用/土地覆被变化及其土壤侵蚀风险。发现:(1)研究区土地利用动态变化较大,年均土地利用综合动态指数为1.36%;(2)旱地和草地互相转化比例高,草地开垦为旱地和旱地弃耕为草地的动态变化幅度远远超过旱地和草地最终面积变化的幅度;(3)山区土地利用的空间变化主要体现在垂直方向;(4)研究区裸土面积下降,一部分被植被覆盖,另一部分由于土壤流失殆尽,形成裸露基岩,故植被覆盖率和基岩出露率上升;(5)石漠化程度加剧,其中旱地石漠化发展速度最快;(6)土壤侵蚀形势严峻。