多尺度土地利用与土壤侵蚀

土地利用能够通过改变一系列的自然现象和生态过程影响土壤侵蚀,尺度不同,土地利用与土壤侵蚀的作用机制也会发生变化。本文针对坡面尺度、小流域／流域尺度和区域尺度,综述了不同尺度上土地利用对土壤侵蚀的影响研究。其中,在坡面尺度上,土地利用与土壤侵蚀的研究主要包括土地利用方式和土地管理措施对土壤侵蚀的影响,相应尺度上的模型有USLE／RUSLE、WEPP等;在小流域／流域尺度上,土地利用与土壤侵蚀的研究主要涉及土地利用结构和土地利用格局对土壤侵蚀的影响,相关的模型有LISEM、AGNPS、EUROSEM和SEDEM等;在区域尺度上土壤侵蚀评价研究主要是通过尺度上推和宏观因子评价的方法进行。多尺度土地利用与土壤侵蚀研究作为自然地理学研究中的热点问题,在进一步的研究中需要关注多尺度综合与尺度转换、土地利用政策效应、土地利用格局与土壤流失过程等方面的研究内容。     

关于我国土壤侵蚀模型研究进展

土壤侵蚀模型作为了解土壤侵蚀过程与强度,掌握土地资源发展动态,指导人们合理利用土地资源,管理和维持人类长期生存环境的重要技术工具,受到世界各国的普遍重视。本文总结了中国土壤侵蚀模型的主要成果,对经验统计模型、物理成因模型、国外模型在我国的应用方面作了详细的介绍。在总结和评价中国土壤侵蚀模型的基础上,提出了今后土壤侵蚀模型应该注重的发展方向:(1)注重土壤侵蚀模型的理论研究,将从以侵蚀因子为基础的侵蚀预报向侵蚀过程的量化研究和理论完善,研究各侵蚀因子及其交互作用对侵蚀过程的影响,泥沙在复杂坡面以及不同流域尺度间的分散、输移和沉积作用;(2)加强对重力侵蚀、洞穴侵蚀机制的研究,加强对大中流域侵蚀模型的研究;(3)充分利用先进的RS、GIS技术,为侵蚀模型的研究提供大量的数据源,以利于对土壤侵蚀模型的检验。     

基于GIS的侵蚀冲沟与地貌因子的关系

冲沟是多种外力作用的结果,展示为多种地貌现象。选择胶东半岛北岩子口小流域作为研究对象,以正射影像（DOM）和数字高程模型（DEM）为数据源,选择土地利用、地形湿度指数、坡度坡长因子、水流动力指数、坡向、平面曲率和地表粗糙度等7个地貌因子,计算小流域土壤侵蚀敏感性,研究侵蚀冲沟与地貌因子的关系。结果表明:冲沟多发生在坡度坡长较大、水流动力强、地表湿度较低的林草地区域,多分布在阳坡的凹面;冲沟大多分布在土壤侵蚀中等敏感性及以上的区域,约占总冲沟的96.4%;在土壤侵蚀中等敏感性及以上区域,实验权重值对验证区冲沟分布的响应精度为87.9%,与实际值93.3%相差较小,精度较高。研究结果可为区域内冲沟侵蚀的评价提供一定科学依据。     

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。     

红壤侵蚀特征与环境因子的关系

红壤是重要的土壤资源,红壤地区水土流失严重,控制水土流失的环境因子主要为土壤、植被、地形、降雨以及土地利用和土地管理措施。在总结红壤侵蚀的特征与各环境因子之间关系的基础上,探讨了红壤侵蚀研究的趋势,认为红壤侵蚀是各种因子综合作用下的复杂过程,各控制因子相互促进或削减红壤侵蚀的程度,在不同的时空尺度上往往有一个或几个主导因子,多个因子之间的交互影响研究以及主控因子的确定是红壤侵蚀的研究重点和难点。     

基于RUSLE和地理探测器的鄂西北土壤侵蚀时空分异与归因

揭示鄂西北土壤侵蚀时空分异特征及成因可为该区域的水土保持工作提供借鉴。基于RUSLE模型定量分析2005—2020年鄂西北土壤侵蚀时空分异特征,利用地理探测器进行土壤侵蚀时空格局的主导因素和多因子间度量交互耦合程度的定量归因研究。结果表明：1)鄂西北2005—2020年土壤侵蚀强度整体持续下降,15年间平均土壤侵蚀模数下降了16.3 t/(km²·a);整体以微度和轻度侵蚀为主(占总侵蚀面积的93%)。2)不同坡度下土壤侵蚀强度不同,8°～25°地区以中度、强烈和极强烈侵蚀为主(侵蚀占比为55.4%);>25°地区,65.6%的面积受到强烈及以上等级的高强度侵蚀。3)坡度和主要土地利用类型是土壤侵蚀的主导因子,二者共同作用对土壤侵蚀的解释力(q=0.479)均优于单因子。4)坡度>35°、高程在500～800 m、年降雨侵蚀力在4 950.55～6 378.09 MJ·mm/(hm²·h·a)且以耕地为主要土地利用类型的区域均被识别为高风险侵蚀区。     

多流域降雨和土地利用格局对土壤侵蚀影响的比较分析——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

土壤侵蚀是制约黄土高原可持续发展的瓶颈因素,为分析不同面积流域降雨和土地利用格局对土壤侵蚀影响的变化趋势,本文基于土壤侵蚀评价指数,发展了降雨和土地利用格局对土壤侵蚀影响的表征方法,探讨了多流域降雨和土地利用格局对土壤侵蚀的影响。结果表明：① 2006-2012年,研究区降雨侵蚀力因子R总体上呈现上升的趋势,植被覆盖与管理因子C呈现下降趋势;② 随流域面积的增加,研究区内降雨格局对土壤侵蚀的影响逐渐降低,而土地利用格局对土壤侵蚀的影响变大;③ 在流域面积较小时,降雨格局对土壤侵蚀的影响要大于土地利用格局对土壤侵蚀的影响,而在流域面积较大时,土地利用格局对土壤侵蚀的影响大于降雨格局对土壤侵蚀的影响;④ 随着流域面积的增加,研究区的林地比例有所下降,陡坡植被覆盖类型趋于单一,这是在流域面积增大时土地利用格局对土壤侵蚀影响增加的主要原因。同时,流域面积较小时,降雨对土壤侵蚀的影响较大,但随着流域面积的增加,松软的土壤性质和沟壑纵横的地形增大了发生重力侵蚀的可能性,土壤和地形对土壤侵蚀的影响增大。     

喀斯特山地土壤侵蚀和产水量的最优解释力

喀斯特生态系统服务主导影响因子识别是科学治理石漠化的前提,然而环境因子对生态系统服务空间分布的解释力受尺度变换的影响,其尺度效应的定量研究仍需进一步加强。为定量厘定环境因子解释力的尺度效应,本文从多尺度视角出发,利用地理探测器定量分析不同空间分辨率下环境因子对土壤侵蚀和产水量的解释力,并探求其在不同地貌形态类型区的差异性规律。结果表明,坡度和植被覆盖度是影响土壤侵蚀空间分布的主导因子,两者的交互作用对土壤侵蚀空间分布的解释力更强。受研究区地形起伏普遍性和景观破碎化的影响,坡度和土地利用类型在低分辨率下解释力最优。降水、海拔和土地利用类型是产水量空间分异的主导因子。降水和土地利用类型的交互作用对产水量的解释力达95%以上,海拔在不同地貌形态类型区的空间变异性影响其最优解释力水平。具体表现为：在台地、丘陵类型区海拔空间变异性较小,在高分辨率下其解释力最优;在山地类型区,海拔空间变异性较大,在低分辨率下其解释力更强。本文通过多尺度分析定量甄别生态系统服务变量的最优解释力,以期为喀斯特山地生态系统服务的主导因子精准辩识和分区优化提供途径和依据。     

云南纵向岭谷区土地利用的侵蚀环境效应——以黑惠江、龙川江、盘龙河流域为例

土地利用直接改变土壤侵蚀的方式和强度,具有突出的侵蚀环境效应.以黑惠江、龙川江、盘龙河流域为例,探讨了云南纵向岭谷区土壤侵蚀对土地利用的响应关系.研究表明,本区土地利用类型的内部转化和相互转化引起土壤侵蚀程度的明显变化;耕地向林地、草地的转化使侵蚀强度指数显著降低;林地向耕地、草地转化,均显著增加侵蚀强度指数;耕地、林地、草地的内部转化对土壤侵蚀也有少量影响.另外,以土地利用为主的人类活动明显影响河流悬移质含量,林地面积提高和土壤侵蚀减弱的区域,年输沙量也相应减少,相反则增加.     

陕晋黄土丘陵区土壤侵蚀发展动态仿真研究

应用系统动力学理论建立了陕晋黄土丘陵区土壤侵蚀发展动态的ＳＤ模型,对该区３种治理模式－加速治理型、传统经营型和稳步发展型进行仿真研究,预测到２０４０年土地利用与土壤侵蚀的长期动态变化。结果表明：土壤侵蚀过程与土地利用和治理强度密切相关,轻度与中度侵蚀面积有明显的滞后增加趋势,即侵蚀过程的“长波”现象,加速型模式是促进该区农业发展生态环境良性循环的最佳模式。     

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。     

土壤风力侵蚀研究现状与进展

土壤风蚀实质上是土壤颗粒在风力作用下发生位移的自然过程,它包含了土壤夹带起沙、空间输移及沉降淀积等三个阶段。风蚀研究的根本任务是对土壤风蚀的范围、强度及数量进行监测、评价以及预测预报。为此,科学家在断面尺度、地块(图斑)尺度以及区域尺度上,以年、月、日、小时等时间尺度展开了研究。当前的风蚀研究主要有以下四个方向:实验室和野外风洞实验研究、野外观测与网络监测、风蚀评价以及风蚀估算与过程模拟研究等。实验室和野外风洞实验有助于人们深入理解风蚀的基本过程;而网络监测数据对于实现风蚀研究从局部到整体的尺度转换具有重要意义;在风蚀评价方面,对风蚀发源地的风蚀评价研究卓有成效,但针对风蚀物运移过程及沉降过程的研究成果还不多见;在风蚀估算和过程模拟方面,一些模型或应用系统已经在不同的区域以不同的时空尺度取得良好的效果,但是要将这些模型和系统在不同的时空尺度上做进一步推广还有许多工作要做。遥感和GIS等现代地理信息技术在区域尺度的风蚀研究中有着显著的优势,并贯穿了风蚀研究的全过程。     

贵州猫跳河流域土地利用变化和土壤侵蚀(英文)

Due to the extremely poor soil cover, a low soil-forming rate, and inappropriate intensive land use, soil erosion is a serious problem in Guizhou Province, which is located in the centre of the karst areas of Southwest China. In order to bring soil erosion under control and restore environment, the Chinese Government has initiated a serious of ecological rehabilitation projects such as the Grain-for-Green Programme and Natural Forest Protection Program and brought about tremendous influences on land-use change and soil erosion in Guizhou Province. This paper explored the relationship between land use and soil erosion in the Maotiao River watershed, a typical agricultural area with severe soil erosion in central Guizhou Province. In this study, we analyzed the spatio-temporal dynamic change of land-use type in Maotiao River watershed from 1973 to 2007 using Landsat MSS image in 1973, Landsat TM data in 1990 and 2007. Soil erosion change characteristics from 1973 to 2007, and soil loss among different land-use types were examined by integrating the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) with a GIS environment. The results indicate that changes in land use within the watershed have significantly affected soil erosion. From 1973 to 1990, dry farmland and rocky desertified land significantly increased. In contrast, shrubby land, other forestland and grassland significantly decreased, which caused accelerated soil erosion in the study area. This trend was reversed from 1990 to 2007 with an increased area of land-use types for ecological use owing to the implementation of environmental protection programs. Soil erosion also significantly varied among land-use types. Erosion was most serious in dry farmland and the lightest in paddy field. Dry farmland with a gradient of 6°-25° was the major contributor to soil erosion, and conservation practices should be taken in these areas. The results of this study provide useful information for decision makers and planners to take sustainable land use management and soil conservation measures in the area.     

Soil erosion assessment tools from point to regional scales—the role of geomorphologists in land management research and implementation

Geomorphological research has played an important role in the development and implementation of soil erosion assessment tools. Because policy and management approaches include the use of soil erosion assessment tools, soil erosion research directly affects the public in terms of providing information on natural hazards and human impacts, and also as the basis for regulatory policy on land management. For example, soil loss calculations and geomorphological expertise are used to support soil conservation planning, both through agricultural legislation that defines maximum tolerable soil loss rates, and through federal and local legislation that requires soil erosion controls on many construction sites.To be useful for decision makers, soil erosion models must have simple data requirements, must consider spatial and temporal variability in hydrological and soil erosion processes, and must be applicable to a variety of regions with minimum calibration. The growing use of erosion models and Geographic Information Systems (GIS) in local to regional scale soil and water conservation raises concerns about how models are used. This has prompted interest in methods to assess how models function at management scales and with the types of data that are commonly available to users. A case study of a GIS-based soil erosion assessment tool using the process-based Water Erosion Prediction Project (WEPP) shows that using commonly available data rather than research grade data can have (predictably) a significant impact on model results. If model results are then used in management decisions, it is critical to assess whether the scale and direction of variation in results will affect management and policy decisions. Geomorphologists provide unique perspectives on soil erosion and can continue to affect policy through soil erosion research. This research should focus on fundamental processes, but equally important is continued development and evaluation of models that are matched to real world data availability, geomorphic settings, and information needs.     

Land use optimization at small watershed scale on the Loess Plateau

At present, land use optimization at small watershed scale is the key measure to control soil erosion, restore the eco-environment and improve the farmers’ living standard on the Loess Plateau, China. Based on the land use survey maps of 1966, 1988, 1997, 2003 and the digital topographic map of 1984 in Yangou watershed, and assisted by spatial techniques of GIS, the basic characteristics and driving forces of land use change in Yangou watershed are analyzed. According to the summarization of land-use optimization characteristics since 1997, and with the help of continuous monitoring data for years and farmer investigation data, this paper appraises eco-environmental benefits, economic benefits and sustainability of Yangou watershed. We have used sediment reduction benefits, coverage ratio of permanent vegetation, per capita food production and per capita income of farmers as indices. The results show that Yangou watershed project has successfully controlled the soil and water loss and the farmers’ living standard has been improved markedly by reasonable adjustment to land use structure. The benefit of sediment reduction is higher than 80% and the coverage ratio of permanent vegetation reaches 61.03%. In 2006, the per capita income increased by 1493 yuan compared with the year 1998.The successful measures and experiences of Yangou watershed are worth promoting on the Loess Plateau.     

区域土壤侵蚀演化风险分析——以泾河流域为例

土壤侵蚀演化风险是在一定的空间范围内土壤侵蚀风险的时间变化关系,是发生土壤侵蚀可能性的动态演变过程,其对于评价不同时空尺度水土保持措施的合理性及其效益意义重大。以位于黄土高原中部的泾河流域为例,基于1986年、1995年和2000年的三期土地利用类型空间数据,利用GIS技术和信息熵理论,结合美国通用土壤流失方程（Uni...     

农业景观对土壤侵蚀的适应机制研究初探

随着气候变化对农业系统的影响不断加剧,为保障粮食安全,必须掌握变化中的自然与人文因素,判别农 业景观中可调整的关键机制,依据未来的可能情景,尽早订定农业景观优化方案。本研究以土壤侵蚀问题为切入 点,整合相关的环境因子,构建农业景观对土壤侵蚀适应性的研究框架。基本思路为首先通过目前气候变化对土壤 侵蚀的影响研究,为不同时空尺度上土壤侵蚀发生、发展趋势提供理论依据;其次,从增强未来农业景观对土壤侵 蚀适应能力的角度,详细讨论景观类型、空间配置和管理措施等与土壤侵蚀的关系,以提高农业景观优化配置的针 对性;最后,为科学评价农业景观对土壤侵蚀适应的程度,基于Agent 模型原理设计土壤侵蚀模拟模型,通过不同 土壤侵蚀情景下景观类型、结构、空间配置和管理措施等的适应性分析,为有效提升区域农业景观的土壤抗侵蚀能 力提供科学依据。     

黄土高原小流域土地利用优化调控

At present, land use optimization at small watershed scale is the key measure to control soil erosion, restore the eco-environment and improve the farmers’ living standard on the Loess Plateau, China. Based on the land use survey maps of 1966, 1988, 1997, 2003 and the digital topographic map of 1984 in Yangou watershed, and assisted by spatial techniques of GIS, the basic characteristics and driving forces of land use change in Yangou watershed are analyzed. According to the summarization of land-use optimization characteristics since 1997, and with the help of continuous monitoring data for years and farmer investigation data, this paper appraises eco-environmental benefits, economic benefits and sustainability of Yangou watershed. We have used sediment reduction benefits, coverage ratio of permanent vegetation, per capita food production and per capita income of farmers as indices. The results show that Yangou watershed project has successfully controlled the soil and water loss and the farmers’ living standard has been improved markedly by reasonable adjustment to land use structure. The benefit of sediment reduction is higher than 80% and the coverage ratio of permanent vegetation reaches 61.03%. In 2006, the per capita income increased by 1493 yuan compared with the year 1998. The successful measures and experiences of Yangou watershed are worth promoting on the Loess Plateau.