贵州省乌江流域土壤侵蚀模拟——基于GIS、RUSLE和ANN技术的研究

本研究在GIS技术支撑下选择RUSLE模型作为基础模型,估算乌江流域20世纪80年代和90年代年均土壤侵蚀量,结合ANN技术,预测2001—2010年乌江流域的土壤侵蚀量,分析了该流域近30年来土壤侵蚀动态变化规律,以期为研究区土壤侵蚀防治工作提供理论依据。研究结果表明:应用RUSLE模型计算乌江流域年均土壤侵蚀模数,计算结果和以往土壤侵蚀调查估计的结果比较吻合,但由于RUSLE模型不计算重力侵蚀,因此计算结果仍与实测输沙模数有所出入。90年代潜在土壤侵蚀模数比80年代高,流域潜在土壤侵蚀呈增加趋势,其中三岔河流域和马蹄河/印江河流域年均潜在土壤侵蚀模数最高。3种主要土地覆被类型中,林地的土壤保持量最大,耕地次之,草地最少,这与非喀斯特地区在水土保持效果上通常林地草地旱地的结论有所不同。通过构建BP神经网络,预测得到乌江流域2001—2010年土壤侵蚀模数,结果显示,21世纪前10年,流域土壤侵蚀模数大幅降低,流域年均土壤侵蚀模数由90年代的23.13 t/(hm2·a)降低为1.01 t/(hm2·a)。三岔河流域的水土流失得到了控制,黔西、金沙、息烽、修文、贵阳、平坝、思南、石阡、沿河和松桃等县市应是"十二五"期间的水土流失重点治理对象。     

岩溶峰丛洼地不同环境水土流失差异及防治研究——以广西果化岩溶生态研究基地为例

与碎屑岩地区相比,特殊的岩溶水文地质结构,导致岩溶区存在不同的水土流失过程和特点,尤以峰丛洼地区最具代表性。通过广西平果县果化岩溶峰丛洼地土壤地表侵蚀和地下漏失的调查研究显示:洼地不同地貌部位水土流失差异较大,从山峰、垭口、山坡、山麓到洼地底部,土壤地下漏失模数分别为49.09 t/(km2·a)、212.06 t/(km2·a)、727.71 t/(km2·a)、1104.03 t/(km2·a)、909.11 t/(km2·a),分别占该点年均总土壤侵蚀模数的92.43%、96.24%、78.57%、70.88%和38.68%;不同土地利用方式下的土壤侵蚀存在差异,其土壤侵蚀模数大小依次为坡耕地苦丁茶地苏木林地灌草坡牧草地。通过对该地区水土流失防治及石漠化综合治理,山峰主要涵养水源林、山坡主要发展生态产业防治水土漏失、洼地修建排水系统工程得到良好的效果,治理区土壤侵蚀模数从2003年到2010年下降了65%。     

喀斯特地区土壤侵蚀及养分流失定位试验研究——以贵阳市修文县久长镇为例

2001- 2003年对黔中喀斯特地区(久长镇) 20°坡耕地(黄壤土)不同种植处理条件下的土壤侵蚀与养分流失进行为期3年的观测。结果表明: 种植牧草(三叶草与黑麦草播)截流效果最佳,所产生径流量最小,为63. 47mm,仅占3年总量平均值的20% ,防治土壤侵蚀和阻止养分流失效果最好—— 土壤侵蚀模数仅为225t /km2· a ,养分(全钾)流失( 3年平均)仅为32. 76 kg /hm2; 其次是条带种植处理,侵蚀模数591 t /km2· a ,养分流失(全钾) 26. 65 kg /hm2。此外,条带种植还可以获得高产,比习惯种植增产746 kg /h m2。因此,在喀斯特地区20°坡度区发展条带种植势在必行。      

丹江鹦鹉沟小流域氮素随径流的迁移及对水质的影响

计算小流域非点源氮素流失负荷,并以此开展丹江水源区水体污染源解析和控制研究。基于流域断面及小区监测试验,利用平均浓度法对鹦鹉沟流域氮素年均流失模数和不同土地利用类型的非点源污染负荷进行计算分析。结果表明:径流水质中主要是总氮质量浓度超标,且硝氮质量浓度均大于氨氮质量浓度;当坡耕地坡度大于25°时,氮素流失严重,水质极差;农村生产生活污染物排放对水质有很大影响,从断面1到把口站,硝氮质量浓度和总氮质量浓度增加较大;农地、草地和林地的总氮年均径流流失模数分别为0.36、0.22和0.09t/(a·km2);流域出口非点源污染物氨氮、硝氮和总氮的平均质量浓度分别为0.17,4.71和7.55mg/L,点源污染物氨氮、硝氮和总氮的平均质量浓度分别为0.20、2.12和4.08mg/L。总体来说,鹦鹉沟流域径流中总氮的流失模数为0.89t/(a·km2),总氮是影响水质的主要污染物,需加强对坡耕地氮素流失和农村生活垃圾的治理。     

喀斯特地区水土流失动态特征及生态效益评价

喀斯特地区水土流失是生态环境退化的一个重要因素,严重制约着该地区农业可持续发展,如何利用喀斯特地区的坡地资源(如植物资源)是控制水土流失,改善其生态环境的关键。通过对清镇示范区退耕还林(草)和封山育林区的水土流失监测表明,利用恢复植被来控制水土流失,使示范区的土壤侵蚀模数从2000年以前的2500～5000 t /km2· a减少至2002年的78. 4～185. 7 t /km2· a; 使32. 16 km2 面积的退耕还林(草)和封山育林地段每年减少表土损失量38563. 6t,相当于每年减少886. 96t 化肥的土壤养分流失,其生态、经济、社会效益十分明显。      

基于RUSLE模型的安徽郎溪县土壤侵蚀时空变化及其影响因素分析

为配合正在安徽省郎溪县开展的1∶50 000土地质量地球化学调查评价项目,给郎溪县土地质量地球化学调查与评价提供丰富的遥感层面数据,同时为地方政府对土地利用规划、农作物种植、农业林业生产管理、地质灾害治理和生态环境保护等方面提供数据支撑,本文基于RUSLE模型、GIS与RS技术获取了郎溪县2010年、2020年土壤侵蚀空间分布及2011—2020年的平均土壤侵蚀空间分布,探究在强降水事件及长时序、常态化下郎溪县土壤侵蚀的时空变化及其主要影响因素。结果表明：郎溪县土壤侵蚀等级较高区域主要集中于东北侧和西南侧丘陵山区,2010年平均土壤侵蚀模数为549.148 t/(km²·a),2020年为704.924 t/(km²·a),土壤侵蚀减弱区域占全县面积的9.3%,土壤侵蚀增加区域占全县面积的44.0%,因此,2020年强降水事件对郎溪县土壤侵蚀影响显著,且土壤侵蚀加剧的主要影响范围集中于微度侵蚀和轻度侵蚀层面,并多发于高植被覆盖且低地势耕地区域。2011—2020年间的平均土壤侵蚀模数为443.923 t/(km²·a),...     

基于RS/GIS和RUSLE的流域土壤侵蚀定量研究——以福建省吉溪流域为例

借用地理信息系统(GIS)和遥感(ERDAS)技术,以修正的通用水土流失方程(RUSLE)为核心,根据吉溪流域2001年和2003年的遥感影像解译数据和统计资料得到地貌、降雨量、植被等资料,量化流域土壤侵蚀评价因子,对吉溪流域土壤侵蚀进行了定量化分析.结果表明,吉溪流域年均土壤侵蚀模数为2 339.21t/km2,侵蚀强度属轻度,2003年较2001年土壤侵蚀有所改善,中度侵蚀及其以上等级的土壤侵蚀量分别占总侵蚀量的48.71%和77.51%.最后确定流域土壤侵蚀重点治理的区域和流域最佳管理措施(BMPS),为吉溪流域水土保持和水环境保护研究工作提供科学依据.     

喀斯特小流域石漠化耕地治理方式研究——以贵州毕节石桥小流域、关岭木工小流域为例

贵州毕节石桥小流域与关岭木工小流域处于石漠化严重、坡耕地比例高、粮食产量低且不稳定、人口密度大、农业经济水平低的喀斯特山区。通过对研究区人口增长的预测,利用人-地关系平衡模型,计算出该两小流域需保有的耕地量分别为281.91hm2、228.68hm2。但由于需保有的耕地面积较未出现石漠化耕地面积大,致使需保有的耕地中仍有部分地存在石漠化。但如果对这部分石漠化土地都实施退耕还林还草,将无法保障流域内农民的口粮需求。为此,对该两小流域耕地石漠化区域开展包括林农间作、粮草间作、坡改梯等治理措施。结果流域内耕地的石漠化得到了有效控制,土壤侵蚀模数由2007年的721.63t/(km2?a)、42.42t/(km2?a)下降到2009年的472.78t/(km2?a)、35.59t/(km2?a),植被覆盖率分别提高11.3%、6.4%,人均经济收入分别增加300元和231元,不仅有效地治理了石漠化耕地,而且农民生计也得到了保障。      

四湖流域下垫面改变对排涝模数的影响

选取湖北省四湖流域螺山排区作为研究对象,利用经验公式法计算排涝模数,并分析水面率、水旱比、城市化和灌溉方式及其变化对排涝模数的影响。结果表明:排涝模数随着水旱比和水面率的增加而减小,而随着地面硬化率的增加而增大;水面率对排涝模数的影响大于水旱比和地面硬化率的影响;同水稻的传统灌溉相比,间歇灌溉下的排涝模数较小。由于下垫面条件的改变,在10年一遇3日暴雨的排涝标准下,该地区排涝模数由1994年的0.38m3/（s·km2）上升到2011年的0.46m3/（s·km2）,大约相当于1994年下垫面条件下的19年一遇3日暴雨的排涝标准。     

四湖流域下垫面改变对排涝模数的影响

选取湖北省四湖流域螺山排区作为研究对象,利用经验公式法计算排涝模数,并分析水面率、水旱比、城市化和灌溉方式及其变化对排涝模数的影响。结果表明:排涝模数随着水旱比和水面率的增加而减小,而随着地面硬化率的增加而增大;水面率对排涝模数的影响大于水旱比和地面硬化率的影响;同水稻的传统灌溉相比,间歇灌溉下的排涝模数较小。由于下垫面条件的改变,在10年一遇3日暴雨的排涝标准下,该地区排涝模数由1994年的0.38m3/(s·km2)上升到2011年的0.46m3/(s·km2),大约相当于1994年下垫面条件下的19年一遇3日暴雨的排涝标准。     

湘西大龙洞地下河流域水土流失特征及其对水库工程的影响

用人工断面法和流量堰法测流,高密度采集水样,在室内用称重法测得水体含沙量,对大龙洞地下河出口及其邻近地表河、地下河上游地表河段进行同步输沙特征监测,以为拟建的大龙洞水库泥沙淤积评价提供依据。两个水文年的研究结果均显示,地下河与地表河输沙率呈同步变化特征,平均悬移质输沙模数分别为37. 26～ 58. 33 t /km2 · a 和56. 82～ 76. 80 t /km2· a ,最大日平均输沙率分别为540 mg /L和890 mg /L,说明地下河空间以大型岩溶管道为主,连通性好,系统水力坡度大,对泥沙输出和减轻地下空间淤积有利。最大日平均输沙率均与最大流量峰值对应,说明水土流失主要发生在暴雨期间。选择流域内三种典型生态环境类型,进行原位水土流失观测,获得场雨产流过程和坡面流输沙率变化情况。结果显示,三种类型的平均悬移质输沙模数为65. 35～ 884. 78 t /km2· a ,暴雨期间准森林类最大瞬时输沙率为2 926 mg / L。在此基础上,估算得到在建库条件下50年总淤积量不超过地下库容的10% ,说明水土流失造成的水库淤积程度并不严重。      

吉林省吊水壶岩溶区碳循环研究

通过对吉林省长春市吊水壶岩溶区淌泉子泉域的现场观测研究表明,岩溶作用带的碳循环强度与其相邻圈层的碳循环强度密切相关。表层带岩溶泉水的HCO-3 与上部圈层的CO2 浓度呈较好的正相关关系。根据观测资料计算,本区的CO2 吸收模数为0. 458g /s· km2 ,由此估算出北方40万km2 的碳酸盐岩CO2 吸收量为5. 77× 1012 g /a ,全球2200万km2 的碳酸盐岩CO2 吸收量为3. 18× 1014 g /a,占全球CO2平衡中丢失总量的3. 74%。      

丹东市小城子小流域水土流失及其防治对策分析

丹东市小城子小流域葫芦沟内沟壑纵横,水土流失现象不断加剧,平均土壤侵蚀模数每年可达到2200 t/km2,水土流失的加剧严重制约着小城子小流域葫芦沟的经济发展。本文通过调查小城子小流域的水土流失现状,分析了该流域的水土流失影响因素,确定了人为因素是导致丹东市小城子小流域水土流失的主要因素,进而提出了以土地水资源利用调整为基础,以恢复植被、疏溪顺流为重点,注重政策落实的三种防治水土流失的治理对策,为防治水土流失提供借鉴和指导。     

贵州茂兰峰丛草地洼地小流域侵蚀产沙的137Cs法研究

在贵州茂兰峰丛洼地区的工程碑草地洼地典型小流域进行了洼地沉积泥沙^137Cs示踪分析研究。研究结果表明：（1）草地洼地土壤剖面属于堆积土壤剖面,土壤剖面中^137Cs浓度分布特征反映了泥沙堆积与表层土壤侵蚀的信息。受岩土分布、微地形的影响,^137Cs初始沉降后出现不均匀再分布,面积活度的空间变化较大,变异系数为1.35,不能表征土壤侵蚀状况。（2）根据草地洼地典型堆积农耕地土壤剖面A-1的^137Cs浓度分布特征,1963年以来的流域平均堆积泥沙数量是16.6t/km^2.a,流域平均土壤侵蚀速率为45.95t/km^2.a,约占侵蚀产沙数量63.88%的泥沙以地下流失的形式散失;（3）草地洼地小流域内地面土壤流失与地下土壤流失的相对贡献率分别是70.13%和29.87%;（4）以茂兰地区最大成土速率为依据推算出的允许土壤侵蚀量是13.51t/km^2.a,草地洼地的土壤侵蚀危险程度极高。     

金沙江流域不同区域水沙变化特征及原因分析

在金沙江流域水文站控制的不同区间的水文资料和降水量资料,以及大量的长江上游水土流失重点防治区小流域综合防治工程(简称"长治"工程)拦沙减蚀量、水库拦沙量资料的基础上,对金沙江流域各水文站控制的不同区间、不同时段的来水来沙变化特征及其变化原因进行了定量分析.结果表明,金沙江流域水沙在地区分布上有明显的水沙异源特性,不同区间水沙变化特征存在很大的差异,降水/径流变化引起的沙量变化、水库拦沙、"长治"工程减沙在不同区间起着不同的作用.金沙江攀枝花以上地区以冻融侵蚀和坡面侵蚀为主,年产沙量仅0.521亿t,输沙模数200 t/(km2·a),但增沙的趋势较明显;攀枝花至屏山区间新构造运动剧烈,断层发育,岩层松软破碎,地形陡峻,植被稀少,以重力侵蚀为主,年产沙量1.58亿t,输沙模数达2 200 t/(km2·a),1991-2000年来沙量增加,2001-2004年来沙量大幅度减小.     

桂江流域土壤侵蚀估算及其时空特征分析

桂江流域的水土流失现状研究对珠江三角洲的水生态安全有重要的现实意义。采用修正的通用土壤流失方程（RUSLE）估算了桂江流域的土壤侵蚀模数与年侵蚀总量,分析流域内土壤侵蚀的时空分布特征,探讨了影响该区域土壤侵蚀强度的自然与人文因素。结果表明,桂江流域51.8%的地表都在发生不同程度的土壤侵蚀。从全流域平均土壤侵蚀强度来看,属于中度侵蚀。从土壤侵蚀面积来看,约85%的地表处于微度、轻度与中度侵蚀。4-6月的全流域平均土壤侵蚀强度最大,侵蚀总量也是最大的。流域的土壤侵蚀主要发生在高程在30~600m的低山丘陵-高地地貌区内的林地与耕地中。流域内岩溶区的土壤侵蚀强度随着石漠化程度从无到中度逐渐增加,轻、中度石漠化区的土壤侵蚀强度达到强度侵蚀等级。      

金沙江下游区间来沙驱动因子分析及产沙预测模型

随着长江上游梯级开发的快速推进,金沙江下游干支流来沙占比失衡现象日益突出,区间水沙实测资料欠缺的问题严重影响了对干流库群泥沙淤积的预测。为系统性了解并掌握金沙江下游区间内泥沙分布全貌,明晰区间来沙时空异性特征以及归因,基于已有支流水文站泥沙序列与因子集,采用秩相关分析研究了区域内地形、气候、土地覆被、空间尺度各类因子对流域产沙的潜在影响和各因子之间的变化独立性。通过参数降维与双重回归分析相结合的方法识别关键因子组合并构建输沙模数预测模型。研究结果表明：8°以上坡度占比、气温和集水面积的驱动因子组合能够较为完整地解释研究区域产沙机制,并在此基础上建立了能解释约92%输沙模数变化性的预测模型。根据模型计算得到广大无实测资料区域的输沙模数分布范围为87～1 189 t/(km²·a),近50 a来减小幅度约50～300 t/(km²·a)。在此基础上识别白鹤滩、溪洛渡高产沙及上下游低产沙区间,并分析了该空间不均衡特征的削弱趋势。     

遥感与GIS支持下的南桐矿区水土流失评价与区划

以重庆市南桐矿区为研究对象,运用遥感和GIS技术获取对水土流失影响较大的植被覆盖度、地形坡度、土地利用类型等信息并进行空间叠加分析,计算了水土流失类型及面积。研究结果表明,南桐矿区水土流失面积262.91km2,侵蚀模数2281t/(km2?a),水土流失强度以轻度和中度为主,其中轻度流失132.37km2,中度流失108.95km2。根据区域地貌类型以及水土流失特征,将研究区水土流失划分为盆边低山丘陵中强度流失区、北部坪状低山中轻度流失区和盆边中山轻度流失区三个类型区,盆边低山丘陵中强度流失区以中度流失为主;北部坪状低山中轻度流失区以轻度流失为主;盆边中山轻度流失区虽然以轻度流失为主,但微度流失也占有相当部分的比重。      

西南喀斯特流域碳酸盐岩的硫酸侵蚀与碳循环

流域化学侵蚀及其速率与流域生态和环境之间的关系是当前地表地球化学研究的重要前沿领域,其中碳酸盐岩的硫酸风化机制及其与区域碳循环的关系则是科学家们最为关注的科学问题.因此,近年通过研究西南喀斯特流域地表水地球化学对这一科学问题进行了研究,发现西南喀斯特地区河水一般含有较多的SO2-4,从化学计量学、SO2-4的δ34S和溶解无机碳(DIC)的δ13S分析发现,硫循环中形成的硫酸广泛参与了流域碳酸盐矿物的溶解和流域侵蚀:西南喀斯特流域碳酸盐岩的侵蚀速率为97 t/(km2?a),消耗CO2量为25 t/(km2?a).对乌江流域河水硫酸盐离子的硫同位素研究结果认为:参与流域侵蚀的硫酸主要来自煤系地层硫化物和矿床硫化物的氧化及大气酸沉降,分别对河水SO2-4的贡献为50%、27% 20.5%(其余2.5%的SO2-4为硫酸盐蒸发岩的溶解);硫酸风化碳酸盐岩向大气净释放CO2的总通量为8.2 t/(km2?a),依此计算西南喀斯特区域向大气释放CO2的通量为4.4×1012g/a,相当于每年西南碳酸盐岩风化消耗CO2总通量的33%.将乌江流域的研究结果对我国大陆碳酸盐岩分布区域进行相应计算发现,硫酸风化碳酸盐矿物向大气释放的CO2总通量为28×1012g/a,相当于全球硅酸盐风化消耗CO2量的26%.硫酸参与流域侵蚀改变了区域碳循环,人为过程可以通过释放酸沉降、矿业活动和土地利用等形式加速流域侵蚀和影响流域元素的生物地球化学循环.     

多目标区域地球化学调查与土壤碳储量问题——以江苏、湖南、四川、吉林、内蒙古为例

在全国多目标区域地球化学调查获得土壤高密度和大数据量碳分布数据基础上,提出"单位土壤碳含量"概念和建立土壤碳储量实测计算方法,为精确计算土壤碳储量和估算土壤碳库提供了新的途径。依据"单位土壤碳含量"进行土壤碳储量实测计算,可以按照土壤类型、土地利用分类、生态系统及自然景观等任意划分方式,从不同途径取得市县、省区、流域及至国家土壤碳储量,并在各级次上进行土壤碳库问题研究,解决土地利用、农业种植和环境评估中的实际问题。文章以江苏、湖南、四川、吉林、内蒙古为例进行土壤有机碳储量计算,结果表明,全国土壤碳储量分布不均匀。按照土壤有机碳储量和土壤平均有机碳储量分布,四川省四川盆地西部区土壤有机碳储量为1779887583t,平均有机碳储量最高,为29107.86t/km2;依次为:吉林省平原区有机碳储量2618973357t,平均有机碳储量27427.25t/km2;湖南省洞庭湖区有机碳储量837159672t,平均有机碳储量21977.31t/km2;江苏省有机碳储量1818603526t,平均有机碳储量17117.61t/km2;内蒙古河套地区有机碳储量286247058t,平均有机碳储量9592.73t/km2。