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。     

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。     

土壤侵蚀研究中的景观连通度:概念、作用及定量

土壤侵蚀过程是广泛存在的地表物质运移、再分配过程,受景观格局的调控。关于景观格局与土壤侵蚀之间相互关系的研究众多,但耦合景观格局与土壤侵蚀过程的概念框架和有效工具比较少。景观连通度在斑块、坡面到流域等多个尺度上影响土壤侵蚀的发生和发展,是深刻影响土壤侵蚀过程的关键景观格局特征。从景观连通度的概念、分类着手,分析了景观连通度在土壤侵蚀过程中的作用,阐述了土壤侵蚀研究中定量景观连通度的方法,总结了基于土壤侵蚀过程定量景观连通度的两类主要途径:景观连通度指数方法和融合景观连通度概念的分布式土壤侵蚀模型。景观连通度概念及其定量在方法论上将景观格局与土壤侵蚀过程联系起来,是景观格局—土壤侵蚀相互作用研究的有效工具。     

云蒙湖流域土壤侵蚀时空分布及影响因素分析

以小流域为研究尺度,选取云蒙湖流域为研究区,以TM遥感影像和DEM为数据源,在RS和GIS支持下,以最新的全国土壤侵蚀分类分级标准(SL190-2007)为模型基础,得到研究区1986年和2010年2个时段的土壤侵蚀强度及分布数据,分析土壤侵蚀时空格局特征及主要影响因素。结果表明:1)从1986—2010年,土壤侵蚀强度呈减小趋势,变化面积比例为29.47%,主要以中度、强烈、极强烈侵蚀等级面积向轻度、微度等级及相邻较低侵蚀等级面积转化为主。2)通过将研究区划分为88个小流域的研究表明,25年来小流域土壤侵蚀强度指数降低趋势明显,76%的小流域侵蚀强度指数减少10%以上;侵蚀加强的有5个小流域,增加幅度最大者为6.23%,主要分布在中西部和西南部地区。3)影响因素的岭回归分析表明,坡度因子始终是影响土壤侵蚀时空分布的最主要因素,但影响程度逐渐降低,贡献率由1986年的85.36%下降到2010年的80.79%;土地利用结构对侵蚀格局的影响逐渐增强,2010年贡献率达到19.21%;因此当植被覆盖度达到一定程度后,流域内土地利用结构的改变是制约土壤侵蚀时空分布的主要影响因素。     

黄土丘陵区小流域土地利用变化对生态环境的影响：以延安市羊圈沟？…

选择黄土丘陵沟壑区的羊圈沟流域,应用地理信息系统和野外采样技术,从小流域,坡面和单一土地利用类型三个尺度层次研究土地利用变化对流域土壤侵蚀,土壤养分和土壤水分的影响。结果发现：１９９６年比１９８４年该流域坡耕地减少４３％,林地增加了４２％,草地增加了５％,土壤侵蚀量减少了２４％。     

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。     

山区小流域坡面和沟道侵蚀的数学模式探讨

小流域土壤侵蚀预报和模拟一直是世界土壤侵蚀研究的前沿领域,其中,坡面侵蚀和沟道侵蚀的计算方法、侵蚀能力的不均匀问题以及泥沙在塘库河道的沉积问题是研究的关键.对此,重点从侵蚀机理和计算方法上进行探讨,提出考虑到坡面土壤抗侵蚀能力和塘库沉积作用的计算方法,研讨了影响流域侵蚀和泥沙输送的主要环节和关键影响因子,分析了流域土壤抗蚀能力的空间差异及其对模拟结果的影响,提出了小流域侵蚀泥沙数学模型的基本结构框架,为进一步完善现有侵蚀泥沙过程模型提供了新的计算方法.     

基于TETIS模型的黑土区乌裕尔河流域径流与侵蚀产沙模拟研究

为科学地认识中国东北黑土区流域土壤侵蚀特征,探讨TETIS模型在该区的适用性,本文以乌裕尔河流域为例,利用1971-1987年日径流与泥沙实测数据对TETIS模型进行了校正与验证,进而分析了流域土壤侵蚀强度特征及其与坡度、土地利用方式的关系。研究结果表明：TETIS模型在乌裕尔河流域适用性好,日径流与日输沙量的纳什效率系数在0.52~0.70之间,决定系数在0.60~0.71之间,体积误差均不超过15%。流域平均侵蚀模数为397.2 t/(km²·a),流域以微度和轻度侵蚀为主,约90%的产沙来自于坡面。平均土壤侵蚀模数随坡度的增大而增大,流域侵蚀量主要来自于0°~5°坡面。不同土地利用方式具不同的土壤侵蚀模数,耕地土壤侵蚀模数最大,达556.3 t/(km²·a)。坡度较大的耕地和植被覆盖度较低的区域是水土流失治理的重点。研究表明,TETIS模型在黑土区模拟土壤侵蚀产沙应用前景好,可为研究区制定水土保持措施提供科学依据。     

南水北调中线水源区土地利用/土地覆被的空间格局

土地利用/土地覆被 (简称LULC) 变化对流域水资源动态具有深刻的影响。这对于我国大规模跨流域的南水北调工程规划尤为重要。本文制定了该工程中线水源区约95 000 km² 面积的LULC分类系统,利用2000年前后的TM影像完成LULC分布现状图,并结合DEM分析了其土地利用/土地覆被的空间格局特征。结果表明：① 研究区域森林覆盖率为50.97%,灌丛25.58%;农田约占15%,其中旱地与水田的比例约10:3;石砾裸地等强烈退化类型合占5.66%;水域约占1%。② 区内秦岭南坡、汉-丹平原丘陵、巴山北坡三部分的LULC结构存在显著差异,强度土地利用类型和退化土地类型主要分布在汉-丹平原丘陵地区;秦岭南坡耕地的水分条件较巴山北坡好,但局部土地退化现象也更严重。③ 地形对LULC具有明显影响。海拔高度控制着自然植被的垂直分异和各种土地利用类型及利用强度的分布;各土地覆被类型的分布显示了坡度对土地开发强度的限制作用;坡向对局部LULC格局的影响并不显著,但在区域尺度上可能对秦岭南坡与巴山北坡的LULC结构差异具有贡献。南水北调中线工程水源区当前的LULC结构和空间格局显示,总体上植被状况良好,高强度的土地利用类型主要集中于海拔1000m以下的平缓地区,而退化土地类型也主要存在于这一区域,是流域水质保护和环境治理的关键区域。     

胶州湾海岸带土地利用变化分析

以GDEMDEM 30M数字高程数据和2000年9月16日Landsat ETM+、2016年6月16日的Landsat OLI影像为主要数据,利用Arc GIS10.0软件的水文分析模块,将研究区划分为若干子流域;采用目视解译结合监督分类的方法,得到胶州湾海岸带各小流域的土地利用信息;采用土地利用变化模型、香农多样性指数和系统聚类的方法,分析和探讨了小流域尺度的胶州湾海岸带土地利用变化特征及影响因素。研究结果表明,与2000年相比,2016年,研究区各小流域土地利用结构发生明显变化,建设用地面积激增且成为最主要的土地利用类型,盐田、耕地和养殖池面积所占比例显著减小,城市化导致的建设用地扩张是其它土地类型变化的主要原因;在小流域内,各土地利用类型的单一动态度差别明显,主要原因是不合理土地利用方式的出现导致了土地利用类型之间的相互转化;除小流域2和小流域14外,其它小流域都处于发展期且趋于单一化,将14个小流域聚类为4类,第三类和第四类小流域土地利用及其单一化程度较高,城市化水平及经济政策的实施对各小流域土地利用单一化及发展程度产生重大影响。     

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。     

延河流域景观格局与生态水文过程分析

延河流域作为典型的黄土高原丘陵沟壑区,水土流失是最主要的生态环境问题,其生态环境治理能为整个黄土高原生态恢复重建提供典型范例,因此评价延河流域景观格局变化对水文过程的影响,对流域景观格局与水文过程的研究具有重要的科学价值和现实意义。本文通过利用SWAT模型模拟的延河流域的41个子流域的水文响应单元,建立延河流域的“源—汇”水文响应单元景观格局指数,通过计算不同地形条件下水文响应单元随着坡度变化的面积累积百分比,构建了新的“地形—水文响应单元 (Slope-HRU) 综合景观指数”。并与SWAT水文模型所模拟获得的子流域径流量、产沙量进行相关性分析,评价“地形—水文响应单元 (Slope-HRU) 景观指数”对水文过程的表征能力和适用性。结果表明：在子流域尺度上Slope-HRU景观指数和产沙状况存在明显的区域分异规律,而且R值空间变异情况基本上与产沙量的空间变化规律相反,即R值呈现由南向北,由东向西递增,而产沙量由南向北,由东向西递减。R值与年产沙量在数值上呈显著相关关系,相关系数为-0.60;再将Slope-HRU景观指数与所选取的7个常用景观格局指数相结合,构成新的综合景观指数,发现它们与子流域的产沙量耦合关系明确,均显著负相关,相关系数绝对值范围为0.43~0.63。     

Runoff and Soil Erosion on Slope Cropland: A Review

Soil erosion has become a serious environmental problem worldwide, and slope land is the main source of soil erosion. As a primary cover of slope land, crops have an important influence on the occurrence and development of runoff and soil erosion on slope land. This paper reviews the current understanding of runoff and soil erosion on slope cropland. Crops mainly impact splash detachment, slope runoff, and sediment yield. In this review paper, the effects of crop growth and rainfall on the splash detachment rate and the spatial distribution of splash detachment are summarized. Crop growth has a significant impact on runoff and sediment yield. Rainfall intensity and slope gradient can influence the level of erosive energy that causes soil erosion. Furthermore, other factors such as antecedent soil water content, soil properties, soil surface physical crust, and soil surface roughness can affect soil anti-erodibility. The varying effects of different crops and with different influence mechanisms on runoff and soil erosion, as well as changes in their ability to influence erosion under different external conditions should all remain focal points of future research. The effect of crop vegetation on runoff and soil erosion on slope land is a very important factor in understanding large-scale soil erosion systems, and in-depth study of this topic is highly significant for both theory and practice.     

黄土丘陵小流域土地利用格局对径流与土壤养分流失的影响--土壤侵蚀控制的意义

Serious soil erosion is one of the major issues threatening sustainable land use in semiarid areas, especially in the Loess Plateau of China. Understanding the effects of land use on soil and water loss is important for sustainable land use strategy. Two sub-catchments: catchment A (CA) and catchment B (CB) with distinct land uses were selected to measure soil moisture, runoff and soil nutrient loss in Da Nangou catchment of the Loess Plateau of China. The effects of land use patterns on runoff and nutrient losses were analyzed based on soil moisture pattern by kriging and soil nutrients using multiple regression model. The results indicated that there were significant differences in runoff yield and soil nutrient losses between the two sub-catchments. With similar land uses, the CA produced an average sediment yield of 49 kg ha-1 and 22.27 kg ha-1 during two storm events.Meanwhile, there was almost no runoff in the CB with dissimilar land uses during the same events.Buffer zones should be established to re-absorb runoff and to trap sediments in catchment with similar land use structure such as the CA. Moreover, land use management strategy aiming to increase the infiltration threshold of hydrological response units could decrease the frequency of runoff occurrence on a slope and catchment scale.     

The effects of land use on runoff and soil nutrient losses in a gully catchment of the hilly areas: implications for erosion control

Serious soil erosion is one of the major issues threatening sustainable land use in semiarid areas, especially in the Loess Plateau of China. Understanding the effects of land use on soil and water loss is important for sustainable land use strategy. Two sub-catchments: catchment A (CA) and catchment B (CB) with distinct land uses were selected to measure soil moisture, runoff and soil nutrient loss in Da Nangou catchment of the Loess Plateau of China. The effects of land use patterns on runoff and nutrient losses were analyzed based on soil moisture pattern by kriging and soil nutrients using multiple regression model. The results indicated that there were significant differences in runoff yield and soil nutrient losses between the two sub-catchments. With similar land uses, the CA produced an average sediment yield of 49 kg ha-1 and 22.27 kg ha-1 during two storm events. Meanwhile, there was almost no runoff in the CB with dissimilar land uses during the same events. Buffer zones should be established to re-absorb runoff and to trap sediments in catchment with similar land use structure such as the CA. Moreover, land use management strategy aiming to increase the infiltration threshold of hydrological response units could decrease the frequency of runoff occurrence on a slope and catchment scale.     

A review of runoff generation and soil erosion across scales in semiarid south-eastern Spain

Climate, lithology, soil and especially, intense land use/cover changes, make SE Spain very vulnerable to runoff generation and water erosion leading to loss of nutrients and organic matter and to infrequent but devastating floods, reservoir siltation and mass failures. This susceptibility has led to heavy economic investment and research efforts since the 1980s, making this region a worldwide reference for understanding the hydrology and geomorphology of semiarid ecosystems. Runoff and soil erosion have been intensively studied throughout the last decades in various natural ecosystems as well as in abandoned farmlands. Research has considered a wide range of methods and spatial and temporal scales. This paper reviews the methods and data describing runoff generation and water erosion, synthesising the key processes involved, rates, thresholds and controlling factors from a scale-dependent perspective. It also identifies the major gaps in current knowledge to provide recommendations for further research towards solutions that reduce the negative impacts of erosion. Research in SE Spain has contributed significantly to a better understanding of the effect of spatial and temporal scale on runoff and sediment yield measurements, and highlighted the important role of distinct erosion and sediment transport processes, hydrologic connectivity, spatial and temporal patterns of rainfall, the occurrence of extreme events and the impacts of land use changes. The most effective ways and challenges to predict runoff, soil erosion and sediment yield at the catchment scale are also discussed.     

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。     

北京密云水库小流域非点源污染负荷估算

根据不同类型的非点源污染发生区,选择若干径流小区,进行降雨、径流量、径流水质同步监测,分析不同土地利用类型小区地表径流和泥沙中氮、磷的流失情况。根据地貌特征和土地利用情况,利用通用土壤流失方程和SCS法分别计算不同土地利用类型区土壤侵蚀量和径流量,分析氮、磷的流失特点。结果表明:坡耕地和荒草坡单位面积土壤流失量比较严重;村庄中溶解态氮的流失量最多;村庄和坡耕地是氮、磷流失的重点区域。