不同坡度下紫色土地表微地形变化及其对土壤侵蚀的影响

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。

喀斯特地区土层浅薄,不合理的土地利用导致严重的水土流失,加剧石漠化程度。为定量分析生态工程实施前后土壤侵蚀状况及其对土地利用变化的响应,基于gis技术和rmmf模型,对环江县1991、2000和2010年土壤侵蚀进行模拟,并采用邻近水文站和径流小区泥沙监测数据进行验证。结果表明:1991、2000和2010年研究区土壤侵蚀模数分别为76.36、76.46和49.60t/(km~2·a),与相关监测数据比较一致;土壤侵蚀总量分别为34.76万、34.80万和22.58万t,主要来源于非喀斯特区(均约占全县侵蚀总量的94%)。研究区微度侵蚀面积占90%以上,轻度及以上等级所占比例较小。对比不同土地利用类型的土壤侵蚀模数,旱地远大于其他类型,其次是中覆盖度草地和其他林地。相同降雨条件下,由于旱地面积减少,2010年土壤侵蚀量较1991年减少4.21万t;2010年喀斯特区、非喀斯特区土壤侵蚀量较2000年分别减少了4.21%和8.76%。这预示生态工程实施后,环江县耕地减少、林地增加,土壤侵蚀减少。本研究为评估喀斯特地区土壤侵蚀现状以及退耕还林的水土保持效应提供参考依据。

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。

采用gis空间分析与传统统计分析相结合的方法,通过在arcgis8.1的grid模块中,对澜沧江流域南段土地的栅格(grid)图进行地图代数运算,形成具有复合数据的新grid数据表;对新生成grid属性表的数据进行统计计算,获得研究时段内不同空间范围的土地利用转移矩阵数据及各类用地上的土壤侵蚀数据;通过土壤侵蚀综合指数(index)的计算,反映了不同区域、不同土地利用类型上的土壤侵蚀程度及其变化.研究结果表明,耕地、其它林地、低覆盖度草地上土壤受侵蚀的可能性较其它用地类型大;耕地、中覆盖度草地、水域的土壤侵蚀强度较其它用地类型大;土地利用变化对土壤侵蚀变化的影响在澜沧江中游和下游区域表现较为明显,而在上游区域不明显;上游区域土壤侵蚀的主导因素不是土地利用及其变化,而是地形、气候等其它因素.

西南岔河为汤旺河一级支流,随着人类活动对下垫面的影响,河道内的悬移质泥沙含量逐年增多。本文应用swat(soilandwaterassessmenttool)分布式水文模型构建了流域水沙模型,研究分析了西南岔河流域1995—2015年土地利用空间变化对土壤侵蚀的影响,模拟分析了绿化对减轻水土流失的作用,为当地水土保持选择灌木品种和种植规模提供依据。

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2867.35hm2。

1土壤侵蚀量计算模型 关于土壤侵蚀量的计算，目前国内外主要采用的是美国的通用土壤流失方程 usle(universalsoil-lossequation)，作为一个经验统计模型，它是土壤侵蚀研究过程中的 一个伟大的里程碑，在土壤侵蚀研究领域一度占据主导地位，并深刻地影响了世界各地土壤 侵蚀模型研究的方向和思路。由于usle模型形式简单、所用资料广泛、考虑因素全面、因 子具有物理意义，因此不仅在美国而且在全世界得到了广泛应用。“通用土壤流失方程式” 的形式如下： pcslkra1-1 式中：a——土壤流失量（吨∕公顷·年） r——降雨侵蚀力指标； k——土壤可蚀性因子。它是反映土壤吝易遭受侵蚀程度的一个数字。其单位是， 在标准条件下，单位侵蚀力所产生的土壤流失量； l——坡长因子。当其它条件相同时，实际坡长与标准小区坡长（2

论述了基于栅格gis土壤侵蚀地形因子的计算方法和流程,在arcgis栅格模块中利用aml开发了通用土壤流失方程地形因子的计算程序,并给出了程序核心部分的编码。实际应用表明,计算结果的精度依赖于数据源的精度。

土壤侵蚀强度分级标准表（sl190-96） 级别平均侵蚀模数[t/(km2·a)]平均流失厚度（mm/a） 西北黄土 高原区 东北黑土区/ 北方土石山区 南方红壤丘 陵区/西南 土石山区 西北黄土 高原区 东北黑土区/ 北方土石山区 南方红壤丘 陵区/西南土 石山区 微度＜1000＜200＜500＜0.74＜0.15＜0.37 轻度1000-2500200-2500500-25000.74-1.90.15-1.90.37-1.9 中度2500-50001.9-3.7 强度5000-80003.7-5.9 极强度8000-150005.9-11.1 剧烈＞15000＞11.1 注：本表流失厚度系按土壤容重1.35g/cm3折算，各地可按当地土壤容重计算之。 土壤侵蚀程度分级指标* 程度 劣地或石 质坡地占 该地面积

利用侵蚀－生产力评价模型（erosion－productivityimpactcalculator，简称epic）模型对紫色土小流域土壤可蚀性k值进行估算，研究紫色土丘陵区小流域的土壤可蚀性k值空间变异特征。结果表明：（1）土壤颗粒组成的变化是影响紫色土小流域土壤可蚀性大小的主要因素，沙粒含量越高，土壤可蚀性k值愈大，粉粒、黏粒、有机质的含量越高，土壤可蚀性k值愈小；（2）流域中6种不同土地利用条件下可蚀性指标k均值排序为荒草地＞柑橘林地＞马尾松林地＞槐树林地＞甘薯地＞玉米地；（3）研究区紫色土小流域土壤可蚀性k值总体分布趋势是自东向西随着流域海拔的降低而降低，呈条带状分布，南北两侧高，中间低。随着海拔的降低，除槐树林外，5种地类的可蚀性指标k值大致呈减小趋势，表现为k上游＞k中游＞k下游；在槐树林地则表现出相反的趋势，表现为k上游＜k中游＜k下游。

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。

随着鄱阳湖流域开发进程加快,土地利用类型势必发生转移,从而对鄱阳湖流域的生态环境产生影响。为了能反映鄱阳湖流域由于土地利用变化对土壤侵蚀的影响效应,本文通过采用3s技术手段,获取鄱阳湖流域土地利用空间数据与土壤侵蚀数据,引入土地利用变化转移矩阵指数和土壤侵蚀强度指数,对鄱阳湖流域土地利用变化和土壤侵蚀效应空间关系进行定量分析。结果表明:①1985年～2000年间,影响鄱阳湖流域土壤侵蚀强度变化的土地类型主要集中在农田、林地和草地,而水域、工矿居民用地与未利用地三种土地类型对土壤侵蚀强度变化总体变化不大;②加重土壤侵蚀强度的主要是林地转化为农田、林地转化为草地、草地转化为农田;而土地利用类型农田转化为林地、林地内部之间的转化减轻了侵蚀强度。土地利用类型和土壤侵蚀强度之间的定量研究结果反映了土壤侵蚀效应的变化,与鄱阳湖流域的水土流失现实情况一致。

随着我国高速公路的建设发展,工程施工期对于土壤侵蚀的重视不够,临时综合防治措施不够及时有效,从而导致大量的土壤侵蚀,对环境造成破坏性的影响。本文以河池至都安线高速公路三标段路线为例,对高速公路施工期土壤侵蚀的影响因素进行研究,分析了高速公路工程施工过程中土壤保护措施体系,为以后类似工程施工提供参考。

以宁化县紫色土区油茶成熟人工林、马尾松成熟人工林、杉木成熟人工林及阔叶林4种森林类型为研究对象,研究了该4种森林类型0~10、10~20cm土层的土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶等4种土壤酶活性差异,并进一步分析了土壤酶活性与土壤理化性质的相关性。结果表明,4种森林类型的土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性均随着土层深度的加大呈降低趋势。4种森林类型的土壤蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性存在显著差异,其中油茶人工林的土壤脲酶和酸性磷酸酶活性最高,马尾松林蔗糖酶活性最高,而杉木林的土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性基本处于最低水平;影响4种土壤酶活性最关键的理化因子为土壤容重、全c含量、全n含量和有效p含量。

根据深圳市水土流失调查资料和产沙观测数据,通过选取影响水土流失的主要因子:地形、植被、降雨、土壤、城市化人为影响因子等,建立了符合深圳地区的多元回归方程,其中城市化人为影响因子是根据城市水土流失现状提出的,并通过深圳3个水保试验站的调查资料反推求得。通过两组实测资料检验,表明建立的模型具有较高的精度,能够较好的反映深圳地区的水土流失特点。

废黄河沙土区是水土流失比较严重地区,通过对废黄河上、中、下游3个典型地带径流小区2006年观测资料的统计分析,获得废黄河沙土区不同下垫面坡面条件下的土壤侵蚀状况。结果分析表明,一般农地土壤年侵蚀量在1191～2714t/km2之间;林地在550～1157t/km2;沟坡在7779～8658t/km2(坡度17°～22°)。其中,农地受人工扰动后的土壤年侵蚀量约为未扰动农地侵蚀量的2～4倍。

对贵州中部喀斯特山区不同土地利用方式(阔叶林地、灌木林地、灌丛草地、耕地)对土壤、地表径流和浅层地下水进行采样与分析。结果表明,在喀斯特山区土地利用模式从阔叶林地—灌木林地—灌丛草地方向的演变过程中,土壤有机质、速效氮磷钾、交换性钙镁含量出现明显的下降,粘粒含量增加,土壤质量出现退化,耕地有机质含量明显低于林地和草地;耕地地表径流中so42-,nh4+,po43-,cod均显著高于林地和草地;浅层地下水的so42-,nh4+,no3-,po43-,cod也显著增加;土地利用由林地变为耕地后,地下水质量出现一定程度的下降。

结合江西省水土保持科学研究所已完成的公路水土保持监测工作,总结了体积法和桩钉法等土壤侵蚀常规监测方法和技术在实践中的运用,计算了赣定高速公路建设期土壤侵蚀模数和平均每千米土壤侵蚀模数分别为14524t/(km2.a)和114t/(km2.a);公路项目建设期重点监测区域土壤侵蚀模数技术指标分别为取土场边坡22540t/km2.a,台面10500t/(km2.a);弃土场边坡25990t/(km2.a),台面14010t/(km2.a);路堤、路堑和施工场地边坡分别为16270t/(km2.a)1、4450t/(km2.a)6、590t/(km2.a).

应用遥感技术评估了印度北部paligad山地流域过去几十年里土地利用土地覆盖变化及其造成的土壤侵蚀程度,并基于摩根参数模型(morganparametricmodel)的方法来测定土壤的侵蚀程度;结果表明,由于不同的坡向受到太阳光照的不同可以引起土地覆盖的变迁;海拔和坡度已不再是阻碍人们获取自然资源的因素,人们的活动范围正转移到更高的海拔和更陡峭的坡度;揭示了土地利用土地覆盖变化对土壤侵蚀进程有着直接的影响。

公路建设对沿线的自然生态环境有较明显的不利影响。如何科学布置水土保持措施,有效防治公路工程侵蚀,探索出一条公路建设与社会经济、环境协调发展的途径是西部大开发战略顺利实施亟待解决的问题。以绕渝高速公路西段为例,对公路建设项目的土壤侵蚀特点进行了系统分析,并提出建立集预防监督管理、工程措施、林草措施、临时防护措施、水土保持监测等为一体的水土流失综合防治体系,有效防治公路建设项目引起的土壤侵蚀。

土壤是人类生存和发展的必要物质基础,土地利用方式的改变直接影响土壤性质。从土壤理化性质和微生物特性两个方面,综述了土地利用变化对土壤性质的影响,旨在为土地有效利用及可持续发展提供科学依据。

通过对土壤侵蚀预测及其模型的评述,提出了土壤侵蚀预测建模中存在的问题及对策。从目前已经建立的坡面、小流域和区域不同空间尺度上的土壤侵蚀预测模型可知,各空间尺度上指标的选择和模型的建立,均是独立进行的,相互之间缺乏有机的联系,不同空间尺度模型无法进行有效的信息交换。随着水土流失的治理已由点、小流域治理,进入了大规模连片集中治理的阶段,土壤侵蚀预测建模研究的重点,应转向不同空间尺度土壤侵蚀预测模型之间的关系与转换上来。通过建立不同空间尺度间土壤侵蚀预测转换模型,利用小尺度上实用的土壤侵蚀预测模型和数据,对区域水土流失进行定量预测与评价,具有重要的理论与实践意义。