区域尺度喀斯特区石漠化强度对土壤流失的影响

石漠化和水土流失是西南喀斯特区突出的生态问题,制约着社会经济的发展。目前,石漠化与土壤流失的耦合关系尚未系统探明,石漠化强度评价因子植被盖度、土层厚度和基岩裸露率的交互作用如何影响土壤流失知之甚少。基于石漠化现状的调查,采用RUSLE模型、Getis?OrdGi*、地理探测器等方法,测算了贵州喀斯特区土壤侵蚀状况并识别了冷热区分布,量化了石漠化强度评价因子与土壤侵蚀之间的关系,解析了因子组合对土壤流失的交互影响。结果表明：1）贵州喀斯特区土壤侵蚀以中度和微度侵蚀为主,平均土壤流失率17.69 t/(hm2·a),侵蚀热区（重点防治区）主要集中在贵州西部经济相对欠发达区,侵蚀冷区（轻微区）则主要集中在黔北遵义市和黔中贵阳市等经济相对发达区。2）土壤流失随石漠化强度评价指标植被盖度、土层厚度的增加呈降低趋势,随基岩裸露率的增加则呈增加趋势;石漠化与土壤流失之间并非简单的线性关系,而呈复杂的非线性关系,3个评价因子分别以三次曲线函数、指数函数和反正弦函数拟合优度最高。3）石漠化强度评价因子对土壤流失空间分异的解释力依次为植被盖度、基岩裸露率和土层厚度,且因子组合对土壤流失的交互影响均呈非线性增强,其中基岩裸露率与植被盖度的交互作用起主导作用,其次是土层厚度与植被盖度,基岩裸露率与土层厚度的解释力最小。研究结果可为喀斯特区水土流失、石漠化的协同防治提供理论参考。     

喀斯特区土壤侵蚀与石漠化协同演变及交互关系

为探究喀斯特地区土壤侵蚀、石漠化协同演变规律、驱动因子及主要驱动因子下二者交互关系。采用优化后的RUSLE模型估算贵州省喀斯特地区2005—2015年土壤侵蚀,并利用贵州省全国石漠化普查数据库计算同期石漠化状况,运用地理探测器探究驱动因子以及主要驱动因子下二者交互关系。结果表明：2005—2015年贵州省喀斯特地区土壤侵蚀与石漠化均以中度及以下为主,其中土壤侵蚀中度及以下占比58%以上,而中度及以下石漠化占比达80%以上;时间上二者存在发生时间的异同性,但研究期间,二者均不同程度地趋于好转;中度及以下石漠化中土壤侵蚀发生率较大,中度以上中占比极少,其中无石漠化中土壤侵蚀发生率达70%以上;土壤侵蚀驱动因子解释力大小依次为土地利用>坡度>年降雨量>海拔>岩石裸露率>植被盖度>岩性>土层厚度,石漠化驱动因子解释力大小依次为岩石裸露率>土层厚度>年降雨量>海拔>岩性>土地利用>植被盖度>坡度。因子组合(交互)对土壤流失及石漠化的解释力均较单因子有所增强,其中土壤侵蚀的主导因子为土地利用,石漠化的主导因子为岩石...     

西南喀斯特地区土壤侵蚀特征研究现状与展望

受地质背景的强烈制约,西南喀斯特地区土壤侵蚀与其他类型区显著不同,叠加了化学溶蚀、重力侵蚀和流水侵蚀的耦合作用,呈现地面流失和地下漏失的混合侵蚀机制。从土壤地表侵蚀产沙、土壤地下漏失、土壤侵蚀强度与分级标准、土壤侵蚀过程模拟等几个方面简要综述了该区土壤侵蚀特征,并对未来研究方向进行了展望。今后应该加强西南喀斯特地区水土流失途径与土壤流失/漏失定位监测技术研究,进一步发展水土二元流失模拟模型,为该区土地利用变化的水土保持功能定量评估提供科技支撑,服务石漠化综合治理和后续规划制订。     

地形因子对喀斯特坡面水土流失影响的机理研究

[目的]通过对贵州喀斯特高原山地、盆地和峡谷3种典型地貌单元水土流失机理的研究,揭示坡度、坡长、坡形、坡位、坡向和微地形等地形因子对区域水土流失的影响,为综合防治喀斯特地区水土流失提供理论依据。[方法]基于标准径流场监测和侵蚀基线法对3种地貌单元进行多年水土流失监测,运用Excel和SPSS统计软件对数据进行分析。[结果]坡度是最直接影响坡面水土流失的态势因子,土壤侵蚀量是随坡度增加而增大,25°为临界坡度;喀斯特坡面的坡长对水土流失的影响并不明显;坡形通过坡位和坡向来影响水土流失,坡位对水土流失的影响规律表现为:坡面下部坡面中部坡面上部,向阳坡的土壤侵蚀大于背阴坡;微地形对水土流失的影响非常明显,凸出地段常被侵蚀,凹陷带常形成堆积。[结论]影响喀斯特地区水土流失的机理是多种因素联合作用,地形因子相互影响共同控制着喀斯特坡面水土流失的发生与变化趋势。     

喀斯特山地石漠化过程中地表地下侵蚀产沙特征

喀斯特地区特殊的地表、地下侵蚀产沙是引发石漠化发生发展的重要物理过程。以喀斯特山地石漠化过程中不同石漠化状况的裸坡面为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下孔(裂)隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究其地表及地下侵蚀产沙特征。结果表明:无石漠化、潜在石漠化和轻度石漠化的裸坡在相同条件下的地表产沙量总体上高于地下产沙量,且10 min降雨时段内地下产沙量在0~100 g之间。不同石漠化强度的裸坡地表、地下侵蚀产沙量均随雨强的增大而增加;小雨强(30~80 mm h~(-1))下,随着石漠化强度加剧其地表越不易发生侵蚀,而石漠化强度达到一定程度时(基岩裸露率40%)土壤流失以地下流失为主;大雨强(150 mm h~(-1))下,地表产沙量及其分配比例随基岩裸露率变化不明显,而地下产沙量则呈先增加后减小的变化且在基岩裸露率为30%时达到最大。不同石漠化强度的裸坡地表产沙量及其分配比例随地下孔(裂)隙度变化不明显,地下产沙量及其分配比例总体上随地下孔(裂)隙度增加而增加;在不同地下孔(裂)隙度下(1%~5%),地表、地下产沙量及其分配比例随基岩裸露率变化(10%~50%)差异较大。研究结果对认识喀斯特地区石漠化发生发展机制、揭示土壤侵蚀特征、防治地表地下水土流失具有重要的理论和现实意义。     

北京山区土壤流失方程探讨

 水土流失是生态环境恶化的重要原因之一。土壤流失方程是定量评价水土资源发展动态、指导综合治理规划和评价水土流失治理效果的重要技术工具。利用北京近1000个坡面径流试验小区的年降雨、径流和泥沙资料以及人工降雨试验资料,并考虑北京石质山区存在大量砾石覆盖地表的特点,将砾石覆盖因子作为一个独立的因子考虑在土壤流失方程中。得到北京山区坡面土壤侵蚀方程,并确定了方程中各个因子的计算方法或数值。该方程的建立,可为北京山区土壤侵蚀动态监测和水土保持规划提供依据。     

喀斯特小流域坡度-土层厚度与岩石裸露率间耦合关系的研究

探讨喀斯特地区不同岩石裸露率等级强度下坡度与土层厚度间的耦合关系,有助于揭示喀斯特地区坡度、土层厚度与岩石裸露率三者之间的内在联系。以喀斯特后寨河小流域为研究对象,从数学角度对不同岩石裸露率等级地区坡度-土层厚度间的耦合关系进行定量研究。并运用主成分分析法和层次分析法求出在不同主成分影响作用下,坡度、土层厚度这两个影响因子的权重,使坡度、土层厚度之间的关系可突破量纲的限制直接进行运算,并最终拟合出方程,得到岩石裸露率、坡度与土层厚度三者之间的数学关系。计算结果表明:(1)流域内,石漠化等级较高的地区,集中分布在坡度为15°～25°,土层厚度为40 cm左右的地区。(2)喀斯特小流域内,岩石裸露程度与坡度-土层厚度的耦合系数值呈正比,即岩石裸露率越大的地区,坡度-土层厚度耦合系数值越大。(3)喀斯特小流域内,坡度、土层厚度和岩石裸露率的关系较为复杂,在0～15°和25°以上地区随坡度增大,土层厚度减小、岩石裸露率增大。15°～25°地区随坡度增大,土层厚度增大、岩石裸露率减小。     

岩溶生态系统水土流失敏感性关键指标和评估模型比较

为了能更合理地评价岩溶地区水土流失敏感性,以岩溶生态系统为研究对象,以修正通用土壤流失模型(RUSLE)为蓝本,通过引入石漠化因子,对RUSLE进行修正;通过计算土壤侵蚀量、划分土壤侵蚀强度、水土流失关键因子影响评估,构建广西岩溶生态系统水土流失敏感性评估指标体系;在此基础上,对比分析了空间叠加分析法、层次分析法、空间主成分分析法3种水土流失敏感性评价方法,利用遥感数据对多种评估结果进行验证与对比,选取最优评价方法对广西岩溶生态系统水土流失敏感性进行了评估。结果表明:引入石漠化因子后的修正通用土壤流失模型(RUSLE)可以较合理地评价广西岩溶生态系统土壤流失空间分布状况;广西岩溶生态系统水土流失敏感性因子作用大小顺序为:气象>石漠化>植被>土壤>地形>人类活动,土壤流失影响率与大多数敏感性因子和土壤侵蚀强度均呈一致变化趋势;3种水土流失敏感性评价方法对比以主成分分析法(PCAEI)评估结果最优,层次分析法和加权综合评价法(AHPEI)次之,因子叠加分析法(CMSEI)较差。广西岩溶生态系统水土流失敏感性以轻度、中度、高度敏感区为主,水土流失敏感性整体中度偏重,水土流失敏感性强度由东部向西部、由南部向北部逐渐增强,敏感区主要分布在河池市、百色市,不敏感区主要分布在桂林市、崇左市。     

模拟降雨条件下林木裸露根系分布方式对坡面土壤侵蚀的影响

为探究喀斯特地区林木根系分布方式对坡面土壤侵蚀的影响,采用人工模拟降雨方法,研究林木根系3类分布方式：根系横坡方向局部裸露（横向）、根系顺坡方向局部裸露（顺向）、根系垂直坡面（垂直）的土壤侵蚀特征。降雨强度为75 mm/h,降雨历时为90 min,坡度为25°。结果表明：（1）降雨过程中,横向和垂直生长根系影响土壤入渗,壤中流和地下径流产流时间表现为顺向>横向>垂直;顺向坡面地表径流初始产流时间比横向和垂直坡面略有提前,但差异不显著（p>0.05）;（2）横向、顺向及垂直坡面地表径流总量大小表现为顺向>垂直>横向,壤中流与地下径流产流速率在降雨过程中缓慢增加,降雨停止后急剧减小;（3）林木根系3类分布方式坡面间的地表减沙效益表现为横向>垂直>顺向。综上所述,顺向坡面的汇流作用促使地表产流产沙增加,垂直坡面增加土壤降雨入渗并减少侵蚀,横向坡面对坡面径流泥沙的拦蓄作用最为明显。研究结果对认识喀斯特石漠化坡地土壤侵蚀机理和水土流失防治措施提供了参考。     

岔路河特色农业经济开发区水土流失研究

应用修正过的通用土壤流失方程USLE,在遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术的支持下,确定了吉林省永吉县岔路河特色农业经济开发区的降雨因子、土壤侵蚀因子、坡度坡长因子和植被覆盖因子,估算了这一地区的水土流失模数.通过对这一地区各种土地利用类型进行水土流失分析,提出了保持该地区水土及促进该地区特色农业可持续发展的相应措施.     

Drivers of soil erosion and subsurface loss by soil leakage during karst rocky desertification in SW China

As an extreme manifestation of environmental degradation, karst rock desertification is caused by soil loss and rock exposure. In some areas with serious rocky desertification, there is no soil to be eroded or leaked. The soil loss in these areas superimposes soil erosion and unique subsurface loss by soil leakage through fissures, pipelines, sinkholes, etc., which directly reduce soil resources and accelerate rocky desertification. However, the factors driving soil erosion and subsurface loss by soil leakage are still unclear. Rainfall experiments were conducted on simulated slopes with surface-exposed bedrock and subsurface fissures based on field investigations in a karst rocky desertification area of Guizhou Province, China. Four factors, including rainfall intensity, slope gradient, bedrock exposure rate and subsurface fissure degree, were considered in the experiment. We found that the amount of soil surface erosion and subsurface leakage loss is driven not only by the runoff volume but also by other influential factors. Rainfall intensity is the driving factor determining the amount of surface erosion and subsurface leakage loss of soil and water and the relationship between them. The slope gradient plays a leading role only in subsurface fissure flow leakage loss. The bedrock exposure rate drives the surface soil erosion rate, shows a critical value (30%), and dominates the fissure flow leakage loss rate. Subsurface fissure density plays an important role in the surface loss of soil and water; however, an increase in the subsurface fissure density does not obviously accelerate the subsurface leakage loss of soil and water. Although this result, obtained from laboratory simulations, may differ at the field scale or larger, it could provide a foundation for systematic studies on soil erosion/leakage and insights into the relations between rocky desertification and soil erosion/leakage and their driving factors in karst rocky desertification.     

中国西南喀斯特坡地水土流失/漏失过程与机理研究进展

西南喀斯特区坡耕地特殊的地表、地下双层空间结构,使得岩溶区的土壤侵蚀过程具有特殊性和复杂性,并产生了一系列特殊的环境地质问题,如水土流失、旱涝、石漠化等。开展喀斯特坡地水土流失/漏失研究,主要是揭示喀斯特坡地水土流失/漏失过程及驱动机制,为喀斯特石漠化的综合治理及其石漠化生态恢复提供理论依据和技术支撑。同时,系统论述了我国西南喀斯特坡地地表侵蚀和地下漏失过程与机理的最新研究进展,其中地表侵蚀过程与机理都进行了定性和定量化的研究,而地下漏失过程与机理则处于定性描述和室内模拟探索阶段;喀斯特坡地有关的模拟和野外观测研究均表明,喀斯特坡地的土壤侵蚀方式是一个从地下漏失到地表侵蚀的转变过程,即小雨时以漏失为主,而暴雨时则以二者并重甚至以地表流失为主;此外,还深入分析了喀斯特区坡地水土流失阻控的研究动态及研究不足,并指出该区水土漏失过程与机制在未来的研究方向和发展趋势。     

短时强降雨对岩溶坡面土壤地表流失/地下漏失的影响

为研究岩溶地区雨强变化对水土地表流失和地下漏失的影响,对中国西南典型岩溶石漠化地区30年来的降雨特征进行了分析,并采用室内模拟试验,通过控制不同降雨时间和强度,研究其对土壤地表流失/地下漏失的影响。结果表明：(1)降雨强度与土壤地表流失量/地下漏失量均呈正比关系,但降雨强度的大小交替顺序对土壤地表流失/地下漏失量的影响存在差异,雨强大的降雨发生在降雨过程的后期更易发生土壤地下漏失。(2)短时多次降雨之间的时间间隔对土壤地表流失量和地下漏失量影响显著,集中性大雨比间断性大雨更易引发岩溶坡面土壤地表流失及地下漏失。短时多次降雨之间无雨的时间越长越不易发生水土流失和漏失。(3)降雨前期,降雨强度与土壤地表流失速率之间呈正相关关系,降雨中后期,土壤地表流失速率不受降雨强度的变化影响。降雨过程中,土壤地下漏失速率随着降雨强度的增大而升高。研究成果可为岩溶石漠化地区水土流失精准防治提供技术支撑。     

我国西南岩溶区土壤侵蚀强度分级标准研究

中国西南岩溶区碳酸盐岩成土物质先天不足,沿用水利部颁布的SL190--1996《土壤侵蚀分类分级标准》,显然与岩溶区的实际情况不适应。在分析影响西南岩溶区碳酸盐岩风化成土因素的基础上,收集相关的资料、数据和图层,估算西南岩溶区碳酸盐岩的风化成土速率,并将成土速率作为土壤允许流失量,厘定西南岩溶区土壤侵蚀强度的分级标准,结果表明,微度、轻度、中度、强度、极强度和剧烈侵蚀标准分别为〈30、30—100、100～200、200～500、500～l000、〉1000t／（km2·a）。根据西南岩溶区土壤侵蚀过程的基本特点,对该地区以后的水土保持工作提出以下建议：1）抓住土壤侵蚀过程关键环节重点防治,2）不同岩溶石漠化区采取不同水土保持对策,3）积极推进生物篱技术,4）加强岩溶区土壤改良技术研究,提高基本农田的生产效率。     

贵州省喀斯特石漠化与水土流失空间相关分析

喀斯特地区石漠化现象的产生与水土流失之间存在不可分割的关系。为进一步分析石漠化与水土流失之间的关系,以贵州省2010年的水土流失及石漠化解译数据为基础,运用地图代数原理,通过水土流失与石漠化转移矩阵的计算,从而得出不同水土流失等级的石漠化分布以及不同石漠化等级的水土流失分布情况。结果表明:贵州省石漠化主要发生在水土流失轻度侵蚀与中度侵蚀区,其发生率分别为24.31%,24.09%,而水土流失主要发生在轻度石漠化与潜在石漠化区,其发生率分别为35.70%,34.16%;水土流失或石漠化等级的变化并不一定呈现相应等级的石漠化或水土流失等级的变化,石漠化的发生与生态恢复存在滞后性。     

基于坡度等级的喀斯特山区石漠化与水土流失相关性研究——以贵州省盘县为例

为了定量分析不同坡度等级下石漠化与水土流失之间的相关性,为县域生态环境治理与修复提供科学理论依据,以贵州省盘县为研究区,在遥感与地理信息系统技术支持下,以ALOS遥感影像、岩性及1∶50 000地形图等为基础数据源,采用遥感解译方法、表面分析及地图代数原理,提取出石漠化与水土流失的各指标因子。通过ArcGIS空间分析及相关性分析模型,从不同坡度等级下分析盘县石漠化与水土流失的相关性。结果表明:盘县石漠化面积为1 008.45km~2,占总面积的24.9%,已发生石漠化等级以轻度、中度和强度为主,分别占盘县石漠化面积的45.47%,29.67%,20.29%;水土流失面积为521.05km~2,占总面积的12.85%,已发生水土流失等级以轻度和中度为主,分别占盘县水土流失面积的67.75%和17.36%。石漠化与水土流失发生区坡度以5°~35°为主,分别占石漠化与水土流失面积的85.08%与82.45%。当坡度8°时,石漠化与水土流失等级、水土流失与石漠化等级存在负相关关系。当坡度为8°~35°时,已石漠化与已水土流失面积均呈现出先减小后增加再减小的趋势。当坡度35°时,石漠化与水土流失等级在强烈侵蚀等级以下表现为负相关,超过强烈侵蚀为正相关;而水土流失与石漠化等级在轻度石漠化等级以下表现为正相关,超过轻度石漠化为负相关。     

基于GIS/RS的桂西北土地石漠化与喀斯特地形空间相关性分析

基于GIS、RS技术,探讨喀斯特地形坡度量算的适宜方法,并提取桂西北喀斯特山区地貌类型、坡度、坡向数据,结合2006年桂西北石漠化数据进行地形要素与石漠化空间相关性分析。结果表明：桂西北喀斯特石漠化与地貌类型、坡度有明显的空间相关性,表现在低山和高丘陵地形区的石漠化发生率较高;在0°-25°坡度地形区中,石漠化发生率随坡度增大而平缓下降,大于25°坡度区的石漠化发生率却大幅上升;各坡向的石漠化发生率基本相近,石漠化与坡向没有明显空间相关性。研究结果可为桂西北喀斯特山区土地利用布局、石漠化治理和生态系统恢复提供决策依据。