山体土壤水分布特征及其影响因素——以东江流域为例

土壤水是流域水文及生态环境的重要因素,研究流域山体土壤水分布规律对防治土壤侵蚀、控制水土流失、恢复生态环境具有重要意义。选取广东省东江流域内具有不同覆被、地形、土壤特征的典型山体,利用TDR测定山体不同位置的土壤含水率,分析土壤水的空间分布规律及其影响因素。结果表明,山体不同坡位至上而下、所覆土壤垂向由上到下土壤粘性增加,土壤持水能力增强。地形及地表覆被变化是影响东江流域土壤水分分布的重要因素,植被覆盖稀少的山坡,土壤水分分布主要取决于山坡地形变化,呈现由山体上部向下部逐渐增加,随坡度的增加而减小;有植被覆盖的山体取决于植被覆盖程度,植被覆盖程度高的山坡表层土壤含水率大。研究成果为流域水土流失治理及生态环境保护提供重要参考依据。     

基于地理探测器的岷江上游地区土壤侵蚀变化

为掌握岷江上游地区土壤侵蚀动态变化规律和驱动力,以修正的土壤侵蚀模型(RUSLE)为基础,实现该地区2000—2018年侵蚀定量评价,按照国家水力侵蚀分级标准将其分为6个等级,以斜率变化模型完成其动态变化规律的分析,借助地理探测器实现其变化驱动力的探索。结果表明:微度和轻度侵蚀占据全域总面积的70%以上;近20 a内,全域土壤侵蚀整体得到了有效遏制,整体发展态势相对良好;植被覆盖度、降水和高程是驱动土壤侵蚀强度空间分布格局形成和改变的主要因素,特别是植被度的驱动作用最明显;各因子间产生交互关系时,其协同作用均比单因子产生的驱动作用更明显。岷江上游地区土壤侵蚀强度分布格局差异显著,侵蚀总体得到有效遏制,植被覆盖是驱动该地区土壤侵蚀强度空间分布格局变化的主要因素。     

试验研究中尺度流域土地利用变化对土壤侵蚀的影响——以孤山川流域为例

[目的]探究中尺度孤山川流域土地利用／覆盖变化对土壤侵蚀的影响,为认识理解黄河泥沙变化,完善土壤侵蚀模型提供理论支持.[方法]根据TM影像及中国土壤流失方程(CSLE)获取流域土地利用／覆盖数据与表征土壤侵蚀的植被作用因子,通过土地利用变化转移矩阵,重点分析流域土地利用／覆盖变化引起的植被作用因子的变化.[结果] 1975-1997年间,孤山川流域植被作用因子随着草地减少,耕地增加和植被覆盖度降低而增大,而在1997-2012年间,流域植被作用因子随着草地增加,耕地减少和植被覆盖度升高而增大.[结论]林地和草地是重要的林草措施,因此增加林草种植面积,对于减少土壤侵蚀具有重要意义.     

中尺度流域土地利用变化对土壤侵蚀的影响——以孤山川流域为例

[目的]探究中尺度孤山川流域土地利用/覆盖变化对土壤侵蚀的影响,为认识理解黄河泥沙变化,完善土壤侵蚀模型提供理论支持。[方法]根据TM影像及中国土壤流失方程(CSLE)获取流域土地利用/覆盖数据与表征土壤侵蚀的植被作用因子,通过土地利用变化转移矩阵,重点分析流域土地利用/覆盖变化引起的植被作用因子的变化。[结果]1975—1997年间,孤山川流域植被作用因子随着草地减少,耕地增加和植被覆盖度降低而增大,而在1997—2012年间,流域植被作用因子随着草地增加,耕地减少和植被覆盖度升高而增大。[结论]林地和草地是重要的林草措施,因此增加林草种植面积,对于减少土壤侵蚀具有重要意义。     

左江流域土壤侵蚀敏感性评价研究

以通用土壤流失方程(USLE)为基础,结合左江流域的自然环境特征,选择降雨侵蚀力(R)、地形(LS)、植被覆盖(C)与土壤质地(K)4个因子,建立流域土壤侵蚀敏感性评价指标与分级标准。在GIS软件支持下通过多因子叠加计算得到流域土壤侵蚀敏感性评价结果,将土壤侵蚀敏感性划分为弱敏感、轻度敏感、中度敏感、高度敏感、极敏感5个等级,并分析各等级的空间分布格局。结果表明:土壤侵蚀敏感性较高的区域主要分布在流域西北部的岩溶石山地区,而中部、南部的河谷平原、盆地、丘陵谷地、台地等地势相对平缓的区域敏感性较低。     

植被覆盖变化与土壤保持演变空间异质性研究

为定量研究植被覆盖与土壤保持两者之间的关系及植被覆盖对土壤保持的影响,选取十大孔兑为研究区,利用趋势分析法、空间自相关分析、InVEST模型,重点分析十大孔兑2000—2020年植被覆盖、土壤保持时空变化及植被覆盖变化对土壤保持的作用。结果表明：(1)研究期内,十大孔兑区植被覆盖均呈增加趋势;(2)2000—2020年,土壤保持量随着植被覆盖的增加而增加,说明植被覆盖增加对于土壤侵蚀有明显的抑制作用,对土壤保持服务功能有明显的促进作用;(3)植被覆盖与土壤保持局部空间自相关,Moran’s I指数<0,但2000—2020年相关系数逐渐增大,在空间分布上,相关性分布差异明显,“高—高”和“低—低”分布在中游库布齐风沙区以及上游丘陵沟壑区有零星分布,“高—低”和“低—高”分布在上游丘陵沟壑区和下游冲积平原区,主要是上游丘陵沟壑区海拔较高,对于土壤保持能力较强,但植被覆盖度较低,下游冲积平原区主要为农田生态系统,生长季NDVI较高,但土壤抗蚀性差,土壤保持能力较弱。通过对十大孔兑区植被覆盖变化和土壤保持演变及其空间异质性和相关关系进行分析,说明植被覆盖增加在一定程度上对土壤保持有促进...     

延河流域土壤侵蚀对LUCC的响应及驱动力

为了探究延河流域土地利用/覆被变化对土壤侵蚀的双重效应及其驱动力,为今后水土保持和生态环境建设提供依据,采用构建土壤侵蚀对LUCC响应模型的方法,结合GIS和RS技术进行了研究。结果表明:(1)1980—2018年期间,延河流域LUCC引起的土壤侵蚀效应和土壤保持效应共存,土壤侵蚀效应在波动中减弱,土壤保持效应在波动中增强;(2)同一时期内,LUCC引起土壤侵蚀效应和土壤保持效应相抵后,1980—1990年,LUCC引起土壤侵蚀效应,1990—2018年,LUCC引起土壤保持效应;(3)1980—1990年,LUCC引起土壤侵蚀效应主要受人口增长驱动,为满足人类需求,大量开垦耕地,增加建设用地,1991—2010年,LUCC引起的土壤保持效应主要受政策驱动,城市建设、产业结构调整等社会经济发展也起到一定作用,2011—2018年,LUCC引起的土壤保持效应主要受人口城市化的驱动,土地政策也起到一定的作用。可见,1990年之前,受人口增加驱动,延河流域LUCC引起土壤侵蚀效应,1990年之后,主要受经济、政策等因素的影响,延河流域LUCC主要引起土壤保持效应。     

基于遥感技术的苕溪流域水土流失动态监测研究

以多源遥感影像为信息源，基于ArcGIS平台的空间分析与数据管理等功能，获取苕溪流域土地利用、植被覆盖、水土保持措施等数据，对降雨、土壤、地形、植被、水土保持措施等数据进行处理，提取各土壤侵蚀因子，应用中国土壤流失方程(CSLE)计算土壤侵蚀模数，得到苕溪流域水土流失动态监测成果。监测结果表明，2020年苕溪流域土地利用以林地、建设用地和耕地为主；耕地主要分布在≤2°坡度级；植被覆盖状况良好，九成以上的园、林、草地植被覆盖度大于60%;流域水土流失总面积304.45 km~2,侵蚀强度以轻度侵蚀为主；水土流失主要分布在茶园、人为扰动用地、其他林地及旱地，其中极强烈及以上侵蚀主要分布在人为扰动用地、茶园和坡耕地；整体来看，土壤侵蚀强度改善的区域面积大于加剧的区域面积。     

云南省澜沧江流域的土壤侵蚀及其环境背景

土壤侵蚀是引起土地退化和河流泥沙淤积的根源,其产生与各种自然因素和人类活动存在一定关系。利用ArcView3.2和ARC/INFO8.1软件,通过图层叠加,统计分析和缓冲区分析等,对云南澜沧江流域的土壤侵蚀与地形坡度、土地利用/土地覆被现状、土壤类型和分布以及河流、道路两侧的缓冲区等之间的关系进行了分析。     

流域管理对径流泥沙变量的影响评估

为了对泥沙产生的空间变化有一个全面可靠的了解,要求在一个流域环境综合管理计划中有能够针对不同场景预测出悬移质泥沙进入河道各种情况的模型工具。比利时水保科研人员运用空间分布和泥沙随水流输移模型(SEDEM/W aTEM)对北部斯海尔德河流域上游的3个小流域的水土流失情况进行模拟,模拟结果表明:在流域环境综合管理计划中,水土保持和泥沙控制措施可以大大降低坡地泥沙输送到河道的径流中。在土壤侵蚀区采取土地搁置和改造覆被物等水土保持措施要比在非土壤侵蚀区采取控制措施能更有效的减少泥沙的产生。对许多大流域的研究表明,土地利用变化对泥沙产生的影响微乎其微,甚至没有。由于实施流域管理的计划造成泥沙输移变化,因此,考虑到这种变化,将来应建立一个河口泥沙预算。     

紫色土区小流域土壤保持服务功能的空间分布特征

[目的]分析不同坡度、土壤类型、土地利用下的土壤保持服务功能分布,为减少土壤流失和改进土地利用规划提供科学依据。[方法]结合修正通用土壤流失方程(RUSLE)和GIS技术,以曲水河小流域为典型研究区,基于DEM、土壤、土地利用等基础数据,分析了研究区土壤保持服务功能的分布现状及影响因素。[结果](1)该流域土壤保持总量为1.10×107 t/a,单位面积土壤保持量为384.74t/(hm2·a),具有较高的生态系统服务功能重要性;(2)土壤保持服务功能总体呈现从河谷阶地逐渐向周边丘陵坡地递增的空间分布特征;(3)强烈及以上侵蚀强度区、8°~25°的坡度区、耕地、钙质紫泥田区和红棕紫泥土区应为土壤保持工作的热点区域。[结论]不同坡度、土壤类型、土地利用类型下土壤保持服务功能差异显著,可以通过改良土壤、提高植被覆盖和采取土壤侵蚀防治措施提高土壤保持服务功能水平。     

长江上游紫色丘陵区土壤侵蚀与泥沙输移比研究——以涪江流域为例

 通过涪江流域水文站控制区域的地貌与土地利用类型的综合分析,以不同土地利用类型地块作为侵蚀量计算单元,计算每个流域发生侵蚀的地块（即旱坡地、陡坡旱地、有林地、疏林地、草地、灌木地和裸地）侵蚀量,得到全流域年均侵蚀量为2 460万t/a,年均侵蚀模数为813.9 t/（km2.a）,上游山地区侵蚀模数>1 000 t/（km2.a）,紫色丘陵区侵蚀模数50～0800t/（km2.a）;流域平均泥沙输移比为0.83,上游泥沙输移比>0.90,中下游丘陵区泥沙输移比在0.30～0.80之间,而在流域上中游山地丘陵衔接的冲洪积扇区的年均泥沙沉积量约144万t/a;流域泥沙输移比与流域面积不存在固定的线性关系,其根本原因在于流域面积是度量衡单位,而不是影响因素。     

贵州省河流水文泥沙的时空变化特征

河流泥沙是流域水土流失与河流水文特征共同作用的结果,河流泥沙的空间分布格局和时间变化规律,可以反映水土流失时空特征及其变化过程。利用贵州省1956-2000年水文泥沙资料,分析研究了河流输沙模数的时空变化特征。结果表明:贵州省河流泥沙分布格局和时间动态变化,基本上与植被时空格局变化特征及人类活动的影响过程相吻合;河流输沙模数呈西高东低的分布格局,在时间上呈周期性变化,基本上逢3~4 a就出现一个极端值,形成波峰或波谷。1965年之前的时间段内,输沙模数较小值年份出现的频率高,1965年以后则是输沙模数较大值年份出现的频率则高。1966-1967年枯水和低输沙量、1971-1972年的平水和高输沙量现象的出现,对进一步研究分析贵州省径流泥沙关系和水土流失演变过程具有重要的指示意义。     

An integrated watershed modelling framework to explore the covariation between sediment connectivity and soil erosion

Quantitative identification of the covariation between sediment connectivity and soil erosion can contribute to provide the key information for watershed sediment management. However, this covariation and its spatiotemporal response mechanisms are still unclear, especially whether this covariation can be used as a basis for identifying critical source areas of sediment in large-scale ecological restored watersheds. In this study, an integrated methodology framework by the revised universal soil loss equation (RUSLE), index of connectivity (IC) and sediment delivery ratio (SDR) was proposed to visually assess the spatiotemporal characteristics of erosion and sediment yield processes in the Yanhe Watershed with large-scale ecological restoration from 1985 to 2020 and to identify the covariation between sediment connectivity and erosion in subbasins. The soil erosion estimated by RUSLE has decreased by over 80% since 1985 owing to increased vegetation cover and the effective implementation of soil conservation measures, but the upper reaches still have high erosion intensity due to differences in specific controlling factors such as topographic conditions and land cover, requiring focused soil conservation practice. The IC results showed that as the vegetation restoration and soil conservation measures in the Yanhe Watershed varied from year to year, their spatial and temporal patterns had a strong influence on the distribution of sediment connectivity, and some local areas in the middle reaches showed local minima of IC in 1995, 1998 and 2010 mainly due to the implementation of long-term ecological restoration project. The developed IC-Erosion maps indicated that areas with high connectivity but low erosion accounted for over 60% of the total watershed area from 1985 to 1999, demonstrating a reverse correlation between sediment connectivity and erosion. Meanwhile, over 40% of the erosion occurred in a few areas (approximately 20%) with high connectivity and high erosion from 2000 to 2004, which can be characterized as the critical areas of erosion. The methods and results of this study provide ideas for separately defining both erosion and connectivity and quantifying bi-variable erosion–connectivity classification, which can be easily viewed on a scatterplot.     

汾河源头地区土壤侵蚀时空变化及其空间自相关分析

[目的]汾河源头地区是山西省重要的水源涵养地和供水区,土壤流失严重。研究该区域土壤侵蚀时空变化的目的在于为该流域的水土保持工作提出科学依据。[方法]采用2004和2009年9月的SPOT影像作为数据源,将GIS和USLE结合对汾河源头地区土壤侵蚀的时空变化进行研究,并借助GeoDa软件分析了研究区2009年土壤侵蚀的空间自相关性。[结果](1)从时间变化来看,2009年汾河源头地区土壤侵蚀模数较2004年有所增加,中度以上侵蚀的面积占总侵蚀面积的比例也相应增大,且以极强度侵蚀和剧烈侵蚀增加为主;(2)从空间上看,土壤侵蚀程度高的区域分布在流域的东南部,土壤侵蚀程度低的区域分布在流域的西北部;(3)降雨和植被覆盖是影响汾河源头地区土壤侵蚀的2个主要因子;(4)除了微度侵蚀和剧烈侵蚀外,其他侵蚀强度类型向更高程度的侵蚀强度类型转移的面积都远大于向低程度的侵蚀强度类型转移的面积;(5)空间自相关分析表明,研究区土壤侵蚀存在一定的正相关和空间集聚,主要表现为高值与高值集聚,低值与低值集聚。[结论]研究区内土壤侵蚀现象不断加剧,应加强土壤侵蚀治理力度。     

Monitoring of soil erosion and assessment for contribution of sediments to rivers in a typical watershed of the Upper Yangtze River Basin

An assessment of the effectiveness of soil conservation practices is very important for watershed management, but the measurement over a small area does not necessarily represent the truth over a large area. Monitoring of soil erosion and analysis of sediment delivery were carried out in the Lizixi watershed (which is typical of the Upper Yangtze Basin, China), using remote sensing and a geographic information system (GIS). Land‐use and land‐cover maps were prepared by an interpretation of 1986 and 1999 images from SPOT and Landsat TM. Slope‐gradient maps were created from digital elevation model (DEM), while merged images of SPOT and Landsat TM were used to obtain land‐use information. The area of soil erosion was classified by an integration of slope gradients, land‐use types and vegetation cover rates, and soil erosion rates and their changes were calculated in a grid‐based analysis using an Erdas GIS. The change in sediment delivery ratio was estimated based on the changes in soil erosion rates from both monitoring and the truth survey. There was a reduction in soil erosion rate of 4·22 per cent during a 13‐year period after soil conservation practices were adopted in the Lizixi watershed. The amount of sediments transported into rivers has decreased by 51·08 per cent during the same period due to an integrated application of biological and engineering measures. The comparison of soil erosion severity between pre‐conservation and post‐conservation revealed that soil loss has been obviously diminished and the measures were quite effective. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

Optimization of land use structure and spatial pattern for the semi-arid loess hilly–gully region in China

The semi-arid loess hilly–gully region in China has an extremely vulnerable ecological environment. Inappropriate land use — crop farming, overgrazing, and plantation forestry - has worsened soil erosion, intensified water shortage, and hence impeded the ecological conservation and agricultural development of the entire region in the past. Optimizing land use and vegetation cover and spatial pattern is conducive to achieving both ecological and economic goals in terms of controlling soil erosion, using water resources rationally and raising agricultural productivity. Changchuan Watershed, a typical small catchment in the semi-arid loess hilly region, was selected as the case study area to analyze the impacts of land use and land cover structure and associated spatial pattern on soil erosion and water consumption in the Watershed, through field investigation and model simulation. Land use structure was optimized by multi-objective programming, using remote sensing (RS) and geographical information system (GIS) techniques, analytic hierarchical programming (AHP) and expert consultancy. The digitized optimum spatial pattern embodying rationally-proportioned land use structure was obtained through GIS-aided redistribution of land use types. The optimized land use structure re-apportioned woodlands, shrublands, grasslands, and croplands at 3.7%, 38.6%, 49.4%, and 6.3% of the land area respectively, compared to the current land use structure of 2.4%, 38.6%, 24.0%, and 12.6%, respectively, in the Changchuan Watershed. In the optimized land use spatial pattern, croplands are mainly located in the riverside plain and check-dammed valleys and grasslands are widely distributed in the lower reaches of the basin, while shrublands are appropriately established in the middle and upper reaches of the river. A comparative analysis shows that the optimized land use structure, with well-designed spatial pattern is able to reduce soil erosion, enhance the utilization of water resources and raise agricultural productivity.     

基于GIS和RUSLE的高山峡谷区土壤侵蚀研究——以云南省泸水县为例

[目的]研究区域土壤侵蚀,揭示水土流失的空间分异规律,为区域水土保持和生态农业建设提供理论指导依据。[方法]应用GIS和RUSLE模型对云南省泸水县的土壤侵蚀进行研究。RUSLE模型中的因子包括降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡度坡长因子、植被覆盖和水土保持措施因子,运用GIS空间分析模块,获取泸水县土壤侵蚀模数空间分布图,根据SL 190-2007的分级标准进行土壤侵蚀强度分级,并分析该区土壤侵蚀强度空间分布格局。[结果](1)从各强度侵蚀面积上看,泸水县2014年土壤侵蚀以微度侵蚀为主,占总面积的86.86%,但从平均土壤侵蚀模数看,土壤侵蚀量为4.24×10~6 t,平均侵蚀模数为1 373.1t/(km~2·a),土壤侵蚀强度属于轻度侵蚀;(2)土壤侵蚀较严重区与未利用地、耕地空间分布基本一致,在坡度25°~50°的范围内,侵蚀面积占总侵蚀面积的75%,并且在该坡度段上的耕地面积占总耕地的63%,剧烈侵蚀集中分布在未利用地上,中度以上剧烈以下强度侵蚀集中分布在该坡度段上的耕地上,说明该坡耕地、未利用地对土壤侵蚀的贡献最大,要加强对未利用地的生态治理。[结论]坡度大,陡坡垦殖和未利用地的不合理利用是该区土壤侵蚀加重的主要原因,坡度在25°以上的地区不适宜耕种,应优化农业产业结构如实施退耕还林还草等措施,才能有效的保持水土。     

崇礼清水河流域土壤侵蚀空间格局及其影响因素研究

基于DEM数字高程模型并结合RUSLE模型应用GIS、GeoDa、GS+等软件分析了河北省张家口市崇礼区25年间土壤侵蚀空间格局演变及影响因素。结果表明:(1)1990—2015年,研究区中部、西部和西南部土壤侵蚀较严重,土壤侵蚀强度以轻度、中度为主,土壤侵蚀量呈先减少后增加的趋势。(2)1990—2000年,土壤侵蚀强度转变以轻度侵蚀转入为主,土壤侵蚀状况减轻;2000—2010年,土壤侵蚀由微度侵蚀转为高级别侵蚀,侵蚀程度呈严重趋势;2010—2015年,总体表现为微度侵蚀、轻度侵蚀转向高级别侵蚀,但侵蚀增加面积有所减少,侵蚀状况稍有改善。(3)土壤侵蚀Moran’s I0,空间分布呈正相关性,表现为聚集状态,以高高型聚集为主,主要集中在崇礼区中西部和西南部。土壤侵蚀模数符合指数模型和球状模型,R2为0.943~0.979。变程A先由3 870m减小到860m再增加至1 470m,表明1990—2015年土壤侵蚀变化先快后慢,空间相关性分布范围由小变大,空间异质性呈先增强后减弱趋势。分形维数(FD)介于1.922~1.971,在区域较小空间尺度下,土壤侵蚀空间异质性主要是由植被覆盖、土地利用类型、水土保持措施等随机因子引起的。(4)土壤侵蚀影响因子中前3个主成分贡献率占到89.215 0%。在第1主成分载荷中,植被覆盖因子向量投影长度最大,为0.976 4。在第2,3主成分载荷中,水土保持措施因子、土壤可蚀性因子向量投影长度较大。因此,崇礼区土壤侵蚀影响因素大小依次为植被覆盖因子(C)、水土保持措施因子(P)、土壤可蚀性因子(K)、降雨侵蚀力因子(R)、坡长坡度因子(LS)。研究结果可为崇礼区清水河流域水土综合治理和可持续发展提供理论依据。