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。     

纸坊沟小流域近80年来土地利用变化及其土壤保持效应

[目的]小流域综合治理驱动的土地利用变化可显著影响流域产沙过程,探究纸坊沟小流域不同治理阶段土地利用动态变化特征及土壤保持效应,为黄土高原生态服务功能的改善提供科学支撑。[方法]基于CSLE模型,系统评估纸流域近80年5个治理时段土地利用变化及其土壤保持效应的时空特征。[结果](1) 1938年植被破坏前流域林草植被占88.55%,植被破坏后1958年林草植被占比降为32%,林地、草地和耕地比例为1∶244∶433,1978年土地利用变化平缓;小流域综合治理实施后,1999年和2020年林草植被占比分别为64.73%和86.55%,2020年林草植被占比与1938年破坏前基本持平,但林地占比还是略小,草地略高,林地、草地和耕地比例为7.6∶5∶1。(2)流域5个时期土壤保持量分别为24.85万t, 18.86万t, 22.88万t, 23.62万t, 24.60万t,植被破坏后土壤保持量有所下降,小流域综合治理后土壤保持量有所增加,由于林地面积仍低于破坏前,2020年土壤保持量仍低于1938年0.01%。(3)受土地流转驱动,不同时期林地、草地和耕地土壤保持量分别较1938年增加或减少...     

生态恢复背景下无定河流域土地利用时空变化

以恢复林灌草植被为核心的黄土高原生态建设的直接结果就是引起了土地利用格局变化。选取黄河中游区无定河流域为对象,以1985,1995,2000和2008年土地利用数据为基础,综合运用GIS分析技术、土地利用动态分析方法与模型,系统研究了生态恢复背景下流域土地利用时空变化过程。结果表明,草地始终是该流域优势土地利用类型,生态恢复以大规模治理沙荒及未利用地,恢复林草地景观为主要形式;随着退耕还林还草工程实施与推进,耕地转出明显,林、草地新增明显;1995年前后,流域土地利用类型相互频繁流转,土地利用总动态度在2000年达到了最高水平;在植被恢复因素驱动下,流域土地利用重心空间漂移明显,主要表现为耕地重心均向流域东部下游地区偏移,林、草地重心向西北方向偏移。     

石羊河流域土地利用结构合理性评价

[目的]评价石羊河流域土地利用结构,为石羊河流域土地利用总体规划的修编、土地利用机构的优化以及土地资源的可持续利用提供依据。[方法]利用解译的石羊河流域5期(1980,1995,2000,2006,2012年)土地利用数据,基于TOPSIS方法,采用熵值法确定指标权重,结合灰色关联度分析,对石羊河流域土地利用结构的合理性进行综合评价。[结果](1)5期石羊河流域土地利用结构合理度总体上较高,均在75%以上,在时间上总体呈波动上升趋势。其中,2006到2012年上升19.54%,增幅最大;(2)不同土地利用类型变化对土地利用结构的合理性影响不同,其土地利用结构合理性关联度依次为:未利用土地(0.973 8)林地(0.961 1)草地(0.950 4)耕地(0.935 2)居民用地(0.757 6)水域(0.709 0);以石羊河流域耕地为参考数列,对影响耕地的其他土地利用结构进行了灰色关联度分析,发现对耕地影响最大的是林地(0.938 5)和未利用地(0.935 0),其次是草地(0.902 1),再次是居民用地(0.797 7)和水域(0.722 9)。[结论]限制石羊河流域未利用土地的开发,保护林地,调整草地和耕地比例,控制居民地的过快增长和严格保护水域,对优化石羊河流域土地利用结构具有决定性的作用。     

基于CSLE模型的陕北纸坊沟流域土壤侵蚀评价

[目的]对陕北纸坊沟流域土壤侵蚀状况进行评价,为该流域不合理土地利用方式的调整和优化以及水土流失治理措施的合理布设提供科学依据。[方法]以陕西省安塞县纸坊沟流域为研究区,基于ArcGIS技术,利用2005—2016年纸坊沟流域水文站月降雨量数据、DEM数据、土壤类型数据和土地利用数据,率定中国土壤流失方程(CSLE)的相关参数,计算研究区的土壤侵蚀强度,对土地利用变化与坡度和土壤侵蚀强度之间的关系进行分析。[结果](1)研究区内不同坡度带上的土壤侵蚀强度差异较大,15°～25°左右的坡耕地是土壤侵蚀的敏感部位。(2)纸坊沟流域内土地以林地、耕地、草地为主,耕地面积不断减少,林地和草地面积不断增加。该区域实施退耕还林后,土壤侵蚀的面积与强度整体呈现改善趋势;土地利用变化与土壤侵蚀强度具有密切联系,表现为耕地的土壤侵蚀强度较强,林地和草地侵蚀强度相对较弱,说明增加林地和草地面积,减少耕地面积,能够显著减弱土壤侵蚀。[结论]研究区内土壤侵蚀空间分布受土地利用方式和坡度制约,该区今后水土流失治理的重点区域是15°～25°左右的坡耕地。     

东江流域2001-2013年土地利用/覆被类型变化的时空特征及成因

[目的]区分人类活动和自然环境变化对东江流域土地利用/覆被类型变化的贡献率,为优化流域土地利用方式、保护流域生态环境和支持粤港澳大湾区建设提供有益的信息和科技支撑。[方法]基于时间序列的遥感影像土地利用/覆被类型栅格数据,结合区域经济发展、土地利用评价指标体系和灰色关联分析,量化东江流域2001-2013年间土地利用/覆被类型变化的时空特征和成因。[结果]①随着时间推移,东江流域土地利用/覆被类型格局由常绿阔叶林、草地和耕地共同主导型转变为常绿阔叶林主导型;②研究期内不同土地利用/覆被类型变化差异明显,灌丛、混合林、常绿阔叶林和草地变化剧烈且相互之间转化频繁,水域、耕地和城镇用地面积变化相对平缓;③非城镇用地转化空间差异显著,耕地的转化程度表现为：下游 > 上游 > 中游;④人口增加、城市建设、技术革新和经济增长是推动东江流域土地利用/覆被类型发生变化的主要原因。[结论]总体来说,最近10 a多东江流域的土地利用/覆被类型变化有利于流域生态环境和水资源的保护,进而有助于粤港澳大湾区的建设。     

基于DEM的烟台市农用土地适宜性评价

[目的]根据"耕地优先,兼顾园、林、草用地"的原则,进行烟台市农用土地适宜性评价,为烟台市土地合理利用提供理论依据。[方法]以山东省烟台市为研究区域,以DEM数据为基础,运用ArcGIS的空间分析功能提取海拔高度、坡度、地表起伏度,结合有效土层厚度因子,确定最佳农用土地适宜性评价指标体系,生成耕地、园地、林草地的适宜性等级分布图,最终得到烟台市农用土地适宜等级的空间布局。[结果]与烟台市第二次土地调查数据进行对比,烟台市目前的土地利用以耕地为主,占土地总面积的33%,大于适宜性耕地面积;实际园地面积小于适宜性面积;林草地的实际面积略小于适宜性面积。[结论]烟台市土地利用存在一定的不合理性,具有一定的调整空间。     

基于土地利用和景观格局的高原山区湖库水质变化主要贡献因子分析

[目的] 准确分析与识别高原山区湖库水质变化的主要贡献因子，为高原山区乃至全国水环境污染防治和管理工作提供科学参考。 [方法] 解译贵阳市“两湖一库”流域2013，2016和2019年3期土地利用数据，采集丰-枯水期总氮和总磷水质数据，通过Pearson相关分析揭示3期土地利用/景观指数与水质的相关性，冗余分析识别土地利用/景观指数对水质的贡献。 [结果] ①2013-2019年，林地、建设用地和草地分别增加11.72%，9.96%和3.18%，水田、旱地分别减少8.77%，12.07%。林地与建设用地均表现为结合度增强，斑块数量比例增加。 ②红枫湖水质达到国家Ⅰ-Ⅲ类水质标准，百花湖和阿哈水库的总磷、总氮浓度波动较大，水质状况劣于红枫湖。 ③林地面积比例和景观指数与水质指标整体表现为负相关，建设用地面积比例和景观指数与水质指标整体表现为正相关。 ④2013和2016年林地斑块数量比例的贡献度分别达到54.0%和52.5%，2019年建设用地面积比例的贡献度达到68.7%。 [结论] 林地表现出“汇”的效果，建设用地则是“源”的效果，增加流域“汇”效应，抑制污染“源”的输出，是缓解“两湖一库”流域水质恶化的有效手段。     

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.     

安家沟流域不同土地利用方式下地表径流中COD和TN的污染负荷

为探明黄河流域不同土地利用方式下地表径流中COD和TN污染分布规律,以安家沟流域为研究对象,采用平均浓度模型,对径流来源及其污染负荷进行了分析研究。结果表明:安家沟流域不同土地利用方式下地表径流中7项污染物质量浓度平均超标1.31倍,其中ρ(COD_(Mn))和ρ(TN)分别超标1.78,2.11倍;劣Ⅴ类水质出现的平均频率为23.86%,其中COD_(Mn)和TN平均出现频率分别为28.17%,52.03%;不同土地利用措施受径流量及其拦蓄效率和污染物输出水平的影响,COD_(Mn)和TN两者污染负荷总量主要分布在林地和农地,其单位面积污染负荷以荒坡为最大(2.989kg/hm~2),草地次之(2.937kg/hm~2),林地第三(1.327kg/hm~2),农地最小(0.447kg/hm~2);在坡面到沟道的径流过程中,由于土壤入渗等因子的影响,污染物总量在流域径流过程中具有明显的衰减过程,ρ(COD_(Mn))衰减了40.01%,ρ(TN)衰减了38.33%。研究显示,安家沟流域COD和TN污染在不同土地利用措施之间分异明显,合理规划土地利用方式、加强水土保持措施可有效减轻面源污染的发生。     

常熟市水体氮负荷对土地利用方式的响应

为研究水环境变化对土地利用方式的响应,以常熟地区为例,利用ArcGIS10.0空间分析功能和SPSS相关性分析方法,对常熟市各土地利用类型和水体总氮含量进行了分析。结果表明:1990—2010年间常熟地区耕地和水域面积在持续缩减,建设用地和林地面积在增加;各土类状态指数(Di)大小依次为:建设用地林地草地耕地水域;建设用地面积的增加主要占据的是耕地和水域,水域面积的缩减主要被耕地占用;耕地面积与水体总氮含量呈显著性负相关关系(r=–0.959*,P0.05),说明种植型污染贡献比例在下降;林草地与水体总氮含量无显著相关性;建设用地与水体总氮含量呈显著性正相关关系(r=0.929*,P0.05),说明建设用地造成了点源污染。     

沣河流域土地利用格局与水质变化的关系

以沣河流域为研究对象,综合运用遥感影像解译和相关分析方法分析了沣河流域的土地利用空间格局及主要水质指标[生化需氧量(BOD₅)、高锰酸盐指数(COD_Mn)、氨氮(NH₃-N)含量及溶解氧(DO)]含量的变化特征,探讨了土地利用状况对沣河水质的影响。结果表明,沣河流域土地利用类型以林地和耕地为主,两者占全流域面积的90%以上;沿河不同宽度的缓冲区(分别向两岸划分100,600,1 500 m)范围内,建设用地、耕地与水质变化呈正相关关系,而林地与水质变化呈负相关关系,表明建设用地及耕地对水质的改善有负效应,而河流沿岸林对改善水质有正效应,并且这种影响在距河岸100 m缓冲区范围内达到最大。随着缓冲距离的增大土地利用变化对水质的影响逐渐减弱,说明沣河流域近岸带的土地利用方式对河道水环境质量的影响最大。     

塔河下游典型绿洲灌区不同土地利用类型土壤的盐渍化特征

[目的]探明干旱区绿洲不同土地利用方式下土壤的盐渍化特征,为区域土地资源可持续有效利用提供支撑。[方法]运用GPS定位技术对塔河下游灌溉用水、地下水以及4种典型土地利用方式下的土壤分不同季节进行调查与采样,并结合室内测定结果,对灌区内的盐分、盐分离子变化特征及其成因进行分析。[结果]研究区土壤呈碱性,盐分类型主要为硫酸盐—氯化物型,盐分含量在2.44～118.05g/kg之间,pH值范围在8.05～8.34之间,不同土地利用类型下土壤盐分含量和pH值在各季节的整体变化均表现为：盐荒地>盐碱草地>耕地和林地。从不同土层深度来看,耕地的盐分在6月和10月呈表聚型,在3月和12月无明显规律,盐荒地和盐碱草地在不同季节下不同土层深度的盐分变化均呈明显的表聚型,林地在各季节下无明显规律。研究区受水库地理位置影响地下水水位较浅(1.4～3.51 m),地下水矿化度较高(1.56～21.30 g/L),灌溉用水、地下水中的盐分离子均以Na⁺和Cl^-为主。[结论]研究区不同土地利用类型下的土壤盐渍化特征主要是受地表覆盖度、作物种植类型、灌溉事件等...     

丹江口水库水环境变化特点及其改善对策

[目的]探讨南水北调中线工程运行后丹江口库区水环境变化影响因素及其防控对策,为削弱库区污染负荷,确保库区水质安全提供参考。[方法]以丹江口水库周围及上游流域为研究区域,采用前后对比分析法,分析水环境变化特征及其主要影响因素,从而提出保护改善水环境的对策。[结果]水库大坝蓄水后丹江库区水质总体良好但空间差异显著,部分入库支流和库湾局部污染较为严重,氮、磷和重金属元素含量较高。[结论]丹江口库周局部地区水土流失、农村点源污染、农业面源污染及人类活动是影响库区水质的主要原因。针对库区存在的生态环境问题,提出了继续稳定实施退耕还林/还草政策,优化农村产业结构,加强工矿企业排污监管,优化监控站点并加强居民环保意识的保护对策和建议。     

北京山区林地凝结水特征研究

[目的]研究北京山区林地凝结水的发生情况及分布特征,为该地区的水资源合理利用提供科学依据。[方法]利用首都圈森林生态定位站的大型称重式蒸渗仪对北京山区4种林地的凝结水进行2a连续观测,同时监测林地各项气象因子,分析不同林地凝结水的分布特征以及影响因子。[结果](1)北京山区非生长季凝结水出现天数和凝结水量较生长季多,非生长季月平均凝结水量约4.5mm,生长季月平均凝结水量约1.6mm;(2)4种林分年凝结水量大小关系表现为草地(38mm)栓皮栎(36mm)油松(30mm)侧柏(25mm),与年凝结水出现天数大小关系相同,灌草丛是产生凝结水的主要场所,阔叶林产生的凝结水远高于针叶林;(3)空气温度和相对湿度对凝结水的产生起到决定性作用。[结论]北京山区林地凝结水在时间上分布不均,受环境因子和植被因子的综合影响。     

基于GlobeLand 30的哈密市2000-2020年土地利用格局变化研究

[目的]研究新疆维吾尔自治区哈密市近20 a的土地利用变化,为该地区土地利用规划及生态环境保护提供有力支撑。[方法]基于2000,2010,2020年的GlobeLand 30数据集,通过利用转移矩阵、坡度分布指数、标准差椭圆以及土地利用重心迁移,分析哈密市2000-2020年土地利用的时空变化特征。[结果]①哈密市2000-2020年土地利用变化比较明显。2020年各土地利用类型面积比例为:未利用地>草地>耕地>林地>建设用地>水域。哈密市虽然面积大但能利用的绿洲面积较小。2020年草地面积为10226.39 km²,水域面积为295.17 km²。2000-2020年土地利用类型变化量中,草地的减少量最大,流失面积为671.48 km²,主要转换成未利用地、林地和少量耕地;建设用地增量最大,面积高达405.60 km²。2000-2020年其他土地利用类型中林地和耕地面积呈增长趋势;未利用地和水域呈减少趋势,其中水域面积的减少量很小,基本保持稳定。②2000-2020年草地在5个坡度梯度上分布比较均匀;而耕地和建设用地基本分布在Ⅰ级和Ⅱ级坡度梯度,耕地在Ⅰ级坡度梯度上显优势分布;林地在Ⅰ级坡度梯度上面积最大;未利用地分布面积随着坡度梯度的增加而减少。③2010-2020年土地利用变化与2000-2010时段的变化相比方向性较明显,范围更广,重心向西北方向迁移。[结论]2000-2020年哈密市的土地利用变化有着明显的时空特征,坡度对各地类分布的影响较为明显。     

三峡库区典型流域水质时空特征及污染防控策略

为了解三峡库区典型小流域不同土地利用类型下水质的变化特征,于2015-2020年对三峡库区长坪小流域开展水质监测,对不同土地利用类型下水体中的总氮（Total Nitrogen,TN）、硝态氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）、总磷（Total Phosphorus,TP）、可溶态总磷（Dissolved Total Phosphorus,DTP）和颗粒态总磷（Particulate Phosphorus,PP）浓度的时空变化规律进行研究,识别流域内主要氮磷污染源,从而提出针对性的污染防控策略。结果表明：1）不同土地利用类型氮磷输出浓度从大到小依次为村庄、坡耕地、林地和水库,其TN平均浓度分别为8.29、2.88、1.57和1.43 mg/L,TP平均浓度分别为0.25、0.13、0.09和0.07 mg/L。2）不同土地利用类型的水质在汛期和非汛期存在差异,村庄氮磷输出浓度为非汛期高于汛期,坡耕地、林地和水库则表现为汛期高于非汛期。3）内梅罗综合污染指数评价结果表明林地和水库的污染程度均为清洁水平,坡耕地污染程度为轻污染水平,村庄受散养生猪数量的影响,污染程度从污染水平转变为重污染水平。4）长坪小流域TN和TP年输出负荷总量分别为4 278.59和364.93 kg/a。畜禽养殖源是小流域氮磷最主要的污染源,其TN和TP的输出负荷分别占流域总负荷的45.69%和71.77%。坡耕地的TN和TP单位面积污染负荷分别是村庄的7.58%和1.79%,与村庄相比,坡耕地具有显著的低污染特征,因此,以坡耕地消纳村庄污水和畜禽粪便,可促进流域内粪污的就地消纳,达到多源共治的效果。基于小流域不同土地利用类型的水质特征和生态系统服务功能,将流域划分为林草水源涵养区、村庄污染控制区和坡耕地水土保持区,并进行分区协同防控,促进流域农业面源污染系统高效治理。     

喀斯特山区生态恢复中土壤剖面无机磷形态分布特征及其影响因素

[目的]研究贵州喀斯特高原峡谷生态恢复过程中土壤剖面无机磷的形态分布特征,为喀斯特山区生态恢复过程土壤磷素的研究及科学管理提供科学依据。[方法]选取贵州省晴隆县莲城镇内4种代表性样地(耕地、退耕还草地、荒草地和林草间作地)为对象,研究土壤无机磷形态特征及影响因素。[结果] 4种代表性样地土壤全磷和速效磷含量分别在1.96～3.88 g/kg,1.16～11.25 mg/kg范围。无机磷总量在591.39～1 024.79 mg/kg之间,表现为:耕地退耕还草地林草间作地荒草地。不同土壤剖面磷素活化系数(PAC)均远小于2%。不同形态的无机磷含量依次表现为:O-PFe-PCa-PAl-P;各形态的无机磷均与速效磷呈极显著正相关关系(O-P除外);各无机磷形态之间呈显著相关关系。不同形态的钙素(水溶性钙和交换性钙)以及pH值、黏粒含量均会影响各形态无机磷的比例以及相互间的转化。[结论]在生态恢复过程中,研究区由耕地→退耕还草地→荒草地→林草间作地,地表植物逐渐恢复,土壤理化性质得到了改善,土壤磷素含量也随之增加。     

库底土壤物质溶出对水库正常蓄水初期水质的影响

现场选取太湖流域老虎潭水库砂壤质竹林地、水田土壤和库区天然来水样本,进行水库正常蓄水初期模拟实验,分析研究了库水中pH值DO,CODcr,BOD,氮、磷及氟化物等组分在60 d内的动态变化及特征.实验结果表明,库底竹林地和水田地土壤在浸泡过程中会导致库水中pH值和DO的降低,CODcR,BOD5,氮,磷及氟化物等组分的含量则会增大.相对而言,竹林地土壤对水库水质的影响比水田地土壤要严重,建议对竹林地土壤采取相应处理措施.     

灞河流域产流产污的时空特征模拟研究

[目的]探究灞河流域非点源污染物总氮(TN)和总磷(TP)时空演变特征及其与年径流量的负荷关系,提出污染负荷的空间分布规律,为流域规划治理提供思路。[方法]以1996年和2017年两期土地利用数据和2001-2017年灞河流域降雨数据为基准,基于GIS技术和AnnAGNPS模型开展现状模拟与情景设计。[结果]①相比1996年,2017年林地和耕地的面积减少,建设用地、水域等面积增多;模拟结果显示建设用地产流定额增加,TN负荷定额增加,TP负荷定额增加;林地产流减少,TN负荷减少,TP负荷减少;水域的产流、TN和TP负荷基本无变化。②2017年建设用地TN污染负荷相比1996年(5.24 kg/hm²)增加到16.13 kg/hm²,一定程度上反映了灞河流域近20 a城市非点源污染的严重性。③径流最大的区域是清峪河、灞河上游、清河以及辋川河这4个子流域。当径流值大于4.00×10⁸t时,TN和TP污染物负荷处于高负荷状态。④辋川河、库峪、岱峪以及清峪这4个子流域的TP,TN负荷分布占到了灞河整个流域的50.32%,56.09%。[结论]目前非点源污染是灞河流域的主要污染源,尤其要重视城市非点源污染。