基于GIS的三江源区冻融侵蚀评价与分析

三江源区由于其高海拔、高纬度和低气温的气候特点而成为冻融侵蚀较严重的区域,因此开展其冻融侵蚀强度的研究对区域合理的生态环境规划和生态环境保护方案制定具有积极作用。该文采用归一化方法和冻融评价模型,利用影响冻融侵蚀的主要因子气温年较差、降水量、坡度、植被盖度和太阳辐射进行定量研究与分析,结果表明:三江源区冻融侵蚀区分布面积较广,占源区总面积的75.7%,其中长江源区的冻融区面积比最大,其次是澜沧江源区和黄河源区。3个流域的冻融侵蚀均以中度侵蚀为主,但它们在侵蚀强度等级构成和不同强度等级所占比例均存在显著差异,总体而言长江流域的冻融侵蚀相对最严重。相同强度冻融侵蚀区在空间上积聚,不同强度冻融侵蚀空间分异明显,呈现出由东向西的低-高-低-高侵蚀的带状分布特征。尽管该区域内存在多个高值和低值区交叉分布的现象,但它们的主要影响因素存在一定的差异,其中西部地区以植被覆盖和太阳辐射为主,而东部地区以降水、坡度和太阳辐射为主。     

黑龙江省冻融侵蚀分布及其特征

[目的]探究黑龙江省冻融侵蚀分布及其特征,为黑土区农业可持续发展提供科学依据。[方法]在对黑龙江省冻融侵蚀考察及影响因素分析的基础上,借鉴相关冻融侵蚀区分布界定方法以及层次分析法开展研究。[结果]黑龙江省冻融侵蚀分布在131°—122°E,53°—48°N范围内,侵蚀面积为3.29×104 km2,占该区土地面积的11.98%。其中,轻度、中度、强烈、极强烈侵蚀面积分别占总侵蚀面积的21.78%,42.32%,23.78%,12.12%。侵蚀强度由北向南递减。[结论]黑龙江省冻融侵蚀分布范围比较广,强度以中轻度为主;冻融侵蚀分布具有明显的地带性规律。     

基于GIS的三江源区冻融侵蚀强度评价

在GIS技术的支撑下实现了三江源冻融侵蚀区范围的界定,然后选取气温年较差、坡度、坡向、植被覆盖度、年降水量等因素作为强度评价指标,提出了适合三江源区的冻融侵蚀强度评价标准,并借助GIS技术完成了三江源区冻融侵蚀强度评价。结果表明:三江源冻融侵蚀区分布范围广,区域分异特征明显;冻融侵蚀强度分布不一,高强度冻融侵蚀主要分布在地形起伏较大的山区,而低强度冻融侵蚀则主要分布在地势较平坦区。     

青藏高原冻融荒漠化退化区分布及影响因素

[目的]青藏高原由于其高海拔、气温低、冻融侵蚀强烈的特点,是冻融荒漠化的主要发生区。探究青藏高原冻融退化区分布及其原因,对该区水土保持工作和生态环境保护具有重要参考意义。[方法]选择植被覆盖度、冻融循环次数、土壤温度日较差、土壤含水量、年降水量和坡度作为冻融侵蚀因子,对2000—2019年青藏高原冻融侵蚀敏感性进行了评价,结合研究期内青藏高原荒漠化趋势,构建了一种判定冻融荒漠化退化区域的方法。[结果]2000—2019年青藏高原冻融侵蚀区总面积为1.531×10⁶ km²,中度及以上敏感性区域面积为9.131×10⁵ km²,占青藏高原总面积的35.92%。青藏高原冻融荒漠化退化区域面积约为1.113×10⁵ km²,主要分布于高原西南部,退化程度以中度退化为主,面积占比为44.35%。[结论]气温上升、湿润指数下降和净太阳辐射增强是青藏高原冻融荒漠化发生的主要自然驱动因素,高原南部部分地区由于气候条件的差异,三者发挥了相反的作用。     

基于RS和GIS的甘肃省冻融侵蚀敏感性评价

作为三大侵蚀类型之一的冻融侵蚀在高原地区作用明显,在破坏土壤性质威胁工程安全的同时,阻碍着区域经济社会的发展,但由于起步较晚相关研究很少。为了充实对冻融侵蚀强度与分布规律的研究,以甘肃省为研究对象,选取气温年较差（℃）、冻结期平均最低温度（℃）、解冻期平均降雨量（mm）、坡度、植被覆盖度（%）和年降水量（mm）作为冻融侵蚀影响因子分级评价指标,在RS和GIS技术支持下,采用综合评价指数与相对分级评价的方法,对研究区内的冻融侵蚀进行了侵蚀强度分级评价,同时利用多年实测气象数据对气温年较差进行多元线性回归分析,得出了更适用于甘肃地区的经验回归方程,并在此基础上完成了对甘肃地区冻融侵蚀区边界的界定和冻融侵蚀强度分布图,加深了对甘肃地区冻融侵蚀现状的认识。结果表明:甘肃地区冻融侵蚀敏感区主要集中在北部东南方向和南部的西南角,分别分布在酒泉东南部、嘉峪关、张掖西南部和甘南西部地区,全省冻融侵蚀面积为3.88万km²,占全省总面积的8.6%,省内冻融侵蚀下界海拔3 300～4 400 m,冻融侵蚀强度总体上从西南向东北逐步减弱。     

我国冻融侵蚀现状及防治对策

冻融侵蚀普查是水利普查中水土流失普查的重要内容之一。在冻融侵蚀普查工作中,采用我国自主建立的冻融侵蚀评价模型和评价指标体系,获得了全国冻融侵蚀强度、面积和空间分布情况数据,揭示了我国冻融侵蚀的空间分布特征。成果显示:我国冻融侵蚀区总面积为172.48万km2,其中轻度以上冻融侵蚀面积为66.096万km2,分别占我国陆地国土面积的17.97%和6.89%。在冻融侵蚀分布的8个省(区)中,西藏的冻融侵蚀面积最大,约占全国冻融侵蚀面积的48.90%,其余省(区)冻融侵蚀面积由大到小依次为青海、新疆、四川、甘肃、内蒙古、黑龙江、云南。     

西藏冻融侵蚀空间分布规律

西藏是我国冻融侵蚀最主要的分布区,也是受冻融侵蚀危害最为严重的区域。以影响冻融侵蚀主要因子为指标所建立的评价模型对西藏冻融侵蚀进行分级评价所得出的结果为依据,分析了西藏冻融侵蚀的空间分布规律。分析结果表明：（1）西藏冻融侵蚀分布范围广大,冻融侵蚀总面积达664 317.4 km^2,占该区国土面积的55.3%;（2）西藏冻融侵蚀的区域分异明显,不仅不同强度冻融侵蚀具有不同的区域分布特征,而且冻融侵蚀地区分布差异明显,每个地区都有不同于其他地区的冻融侵蚀空间分布特点;（3）西藏冻融侵蚀垂直分异明显,不同强度冻融侵蚀的百分比构成随海拔高度的升高而呈现有规律的变化,冻融侵蚀在垂向上的分布具有在海拔较低区域和较高区域分布面积小、强度大,中间区域分布面积大、侵蚀强度小的特点。     

黑龙江省冻融侵蚀强度分级评价及空间分布特征

黑龙江省肩负维护国家生态安全、保障国家粮食安全的重任,近年来因冻融侵蚀影响,自然环境和黑土资源受到严重威胁。为了定量揭示黑龙江省冻融侵蚀强度的空间异质性及其影响因素,该研究选取10个冻融侵蚀强度评价指标,并确定其权重。通过构建多元回归模型得到冻融侵蚀下限,将权重和赋值结果代入综合评价指数模型,利用自然断点法对冻融侵蚀强度进行分级。研究结果表明：1）黑龙江省冻融侵蚀总面积为1.917×10⁵ km2,占全省面积的40.53%,其中强烈和极强烈侵蚀分别占冻融侵蚀总面积的20.66% 和10.54%。2）黑龙江省中度冻融侵蚀以上的区域呈现三区一带的特征。三区分别为大兴安岭地区、小兴安岭地区和张广才岭地区;一带为西北—东南走向的“三岭一平原”廊道。3）黑龙江省冻融侵蚀强度在空间上表现出明显的正相关和集聚性特征,强度相近的冻融侵蚀区在空间上积聚,高强度和低强度的冻融侵蚀区在空间上分异,产生了多个高强度和低强度的冻融侵蚀区。4）植被覆盖度的增加可以降低冻融侵蚀强度,在植被覆盖度小于20%的地方,冻融侵蚀尤为剧烈;冻融侵蚀主要发生在土壤含水量为0.2～0.3m³/m³的区域,而极少发生在土壤水分含量小于0.2m³/m³的区域。研究结果通过对比验证显示出较高的可靠性,可为该地区冻融侵蚀的防护和管理提供依据,并为类似区域提供借鉴方法和技术参考。     

我国冻融侵蚀的调查方法

冻融侵蚀是我国仅次于水蚀和风蚀的第3大土壤侵蚀类型,也是第1次全国水利普查水土保持情况普查的土壤侵蚀类型之一,其普查方法的制定和正确运用对普查结果有重要影响.通过介绍冻融侵蚀范围的确定方法和冻融侵蚀强度评价方法,阐述冻融侵蚀分级评价中涉及到的年冻融日循环时间、日均冻融相变水量、年均降水量、坡度、坡向和植被盖度等6个因子的计算流程、赋值标准和权重,以及普查过程中各个环节的质量控制措施.研究结果对于完善我国冻融侵蚀的调查方法以及科学评价冻融侵蚀的现状、发展趋势和预测预报等具有重要意义.     

大渡河流域冻融侵蚀监测与分析

高山雪原区域的水土流失监测尤其需要重视冻融侵蚀。为充分研究高山雪原区的冻融侵蚀规律,以大渡河流域为项目区进行遥感监测,选取地温年较差、降水量、植被覆盖度、土壤类型、坡度、坡向等6个侵蚀单因子及其评价指数,采用"加权加和"方法进行冻融侵蚀综合评价指数的计算和冻融侵蚀强度分级。最终完成了大渡河流域冻融侵蚀监测成果,掌握了冻融侵蚀空间分布特征,总结冻融侵蚀变化趋势。该研究成果对相似自然条件的高山雪原地区的冻融侵蚀具有借鉴意义,并可为该地区的水土保持规划提供科学决策依据。     

典型流域土壤侵蚀演变的高程、坡度空间差异比较

三峡库区腹地作为生态环境脆弱和土壤侵蚀敏感地区,其土壤侵蚀研究对库区生态建设具有重要意义。选取大宁河和梅溪河流域,借助GIS和RS技术,以1988,2000,2010,2015年遥感影像为数据源,结合实地调查,提取土壤侵蚀数据,通过土壤侵蚀强度综合指数、景观格局指数等研究方法,分析其不同高程、坡度带土壤侵蚀演变空间差异,探究土壤侵蚀防控的措施。结果表明:(1)从土壤侵蚀严重程度来看,2个流域最严重土壤侵蚀带及其演变趋势均具有较大的差异性。大宁河流域1 000~1 200m范围内的25°~35°坡度带最为严重,梅溪河流域则以800~1 000m范围内的25°~35°坡度带最为严重;(2)从土壤侵蚀演变程度来看,两流域土壤侵蚀演变程度快慢存在一定的差异性。大宁河流域以2 000 m高程带和35°坡度带演变最明显,200m和5°坡度带最不明显;梅溪河流域则以1 000~1 200m高程带和25°~35°坡度带演变速度最快,200m和5°坡度带最不明显;(3)从土壤侵蚀景观格局演变特征来看,在800~1 200m高程带和25°~35°坡度带,大宁河流域土壤侵蚀剧烈程度可能性大于梅溪河流域。以上研究结果,为后续对两流域800~1 200m高程带不同坡度、25°~35°坡度带不同高程的土壤侵蚀空间分布规律以及主控自然因子与土壤侵蚀的相互关系等科学问题的研究奠定了基础。     

基于GIS与RS的杨凌区土壤侵蚀时空变异性研究

土壤侵蚀是破坏黄土高原地区土地资源的重要因素,为深入了解黄土高原杨凌区水土流失现状,分析其土壤侵蚀空间分布规律及其时空变异性,基于GIS和RS技术,运用通用土壤流失方程(USLE)评估杨凌区侵蚀强度以及杨凌区土壤侵蚀的时空变异性。结果表明:杨凌区土壤侵蚀主要以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,从2010—2014年间,土壤各级侵蚀强度所占比例基本稳定。分析土壤侵蚀与坡度和高程之间的关系表明,杨凌区15°的缓坡地以微度和轻度侵蚀为主,随着坡度的增加轻微度侵蚀减少,强烈、极强烈和剧烈侵蚀所占比例有所增加。各土壤侵蚀强度面积随着高程的增加呈先增大后减少的趋势,其峰值多分布在500～550m高程带。     

青藏高原柴达木盆地东部地区的土壤侵蚀现状调查

[目的] 开展柴达木盆地的土壤侵蚀现状调查研究,旨在为柴达木盆地土壤侵蚀防治和青藏高原环境治理提供科学依据。[方法] 考察组分别于2019,2020,2021年7月3次赴柴达木盆地,沿德令哈市、格尔木市、都兰县一带,对选取的77个样地内不同土地利用类型植被、土壤、侵蚀特征和水土保持措施进行了调查和分析。[结果] 柴达木盆地以风蚀为主,在作物生长季,耕地没有明显的风蚀现象,说明作物的水土保持效果显著。不同利用类型土地的平均土壤风蚀速率大小顺序为：沙地>耕地>撂荒地>灌草地;土壤侵蚀沟多出现于山前洪积扇和山坡上的灌草地,洪积扇上的沟蚀较为严重;植物沙堆分布广泛,种类多样,沙堆体积与植物冠幅相关性强,植物拦沙作用明显。同时,该区还存在部分耕地因灌溉系统管理不善而造成土壤侵蚀和地下水位上升大;种植枸杞的沙田管理不到位,水土保持措施不完善,水土保持投入不足等问题。[结论] 柴达木盆地土壤侵蚀类型复杂多样,需要在加强水土保持工作的同时,完善灌溉系统的维护,加强土壤盐渍化治理和沙田保育,切实保障柴达木盆地的土地资源可持续性。     

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。     

基于RUSLE的北洛河上游流域侵蚀产沙模拟研究

以RS、GIS和RUSLE模型结合SEDD模型,分析了退耕还林前后北洛河上游流域1990年、2000年和2010年土壤侵蚀强度和产沙量的时空变化特征。结果表明:3个时期年平均土壤侵蚀模数分别为18189.72,7 408.93,2 857.76t/(km~2·a),年均输沙模数分别为14 093.31,5 997.65,2 394.37t/(km~2·a),均呈减小趋势。3个时期的土壤侵蚀量在地形上的分布表现出趋同性,即高程上均在1 475~1 575m内平均侵蚀模数和侵蚀量表现出最大值。随着坡度增加,平均侵蚀模数增加,流域内75%以上的侵蚀量均来自于坡度15°区域。3个时期平均侵蚀模数均遵循阳坡半阳坡半阴坡阴坡的规律。研究为该区域生态环境建设效益评价及水土资源合理利用提供有益信息。     

人工红壤坡面对超大雨强降雨的响应过程

为了研究人工红壤坡面对超大雨强降雨的响应过程,利用人工模拟降雨系统和变坡土槽,分别采用140,160,190mm/h的雨强和10°,15°,20°,25°的坡度,对经过简单人工处理的红壤坡面在超大雨强降雨条件下的产流产沙响应过程进行了试验。结果表明:经过简单人工处理的红壤坡面在140~190mm/h超大雨强下的土壤侵蚀模数明显低于50~120mm/h雨强下未进行相应处理的坡面,细沟发育较为缓慢,对坡面土壤的处理方式能够有效提高坡面的抗侵蚀能力。在同雨强下,随着坡度的增加,产流时间先延长后缩短,在20°~25°存在产流的临界坡度。侵蚀模数在同雨强下随着坡度的增大呈先增大后减小的趋势,且不同雨强的临界坡度不一致,雨强为140mm/h时侵蚀临界坡度为15°~20°,雨强为160mm/h和190mm/h时侵蚀临界坡度为20°~25°。总体来看,侵蚀过程受雨强的影响大于坡度的影响,雨强为140mm/h时,不同坡度的侵蚀过程均较为平稳,细沟发育微弱;雨强为160mm/h时,侵蚀有所加强,但侵蚀过程无明显规律;雨强为190mm/h时,侵蚀主要发生在降雨的前30min,且细沟发育相对较为剧烈,30min之后趋于稳定。     

基于GIS和RUSLE的甘南州土壤侵蚀时空演变

[目的]探究甘南州草场退化带来的侵蚀问题,可以把握当地水土流失情况,有利于建设青藏高原生态安全屏障。[方法]通过修正的通用土壤流失方程(RUSLE模型)研究2000年、2010年和2019年甘南州土壤侵蚀时空变化,并基于地理探测器模型分析侵蚀的影响因素。[结果]甘南州侵蚀程度较轻,以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,强烈、极强烈、剧烈侵蚀区面积占比虽然较小,但呈现面积扩大、强度增强的趋势。甘南州土壤侵蚀空间差异性较为明显,西部地区土壤侵蚀强度低于东部地区,中度、强烈、极强烈、剧烈侵蚀区域的分布较为相似,呈现出较为明显的聚集状态,卓尼县、迭部县、舟曲县土壤侵蚀强度较高。2000—2019年甘南州87.14%的地区侵蚀等级未发生明显变化,发生转移的区域主要为微度侵蚀和轻度侵蚀,侵蚀等级升高的区域面积高于降低的区域,升高的区域主要分布在玛曲县、碌曲县、夏河县、卓尼县以及迭部县。对甘南州侵蚀空间分异性解释力较强的是土地利用和地形起伏度。退耕还林(草)工程、农牧业活动、城市化推进以及甘南州复杂的地形均对侵蚀有较大的影响,人口密度、坡度、高程、年均降雨量、植被覆盖度与土地利用交互作用时对侵蚀的解释力均呈现明显增强。[结论]甘南州总体侵蚀较轻但局部较强烈且随时间呈现增强的趋势,土地利用变化和地形因素对其影响较大,未来甘南州应重点关注土地利用变化和草场退化问题,做好保护和修复工作,警惕地形复杂的生态风险区的侵蚀恶化风险。     

黄土丘陵沟壑区退耕坡地不同植物群落的土壤侵蚀特征

黄土高原地区水土流失造成严重的农业和生态环境问题,而植被能从根本上控制黄土高原的水土流失.以安塞县典型退耕坡地不同植物群落为研究对象,采用侵蚀针法,结合2012-2015年降雨数据及不同植物群落特征的分析,研究不同植被恢复坡地的土壤侵蚀特征.结果表明:研究期间,不同年份植被群落土壤侵蚀强度为丰水年＞平水年＞枯水年.不同植被类型群落防治土壤侵蚀的能力不同,具体为自然恢复灌木群落＞自然恢复草本群落＞人工灌木群落＞人工乔木群落.灰色关联度显示,降雨量与坡度是影响植被群落土壤侵蚀最重要的因素,乔灌木群落坡度＞降雨量,草本群落降雨量＞坡度.自然恢复植被群落枯落物盖度＞植被盖度,人工植被群落植被盖度＞枯落物盖度;因此,在当前植被条件下,未受到扰动的群落可有效减少降雨对土壤侵蚀的影响;在进行植被恢复时,应优先进行植被自然修复,适时适地引入乔灌木进行植被恢复人工调控,尽早促进乔木群落的林下植被发育,保护其林下灌草层和枯落物层,同时减少人为干扰.     

基于抽样调查资料估算区域土壤侵蚀量

区域土壤侵蚀量估算是土壤侵蚀调查的重点和难点,为了利用抽样调查数据定量估算区域土壤侵蚀状况,以2011年第1次全国水利普查中的水力侵蚀抽样调查资料为基础,利用中国土壤流失方程(CSLE),通过地理信息系统估算2011年辽宁省的降雨侵蚀力、土壤可蚀性、地形、水土保持措施等侵蚀因子及侵蚀量,在此基础上对全省的水力侵蚀强度进行分级和面积统计,并与抽样调查结果进行对比.结果显示:全省各土壤侵蚀因子的估算结果与抽样调查结果较为接近;土壤水蚀以微度和轻度侵蚀为主,每年全省约85％的土地处于微度侵蚀(＜1000t/km2),而强度侵蚀(＞5 000 t/km2)面积仅占2％;抽样调查得到的独立工矿用地、果园、旱地和其他土地的侵蚀模数较估算得出的侵蚀模数大,而在草地、其他林地等土地利用类型上抽样调查得到的侵蚀模数却较估算得出的侵蚀模数小,主要原因可能是省域和抽样单元计算地形因子的DEM数据精度不同.总体上,该研究为如何利用抽样调查数据估算全国土壤侵蚀状况提供参考.     

基于GIS和几何平均数模型的流域生态安全评估及在各因子中的分异特征——以星云湖流域为例

结合几何平均数模型和GIS技术,选取海拔高程、坡度、土壤侵蚀强度、地质灾害易发性、土地利用类型、植被覆盖度、距自然生态保护区距离、距离建设用地、人口密度和距水源距离10个指标对星云湖流域生态安全进行评价,分析了该区域生态安全的空间分异规律和形成机理。研究表明:星云湖流域平均生态安全指数为2.33,中度安全面积占流域总面积的42.34%,高度安全占22.84%,较低安全占26.43%,不安全面积为32.117km~2,占8.39%,说明流域生态安全总体以中度安全为主,生态系统健康一般;从空间上,流域生态安全较低区主要集中分布于北部、东部和南部以及城市建筑密集区,除了城市建筑密集区受人类干扰较强外,其余地区坡度和地形起伏较大,景观较为破碎,水土流失较为严重且有过地质灾害发生,这些地区是生态保护和建设的重点区域。生态安全等级在综合评价下的结果与单因子评价下的结果存在较大差异,区域生态安全受多重因素的综合影响,单因子评价难以精确全面反映区域生态安全的空间分异规律特征和成因机理,各因子之间存在相互促进和相互抑制的作用关系,流域自然环境要素坡度、水资源环境和水土流失以及人类活动干扰要素土地利用格局、距离建设用地远近等因子是形成流域生态安全格局的主要因素。