丹江鹦鹉沟小流域土壤侵蚀和养分损失定量分析

小流域土壤侵蚀量和养分损失量的定量研究可为南水北调水源区的生态保护、水土保持和生态补偿提供重要的依据.该文在地理信息技术(geographic information system,GIS)的支持下,应用修正通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)估算了丹江鹦鹉沟流域的土壤侵蚀量和养分损失量,并进行了土壤侵蚀强度分级.结果表明,流域的年均土壤侵蚀模数为3140 t/km2,侵蚀强度为中度.其中强度侵蚀以上的土地面积占流域总面积的24.1%,侵蚀量为4573.0 t,却占年侵蚀总量的84.8%,其主要是坡度较大的坡耕地,是流域需要重点治理的区域.不同土地利用类型的土壤侵蚀量差异较大,林地、草地和农地的年均土壤侵蚀模数分别为509.7、1511.8和4606.5 t/km2.林草地年侵蚀量较小,农地土壤侵蚀量占流域总侵蚀量的95.3%.坡度每增加5°,不同土地利用的土壤侵蚀模数增加量比坡长每增加5 m的增加量要大1~2倍.研究区表土流失造成的全氮、全磷和有机质损失量分别为3.81、3.52和101.45 t,其中农地的养分损失量最为严重.流域泥沙中全氮、全磷和有机质的年均流失模数分别为1.01、0.75和38.43 t/(km2×a).该研究可为水源区水土流失和非点源污染治理以及清洁小流域建设提供科学依据.     

京津水源区小流域土壤侵蚀及其空间分异

针对京津水源区生态环境脆弱,水土流失空间分异大,突发性强等问题,选择河北省滦平县西北沟小流域为研究对象,利用气候、土壤、地形、土地利用及植被盖度等数据,运用GIS和RUSLE的方法对小流域土壤侵蚀强度及其空间分异特征进行了研究。结果表明,流域多年平均侵蚀模数为3 816.835t/(km2.a),属中度侵蚀;潜在侵蚀模数为31 583.150t/(km2.a),是现实侵蚀模数的8.28倍;不同土地利用方式中,零星分布的大坡度坡耕地侵蚀强度最大,其次为高度风化,坡度较大的退化荒草地,退化荒草地面积占流域总面积的59.38%,侵蚀量占总量的88.48%,是最主要的泥沙来源地;不同坡度土壤侵蚀强度随坡度加大而显著增加,流域坡度>25°的面积约占流域总面积的1/3,侵蚀量约占2/3;不同坡向的土壤侵蚀空间分异也十分明显,表现为正阳坡>半阳坡>半阴坡>正阴坡>平地。     

黄河上游西柳沟流域土壤侵蚀对土地利用变化响应

为科学认识土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响,研究基于黄河上游西柳沟流域1980年、2015年两期土地利用变化和相应的土壤侵蚀强度变化,研究了土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)西柳沟流域草地、林地和耕地3种主要的土地利用类型转出面积大小为草地>林地>耕地,耕地主要转化为草地,林地大部分转为未利用土地,草地大部分转为耕地和未利用土地;(2)西柳沟流域1980年、2015年平均土壤侵蚀模数分别为1946.56,1 873.55 t/(km²·a),其中草地土壤侵蚀模数最大,其次为林地,土壤侵蚀量主要来自于草地;(3)西柳沟流域35年间微度侵蚀和轻度侵蚀占主导,土壤侵蚀程度总体上呈降低的趋势,具体表现为草地的部分面积向林地和耕地分别转化了4.47,17.54 km²,说明土地利用结构的改变是影响流域土壤侵蚀变化的关键因素。研究成果以期为黄河上游小流域水土流失治理提供参考。     

基于InVEST模型的青弋江流域土壤侵蚀与影响因素研究

为探究安徽省青弋江流域土壤侵蚀的演变规律和驱动因素，采用InVEST模型对该流域2000—2018年的土壤侵蚀特征开展了研究，量化了不同土地利用类型、海拔、坡度下土壤侵蚀状况，并借助地理探测器对流域土壤侵蚀影响因素进行分析。结果表明：(1)2000年、2010年、2018年该流域平均土壤侵蚀模数分别为15.29,14.14,10.74 t/(hm²·a),侵蚀总量分别为1.08×10⁷,1.00×10⁷,0.76×10⁷ t,呈现逐渐减小特征；(2)流域内土壤侵蚀空间差异显著，呈现“北低南高”的分布格局；(3)不同土地利用类型土壤侵蚀模数大小表现为裸地>草地>林地>耕地>建设用地>水体，全流域林地侵蚀量最大，占总侵蚀量的73.71%;(4)地形因子对流域内土壤侵蚀存在显著影响，坡度是青弋江流域土壤侵蚀主导因子，因子间交互作用对土壤侵蚀的解释力均大于单因子，其中坡度与年降水量和土地利用的协同作用解释力最强，分别达22.93%和22.29%;(5)坡地坡度降缓及增加草地和林...     

南流江流域水土流失状况与影响因素分析

南流江流域人口基数大，经济繁荣，但受自然地理特征和人类活动影响，水土流失问题严重。基于此，运用通用土壤流失方程RUSLE模型的计算方法，结合南流江流域的实际情况和第二次全国土地调查资料，计算出2000年南流江流域土壤侵蚀模数均值为43.32 t/(km²·a),土壤侵蚀总量为39.90万t; 2015年土壤侵蚀模数均值为138.09 t/(km²·a),土壤侵蚀总量为128.01万t。结果表明：南流江流域土壤侵蚀范围广，但侵蚀强度弱；从时间分布上看，在降雨量大且集中的年份土壤侵蚀量大；从空间分布上看，侵蚀主要集中发生在低海拔、坡度小的林地、耕地、草地。     

川中丘陵区小流域土壤侵蚀空间分异评价研究

将地理信息系统(GIS)技术Arc/Info与通用土壤流失方程(USLE)相结合进行了小流域土壤侵蚀量的估算。以盐亭农田生态系统国家野外科学观测研究站内的截流村小流域(简称截流村小流域)为研究对象,依据实地调查资料及地形、土地利用、土壤和植被等数据,建立了小流域空间数据库,利用GIS的栅格数据空间分析功能,将小流域空间离散化为10 m×10 m的栅格,在栅格内根据合适的USLE因子算法进行了土壤侵蚀量估算,进而对小流域内土壤侵蚀强度空间分异和小流域内侵蚀量进行了统计分析。结果表明,截流村小流域年均输沙模数为1244.7 t/(km2.a),侵蚀强度属轻度;坡耕地占流域面积的44.17%,年均土壤侵蚀模数为2195.0 t/(km2.a),其侵蚀总量占流域总侵蚀量77.93%,表明坡耕地是该小流域水土流失的策源地,小流域水土流失治理的关键是实现流域内坡耕地的合理利用。同时对于林地和小于10°坡耕地的侵蚀模数结果与相关研究仅相差19.8%和4.4%,证实了该模型的准确性和可靠性。     

基于~(137)Cs、~(210)Pb和CSLE的三峡库区小流域土壤侵蚀评估

综合应用137Cs和210Pb技术和中国土壤流失方程CSLE(Chinese soil loss equation)进行三峡库区腹地工农沟小流域土壤侵蚀的定量评价研究,尝试基于核素示踪技术计算的土壤侵蚀模数评估CSLE在库区林地小流域的估算效果。结果表明:(1)借助210PbexCRS计年模式获得了工农沟塘库沉积柱芯不同质量深度的沉积年代,与137Cs 1963年断代结果相比基本一致,定年结果可靠;(2)基于核素示踪技术(137Cs和210Pb)计算的小流域2002—2014年土壤侵蚀模数为269.09t/(km2·a),侵蚀强度属于微度侵蚀,年土壤侵蚀量为22.87t/a;(3)依据CSLE和考虑沟蚀因子的CSLE估算的小流域2002—2014年土壤侵蚀模数分别为256.07t/(km2·a)和317.53t/(km2·a),年土壤侵蚀量分别为21.77t/a和26.99t/a;(4)与核素计算的结果相比,CSLE和考虑沟蚀因子的CSLE的估算精度均≥80%,说明采用CSLE估算库区林地小流域土壤侵蚀量结果合理。     

苦驴河上游小流域土壤侵蚀及其养分流失特征

[目的]定量分析苦驴河上游小流域土壤侵蚀及其养分流失特征,为巢湖上游小流域水土保持工作提供科学依据。[方法]基于遥感技术(RS)和地理信息系统(GIS),利用修正通用土壤流失方程(RUSLE)定量评估研究区土壤侵蚀及其养分流失状况,分析土壤侵蚀强度与坡度、高程和土地利用等因子的关系。[结果]①2018年研究区平均土壤侵蚀模数为394.45 t/(km~2·a),主要为微度和轻度侵蚀。②土壤侵蚀强度与坡度呈明显的正相关,且随着坡度增加,强度及以上侵蚀的面积比例逐渐增加。同一高程范围内不同土地利用对土壤侵蚀程度影响不同,以各土地利用的平均土壤侵蚀模数表示为:未利用地[1 022.55 t/(km~2·a)]林地[655.04 t/(km~2·a)]旱地[285.78 t/(km~2·a)]水田[139.80 t/(km~2·a)]。③土壤养分流失与土壤侵蚀的空间分布趋势一致,土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)平均流失量分别为3.66,0.27,0.07 t/(km~2·a)。[结论]苦驴河上游小流域土壤侵蚀及其养分流失受地形地貌影响显著,南高北低,南部丘陵水土流失较为严重,山林地和坡耕地是该地区水土保持工作的重点区域。     

东大河小流域林地土壤侵蚀及养分特征研究

为探究滇池流域自实施退耕还林工程以来的林地土壤侵蚀及养分流失特征,本研究以滇池西南部东大河小流域为研究靶区,利用放射性核素¹³⁷Cs示踪技术,对该区域内林地的土壤侵蚀模数进行估算,分析养分含量变化,并主要探讨了坡度、植被覆盖率及土壤颗粒组成对土壤侵蚀的影响。结果表明,林地土壤剖面中的¹³⁷Cs比活度呈指数下降趋势,以自然侵蚀为主。流域林地总侵蚀量为69.28×10³ t·a^-1, 侵蚀强度以轻度侵蚀为主,侵蚀模数介于1 039.40~2 402.12 t·km^-2·a^-1。东大河流域林地总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)总流失量分别为1 963.5、209.1、98.94 t·a^-1,土壤TOC、TN含量与¹³⁷Cs比活度呈极显著正相关关系,物理迁移特征相似。土壤养分流失与土壤侵蚀规律较为一致。土壤侵蚀强度以及养分流失空间差异性较大。土壤黏粒含量与土壤侵蚀呈极显著负相关关系,坡度及植被覆盖率在一定范围内对土壤侵蚀的影响明显,坡度为10~25°以及植被覆盖率小于40%的林地中侵蚀状况相对严峻,平均侵蚀量约为1 709.85 t·km^-2·a^-1,需加强10~25°山地植被保护。本研究为减少当地水土流失,恢复生态以及继续推动退耕还林工程,保证退耕还林工程的效益提供了参考依据。     

三峡库区小流域修正通用土壤流失方程适用性分析

土壤侵蚀量的定量研究可为国家生态环境建设和水土保持宏观决策的制定提供重要的依据。修正通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)是开展土壤侵蚀定量评价的主要手段。该文在地理信息系统(geographic information system,GIS)的支持下,依据中国土壤流失方程各因子的算法确定RUSLE模型各因子值,估算了三峡库区黄冲子小流域不同时期的土壤侵蚀量,并与基于泥沙平衡原理计算的土壤侵蚀量比较后分析RUSLE模型在库区小流域的适用性。结果表明,基于RUSLE模型估算的小流域1963-2000年(农地小流域)和2001-2014年(林地小流域)的年均土壤侵蚀模数分别为2246.09和868.3 t/(km2·a),其结果与采用137Cs和210Pb技术的塘库沉积物定年结果基本吻合,表明210Pb定年结果可靠。依据泥沙平衡原理计算的小流域1963-2000年和2001-2014年的年均土壤侵蚀模数分别为942.48和811.47t/(km2·a)。RUSLE模型估算小流域1963-2000年和2001-2014年的土壤侵蚀模数相对误差分别为138.32%和7.00%。因此RUSLE模型适用于库区林地小流域,而不适用于库区农地小流域;但是基于地形因子(LS因子)修正的RUSLE模型估算结果相对误差减少至8.14%,其适用于库区农地小流域。     

三峡库区水土流失综合治理优先小流域识别方法

三峡库区水土流失严重,开展水土流失综合治理是减少入库泥沙和提高三峡工程综合效益的关键,而如何高效识别优先小流域,则是提高治理资金效益和科学决策的基础。以重庆市合川区为例,在区域土壤侵蚀评价的基础上,提出了水土流失面积法、土地利用-水土流失面积法和坡度-水土流失面积法3种优先小流域识别方法,并对其进行了比较分析。结果表明,坡度-水土流失面积法识别的优先小流域水土流失面积占比接近于水土流失面积法,同时又将坡度较大以及耕地、园地和采矿用地面积占比较大的小流域识别出来,纳入优先小流域中,是3种方法中最优的识别方法。研究结果可为三峡库区或同类型地区小流域水土流失治理规划与实施顺序决策提供借鉴和参考。     

Integration of modified universal soil loss equation (MUSLE) into a gis framework to assess soil erosion risk

Soil erosion is an important economic and environmental concern throughout the world. In order to assess soil erosion risk and conserve water and soil resources, soil erosion modeling at the watershed scale is urgently needed. This study integrated the Modified Universal Soil Loss Equation (MUSLE) in a Geographic Information System (GIS) framework in the form of a tool called ArcMUSLE, an extension of ArcGIS® software, to assist soil and water conservation agencies in soil erosion risk assessment and prioritization of critical areas for soil erosion control practices. With widely available spatial data, this tool can be applied to determine curve numbers, to estimate runoff, peak flow, and soil loss for a rainfall event within a watershed. An application example for a watershed in Black Hawk County, Iowa, USA, is presented. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

内蒙古十大孔兑西柳沟流域土壤侵蚀及水土保持措施调查

[目的] 内蒙古十大孔兑地区属黄河中上游多沙粗沙区和生态脆弱区,对该区典型流域西柳沟的土壤侵蚀进行实地调查,分析流域土壤侵蚀特征及成因,为该区水土流失防治提供科学依据。[方法] 于2022年9月19—26日和2023年6月21—26日沿X640解柴线（解家营—柴沟堡）和G109京拉线（北京—拉萨）2条公路分别布设15个调查点和14个集水区,对调查点及集水区植被、土壤、土壤侵蚀特征和水土保持措施等进行调查。[结果] 流域内草地片蚀较为严重,耕地侵蚀不严重,沟谷内裸地风蚀较为严重。上游黄土高原丘陵区沟蚀严重,且溯源侵蚀、下切侵蚀及沟岸扩张未停止,伴随较为严重的重力侵蚀。中游风沙区以风水复合侵蚀为主,大幅增加了流域的产沙总量。流域内道路建设及边坡开挖等人为扰动进一步加剧了侵蚀风险。径流泥沙含量测定结果验证了流域泥沙的主要来源为上游地区。流域内水土保持措施以植被措施及工程措施为主,虽已起到一定水土保持作用,但由于形式单一而未能发挥理想效果。[结论] 西柳沟短历时高强度的降雨特点叠加下层砒砂岩土壤条件共同加剧了该区土壤侵蚀,经济发展压力下的人类活动扰动加剧了生态风险,当地政府亟需持续增加水土保持投入,提高监管能力,加强对于土壤侵蚀的监测与机理研究,完善水土保持综合治理。     

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。     

南方红壤侵蚀区典型小流域土壤侵蚀敏感性研究

选取降雨侵蚀力、地形坡度、植被覆盖度、土壤类型和土地利用5个因子作为评价指标,借助ArcGIS空间分析功能,评价了南方红壤侵蚀区朱溪小流域的土壤侵蚀敏感性。结果表明:(1)流域内土壤侵蚀以敏感级别面积最大,占总面积的55.96%;其次为轻度敏感,占38.62%;高度敏感和不敏感分布较小,分别占4.22%和1.20%;而极敏感区面积极小,仅占0.001%;(2)流域东部、中部和西部地区土壤侵蚀敏感性都以轻度敏感和敏感占绝对比例,不敏感和高度敏感比例很小,极敏感区都分布在中部,但东部敏感性总体上高于中部和西部;(3)土壤侵蚀敏感性与土壤侵蚀现状在空间分布上总体吻合度不高,土壤侵蚀敏感性以敏感级别比例最大,而土壤侵蚀强度却以微度侵蚀为主,其主要原因是人类活动的影响。     

概念性土壤侵蚀模型的建立及在紫色土小流域的应用

概念性土壤侵蚀模型在描述流域基本过程的同时对参数要求较低,现有概念性模型中计算产沙所需参数主要靠律定或借鉴经验值。该文介绍了1个无需流域出口产沙量长序列观测资料来律定且能适用于研究流域的概念性土壤侵蚀模型。模型中引入了分布式水文模型WetSpa Extension作为水文模块,结合流域内试验小区上建立的流量—产沙量经验关系计算侵蚀量,再结合泥沙输移比构建起产沙模块。通过在紫色土地区小流域的应用表明,模型能够得到较合理的流域出口产流量、产沙量以及侵蚀率的空间分布等模拟结果,在没有试验小区的邻近流域地区也具有推广性,且能作为评价水保措施效益的有力工具。该概念性模型对于流域出口泥沙资料稀少的地区具有很高的应用价值和协助流域管理的 潜力。     

三峡库区腹地流域类型与土壤侵蚀的关系

[目的]探讨三峡库区腹地流域类型与土壤侵蚀之间的关系,为保障该区防洪和生态安全提供依据。[方法]以三峡库区腹地中的开县、云阳县、奉节县、巫山县和巫溪县5个县作为研究区,基于遥感和地理信息系统技术,探讨小流域类型划分及其与土壤侵蚀之间的关系。[结果]研究区小流域类型可分为3种:(1)第一分水岭外已建坝小流域主要分布在800~1 200m,15°~35°的石灰岩分布区;(2)第一分水岭内小流域高程主要集中在300~800m高程带,15°~35°坡度段的泥页岩、泥岩及砂岩上,土壤侵蚀强度正在逐渐增加;(3)第一分水岭外未建坝小流域主要分布在800~1 200m,15°~35°坡度带的泥灰岩、泥岩上。[结论]第一分水岭外已建坝小流域其土壤侵蚀综合指数呈下降趋势,第一分水岭内小流域是需要重点关注和治理的地带,第一分水岭外未建坝小流域是进行水土流失治理的关键地带。     

IMPACT OF LAND USE CHANGE ON EROSION RISK: AN INTEGRATED REMOTE SENSING,GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM AND MODELING METHODOLOGY

The objective of this study was to evaluate the impact of rapidly changing land use on erosion and sedimentation in a mixed land use watershed in the Ozark Highlands of the USA. The research combines a geographic information system‐based soil erosion modeling approach with land use change detection to quantify the influence of changing land use on erosion risk. Five land use/land cover maps were generated or acquired for a 20‐year period (1986 through 2006) at approximately 5‐year intervals to assess land use change and to predict a projected (2030) land use scenario for the West Fork White River watershed in Northwest Arkansas. The Unit Stream Power based Erosion/Deposition model was applied to the observed and predicted land use to assess the impact on erosion. Total erosion from urban areas was predicted to increase by a factor of six between 1986 and 2030 based on the projected 2030 land use. Results support previous reports of increased urbanization leading to increased soil erosion risk. This study highlights the interaction of changes in land use with soil erosion potential. Soil erosion risk on a landscape can be quantified by incorporating commonly available biophysical data with geographic information system and remote sensing, which could serve as a land/watershed management tool for the rapid assessment of the effects of environmental change on erosion risk. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Assessment of soil erosion hazard and prioritization for treatment at the watershed level: Case study in the Chemoga watershed,Blue Nile basin,Ethiopia

Soil erosion by water is the most pressing environmental problem in Ethiopia, particularly in the Highlands where the topography is highly rugged, population pressure is high, steeplands are cultivated and rainfall is erosive. Soil conservation is critically required in these areas. The objective of this study was to assess soil erosion hazard in a typical highland watershed (the Chemoga watershed) and demonstrate that a simple erosion assessment model, the universal soil loss equation (USLE), integrated with satellite remote sensing and geographical information systems can provide useful tools for conservation decision‐making. Monthly precipitation, soil map, a 30‐m digital elevation model derived from topographic map, land‐cover map produced from supervised classification of a Land Sat image, and land use types and slope steepness were used to determine the USLE factor values. The results show that a larger part of the watershed (>58 per cent of total) suffers from a severe or very severe erosion risk (>80 t ha⁻¹ y⁻¹), mainly in the midstream and upstream parts where steeplands are cultivated or overgrazed. In about 25 per cent of the watershed, soil erosion was estimated to exceed 125 t ha⁻¹ y⁻¹. Based on the predicted soil erosion rates, the watershed was divided into six priority categories for conservation intervention and 18 micro‐watersheds were identified that may be used as planning units. Finally, the method used has yielded a fairly reliable estimation of soil loss rates and delineation of erosion‐prone areas. Hence, a similar method can be used in other watersheds to prepare conservation master plans and enable efficient use of limited resources. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.