基于CSLE模型的天山北坡中段山区水力侵蚀时空变化特征及影响因素研究

掌握天山北坡土壤水蚀分异的空间规律及其驱动力,对生态预警和土壤侵蚀防治具有重要意义,为天山北坡区域生态环境的综合治理提供理论依据和数据支持。以天山北坡中段山区为例,基于中国土壤流失方程(Chinese Soil Loss Equation,CSLE),采用野外调研、地理信息系统、数理统计和地理探测器等方法,定量分析2000—2018年研究区土壤水力侵蚀的时空格局特征(面积,强度和地理分布),借助地理探测器探究降雨、地形、土壤、植被对土壤水力侵蚀强度的内在驱动力。结果表明:(1)2000—2018年天山北坡中段山区土壤水力侵蚀强度主要以微度、轻度侵蚀为主,分别占总面积的32.34%～40.87%、33.36%～43.01%。近20 a的微度、轻度侵蚀的面积均呈下降趋势(-26.70 km~2·a~(-1)、-77.47 km~2·a~(-1)),而其他侵蚀强度的面积均呈上升趋势(22.10～30.96 km~2·a~(-1)),总体上土壤水力侵蚀强度处于增加趋势。(2)整体土壤侵蚀模数呈乌鲁木齐市昌吉市阜康市呼图壁县玛纳斯县沙湾县石河子市。天山北坡中段山区侵蚀强度的空间分布与降雨、地形、土壤、植被密切相关,土壤类型为棕钙土、草毡土、栗钙土,植被覆盖度小于15%、坡度大于15°和降雨量在400～450 mm范围内的地区为高风险侵蚀区域。(3)分异性的大小由因子探测器中q值来度量,其q值越大,该影响因素对土壤侵蚀空间分布的解释力越强,呈降雨(0.49)土壤类型(0.17)坡度(0.11)植被覆盖度(0.10)。不同影响因素通过交互作用明显增强土壤侵蚀空间异质性,及植被覆盖度与降雨因子的耦合作用,q值增幅极大,确定土壤侵蚀重点治理区域对全面土壤侵蚀防治具有重要意义。     

长春市土壤侵蚀潜在危险度分级及侵蚀背景的空间分析

在ARCGIS 8.3地理信息系统(GIS)支持下,实现了土壤侵蚀潜在危险的分级及其空间分析。首先,采用美国通用土壤侵蚀模型估算土壤侵蚀量,再用土壤年均侵蚀量、土层厚度和土壤容重得到土壤抗蚀年限图,按水利部标准将长春市土壤侵蚀潜在危险度分为五级,并提出了土壤侵蚀潜在危险指数的概念。借助GIS方法,通过分析不同坡度、不同坡向、不同地貌类型以及不同土地利用类型等背景条件下的土壤侵蚀潜在危险度情况,探讨了土壤侵蚀潜在危险度的空间分布特点。     

共和盆地塔拉滩土壤侵蚀潜在危险度的分级研究

在ARCGIS 9.3地理信息系统支持下,实现了土壤侵蚀潜在危险度的分级及其空间分析。以青藏高原东北部的共和盆地塔拉滩草原为研究对象,首先采用地球化学放射性同位素-137Cs侵蚀模型估算土壤侵蚀量,再由土壤年均侵蚀量、土层厚度和土壤容重得到抗蚀年限图。参照水利部标准将土壤侵蚀潜在危险度分为5级,同时分析了不同坡度和不同土地利用类型上的土壤侵蚀潜在危险度。研究表明:共和盆地塔拉滩的土壤侵蚀潜在危险度以轻险型为主,从土壤侵蚀潜在危险指数(SEPDI)来看,属于轻度危险区域。     

青海黄土丘陵区沟蚀侵蚀模数与其影响因子关系分析

以青海黄土丘陵区18条侵蚀沟为研究对象,用钢钎法测定了侵蚀模数,根据样地土壤砂粒、粉粒、粘粒质地分布和有机质的质量分数,分析计算其可蚀性K值。结合样地植被、坡度等调查信息,分析侵蚀模数与其影响因子的关系。结果表明:同一时期,侵蚀模数随植被覆盖度的增加而降低,当植物覆盖度达到70%时,侵蚀模数对植被因子的敏感度降低。侵蚀模数随土壤孔隙度的增大而降低。随K值的增大和坡度的升高,侵蚀模数有增大的趋势。不同时期,高植被覆盖的样地,侵蚀模数随年限的增加呈降低趋势;低植被覆盖的样地,侵蚀模数随年限的增加呈波动变化,但总体上呈下降趋势;无植被覆盖的侵蚀沟样地,年侵蚀模数没有降低趋势。植被覆盖度相当的样地,K值越小,侵蚀模数越小。     

基于WEPP模型进行坡度因子与侵蚀量关系研究

地面坡度是地形因素中对坡面土壤侵蚀的演变发展过程与侵蚀强度起重要作用的因子。本文以内蒙古准格尔旗皇甫川坡面径流小区的实测资料为基础,分析坡度因子与土壤侵蚀量的关系,并运用WEPP模型进行模拟,对其结果进行分析。结果表明在一定的坡度范围内,随着坡度的增加,土壤侵蚀量与坡度呈幂函数递增关系。用WEPP模型来模拟皇甫川流域坡面与侵蚀量的关系是可行的,根据试验观测及WEPP模型模拟得到结果,皇甫川地区的土壤侵蚀率在坡度是18~23o时最大,原因主要有坡度的陡缓决定了水力阻力的大小和坡面承雨面积的改变等。     

基于GIS和USLE的三江平原土壤侵蚀定量评价

运用地理信息系统(GIS)结合美国通用水土流失方程(USLE),根据研究区现状合理选择通用水土流失方程中土壤侵蚀各因子的计算方法,求算出三江平原2005年的土壤侵蚀量分布图,运用GIS的空间分析功能将研究区坡度、地貌和土地利用状况与土壤侵蚀强度等级分布图进行叠加分析,据此了解了该区域土壤侵蚀现状,土壤侵蚀的坡度和地貌分异特征以及土壤侵蚀与土地利用的关系。通过该分析以期为该区域的侵蚀防治、开展水土保持等政府宏观决策行为提供科学依据。     

2000-2017年天山北坡西白杨沟流域土壤侵蚀时空变化分析

掌握天山北坡西白杨沟流域水土流失时空变化特征,为该区域水土保持和生态环境建设提供科学依据。以西白杨沟流域为研究区,采用样地调查、遥感和地理信息系统相结合的方法,应用CSLE模型,定量分析2000-2017年西白杨沟流域土壤水力侵蚀时空变化特征,分析该区域侵蚀强度和坡度、旅游活动的关系,结合实地调查,探讨西白杨沟流域水力侵蚀强度变化的驱动机制。结果表明:(1)2000-2017年西白杨沟流域土壤侵蚀量总体呈增加趋势。流域内土壤侵蚀强度主要是以轻度、微度为主,分别占流域总面积的65.52%、24.71%。(2)2000-2017年西白杨沟流域不同坡度下土壤侵蚀模数变化明显。坡度≤5°时,土壤侵蚀模数无明显波动;坡度在25°~35°时土壤侵蚀模数最大,土壤侵蚀较为严重。坡度>35°时,土壤侵蚀模数减小。流域内土壤侵蚀主要发生在25°~35°。(3)植被盖度、地上生物量随着旅游强度的增加而减少(CK>LG>MG>HG),土壤侵蚀受人为活动的影响较为显著。     

模拟降雨条件下苏南黄壤产流起始时间及影响因素研究

运用人工模拟降雨装置研究了暴雨条件下苏南典型丘陵土壤上纯草、纯灌、灌草3种经营模式下坡度、降雨强度、土壤前期含水量、植被覆盖度对开始产生径流时间的影响。研究表明:纯草模式下影响开始产流时间的最主要因子为土壤前期含水量,同时建立了3种植被组合下影响开始产流时间的多因子回归方程。通过方程,由植被覆盖度、坡度、土壤前期含水量和降雨强度四个易于获得的因子可预测不同植被组合下开始产生径流的时间。     

基于GIS与RS的土壤侵蚀变化定量监测——以黄土高原水保二期世行贷款庆城项目区为例

在GIS软件ArcMap和ArcView的支持下,建立研究区的空间数据库,利用GIS软件的栅格数据空间分析功能,将研究区空间离散化为10 m×10 m的栅格,生成通用土壤流失方程RUSLE所需的各因子栅格图;借助GIS软件的地图代数运算,将各因子连乘,得到土壤侵蚀量栅格图,在此基础上对侵蚀栅格图进行分类,获得土壤侵蚀等级图.将得到的土壤侵蚀图与土地利用图和坡度图叠加,获得不同土地利用方式下和不同坡度下的土壤侵蚀量,据此对土壤侵蚀与土地利用以及土壤侵蚀与坡度之间的关系进行分析,以期为水土流失的防治和保护规划方案的制定提供科学依据.     

黄土坡面土壤侵蚀过程试验研究

采用人工模拟降雨的方法对黄土坡面土壤侵蚀过程进行了试验研究,取得了如下结果:①坡面土壤侵蚀随降雨过程的变化可用幂函数相关方程进行描述,15 m in和35 m in是土壤侵蚀强度随降雨过程变化的转折点;②雨强对坡面土壤侵蚀的影响可用幂函数相关方程进行描述,随着坡度的增大,土壤侵蚀强度随雨强的增大而增加的趋势更明显;③坡度对土壤侵蚀的影响可用抛物线相关方程进行描述,土壤侵蚀强度变化的临界坡度在25°附近;④坡长对土壤侵蚀的影响大体可用幂函数相关方程进行描述,但坡长对土壤侵蚀强度的影响比较复杂,随雨强大小的变化而表现为不同的形式;⑤坡度、坡长及雨强对坡面土壤侵蚀的综合影响可用多元线性相关方程进行描述,雨强对土壤侵蚀强度的影响远大于坡长及坡度因子,且坡度与土壤侵蚀强度的关系较坡长为密切。     

Geo-CA与GIS在区域土壤侵蚀动态监测与模拟中的应用

动态监测和模拟土壤侵蚀的发育及演化过程,对于区域水土保持与环境修复工作意义重大。以黄土丘陵区魏沟流域为例,基于遥感融合影像和GIS技术,采用通用土壤流失方程,计算了其1998年和2004年的土壤侵蚀量,并分析了土壤侵蚀与其环境背景的空间关系;在此基础上,构建了与ArcView软件平台集成的地理元胞自动机,模拟了该流域2004年和2010年土壤侵蚀空间演化情形。结果表明:流域2004年平均土壤侵蚀模数为9242.5 t/(km2.a),1800~1900 m的海拔高程带、15~25°坡度带和南坡是发生土壤侵蚀的主要区域;经模拟,2010年总侵蚀面积为120.65 km2,侵蚀总量1.21×106t,土壤侵蚀状况总体上将有所减缓。     

细沟侵蚀临界坡度研究

根据细沟泥沙运动特点,考虑细颗粒泥沙的粘着力作用和非均匀沙的暴露度,建立了细沟泥沙起动公式。结合细沟泥沙起动公式和细沟稳定条件得到坡面侵蚀临界坡度的计算方法。通过计算得到如下的结论:(1)坡面细沟侵蚀临界坡度是土壤性质的函数,在反映土壤性质的容重等参数一定的情况下,仅是粒径的函数。(2)黄土坡面细沟侵蚀临界坡度在21.3°~50.4°之间。对于中值粒径为0.0185mm的黄土坡面,临界坡度为39.9°。(3)对应细沟侵蚀临界坡度存在一临界粒径,当粒径大于该粒径时,不存在细沟侵蚀临界坡度。当临界粒径为0.0198mm,对应的最大临界坡度为50.4°。     

覆沙坡面微地形变化与侵蚀产沙的响应关系

坡面微地形的发育反映了侵蚀的强度及变化过程。为了定量研究不同覆沙厚度下坡面的微地形变化与侵蚀之间的响应,通过模拟1. 5 mm·min~(-1)雨强下的3场连续降雨试验,结合三维激光扫描仪技术,分析了坡面微地形与土壤侵蚀的空间变化特征,较好地拟合了微地形变幅与侵蚀量之间的关系。结果表明:坡面平均含沙量随着降雨场次的增加而减小。覆沙坡面主要产沙区的长度是黄土坡面的3倍左右,且坡段侵蚀量的峰值多分布在坡面4～6 m的位置,而黄土坡面侵蚀峰值分布在3～4 m的位置。随着降雨场次的增加,黄土坡面微地形因子显著增大(P 0. 05),覆沙坡面微地形因子总体呈增大趋势,但并不显著(P 0. 05)。与黄土坡面和覆沙坡面的侵蚀响应最强烈的微地形因子分别为地表切割深度和地表粗糙度,黄土坡面微地形变幅与侵蚀量的响应关系较强于覆沙坡面,覆沙坡面应寻找其他敏感的指标对方程进行优化。该研究为揭示风水复合侵蚀地区的侵蚀机理提供一定参考。     

黄土丘陵区坡面水土流失规律研究

本文研究分析了三年大气降水，径流、泥沙资料，初步探求了坡度、降水和不同利用现状与水土流失的关系，并建立了降雨侵蚀力，坡度与坡面土壤侵蚀的数学模型，为该地区进行水蚀预报和防治工作提供了科学的依据。     

基于InVEST模型的祁连山国家级自然保护区土壤保持现状与功能

运用InVEST模型,对甘肃祁连山自然保护区土壤保持现状与功能进行了定量评估,分析了不同土地利用、海拔高度、坡度以及土壤类型下的保土状况。结果表明:2015年甘肃祁连山自然保护区土壤侵蚀量与土壤保持量分别为1. 67×10^8t、4.21×10^8t。从侵蚀面积来看,保护区以微度和轻度侵蚀为主,占总面积的63.95%;虽草地的土壤保持能力弱于其他自然植被类型,但草地是土壤保持总量最高的土地利用类型;不同海拔梯度下的土壤保持总量随海拔增加呈现先增后减的趋势,保护区内海拔2 500~3 500 m的土壤保持功能最好;栗钙土的土壤保持量最高,黑毡土在草原土壤类型中土壤保持强度较低;坡度为15°~25°的区域土壤保持量最大,占土壤保持总量的31.93%;甘肃祁连山保护区生态系统减少泥沙淤积和减少土地废弃的价值分别为5. 76×10^8元和1. 44×10^8元,保护区内林草地保肥价值为9. 03×10^10元。     

基于GIS的藏东横断山区土壤侵蚀分布特征研究

利用ARC/INFO的空间分析与统计分析功能,从海拔、坡度、土壤以及土地利用四个方面,对藏东横断山区土壤侵蚀的空间分布特征进行了研究。结果表明:(1)从总体上来讲,三江河谷地带水蚀较强;山体中部以微度侵蚀为主,而森林采伐迹地土壤侵蚀严重;海拔4500m以上地带,冻融侵蚀严重。(2)不同的海拔与坡度等级下,4000-5000m与25°-35°土壤侵蚀最强。(3)水力侵蚀主要发生在褐土与灰褐土土壤类型,冻融侵蚀主要发生在寒冻土、黑毡土以及草毡土土壤类型。(4)土壤侵蚀主要发生在草地和林地,低覆盖草地上冻融侵蚀尤为严重。通过土壤侵蚀分布特征的研究,为土壤侵蚀防治对策提供科学依据。     

不同土地利用方式对丘陵山区坡面侵蚀产沙量的影响

选取安徽省霍山县大官山的典型研究区域,通过径流试验,分析了近20年6种典型土地利用方式的侵蚀产沙特性及影响因素.结果表明:不同土地利用方式对坡面侵蚀产沙量的影响依次是顺坡耕作区＞标准小区＞经济林区＞牧草区＞乔木用材林区＞梯田小区.在不同土地利用方式下,防止土壤流失最有效的是梯田,而顺坡耕作区水土流失量最大.坡面侵蚀产沙量与降雨侵蚀力表现为幂函数关系,且相关性达到了极显著水平.     

基于GIS的北京地区未来10年土壤水力侵蚀演化趋势探讨

本文是基于永定河上游北京典型段的土壤水力侵蚀深度、降雨强度、地表径流深度、土层有效厚度、土粒平均粒径、植被覆盖度等数据图层 ,利用 GIS、SPSS软件包 ,通过建立水力侵蚀遥感信息模型 ,制作了北京地区土壤水力侵蚀深度图和抗侵蚀年限图 ,依据将近论古的原则及作者的北京地区未来 1 0年环境演化趋势预测结果 ,探讨了未来 1 0年水力侵蚀演化趋势。这可以为该地区未来土地利用和泥石流分布规律研究提供理论指导     

残茬和秸秆覆盖对黄土坡耕地水土流失的影响

通过田间试验与实验室模拟降雨试验，研究了残茬和秸杆覆盖对黄土坡耕地水土流失的影响。结果表明：坡耕地覆盖具有保水保土、减少土壤侵蚀的效果，而且随着覆盖量与覆盖年限的增加，效果更明显；在雨强为80、100mm/h模拟降雨条件下，与不覆盖相比，泥沙侵蚀率分别减少了97.8％与98.8％，溅蚀几乎没有，降雨入渗增加2.12倍和1.87倍，同时大幅度降低了侵蚀沉淀中氮和钾的浓度及土壤氮、钾总流失量。与基础土壤比较，侵蚀沉淀中氮钾具有养分富集作用。     

坡长对径流及侵蚀的影响

张家口市水保试验站坡长小区五年观测资料表明,降雨强度影响径流量、侵蚀量随坡长的变化。降雨强度较小时,径流量不能用坡长与降雨强度的乘积代替,侵蚀量随坡长增加较慢。降雨强度较大时,径流量可用坡长与降雨强度的乘积代替,侵蚀量方程中坡长指数较大。