东北漫川漫岗和山地丘陵黑土区侵蚀沟形态特征遥感分析

侵蚀沟形态特征反映其侵蚀发生发展的环境条件,探究侵蚀沟形态参数特征及空间分异规律对深入理解侵蚀沟的侵蚀进程具有重要意义。该文选择漫川漫岗和山地丘陵2个典型黑土地貌类型区,基于高分遥感影像(QuickBird(0.61 m)、GeoEye-1(0.5 m)及Worldview 2(0.5 m))和地形数据(ASTGTM2(30 m分辨率)),采用目视解译法提取计算侵蚀沟沟长、沟宽、周长和面积等形态参数值,分析侵蚀沟形态特征;探究地形因子影响下侵蚀沟形态参数的分异规律。研究结果显示:1)2个典型区的各形态参数间存在显著性差异,漫川漫岗区侵蚀沟各形态参数均大于山地丘陵区;2)侵蚀沟形态呈现"细长状",和漫川漫岗区相比,山地丘陵区侵蚀沟更细长,沟缘位置更复杂;3)侵蚀沟形态参数随坡度的增加总体上呈先增大后减小的趋势,在3°～6°范围内参数值达到最大,坡度越小侵蚀沟沟缘位置越复杂;坡向上,漫川漫岗区和山地丘陵区的侵蚀沟的形态参数值在SE或SW上值最大,说明阳坡或半阳坡侵蚀沟发育强烈。该研究结果对于侵蚀沟易发区确定及防治具有重要意义。     

2011—2021年黑龙江省水土流失变化特征

以2012年水土保持专项成果、2018—2021年历年黑龙江省水土保持公报中的水力、风力侵蚀数据为研究对象,采取统计学方法对黑龙江省水土流失变化特征进行分析,结果表明：2011—2021年黑龙江省水力侵蚀面积减少8 787.31 km²,减幅达10.72%,水土保持率增长1.99个百分点,呈现“一带一片高、东西中片低”的分布特征,全省土壤侵蚀总体已实现由高强度向低强度转变,并形成了以轻度侵蚀为主的水土流失格局;水力侵蚀覆盖全省128个县(市、区),80%分布在黑河、齐齐哈尔、哈尔滨等6个市,近50%分布在中部漫川漫岗土壤保持区;风力侵蚀主要涉及齐齐哈尔、大庆2个市的18个县(区),2011—2021年其侵蚀面积减少695.03 km²,减幅达8.00%。     

东北漫川漫岗区侵蚀沟发育特征研究

东北漫川漫岗区位于黑土区核心位置,侵蚀沟发育严重。利用3S获取侵蚀沟数量、长度等数据,计算降雨侵蚀力、坡度、坡长,分析侵蚀沟发育特征及三因素对侵蚀沟发育影响。结果表明:东北漫川漫岗区75.11%的发展沟处于发育初、中期,潜在发育危险性较大,沟蚀剧烈程度地域性差异显著,研究区南、北部沟壑密度分别为0.3,0.06km/km2;地形、冻融历时、温差等差异造成降雨侵蚀力对北部侵蚀沟发育影响显著,南部相对较弱;研究区坡度与坡长呈正相关关系,北部坡缓造成坡度与沟壑密度呈线性增加关系,南部坡陡造成坡度与沟壑密度呈线性减小关系,北部、南部地形因子与沟壑密度分别呈线性增加、减小关系,随着坡长的增加,沟壑密度先增加后减小,临界坡长为900m。     

利用CSLE模型的东北漫川漫岗区土壤侵蚀评价

东北黑土区是中国重要的商品粮基地,土壤侵蚀正日益破坏着宝贵的黑土资源,严重威胁到中国粮食生产安全。土壤侵蚀评价是土壤侵蚀防治的依据和水土保持效益评估的重要途径。土壤侵蚀的多尺度特征及其影响因素的复杂性对土壤侵蚀评价提出更高的要求。为探讨土地利用和地形对土壤侵蚀的影响,以及更好地呈现土壤侵蚀评价的结果,该研究以位于东北漫川漫岗区的拜泉县为例,运用中国土壤流失方程(Chinese Soil Loss Equation,CSLE)定量评价了拜泉县的土壤侵蚀状况,分析了土地利用和地形因素对土壤侵蚀的影响,并提出了实现区域土壤侵蚀评价"落地"的方案。结果表明:拜泉县平均土壤侵蚀模数为6.77 t/(hm~2·a),土壤侵蚀面积比例为39.35%,极强烈和剧烈侵蚀的高侵蚀主要分布于拜泉县的东南部丘陵区和西北部的漫川漫岗区。坡度越大,土壤侵蚀模数越高。但随着坡长的变长,土壤侵蚀模数呈现出先增大后减小的变化趋势。对侵蚀量的贡献,来源于1～2°的坡度范围侵蚀量最大,其次为3～5°和2～3°。100～200 m的坡长对侵蚀的贡献最大,其次为200～400 m和50～100 m的坡长。坡耕地应该是土壤侵蚀防治的重点区域。在小流域的尺度上,选取土壤侵蚀面积比例进行土壤侵蚀评价,可以更好地服务于区域水土保持规划,是实现区域土壤侵蚀评价"落地"的有效途径。     

基于SWAT模型的清水河流域年径流侵蚀功率空间分布

为了从能量学的角度解释流域水力侵蚀的空间分布情况,选取可以更好表示流域下垫面条件、降雨及其产生的径流对水力侵蚀综合作用的径流侵蚀功率,以宁夏回族自治区水土流失严重的清水河流域为研究对象,基于SWAT模型模拟研究了清水河流域年径流侵蚀功率的空间分布特征及其空间尺度效应。结果表明:(1)清水河流域多年平均径流侵蚀功率在流域内呈现“支流大,干流小; 东部大,西部小”的空间分布规律;(2)当子流域出口断面控制面积小于4 000 km²时,子流域多年平均径流侵蚀功率与子流域出口断面集水面积间呈显著的幂函数关系; 当子流域出口断面集水面积大于4 000 km²时,子流域多年平均径流侵蚀功率稳定在1.56×10^-5 m⁴/(s·km²)左右;(3)优先选择处于清水河上中游区域且出口断面集水面积小于84.85 km²的小流域进行生态治理,可取得良好的水土流失治理效果。因此径流侵蚀功率具有一定空间分布规律且与流域集水面积间具有显著相关关系,掌握这一规律和相关关系可为流域生态治理提供理论支持。     

天山北坡典型小流域侵蚀沟形态特征及其成因

[目的]揭示天山北坡典型小流域侵蚀沟发育规律,为侵蚀沟的预警及防治提供科学依据。[方法]选取天山北坡典型小流域10条侵蚀沟进行分析,采用野外实地调查与地理信息技术相结合的方法,对研究区侵蚀沟形态发育特征及其成因进行分析。[结果](1)研究区侵蚀沟特征值之间存在着一定的相关关系:横截面积与平均沟宽、平均沟深呈极显著正相关;沟壑面积与沟长呈显著正相关;沟壑体积与横截面积、沟壑面积呈极显著正相关关系,与平均沟宽、平均沟深呈显著正相关关系;沟长、平均沟宽、平均沟深相互之间无明显的相关关系,汇水面积与特征值之间也无明显的相关关系。(2)研究区侵蚀沟均是开析型侵蚀沟和弱度割裂型侵蚀沟。(3)研究区侵蚀沟密度与坡度呈正相关关系,坡度越大,密度越大;侵蚀沟密度与沟长无相关关系,侵蚀沟密度随沟长的增加呈先增加后减小的趋势;研究区典型侵蚀沟密度在南坡最大,西坡和西南坡的密度相对较小。[结论]坡度和坡向是影响小流域尺度侵蚀沟发育的重要地形因素。     

松嫩典型黑土区耕地切沟密度分布特征及影响因子

东北黑土区是中国重要的商品粮生产基地，该地区耕地切沟侵蚀严重威胁农业生产及生态环境。为掌握松嫩典型黑土区耕地切沟密度分布特征及影响因子，基于全国第一次水利普查的998块抽样调查单元和1∶10000地形图，以及2018年Google高分遥感影像目视解译提取调查单元内所有切沟，采用地理探测器分析切沟密度空间分布的影响因子，分析松嫩典型黑土区耕地切沟密度的空间分布规律。结果表明：1)35.64%的耕地调查单元有切沟发育，切沟线密度变化在0.18～17.48 km/km²，面密度变化在425.95～91 921.34 m2/km²。2)地形和降水显著(P<0.05)影响松嫩典型黑土区耕地切沟密度，坡度是影响耕地切沟密度空间分布最重要的环境因子。3)依据切沟线密度划分，松嫩典型黑土区东部的黑土带耕地切沟侵蚀严重，轻度侵蚀以上面积占比35.87%，强烈侵蚀以上(切沟线密度≥2 km/km²)面积占比33.33%，剧烈侵蚀面积占比27.94%。黑钙土带有6.65%的面积遭受剧烈切沟侵蚀，星落分布于黑钙土带的边缘。系统抽样与高分辨...     

东北黑土漫岗区春耕期土壤水分空间变异及地形影响

土壤水分存在强空间变异特征,在多重尺度上受地形、土壤、土地利用、植被等因素综合影响,是农业生产和耕作的关键要素。为了揭示东北黑土漫岗区春耕期农田土壤水分空间变异特征及分析地形因子对其影响,以赵光农场为研究对象,利用Sentinel-1数据反演的土壤水分和DEM数据,采用半方差函数、集成推进树算法(ABT)等方法分析了春耕期土壤水分的空间变异及地形因子(坡度、坡向、坡位、高程、地形湿度指数)对土壤水分空间异质性的相对影响,并系统分析了土壤水分在不同坡位、坡度和坡向的变化特征。结果表明:研究区2018年4月24日处于春耕时期黑土漫岗区的土壤质量含水量分布在25%～37%; 地块内部变异系数为5.81%,相邻地块间变异系数为4.16%; 针对整个农场尺度土壤水分空间变异的有效变程为3 000 m,地块尺度上有效变程为300 m。土壤水分分布与地形湿度指数呈显著正相关,与坡度、坡向、高程、坡位呈显著负相关; 坡位、坡度、坡向是影响土壤水分空间变异的主控因子,其累计相对解释率超过了70%,其中坡位占36.28%。研究结果有助于了解东北黑土漫岗区春耕期农田土壤水分空间分异规律及影响机制,对黑土漫岗区土壤水分管理、春耕春播期农机科学调度、保障粮食安全具有重要意义。     

晋西黄土区极端降雨后浅层滑坡调查及影响因素分析

极端降雨引发的浅层滑坡,造成了严重的环境破坏与社会经济损失。为探究极端降雨条件下土地利用、植被类型和地形因素对浅层滑坡的影响,通过对山西省吉县蔡家川流域2021年10月3—6日极端降雨引发的浅层滑坡进行实地调查,分析了极端降雨的特征与过程,不同土地利用和植被状况条件下、不同地形条件下浅层滑坡的数量与破损面积。结果表明：(1)极端降雨降雨量为年平均降雨量的31.2%,达到了161.3 mm,降雨历时84 h,峰值降雨强度7 mm/h,平均降雨强度2.1 mm/h,发生该种程度降雨的频率为0.16%,为625年一遇的极端降雨。(2)蔡家川流域内的农地小流域、人工林小流域和次生林小流域共计发生浅层滑坡479处,破损面积达183 881 m²,90%的浅层滑坡面积小于885 m²。(3)单位面积上浅层滑坡的数量与破损面积均表现为农地小流域(214个/km²,109 241 m²/km²)>人工林小流域(163个/km²,48 779 m²     

基于RUSLE的松花江流域不同侵蚀类型区泥沙输移比估算

为摸清东北黑土区土壤侵蚀与泥沙输移特征,以松花江流域为研究对象,选取不同侵蚀类型区8个水文站控制区,利用RUSLE模型,结合水文站实测输沙数据,分析了不同侵蚀类型区泥沙输移比的时空变化特征。结果表明:（1）松花江流域各侵蚀类型区均以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,而草地、旱地和裸地侵蚀模数均呈现依次增大趋势,且大于该区容许土壤流失量,特别是松岭站、碾子山站、大石寨站和大山咀子站水文站控制区裸地土壤侵蚀模数均大于20 000 t/（km²·a）,达到剧烈侵蚀程度。不同侵蚀类型区之间侵蚀模数表现为丘陵沟壑区Ⅰ > 丘陵沟壑区Ⅱ > 天然林区 > 漫川漫岗区。（2）松花江流域不同侵蚀类型区泥沙输移比总体上表现为漫川漫岗区 > 丘陵沟壑区Ⅱ > 丘陵沟壑区Ⅰ > 天然林区。（3）同一侵蚀类型区不同年际间泥沙输移比波动起伏,而从20世纪60年代到80年代,人类活动影响较小的天然林区和丘陵沟壑区Ⅱ不同时期平均泥沙输移比相差不大,人类活动剧烈的漫川漫岗区和丘陵沟壑区Ⅰ平均泥沙输移比则表现为波动式递增。研究结果对于了解东北黑土区土壤侵蚀和泥沙输移规律,明确该区域土壤侵蚀机理和治理目标具有指导意义。     

利用高分立体影像构建东北黑土山地丘陵区切沟体积估算模型

分析侵蚀沟形态特征并构建体积估算模型,对大空间尺度探究切沟侵蚀具有重要意义。该研究选取位于东北黑土山地丘陵区穆棱市的典型样区,基于WorldView-2高分立体像对影像(0.5m分辨率),利用ENVI5.3提取同分辨率DEM,选择45条切沟,在ArcGIS10.3中提取并计算切沟顶宽(TW)、底宽(BW)、沟深(D)、断面面积(CSA)、沟长(L)、面积(A)及体积(V)等参数,分析形态特征及相互关系,构建切沟体积估算模型。结果表明:1)切沟TW、BW、D、CSA、L、A及V均值分别为5.63 m、2.82 m、1.05 m、4.94 m~2、81.90 m、470.54 m~2、428.53 m~3。断面BW/TW均值为0.48,切沟以V～U型为主。TW/D全部大于1,均值为5.95,表明沟道横向侵蚀较下切侵蚀速率更快;2)切沟体积与沟长(V-L)、面积(V-A)间均有极显著幂函数关系,相比V-L关系模型,V-A关系模型具有更小的平均相对误差和更大的纳什系数,可更准确有效预测切沟体积,建议将其作为东北山地丘陵区切沟体积估算模型;3)与黄土高原及干热河谷地区相比,东北黑土区切沟体积与面积幂函数关系的指数更小,而区内山地丘陵区较漫川漫岗区更大,反映出山地丘陵区更加强烈的切沟发育状况;切沟形态特征影响V-A模型构建的精度,建议将狭长度(L/TW)作为切沟分类指标构建切沟体估算模型。研究结果可为东北黑土山地丘陵区大空间尺度切沟侵蚀的定量模拟提供方法和依据。     

东北典型黑土漫岗区切沟侵蚀空间格局分析

旨在充分认识东北典型黑土漫岗区切沟分布的空间特征,为水土保持工作提供依据,以黑龙江省宾县漫岗区为研究区,结合实地调查,以SPOT 5遥感影像为数据源,基于人机交互方式提取切沟信息,并分析其分布特征。主要研究结论如下:5°～7°的漫岗坡面更易形成切沟侵蚀;切沟密度随海拔高度的增加呈现出先迅速上升后缓慢下降的趋势,在坡面的中下部更易发生切沟侵蚀;由于地理位置及地貌特征、土地利用方式、开垦时间早晚和治理措施等不同,研究区不同乡镇的切沟密度存在着较大差异。     

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。     

基于坡度的黑土区切沟密度协同克里格插值方法研究

切沟侵蚀已成为东北黑土区土壤侵蚀的重要组成部分。结合野外样区实地调查切沟分布数据与空间插值方法是快速获取大面积切沟密度值的有效手段。流域的平均坡度值是切沟形成的影响因素之一,为提高切沟密度值空间分布的插值精度,在黑龙江省海伦市内,利用网格法均匀选取40个1 km²左右的小流域,在实地测量区域内切沟密度数据的基础上,应用距离权重反比法、普通克立格和以小流域的平均坡度作为协同变量的协同克立格对其做空间插值。结果表明:切沟密度与协同区域化变量受结构性因素的影响远大于随机性因素,均为强空间自相关性;距离权重反比法与普通克里格法的预测精度相近;协同区域化变量的空间结构性优于单一变量,协同克立格法生成的空间分布图精细度明显提高,均方根误差降低20%以上,预测值与实测值的相关系数提高89%以上,协同克里格可有效提高区域切沟插值精度。     

砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性K值空间变异特征

[目的]研究砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性的空间变异特征,为砒砂岩覆土区土壤侵蚀机理深入探究和土壤侵蚀有效防治提供科学依据。[方法]以内蒙古准格尔旗砒砂岩覆土区二老虎沟小流域为研究对象,采集0—10 cm和10—20 cm土层共144份土壤样品,基于EPIC模型估算土壤可蚀性K值,并利用GIS和地统计学方法分析土壤可蚀性K值空间变异特征。[结果](1)二老虎沟小流域土壤砂粒、粉粒、黏粒和有机碳均呈中等变异程度,除黏粒和有机碳为中等空间自相关性外,其他土壤属性均呈弱空间自相关性。(2)小流域土壤可蚀性K值介于0.018 7～0.047 6 t·hm²·h/(hm ²·MJ·mm),0—10 cm和10—20 cm土层K值变异系数分别为15.5%和20.3%,属中等变异强度;0—10 cm土层K值主要受随机性因素影响,呈弱空间自相关性,而10—20 cm土层受随机性因素和结构性因素共同影响,为中等空间自相关性。(3) 3种克里格插值方法结果表明：小流域土壤可蚀性K值空间变异受海拔和坡度影响明显,其总体分布趋势为西部和东南部较高、中部及偏东部较低...     

东北黑土区和北方土石山区部分地区水土保持三级区划及其水土流失防治措施

按照全国水土保持规划任务分工,松辽委承担东北黑土区(Ⅰ)和北方土石山区(Ⅲ)中辽宁环渤海山地丘陵区(Ⅲ-1)的规划工作。综合分析后提出了水土保持三级区划原则和方法,在全国水土保持一、二级区划的基础上,将东北黑土区和北方土石山区部分地区划分为12个三级区,即大兴安岭山地水源涵养生态维护区、小兴安岭山地丘陵生态维护保土区、三江平原-兴凯湖生态维护农田防护区、长白山山地水源涵养减灾区、长白山山地丘陵水质维护保土区、东北漫川漫岗土壤保持区、松辽平原防沙农田防护区、大兴安岭东南低山丘陵土壤保持区、呼伦贝尔丘陵平原防沙生态维护区、辽河平原人居环境维护农田防护区、辽宁西部丘陵保土拦沙区、辽东半岛人居环境维护减灾区,并提出了各区的水土流失防治途径。     

东北黑土区侵蚀沟发育与环境特征

东北黑土区在气候、地形、植被和人类活动等方面存在着显著的地带性差异,进而也造成侵蚀沟发育特征的地带性分异。以黑土区水保规划二级分区为研究对象,在分析各规划分区自然条件、人类活动方式差异的基础上,研究各分区侵蚀沟发育特征,结果表明:黑土区土壤抗蚀性差、降雨集中、冻融作用强烈、地势起伏是侵蚀沟形成的基础自然条件;长期耕作、过度放牧等人类活动是侵蚀沟发生的首要诱发因素。在各水保规划分区中,大兴安岭东坡丘陵沟壑区、呼伦贝尔高平原区沟蚀最为严重,沟壑密度分别达到0.56、0.36 km/km2;而在大小兴安岭山地区,人为扰动少、植被覆盖度高,沟蚀发育较轻,沟壑密度仅为0.08 km/km2;长白山完达山山地丘陵区、东北漫川漫岗区侵蚀沟数量、面积、长度较大,沟壑密度为0.14 km/km2。     

坡面尺度土壤特性的空间变异性

通过对20m长坡面土壤特性空间变异性的经典统计学分析,结果表明:(1)在同一土壤剖面内,各级粒径含量呈弱变异性,而有机质含量随土层深度的增大而逐渐降低,呈中等变异性;(2)土壤干容重的空间变异性较小,呈弱变异性,但土壤饱和导水率的空间变异性较大,呈中等变异性;(3)水分特征曲线具有一定的空间变异性,比水容量空间变异性较大,呈中等变异性。坡面土壤饱和导水率和干容重的等值线图表明,土壤饱和导水率的变化趋势并不仅仅取决于土壤干容重的相对大小,可能与有机质含量、黏粒含量以及根系分布情况等也有一定的关系。     

典型山地丘陵区农业小流域氮素迁移特征

为探讨山地丘陵区农业小流域氮素迁移特征,对典型山地丘陵区农业小流域降雨—径流事件、水体氮素形态与浓度、时间变异特征及其迁移通量进行了全年观测研究。结果表明:(1)小流域水体氮素浓度存在显著季节变异特征,全年总氮(TN)平均浓度为2.14 mg/L,硝态氮(NO_3~-—N)平均浓度为0.77 mg/L,铵态氮(NH_4~+—N)平均浓度为0.25 mg/L,溶解性有机氮(DON)平均浓度为0.51 mg/L,其中NO_3~-—N是氮素迁移的主要形态;(2)小流域春季(3—5月)对全年氮素迁移通量贡献最高(43.56%),而秋季(9—11月)贡献率最低(3.70%);(3)降雨—径流事件和施肥等农事活动是小流域氮素迁移及其通量的重要驱动因子。     

基于人机交互的地形复杂区小流域划分研究——以湖北省为例

[目的]对地形复杂区小流域划分方法进行研究,为区域生态小流域建设、规划等提供基础数据。[方法]以湖北省为例,其地形涵盖山地、丘陵和平原,且多河流、湖泊分布。首先基于DEM自动提取全省小流域,然后辅助沟道、遥感影像、居民点数据人工修正山区小流域,在平原区采用高精度水系替代常规沟道进行人工修正,并对适宜集流阈值、小流域面积频率、精度以及河网密度进行分析。[结果]湖北省共划分小流域5 806条,面积在30～50km2的占60%,且划分精度高;面积小于20km2划分精度低,在平原区分布密集;总体上,山区小流域的划分精度高于平原区,但其小流域平均河网密度低于平原区。[结论]对任何地形进行小流域划分,都必须使用人机交互修正,才能获得较好的结果;平原区小流域自动划分的精度低于山区,需辅助高精度水系资料进行修正才能提高精度。