采煤沉陷区土地利用变化及其景观异质性分析——以山西省东大煤矿为例

以山西省东大煤矿为例，对采煤沉陷区沉陷前后土地利用状况的变化以及景观异质性进行了初步研究。主要分析了不同土地利用类型斑块数量、面积的变化，以及景观破碎度、多样性、均匀度、优势度等指标。研究结果表明，采煤沉陷造成地表移动变形产生的裂隙、陷坑、塌方或滑坡等，致使土地被分割破碎，斑块数量增加而面积减小，植被毁坏，生态环境向着不合理的方向发展。     

采煤沉陷区不同土地利用类型土壤水分、有机质 和质地的空间变异性

探索采煤沉陷区坡面微地形上土壤水分、养分和颗粒迁移转化的作用机理,为促进矿区生态环境综合整治的科学决策提供重要的理论和实践价值。以焦作九里山矿典型平原型采煤沉陷坑内的耕地和林地为研究对象,对比分析了土壤含水率、有机质含量和质地在不同土地利用类型（耕地和林地）、沉陷坡位（中心、坡底、坡中、坡顶和对照）和剖面深度（0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm）上的空间变异性。结果表明,耕地土壤含水率和黏粒含量较林地显著降低（p<0.05）,而砂粒含量则显著增加（p<0.01）。坡中或坡底处的土壤含水率、有机质和粉粒含量最小,而砂粒和黏粒含量则最大,成为整个沉陷坡面上的极值点。在剖面深度上,土壤含水率、有机质、砂粒含量表现为显著的表层聚集,黏粒含量则为显著深层聚集的特点。通过对土壤含水率、有机质含量和土壤质地在沉陷区坡面微地形空间变异作用机理的分析,建议平原型采煤沉陷区的土地复垦方向应以耕地为主,林地为辅的基本原则,在坡中到坡底的等高段复垦为林灌地,能起到对沉陷区土壤水分与养分流失控制和生态环境效益改善的关键作用。     

黄土高原山地采煤沉陷对土壤侵蚀的影响

为了测度山地井工采煤区地表沉陷引起的土壤侵蚀因子在空间和数量上的变化,该文以开采沉陷规律和模型为基础,运用数字地形分析、遥感影像融合等技术,揭示了黄土高原煤矿区山地开采沉陷引起的地表坡度、坡长、植被覆盖3大因子在空间上的改变量以及由此导致的土壤侵蚀变化量,并分析了土壤侵蚀的变化机制。研究结果表明:2001-2010年,研究区因开采沉陷导致地表平均坡度减少0.025°,平均坡长因子减少0.139;沉陷区内土壤侵蚀量不变、减小和增大的土地面积分别为3.083、3.412和4.707 km2,沉陷区外土壤侵蚀量减小和增大的土地面积分别为0.143和0.023 km2,土壤侵蚀总量减少78426.95 t,平均减小689.892t/(km2·a);开采沉陷导致坡长因子变化,对土壤侵蚀的影响波及到沉陷区以外的部分地区;山地开采沉陷对土壤侵蚀的影响与平地差异明显,不存在绝对的正向或负向影响,并且在沉陷区内外均可能为正向或负向,其结果与原地貌及沉陷幅度、区位密切相关;沉陷可能导致坡面下游区域的汇水面积和坡长因子变化。该研究结论为山地矿区土壤侵蚀区位、侵蚀量预测提供依据。     

土地利用变化与土壤侵蚀关系的研究进展

土地利用变化是全球环境变化研究的核心领域,不合理的土地利用加速了土壤侵蚀.本文从土地利用的方式、数量、质量和空间结构等方面概述了国内外关于土地利用变化与土壤侵蚀关系的研究进展,重点介绍了与土地利用和经营有关的土壤侵蚀预报预测模型.     

黄土高原丘陵沟壑区的土壤侵蚀与土地利用

黄土高原丘陵沟壑区生态农业建设的目标是调和自然和人类的关系,不合理的土地利用是导致土壤侵蚀的主要因素,控制严重的土壤侵蚀并改善提高当地人民的生活水平,合理利用土地资源调整土地利用结构是建设秀美山川的根本出路。     

~(137)Cs示踪采煤沉陷坡土壤侵蚀及其对土壤养分的影响

为更好地理解矿区土壤退化机理,该文利用137Cs技术研究了焦作矿区具有15a沉陷历史的采煤沉陷坡土壤侵蚀特征及其对土壤养分的影响。沉陷坡137Cs含量从坡顶到下坡逐渐降低,及至坡脚急剧增大且表现出最高的值。基于137Cs本底(1 645 Bq/m2),沉陷坡坡顶至下坡表现为土壤侵蚀,而坡脚为土壤沉积。沉陷坡土壤侵蚀高达3.75 kg/(m2·a),属于中度侵蚀。沉陷坡土壤黏粒含量沿下坡方向增加,表明水蚀的分选性搬运。与对照区相比,沉陷坡侵蚀区土壤总有机碳(total organic carbon,TOC)、水溶性有机碳(water-soluble organic carbon,WSOC)、全氮、碱解氮、全磷、有效磷含量均出现了显著降低(P0.05);沉积区除WSOC显著降低(P0.05)外,其他养分含量变化不明显(P0.05)。在沉陷坡的侵蚀区,TOC与WSOC含量沿下坡方向逐渐减小,表现出与137Cs一致的分布格局;其他养分含量的坡面变化与137Cs分布不一致。相较于对照区,WSOC/TOC与碳氮比、碳磷比在沉陷坡侵蚀强烈的坡位分别出现了显著增大与降低(P0.05)。研究结果表明:1)焦作矿区自采煤沉陷坡形成以来发生了较严重的水蚀;2)侵蚀引起的土壤再分配影响沉陷坡土壤碳、氮、磷动态,其中,土壤再分配对土壤碳动态的影响最强;3)在土壤侵蚀作用下,采煤沉陷坡侵蚀强烈的坡位土壤有效态碳、氮、磷养分潜在的侵蚀风险大。采煤沉陷坡土壤侵蚀及其对土壤养分的不利影响应引起矿粮复合区土地整治的关注。     

不同区域土地利用与土壤侵蚀空间关系研究

在总结土地利用与土壤侵蚀空间关系一般研究方法的基础上,引入并修正了土壤侵蚀强度综合指数和区域土壤侵蚀强度综合指数,对整个中国境内、辽河中下游地区、南水北调丹江口水库水源区湖北部分和广东省惠东县4个区域土地利用类型与土壤侵蚀强度空间关系进行了定量比较分析。结果表明:不同区域土地利用类型的土壤侵蚀序列各不相同,而同一区域不同时期土地利用类型的土壤侵蚀序列不确定;新出现的难利用地比长期闲置的难利用地土壤侵蚀发生率高;草地土壤侵蚀发生率偏高;耕地中旱地的土壤侵蚀发生率高;建设用地建设时土壤侵蚀强度大,而建成后土壤侵蚀强度小。     

农牧交错带土地利用的土壤侵蚀状况分析

土地是人类赖以生存的根本。土壤侵蚀会导致土地资源的退化，造成环境恶化。农牧交错带是我国一个独特的地理景观，对它的研究在生态、区域发展上有重要意义。在定义土壤侵蚀指数的基础上．以土地资源类型为单元，以遥感与GIS为技术支撑，分析不同土地资源类型下土壤侵蚀类型与强度．阐明土地资源的土壤侵蚀背景，揭示出两之间的关系，并作了区域上的分析。结果认为在我国农牧交错带的东部草地退化，西部沙化严重，亟需治理。     

土壤侵蚀的现状和预测

本文分析了苏联欧洲国土部分一些地区土壤侵蚀发展的现状,并对以后的变化做了预测.指出目前该区域农业侵蚀程度已达60%～70%.在最近的100年中,土壤侵蚀面积增加了5%～6%,而中等侵蚀类土壤的比重增加了50%～100%.在比较长远的将来,土壤侵蚀面积的增长速度将有所减慢,但同时强度侵蚀类士壤的比重将增大.     

基于GIS和RS的土地利用与土壤侵蚀关系研究——以冀北地区为例

 冀北地区土壤侵蚀以水蚀和风蚀为主,根据水利部颁布的《土壤侵蚀分类分级标准》(1997),参考有关学者提出的土壤风蚀强度分级指标,构建研究区土壤侵蚀强度的分级指标。运用GIS和RS技术,提取土地利用、坡度、植被覆盖度、土壤质地等信息,通过GIS空间叠加分析,得出冀北地区土壤侵蚀强度分级图,详细研究土壤侵蚀强度的空间分布特征;进一步与土地利用图叠加,分析不同土壤侵蚀强度下的土地利用特征和不同土地利用类型的土壤侵蚀状况。     

喀斯特地区县域土壤侵蚀估算及其对土地利用变化的响应

喀斯特地区土层浅薄,不合理的土地利用导致严重的水土流失,加剧石漠化程度.为定量分析生态工程实施前后土壤侵蚀状况及其对土地利用变化的响应,基于GIS技术和RMMF模型,对环江县1991、2000和2010年土壤侵蚀进行模拟,并采用邻近水文站和径流小区泥沙监测数据进行验证.结果表明:1991、2000和2010年研究区土壤侵蚀模数分别为76.36、76.46和49.60t/(km2·a),与相关监测数据比较一致;土壤侵蚀总量分别为34.76万、34.80万和22.58万t,主要来源于非喀斯特区(均约占全县侵蚀总量的94％).研究区微度侵蚀面积占90％以上,轻度及以上等级所占比例较小.对比不同土地利用类型的土壤侵蚀模数,旱地远大于其他类型,其次是中覆盖度草地和其他林地.相同降雨条件下,由于旱地面积减少,2010年土壤侵蚀量较1991年减少4.21万t;2010年喀斯特区、非喀斯特区土壤侵蚀量较2000年分别减少了4.21％和8.76％.这预示生态工程实施后,环江县耕地减少、林地增加,土壤侵蚀减少.本研究为评估喀斯特地区土壤侵蚀现状以及退耕还林的水土保持效应提供参考依据.     

应用遥感技术对中国亚热带地区坡地利用及土壤侵蚀的研究

This paper introduces briefly two remote sensing case studies on land use in the subtropic region of China. One is on slope land use in the Yangtze River Three Gorges area. This is a large area of 60497 km². First of all, geometric correction and supervised classification were conducted for ten scenes of Landsat-5 TM or MSS images. The resolution of the processed images is 50 m × 50 m on ground. By the classification the land use/cover categories in this area were discriminated. Then the croplands including rice fields and upland fields were extracted from the land use/cover maps. Simultaneously the slope grade maps were prepared based on the topographic maps. Overlaying the slope grade maps and the cropland maps, the area and percentage of the croplands in different slope grades were determined. This case study indicated that 71.5% of the uplands was situated on the slope above 150 and 25% on the slope above 250 in this area. It is dangerous, and urgent cultivation or engineering measures should be taken. Another case study is on soil erosion in Linshan County of Guangxi Province. Airphoto interpretation and supervised classification of a Landsat TM image were carried out for discriminating land cover/use categories in an area of 3 557.8 km². And the soil erosion intensity grades were determined according to the land cover/use maps and slope maps. It wad discovered that the land suffering soil erosion accounted for 2404.0 km², 67.6% of the total area of the county. Necessary measures to control soil erosion should be taken also.     

东露天煤矿区采矿对土地利用和土壤侵蚀的影响预测

黄土区大型露天矿区是一种剧烈的人工扰动区域,采矿活动对土地资源和生态与环境破坏非常严重,正确预测人工开采引发的人为加速土壤侵蚀与土地利用变化,可为生态脆弱煤矿区的生态恢复和重建提供依据。该文采用RS、GIS技术、统计分析、类比和趋势外推相结合的方法,对东露天矿区2005～2080年的土地利用变化和水土流失进行了预测性研究。结果表明：75年间,在没有采取生态重建的措施下,农用地减少3666.07 hm²,未利用地减少1402.13 hm²,居民点用地减少121.80 hm²,全部变为独立工矿用地。土地利用结构和类型由多样性向单一类型的裸露的独立工矿用地发展,水土流失量由54.50万t/a变为77.85万t/a。     

Effects of land use on soil erosion and nitrogen loss in the hilly area of the Loess Plateau,China

This study examines the effects of land use and slope angle on runoff, soil loss and nitrogen loss from hillslopes of the Loess Plateau in China. Farmland, wasteland and four forest treatments (sea buckthorn+poplar, immature sea buckthorn, mature sea buckthorn, and immature Chinese pine) were the types of land use that were compared. The results showed that July was the critical period for runoff, soil loss and nitrogen loss from farmland. Farmland was the most susceptible land use. Sea buckthorn+poplar, immature sea buckthorn, and mature sea buckthorn limited the runoff, soil loss and nitrogen loss. Farmland on slopes over 15 degrees should be abandoned because of the high erosion rate and nitrogen loss. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

Temporal and spatial changes of soil erosion under land use and land cover change based on Chinese soil loss equation in the typical watershed on the Loess Plateau

Land use and land cover change (LULCC) directly affect the temporal and spatial change of soil erosion. As a typical governance watershed in the hilly and gully area of the Loess Plateau, the Jiuyuangou watershed has experienced significant LULCC in the past 10 years due to conversion of farmland to forests, economic construction, and cropland abandonment. However, the evolution process of soil erosion change and LULCC in the watershed is unclear, as is the relationship between the two. This study used satellite images to extract information on LULCC in the watershed and the Chinese soil loss equation (CSLE) model to evaluate the temporal and spatial evolution of soil erosion in the watershed from 2010 to 2020. The main results showed that (1) the continuous vegetation restoration project in the watershed reduced soil erosion from 2010 to 2015; however, the increased frequency of extreme rainfall events after 2015 reduced its impact. The annual average soil erosion modulus decreased from 10.85 t ha⁻¹ year⁻¹ in 2010 to 8.03 t ha⁻¹ year⁻¹ in 2015 but then increased to 10.57 t ha⁻¹ year⁻¹ in 2020; (2) the main land use and land cover (LULC) type in the Jiuyuangou watershed is grassland, accounting for 62% of the total area, followed by forestland, cropland, buildings, and water. Cropland has the largest multi-year average soil erosion modulus, followed by grassland and buildings, with forestland having the smallest; (3) significant spatial correlations occurred between soil erosion change and LULCC for common ‘no change’ and common ‘gain’ in the settlements, roads, and areas near the human influences with good soil and water conservation, but not other regions due to the influence of climatic factors (heavy rain events). Thus, we should repair terraces, control dams in the watershed, and actively conserve water and soil. This study provides a scientific reference for planning and managing water and soil conservation and ecological environment construction in the watershed.     

黄土丘陵区不同坡度、土地利用类型与降水变化的水土流失分异

 为了确定不同坡度、土地利用类型及降水参数对水土流失的影响,通过黄土丘陵区坡耕地、草地的3个坡度(10°,15°和20°)小区连续14年的径流、侵蚀观测数据,分析不同坡度、土地利用模式和降水变化的水土流失分异。试验结果表明:1)坡耕地水土流失量随坡度的升高而增加,20°小区显著大于10°和15°小区;草坡地小区的年水土流失量也随坡度变化,不同坡度小区之间没有显著性差异。2)坡耕地与草地的水土流失量具有显著性差异,坡耕地年均径流量和侵蚀量分别为草地的1．8倍和13．9倍,与草地比较,坡耕地明显地增加水土流失风险。3)不同土地类型水土流失模数受年降水变化的影响效应不同。坡耕地水土流失量受少数强降水控制,年径流量、侵蚀量与年降水量、产流降水量之间无显著性相关;草地的年径流量、侵蚀量分别与年产流降水量、年降水量显著相关。4)坡耕地的水土流失受降水量(P)、最大30min降水强度(I30)和综合降水指数(PI30)的显著影响,但各因素的决定系数不同,影响系数次序为PI30>I30>P。草地的径流与降水变量关系与坡耕地一致,但次侵蚀量仅与I30变化的显著性影响,而与P、PI30无显著性相关。草地的水土流失量受坡度差异以及降水变化的影响较弱,表明草地能够有效地控制水土流失,对荒坡草地采取保护措施以促进植被、土壤的进展恢复。坡耕地水土流失变化与坡度、降水变量的关系更为直接,通过降低坡度、休耕和免耕等耕作模式,减少土壤扰动和增加地面植被盖度,可有效减少水土流失。     

Effects of land use on soil erosion and nutrient loss in the Three Gorges Reservoir Area, China

Abstract. By comparing field measurements from 1989, 1997, and 1998, the differences between farmland (sloping farmland, sloping farmland with contour cultivation, terraced farmland) and orchard (terraced orchard, unterraced orchard), in the Three Gorges Reservoir Area, were significant for runoff ( P <0.01), erosion ( P <0.05) and nutrient loss ( P <0.05). Taking into account economic costs and environmental influences, reasonable and sustainable land use on slopes of 25° in the Three Gorges Reservoir Area should be unterraced orchard.     

黄土区采煤塌陷对土壤水力特性的影响*

通过对山西省平朔矿区塌陷区、原地貌和复垦区进行调查采样和实验室分析,研究采煤塌陷对土壤容重、含水量、田间持水量、饱和导水率和土壤崩解速率等指标的影响。结果表明:塌陷区土壤容重、含水量和田间持水量处于弱变异到中等变异区间,饱和导水率和崩解速率均为强变异;塌陷虽使土壤容重增加,但影响幅度不大;土壤含水量受塌陷影响规律不明显;田间持水量受塌陷影响明显(p0.05),较未受损地区降低6.2%~15.5%;在采煤塌陷的影响下,土壤饱和导水率和崩解速率显著增加(p0.05);复垦区土壤水力特性与原地貌没有显著差异(p0.05),且各层次之间差异性也不显著(p0.1)。