不同坡度下紫色土地表微地形變化及其對(duì)土壤侵蝕的影響

本文以福建省山區(qū)為例,在對(duì)福建省水土保持實(shí)驗(yàn)站、建甌市?？育埶帘３衷囼?yàn)站長(zhǎng)期觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)資料深入分析對(duì)比的基礎(chǔ)之上,探討了土地利用/土地覆被變化對(duì)土壤侵蝕的影響規(guī)律。分析結(jié)果表明,土地利用/土地覆被變化對(duì)徑流的產(chǎn)生和土壤侵蝕有重要影響,植被的覆蓋度的變化直接影響著徑流系數(shù)和土壤侵蝕模數(shù);植被的覆蓋度和徑流系數(shù)呈負(fù)線性關(guān)系,隨著覆蓋度的增加徑流系數(shù)逐漸減小;植被覆蓋度和土壤侵蝕模數(shù)為負(fù)指數(shù)關(guān)系,隨著植被覆蓋度的增大,土壤侵蝕模數(shù)急劇下降。

喀斯特地區(qū)土層淺薄,不合理的土地利用導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失,加劇石漠化程度。為定量分析生態(tài)工程實(shí)施前后土壤侵蝕狀況及其對(duì)土地利用變化的響應(yīng),基于gis技術(shù)和rmmf模型,對(duì)環(huán)江縣1991、2000和2010年土壤侵蝕進(jìn)行模擬,并采用鄰近水文站和徑流小區(qū)泥沙監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明:1991、2000和2010年研究區(qū)土壤侵蝕模數(shù)分別為76.36、76.46和49.60t/(km~2·a),與相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較一致;土壤侵蝕總量分別為34.76萬(wàn)、34.80萬(wàn)和22.58萬(wàn)t,主要來源于非喀斯特區(qū)(均約占全縣侵蝕總量的94%)。研究區(qū)微度侵蝕面積占90%以上,輕度及以上等級(jí)所占比例較小。對(duì)比不同土地利用類型的土壤侵蝕模數(shù),旱地遠(yuǎn)大于其他類型,其次是中覆蓋度草地和其他林地。相同降雨條件下,由于旱地面積減少,2010年土壤侵蝕量較1991年減少4.21萬(wàn)t;2010年喀斯特區(qū)、非喀斯特區(qū)土壤侵蝕量較2000年分別減少了4.21%和8.76%。這預(yù)示生態(tài)工程實(shí)施后,環(huán)江縣耕地減少、林地增加,土壤侵蝕減少。本研究為評(píng)估喀斯特地區(qū)土壤侵蝕現(xiàn)狀以及退耕還林的水土保持效應(yīng)提供參考依據(jù)。

依據(jù)史料和已有研究,恢復(fù)了洛川塬土地利用的演變過程及其對(duì)土壤侵蝕的影響。研究表明,清至民國(guó)時(shí)期是一個(gè)由土地墾殖的初步恢復(fù)到土地墾殖力度的增強(qiáng)、墾殖范圍的擴(kuò)大,再至戰(zhàn)亂、自然災(zāi)害后期的重建以及民國(guó)時(shí)期土地墾殖發(fā)展的過程。地貌的復(fù)雜性、降水的不穩(wěn)定性,對(duì)土地開墾造成客觀限制;政策制度的推行對(duì)土地開墾起到主導(dǎo)作用;而人口因素是土地開墾的根本動(dòng)力。土地開墾面積隨不同時(shí)期的人口變化而呈現(xiàn)顯著差異,即土地開墾面積和人口數(shù)量之間成正相關(guān)關(guān)系。洛川塬環(huán)境伴隨著人口增長(zhǎng)、土地利用強(qiáng)度增強(qiáng)而逐步惡化。這種惡化是地理環(huán)境系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力減弱,繼而引發(fā)土壤侵蝕加劇,并呈現(xiàn)為人為加速侵蝕和自然侵蝕交相混合的共同作用。

采用gis空間分析與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的方法,通過在arcgis8.1的grid模塊中,對(duì)瀾滄江流域南段土地的柵格(grid)圖進(jìn)行地圖代數(shù)運(yùn)算,形成具有復(fù)合數(shù)據(jù)的新grid數(shù)據(jù)表;對(duì)新生成grid屬性表的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算,獲得研究時(shí)段內(nèi)不同空間范圍的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣數(shù)據(jù)及各類用地上的土壤侵蝕數(shù)據(jù);通過土壤侵蝕綜合指數(shù)(index)的計(jì)算,反映了不同區(qū)域、不同土地利用類型上的土壤侵蝕程度及其變化.研究結(jié)果表明,耕地、其它林地、低覆蓋度草地上土壤受侵蝕的可能性較其它用地類型大;耕地、中覆蓋度草地、水域的土壤侵蝕強(qiáng)度較其它用地類型大;土地利用變化對(duì)土壤侵蝕變化的影響在瀾滄江中游和下游區(qū)域表現(xiàn)較為明顯,而在上游區(qū)域不明顯;上游區(qū)域土壤侵蝕的主導(dǎo)因素不是土地利用及其變化,而是地形、氣候等其它因素.

西南岔河為湯旺河一級(jí)支流,隨著人類活動(dòng)對(duì)下墊面的影響,河道內(nèi)的懸移質(zhì)泥沙含量逐年增多。本文應(yīng)用swat(soilandwaterassessmenttool)分布式水文模型構(gòu)建了流域水沙模型,研究分析了西南岔河流域1995—2015年土地利用空間變化對(duì)土壤侵蝕的影響,模擬分析了綠化對(duì)減輕水土流失的作用,為當(dāng)?shù)厮帘３诌x擇灌木品種和種植規(guī)模提供依據(jù)。

利用usle方程和徑流場(chǎng)對(duì)大姚縣水土保持生態(tài)修復(fù)區(qū)土壤侵蝕進(jìn)行監(jiān)測(cè),旨在探討采取退耕還林、封禁、坡改梯等修復(fù)措施后,土地利用變化對(duì)修復(fù)區(qū)土壤侵蝕的影響。研究結(jié)果表明:高強(qiáng)度土壤侵蝕主要發(fā)生在坡耕地特別是陡坡耕地,而林地和梯地少有發(fā)生;經(jīng)過退耕還林增加林地面積和坡改梯后,土壤侵蝕現(xiàn)象得到緩解,流失面積減少2867.35hm2。

1土壤侵蝕量計(jì)算模型 關(guān)于土壤侵蝕量的計(jì)算，目前國(guó)內(nèi)外主要采用的是美國(guó)的通用土壤流失方程 usle(universalsoil-lossequation)，作為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型，它是土壤侵蝕研究過程中的 一個(gè)偉大的里程碑，在土壤侵蝕研究領(lǐng)域一度占據(jù)主導(dǎo)地位，并深刻地影響了世界各地土壤 侵蝕模型研究的方向和思路。由于usle模型形式簡(jiǎn)單、所用資料廣泛、考慮因素全面、因 子具有物理意義，因此不僅在美國(guó)而且在全世界得到了廣泛應(yīng)用?！巴ㄓ猛寥懒魇Х匠淌健?的形式如下： pcslkra1-1 式中：a——土壤流失量（噸∕公頃·年） r——降雨侵蝕力指標(biāo)； k——土壤可蝕性因子。它是反映土壤吝易遭受侵蝕程度的一個(gè)數(shù)字。其單位是， 在標(biāo)準(zhǔn)條件下，單位侵蝕力所產(chǎn)生的土壤流失量； l——坡長(zhǎng)因子。當(dāng)其它條件相同時(shí)，實(shí)際坡長(zhǎng)與標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)坡長(zhǎng)（2

論述了基于柵格gis土壤侵蝕地形因子的計(jì)算方法和流程,在arcgis柵格模塊中利用aml開發(fā)了通用土壤流失方程地形因子的計(jì)算程序,并給出了程序核心部分的編碼。實(shí)際應(yīng)用表明,計(jì)算結(jié)果的精度依賴于數(shù)據(jù)源的精度。

土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表（sl190-96） 級(jí)別平均侵蝕模數(shù)[t/(km2·a)]平均流失厚度（mm/a） 西北黃土 高原區(qū) 東北黑土區(qū)/ 北方土石山區(qū) 南方紅壤丘 陵區(qū)/西南 土石山區(qū) 西北黃土 高原區(qū) 東北黑土區(qū)/ 北方土石山區(qū) 南方紅壤丘 陵區(qū)/西南土 石山區(qū) 微度＜1000＜200＜500＜0.74＜0.15＜0.37 輕度1000-2500200-2500500-25000.74-1.90.15-1.90.37-1.9 中度2500-50001.9-3.7 強(qiáng)度5000-80003.7-5.9 極強(qiáng)度8000-150005.9-11.1 劇烈＞15000＞11.1 注：本表流失厚度系按土壤容重1.35g/cm3折算，各地可按當(dāng)?shù)赝寥廊葜赜?jì)算之。 土壤侵蝕程度分級(jí)指標(biāo)* 程度 劣地或石 質(zhì)坡地占 該地面積

利用侵蝕－生產(chǎn)力評(píng)價(jià)模型（erosion－productivityimpactcalculator，簡(jiǎn)稱epic）模型對(duì)紫色土小流域土壤可蝕性k值進(jìn)行估算，研究紫色土丘陵區(qū)小流域的土壤可蝕性k值空間變異特征。結(jié)果表明：（1）土壤顆粒組成的變化是影響紫色土小流域土壤可蝕性大小的主要因素，沙粒含量越高，土壤可蝕性k值愈大，粉粒、黏粒、有機(jī)質(zhì)的含量越高，土壤可蝕性k值愈??；（2）流域中6種不同土地利用條件下可蝕性指標(biāo)k均值排序?yàn)榛牟莸兀靖涕倭值兀抉R尾松林地＞槐樹林地＞甘薯地＞玉米地；（3）研究區(qū)紫色土小流域土壤可蝕性k值總體分布趨勢(shì)是自東向西隨著流域海拔的降低而降低，呈條帶狀分布，南北兩側(cè)高，中間低。隨著海拔的降低，除槐樹林外，5種地類的可蝕性指標(biāo)k值大致呈減小趨勢(shì)，表現(xiàn)為k上游＞k中游＞k下游；在槐樹林地則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，表現(xiàn)為k上游＜k中游＜k下游。

以貴州省關(guān)嶺縣為例,利用1987和1999年兩個(gè)時(shí)段tm影象和相關(guān)資料,分析研究區(qū)12年間的土地利用/土地覆被變化及其土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)現(xiàn):(1)研究區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化較大,年均土地利用綜合動(dòng)態(tài)指數(shù)為1.36%;(2)旱地和草地互相轉(zhuǎn)化比例高,草地開墾為旱地和旱地棄耕為草地的動(dòng)態(tài)變化幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過旱地和草地最終面積變化的幅度;(3)山區(qū)土地利用的空間變化主要體現(xiàn)在垂直方向;(4)研究區(qū)裸土面積下降,一部分被植被覆蓋,另一部分由于土壤流失殆盡,形成裸露基巖,故植被覆蓋率和基巖出露率上升;(5)石漠化程度加劇,其中旱地石漠化發(fā)展速度最快;(6)土壤侵蝕形勢(shì)嚴(yán)峻。

隨著鄱陽(yáng)湖流域開發(fā)進(jìn)程加快,土地利用類型勢(shì)必發(fā)生轉(zhuǎn)移,從而對(duì)鄱陽(yáng)湖流域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。為了能反映鄱陽(yáng)湖流域由于土地利用變化對(duì)土壤侵蝕的影響效應(yīng),本文通過采用3s技術(shù)手段,獲取鄱陽(yáng)湖流域土地利用空間數(shù)據(jù)與土壤侵蝕數(shù)據(jù),引入土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣指數(shù)和土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù),對(duì)鄱陽(yáng)湖流域土地利用變化和土壤侵蝕效應(yīng)空間關(guān)系進(jìn)行定量分析。結(jié)果表明:①1985年～2000年間,影響鄱陽(yáng)湖流域土壤侵蝕強(qiáng)度變化的土地類型主要集中在農(nóng)田、林地和草地,而水域、工礦居民用地與未利用地三種土地類型對(duì)土壤侵蝕強(qiáng)度變化總體變化不大;②加重土壤侵蝕強(qiáng)度的主要是林地轉(zhuǎn)化為農(nóng)田、林地轉(zhuǎn)化為草地、草地轉(zhuǎn)化為農(nóng)田;而土地利用類型農(nóng)田轉(zhuǎn)化為林地、林地內(nèi)部之間的轉(zhuǎn)化減輕了侵蝕強(qiáng)度。土地利用類型和土壤侵蝕強(qiáng)度之間的定量研究結(jié)果反映了土壤侵蝕效應(yīng)的變化,與鄱陽(yáng)湖流域的水土流失現(xiàn)實(shí)情況一致。

隨著我國(guó)高速公路的建設(shè)發(fā)展,工程施工期對(duì)于土壤侵蝕的重視不夠,臨時(shí)綜合防治措施不夠及時(shí)有效,從而導(dǎo)致大量的土壤侵蝕,對(duì)環(huán)境造成破壞性的影響。本文以河池至都安線高速公路三標(biāo)段路線為例,對(duì)高速公路施工期土壤侵蝕的影響因素進(jìn)行研究,分析了高速公路工程施工過程中土壤保護(hù)措施體系,為以后類似工程施工提供參考。

以寧化縣紫色土區(qū)油茶成熟人工林、馬尾松成熟人工林、杉木成熟人工林及闊葉林4種森林類型為研究對(duì)象,研究了該4種森林類型0~10、10~20cm土層的土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶等4種土壤酶活性差異,并進(jìn)一步分析了土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性。結(jié)果表明,4種森林類型的土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性均隨著土層深度的加大呈降低趨勢(shì)。4種森林類型的土壤蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性存在顯著差異,其中油茶人工林的土壤脲酶和酸性磷酸酶活性最高,馬尾松林蔗糖酶活性最高,而杉木林的土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性基本處于最低水平;影響4種土壤酶活性最關(guān)鍵的理化因子為土壤容重、全c含量、全n含量和有效p含量。

根據(jù)深圳市水土流失調(diào)查資料和產(chǎn)沙觀測(cè)數(shù)據(jù),通過選取影響水土流失的主要因子:地形、植被、降雨、土壤、城市化人為影響因子等,建立了符合深圳地區(qū)的多元回歸方程,其中城市化人為影響因子是根據(jù)城市水土流失現(xiàn)狀提出的,并通過深圳3個(gè)水保試驗(yàn)站的調(diào)查資料反推求得。通過兩組實(shí)測(cè)資料檢驗(yàn),表明建立的模型具有較高的精度,能夠較好的反映深圳地區(qū)的水土流失特點(diǎn)。

廢黃河沙土區(qū)是水土流失比較嚴(yán)重地區(qū),通過對(duì)廢黃河上、中、下游3個(gè)典型地帶徑流小區(qū)2006年觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)分析,獲得廢黃河沙土區(qū)不同下墊面坡面條件下的土壤侵蝕狀況。結(jié)果分析表明,一般農(nóng)地土壤年侵蝕量在1191～2714t/km2之間;林地在550～1157t/km2;溝坡在7779～8658t/km2(坡度17°～22°)。其中,農(nóng)地受人工擾動(dòng)后的土壤年侵蝕量約為未擾動(dòng)農(nóng)地侵蝕量的2～4倍。

對(duì)貴州中部喀斯特山區(qū)不同土地利用方式(闊葉林地、灌木林地、灌叢草地、耕地)對(duì)土壤、地表徑流和淺層地下水進(jìn)行采樣與分析。結(jié)果表明,在喀斯特山區(qū)土地利用模式從闊葉林地—灌木林地—灌叢草地方向的演變過程中,土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀、交換性鈣鎂含量出現(xiàn)明顯的下降,粘粒含量增加,土壤質(zhì)量出現(xiàn)退化,耕地有機(jī)質(zhì)含量明顯低于林地和草地;耕地地表徑流中so42-,nh4+,po43-,cod均顯著高于林地和草地;淺層地下水的so42-,nh4+,no3-,po43-,cod也顯著增加;土地利用由林地變?yōu)楦睾?地下水質(zhì)量出現(xiàn)一定程度的下降。

結(jié)合江西省水土保持科學(xué)研究所已完成的公路水土保持監(jiān)測(cè)工作,總結(jié)了體積法和樁釘法等土壤侵蝕常規(guī)監(jiān)測(cè)方法和技術(shù)在實(shí)踐中的運(yùn)用,計(jì)算了贛定高速公路建設(shè)期土壤侵蝕模數(shù)和平均每千米土壤侵蝕模數(shù)分別為14524t/(km2.a)和114t/(km2.a);公路項(xiàng)目建設(shè)期重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域土壤侵蝕模數(shù)技術(shù)指標(biāo)分別為取土場(chǎng)邊坡22540t/km2.a,臺(tái)面10500t/(km2.a);棄土場(chǎng)邊坡25990t/(km2.a),臺(tái)面14010t/(km2.a);路堤、路塹和施工場(chǎng)地邊坡分別為16270t/(km2.a)1、4450t/(km2.a)6、590t/(km2.a).

應(yīng)用遙感技術(shù)評(píng)估了印度北部paligad山地流域過去幾十年里土地利用土地覆蓋變化及其造成的土壤侵蝕程度,并基于摩根參數(shù)模型(morganparametricmodel)的方法來測(cè)定土壤的侵蝕程度;結(jié)果表明,由于不同的坡向受到太陽(yáng)光照的不同可以引起土地覆蓋的變遷;海拔和坡度已不再是阻礙人們獲取自然資源的因素,人們的活動(dòng)范圍正轉(zhuǎn)移到更高的海拔和更陡峭的坡度;揭示了土地利用土地覆蓋變化對(duì)土壤侵蝕進(jìn)程有著直接的影響。

公路建設(shè)對(duì)沿線的自然生態(tài)環(huán)境有較明顯的不利影響。如何科學(xué)布置水土保持措施,有效防治公路工程侵蝕,探索出一條公路建設(shè)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的途徑是西部大開發(fā)戰(zhàn)略順利實(shí)施亟待解決的問題。以繞渝高速公路西段為例,對(duì)公路建設(shè)項(xiàng)目的土壤侵蝕特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)分析,并提出建立集預(yù)防監(jiān)督管理、工程措施、林草措施、臨時(shí)防護(hù)措施、水土保持監(jiān)測(cè)等為一體的水土流失綜合防治體系,有效防治公路建設(shè)項(xiàng)目引起的土壤侵蝕。

土壤是人類生存和發(fā)展的必要物質(zhì)基礎(chǔ),土地利用方式的改變直接影響土壤性質(zhì)。從土壤理化性質(zhì)和微生物特性兩個(gè)方面,綜述了土地利用變化對(duì)土壤性質(zhì)的影響,旨在為土地有效利用及可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

通過對(duì)土壤侵蝕預(yù)測(cè)及其模型的評(píng)述,提出了土壤侵蝕預(yù)測(cè)建模中存在的問題及對(duì)策。從目前已經(jīng)建立的坡面、小流域和區(qū)域不同空間尺度上的土壤侵蝕預(yù)測(cè)模型可知,各空間尺度上指標(biāo)的選擇和模型的建立,均是獨(dú)立進(jìn)行的,相互之間缺乏有機(jī)的聯(lián)系,不同空間尺度模型無(wú)法進(jìn)行有效的信息交換。隨著水土流失的治理已由點(diǎn)、小流域治理,進(jìn)入了大規(guī)模連片集中治理的階段,土壤侵蝕預(yù)測(cè)建模研究的重點(diǎn),應(yīng)轉(zhuǎn)向不同空間尺度土壤侵蝕預(yù)測(cè)模型之間的關(guān)系與轉(zhuǎn)換上來。通過建立不同空間尺度間土壤侵蝕預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)換模型,利用小尺度上實(shí)用的土壤侵蝕預(yù)測(cè)模型和數(shù)據(jù),對(duì)區(qū)域水土流失進(jìn)行定量預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià),具有重要的理論與實(shí)踐意義。