大姚縣生態(tài)修復(fù)區(qū)土地利用變化對土壤侵蝕的影響

西南岔河為湯旺河一級支流,隨著人類活動對下墊面的影響,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土壤侵蝕的影響,模擬分析了綠化對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)。

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.

土地利用/土地覆被變化及其環(huán)境效應(yīng)研究成為當(dāng)前土地變化科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。我國西南喀斯特山區(qū)山高坡陡,地形破碎,土壤侵蝕嚴(yán)重,不合理的土地利用方式是造成喀斯特山區(qū)土壤侵蝕的主要人文因素。本文采用\"3s\"技術(shù)和rusle模型,分析了近30年來貴州省貓?zhí)恿饔蛲恋乩?覆被變化的時(shí)空特征,模擬了不同土地利用空間格局下的土壤侵蝕狀況,探討了土地利用變化對土壤侵蝕的影響。結(jié)果表明:近30年來流域內(nèi)土地利用/覆被發(fā)生了顯著變化,1973年~1990年,水田、灌木林、其他林地、灌草地均在減少,旱地、有林地、水域、建設(shè)用地、裸巖地均在增加;1990年~2002年,水田、有林地、灌木林、灌草地、水域、城鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)用地均明顯增加,旱地和裸巖地均大幅度減少。流域土壤侵蝕模數(shù)由1973年的30.88t/(hm2.年)上升到1990年的35.08t/(hm2.年),2002年下降到28.16t/(hm2.年)。旱地和灌草地是流域發(fā)生土壤侵蝕的主要土地利用類型。封山育林、植樹造林和退耕還林,減少陡坡旱地,是流域進(jìn)行水土流失治理的有效措施。

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)土地利用動態(tài)變化較大,年均土地利用綜合動態(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)土壤侵蝕形勢嚴(yán)峻。

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土地利用變化的響應(yīng),基于gis技術(shù)和rmmf模型,對環(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)測數(shù)據(jù)比較一致;土壤侵蝕總量分別為34.76萬、34.80萬和22.58萬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,輕度及以上等級所占比例較小。對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)。

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)。

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土壤侵蝕的影響。研究表明,清至民國時(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,對土地開墾造成客觀限制;政策制度的推行對土地開墾起到主導(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、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。

隨著鄱陽湖流域開發(fā)進(jìn)程加快,土地利用類型勢必發(fā)生轉(zhuǎn)移,從而對鄱陽湖流域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。為了能反映鄱陽湖流域由于土地利用變化對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),對鄱陽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,與鄱陽湖流域的水土流失現(xiàn)實(shí)情況一致。

通過選擇3個(gè)具有不同地質(zhì)背景、氣候條件等環(huán)境特征的山西汾陽馬跑-郭莊巖溶泉域、湖南湘西大龍洞地下河流域、廣西桂江流域,對流域內(nèi)具有代表性的不同土地利用方式和覆被類型下墊面土壤20～50cm深處co2濃度進(jìn)行檢測。結(jié)果顯示,土地利用方式和覆被變化對3個(gè)流域巖溶土壤中20cm、30cm、40cm和50cm深處co2濃度具有明顯的影響作用:湖南湘西大龍洞地下河流域多數(shù)樣地土壤co2表現(xiàn)為隨土層的加深先增加后降低的雙向梯度;山西馬跑-郭莊泉域玉米地的土壤co2濃度比種植馬鈴薯的高,且隨著覆被條件由草地→灌叢→林地的改善,土壤的擾動性變小,co2濃度差趨于減少,變幅趨于穩(wěn)定。各個(gè)流域相同覆被類型,群落結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢種變化越小,土壤co2濃度變幅越小。

通過野外考察、典型剖面采樣及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研究了黃土高原洛川塬典型耕地轉(zhuǎn)變?yōu)樘O果園后土壤顆粒組成和土壤容重等土壤物理屬性的變異特征.研究結(jié)果表明：耕地改為蘋果園地后，在0~20cm土層中，土壤粘粒含量顯著增加(p<0.01)，其他土層沒有顯著變化；在0~60cm土層中，土壤容重顯著降低(p<0.01)；在60~100cm土層中，沒有顯著性變化.在剖面垂直方向上，耕地顆粒含量從表層向下隨著深度增加呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢，在20~40cm土層粘粒含量最高(17.18%)，容重最大(p<0.01)，而蘋果園0~60cm土層粘粒含量大于60~100cm土層，土壤容重則隨著土層深度的增加有降低的趨勢.可見，土壤容重和土壤顆粒中的粘粒含量均對土地利用變化表現(xiàn)出一定的敏感性.

土壤侵蝕是重要的環(huán)境公害,侵蝕造成土壤有機(jī)碳的大量遷移、轉(zhuǎn)化和流失,產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境問題,相關(guān)機(jī)理研究尚不清楚。闡述了水蝕和風(fēng)蝕兩種主要方式對土壤有機(jī)碳庫的影響,侵蝕和二氧化碳溫室氣體排放的關(guān)系。介紹了林地轉(zhuǎn)為農(nóng)田、草地以及草地轉(zhuǎn)為農(nóng)田等土地利用方式的改變對土壤有機(jī)碳庫的影響,免耕提高土壤固碳能力。提出了控制侵蝕,減少土壤碳流失的措施。

為更好地理解礦區(qū)土壤退化機(jī)理,選擇焦作采煤沉陷區(qū)4種代表性土壤景觀即有裂縫耕地、無裂縫耕地、有裂縫林地、無裂縫林地,評價(jià)土地利用與裂縫對沉陷土壤養(yǎng)分的影響.沉陷區(qū)耕地與林地2種利用方式中土壤有機(jī)碳(soc)、全氮(tn)、全磷(tp)含量差異不顯著(p＞0.05),但裂縫有無對這3個(gè)養(yǎng)分參數(shù)影響顯著(p＜0.05);土地利用方式(耕地、林地)與裂縫因素(裂縫有無)之間的交互作用對soc含量影響顯著(p＜0.05).沉陷區(qū)soc,tn,tp含量均表現(xiàn)為:無裂縫的林地與耕地＞有裂縫的林地與耕地(p＜0.05).與對照區(qū)相比,4種景觀的soc含量均顯著下降(p＜0.05),tn,tp僅在有裂縫的耕地與林地顯著降低(p＜0.05).研究結(jié)果表明,裂縫加劇了沉陷區(qū)耕地與林地的土壤c,n,p庫損失,尤其是c庫損失.在有裂縫情況下,沉陷耕地-林地轉(zhuǎn)變降低土壤c庫損失,但在無裂縫情況下,該轉(zhuǎn)變加劇土壤c庫損失.

為更好地理解礦區(qū)土壤退化機(jī)理,選擇焦作采煤沉陷區(qū)4種代表性土壤景觀即有裂縫耕地、無裂縫耕地、有裂縫林地、無裂縫林地,評價(jià)土地利用與裂縫對沉陷土壤養(yǎng)分的影響.沉陷區(qū)耕地與林地2種利用方式中土壤有機(jī)碳（s0c）、全氮（tn）、全磷（tp）含量差異不顯著〉0.05）,但裂縫有無對這3個(gè)養(yǎng)分參數(shù)影響顯著〈0.05）;土地利用方式（耕地、林地）與裂縫因素（裂縫有無）之間的交互作用對s0c含量影響顯著（p〈0.05）.沉陷區(qū)s0c,tn,tp含量均表現(xiàn)為：無裂縫的林地與耕地〉有裂縫的林地與耕地〈0.05）.與對照區(qū)相比,4種景觀的s0c含量均顯著下降〈0.05）,tn,tp僅在有裂縫的耕地與林地顯著降低〈0.05）.研究結(jié)果表明,裂縫加劇了沉陷區(qū)耕地與林地的土壤c,n,p庫損失,尤其是c庫損失.在有裂縫情況下,沉陷耕地-林地轉(zhuǎn)變降低土壤c庫損失,但在無裂縫情況下,該轉(zhuǎn)變加劇土壤c庫損失.

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分,其較小幅度的變化即影響到陸地植被的養(yǎng)分供應(yīng),同時(shí)可能影響到碳向大氣的排放而加劇全球氣候變化。本文概述了國內(nèi)外土壤碳庫和碳吸存的研究概況,并對土地利用和覆被變化對土壤碳庫和碳循環(huán)影響的最新研究進(jìn)展進(jìn)行了詳盡的闡述,旨在對科學(xué)地利用和保護(hù)有限的土壤資源,減緩?fù)寥乐袦厥覛怏w排放、增加土壤碳截存,提高土壤質(zhì)量,對退化土地的生態(tài)恢復(fù)及環(huán)境治理和保護(hù)提供理論參考。

以福州市南臺島為例,研究了不同土地利用/覆被變化對土壤全碳、全氮含量的影響。結(jié)果表明:1)不同土地利用方式下土壤全碳(totalcarbon,tc)、全氮(totalnitrogen,tn)含量均存在顯著差異(p0.05)。總體而言,城市化地區(qū)的土壤具有較大的變異性,存在明顯的人為干擾痕跡。

作為我國重要的糧食生產(chǎn)基地和淡水濕地集中分布區(qū),三江平原對于保障國家糧食安全和區(qū)域生態(tài)安全具有舉足輕重的地位。由于人類活動的劇烈影響,過去50年期間,三江平原土地利用/覆被發(fā)生了顯著變化。本文在分析1954年~2005年三江平原土地利用/覆被變化過程的基礎(chǔ)上,深入探索了土壤類型對土地利用/覆被變化過程的影響。結(jié)果表明,過去50余年中,三江平原土地利用/覆被變化劇烈,其中耕地增加了2.25倍,增加面積為385.55×104hm2。與耕地面積相對應(yīng)的是濕地、林地和草地的大幅度減少,減少面積分別為256.72×104hm2、66.92×104hm2和57.65×104hm2。草甸土、白漿土、沼澤土、暗棕壤和黑土為土地利用變化最為劇烈的幾種土壤類型,農(nóng)業(yè)開墾活動和耕地面積的增加是研究區(qū)土地利用變化的主要特征和主導(dǎo)因素,濕地、林地和草地減少區(qū)域的土壤類型與耕地增加區(qū)域的主要土壤類型一致。三江平原耕地開墾對土壤類型的選擇順序?yàn)?草甸土、白漿土→沼澤土→暗棕壤。這一現(xiàn)象表明耕地開墾首先從自然條件相對優(yōu)良的土壤資源-草甸土、白漿土進(jìn)行開發(fā);隨著草甸土和白漿土面積的迅速減少,沼澤土于1986年~1995年和1995年~2000年期間成為耕地開發(fā)最多的土壤類型;隨著以上3種土壤類型中可開墾的土地資源減少,暗棕壤于2000年~2005年期間成為耕地開發(fā)最多的土壤類型。

隨著我們對全球生態(tài)環(huán)境的重視程度不斷提升,影響生態(tài)系統(tǒng)的因素也不斷映入大眾的眼簾,而土地利用變化會對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生非常突出的影響,不但會導(dǎo)致地表結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化,同時(shí)也會對生態(tài)可持續(xù)發(fā)展有著明顯的作用.而關(guān)于土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)二者間的關(guān)系也已經(jīng)引起國際生態(tài)學(xué)、地理學(xué)方面的機(jī)構(gòu)、專家重視.本文主要從土地利用變化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響因素這兩個(gè)方面入手,著重研究二者間的具體關(guān)系,希望能夠我國的土地規(guī)劃工作提供一些參考借鑒.

本文通過研究土地利用/覆蓋變化和生態(tài)安全的相互關(guān)系,探討了兩者的相關(guān)性,并在此基礎(chǔ)上對我國土地利用/覆蓋情景模式下的生態(tài)安全進(jìn)行了深入分析,提出了相應(yīng)政策建議。

運(yùn)用gis技術(shù)對山西繁峙縣金方圓礦區(qū)土地復(fù)墾方案（2013—2028年）的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,對研究區(qū)進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算,分析了礦區(qū)土地利用類型變化及其所引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化。結(jié)果表明,2013—2028年間土地利用類型變化較大,其他草地、采礦用地、其他林地和裸地呈減少趨勢,有林地、灌木林地、人工牧草地呈增加趨勢;土地利用類型變化主要是其他草地和采礦用地向人工牧草地、灌木林地和有林地轉(zhuǎn)變,其中,以其他草地和采礦用地減少為主,人工牧草地呈平穩(wěn)增加趨勢;期間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢,研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值占比以林地和草地為主。礦區(qū)土地復(fù)墾方案的實(shí)施,驅(qū)使土地利用類型向著耕地、有林地和草地等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)較高的地類轉(zhuǎn)變,不斷提高礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量,對保障區(qū)域生態(tài)安全和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

農(nóng)業(yè)土地資源的利用對局部地區(qū)的生態(tài)環(huán)境有著重要的影響,本文從蘭州新區(qū)建設(shè)過程中土地資源的變化進(jìn)行研究,分析了蘭州新區(qū)生態(tài)環(huán)境的變化情況。結(jié)論是蘭州新區(qū)生態(tài)環(huán)境受到土地資源利用方式轉(zhuǎn)變的影響較大,在不同區(qū)域間表現(xiàn)出正面和負(fù)面的影響。

綜述土地利用/覆被變化(lucc)對區(qū)域氣候影響研究進(jìn)展,并對其研究熱點(diǎn)進(jìn)行分析。lucc對區(qū)域氣候各因素影響的研究仍然存在較多分歧,如lucc對溫度的作用是增是減,影響程度有多大,對降水有無影響以及降水的增減,今后需要更加深入的研究。

隨著全球環(huán)境問題的不斷出現(xiàn),如何利于有限的土地資源為人類社會發(fā)展創(chuàng)造更為有利的生存條件成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。本文先分析了新疆土地資源及其利用概況;然后討論了研究新疆土地利用和生態(tài)環(huán)境關(guān)系的意義;最后討論了新疆土地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的對策。