基于RUSLE模型的中国土壤水蚀时空规律研究

RUSLE模型是计算土壤水蚀的经典模型,在大尺度研究时参数率定比较困难。基于气候、土地覆盖、地形特征等空间分异特征,对RUSLE模型的降雨侵蚀力(R)、植被覆盖与管理因子(C)、水土保持措施因子(P)进行了率定,估算了2000、2005、2010、2015年的中国的土壤侵蚀量。结果表明:(1)土壤侵蚀强度较大的地区集中在中国长江中下游平原区、云贵高原、黄土高原区、昆仑山山麓区域,占统计总面积的9.65%。(2)土壤侵蚀明显增大的区域面积达10.36×10~4km~2,分布于新疆农田区、四川盆地、云贵高原东南部、长江中下游平原和东北平原。(3)土壤侵蚀显著改善的区域分布于黄土高原南部、秦岭地区和东南沿海地区,面积约13.6×10~4km~2。通过对RUSLE模型参数的率定,阐明了全国尺度土壤水蚀的时空分异规律,可对不同地区制定相应的土壤修复措施提供依据。     

基于GIS和RUSLE的滇南山区土壤侵蚀时空演变——以云南省元阳县为例

滇南山区土壤侵蚀时空演变研究对于水土保持规划及世界文化遗产区的生态保护具有重要意义。本研究基于RUSLE模型和GIS/RS空间信息技术,分析元阳县2005—2015年间土壤侵蚀状况的时空变化趋势,以及其侵蚀成因和影响机理。结果表明: 研究期间,元阳县土壤侵蚀空间分异显著,流失区主要集中于县域东南部、西南部,藤条江沿岸区域侵蚀广泛,极强度和剧烈侵蚀呈点状分布。元阳县2005—2015年平均土壤侵蚀模数为11.06 t·hm^-2·a^-1,微度和轻度侵蚀所占面积比例近80%,而轻度和中度侵蚀则构成了近50%的全年土壤侵蚀总量,是县域水土流失治理的重点侵蚀级别。研究期间,随着森林覆盖率的提高,县域水土流失有减缓趋势。元阳县地形复杂多变,土壤侵蚀分布与海拔、坡度有很大的相关性,这种分布格局的形成受自然和人为因素的共同影响,海拔500 m以下、1500 m以上且坡度25°～45°的山地区是水土防护治理的重点区域。     

利用SEDD模型模拟岷江上游小流域的年产沙量

以GIS为平台,建立了泥沙输移分布模型SEDD(sediment delivery distributed model),包括模拟流域年侵蚀量的修正通用水土流失方程RUSLE(revised universal soil loss equation)和模拟泥沙输移比SDR(sediment delivery ratio)的方程.利用该模型模拟了岷江上游黑水、镇江关流域的年侵蚀、产沙量及其空间分布特征.模拟结果表明:两个流域侵蚀强度以轻度和中度侵蚀为主,并伴有强度侵蚀;流域产沙量低,不到侵蚀总量的5%;泥沙输移比与流域产沙量的空间分布相似,均呈现在河流附近较高、其他区域接近零的格局;灌木林地和林地是主要的产沙源,两种类型的产沙量之和约占流域总产沙量的70%.     

成渝经济区土壤侵蚀的时空变化

土壤侵蚀是成渝经济区内生产性土地流失、养分损失、河道淤塞等生态环境问题的重要原因,制约着区域的可持续发展。本文基于GIS技术和RUSLE模型,对成渝经济区2000、2005和2010年的土壤侵蚀进行了计算,并对研究区土壤侵蚀强度的时空分布和变化特征进行了分析。结果表明,2000—2010年成渝经济区土壤平均侵蚀模数和土壤侵蚀量均呈增加趋势。从空间分布来看,研究区内微度侵蚀等级占绝对优势,超过全区土地面积的90%,表明总体上该区土壤侵蚀并不严重。但2005和2010年微度以上侵蚀等级的面积比例逐渐上升,表明研究区内由于快速的城镇化,造成了土地利用方式的不合理,从而加剧了土壤侵蚀恶化。2000—2010年微度侵蚀转化不明显,而其他土壤侵蚀强度类型的转化较为明显:2000—2005年轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀和极强烈侵蚀中超过50%转为低等级侵蚀强度类型,而在2005—2010年超过70%;2000—2005年轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀和极强烈侵蚀中转为高等级侵蚀强度类型的面积比例大约为30%,而在2005—2010年下降至20%,表明在实施退耕还林还草工程后,研究区内局部地区的水土保持工作取得一定成效。因此,要坚持以可持续发展的方式科学开发利用自然资源,建立完整的生态补偿机制,维护人与自然环境的供需平衡,加强水土保持综合治理,减少水土流失。     

基于RUSLE模型的珊溪水库流域土壤侵蚀定量估算

土壤侵蚀是当今世界面临的主要问题之一,其中水库流域的土壤侵蚀将会直接影响水库库容和水环境安全。本文以温州珊溪水库流域为研究区域,基于美国农业部开发的修正通用土壤流失方程(RUSLE),并结合地理信息系统(GIS)和遥感技术,评估研究区流域土壤侵蚀现状,并借助GIS空间叠加分析功能,定量分析流域土地利用类型、坡度与土壤侵蚀强度之间的关系。结果表明:该流域年均土壤侵蚀模数为3085.76 t·km-2·a-1,属于中度侵蚀;在土壤侵蚀强度上,微度侵蚀区域面积占流域面积的49.42%,极强度侵蚀和剧烈侵蚀区域面积占流域面积的10.93%。在土壤侵蚀量上,微度侵蚀区域侵蚀量仅占流域侵蚀总量的0.8%,极强度侵蚀和剧烈侵蚀区域侵蚀量占流域侵蚀总量的62.15%;林地面积最大,占流域面积70.21%,且林地的土壤侵蚀量占流域侵蚀量的70.92%,是研究区土壤侵蚀量的主要来源;将研究区划分为7个坡度带,其中[15!,25!)和[25!,35!)坡度带侵蚀面积和侵蚀量达55.12%和61.35%;研究还发现,土壤侵蚀强度与滑坡的发生存在一定的相关性,土壤侵蚀强度大的地方发生滑坡的可能性越大。因此,针对该研究区侵蚀强度较大的小面积区域,加强水土保持力度能有效改善整个研究区域的土壤侵蚀现状。     

基于遥感和GIS的水土流失动态监测——以河北省赤城县为例

以遥感和GIS技术为支撑,利用修正后的通用土壤流失方程RUSLE为评价模型,对河北省赤城县1990、2000年的土壤侵蚀量进行了计算,并结合水土流失强度分级标准,生成了赤城县水土流失强度分布图.在此基础上,对赤城县2000年的水土流失现状、空间分布及1990-2000年水土流失的变化及原因进行了分析.结果表明:赤城县2000年平均土壤侵蚀模数为17.64 t·hm-2·a-1,属于轻度侵蚀,水土流失区域主要集中在灌草地与旱地这两种土地利用类型;与1990年相比,赤城县2000年水土流失面积明显减少,减少面积达839.81 km2.由此可见,赤城县在1990-2000年期间水土流失治理效果显著.     

甘肃白龙江流域水土流失的景观生态风险评价

以青藏高原、黄土高原和秦巴山区三大地形交汇过渡带水土流失的典型流域——甘肃白龙江流域为研究区,结合RUSLE模型和生态风险评价方法,定量分析流域尺度的水土流失景观生态风险时空分异特征。结果表明:(1)白龙江流域水土流失景观生态风险较高,中等风险区以上面积占研究区总面积的48%;在空间上,白龙江两岸及其以北区域、岷江沿岸和迭部县西北部地区的景观生态风险高于其他地区。(2)景观生态风险格局变化不大,呈先增加后减弱的趋势,尤其在2002年后,低风险区迅速增加,其面积达280.89 km2,表明研究区水土流失治理效果显著。(3)水土流失的景观生态风险主要集中在未利用地和耕地(尤其是坡耕地),而林地的生态风险最低;武都区水土流失景观生态风险面积最大。今后重点治理的区域应集中在马街乡、洛塘镇、安化镇、汉王镇、鱼龙乡、浦田乡、熊池乡、桔柑乡和两水镇北部等区域。     

南方山区典型小流域桉树人工林种植对水土流失的影响

南方山区人工林的不合理开发导致严重的水土流失。典型人工林小流域土壤侵蚀时空变化研究对于人工林种植和山区生态环境可持续发展具有重要意义。本研究利用地理信息系统结合修正通用土壤流失方程，分析了粤西山区大顶山小流域土壤侵蚀的时空变化及关键驱动机制。结果表明：大顶山小流域侵蚀模数为1948.1 t·km^-2·a^-1,属于轻度侵蚀，但空间变异十分剧烈，变异系数为5.12,最大值可达191127 t·km^-2·a^-1。微度侵蚀(<500 t·km^-2·a^-1)面积占流域总面积的80.6%,中度及以上侵蚀(>2500 t·km^-2·a^-1)主要分布在植被覆盖度小于30%的桉树人工林幼林区，贡献了流域总侵蚀量的75.7%。2014—2019年间，大顶山小流域平均侵蚀年际变化不大，但土壤侵蚀空间分布变化较大，植被覆盖度、坡度和降雨是关键影响因素。桉树人工林种植导致自然植被破坏是引发造林区土壤侵蚀的首要原因。幼林区土壤侵...     

黄土高原生态分区及概况

黄土高原地域广阔,水土流失区域差异显著。为了有效治理水土流失,评估水土流失治理技术和模式及生态恢复建设工程的成效性,需要对黄土高原进行区域划分。依据自然条件、水土流失治理技术和模式的区域性特征及差异,基于国家基础地理信息系统数据的县级行政界,对其进行合并,进行生态分区的划分,并分别统计其气候、地形地貌、植被特征及水土流失现状,以期为黄土高原水土流失治理技术和模式的改良优化提供依据。主要结论如下:(1)黄土高原分为黄土高塬沟壑区,黄土丘陵沟壑区,沙地和农灌区,土石山区及河谷平原区。其中黄土高塬沟壑区和黄土丘陵沟壑区分别划分为两个副区。(2)黄土高原的气候、植被、水土流失具有明显的分区差异。降水和植被覆盖度自东南向西北递减,二者在空间分布上具有很好的一致性,降水量大的分区,植被覆盖度也高。在年际变化方面,丘陵沟壑区B2副区降水量呈增加趋势,其他分区呈减小趋势,变化均不显著。80年代以来,黄土高原和各生态分区的植被覆盖度均逐渐增加,黄土丘陵沟壑区的增加量最大。各分区的面平均气温均呈非显著增加趋势,90年代以来增温明显。(3)1970年以来,黄土高原侵蚀产沙强度减弱趋势显著,至2002—2015年,多年平均输沙模数在0.13—3924 t km~(-2) a~(-1)之间,侵蚀强度最大为中度侵蚀(2500—5000 t km~(-2) a~(-1)),但面积较小,主要分布于第二高塬沟壑区的泾河流域。     

万山汞矿区表层土壤汞迁移

水土流失是土壤退化的根本原因,是最严重的生态环境问题之一。目前对喀斯特山区土壤侵蚀研究已经进入成熟阶段,但对以典型喀斯特山区为背景、汞污染严重地区因土壤侵蚀发生的汞迁移的研究却很少。本文基于GIS平台,借助通用土壤流失方程(RU-SLE)模型评估研究区侵蚀强度,对万山汞矿区(167.4km2)因土壤侵蚀造成的汞迁移进行了研究。结果表明,万山土壤侵蚀模数为0～600884t·km-2·a-1,微度侵蚀和剧烈侵蚀面积占全区总面积的76.6%,其中剧烈侵蚀对土壤总侵蚀量的贡献率达到90.5%。全区因土壤侵蚀发生的土壤汞(THg)流失量高达505kg·a-1,迁移速率为3.02kg·km-2·a-1。土地利用方式和坡度是影响汞流失的重要因素。旱地和灌木林最易发生汞流失,流失量分别为175和319kg·a-1。本研究不仅为当地治理水土流失、制定水土保持方案奠定了可靠的科学依据,也为当地环境汞污染治理提供了有力的数据支持。     

黄土高原浅沟空间分异特征

浅沟侵蚀是黄土高原重要的侵蚀类型之一,在区域尺度回答浅沟空间分布特征是浅沟治理的关键。基于系统抽样方法在黄土高原选取137个调查单元,综合运用亚米级影像目视解译方法和GNSS RTK野外高精度实测,并通过GIS空间分析方法,获取浅沟(特指瓦背状地形底部,下同)长度、密度、临界坡长、所在坡面土地利用等信息,阐明了目前黄土高原浅沟空间分布,分析了仍分布在耕地上的浅沟空间格局。结果表明：(1)基于亚米级影像目视解译的浅沟调查方法与野外实测方法得到的浅沟长度无显著性差异,前者可以用于区域尺度浅沟的快速调查;(2)黄土高原33.6%的调查单元存在浅沟,平均浅沟密度为3.41 km/km~2,最大为21.92 km/km~2,平均沟数密度约为65条/km~2;平均沟长63.31 m;发生浅沟的坡面临界坡长主要为40—60 m,平均为56.20 m;延安市西北部吴起、志丹、榆林市靖边一带浅沟密度最大;在不同治理分区内,黄土丘陵沟壑区平均浅沟密度最大,为5.32 km/km~2,浅沟侵蚀强度极强烈;黄土高塬沟壑区平均浅沟密度为2.07 km/km~2,浅沟侵蚀强度为中度。(3)目前38.3%的浅沟分布...     

退耕还林和地理特征对土壤侵蚀的关联影响——以陕西省107个县区为例

在自然要素和社会经济要素交互作用下,科学评估退耕还林工程对土壤侵蚀的影响,对生态修复政策的可持续性具有重要意义。在利用RUSLE模型评估陕西省土壤侵蚀强度时空演变特征的基础上,构建纳入社会经济因素的退耕还林防治土壤侵蚀效应研究框架,基于面板数据固定效应模型,探究地理特征对退耕还林工程防治土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)2000—2015年陕西省土壤侵蚀强度显著降低,全省土壤侵蚀总量由2000年34166.42万t,下降至2015年28260.69万t,区域土壤侵蚀强度及其时空变化特征存在显著异质性,陕北地区土壤侵蚀水平最高,同时下降也最为显著。(2)退耕还林工程对防治土壤侵蚀有显著的正向影响,表现为投资金额每增加1万元,土壤侵蚀总量下降26.30t,且资金投入的生态效益存在显著滞后效应。(3)地理特征在退耕还林工程防治土壤侵蚀效应中存在显著调节作用,相较关中和陕南地区,陕北地区退耕还林工程防治土壤侵蚀效应更为显著。坡度和降雨对工程的防治土壤侵蚀效应存在显著负向调节作用,而日照时间则表现出正向调节作用。决策者应充分考虑自然地理因素和社会经济因素对生态系统服务的复合作用机理以实现生态修复政...     

气候和土地利用变化影响下生态屏障带水土流失趋势研究

受气候和地形等诸多因素影响，我国"两屏三带"国家生态屏障带中的川滇-黄土高原区域和南方丘陵带水土流失十分严重，自然灾害频发。但是，针对川滇-黄土高原区域和南方丘陵带水土流失时空格局变化，特别是未来气候变化和土地利用变化影响下水土流失变化趋势的研究很少。因此，本研究以川滇-黄土高原区域和南方丘陵带为研究对象，利用修正土壤流失方程（RUSLE）定量分析了该区在2000-2015年水土流失的时空变化规律及其影响因素，并预测了在RCP2.6和RCP4.5的未来气候情景下及土地利用变化条件下水土流失的变化趋势。研究结果表明：（1）黄土高原地区在植被恢复的积极作用下，水土流失显著缓解；（2）川滇地区的西南部因植被盖度的增长和降雨的减少水土流失显著缓解，但四川省境内人口密集区农田面积增加以及降水增加造成水土流失大幅度加剧；（3）南方丘陵带受降水增加影响导致了部分区域的水土流失恶化；（4）在未来气候变化情景下，由于大部分地区降雨将减少使土壤侵蚀趋于缓解，但四川、黄土高原和南方丘陵带大部分地区仍然面临未来农田面积增加带来的水土侵蚀压力。考虑到未来气候变化情景下降雨减少的趋势，建议在黄土高原地区提高草地在土地利用类型中的占比，在减少耗水量的同时维持地表盖度，缓解水土侵蚀；此外，各区域仍需控制农田面积，而且需通过加强坡耕地上保水保土耕作措施降低农田区域的土壤侵蚀压力。     

基于GIS的黄土高原水分生态环境区域空间格局研究

利用地理信息系统技术和地学综合分析方法,对黄土高原(陕西部分)的水分生态环境区域空间格局进行了研究,并获取了1：50万的陕西黄土高原水分生态环境区域空间格局图．结果表明,黄土高原区域水分生态空间格局受气候(降水)、土壤(质地)、地质(黄土堆积厚度)、地形(区域地貌)、植被等多因素的综合作用,并可由上述系列因子进行分别度量;用不同植被的适生性作为区域水分生态状况的综合度量指标;陕西黄土高原的区域水分生态环境涉及乔木适生区、灌丛适生区和草被适生区3种类型,且在空间上具有镶嵌性．其主体则为乔木适生区,反映了该区具有生态良性恢复的巨大潜力．     

退耕还林还草工程生态效应的地域分异特征

退耕还林还草工程作为我国投资最大、涉及面最广的一项重大生态工程,其生态经济社会效应是行业部门及学术界关注的焦点。选择退耕还林还草面积、植被覆盖度、土壤侵蚀量作为指标,依据遥感反演和模型模拟得到的结果,分析了2000—2015年县域退耕还林还草时空差异,退耕还林还草区域植被覆盖度与土壤侵蚀变化及其对县域生态状况变化的贡献,并基于规划目标评估了退耕还林还草工程的宏观生态效应及其地域分异特征。结果表明:(1)近15年,工程区耕地转林地面积12.75万km~2,耕地转林地区域植被覆盖度年增加0.32%、土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.43 t/hm~2和0.21 t/hm~2。(2)耕地转草地面积9.43万km~2,耕地转草地区域植被覆盖度年增加0.43%,土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.55 t/hm~2和0.94 t/hm~2。(3)工程区全县域植被覆盖度年增加0.17%,平均土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.13 t/hm~2和0.68 t/hm~2。(4)遥感估算结果与工程规划目标相比,退耕还林的面积完成率达到87%,工程区林草覆盖率增加4.8%—6.5%,工程区平均土壤水蚀和风蚀模数逐年减少,大部分县域15度及以上坡耕地退耕比例超过50%。工程在黄土丘陵沟壑、东北山地及沙地、云贵高原等区域凸显了提高植被覆盖度与土壤抗蚀效应的正面作用。     

Yield potential of Miscanthus energy crops in the Loess Plateau of China

Growing second‐generation energy crops on marginal land is conceptualized as one of the primary means of future bioenergy development. However, the extent to which marginal land can support energy crop production remains unclear. The Loess Plateau of China, one of the most seriously eroded regions of the world, is particularly rich in marginal land. On the basis of the previous field experiment of planting Miscanthus species in Qingyang of the Gansu Province, herein, we estimated the yield potential of Miscanthus lutarioriparius, the species with the highest biomass, across the Loess Plateau. On the basis of the radiation model previously developed from Miscanthus field trials, annual precipitation was introduced as an additional variable for yield estimate in the semiarid and semihumid regions of the Loess Plateau. Of 62 million hectares (Mha) of the Loess Plateau, our model estimated that 48.7 Mha can potentially support Miscanthus growth, with the average yield of 17.8 t ha^?1 yr^?1. After excluding high‐quality cropland and pasture and land suitable for afforestation, a total of 33.3 Mha of presumably marginal land were left available for producing the energy crop at the average yield of 16.8 t ha^?1 yr^?1 and the total annual yield of 0.56 billion tons. The analysis of environmental factors indicated that erosion, aridity, and field steepness were the primary contributors to the poor quality of the marginal land. The change of land uses from traditional agriculture to energy crop production may prevent further erosion and land degradation and consequently establish a sustainable economy for the region.     

山水林田湖草生态问题系统诊断与保护修复综合分区研究——以陕西省为例

山水林田湖草生态保护修复分区的划定,是科学合理的分区域提出生态保护修复方案的基础。但是,目前生态保护修复分区的划定,对于生态系统问题诊断的综合性考虑不足,未能很好的体现山水林田湖草生命共同体的理念。因此,选取了8个指标综合考察了陕西省的山水林田湖草生态系统问题,并以小流域为基本单元,划定了陕西省山水林田湖草生态保护修复综合分区。研究表明：（1）2015年陕西省生态修复指数平均值为0.39（该值越小表明山水林田湖草人的综合问题越严重）,各流域生态修复指数在0.23-0.60之间。总体来看,陕西省生态修复指数的空间分异较为明显,呈现自南向北逐渐递减的格局。（2）划分了8个生态保护修复分区,包括陕南秦岭东部地区、关中平原中部的城镇地区、汉江河谷盆地、陕北黄土高原中南部地区、陕南秦岭山区、陕北黄土高原北部地区、关中平原地区和陕南大巴山地区。在生态系统问题综合诊断方面,水土流失、植被退化、降水资源不足是陕北黄土高原地区主要生态问题;南部秦巴山区的生态系统则易受到极端降水和土壤侵蚀的影响;关中平原主要存在林草植被退化、矿产资源开采强度大和水土流失等生态问题。     

GIS支持下的土地利用与土壤侵蚀强度相关性研究--以陕北黄土高原为例

依托GIS软件作为技术平台,采用网格地图与数学分析方法,研究了陕北黄土高原土地利用强度与土壤侵蚀强度之间的相互关系。结果表明,陕北黄土高原土壤侵蚀强度和土地利用强度呈高度正相关,说明土地利用强度是导致陕北黄土高原本区域土壤侵蚀的重要驱动力。回归分析发现,在自然因子综合作用下,土地利用强度对土壤侵蚀强度的影响呈现不同状况,地势越平坦、气候越湿润的地区人类活动对土壤侵蚀强度的影响越小,反之亦然。