景观指数耦合景观格局与土壤侵蚀的有效性

景观格局分析是景观生态学中揭示景观变化及其生态效应的主要方法,而景观指数是景观格局分析中广泛使用的工具。土壤侵蚀是土壤物质在景观中的迁移和再分配过程,受地形、植被和人类活动及其空间格局的调控。运用景观格局分析揭示景观格局变化特别是土地利用/覆被格局变化对土壤侵蚀的影响是土壤侵蚀研究中应用景观生态学原理和方法的典型。在当前的研究中,斑块-廊道-基质范式下建立的景观指数对侵蚀过程的解释能力不断受到质疑,建立筛选适用的景观指数的原则和方法十分必要。以延河流域碾庄沟小流域为例,利用WATEM/SEDEM模型模拟多个年份流域侵蚀产沙和输沙量;基于土地利用/覆被数据,利用Fragstat4.2软件,计算了相应年份流域斑块、边界密度、形状、集聚与分散和斑块类型多样性4个方面的代表性景观指数。在此基础上,分析了景观指数与流域侵蚀产沙和输沙之间的关系,讨论了景观指数在土壤侵蚀研究中的有效性,在景观和斑块类型水平上分析了景观指数表达"源"、"汇"两大类景观类型的空间格局与侵蚀产沙和输沙之间的关系的一致性。结果表明:斑块-廊道-基底范式下发展的景观指数在指示景观格局的土壤侵蚀效应时存在局限。相对而言,斑块类型尺度的景观指数更能有效表达景观格局与土壤侵蚀的关系。基于景观类型在土壤侵蚀过程中的"源"、"汇"功能,提出了在土壤侵蚀研究中筛选适用的景观指数的原则:(1)对"源"、"汇"两类景观类型,景观指数与土壤侵蚀状况表征变量的相关系数符号相反;(2)对同为"源"或"汇"景观类型的多个景观类型,景观指数与土壤侵蚀表征变量的相关系数应具有符号一致性。尽管景观指数在斑块类型水平上具有一定的有效性,但用其预测景观格局变化的侵蚀效应有很大的不确定性。因此,基于土壤侵蚀过程与景观格局的作用机制发展新型的景观指数是增强景观格局分析预测土壤侵蚀过程的能力的途径。     

川中紫色土区林地型小流域不同用地类型的土壤侵蚀特征

为了研究川中紫色土区水土流失特点, 选取“长治”五期工程前后变化最为显著的林地型小流域作为研究对象, 利用多元线性回归分析法建立了不同农地、林地、荒草地和其他用地占地率的小流域土壤侵蚀量与土壤流失面积、土壤流失强度间的回归模型, 利用聚类分析法对不同土地利用类型比例的流域进行分类, 分析林地型小流域土地利用比例与土壤侵蚀的关系。结果表明: (1)林地型小流域年平均侵蚀模数为1766.8 t×km^–2×a^–1, 总体属于轻度侵蚀, 相比于该区域农作型小流域, 流域侵蚀强度平均减幅为677.2 t×km^–2×a^–1 (2)不同土地类型平均土壤侵蚀模数都属于强度侵蚀以下, 农地、林地、荒草地和其他用地类型的平均土壤侵蚀模数分别为2601.0 t×km^–2×a^–1、610.6 t×km^–2×a^–1、5295.4 t×km^–2×a^–1、–834.9 t×km^–2×a^–1, 其土壤侵蚀比分别为23.0%、19.5%、59.6%、–2.1%(3)农地占地比例在15%-25%范围、荒草地占地比例低于20%时, 林地占地比例高于55%时, 水土保持效果最好。(4)该地区林地型小流域无明显侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀、强度以上侵蚀模数分别为102.9 t×km^–2×a^–1、536.0 t×km^–2×a^–1、2549.7 t×km^–2×a^–1、6264.8 t×km^–2×a^–1、11563.6 t×km^–2×a^–1。(5)治理时应把荒草地作为重点, 同时应考虑把强度以上侵蚀地段治理到轻度侵蚀程度, 把中度侵蚀地段治理到无明显侵蚀程度。     

果园植被盖度季节变化监测及生物措施因子测算

生物措施因子(B)能够定量衡量植被覆盖对土壤侵蚀的抑制作用.本文采用照相法对全国5个水力侵蚀分区的18个小流域的果园植被覆盖季节变化进行监测,并计算了植被盖度和郁闭度,最后计算果园B值.结果表明:果园郁闭度受人为活动影响小,季节变化呈"几"字形分布.果园的绿色盖度和总盖度因地表下垫面的管理不同而表现出不同的季节变化规律.在林下未清理的果园中,各水力侵蚀分区的绿色盖度呈"几"字形分布;5个水力侵蚀分区中,西北黄土高原区植被总盖度呈"几"字型分布,其余几个分区植被覆盖总盖度呈"一"字形分布,随季节变化不明显.在林下清理的果园中,所有水力侵蚀分区的植被盖度季节变化无规律性.东北黑土区果园B因子最小,平均值为0.0066,西北黄土高原区果园B因子平均值最大,为0.1212,北方土石山区、南方红壤区和西南土石山区果园B因子平均值相差不大,分别为0.0548、0.0627和0.0639.     

海南岛生态系统土壤保持空间分布特征及生态经济价值评估

在地理信息系统的支持下 ,采用通用土壤流失方程 ( USLE)及其修改式估算了海南岛现实土壤侵蚀量和潜在土壤侵蚀量 ,得到了海南岛生态系统土壤保持的空间分布特征 ,研究表明 :中部山区的生态系统的土壤保持能力较其它地区大 ,全岛年土壤保持总量为 1 .58× 1 0 7t,并利用市场价值法 ,机会成本法和影子工程法评价了各类型生态系统的土壤保持价值。海南岛年土壤保持总价值为 74 92 .4 1万元 ,其中减少土地废弃价值为 4 9.37万元 ,保护土壤肥力价值为 72 74 .2 2万元 ,减轻泥沙淤积价值为 1 68.82万元     

Pu同位素示踪技术在土壤侵蚀研究中的应用

土壤侵蚀是地球表面物质迁移的重要形式,也是造成土壤肥力下降和生态环境退化的重要诱因之一,对土壤侵蚀速率的定量研究是进行区域土壤侵蚀治理的前提和基础。大气核试验产生的Pu同位素具有较长的半衰期,其沉降到土壤中易被土壤中的黏土矿物和有机质吸附,近年来被认为是定量研究土壤侵蚀速率的重要示踪元素,尤其是质谱技术的发展,缩短了Pu同位素的测量时间并提高了其测量灵敏度,大力推动了土壤侵蚀核素示踪技术的发展。本文在梳理已有相关研究的基础上,总结土壤中Pu同位素的分布特征及吸附与迁移行为,阐述了应用Pu同位素示踪土壤侵蚀的基本原理和应用研究进展,并对Pu同位素和¹³⁷Cs示踪技术在土壤侵蚀研究中的适用性进行比较分析,对未来研究方向提出展望,以期为科学应用Pu同位素示踪技术研究土壤侵蚀提供参考。     

东北黑土区农田生物结皮的特征及其对表层土壤崩解的影响

于作物生长季对东北黑土区典型农田中生物结皮的发育特征(类型、物种、厚度、覆盖度、生物量)进行分析,并使用数显推拉力计测定比较了无结皮土壤与不同生物量(以叶绿素含量表征,分别为5～15、15～25、25～35、35～50 mg·g^-1)生物结皮层中土壤的崩解差异。结果表明: 1)东北黑土区农田中发育有藻和藓两类生物结皮,其中,毛枝藻和细叶真藓最为多见;藻结皮的厚度和生物量显著小于藓结皮,并总体上呈现由藻结皮逐渐向藓结皮演替的趋势。2)农田生物结皮的覆盖度、厚度和生物量与耕作扰动的频率和强度呈负相关,传统耕作农田中其平均覆盖度、厚度和叶绿素含量仅为27.8%、1.52 mm和6.49 mg·g^-1,但在免耕地中可增加至83.5%、2.74 mm和34.16 mg·g^-1。3)生物结皮显著削弱了土壤崩解作用,与无结皮土壤相比,4种生物量下生物结皮的土壤崩解速率分别显著降低了43.1%、50.1%、55.5%和59.8%,土壤最大崩解率分别显著降低了11.4%、17.7%、33.2%和36.6%。4)土壤崩解速率和最大崩解率均与生物结皮的厚度和生物量呈显著负相关,即生物结皮对土壤崩解的影响主要缘于其在发育过程中自身特性的改善及其覆盖后对表层土壤物理性质的改变。综上,随着保护性耕作技术推广后耕作扰动的减少,生物结皮在东北黑土区农田中有较高的发育潜力,它们发育后能削弱表层土壤崩解、提高土壤抗冲性,对农田土壤侵蚀防治具有积极意义。     

高时空分辨率植被覆盖获取方法及其在土壤侵蚀监测中的应用

土壤侵蚀是全球性生态问题,准确监测区域土壤侵蚀状况是评估区域生态质量和生态保护成效的基础。准确获取高时空分辨率植被覆盖信息并与降水动态匹配是土壤侵蚀准确监测的关键。然而,受卫星传感器限制,大区域高时间分辨率与高空间分辨率遥感数据无法同时获取,高空间分辨率植被动态遥感监测面临巨大挑战。为解决这一问题,本研究提出了一套多源遥感数据融合的高时空分辨率绿色植被覆盖度(半月尺度,空间分辨率2 m)获取方法,并与半月尺度的降水因子匹配应用于CSLE开展了天津市蓟州区的土壤侵蚀监测。研究结果表明:1)降雨和植被覆盖度因子在一年之内变异较大,半月降雨量的平均值为43.32 mm,变异系数可达150%,绿色植被半月植被覆盖度的平均值为54.74%,变异系数为18%。考虑土地覆盖类型的高时空分辨率绿色植被覆盖度融合方法,可以获取合理的高空间分辨率绿色植被覆盖度动态,为高空间分辨率土壤侵蚀监测提供了一个有效手段;2)土壤侵蚀发生范围与强度与降水及植被因子在年内的动态匹配高度相关,土壤侵蚀发生范围最大为10月上半月,发生面积为137.55 km~2,土壤侵蚀发生强度最为严重为7月下半月,25 t/hm~2以上土壤侵蚀发生面积为12.70 km~2;3)高时空分辨率植被与降水因子耦合下的土壤侵蚀监测结果与地面一致性较好(判定系数可达0.88),明显好于仅用一期高空间分辨率植被因子的土壤侵蚀监测结果(判定系数仅为0.097),采用高时空分辨率植被与降水因子耦合的土壤侵蚀监测方法可以大幅度提高土壤侵蚀监测的准确性,本研究为其他区域准确开展土壤侵蚀监测提供了一套有效的方法。     

应用遥感技术研究土地利用/土地覆盖变化及其对土壤侵蚀过程的影响--以印度北部Pali Gad山地流域为例

应用遥感技术评估了印度北部Pali Gad山地流域过去几十年里土地利用／土地覆盖变化及其造成的土壤侵蚀程度,并基于摩根参数模型（Morgan Parametric Model）的方法来测定土壤的侵蚀程度;结果表明,由于不同的坡向受到太阳光照的不同可以引起土地覆盖的变迁;海拔和坡度已不再是阻碍人们获取自然资源的因素,人们的活动范围正转移到更高的海拔和更陡峭的坡度;揭示了土地利用／土地覆盖变化对土壤侵蚀进程有着直接的影响。     

桂西北喀斯特坡地土壤137Cs的剖面分布特征及其指示意义

分析了¹³⁷Cs及土壤有机碳（SOC）在桂西北典型峰丛坡地及岩溶裂隙中的剖面分布特征,探讨了¹³⁷Cs方法在喀斯特坡地的适用性及其指示的坡面土壤侵蚀特征.结果表明：所有剖面¹³⁷Cs与SOC均显著相关,两者可能有相同的流失途径;次生林坡地¹³⁷Cs主体分布深度在24 cm以内,中上及中坡剖面随深度呈指数递减分布,地表无侵蚀或侵蚀轻微,坡脚剖面呈较严重侵蚀形态;坡耕地剖面¹³⁷Cs在耕层内均匀分布,中上坡及中坡主体分布深度在15 cm左右,面积活度远低于背景值,土壤侵蚀剧烈,坡脚分布深度至45 cm,呈堆积形态;次生林坡脚剖面、耕地中上坡剖面及所有裂隙剖面,¹³⁷Cs在主体分布深度以下有断续极微量的分布,指示了喀斯特坡地土壤颗粒有随降雨沿地表负地形向地下流失的趋势,但流失量轻微.     

极端降雨对辽东山区次生林土壤侵蚀与树木倒伏的影响

为了解次生林生态系统在极端降雨后的受灾情况,于2010年7-8月极端降雨后,对中国科学院沈阳应用生态研究所清原森林生态实验站内、不同立地次生林生态系统及无林地进行了全面调查与分析.结果表明:极端降雨对次生生态系统土壤产生了强烈的侵蚀,并造成树木的大量倒伏,同时诱发多处坡面型泥石流;受灾严重区多分布于坡度陡、高差大的林分;侵蚀沟和泥石流的数量与灌木盖度呈显著负相关;凋落物层对土壤侵蚀具有一定的抑制作用;不同树种倒木数量表现不同,其中水曲柳、桦树和落叶松的倒木数量较多;与有林地相比,无林地受灾程度更为严重.基于上述结果,讨论了极端降雨干扰对次生林生态系统结构、立地条件及演替模式等可能造成的影响.