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《北京大学》 2008年
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喀斯特小流域土地利用/覆被变化和土壤侵蚀研究

王文博  
【摘要】: 我国西南喀斯特地区是典型的生态脆弱区,土壤侵蚀现象非常严重。利用有限资料,从流域尺度了解土地利用/覆被变化的特点,追溯土壤侵蚀的形势和变化情况,对于喀斯特地区的生态重建非常重要。 本文以贵州省中部喀斯特克酬小流域为案例区,对流域土地利用/覆被变化(LUCC)状况研究以了解区域背景。对流域土壤剖面和水库沉积物采样并进行实验研究,通过同位素定年和相应环境磁学指标推估近40 a来土壤侵蚀强度和方式。结合LUCC研究结论对流域土壤侵蚀状况进行模拟并与实验结果比对。最后基于土壤侵蚀进行小流域进行区划,制定发展战略,以期实现土地资源的可持续利用。 具体研究内容及结论如下: (1)小流域土地利用/覆被变化 以1973年MSS(57 m分辨率)以及1990年、1991年、1994年、1998年、2000年和2001年TM(25~30 m分辨率)遥感影像数据作为基本数据源,辅助DEM数据,利用RS和GIS技术方法,得到两个流域1973年至2002年间的土地利用/覆被变化情况。灌草是流域内最主要的土地覆被类型,而裸岩荒地有相当的比例,旱地、水田也占有一定比例。林地面积总体下降;灌草略增后经历波动并迅速减少;旱地先增后减再增;水田先增后减,但幅度小;裸岩荒地先减后增,增速明显,幅度较大;居民点和道路略有增加。缓坡占主要部分,陡坡较中坡和平地稍多。有林地集于中陡坡,比例上缓坡升陡坡降;灌草集中于中陡坡,缓坡比例减小明显;裸岩集中于中坡,陡坡有存在;旱地平缓中坡都有分布,陡坡也有一定比例,其向更高坡度集中趋势显示土地利用强度增加。林地转化为灌草,灌草转化为旱地或荒地较显著,荒地转化为灌草比例较大。林地到灌草单向转化体现林地退化难以逆转。 (2)流域土壤剖面的磁性特征 大部分剖面铁磁性矿物、亚铁矿物、亚铁SSD颗粒、反铁矿物的总量从表层到浅层到深层逐减,不完全反铁矿物表层含量极多。SP颗粒含量表层少、浅层多而深层又少。多畴MD磁铁矿表层不多、浅层增多而深层略减。总SIRM贡献中表层以不完全反铁矿物为主,SIRM总量不大的深层通过亚铁的SSD颗粒表现。亚铁不同磁畴矿物中表层以MD、PSD颗粒占多,深层以SSD颗粒占多。水田和旱地等耕作土壤表层磁性矿物含量不多,各磁性参数均较小。 (3)沉积物定年相关分析 直面传统峰值定年的诸多问题,根据粒度和137Cs比活度根据峰谷和变化结合降水定年,划定12个时段,对K2-2样柱更详尽定年。用磁性参数互相校正,将不同样点不同沉积深度样柱统一标定到关键时点,以年代信息代替深度,表达不同年代土壤侵蚀强度和方式,突出共性沉积特点,避免单一样柱定年分析结果难以被确认的尴尬。 (4)沉积物反映的土壤侵蚀强度和方式的信息 沉积物质量深度体现土壤侵蚀的强度,在60~63、71~75、82~83、89~92、97~99年等阶段侵蚀强度较强,在64~70、76~81、84~88、93~96、00~04年强度较弱。影响小流域土壤侵蚀强度的主要因素是降水变动的情况。 沉积物与土壤剖面环境磁学“源-汇”分析表现土壤侵蚀方式。80年代中期为界,之前表层侵蚀为主,之后浅层和深层侵蚀为主。60~63年较强表层和浅层侵蚀,64~70年为较弱表层侵蚀,71~74年侵蚀逐步深入到深层,75~79年为较强表层和浅层侵蚀,80~84年为相对平缓的表层侵蚀并转向浅层。85~88年是侵蚀波动阶段,89~93年体现浅层和深层侵蚀特点,94~00年深层侵蚀有所减弱,01~04年侵蚀集中在深部。影响流域土壤侵蚀方式的因素除了降水条件外,土地覆被也相当重要,具体表现在林地和灌草的正效应,以及旱地和荒地的负效应。 (5)土壤侵蚀的模型模拟 对原有“一对多”从属关系的M-L-E(S, A)分层模型针对ORDB特点进行改造,使之通过引用关系实现“多对多”的层次结构,并支持类、继承、ADT、UDF和嵌套关系表等面向对象的优势。 通过构建面向对象的实体,采用改进后的基于ORDB的M-L-E(S, A)分层模型,采用场次降雨信息,结合地形因素、地表覆被和土壤类型等情况,分阶段模拟了克酬小流域土壤侵蚀的情况,并将模型模拟结果和实验测试数据比对,从一定程度上确认前面章节基于“源-汇”关系的土壤侵蚀解释分析。 (6)小流域区划 根据区域实际情况和特点,对小流域进行了区划,划分出三个大区八个亚区,明确土壤侵蚀的重点地区,突出水土保持必要性。结合小流域综合区划,提出发展旅游和提高耕地利用效率两个发展战略,为区域健康可持续发展提供决策依据。
【学位授予单位】:北京大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:S157

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