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《北京林业大学》 2009年
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北洛河上游土壤侵蚀特征及其对植被重建的响应

秦伟  
【摘要】: 土壤侵蚀是危及人类生存与发展的重要环境问题。黄土高原地区水资源短缺、生态环境脆弱,已成为我国乃至世界上水土流失最严重的地区之一。20世纪50年代以来,该区相继开展了一系列大规模的水土保持工程和林业生态工程。尤其是20世纪末开始大规模实施的退耕还林(草)工程,在控制水土流失、改善生态环境方面取得了显著成效。研究该区土壤侵蚀特征及其对植被重建的响应,能够为黄土高原林业生态建设和水土流失治理提供重要的理论依据与决策参考。 本文以黄土高原腹地和林业生态工程的典型示范区北洛河上游为研究区,运用统计学分析方法、数字流域技术、水文学和景观生态学理论,结合多年水文气象观测数据、不同分辨率遥感影像及数字高程模型等基础资料,分析了流域降雨时空分布特征和土地利用/覆盖变化(LUCC):建立了基于数字高程模型和水流路径的沟缘线提取方法,据此探讨了流域地貌特征,进行了面向地貌特征的侵蚀风险评估;在研究流域径流、输沙变化趋势、特征时段及变化驱动因素的基础上,确定了植被重建对流域水沙的调控效应;基于高分辨率遥感影像,提取了坡面浅沟及其地形参数,分析了浅沟侵蚀的地形临界特征;在划分流域地貌单元、改进坡长因子算法、改造次降雨沟坡侵蚀模型的基础上,分别运用修正通用土壤流失方程(RUSLE)、沟坡侵蚀模型和泥沙输移分布模型(SEDD),评估了不同特征时段坡面与沟坡的侵蚀强度;通过集总侵蚀评估结果、模拟流域产沙,研究了不同地貌部位的侵蚀、产沙对植被重建的响应,建立了流域侵蚀空间分布模型,确定了不同环境因素在植被重建前后对侵蚀空间分异的相对贡献。主要获得如下结论: (1)北洛河上游年降雨量自西北向东南递增,但空间差异不显著。近十余年来,降雨量略有增加,干旱年份和极端降雨天气的发生机率略有减少。以1999年大规模开展植被重建为界,年均降雨量和降雨侵蚀力分别提高5.07%和8.64%,植被重建后气候背景具有增加径流、输沙的潜在条件。 (2)研究区河网临界支撑面积介于0.5~1.0 km~2,不同级别的沟谷密度均大于0.91 km/km~2,沟间地和沟谷地分别占该区总面积的68.29%和31.7l%,表现出沟壑纵横、支离破碎的地貌特征。流域88.05%的区域存在中度以上的侵蚀风险,大部分地方具备发生较强土壤侵蚀的地形条件。 (3)1986-2004间,流域植被覆盖率由56.74%提高为76.76%。其中,林地增加趋势最为明显,变化速率较快、变化程度较剧烈。不同土地利用类型中,林地和高覆盖度草地的重心向东南转移,农地和中、低覆盖度草地的重心向西北转移。景观格局呈现斑块数量增加、镶嵌度提高、同类斑块联通性下降,从而造成景观多样性显著增加、破碎度明显增大的变化特征。 (4)1980-2004年间,流域径流、输沙变化分为3个阶段。其中,2001-2004年为植被重建的水沙调控效应期。4年共减少径流13 808.0万m~3、输沙14 250.8万t。单位面积新增林地年均理水、减少能力分别达2.67万m~3/km~2和2.75万t/km~2。 (5)浅沟侵蚀主要受坡面坡度、长度、坡向和上坡长度等地形因素影响,其上限与下限临界坡度分别介于26~27°和15~20°,临界坡长介于50~80 m。 (6)植被重建后,流域侵蚀强度由12 652.06 t/(km~2·a)下降为6 036.72 t/(km~2·a);产沙强度由3 896.99万t/a减少为1 795.50万t/a。其中,坡面侵蚀、产沙强度分别由5 770.46 t/(km~2·a)和1 308.81万t/a减少为1 437.93 t/(km~2·a)和322.46万t/a;沟坡侵蚀、产沙强度分别由28 093.92 t/(km~2·a)和2588.18万t/a减少为16 196.91 t/(km~2·a)和1473.04万t/a。坡面内,单位面积新增林地年均减少侵蚀11 752.10 t/(km~2·a)、产沙1.14万t/a。沟坡产沙比例由66.41%提高为82.04%,成为目前流域内最主要的侵蚀、产沙源。 (7)植被重建前,地形、植被和降雨对流域侵蚀强度空间分异的相对贡献分别为17.30%、20.79%和61.91%;植被重建后,各类侵蚀影响因素的相对贡献率分别为15.73%、57.67%和26.60%。植被重建使得植被对流域侵蚀强度空间分异的相对贡献提高36.88%,从影响最小的因素转变为影响最大的因素。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:S157

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8 李紫燕;黄土高原典型土壤有机氮矿化及铵态氮对土壤氮素激发效应的研究[D];西北农林科技大学;2006年
9 黄良;黄土高原丘陵沟壑区农业可持续性评价[D];西北农林科技大学;2007年
10 王莉;晋西北不同土壤利用方式下土壤质量变化研究[D];山西大学;2007年
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