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《贵州师范大学》 2004年
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基于网格数据的喀斯特山区土壤侵蚀研究

杨广斌  
【摘要】:土地肥沃是物产丰富的前提,是人民富裕的主要物质条件。世界上不少的文明古国由于水土资源被破坏导致经济衰退,在历史近期也不乏这样的例子。所以美国前总统罗斯福曾尖锐地指出,“毁坏自己土壤的国家,最终必将毁掉自己”(蔡强国等,1998)。水土流失导致的生态环境日趋恶化,已威胁到人类的生存:喀斯特山区严重水土流失产生的后果——石漠化现象,更令人触目惊心。 在数字化和信息化时代,传统的土壤侵蚀研究方法已不能满足现代土壤侵蚀快速、定量调查的需要。利用网格数据将GIS和RS进行集成,充分发挥网格数据在地理空间数据分析和建模中的优势,为现代土壤侵蚀研究探索一种新的方法已是必然趋势。 喀斯特地区土壤侵蚀问题基础研究比较薄弱,而且区域环境条件复杂,零星小区域的监测工作缺乏全局代表性,土壤侵蚀模数的监测工作在很多地区还是空白。所以现在能看到的土壤侵蚀模数基本上基于间接方法获得。如在贵州省或县域范围内,直接利用遥感影像判读,根据坡度、植被覆盖和耕作方式等辅助资料,对照国家土壤面蚀分级指标,确定土壤侵蚀的级别、范围等。 网格数据在土壤侵蚀定量评价中具有很强的优势,不仅有利于遥感数据、地理信息系统技术和土壤侵蚀模型的应用,而且运算速度快。将喀斯特地区各土壤侵蚀影响因子数据网格化,以网格数据为纽带,把土壤侵蚀的定点监测与宏观评价结合起来,实现土壤侵蚀的区域性宏观定量评价。 本研究结合中国生态功能区划(贵州部分)、贵州省土壤侵蚀第三次遥感调查、贵州省土地利用遥感调查等项目,通过网格数据将遥感和地理信息系统技术集成,利用修正的通用土壤侵蚀方程(RUSLE),以贵州省为例研究了喀斯特山区土壤侵蚀评价方法,并对贵州省土壤侵蚀现状和土壤侵蚀敏感性进行了评价。主要研究内容和成果包括: 1、在对比研究目前国内外主要土壤侵蚀模型优缺点的基础上,以修正的通用土壤侵蚀方程为框架,确定了喀斯特山区土壤侵蚀的评价模型。目前幽内外土壤 基于网格段据的略斯特山巨土滚任林拼究 侵蚀模型都是建立在特定的自然背景条件下,通用性受到一定的限制,尽管USLE 和RUSLE适用范围较广,但在具体应用时需要对其影响因子进行修正:所建立的 模型也多是坡面模型或小流域模型,大部分还不能直接应用在区域范围内的土壤 侵蚀定量研究,而且模型没有与GIS和RS建立良好的数据接口,使数据来源和分 析在很大程度上受到限制;以RUSLE为模型的基本框架,根据喀斯特地区生态环 境的特殊性,对影响土壤侵蚀的各因子进行修正,建立喀斯特地区定点坡面侵蚀 模型。 2、通过地理信息系统技术,绘制了研究区降雨侵蚀力因子尸值等值线图,并 对研究区土坡侵蚀对降雨的敏感性进行了分级分区。 3、针对中国原有土坡调查资料特点,通过美制土坡质地分类三角表和通用土 城流失方程中土集可蚀性因子K值表,为土坡可蚀性因子X值算法探索出了一种 新的方法。贵州现有的土壤资料中,最易获取的是各类土壤的有机质含量和各级 颗粒含量。根据土壤的颗粒组成,利用土壤质地分类三角表可以查得其土壤质地 类型,再依据土壤质地和有机质含量,从“USLE中土壤可蚀性因子K值表”可查 得相应的尤值。 4、建立了研究区1:25万D既,并在此基础上生成了坡度、坡长、地形起伏 度等地形因子数据库.在数字化全省1:25万地形图等高线基础上,利用ARC/I NFO 地理信息系统软件,首先生成全省DEM,然后再由DEM生成坡度图,利用坡度和坡 长因子计算公式,求出全省地形因子LS分布图。 5、以2000年粗影像为信息源,将植被指数与土地利用类型数据相结合,估 算了研究区植被搜盖因子和水土保持措施因子值。在本研究中,‘因子是通过2 000 年TM遥感影像来获取的。一首先从遥感影像提取植被指数(veg.index),并按国家 土地利用类型统~一划分标准对遥感影像进行监督分类生成上地利用图。在GIS软 件的支持下,将植被指数按土地利用类型进行分类,然后算出每类上地利用类型 的平均植被指数,以此植被指数作为估算C值的依据。 6、通过网格数据将土壤侵蚀的微观研究与宏观评价结合起来,实现了区域土 坡侵蚀的定量评价,并建立了研究区土坡侵蚀模数数据库。 在网格数据的基础上,利用遥感和地理信息系统技术对喀斯特地区土壤侵蚀 摘要 进行了较为系统和深入的研究,并取得了比较理想的研究结果。本研究打破了以 往以行政区划或小流域为评价单元的“平均主义”现象,实现了评价单元的网格 化。评价单元的网格大小可根据评价区域范围和要求的数据精度以及数据源的精 度设定,评价模型的应用更突出了网格数据在土壤侵蚀研究中的优势,利用传统 的方法或矢量数据几乎是不可能实现多图层溟杂的叠合运算。通过网格数据将遥 感、地理信息系统技术和土壤侵蚀模型有机地结合起来进行土壤侵蚀研究,是土 壤侵蚀研究方法上的创新。 总之,本研究将遥感和地理信息系统技术应用于土壤侵蚀定量模型、侵蚀强 度评价单元的确定、侵蚀因子值提取、侵蚀强度判别和数据质量控制等方面,
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