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《西北师范大学》 2007年
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基于RS与GIS的黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀的景观格局分析与模拟

汪明冲  
【摘要】: 土壤侵蚀及其导致的土壤质量退化是世界性的重大环境问题之一。在我国,黄土高原的土壤侵蚀是目前举世瞩目的环境问题,土壤侵蚀监测对土壤侵蚀防治对策的制定具有重大意义。甘肃省庆城县黄土高原水土保持世行贷款二期项目1998年启动,历时6年,在帮助项目区农民脱贫和改善环境、减少入黄泥沙方面起到了很大效果。本文以水土保持学和景观生态学原理为基础,采用野外调查、遥感和地理信息系统技术结合通用土壤流失方程对项目实施前后的土壤侵蚀状况进行了定量计算,得出了项目区土壤侵蚀面积、土壤侵蚀模数及空间分布信息;通过利用景观格局软件Fragstat3.3对项目实施前后的2个时期栅格格式的土壤侵蚀空间分布数据,从斑块类型尺度和景观尺度研究了6年间土壤侵蚀的景观格局变化特征;运用集成CA模型和Markov模型两者优点的CA-Markov模型来模拟与预测项目区2010年的土壤侵蚀状况及空间分布信息,模拟庆城项目区的试验证明,CA-Markov模型可以发挥Markov和CA模型的优点,能很好地对土壤侵蚀变化进行模拟和预测,结果比较可信。本文的研究主要得出以下结论: (1)庆城项目区实施世行贷款水保二期项目6年来,平均侵蚀模数从78.77t/hm~2·a下降到70.58t/hm~2·a,土壤侵蚀面积减少了525.87hm~2,水土流失量减少了341050t/a。其中极强度和剧烈侵蚀在总量和幅度上都有很大下降,表明治理效果比较明显。研究区2004年的土壤侵蚀总量最大的是25~35°,占总侵蚀量的42.51%,侵蚀模数为101.68 t/hm~2·a,属极强度侵蚀;其次是15~25°,占总侵蚀量的31.69%,侵蚀模数为61.49 t/hm~2·a,属强度侵蚀。经分析,研究区15°以上的坡度区域是水土流失治理的关键。研究区2004年农田(主要是坡耕地)这类土地利用类型下的土壤侵蚀不仅具有相对较高的侵蚀模数,而且这种土地利用类型下发生土壤侵蚀的面积占到总的侵蚀面积的58.09%。因此,农田(主要是坡耕地)也是水土流失治理的关键。 (2)从庆城项目区1998年与2004年2个时期栅格格式的土壤侵蚀空间分布数据来看,整个研究区景观非常破碎,景观水平上,平均斑块面积只有0.35 hm~2和0.36 hm~2,2004年比1998年稍微增大些;斑块类型水平上,所有的侵蚀景观类型的平均斑块面积都小于0.7 hm~2;除了无明显侵蚀景观的最大斑块指数大于5以外,其他侵蚀景观类型的最大斑块指数都小于0.1。无明显侵蚀景观要素类型的最大斑块指数(优势度)达5.26(1998年)和5.58(2004年),远远高于其他类型,是该研究区侵蚀景观的主体。强度以上侵蚀景观破碎化指数升高,其分离度下降,在地域分布上趋于集中;同时其斑块分维数也变小,斑块形状简单化,土壤侵蚀状况改善。 (3)本文运用的CA-Markov模型很好地发挥了Markov模型的时间动态和CA模型的空间预测的优势,能很好地对土壤侵蚀变化进行预测,结果比较可信。模型预测结果表明:2010年庆城项目区土壤侵蚀的宏观格局特征变化不大,基本上保持了2004年原有的土壤侵蚀宏观格局特征,研究区内的土壤侵蚀状况趋于改善。 土壤流失量的大小是降水、地形、植被、人工措施等因子综合作用的结果,短时间尺度内地形和降雨近似视为定值,土壤侵蚀主要由植被和人类活动影响,而这些因子可以通过遥感获取,确保了此方法的科学性和可操作性。 根据研究区的计算结果可见,25°以上的陡坡剧烈,因此须对坡度25°以上的陡坡耕地退耕还林还草,对坡度15°~25°坡耕地进行坡改梯治理。同时推广蓄水保土的耕作措施,如保土轮作等。利用通用土壤流失方程,结合GIS技术对区域土壤侵蚀状况进行动态遥感监测,对于定量估算土壤侵蚀量,制定合理的水保措施具有重要意义。期望本文的研究为项目实施以来的水土保持效果作出科学评价,为项目区土壤侵蚀综合治理措施的制定提供科学依据。
【学位授予单位】:西北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S157;P208;P237

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