土地利用變化建立土壤質(zhì)量評價(jià)最小數(shù)據(jù)集

采用二次累計(jì)積分法對隴東地區(qū)主要耕作土壤進(jìn)行質(zhì)量評價(jià),將24種耕作土壤劃分為4個(gè)等級.其中,厚覆蓋粘化黑壚土、厚覆蓋黑壚土、條田黑壚土、五花土、淤黃土、厚腐殖質(zhì)灰綿土、殘余潮土、耕種灰褐墡土和黃泥土等9種土壤屬于ⅰ等土壤,薄覆蓋黑壚土、砂石土、耕種灰褐土和紅膠土四種土壤屬于ⅱ等土壤,這十三種土壤是隴東地區(qū)基礎(chǔ)肥力較好,生產(chǎn)力水平較高,需要重點(diǎn)培肥和合理開發(fā)利用的土壤.其余十一種土壤分屬ⅲ、ⅳ等,絕大多數(shù)需要退耕還林還草,進(jìn)行生態(tài)修復(fù)和改良利用.

通過野外考察、典型剖面采樣及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研究了黃土高原洛川塬典型耕地轉(zhuǎn)變?yōu)樘O果園后土壤顆粒組成和土壤容重等土壤物理屬性的變異特征.研究結(jié)果表明：耕地改為蘋果園地后，在0~20cm土層中，土壤粘粒含量顯著增加(p<0.01)，其他土層沒有顯著變化；在0~60cm土層中，土壤容重顯著降低(p<0.01)；在60~100cm土層中，沒有顯著性變化.在剖面垂直方向上，耕地顆粒含量從表層向下隨著深度增加呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢，在20~40cm土層粘粒含量最高(17.18%)，容重最大(p<0.01)，而蘋果園0~60cm土層粘粒含量大于60~100cm土層，土壤容重則隨著土層深度的增加有降低的趨勢.可見，土壤容重和土壤顆粒中的粘粒含量均對土地利用變化表現(xiàn)出一定的敏感性.

土地利用變化對土壤侵蝕和水質(zhì)的影響

土壤是人類生存和發(fā)展的必要物質(zhì)基礎(chǔ),土地利用方式的改變直接影響土壤性質(zhì)。從土壤理化性質(zhì)和微生物特性兩個(gè)方面,綜述了土地利用變化對土壤性質(zhì)的影響,旨在為土地有效利用及可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

本文以福建省山區(qū)為例,在對福建省水土保持實(shí)驗(yàn)站、建甌市?？育埶帘３衷囼?yàn)站長期觀測、實(shí)驗(yàn)資料深入分析對比的基礎(chǔ)之上,探討了土地利用/土地覆被變化對土壤侵蝕的影響規(guī)律。分析結(jié)果表明,土地利用/土地覆被變化對徑流的產(chǎn)生和土壤侵蝕有重要影響,植被的覆蓋度的變化直接影響著徑流系數(shù)和土壤侵蝕模數(shù);植被的覆蓋度和徑流系數(shù)呈負(fù)線性關(guān)系,隨著覆蓋度的增加徑流系數(shù)逐漸減小;植被覆蓋度和土壤侵蝕模數(shù)為負(fù)指數(shù)關(guān)系,隨著植被覆蓋度的增大,土壤侵蝕模數(shù)急劇下降。

以貴州省關(guān)嶺縣為例,利用1987和1999年兩個(gè)時(shí)段tm影象和相關(guān)資料,分析研究區(qū)12年間的土地利用/土地覆被變化及其土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)現(xiàn):(1)研究區(qū)土地利用動態(tài)變化較大,年均土地利用綜合動態(tài)指數(shù)為1.36%;(2)旱地和草地互相轉(zhuǎn)化比例高,草地開墾為旱地和旱地棄耕為草地的動態(tài)變化幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過旱地和草地最終面積變化的幅度;(3)山區(qū)土地利用的空間變化主要體現(xiàn)在垂直方向;(4)研究區(qū)裸土面積下降,一部分被植被覆蓋,另一部分由于土壤流失殆盡,形成裸露基巖,故植被覆蓋率和基巖出露率上升;(5)石漠化程度加劇,其中旱地石漠化發(fā)展速度最快;(6)土壤侵蝕形勢嚴(yán)峻。

為了驗(yàn)證新型小衛(wèi)星“北京一號”ccd數(shù)據(jù)在土地利用研究領(lǐng)域所具有的實(shí)用性和效果,應(yīng)用三種不同的計(jì)算機(jī)自動分類方法對研究區(qū)域進(jìn)行了土地利用分類,并對分類精度進(jìn)行了評價(jià)。結(jié)果表明:應(yīng)用最大似然法、mahalanobis距離法和最小距離法,分類總體精度分別達(dá)到了89．45％,84．82％和73．93％;。得出結(jié)論:“北京一號”小衛(wèi)星ccd數(shù)據(jù)質(zhì)量較好,選擇合適的方法,能夠得到較為理想的分類結(jié)果,數(shù)據(jù)能夠滿足中等比例尺成圖要求,可以在土地利用研究領(lǐng)域廣泛使用,成為遙感數(shù)據(jù)更新的新數(shù)據(jù)源。

對貴州中部喀斯特山區(qū)不同土地利用方式(闊葉林地、灌木林地、灌叢草地、耕地)對土壤、地表徑流和淺層地下水進(jìn)行采樣與分析。結(jié)果表明,在喀斯特山區(qū)土地利用模式從闊葉林地—灌木林地—灌叢草地方向的演變過程中,土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀、交換性鈣鎂含量出現(xiàn)明顯的下降,粘粒含量增加,土壤質(zhì)量出現(xiàn)退化,耕地有機(jī)質(zhì)含量明顯低于林地和草地;耕地地表徑流中so42-,nh4+,po43-,cod均顯著高于林地和草地;淺層地下水的so42-,nh4+,no3-,po43-,cod也顯著增加;土地利用由林地變?yōu)楦睾?地下水質(zhì)量出現(xiàn)一定程度的下降。

土壤水分是制約黃土丘陵區(qū)生態(tài)建設(shè)和土地可持續(xù)利用的關(guān)鍵因子,認(rèn)識不同土地利用類型的土壤水分狀況對該地區(qū)植被恢復(fù)和土地資源的有效利用具有重要的理論和實(shí)際意義.本研究采用ec-5土壤水分傳感器,對黃土高原園則溝流域坡耕地、梯田、棗園和草地生長季內(nèi)（5—10月）0～160cm土壤剖面含水量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測,探討這4種典型土地利用類型的土壤水分變化特征.結(jié)果表明：在降水常態(tài)年和干旱年,不同土地利用方式土壤水分的季節(jié)變化、蓄水特征及垂直分布均存在差異.在2015年干旱年,梯田表現(xiàn)出良好的蓄水保墑效果,0～60cm土層生長季平均土壤含水量分別比坡耕地、棗園和草地高2.6%、4.2%、1.8%（p〈0.05）,0～160cm土層儲水量分別比坡耕地、棗園和草地高43.90、32.08、18.69mm.在2014年常態(tài)年,棗園0～60cm土層生長季平均土壤含水量分別比坡耕地、梯田和草地低2.9%、3.8%、4.5%（p〈0.05）;在干旱年,0～160cm土層有效水儲量僅占土壤總儲水量的35.0%.不同土地利用方式下均是表層（0～20cm）與中層（20～100cm）土壤水分的灰色關(guān)聯(lián)度較大,且土壤水分變化態(tài)勢的相似程度表現(xiàn)為梯田〉草地〉坡耕地〉棗園.對于試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的坡耕地,可考慮改造為梯田,以提高雨水資源的有效利用、促進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè);而針對黃土丘陵區(qū)旱作棗園土壤缺水嚴(yán)重的現(xiàn)象,需采取適當(dāng)水分管理措施以降低棗樹自身耗水和其他無效耗水,實(shí)現(xiàn)棗園可持續(xù)發(fā)展.

喀斯特地區(qū)土層淺薄,不合理的土地利用導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失,加劇石漠化程度。為定量分析生態(tài)工程實(shí)施前后土壤侵蝕狀況及其對土地利用變化的響應(yīng),基于gis技術(shù)和rmmf模型,對環(huán)江縣1991、2000和2010年土壤侵蝕進(jìn)行模擬,并采用鄰近水文站和徑流小區(qū)泥沙監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明:1991、2000和2010年研究區(qū)土壤侵蝕模數(shù)分別為76.36、76.46和49.60t/(km~2·a),與相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)比較一致;土壤侵蝕總量分別為34.76萬、34.80萬和22.58萬t,主要來源于非喀斯特區(qū)(均約占全縣侵蝕總量的94%)。研究區(qū)微度侵蝕面積占90%以上,輕度及以上等級所占比例較小。對比不同土地利用類型的土壤侵蝕模數(shù),旱地遠(yuǎn)大于其他類型,其次是中覆蓋度草地和其他林地。相同降雨條件下,由于旱地面積減少,2010年土壤侵蝕量較1991年減少4.21萬t;2010年喀斯特區(qū)、非喀斯特區(qū)土壤侵蝕量較2000年分別減少了4.21%和8.76%。這預(yù)示生態(tài)工程實(shí)施后,環(huán)江縣耕地減少、林地增加,土壤侵蝕減少。本研究為評估喀斯特地區(qū)土壤侵蝕現(xiàn)狀以及退耕還林的水土保持效應(yīng)提供參考依據(jù)。

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分,其較小幅度的變化即影響到陸地植被的養(yǎng)分供應(yīng),同時(shí)可能影響到碳向大氣的排放而加劇全球氣候變化。本文概述了國內(nèi)外土壤碳庫和碳吸存的研究概況,并對土地利用和覆被變化對土壤碳庫和碳循環(huán)影響的最新研究進(jìn)展進(jìn)行了詳盡的闡述,旨在對科學(xué)地利用和保護(hù)有限的土壤資源,減緩?fù)寥乐袦厥覛怏w排放、增加土壤碳截存,提高土壤質(zhì)量,對退化土地的生態(tài)恢復(fù)及環(huán)境治理和保護(hù)提供理論參考。

以福州市南臺島為例,研究了不同土地利用/覆被變化對土壤全碳、全氮含量的影響。結(jié)果表明:1)不同土地利用方式下土壤全碳(totalcarbon,tc)、全氮(totalnitrogen,tn)含量均存在顯著差異(p0.05)?？傮w而言,城市化地區(qū)的土壤具有較大的變異性,存在明顯的人為干擾痕跡。

隨著鄱陽湖流域開發(fā)進(jìn)程加快,土地利用類型勢必發(fā)生轉(zhuǎn)移,從而對鄱陽湖流域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。為了能反映鄱陽湖流域由于土地利用變化對土壤侵蝕的影響效應(yīng),本文通過采用3s技術(shù)手段,獲取鄱陽湖流域土地利用空間數(shù)據(jù)與土壤侵蝕數(shù)據(jù),引入土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣指數(shù)和土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù),對鄱陽湖流域土地利用變化和土壤侵蝕效應(yīng)空間關(guān)系進(jìn)行定量分析。結(jié)果表明:①1985年～2000年間,影響鄱陽湖流域土壤侵蝕強(qiáng)度變化的土地類型主要集中在農(nóng)田、林地和草地,而水域、工礦居民用地與未利用地三種土地類型對土壤侵蝕強(qiáng)度變化總體變化不大;②加重土壤侵蝕強(qiáng)度的主要是林地轉(zhuǎn)化為農(nóng)田、林地轉(zhuǎn)化為草地、草地轉(zhuǎn)化為農(nóng)田;而土地利用類型農(nóng)田轉(zhuǎn)化為林地、林地內(nèi)部之間的轉(zhuǎn)化減輕了侵蝕強(qiáng)度。土地利用類型和土壤侵蝕強(qiáng)度之間的定量研究結(jié)果反映了土壤侵蝕效應(yīng)的變化,與鄱陽湖流域的水土流失現(xiàn)實(shí)情況一致。

西南岔河為湯旺河一級支流,隨著人類活動對下墊面的影響,河道內(nèi)的懸移質(zhì)泥沙含量逐年增多。本文應(yīng)用swat(soilandwaterassessmenttool)分布式水文模型構(gòu)建了流域水沙模型,研究分析了西南岔河流域1995—2015年土地利用空間變化對土壤侵蝕的影響,模擬分析了綠化對減輕水土流失的作用,為當(dāng)?shù)厮帘３诌x擇灌木品種和種植規(guī)模提供依據(jù)。

土地利用/土地覆被變化及其環(huán)境效應(yīng)研究成為當(dāng)前土地變化科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。我國西南喀斯特山區(qū)山高坡陡,地形破碎,土壤侵蝕嚴(yán)重,不合理的土地利用方式是造成喀斯特山區(qū)土壤侵蝕的主要人文因素。本文采用\"3s\"技術(shù)和rusle模型,分析了近30年來貴州省貓?zhí)恿饔蛲恋乩?覆被變化的時(shí)空特征,模擬了不同土地利用空間格局下的土壤侵蝕狀況,探討了土地利用變化對土壤侵蝕的影響。結(jié)果表明:近30年來流域內(nèi)土地利用/覆被發(fā)生了顯著變化,1973年~1990年,水田、灌木林、其他林地、灌草地均在減少,旱地、有林地、水域、建設(shè)用地、裸巖地均在增加;1990年~2002年,水田、有林地、灌木林、灌草地、水域、城鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)用地均明顯增加,旱地和裸巖地均大幅度減少。流域土壤侵蝕模數(shù)由1973年的30.88t/(hm2.年)上升到1990年的35.08t/(hm2.年),2002年下降到28.16t/(hm2.年)。旱地和灌草地是流域發(fā)生土壤侵蝕的主要土地利用類型。封山育林、植樹造林和退耕還林,減少陡坡旱地,是流域進(jìn)行水土流失治理的有效措施。

利用usle方程和徑流場對大姚縣水土保持生態(tài)修復(fù)區(qū)土壤侵蝕進(jìn)行監(jiān)測,旨在探討采取退耕還林、封禁、坡改梯等修復(fù)措施后,土地利用變化對修復(fù)區(qū)土壤侵蝕的影響。研究結(jié)果表明:高強(qiáng)度土壤侵蝕主要發(fā)生在坡耕地特別是陡坡耕地,而林地和梯地少有發(fā)生;經(jīng)過退耕還林增加林地面積和坡改梯后,土壤侵蝕現(xiàn)象得到緩解,流失面積減少2867.35hm2。

通過選擇3個(gè)具有不同地質(zhì)背景、氣候條件等環(huán)境特征的山西汾陽馬跑-郭莊巖溶泉域、湖南湘西大龍洞地下河流域、廣西桂江流域,對流域內(nèi)具有代表性的不同土地利用方式和覆被類型下墊面土壤20～50cm深處co2濃度進(jìn)行檢測。結(jié)果顯示,土地利用方式和覆被變化對3個(gè)流域巖溶土壤中20cm、30cm、40cm和50cm深處co2濃度具有明顯的影響作用:湖南湘西大龍洞地下河流域多數(shù)樣地土壤co2表現(xiàn)為隨土層的加深先增加后降低的雙向梯度;山西馬跑-郭莊泉域玉米地的土壤co2濃度比種植馬鈴薯的高,且隨著覆被條件由草地→灌叢→林地的改善,土壤的擾動性變小,co2濃度差趨于減少,變幅趨于穩(wěn)定。各個(gè)流域相同覆被類型,群落結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢種變化越小,土壤co2濃度變幅越小。

作為我國重要的糧食生產(chǎn)基地和淡水濕地集中分布區(qū),三江平原對于保障國家糧食安全和區(qū)域生態(tài)安全具有舉足輕重的地位。由于人類活動的劇烈影響,過去50年期間,三江平原土地利用/覆被發(fā)生了顯著變化。本文在分析1954年~2005年三江平原土地利用/覆被變化過程的基礎(chǔ)上,深入探索了土壤類型對土地利用/覆被變化過程的影響。結(jié)果表明,過去50余年中,三江平原土地利用/覆被變化劇烈,其中耕地增加了2.25倍,增加面積為385.55×104hm2。與耕地面積相對應(yīng)的是濕地、林地和草地的大幅度減少,減少面積分別為256.72×104hm2、66.92×104hm2和57.65×104hm2。草甸土、白漿土、沼澤土、暗棕壤和黑土為土地利用變化最為劇烈的幾種土壤類型,農(nóng)業(yè)開墾活動和耕地面積的增加是研究區(qū)土地利用變化的主要特征和主導(dǎo)因素,濕地、林地和草地減少區(qū)域的土壤類型與耕地增加區(qū)域的主要土壤類型一致。三江平原耕地開墾對土壤類型的選擇順序?yàn)?草甸土、白漿土→沼澤土→暗棕壤。這一現(xiàn)象表明耕地開墾首先從自然條件相對優(yōu)良的土壤資源-草甸土、白漿土進(jìn)行開發(fā);隨著草甸土和白漿土面積的迅速減少,沼澤土于1986年~1995年和1995年~2000年期間成為耕地開發(fā)最多的土壤類型;隨著以上3種土壤類型中可開墾的土地資源減少,暗棕壤于2000年~2005年期間成為耕地開發(fā)最多的土壤類型。

采用gis空間分析與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的方法,通過在arcgis8.1的grid模塊中,對瀾滄江流域南段土地的柵格(grid)圖進(jìn)行地圖代數(shù)運(yùn)算,形成具有復(fù)合數(shù)據(jù)的新grid數(shù)據(jù)表;對新生成grid屬性表的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算,獲得研究時(shí)段內(nèi)不同空間范圍的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣數(shù)據(jù)及各類用地上的土壤侵蝕數(shù)據(jù);通過土壤侵蝕綜合指數(shù)(index)的計(jì)算,反映了不同區(qū)域、不同土地利用類型上的土壤侵蝕程度及其變化.研究結(jié)果表明,耕地、其它林地、低覆蓋度草地上土壤受侵蝕的可能性較其它用地類型大;耕地、中覆蓋度草地、水域的土壤侵蝕強(qiáng)度較其它用地類型大;土地利用變化對土壤侵蝕變化的影響在瀾滄江中游和下游區(qū)域表現(xiàn)較為明顯,而在上游區(qū)域不明顯;上游區(qū)域土壤侵蝕的主導(dǎo)因素不是土地利用及其變化,而是地形、氣候等其它因素.

為更好地理解礦區(qū)土壤退化機(jī)理,選擇焦作采煤沉陷區(qū)4種代表性土壤景觀即有裂縫耕地、無裂縫耕地、有裂縫林地、無裂縫林地,評價(jià)土地利用與裂縫對沉陷土壤養(yǎng)分的影響.沉陷區(qū)耕地與林地2種利用方式中土壤有機(jī)碳(soc)、全氮(tn)、全磷(tp)含量差異不顯著(p＞0.05),但裂縫有無對這3個(gè)養(yǎng)分參數(shù)影響顯著(p＜0.05);土地利用方式(耕地、林地)與裂縫因素(裂縫有無)之間的交互作用對soc含量影響顯著(p＜0.05).沉陷區(qū)soc,tn,tp含量均表現(xiàn)為:無裂縫的林地與耕地＞有裂縫的林地與耕地(p＜0.05).與對照區(qū)相比,4種景觀的soc含量均顯著下降(p＜0.05),tn,tp僅在有裂縫的耕地與林地顯著降低(p＜0.05).研究結(jié)果表明,裂縫加劇了沉陷區(qū)耕地與林地的土壤c,n,p庫損失,尤其是c庫損失.在有裂縫情況下,沉陷耕地-林地轉(zhuǎn)變降低土壤c庫損失,但在無裂縫情況下,該轉(zhuǎn)變加劇土壤c庫損失.

為更好地理解礦區(qū)土壤退化機(jī)理,選擇焦作采煤沉陷區(qū)4種代表性土壤景觀即有裂縫耕地、無裂縫耕地、有裂縫林地、無裂縫林地,評價(jià)土地利用與裂縫對沉陷土壤養(yǎng)分的影響.沉陷區(qū)耕地與林地2種利用方式中土壤有機(jī)碳（s0c）、全氮（tn）、全磷（tp）含量差異不顯著〉0.05）,但裂縫有無對這3個(gè)養(yǎng)分參數(shù)影響顯著〈0.05）;土地利用方式（耕地、林地）與裂縫因素（裂縫有無）之間的交互作用對s0c含量影響顯著（p〈0.05）.沉陷區(qū)s0c,tn,tp含量均表現(xiàn)為：無裂縫的林地與耕地〉有裂縫的林地與耕地〈0.05）.與對照區(qū)相比,4種景觀的s0c含量均顯著下降〈0.05）,tn,tp僅在有裂縫的耕地與林地顯著降低〈0.05）.研究結(jié)果表明,裂縫加劇了沉陷區(qū)耕地與林地的土壤c,n,p庫損失,尤其是c庫損失.在有裂縫情況下,沉陷耕地-林地轉(zhuǎn)變降低土壤c庫損失,但在無裂縫情況下,該轉(zhuǎn)變加劇土壤c庫損失.

基于137cs示蹤技術(shù),結(jié)合土地利用變化數(shù)據(jù),對黃土丘陵溝壑區(qū)羊圈溝小流域土壤侵蝕強(qiáng)度的演變過程進(jìn)行了研究.結(jié)果表明:從20世紀(jì)80年代以來,該流域土地利用強(qiáng)度逐漸減弱;1980—2006年間,研究區(qū)坡耕地面積急劇下降,從94.9hm2下降到0.2hm2,喬木林地面積由0增加到51.1hm2,灌木林地面積由0增加到19.2hm2,果園林地面積由0增加到18.0hm2,荒草地面積趨于穩(wěn)定,由76.9hm2增加到80.1hm2.研究期間,不同土地利用類型的土壤侵蝕強(qiáng)度依次為:坡耕地>灌木林地>果園林地>荒草地>喬木林地;1980、1984、1996和2006年流域土壤侵蝕強(qiáng)度分別為6408.9、5362.4、4903.9和3641.4t.km-2.a-1,侵蝕程度由強(qiáng)度變?yōu)橹卸?土壤侵蝕強(qiáng)度降低的主要原因是該區(qū)的水保措施和植被恢復(fù)措施.