基于GIS的江西省土壤侵蚀变化及与人类活动的关系研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zx19910412
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作为全球性的主要环境问题之一,土壤侵蚀是自然和人类活动共同作用下的产物,严重威胁到社会经济和生态的可持续发展。随着人类活动程度的增强以及活动范围的扩张,人类逐渐成为主导土壤侵蚀变化的关键因素。在区域尺度上开展人类活动与土壤侵蚀变化的关系研究,对土壤侵蚀防治宏观规划具有重要意义。以往研究关注较多的是某项具体人类行为措施对土壤侵蚀的影响或者社会经济因素与土壤侵蚀的关系。这在空间层面上对人类活动刻画力度不足,也失于对人类活动与自然因素耦合作用的研究。  为此,本文以江西省为研究区,在GIS技术、地理学与统计学原理支持下,采用RUSLE模型对研究区土壤侵蚀进行模拟,在区域尺度上通过综合土地利用数据、社会经济数据以及地形数据等多个因素实现人类活动对土壤侵蚀影响的研究;通过实现降雨因素的空间刻画完成人类因素和自然因素的耦合作用分析,主要成果如下:  (1)基于RUSLE模型完成了江西省1990年和2010年两个时相的土壤侵蚀模数(SEM)模拟,从三个角度验证了模拟结果的合理性。对模拟结果分析发现,江西省1990年土壤侵蚀模数平均值841 t/(km2·a),2010年土壤侵蚀模数平均值为629 t/(km2·a),土壤侵蚀整体明显缓解。两个时期,江西全省范围均存在不同程度土壤侵蚀;相比于1990年,2010年土壤侵蚀分布格局趋于集中。  (2)1990年到2010年,江西省轻度以上侵蚀面积减少9078km2(减少幅度19.4%);各侵蚀等级中,剧烈等级侵蚀面积减少幅度最大(减少71.5%)。从空间上看,土壤侵蚀变化在全省均有发生,赣南地区土壤侵蚀缓解最为明显,土壤侵蚀增加的区域在全省分布较为零散。江西省土壤侵蚀变化整体趋势:从1990到2010年土壤侵蚀缓解多发生在坡度较大、海拔较高地区;而在坡度缓和、海拔相对低的区域,土壤侵蚀缓解并不明显甚至有加剧的现象。  (3)在区域尺度,采用土地利用变化法分析了人类活动方式对土壤侵蚀的影响。研究区以耕地和林地为主,在1990年和2010年耕地和林地总面积分别占到全省土地面积的89.25%和88.90%;土地利用变化以耕地大量减少(减少750.3km2)及建筑用地大量增加(增加940.4km2)为主要特征。研究区草地-林地、耕地-林地和耕地-水域土地用转变方式对土壤侵蚀缓解贡献最大;水域-耕地、林地-耕地和林地-草地转变方式对土壤侵蚀加剧作用最为明显。随着降雨侵蚀力的增加或者坡度的减小,土地利用变化对土壤侵蚀的加剧和缓解作用均逐渐减弱。  (4)构建了人类社会经济活动指标体系,分析发现2010年人类社会经济活动对土壤侵蚀的影响明显大于1990年人类社会经济活动对土壤侵蚀的影响。提出了人类活动程度指数(HAI)空间量化方法,在研究区通过集成土地利用数据、社会经济数据和地形数据完成1990年和2010年人类活动程度的空间量化。采用人口密度、GDP密度和灯光指数验证了模拟结果的合理性。  (5)从1990年到2010年江西省人类活动程度指数显著增加,主要以坡度缓和、海拔较低的城市及周围地区为增加集聚区。HAI与SEM的空间耦合性从1990年的不显著相关(Pearson R=0.026,P>0.5)增加到2010年的极显著正相关(Pearson R=0.181,P<0.01)。总体而言,研究区人类活动对土壤侵蚀的影响能力显著加强,且人类活动程度的增加对土壤侵蚀存在加剧作用。1990年土壤侵蚀较易发生在距离城市偏远,海拔较高,坡度较大,农业生产条件相对低下,经济相对落后的地区。1990年到2010年在远离城市的偏远山地丘陵区,农村人口压力的减弱以及适当的土地利用转变对植被恢复存在驱动作用,进而促进土壤侵蚀的缓解;而人类活动程度的增强主要发生在城市及周边地区,且对土壤侵蚀的加剧存在促进作用。1990年-2010年江西省土壤侵蚀有由人类经济活动程度相对较低的山地、丘陵区向坡度缓和以及城镇等人类社会经济活动程度较大的地区转移的趋势。降雨、坡度和人类活动程度对土壤侵蚀变化耦合作用规律明显:研究区地形越陡、降雨越大的区域,人类活动程度对土壤侵蚀影响越小,反之亦然。
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