桂西北地区土壤侵蚀及其对土地利用变化响应的模拟研究——基于RMMF模型

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fuzi001
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我国西南喀斯特地区,受到长期的溶蚀作用,发育形成了特殊的地上地下双元水文结构,同时在脆弱喀斯特生态地质环境下,土地利用、人为生产方式及干扰程度对喀斯特土壤侵蚀有明显加速影响,加之人地矛盾尖锐,易引发以石漠化为特征的严重生态环境退化问题。因此,定量模拟喀斯特地区土壤侵蚀以及研究土壤侵蚀对土地利用变化的响应具有重要意义。本文运用改进的RMMF模型,结合ArcGIS技术,估算了1990、2000和2010年桂西北地区土壤侵蚀量和土壤侵蚀模数,分析了环江县(县域)以及桂西北(区域)两种尺度下土壤侵蚀空间分布特征,并使用情景模拟的方式,定量分析了退耕还林等生态工程实施前后研究区内的土壤侵蚀状况及其对土地利用变化的响应,得到以下结论:  (1)桂西北地区降雨充沛,但空间分布不均,从1990、2000和2010年来看,大体上呈现中部多,东部较少和西部最少的分布格局。水电站的建设对河流输沙量影响较大,对径流量影响不大。  (2)环江县土地利用类型以林地为主,其次为耕地和草地,水域和建筑用地很小。桂西北地区以林地为主,其次是耕地和草地,非喀斯特区以有林地和疏林地为主,喀斯特区灌木林地面积最大。非喀斯特地区发生土地利用类型面积转换的比例大于喀斯特区。1990-2000年,非喀斯特区和喀斯特区发生土地利用类型转化的面积比例分别为12.51%和6.89%;2000-2010年,发生土地利用类型转化的面积比例分别为11.04%和10.45%。  (3)在县域尺度(环江县)上,RMMF模型能够较好的模拟环江县的土壤侵蚀,模拟结果与观测数据均较为吻合。整体上,环江县土壤侵蚀模数由1990年的76.36 t/(km2·a)降为2010年的49.60 t/(km2·a),土壤侵蚀总量由34.76万t降为22.58万t。环江县土壤侵蚀产沙主要发生在非喀斯特区。1990、2000和2010年喀斯特区三年平均土壤侵蚀总量为1.68万t,非喀斯特区为29.03万t。微度侵蚀广泛分布于全县各处,所占面积达90%以上,轻度及其以上强度等级主要分布于大环江和小环江的流域分界区,地形起伏大而且旱地集中。不同土地利用类型土壤侵蚀模数和土壤侵蚀量差异较大。从土壤侵蚀模数来看,旱地最大。从土壤侵蚀量来看,旱地最大,分别占喀斯特区和非喀斯特区侵蚀总量的80%和70%以上,是主要的土壤侵蚀来源。  (4)在区域(桂西北)尺度上,RMMF模型能够较为准确的模拟桂西北地区的土壤侵蚀,模拟结果与观测数据均较为吻合。整体上,桂西北地区1990、2000和2010年的土壤侵蚀模数平均值为158.74 t/(km2·a),三年平均土壤侵蚀总量为1105.86万t,喀斯特区和非喀斯特区分别为49.01万t和1056.86万t,土壤侵蚀主要来源于非喀斯特区。无论喀斯特区还是非喀斯特区桂西北土壤侵蚀强度均以微度为主,分别占非喀斯特区和喀斯特区面积的85%和90%以上。在非喀斯特区各地类中,低覆盖度草地土壤侵蚀模数最大,疏林地的土壤侵蚀量最大,占非喀斯特区土壤侵蚀量的43.55%。在喀斯特各地类中,旱地土壤侵蚀模数最大,且远大于其他地类,其次为中覆盖度草地和其他林地,再其次为疏林地,其他地类土壤侵蚀模数均在10 t/(km2·a)以下,有林地最小。同时,喀斯特区土壤侵蚀量有51.03%来源于旱地。  (5)在环江县,降雨条件相同时,喀斯特区各地类土壤侵蚀模数变化较小。非喀斯特区中,旱地土壤侵蚀模数变化最大,其次为其它林地。喀斯特区土壤侵蚀量变化量主要来自于旱地土壤侵蚀量。非喀斯特区旱地2010年土壤侵蚀量减少量占全县土壤侵蚀减少量的94.17%。总体上,环江县不同土地利用类型中,旱地的变化对土壤侵蚀变化影响最大,其次为其他林地,其它土地利用类型影响较小。相同降雨条件下,桂西北非喀斯特区,低覆盖度草地土壤侵蚀模数变化最大,其次为其他林地和中覆盖度草地。喀斯特区土壤侵蚀模数变化最大为其他林地,其次为旱地和中覆盖度草地。从土壤侵蚀量来看,与1990年相比,2000年非喀斯特区增加了1.57万t;喀斯特区增加了3.00万t。与2000年相比,2010年非喀斯特区减少了87.44万t,喀斯特区减少了0.12万t。疏林地土壤侵蚀量变化对非喀斯特区土壤侵蚀量变化贡献最大,在喀斯特区则是旱地。  (6)环江县生态工程实施前2000年喀斯特区土壤侵蚀量较1990年增加1.60%,非喀斯特区减少了4.24%;生态工程实施后,2010年喀斯特区土壤侵蚀量较2000年减少4.21%,非喀斯特区减少了8.76%。桂西北生态工程实施前2000年喀斯特区土壤侵蚀量较1990年增加5.25%,非喀斯特区增加了0.12%;生态工程实施后,2010年喀斯特区土壤侵蚀量较2000年减少0.21%,非喀斯特区减少了7.63%。
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