论文部分内容阅读
在近代人类发展的历史过程中，人类活动对客观世界的影响日益重要和深刻。土壤侵蚀作为一种自然过程由来已久，但由于人为活动的参与，在表现形式、侵蚀程度、空间分布以及演变过程等均发生了根本变化。深入研究人类活动对土壤侵蚀的影响方式、机理和过程，定量表征人类活动对土壤侵蚀的影响，对适应自然规律、合理调控人类活动及有效开展水土流失治理具有极其重要的意义。本研究以延河流域和纸坊沟流域为例，依据水土保持学的基本理论、运用遥感、统计学方法，通过GIS空间分析和数理统计，以水土保持工程措施因子（PE）和植被覆盖与管理措施因子（C）表征地表形态和植被覆盖状况，通过分析不同时期人为作用对地表形态、植被覆盖等的影响程度和方式，实现人为作用对土壤侵蚀环境影响的定量表征，并基于景观生态学原理，分析了研究区植被因子景观格局的变化特征。同时以纸坊沟流域为例，运用Hc-DEM方法重构了不同时间序列的人工地形DEM，并在此基础上分析了坡度、坡长等地形因子的演变特征及其影响因素，定量评价了纸坊沟流域70多年来土壤侵蚀演变过程及人为作用对其的影响，取得了以下主要研究结论：（1）以水土保持工程措施因子值描述地表形态，通过构建地形人为影响指数来表征人为作用对地形的影响程度和方式，定量分析了纸坊沟流域和延河流域人为作用对地表形态演变的影响。纸坊沟流域、延河流域的工程措施因子值均随时间呈线性递减趋势，地表形态的变化有利于控制土壤侵蚀。分析不同时期人类活动地形指数Ht的变化趋势表明：纸坊沟流域1938—1987年人为作用对地表形态的影响程度和范围持续增加，随后除1999—2003年略有增加外，基本呈减小趋势，延河流域1986—2006年人为作用对地表形态的影响程度与范围先增加后减弱，其中1997—2000年的人为作用对地表形态的影响最为明显。对纸坊沟流域人工地形DEM的分析表明，随着人类活动对地形改造的程度不断加大，坡度、坡长、坡度因子、坡长因子、坡度坡长因子均呈减小趋势，其中坡度变化程度最小，坡长变化程度最大，年均减小率分别为3.58%、11.94%，地形因子值随着基本农田及居民地面积的增加而减小。（2）以植被覆盖与管理措施因子值描述地面覆盖（植被）的状态，通过构建植被人为影响指数来表征人为作用对地面覆盖（植被）的影响程度和作用方式，定量分析了纸坊沟流域和延河流域人为作用对地面覆盖（植被）变化影响。纸坊沟流域的植被因子值随时间呈4次抛物线变化，延河流域的植被覆盖与管理措施因子值呈先增加后减小的趋势。分析植被人为影响指数Hc的变化特征表明，纸坊沟流域1938—1958年人类活动对植被的影响以破坏为主，此后以恢复作用为主，人类活动对植被的恢复作用在1987—1999年达到最大，随后不断减小，延河流域在1986—2006年间，人类活动对植被破坏作用呈下降趋势，人类活动对植被的恢复作用先减小后增加。纸坊沟流域、延河流域不同植被因子的景观格局发生了巨大变化，纸坊沟流域林地和耕地变化明显，而草地变化不大，景观多样性指数与均匀度指数先减小后增加，而延河流域的林地、草地和耕地均发生了较大变化，景观多样性指数与均匀度指数逐年增加。（3）在1938—2010年70多年间，纸坊沟流域的土壤侵蚀经历了一个先增强后减弱的过程，侵蚀模数随时间呈4次抛物线变化，1958年侵蚀模数达到最大，随后总体呈递减趋势。1938年以中度以下侵蚀为主，1958—1978年以剧烈侵蚀为主，1978年以来，侵蚀强度不断下降，1999—2010年微度侵蚀面积达到3.85km2，剧烈侵蚀面积仅占流域总面积的8.96%。流域侵蚀强度受地形影响显著，随着坡度的增加，侵蚀强度与侵蚀量均显著增加，侵蚀量主要来源于25°以上坡度带，侵蚀来源随时间有向35°以上坡度带集中的趋势，阳坡侵蚀强度高于阴坡。在不同的土地利用类型中，林地的侵蚀强度最低，而未利用地侵蚀强度最高，1958—1998年耕地是侵蚀产沙的主要来源，1999年以来，草地成为流域的主要侵蚀产沙来源。经过30多年的综合治理，纸坊沟流域生态环境明显改善，但沟谷陡荒坡侵蚀依然严重，属强烈以上侵蚀，是今后水土保持治理的重点区域。（4）将1938年作为人类活动加剧土壤侵蚀的基期，通过对比1958年实际土壤侵蚀与1938年人类活动水平下土壤侵蚀的差异，分析了人类活动对加剧土壤侵蚀的作用；将1958年作为人类活动减弱土壤侵蚀的基期，通过比较1978—2010年实际土壤侵蚀与1958年人类活动水平下土壤侵蚀的差异，定量分析了不同时期人类活动的减蚀作用。与1938年人类活动水平下的土壤侵蚀相比，1958年在人类活动作用下增加土壤侵蚀量24.91万t，其中因植被覆盖变化而增加土壤侵蚀量31.09万t，因地表形态变化而减少土壤侵蚀量6.18万t。与1958年人类活动水平下的土壤侵蚀相比，1978—2010年在人类活动作用下减少土壤侵蚀量逐年增加，侵蚀量减少1.19~14.01万t，其中因植被覆盖变化而减少土壤侵蚀量0.71~11.48万t，因地表形态变化而减少土壤侵蚀量0.48~2.53万t，与地表形态变化相比，植被覆盖变化对减少土壤侵蚀的作用更为明显。