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大通县土地利用/覆被变化与土壤侵蚀的研究

作　者: 贾俊姝
导　师: 周心澄
学　校: 北京林业大学
专　业: 工程绿化
关键词: 遥感与GIS 土地利用/覆被变化土壤质量径流与泥沙 RUSLE
分类号: S157
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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引　用: 3次
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内容摘要

大通县地处青藏高原与黄土高原过渡地带,生态区位十分重要。本文基于多源数据,运用遥感、GIS技术与数学建模等方法,以景观生态学、土壤侵蚀学等综合学科为理论依据,研究1995年到2005年大通县土地利用/覆被10年期间时空变化特征和规律并预测其未来土地利用/覆被变化趋势;在试验数据和观测资料的基础上分析了土地利用/覆被与土壤侵蚀的关系;运用RUSLE土壤侵蚀预测模型,综合评价了大通县土壤侵蚀状况,主要结论如下:1、土地利用/覆被的数量结构变化特征是林地、水域及建设用地呈现增长趋势,其中林地增长最显著,增长成为2005年最大的土地利用/覆被类型。林地主要分布在半浅山半脑山、脑山及高山地区,所有乡镇的林地均呈现不同程度的增加:草地、耕地及未利用地均呈减少趋势,其中草地减少最明显,由1995年的优势类型减少成为第二位。草地与林地的空间分布基本一致,大部分乡镇草地呈现不同程度的减少;耕地主要分布北川河及其支流两岸的川水地区、浅山地区及半浅山半脑山区,大部分乡镇的耕地面积呈现不同程度的减少。不同土地利用/覆被类型之间的转换很强烈,相互转换的面积186894.97hm~2,占总面积的60.18%:转换数量最显著的草地转出为林地,转换面积为68040.88hm~2,占发生转变总量的36.41%。2、土地利用/覆被空间格局变化特征是:斑块密度PD、最大斑块指数LPI及边缘密度ED的减少,反映了该景观的破碎化程度和生境斑块相互之间的隔离程度在减小;随着景观中斑块形状更趋于简单化,面积加权平均形状指数AWMSI和面积加权平均分维数AWMPFD在研究时段内也减小;蔓延度指数CONTAG增加,整个景观受林地、草地和耕地这几大类斑块的控制,虽然优势斑块类型逐渐形成了良好的连通性、斑块面积趋于均匀。Shannon多样性指数SHDI和Shannon均匀度指数的减小,表明景观异质性下降,破碎化程度及景观多样性降低。3、土壤质量综合指数在不同土地利用类型之间的比较是青海云杉(0.80)＞华北落叶松(0.73)＞中国沙棘(0.57)＞紫花苜蓿(0.36)＞青稞(0.31),其优化排序几乎与抗冲性指数的优化排序完全一致,土壤质量综合指数与抗冲性指数的变化趋势呈显著正相关。4、土地利用变化对降雨量-径流量关系、径流量-输沙量关系的影响都比较明显,1991-1995年期间的输沙量增加速度大于2001-2005年期间的输沙量增加速度;在相同径流条件下,由于2001-2005年期间坡度大于15°以上地区有许多草地和耕地转变为林地,植被覆盖度明显提高,截留能力增强,减弱雨滴对地面的击溅侵蚀,产生的输沙量将会明显减少。5、运用GIS技术基于RUSLE土壤侵蚀预报模型阐明大通县土壤侵蚀状况:2005年土壤侵蚀总量为2160.07×10~4t/a,平均土壤侵蚀模数为51.83t/hm~2.a,按照土壤侵蚀强度等级划分标准属于强度侵蚀区。土地利用类型中旱地的年侵蚀总量是最高的,侵蚀模数达到199.97t/hm~2.a,属于剧烈侵蚀强度;强度侵蚀区域主要分布在高程带为2500-2700m和2700-2900m的浅山到脑山地区、坡度在15-25°和25-35°的陡坡以上及南坡向,这些地区也是防治土壤侵蚀的重点区域。1995年与2005年土壤侵蚀状况相比土壤流失总量的减少778.1×10~4t,土壤侵蚀有所减轻。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
1 绪论  11-23
  1.1 选题依据及研究目的  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-20
    1.2.1 土地利用/覆被变化研究  12-16
      1.2.1.1 土地利用/覆被变化的研究内容  12-15
      1.2.1.2 土地利用/覆被变化的遥感监测  15
      1.2.1.3 土地利用/覆被变化的景观格局及模型研究  15-16
    1.2.2 土地利用/覆被变化与土壤侵蚀关系的研究  16-19
      1.2.2.1 土地利用/覆被变化与土壤质量  16-17
      1.2.2.2 土地利用/覆被变化与泥沙径流  17
      1.2.2.3 土地利用/覆被变化与土壤侵蚀  17-19
    1.2.3 土壤侵蚀及模型研究  19-20
  1.3 研究内容、方法和技术路线  20-22
    1.3.1 研究内容  20-21
    1.3.2 研究方法  21
    1.3.3 技术路线  21-22
  1.4 创新点  22-23
2 研究区域概况  23-43
  2.1 自然地理概况  24-35
    2.1.1 气候  24-26
      2.1.1.1 日照  24
      2.1.1.2 气温  24-25
      2.1.1.3 降水  25-26
      2.1.1.4 风  26
    2.1.2 地质地貌  26-29
      2.1.2.1 地层  26-27
      2.1.2.2 构造  27-28
      2.1.2.3 地势  28
      2.1.2.4 地貌类型  28-29
    2.1.3 水文状况  29-30
      2.1.3.1 地表水  29-30
      2.1.3.2 地下水  30
      2.1.3.3 水质  30
    2.1.4 土壤  30-33
      2.1.4.1 土壤类型  30-33
      2.1.4.2 土壤养分  33
    2.1.5 植被分布  33-35
  2.2 社会经济状况  35-36
    2.2.1 人口  35
    2.2.2 社会总产值及生产状况  35-36
  2.3 土地利用现状与空间格局  36-41
    2.3.1 土地利用数量结构  37-38
    2.3.2 土地利用格局分布  38-41
      2.3.2.1 坡耕地分布状况  38-39
      2.3.2.2 各乡镇土地利用类型分布状况  39-41
  2.4 当前存在的环境问题  41-43
    2.4.1 水土流失严重  41
    2.4.2 河流行洪能力不足  41-42
    2.4.3 森林生态系统整体防护功能较弱  42
    2.4.4 林牧矛盾突出  42
    2.4.5 薪材消耗大  42-43
3 土地利用/覆被及土壤侵蚀数据提取  43-60
  3.1 基础数据源和处理方法  43-47
    3.1.1 遥感影像预处理  43-44
    3.1.2 地形图矢量化  44
    3.1.3 其它数据收集及处理  44-47
  3.2 获取土地利用/覆被本底数据  47-51
    3.2.1 大通县土地利用分类标准  47-48
    3.2.2 土地利用/覆被解译标志的建立  48-50
    3.2.3 遥感影像分类  50
    3.2.4 分类结果的后处理  50-51
  3.3 建立数字高程模型DEM  51-52
  3.4 专题数据的提取  52-60
    3.4.1 土地利用/覆被动态信息  53
    3.4.2 土壤侵蚀量及分级  53-57
    3.4.3 地形属性数据  57-60
4 土地利用/覆被变化特征与空间格局分析  60-89
  4.1 大通土地利用/覆被变化时空特征  60-71
    4.1.1 数量变化特征  60-63
    4.1.2 区域差异特征  63-69
      4.1.2.1 耕地变化  63-65
      4.1.2.2 林地变化  65-67
      4.1.2.3 草地变化  67-69
    4.1.3 土地利用/覆被类型转换特征  69-71
  4.2 土地利用/覆被变化空间格局分析  71-84
    4.2.1 选定景观格局指数  72
    4.2.2 景规格局指数生态学意义  72-76
    4.2.3 斑块类型的格局变化特征  76-83
      4.2.3.1 斑块大小变化特征  76-79
      4.2.3.2 斑块形状变化特征  79-81
      4.2.3.3 斑块在景观中分布状况及变化特征  81-83
    4.2.4 景观格局变化特征  83-84
  4.3 土地利用/覆被动态模拟及发展预测  84-86
    4.3.1 马尔柯夫模型的构建  84
    4.3.2 初始状态及转移概率矩阵的确定  84-85
    4.3.3 发展趋势的预测结果  85-86
  4.4 小结  86-89
5 土地利用与土壤侵蚀因子—土壤质量  89-108
  5.1 试验区布设  89-90
  5.2 土壤物理性质  90
  5.3 土壤化学性质  90
  5.4 土壤持水量  90
  5.5 土壤入渗性能  90-91
  5.6 土壤抗冲性  91-92
  5.7 结论与分析  92-103
    5.7.1 不同土地利用类型的土壤物理性质  92-97
      5.7.1.1 不同土地利用类型的土壤水分特性  92-93
      5.7.1.2 不同土地利用类型的土壤结构特性  93-95
      5.7.1.3 不同土地利用类型的土壤机械组成  95-97
    5.7.2 不同土地利用类型的土壤化学性质  97-99
    5.7.3 不同土地利用类型的土壤持水量  99-101
    5.7.4 不同土地利用类型的土壤入渗性能  101-102
    5.7.5 不同土地利用类型的土壤抗冲性  102-103
  5.8 不同土地利用类型土壤的综合评价  103-106
    5.8.1 评价指标选取的原则  103-104
    5.8.2 评价指标体系  104
    5.8.3 指标权重及评价方法  104-105
    5.8.4 综合评价结果分析  105-106
  5.9 小结  106-108
6 土地利用与土壤侵蚀因子—降雨、径流及泥沙  108-126
  6.1 资料来源  108
  6.2 研究方法  108
  6.3 结果与分析  108-124
    6.3.1 不同土地利用类型的截留作用  108-110
    6.3.2 降雨与径流的关系  110-112
      6.3.2.1 降雨量与径流量的时间序列变化  110-111
      6.3.2.2 降雨量与径流量的相关性分析  111
      6.3.2.3 降雨量与径流量的关系模型  111-112
    6.3.3 径流与泥沙关系  112-114
      6.3.3.1 径流与泥沙的时间序列变化  112-113
      6.3.3.2 径流量与输沙量的相关性分析  113
      6.3.3.3 径流量与输沙量的关系模型  113-114
    6.3.4 土地利用变化对降雨—径流、径流—泥沙关系的影响  114-124
      6.3.4.1 土地利用变化分析  114-117
      6.3.4.2 土地利用变化对不同月份降雨—径流关系的影响  117-119
      6.3.4.3 土地利用变化对年际问降雨量—径流量关系的影响  119-120
      6.3.4.4 土地利用变化对不同月份径流—泥沙关系的影响  120-123
      6.3.4.5 土地利用变化对年际间径流量—输沙量关系的影响  123-124
  6.4 小结  124-126
7 基于RUSLE的大通县土壤侵蚀定量分析  126-146
  7.1 RUSLE各因子值的确定  126-134
    7.1.1 降雨侵蚀力因子R  126-127
    7.1.2 土壤可蚀性因子K  127-129
    7.1.3 地形因子LS  129-130
      7.1.3.1 坡度因子S  129
      7.1.3.2 坡长因子L  129-130
    7.1.4 地表植被覆盖因子C  130-132
    7.1.5 土壤保持措施因子P  132-134
  7.2 RUSLE的运算结果  134-136
    7.2.1 土壤侵蚀现状  134-135
    7.2.2 土壤侵蚀面积变化分析  135
    7.2.3 土壤侵蚀量变化分析  135
    7.2.4 土壤侵蚀等级的动态变化分析  135-136
  7.3 土壤侵蚀环境背景分析  136-144
    7.3.1 土壤侵蚀与土地利用类型的关系分析  136-139
    7.3.2 土壤侵蚀与海拔高度的关系分析  139-140
    7.3.3 土壤侵蚀与坡度的关系分析  140-142
    7.3.4 土壤侵蚀与坡向的关系分析  142-144
  7.4 小结  144-146
8 结论  146-149
参考文献  149-157
个人简介  157-158
导师简介  158-159
获得成果目录清单  159-160
致谢  160

大通县土地利用/覆被变化与土壤侵蚀的研究

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