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福建宁化紫色土地区土壤侵蚀动态变化特征研究

作　者: 郑誉寰
导　师: 马祥庆
学　校: 福建农林大学
专　业: 水土保持与荒漠化防治
关键词: 紫色土土壤侵蚀宁化西部动态变化 DEM 水土保持
分类号: S157
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

水土资源是人类赖以生存的物质基础,近几十年来,人口增长、社会经济发展和资源的高强度开发,直接导致土地退化和区域生态环境恶化,水土流失问题日渐成为我国头号环境问题。宁化县地处“三江源头”,是福建省水土流失最严重的地区之一,也是我国南方紫色土丘陵区水力侵蚀的典型代表,境内水土流失已有上百年历史,严重制约了社会、经济的可持续发展,加剧了区域贫困和生态环境恶化。由于长期研究的侧重点不同,我国南方紫色土丘陵区水土流失理论、生态恢复与重建实践等工作相对滞后,而已有的研究大多集中于室内、坡面等小尺度范围内,研究空间窄,时间跨度短;此外,以往的土壤侵蚀研究由于技术手段的限制,多集中于定性和定量方面,动态研究应用不多。因此,深入研究紫色土丘陵区大尺度范围内水土流失多年变化规律,建立土壤侵蚀数据库,定量地评价强化治理的效果,可以有效地指导当地水土保持实践,为更好地在政府宏观调控下开展水土流失综合防治工作奠定基础。随着遥感、地理信息系统技术和空间分析模型的深入发展,利用遥感和地理信息系统技术研究典型区域水土流失及其动态变化,成为最迅速可靠的理想手段之一。自2000年宁化县开展大规模的水土流失综合治理实践以来,在社会、经济及其它因素影响下,区域土壤侵蚀面积、景观要素等发生了很大变化。本文以水土保持学、生态学的相关理论为基础,以宁化西部典型紫色土流失区为研究区域,基于地形图、ALOS遥感数据等,综合利用“3S”技术和ArcView、ArcGIS、Erdasimagine等软件,采集包括地形(主要利用DEM提取高程、坡度、坡向等地形因子)、土地利用类型、植被、土壤侵蚀和水土保持措施五个方面数据,建立了大比例尺、高精度的区域土壤侵蚀地理空间数据集,在野外实地判读验证和专家咨询的基础上综合生成土壤侵蚀现状图;分析了宁化西部2000-2007年土壤侵蚀的强度、数量结构在时间和空间上的演变及其变化原因,定量评价治理效果;同时,结合宁化县紫色土综合治理实践经验,提出防治对策。研究的主要结论如下:1. 2007年水土流失现状。2007年福建省宁化县西部区域水土流失总面积为13123.82 hm2,占土地总面积的27.04%,土壤侵蚀以微度和轻度为主,随着侵蚀强度的增加,土壤侵蚀面积呈下降趋势。由生成的2007年宁化西部土壤侵蚀现状图可知,该区水土流失集中分布在以石壁乡为中心的中部低山丘陵区,向周围山区呈辐射下降趋势。石壁、淮土乡两个乡镇仅占区域土地总面积的45.2%,其水土流失面积约占了流失总面积的近4/5(为79.73%)。2. 2000-2007年治理期间土壤侵蚀数量、强度动态变化规律。根据土壤侵蚀分级统计结果可知,从总体变化趋势上看,自2000年以来,宁化西部区域水土流失面积呈下降趋势,2007年与2000年相比,共减少水土流失面积1509.86 hm2,下降了3.11%,年变化率为1.47%。从各侵蚀强度类型变化趋势来看,微度侵蚀和中度侵蚀明显增加,其它各侵蚀类型均呈减少趋势,其中以中度和轻度侵蚀面积变化幅度最大;中度和极强度侵蚀年变化率最大。说明7年间宁化西部紫色土地区土壤侵蚀经过治理已初显成效。3.各侵蚀类型的转移动向和新增来源构成变化。7年中约有15462.98hm2面积发生不同程度的变化,占区域总面积的31.85%。其中微度侵蚀主要转化成轻度侵蚀;轻度、中度和极强度侵蚀均主要转化为微度侵蚀,主要聚集在中部采取封禁保护和强化治理措施的地区。微度、中度侵蚀分布主要由轻度、强度侵蚀转化而来;轻度、强度侵蚀主要由微度转化而来,极强度侵蚀绝大部分由轻度、微度侵蚀转化而来,主要聚集在全垦式山地开发、火烧山、项目开发建设等人为活动干扰严重的区域,呈零星散状分布。4.利用土壤侵蚀地域分布重心模型对各侵蚀类型空间位置转换分析得出,7年间宁化西部地区土壤侵蚀分布总重心向西北偏移,整体上偏移了1945.813m;从侵蚀类型上看,微度、轻度侵蚀重心分别向东南、西北方向偏移,中度和极强度侵蚀重心均向西南方向偏移,而强度侵蚀向东南方向偏移,其中以极强度侵蚀偏移距离最大,整体上偏移了8066.912m。5.运用SEIC和SEII指标对区域内不同地形因子土壤侵蚀结构动态变化特征进行分析,说明了海拔、坡度、坡向等地形因子的不同带来的土壤侵蚀严重程度及土壤侵蚀等级类型结构差异较大;绝大部分高程带、坡度等级和坡向类别上的SEII和SEIC均是2007年低于2000年,表明人为干预作用己经超过了自然因素的影响,宁化西部地区7年间,通过采取封禁、营造防护林草、坡耕地改造等综合措施,地表植被覆盖明显增加,水土流失有所减轻。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-13
1 前言  13-15
2 国内外研究动态  15-24
  2.1 紫色土土壤侵蚀研究进展  15-19
    2.1.1 紫色土形成特点  15-16
    2.1.2 紫色土丘陵区土壤侵蚀研究进展  16-18
    2.1.3 紫色土水土流失防治技术  18-19
  2.2 “3S”技术在水土保持生态环境建设中的应用  19-24
    2.2.1 “3S”技术概述  19-20
    2.2.2 水土流失动态监测研究  20-21
    2.2.3 基于高分辨率遥感影像的土壤侵蚀和水土保持研究  21-23
    2.2.4 水土保持规划研究  23
    2.2.5 水土保持信息系统建设  23-24
3 研究区概况  24-28
  3.1 自然条件状况  24-26
  3.2 社会经济状况  26-28
4 研究方法  28-30
  4.1 研究区空间数据源  28-29
    4.1.1 遥感数据  28-29
    4.1.2 非遥感数据  29
  4.2 技术路线  29-30
5 宁化西部紫色土区域专题遥感信息提取  30-53
  5.1 ALOS 卫星遥感影像预处理  30-31
    5.1.1 几何精校正  31
    5.1.2 研究区影像裁剪  31
  5.2 土地利用专题信息提取  31-35
    5.2.1 土地利用遥感分类  31-32
    5.2.2 土地利用现状遥感判读  32-35
  5.3 植被盖度专题信息提取  35-37
    5.3.1 植被类型调查  35
    5.3.2 植被覆盖度信息提取  35-37
  5.4 水土保持措施专题信息提取  37-39
    5.4.1 区域水土保持措施调查  37
    5.4.2 区域水土保持措施信息提取  37-39
  5.5 地形因子专题信息提取  39-46
    5.5.1 数字高程模型DEM 构建  40-42
    5.5.2 高程因子提取  42
    5.5.3 坡度因子提取  42-44
    5.5.4 坡向因子提取  44
    5.5.5 坡长因子提取  44-45
    5.5.6 沟壑密度因子提取  45-46
  5.6 土壤侵蚀专题信息提取  46-50
    5.6.1 土壤侵蚀分类系统和强度分级标准  46-48
    5.6.2 土壤侵蚀类型及强度变化的图像判读  48-49
    5.6.3 野外验证及矢量图生成  49-50
  5.7 2007 年土壤侵蚀现状分析  50-53
    5.7.1 土壤侵蚀的空间分布  50-52
    5.7.2 土壤侵蚀的行政区分布  52
    5.7.3 各地类的土壤侵蚀状况  52-53
6 宁化西部地区土壤侵蚀数量结构与时空演变  53-79
  6.1 区域土壤侵蚀强度总体变化分析  53-55
    6.1.1 区域土壤侵蚀组成概况  53-54
    6.1.2 区域土壤侵蚀组成总体变化分析  54-55
  6.2 区域土壤侵蚀强度类型动态转移特征分析  55-59
    6.2.1 各侵蚀类型转出（减少）部分分析  57-58
    6.2.2 各侵蚀类型转入（新增）部分分析  58-59
  6.3 区域土壤侵蚀组成的空间变化  59-66
    6.3.1 各侵蚀类型空间位置转换及数量分析  59-64
    6.3.2 各侵蚀类型地域分布重心分析  64-66
  6.4 不同地形因子上的土壤侵蚀变化分析  66-75
    6.4.1 分析指标的建立  67-68
    6.4.2 不同高程带下土壤侵蚀变化  68-70
    6.4.3 不同坡度下土壤侵蚀变化  70-73
    6.4.4 不同坡向上土壤侵蚀变化  73-75
  6.5 水土流失变化原因分析  75-79
    6.5.1 水土流失减少的原因  75-76
    6.5.2 产生水土流失的原因  76-79
7 紫色土水土流失防治对策  79-87
  7.1 治理紫色土水土流失的制约因素  79-80
  7.2 防治紫色土水土流失的技术措施  80-87
    7.2.1 水土保持工程措施  81-83
    7.2.2 水土保持林草措施  83-85
    7.2.3 水土保持农业技术措施  85-87
8 讨论  87-90
  8.1 “3S”集成技术在水土保持中的应用  87-88
  8.2 水土流失区退化生态系统恢复与重建的艰巨性与时间尺度  88-90
9 结论  90-92
参考文献  92-99
致谢  99

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