近1万年以来特征时期黄土高原土壤侵蚀及其对黄河下游沉积的影响

发布时间：2020-03-29 06:25

【摘要】：黄土高原是中国典型生态环境脆弱带,土壤侵蚀易受气候变化和人类活动的影响,是目前世界上土壤侵蚀最为严重的地区。在黄土高原土壤侵蚀研究中,我们有必要了解土壤侵蚀的地质背景、演变过程、驱动机制及其环境效应。全新世(近1万年)以来,黄土高原气候、自然植被和人类活动等侵蚀环境发生明显变化,研究该时期侵蚀环境演变、土壤侵蚀过程及对黄河下游沉积的影响是认识历史时期黄土高原土壤侵蚀与生态环境相互作用的关系的重要基础。本研究目的在于通过研究黄河中下游侵蚀环境演化,探讨全新世以来(特别是过去2000年),气候变化和人类活动对黄土高原的土壤侵蚀的作用过程,分析黄河中下游河道变迁及黄河三角洲的相互作用关系,揭示黄河中下游环境演变动力学机制。我们收集了黄河中下游流域的历史文献记录、地质地貌证据、气象水文观测站数据、遥感卫星影像等数据,重建了全新世以来的气候、水文、植被、泥沙、三角洲沉积的时间序列及环境变化基本格局;运用土壤侵蚀模型模拟了过去2000年以来黄土高原历史特征时期的土壤侵蚀情景;探讨了黄河下游河道变迁与三角洲形成的基本过程及黄土高原土壤侵蚀与黄河三角洲的相互作用,并提出黄河中下游河流地貌演化的基本模式。通过以上研究,主要得到了如下的重要结论:(1)侵蚀环境演变与土壤侵蚀过程。全新世黄土高原气候整体受东亚季风控制,全新世早期、中期和晚期转化时间为8.5 ka和3.1 ka,表现出冷暖交替的气候特征,全新世早期-中期-晚期的气候特征为干冷-湿热-干冷;黄土高原自然植被演化受气候变化影响,整体演化特征为扩张-繁盛-萎缩。全新世晚期以来,人类活动对自然环境影响逐渐强烈。过去1万年来,季风活动逐渐增强,黄土高原最显著的特点为黄土堆积减缓,古土壤形成增强,进入侵蚀强烈期。全新世早期,土壤侵蚀较之前时期增强,但侵蚀强度处于较低水平,平均土壤侵蚀模数小于10t?ha~(-1)?yr~(-1),属于微度侵蚀;全新世中期,尤其在气候最佳期(8.5 ka-5.0 ka),土壤侵蚀强度较之前增强;全新世晚期,黄土高原土壤侵蚀强度急剧增加。近2000年,尤其是唐朝之后,黄土高原侵蚀达到全新世最强烈时期,东汉、隋唐、明清和现代的土壤侵蚀模数分别为28、39、43和30t?ha~(-1)?yr~(-1)。全新世晚期之前,黄土高原人口数量极少,对自然环境的影响有限,土壤侵蚀为自然过程,主要受气候变化影响。全新世晚期强烈的土壤侵蚀为气候波动和人类活动的结果,人类活动逐渐成为主导因素。(2)黄河中下游侵蚀-沉积相互作用关系。全新世以来黄河中游土壤侵蚀、下游泥沙输移和三角洲形成具有相似的阶段性变化特征:全新世早期,黄土高原土壤侵蚀强度微弱,输沙量低,黄河三角洲侵蚀-沉积动态发展;全新世中期,土壤侵蚀强度增强,输沙量增加,三角洲形成速率增加,但相对缓慢;全新世晚期,土壤侵蚀急剧增强,泥沙输移急剧增强,三角洲形成速率加快。黄河中游土壤侵蚀与下游输沙、沉积演变受气候变化和人类活动共同影响。全新世早期,东亚季风加强,降雨量增加,黄土高原土壤侵蚀增强,导致输沙量增大,但该时期,全球海平面上升,三角洲主要为侵蚀状态;全新世中期,气候暖湿,植被恢复,侵蚀性降雨量大,土壤侵蚀较之前时期增强,下游沉积及三角洲形成速率增加;全新世晚期,尤其是近2000年来,由人类活动诱发的强烈土壤侵蚀,导致下游沉积及三角洲形成速率加快。全新世以来,黄河下游沉积对中游土壤侵蚀变化灵敏,主要受控中游土壤侵蚀。全新世晚期之前,侵蚀、泥沙输移和沉积变化主要受气候变化影响,全新世晚期,人类活动逐渐成为河流地貌演化的主导因素。
【图文】：

黄土高原是中国农业文明的发祥地，在历史时是期重要的农业地区，黄河中下游长期是中国的政治文化中心。根据中国历史朝代更替，本研究中所指时间范围与朝代更替一致，，即东汉时期（25 AD-220 AD）、隋唐时期（581 AD-907 AD）和明清时期（1368AD-1911 AD），在上述时期之间朝代更换频繁。根据模拟秦汉、隋唐、明清和现代（2000 AD  2010 AD）年平均土壤侵蚀模数分别为 28、40、43 和 301 1t ha yr 。计算结果与文献(He et al. 2004; 景可和陈永宗 1983)中估算接近，模拟结果可靠。3）空间分析方法本文利于 RUSLE 模型计算黄土高原历史时期土壤侵蚀。基于 Zhang(2002)降雨侵蚀力方法计算历史时期降雨侵蚀力，利用克里金空间插值法，重建连续表面降雨侵蚀力，采样精度为 90 m；利用 ArcGIS 重采样工具，将土壤、地形、植被和土地利用类型等数据重采样，精度为 90 m。2.4 技术路线

14 近1 万年以来特征时期黄土高原土壤侵蚀及其对黄河下游沉积的影响第三章 不同时间尺度黄土高原侵蚀环境特征3.1 全新世侵蚀环境演变3.1.1 近 1 万年来黄土高原侵蚀环境演变3.1.1.1 全新世以来的气候变化特征黄河中下游流域气候受东亚季风控制，进入全新世后，根据降雨和气温的变化，将全新世划分为为以下几个阶段（图 3.1）：（1）全新世早期（10.0 ka - 8.5 ka），该时期气候干冷，但夏季季风逐渐增强，降雨量增加，气温升高；（2）全新世中期（8.5 ka -3.1 ka），该时期东亚季风强烈，降雨量大、气温高，其中 8.5 ka -5.0 ka 为气候最佳期，降雨量高于目前水平 30%；（3）全新世晚期（3.1 ka - 今），该时期东亚季风减弱，气候急剧恶化，整体为干冷，同时该时期气候波动强烈。8.5 ka 和 3.1 ka 为整体全新世气候转换期，但转换时间存在区域性差异，东南早于西北。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S157

【参考文献】

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本文编号：2605595