基于RUSLE和PESERA的皇甫川流域LUCC的土壤侵蚀效应模拟

发布时间：2020-05-25 15:26

【摘要】：为防治土壤侵蚀,20世纪50年代以来,黄土高原实施了大规模的水土保持措施,1999年以来,该地区实施了退耕还林(草)工程。这些措施改变了黄土高原的土地利用/覆被格局,加之近年来气候暖干化也影响了植被生长,使黄土高原土地利用/覆被变化(LUCC)更趋复杂化。近年来,黄土高原的土地利用/覆被变化及其对土壤侵蚀的影响成为领域内的热点研究问题。土壤侵蚀模型是评估黄土高原土壤侵蚀速率及其对土地利用/覆被变化响应的有效工具。以往研究只采用单个模型,未有研究采用多个模型开展研究并对比模型模拟结果,因此限制了黄土高原土壤侵蚀模型的选择和研发。本文采用两个广泛应用的模型(RUSLE和PESERA),研究了黄土高原典型流域(皇甫川流域)退耕还林(草)前后(1990年、2000年和2011年)土地利用/覆被变化情况及土地利用/覆被变化对皇甫川流域土壤侵蚀速率的影响,并比较了两个模型的模拟结果,以期为黄土高原水土保持措施规划和土壤侵蚀模型开发提供参考。主要研究成果如下:(1)土地利用/覆被变化研究方面。1990—2011年皇甫川流域土地利用格局发生了显著变化。草地占该流域的绝大部分面积,比例在70%～80%之间,其它土地利用/覆被类型(未利用地、耕地、沙地、水体、林地、居民地)所占面积较小;20多年间皇甫川流域各土地利用/覆被类型的面积经历了不同的波动状态:草地和居民地面积在研究时段内的趋势始终为“涨势”,耕地和林地面积在两个时段内均处于“落势”状态,沙地和未利用地面积在整个研究时段内,经历了先“涨”后“落”的波动状态;各土地利用/覆被类型在1990-2011年间转换频繁;土地利用程度评价结果显示皇甫川流域1990-2000年属于衰退期,2000-2011年属于调整期;植被覆盖度从1990年的38.3%增加到2011年的48.7%。(2)土地利用/覆被变化对土壤侵蚀影响模拟方面。根据RUSLE和PESERA模拟结果,流域的平均土壤侵蚀速率在1990-2000和2000-2011年的土地利用/覆被变化下先增加后减少。RUSLE和PESERA对不同土地利用/覆被类型的土壤侵蚀速率模拟结果通常遵循:沙地和未利用地耕地和草地林地,因此沙地和未利用地应为未来水土保持工作的重点。1990、2000和2011年不同土地利用/覆被下,除未利用地外,两个模型模拟结果一致:草地、耕地及林地主要为微度侵蚀到中度侵蚀,沙地则多为中度侵蚀到剧烈侵蚀。在各土地利用/覆被类型转化区内,模型模拟结果基本遵循:转化为林地和草地区域,土壤侵蚀速率减小,且前者减小幅度远大于后者;转化为沙地和未利用地区域,土壤侵蚀速率增加。陡坡(即坡度25°)的土壤侵蚀速率在2000-2011年LUCC下增加,可能由于陡坡区域土壤水分的严重缺乏造成的植被生长受限,这意味着仍需要进一步开展土壤侵蚀过程及其在陡坡上的保护工作。(3)模型模拟结果对比方面。不同土地利用/覆被类型土壤侵蚀速率的RUSLE模拟值普遍高于PESERA,且二者模拟的土壤侵蚀空间分布的相关性较差。土地利用/覆被类型转化区模拟结果中,林地转化区和沙地转化区(除未变化区)内,RUSLE和PESERA模拟结果变化趋势相同,在其他土地类型转化区内,两个模型模拟结果趋势存在差异。RUSLE对坡度更敏感,而PESERA对植被覆盖更敏感,二者模拟结果的差异(RUSLE结果PESERA结果)随坡度增加而增加。PESERA模型需要改进以更好地描述黄土高原陡坡土壤侵蚀过程,而RUSLE需要优化植被对土壤侵蚀影响的描述。
【图文】：

1 引言格计算器功能，并输出 RUSLE 模型的的土壤侵蚀空间分布图；PESERA 模型运行：设置相关的参数，输入预处理结果得到 128 个参数，，并运行模型代码，得到 PESERA 模型下的土壤侵蚀空间分布图。再次，基于土地利用/覆被变化图和 RUSLE 和 PESERA 模拟结果，分别分析了1990-2011 年土地利用/覆被变化下的土壤侵蚀效应，并对比分析两个模型的模拟值。最后，对本研究所完成的工作和已取得的成果进行讨论，同时总结，提出了进一步需要解决的问题和接下来的研究方向。

本研究以皇甫川流域为研究区，开展土地利用/覆被变化分析和土壤侵蚀模拟工作。皇甫川流域位于黄土高原北部，地处多沙粗沙区，，为黄土高原土壤侵蚀最严重的流域之一[10]。本章将系统介绍皇甫川流域气候、地形、土地利用/植被覆盖、土壤、水土流失和生态恢复等情况，阐述土地利用/覆被变化分析方法、RUSLE 和 PESERA 模型的基本原理，说明本研究数据来源及模型输入参数获取方法等，为论文后续工作的开展奠定方法和数据基础。2.1 研究区概况皇甫川流域（E110.3°～111.2°、N39.2°～39.9°）地跨鄂尔多斯高原与黄土高原，海拔 1000～1400m（图 2.1）。它位于黄河中游河口镇—龙门区间的上段，是晋陕峡谷北部的一级支流，发源于内蒙古准格尔旗北部点畔沟，经准旗的纳林、沙填至陕西府谷道堍坪汇入黄河。全长 1251km，流域面积 3246 平方公里。皇甫川流域水系主要由干流纳林川和支流十里长川组成。该流域目前受到人类资源开发影响较小，土壤侵蚀等灾害主要受控于自然因素，是黄土高原的一个典型流域。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S157

【参考文献】

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本文编号：2680353