【摘 要】
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土壤保持功能为生态系统服务功能中一项极其重要的调节功能,在防治水土流失及土地退化等方面有着重要的作用。本研究以黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟流域为研究对象,通过在流域内进行网格布点采样,系统研究流域土壤理化性状及土壤可蚀性因子的空间分布特征,计算了流域降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡度、坡长和水土保持措施等影响土壤侵蚀的主要因子,评估了流域土壤侵蚀现状及土壤保持功能,探讨了地形要素、土地利用类型与土壤类型影响
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“基于 RUSLE 模型的黄土高原草地植被覆盖因子研究”(41771555); 国家重点研发计划项目“黄土丘陵沟壑区植被功能提升与山地果园管理关键技术及示范”(2016YFC0501703); 中国科学院“西部之光”西部青年学者 A 类“黄土高原退耕草地近地表特征变化及其对土壤侵蚀过程的影响”(XA
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土壤保持功能为生态系统服务功能中一项极其重要的调节功能,在防治水土流失及土地退化等方面有着重要的作用。本研究以黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟流域为研究对象,通过在流域内进行网格布点采样,系统研究流域土壤理化性状及土壤可蚀性因子的空间分布特征,计算了流域降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡度、坡长和水土保持措施等影响土壤侵蚀的主要因子,评估了流域土壤侵蚀现状及土壤保持功能,探讨了地形要素、土地利用类型与土壤类型影响下的土壤保持功能差异及空间分布规律,分析了近80年来纸坊沟流域土地利用与土壤保持功能的动态变化,以期为系统评估土地利用转变对土壤侵蚀的影响、深入理解植被恢复背景下典型小流域生态系统服务功能持续稳定发挥提供理论支撑与科学依据。取得了以下主要研究结果:(1)基于CSLE方程,初步研究了流域影响土壤侵蚀的七大主要因子。具体而言,降雨侵蚀力变化范围为437.31~4913.17 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1,均值为1586.33 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1;流域土壤可蚀性因子分布范围为0.0175~0.0189t·hm2·h·hm-2·MJ-1·mm-1,均值为0.0184 t·hm2·h·hm-2·MJ-1·mm-1;坡度坡长因子变化范围为0~31.87,均值为11.44;水土保持生物措施、工程措施与耕作措施等三大措施因子整体上其值范围均为0~1。(2)整体上,土壤可蚀性因子与土壤类型差异显著,具体表现为二色土最大,黄绵土次之,新黄土、红粘土质黄绵土及红土质黄绵土三者分别占二色土和黄绵土的97.27%、96.73%、97.35%和98.53%、97.99%、98.62%。土壤可蚀性因子在地形要素上分布特征表现为随坡度和海拔梯度的增加呈先增加后减小的趋势,即二次抛物线型的分布特征;随坡长的增加呈逐渐减小趋势;在坡向分布上表现为半阳坡区域其值最小,分别占阴坡、半阴坡和阳坡的99.31%、99.32%和99.04%。土壤可蚀性因子在空间分布特征上整体表现为自西向东呈逐渐递减的分布规律,即在流域沟口和左岸区域高、沟头和流域右岸低、沟底处于中间过渡状态的空间分布特征。(3)对于研究区土壤侵蚀模数,若不考虑水土保持措施等因子,其潜在侵蚀模数为322.47 t·hm-2·a-1,极强度和剧烈侵蚀是流域主要的土壤侵蚀强度类型;在通过采取植树造林、兴修水平梯田等相应水土保持措施后,其实际侵蚀模数为6.58 t·hm-2·a-1,土壤保持模数为315.93 t·hm-2·a-1,减沙效益大大增加,此时,微度、轻度侵蚀是流域主要的土壤侵蚀强度类型,两者面积共占流域面积的78.58%,土壤保持功能在空间分布特征上整体表现比较均匀。(4)土壤保持功能在不同要素影响下差异较大。分别来看,对于土地利用类型而言,林地的土壤保持功能最强,草地次之,其土壤保持强度分别是园地、建设用地和农地的1.40~1.55倍和1.30~1.45倍。对于在地形要素上分布特征而言,随坡度梯度的增加呈增强的趋势;随海拔与坡长梯度的增加,呈先增加再减小的变化趋势;在坡向上的分布表现为在半阳坡区域最大,分别是阴坡、半阴坡和阳坡区域的1.16、1.02和1.01倍。对于不同土壤类型而言,红粘土质黄绵土最强,红土质黄绵土次之,两者分别为黄绵土、新黄土和二色土的1.10、1.11、1.24倍和1.04、1.05、1.17倍。(5)在流域土地利用面积发生变化的大背景下,其水土流失强度和土壤保持功能也发生着不同程度的变化。在流域近80年的土地利用变化中,林草地面积发生了先急剧减少再增加的变化过程,减少的林草地主要转换为农地,即农地面积变化趋势为先急剧增加再逐渐减少。对应的土壤侵蚀强度,在1938年主要以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,而1958年中度以上土壤侵蚀面积急剧增加,1978年强度以上侵蚀面积开始减少,1999年中度侵蚀类型以下的面积显著增加,到目前流域土壤侵蚀类型主要为微度侵蚀。对于土壤保持功能,其随时间变化表现为先减弱再增强的趋势,主要原因是近些年来流域水土保持综合治理措施的实施,使得水土流失综合治理度显著上升。
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