基于gis和rs的小流域景觀格局變化及其土壤侵蝕響應(yīng)

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1、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文基于GIS和RS的小流域景觀格局變化及其土壤侵蝕響應(yīng)姓名：史志華申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：土壤學(xué)指導(dǎo)教師：蔡崇法;賀紀(jì)正20040501華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2003屆博士研究生畢業(yè)論文摘要土壤侵蝕及其導(dǎo)致的土壤質(zhì)量退化是世界性的重大環(huán)境問題之一。在我國(guó)三峽地區(qū)，隨著三峽工程建設(shè)需要搬遷一百多萬移民，使該問題表現(xiàn)尤為突出。對(duì)流域的土壤侵蝕和沉積規(guī)律及其合理預(yù)測(cè)研究，不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境建設(shè)，恢復(fù)良好的生態(tài)環(huán)境有著重要義，而且更能有效的評(píng)價(jià)政府政策的合理性和有效性。本文以水土保持學(xué)和景觀生態(tài)學(xué)原理為基礎(chǔ)，采用野外調(diào)查、徑流試驗(yàn)、遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)對(duì)三峽地區(qū)有代表性流域兩

2、個(gè)流域，即樂天溪和王家橋流域在不同政策和措施下治理前后的景觀格局變化及土壤侵蝕和沉積響應(yīng)研究取得了很有意義的結(jié)果：第一，傳統(tǒng)的農(nóng)田尺度研究土壤侵蝕有較大的局限性，隨著研究尺度的變化，土壤侵蝕機(jī)理也在發(fā)生變化。景觀在自然等級(jí)系統(tǒng)中是一個(gè)比生態(tài)系統(tǒng)高一級(jí)的層次，在這個(gè)層次上，許多低層次的生態(tài)學(xué)研究能夠得到必要的綜合。因此，土壤侵蝕作為生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量遷移的一種重要途徑，在景觀尺度上研究土壤侵蝕將會(huì)促進(jìn)一些重要侵蝕機(jī)理問題的解決；侵蝕預(yù)測(cè)與規(guī)劃中引入景觀生態(tài)學(xué)的原理與方法，有助于了解和掌握水土流失在系統(tǒng)內(nèi)的來龍去脈、在土地不同利用程度和方式、措旌配置下的動(dòng)態(tài)規(guī)律，就能更有效地指導(dǎo)

3、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、優(yōu)化布局和設(shè)計(jì)整體治理措施，在整體經(jīng)營(yíng)管理中解決水土流失的治理問題。第二，提出不同流域尺度景觀格局和土壤侵蝕研究的數(shù)據(jù)源選擇、多源數(shù)據(jù)的整合及集成、基本信息源的劃分及制圖、元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)層及數(shù)據(jù)項(xiàng)的組織、數(shù)據(jù)文件組織、多維空間數(shù)據(jù)庫的建立方法等。第三，樂天溪流域景觀格局變化特征是：從1997年至U2002年的5年間，由于許多小斑塊的疏林地、灌木林演變?yōu)榱值夭⑴c原始林地相互連通變成了大斑塊，斑塊數(shù)目從3812塊減少為3351塊，斑塊平均面積擴(kuò)大近2ha；斑塊密度指數(shù)明顯下降，斑塊的空間分布變得更離散，彼此間相距更遠(yuǎn)：景觀的破碎度降低，景觀異質(zhì)性減弱；景觀形狀指數(shù)(

4、包括AWMSI和AWMPFD)下降，斑塊形狀的簡(jiǎn)單化趨勢(shì)，但是易發(fā)生侵蝕的耕地斑塊面積卻是減小，斑塊形狀趨于復(fù)雜；香農(nóng)多樣性和均勻性指數(shù)減小，景觀異質(zhì)程度下降，景觀類型有向單一化或非均衡化方向發(fā)展的趨勢(shì)；散布與并列指數(shù)交小，蔓延度上升，說明景觀中各類型斑塊在空間上的分布也出現(xiàn)非均衡化，景觀中林地的優(yōu)勢(shì)度增高且更具有連通性。第四，王家橋流域景觀格局變化特征是：從1989年到1995年的6年間，斑塊數(shù)目從史志華：基于GIS和RS的小流域景觀格局變化及其土壤侵蝕響應(yīng)116塊增至251塊，拼塊平均面積減少一半以上，LPI從11．8下降將至7．57，原因是過去的許多大斑塊，如林地、坡耕地

5、碎化變成了小斑塊，反映出景觀的破碎度上升，景觀異質(zhì)性增強(qiáng)；斑塊的平均密度由6．95塊／kin2增加至15．03塊／km2，斑塊的空間分布變得更緊湊，彼此間相距更近：AWMSI和AWMPDF增加，斑塊形狀更趨復(fù)雜：香農(nóng)多樣性和均勻性指數(shù)增加，景觀異質(zhì)程度上升，景觀類型有向多樣化或均衡化方向發(fā)展的趨勢(shì)；散布與并列指數(shù)變大，蔓延度下降，說明景觀中各類型斑塊在空間上的分布也出現(xiàn)均衡化，景觀中的某一類或某幾類元素的優(yōu)勢(shì)度下降且更小連通性。第五，根據(jù)土壤侵蝕過程機(jī)理和野外試驗(yàn)、國(guó)內(nèi)外的最新研究成果。對(duì)通用土壤流失方程進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)各種因子的算法進(jìn)行了本地化的優(yōu)化，并在新的模型中引入了土地利

6、用格局因子，使其能夠預(yù)測(cè)土壤在整個(gè)景觀格局中的侵蝕與沉積過程。改進(jìn)后的模型可以適用于地形復(fù)雜的三峽地區(qū)，所需參數(shù)較少并且容易獲取。預(yù)測(cè)結(jié)果與野外觀測(cè)資料和實(shí)地調(diào)查資料相比，一致性達(dá)80％以上，因此，模型有較大的實(shí)用性。第六，樂天溪流域2002年輕度侵蝕面積55．02Km2，較1997年的72．82Km2，減少了17．8Km2，中度、強(qiáng)度侵蝕面積分別減少了23．89Km2和2．59Km2。從面積看最多是輕度和中度轉(zhuǎn)化為微度或沉積區(qū)；土壤侵蝕轉(zhuǎn)移過程主要發(fā)生在中度和強(qiáng)度這兩種類型，原來屬中度和強(qiáng)度的轉(zhuǎn)化為侵蝕程度較弱的類型，而強(qiáng)度則主要轉(zhuǎn)化為中度和輕度侵蝕。單級(jí)別的侵蝕強(qiáng)度面積變化

7、率是強(qiáng)度>中度>輕度，分別為一32．5％、一28．9％和一24．4％。而微度和沉積區(qū)的增加了31％和12．3％。第七，王家橋流域通過綜合治理，流域水土流失已得到有效的控制，極強(qiáng)度和強(qiáng)度侵蝕的面積減少顯著，分別減少0．71Km=和1．55Km2，其相對(duì)變化率分別為．55．5％和60．3％；微度侵蝕減少了0．74Km2。中度侵蝕小幅增ado．34Km2，而輕度侵蝕增加顯著，達(dá)2，56Km2，相對(duì)變化率為138．4％；沉積區(qū)面積增加了0．1Km2。其原因是極強(qiáng)度和強(qiáng)度侵蝕轉(zhuǎn)化為中度和輕度，面微度侵