国内外土地利用与土壤侵蚀关系的研究现状与展望_图文

1、 国内外土地利用与土壤侵蚀关系的研究现状与展望作者:张鲁, 周跃, 张丽彤, ZHANG Lu, ZHOU Yue, ZHANG Li-tong作者单位:昆明理工大学,环境科学与工程学院,昆明,650093刊名: 水土保持研究英文刊名:RESEARCH OF SOIL AND WATER CONSERVATION年,卷(期:2008,15(3被引用次数:2次参考文献(49条1.王礼先水土保持学 19952.查看详情 2002(505.Norman Hudson Soil Conservation 19956.张洪江土壤侵蚀原理 19997.Dorr H.Munnich K O Lead and

2、 Cesium transport in European forest soils 19918.Batjes N H Global assessment of land vulnerability to water erosion on a one half degree by one half degree grid 1996(049.Reich P.Eswaran H.Beinroth F Global dimensions of vulnerability to wind and water erosion 200110.Le Bissonnais Y.Montier C.Jamagn

3、e M Mapping erosion risk for cultivated soil in France 2002(2-311.Gobin A.Govers G.Jones R Assessment and reporting on soil erosion 200313.Kirkhy M J.Abrahart R.McMahon M D MEDALUS soil erosion models for global change 1998(0114.Kirkby M J.Bissonais Y L.Couhhard T J The development of land quality i

4、ndicators for soil degradation by water erosion 2000(0215.De Jong S M.Paraechini M L.Bertohi F Regional assessment of soil erosion using the distributed model SEMMED and remotely sensed data 1999(3-416.Hush Hammond Bennett Soil Conservation 193817.Frederick R.Troeh J.Arthur H Soil and water conserva

5、tion,productivity and environmentalprotection 199918.Lester R B全球耕地土壤资源的侵蚀状况 1987(0319.Wischmeier W H.Smith D D Predicting rainfall erosion losses a guide to conservation planning 197820.Planagan D C.Ascough J C.Nicks A D Overview of the WEPP erosion prediction model 199521.Menzel R G Transport of S

6、trontium-90 in runoff 196022.Graham E R Factors affecting Sr-85 an d 1-131 removal by runoff water 196323.Rogowski A S.Tamura T Movement of 137Cs by runoff,erosion and infiltration on the alluvial Captina silt loam 196524.Ritchie J C.McHenry J R.Gill A C Fallout 137Cs in the soils and sediments of t

7、hree small watersheds 197425.Knaus R M Accretion and canal impacts in a rapidlysubsiding wetland/.A new soil horizon makermethod for measuring recent accretion 1989(0427.Erskine W D.Mahmoudzadeh A.Myers C Land use effects on sediment yields and soil loss rates in small basins of Triassic sandstone n

8、ear Sydney,NSW,Australia 200228.Nell D T.Fogarty P Land use and sediment yield mapping using small dam sedimentationsurveys,Southern Tablelands New South Wales 1993(0229.Erskine W D.Saynor M J Success of soil conservation works in reducing soil erosion rates and sediment yields in central eastern Au

9、stralia 199630.Jones P A.Loughran R J.Elliott G L Sedimentation in semi-arid zone reservoir in Australia determined by 137Cs 2000(3-431.The New Zealand Resource Inventory.Erosion classification 198541.黎夏珠江三角洲发展走廊1988-1997年土地利用变化特征的空间分析期刊论文-自然资源学报 2004(03相似文献(10条HAZARD AND RISKA STUDY ON ECO-ENVIRONM

10、ENTAL PERSPECTIVE USING GEOINFORMATICS2009土地利用/土地覆盖(LUCC变化在区域社会经济发展和全球环境变化中发挥着至关重要的作用。在脆弱的生态系统占主导地位的条件下,土地覆盖变化常常由于过多的人为干扰对环境造成重大的影响。因此,LULC变化分析对于了解其自然特性、程度和位置、质量、以及生产率、适宜性和各种土地利用/土地覆盖指标的局限性是必不可少的。本研究采用遥感(RS和地理信息系统(GIS分别评估两个不同的地区-中国丹江口和孟加拉博格拉过去14年(1991-2005和16年(1988-2004LULC的空间格局及其变化。另一方面,土壤侵蚀是影响人类赖以

11、生存的土壤、土地和水资源质量的最严重的环境问题。土壤侵蚀危害图是研究侵蚀易发地区的一个重要工具,因为他们能解释并显示危害及可能受到不同程度影响的地区的位置分布。因此,它对规划者和决策者启动补救措施以及对优先区域选择是非常有用的。在本研究中,综合运用土壤侵蚀危害和风险图,遥感、地理信息系统、多标准决策分析(MCDA和统计方法,解释了丹江口地区目前和未来侵蚀灾害有效管理预测的方法和侵蚀灾害管理全面战略。另外,本研究还试图讨论空间多标准评价(SMCE的运用和适用于本研究区域生态环境的定量预测方法。 我们在选择的两个研究区域采用Landsat TM and IRS-P6 LISS遥感图像来分析土地利用

12、/土地覆盖的整体变化。为了对不同土地利用/土地覆盖的卫星影像进行分类,采用了模糊神经网络监督分类的技术。然后又采用基于地理信息系统覆盖的分类比较技术获取土地利用/土地覆盖变化。研究中我们主要关注的是土地利用/土地覆盖的动态变化,包括时空变化的统计、土地利用/土地覆盖的趋势/输移,以及他们与选定的物理环境变量如土壤、坡度和海拔之间的关系。 为了评价土壤侵蚀危害,本研究以遥感和地理信息系统为主要工具基于Z-score和空间主成分分析(SPCA构建了两个数学模型。利用上述模型,综合土壤侵蚀的危险指数(SEHI进行土壤侵蚀危害的栅格分析。通过使用这两个模型,我们选定了9个显著影响土壤侵蚀的因素。影响土

13、壤水侵蚀的因素有土壤可蚀性因子,坡度,土层厚度,降雨量,海拔,植被,休耕地,人口密度和现存的土壤侵蚀强度。遥感,层次分析法(AHP和地理信息系统技术以及空间模型被用来选出有空间性的影响因素。通过层次分析法(AHP来规范所有因素和确定因素权重。由于已使用Z-score和SPCA对选定因素进行规范化,接着运用综合土地和水文信息系统(ILWIS软件和准备好9个独立层次(Z型分数和PCA。然后,每个层次通过加权线性组合同他们的因素权重结合,得到每个像素的综合土壤侵蚀的危险指数。为了对不相关联的土壤侵蚀危险指数图进行分类使土壤侵蚀危害表现相当的分区性,利用相同距离集中原则划分为4个等级:非常高,高,中等

14、,低。此外,这项研究还试图找出基于土壤流失危害和现有的土壤侵蚀程度的土壤侵蚀风险评估方法,这种方法使用风险概率来识别地区的实际风险和潜在风险。 此外,本文讨论了在生态环境评估领域中空间多重标准评估(SMCE的应用,并设计了一个适用于确定中国丹江口生态环境状况的定量方法。使用SMCE方法结合专家知识,计算综合的生态环境状况指数(EECI,然后将EECI分为五个生态环境状态级别:差、较差、一般、好、较好。在此过程中,选用一套与生态环境的可持续标准同等重要的空间标准(15个标准。应用RS和GIS综合技术和模型为SMCE方法生成必要的空间因子。用排序法和预期值法将所有因素标准化,另一方面,应用层次分析

15、法(AHP计算因素权重。支持SMCE的较新软件工具促进了整个过程的运行。 土地利用/土地覆盖变化分析表明,两个选定区域的土地利用/土地覆盖在研究期间发生了显著的变化,两个区域不同的景观、平原和山地地形的研究结果表明,尽管地表具有不同的地形和土地利用/土地覆盖类型,但土地利用/土地覆盖一直在变化。基于土地利用/土地覆盖的动态变化,结果还表明,土地利用/土地覆盖变化与物理特性、土壤、坡度和海拔关系密切。土地利用/土地覆盖变化和环境物理特性之间的关系,以及土地利用/土地覆盖变化的趋势表明研究期间发生的变化主要受人为干扰,这可能也是该地区土壤和环境退化的原因。因此,我们应该更多地关注这些地区,保护退化

16、的土壤,尤其加强对生态环境可持续性的发展。 土壤侵蚀灾害性分析结果显示,总体来说丹江口县的土壤侵蚀总体比较缓和,在本研究中通过模拟实验(运用Z-score和空间组成成分分析得以确定热点地区(很高的危险性的侵蚀,需要紧急干预。风险评估进一步表明,该地区潜在的危险比实际存在的风险更高,实际和潜在的风险相对较高的是中等海拔的地区,对这些地区的保护应优先考虑。通过采取适当的管理措施可降低土壤侵蚀的危险性。因此,通过这项研究,提出全面的侵蚀灾害管理战略能够有效处理该地区目前和未来的侵蚀灾害。尽管如此,当利用RS和GIS模拟自然资源,环境和生态系统时,有必要验证建立模型每一个步骤的。当研究领域比较大时,对

17、步骤的验证比较困难。因此,需要对灾害图(由采用Z-score的联合方法获得和生物物理参数(植被,坡度,海拔和降雨进行带有相关系数的回归分析,这一步骤决定了结果的正确性和有效性。预计结果与总体生态观(假设以及使用模型表示的侵蚀危害图的有效性密切相关。 此外,对生态环境状况的分析表明,该地区总的生态环境状态处于中等(平均水平并且存在明显的垂直带分布。区域生态环境较差和差的状况表明该地区这些部分的生态环境质量不容乐观。本研究还研究了人类活动和地区质量。同时,考虑到生态环境状况的地域特点、生态恢复的优先和实际需要,植被条件、土壤侵蚀、地形、气候和土壤条件有重要影响,按此将研究地区生态环境分为四个主要区

18、域,这四个区域可能作为制定生态恢复、重建和保护决策的基础。因此,本研究中使用SMCE结合专家知识为解决地区生态环境状况评价中的复杂决策问题提供了一个有效的方法。3.学位论文张超遥感在北京生态监测中的应用研究2005本文以北京市计委十五攻关项目“北京市生态环境数字化建设”以及北京市农委项目“建设资源高效型北京数字山区”为依托,利用多源遥感影像,对北京市的植被覆盖度、土壤侵蚀动态变化、农田季节性裸露等生态问题进行遥感监测,同时以北京市房山区为例,对北京市土地利用/土地覆盖变化进行分析。本文的主要研究内容包括:1遥感影像处理技术:1在对覆盖北京市房山区2002年10月1日和2004年6月12日获取的

19、SPOT5卫星遥感影像处理试验的基础上,提出山区SPOT5图像处理流程;2利用线性阵列扫描影像数字纠正和基于有理多项式正射校正两种方法三种实验方案,以北京市房山区2002年10月1日的SPOT5多光谱数据为例,对SPOT5遥感影像的正射校正进行了对比实验,结果表明,由地面控制点调整投影参数的基于有理多项式正射校正方案优于其它两种方案。3对于适于大数据量遥感影像的基于均值平滑滤波的SFIM融合算法的对线性地物的光谱失真问题,提出了基于高斯平滑滤波的SFIM融合算法,并以IKONOS全色和多光谱之间的融合,以及ETM+全色和多光谱融合为例,对本文提出的方法进行了验证。4对于高空间分辨率的遥感影像存

20、在的阴影问题,提出了基于矩匹配的地形辐射校正方法,同时对地形辐射校正的C校正方法提出了改进措施。以北京西部山区的1m分辨率的航摄影像进行了地形辐射校正实验,并对结果进行分析。结果表明,对于地形复杂的山区的大图像,基于矩匹配的地形辐射校正方法优于C校正方法;而对于地形简单,或图像较小的情况下,C校正方法优于基于矩匹配的地形辐射校正方法。5由于雷达数据的热噪声等原因,使得干涉雷达获取的DEM上存在高程奇异值斑块,严重影响了DEM的应用。针对这一问题,同时考虑到高程奇异值斑块在DEM中分布的随机性,以及一般DEM数据具有的空间连续性和空间自相关性,提出了利用基于空间统计学的Kriging插值法插补D

21、EM的高程奇异值斑块。本文对STRM提供的DEM进行了插补,同时对插补的结果进行了精度分析。结果表明该方法的插补结果能够满足DEM的应用精度要求。2以北京地区的ETM+遥感影像为主要数据源,利用二分模型,监测北京2003年植被覆盖度情况,得出北京植被覆盖度等级图及统计数据,利用北京市房山区的二类调查数据为依据对监测结果进行验证。以植被覆盖度为评价测度对北京市20世纪90年代开展的康庄绿化工程等38项重点绿化工程实施情况进行了定量评价。结果表明,北京市开展的重点绿化工程效果明显,使该区域的植被覆盖度达到一定水平;3在概述现有土壤侵蚀模型的基础上,根据现有数据条件,以TM/ETM+为主要数据源,采

22、用坡度、植被覆盖度,土地覆盖类型三要素,结合DEM数据,对北京市2000年和2003年的土壤侵蚀进行遥感调查,并对2000年至2003年北京市土壤侵蚀状况的变化进行了分析,结果表明,北京市2003年土壤侵蚀面积为6008.4km2,主要分布于密云县、怀柔区、门头沟区、房山区等山区区县,比2000年土壤侵蚀面积6134.2km2有所下降,并且侵蚀轻度也有所下降;4根据北京地区裸露农田种植作物和其它地表覆盖类型的物候特征之间的差异,选用2004年春夏季3个时相的TM遥感影像数据,利用垂直植被指数,同时结合北京地区的DEM数据以及北京地区的行政边界矢量数据,建立了北京地区季节性裸露农田遥感监测专家模

23、型。监测结果表明北京市2003年冬至2004春裸露农田面积为87362.57公顷,主要分布在延庆、顺义、密云、通州等区县。依据监测结果,提出了季节性裸露农田防治建议;5以北京市西南房山区为研究对象,对房山区1990年-2000年的土地利用土地覆盖变化进行了分析,作为北京西南生态功能区,在1990-2000年10年内房山区农田大面积减少,城镇用地、农村居民点和其它建设用地大面积增加,在此基础上从生态保护和可持续发展的角度提出了房山区合理利用土地措施的建议。4.学位论文徐霞中国北方农牧交错带生态过程与土地利用耦合模型(TESLUC研究2006无论是在全球还是区域尺度上,人类对土地利用的改变在不断地

24、导致地表覆盖的加速变化,广泛涉及到全国与各地区资源的有效开发利用与合理保护、生态环境的保护与治理、耕地保护与食物安全、社会经济的可持续发展等一系列重大问题,从而对我国21世纪的发展具有关键性的影响。北方农牧交错带是我国的生态脆弱区,农业生产条件非常严酷,是一条生态危机带,在该区进行土地利用/土地覆盖变化的研究具有非常突出的现实意义。进行土地利用变化的研究必将加深人类对地球系统动力学的深刻理解,能够更好的进行全球生态环境的恢复和建设工作,保证区域的生态安全,优化土地利用模式,对实现全球可持续发展有着重要的科学意义。本文首先通过文献综述对土地利用变化模拟模型的研究进行了归纳,综合考虑了影响土地利用

25、变化的驱动力;收集相关信息,建立了土地资源信息数据库。在土地资源信息数据库的基础上,通过参照借鉴和对比分析的方法,对北方农牧交错带近30年的土地利用变化进行了综合分析,在这些分析的基础上,建立生态过程与土地利用耦合的模型(TES-LUC。利用TES-LUC模型,得到北方农牧交错带六种土地利用分配模式下的土地利用空间格局,以及不同的土地利用分布格局所带来的生态效应进行了分析,确定出该区在进行土地利用优化布局时的空间热点地区,并对不同土地利用模式下的生态环境效应进行了分析。本文的主要研究内容及研究结论如下:1.建立了土地资源信息数据库。针对影响土地利用变化的驱动力在空间单元上的不匹配问题,利用地理

26、信息系统技术(GIS采用面积权重的基本方法,实现了土地利用驱动力因素在研究单元上的匹配,包括有社会单元的自然化以及自然单元的社会化。土地资源信息数据库主要由地形地貌、气候、土壤、土地利用、社会经济库、专家知识库等六个方面的子数据库组成。2.构建了生态过程与土地利用耦合模型(TES-LUC。该模拟模型主要包括土地利用动态分析过程模块、土地利用需求预测模块、生态系统过程模拟模块、土地利用适宜性分析模块、土地利用空间分配模拟模块。在进行土地利用空间定位分配的过程中,TES-LUC模拟模型充分考虑了土地利用变化不仅与土地利用的适宜性程度有关,同时还受区域土地利用数量需求控制、政策因素和土地利用现状的限

27、制,根据土地利用适宜性程度、土地利用空间分布概率以及土地利用类型的转移规则来确定研究单元的土地利用分配类型。TES-LUC模型不同于完全基于经验分析的土地利用模型,具有生态过程与和土地利用耦合的特征,侧重于将土地利用系统作为一个整体。考虑不同的土地利用类型会带来不同的生态过程,将空间分配模块输出的土地利用空间格局作为生态过程模块的初始植被覆盖条件进行生态过程的动态模拟;不同的生态过程结果最终会影响研究单元的土地利用适宜性,因此将生态过程模块动态输出的土壤侵蚀量、土壤有机质含量以及土壤氮含量和净第一性生产力作为土地利用空间分配的一个适宜性评价要素;最终实现了土地利用和生态过程之间的耦合集成。以此

28、来决定每个研究单元的土地利用类型分配达到最适宜状态或者达到决策者的目的。TES-LUC模型可以同步模拟多种土地利用类型的空间优化布局,并对不同的空间优化布局方案同步进行生态环境效应的计算与分析评价,达到土地持续利用的目的。3.利用TES-LUC模型探讨了我国北方农牧交错带土地利用的变化。从数量、空间格局以及所带来的生态效应三个方面对土地利用变化进行了分析。在数量变化上,研究区耕地和草地的面积呈现先增加再减少的一种趋势,林地面积则呈现出先下降后缓慢回升的趋势,但是总体数量上还是以草地面积为绝对的优势,在数量结构上,70年代北方农牧交错带的耕地、林地、草地的比例结构为0.9:1:1.08,80年代

29、为2.88:1:4.36,90年代为2.3:1:3.15,2000年为1.93:1:2.62。从土地利用类型的空间位置来看,有近一半面积的土地利用方式都发生了变化,根据转化面积的大小,除了在70年代末期表现出来的大量林地转化为耕地和草地之外,我国北方农牧交错带主要的土地利用变化类型表现为耕地和草地之间的相互转化。4.利用TES-LUC模型分析了土地利用变化的区域分异规律。结合已有的自然生态区的划分,将我国北方农牧交错带划分为8个自然生态区,选取土地利用动态度、土地利用程度以及土地利用变化方向等3个方面的指标对研究区进行了区域分异规律的研究,结果如下:(1耕地动态度北暖温带落叶阔叶林生态区北部山

30、地丘陵区最大,温带森林草原生态区最小;林地的动态度高寒草甸生态区最大,暖温带森林草原丛生禾草草原生态区东南森林草原区最小;草地动态度温带森林草原丛生禾草草原生态区最大,高寒草甸生态区最小;其他用地的动态度北暖温带落叶阔叶林生态区黄淮海平原区最大,暖温带森林草原丛生禾草草原生态区-西北丛生禾草草原区最小。(2土地利用强度北暖温带落叶阔叶林生态区黄淮海平原区最大,暖温带半荒漠半灌木沙漠生态区最小。(3土地利用方向从总体上主要表现为耕地和草地之间的相互转换,耕地和草地之间的转化的重要度值均大于22%,但是不同的自然生态区有一定的差异,高寒草甸生态区、暖温带森林草原丛生禾草草原生态区表现为耕地和草地之

31、间的相互转化,暖温带半荒漠半灌木沙漠生态区主要表现为草地向耕地和林地的转化,温带森林草原生态区则表现为林地向草地转化和草地向耕地转化,温带森林草原丛生禾草草原生态区则主要是耕地向草地的转化,其次是林地向草地的转化,北暖温带落叶阔叶林生态区北部山地丘陵区主要表现为草地向林地的转化,其次是林地向耕地的转化,北暖温带落叶阔叶林生态区黄淮海平原区主要表现为林地向耕地的转化,其次是草地向耕地的转化。5.利用TES-LUC模型分析了不同模式下的土地利用空间优化布局及其生态环境效应。根据研究区的实际情况,设置了六种土地利用分配模式,使用建立的研究区土地资源信息数据库,驱动TES-LUC模型,进行土地利用的空

32、间分配,并同步计算研究区土壤有机质含量、第一性生产力和土壤侵蚀量。结果表明:(1经过空间优化的土地利用空间分布和土地利用现状相比较,耕地和草地更加集中,耕地主要分布于东部的南北两侧以及西部的东西两个部分,草地则主要分布在中部地区以及北部的广泛地区,林地的空间分布大致和现状保持一致;从不同模式的空间分布比较中可以看出,进行土地利用空间分配时,土地利用变化的热点地区位于东北部地区和西部地区,东北部地区主要表现为林地转化为耕地,在西北地区,主要是草地和耕地之间的相互转化,而在广大的中部地区,则主要是耕地转化为草地。(2不同的生态系统,其生态效应有很大的差异,区域净第一性生产力的变化从沙地灌木半灌木的

33、43.84gCm-2a-1到典型落叶阔叶林的495.64gCm-2a-1,土壤侵蚀的变化从典型落叶阔叶林的16.5gm-2a-1到农田(玉米的5952.1gm-2a-1,土壤有机质含量的变化范围从沙地灌木半灌木的4.55gkg-1到典型落叶阔叶林的15.25gkg-1,土壤有机质含量的年际变化也有一定的区别,表现最为明显的就是农田的土壤有机质含量逐渐的降低。(3不同模式下区域土壤有机质含量、第一性生产力以及土壤侵蚀表现有所不同,整个区域年平均(1976-1999年土壤有机质含量的大小排序为:适宜性适宜性(优林耕地减少耕地增加现状宜耕性;第一性生产力的大小排序为:适宜性(优林适宜性耕地减少耕地增

34、加宜耕性现状,土壤侵蚀排序为:宜耕性现状耕地增加适宜性适宜性(优林耕地减少。感技术研究土地利用/土地覆盖变化及其对土壤侵蚀过程的影响-以印度北部Pali Gad山地流域为例-云南植物研究2006,28(2应用遥感技术评估了印度北部Pali Gad山地流域过去几十年里土地利用/土地覆盖变化及其造成的土壤侵蚀程度,并基于摩根参数模型(Morgan Parametric Model的方法来测定土壤的侵蚀程度;结果表明,由于不同的坡向受到太阳光照的不同可以引起土地覆盖的变迁;海拔和坡度已不再是阻碍人们获取自然资源的因素,人们的活动范围正转移到更高的海拔和更陡峭的坡度;揭示了土地利用/土地覆盖变化对土壤侵蚀进程有着直接的影响.6.学位论文谢锦忠中国不同竹产区土地利用变化对生态环境影响的比较研究2006本研究是国际林业研究中心(CIFOR合作项目“不同社会经济条件下中国竹产区经营制度选择及对生态环境的影响”的子课题(20012005。随着我国竹产业的快速发展,森林面积和珍贵森林资源快速减少,竹林面积迅速扩大,特别在西部地区更加明显。竹林的经营与可持续利用越来越受到广泛关注,这种趋势既促进了竹农