基于RUSLE模型的京津冀地区土壤侵蚀时空变化分析

【目的】土壤侵蚀是一种日益严重的生态问题,已经成为全球性的环境挑战,对人类的生存和可持续发展产生了极大的威胁。因此基于多源遥感数据,【方法】通过RUSLE模型和地理探测器模型研究了1990—2020年京津冀地区土壤侵蚀在时空尺度上的动态变化,并对其驱动因素进行了分析。【结果】结果显示:(1) 1990—2020年京津冀地区的土壤侵蚀总体呈现东南低西北高的分布特征,且以微度和轻度侵蚀为主,其百分比达到73.79%。(2)京津冀大部分地区土壤侵蚀等级主要由高向微强度侵蚀转移,且转移比例都在50%以上,整体有所好转,但存在局部加剧。(3)各个影响因子对土壤侵蚀的解释力依次为:坡度>高程>土地覆盖类型>植被覆盖度>降雨量>人口密度>GDP。【结论】相关结论可为水土流失治理以及防治提供一定的科学参考,同时也可为其他地区的土壤侵蚀治理提供参考。

虚拟仿真技术在土壤侵蚀原理实验教学中的应用

随着数字化、信息化和仿真技术的发展,虚拟仿真技术在本科教育教学中广泛应用。本文以土壤侵蚀原理课程实验教学为例,从实验内容、成绩考核、教学方法等方面介绍了如何借助虚拟仿真实训实验提高学生实践操作能力。实践证明,运用“虚实结合+翻转课堂”的教学模式,能充分激发学生参与实验的兴趣,帮助学生更好地理解和记忆理论知识,提高实践操作能力,值得广泛推广。

湄公河典型区域旱雨季土地利用及土壤侵蚀差异研究

以湄公河干流老挝沙湾拿吉至柬埔寨桔井段重要支流南蒙河、色丹河、色贡河、色桑河、斯雷博河及其左右岸缓冲区50 km范围为研究区域,基于Landsat8遥感和河网数据,对比植被覆盖度以及空间分布特征,分析区域内旱季(1-2月)、雨季(6-9月)土地利用及土壤侵蚀变化。结果表明,季节性降雨导致土地利用变化明显,旱、雨季土地利用变化主要表现为河道沿岸水体动态变化;旱季水体面积较雨季净减少43 259 hm^(2),占总变化面积的93.8%;雨季至旱季耕地转化占总变化面积38.00%(17 514.44 hm^(2)),其次为灌木地(22.98%,10 590.54 hm^(2))和裸地(21.77%,10 033.32 hm^(2))。土地利用类型转化导致土壤侵蚀变化,旱、雨季土壤极强烈侵蚀和剧烈侵蚀区域变化不大;旱季以轻度侵蚀、中度侵蚀增加为主,净增加面积分别为4 107 hm^(2)和5 864 hm^(2),分别占总变化面积的36.9%和52.7%;增加面积主要由无侵蚀类型发展而来,体现在旱季沿岸水体面积的大幅降低。建议在水土保持过程中,改传统稻田种植为耕作、轮作和培肥一体化的水保措施,增强基础设施建设,加强河岸带生态护坡建设与管理,降低自然洪水或人为工程对自然林地和植被的破坏。

土壤侵蚀原理课程思政建设与思考

在课程思政建设背景下,以专业课程思政建设、改革与人才培养质量提升为目的,分析土壤侵蚀原理课程思政建设的价值,确立土壤侵蚀原理课程思政建设的原则与目标,探讨土壤侵蚀原理课程思政建设的内容、建设环节与方式等,并提出对土壤侵蚀原理课程思政建设的思考。以期推动土壤侵蚀原理课程思政建设与改革的同时,促进水土保持与荒漠化防治专业知识传授、学生能力培养和思政教育全面协同发展。

土壤侵蚀与国家安全——美国水土保持的艰难起步(1894—1933)

在罗斯福“新政”前数年间,美国出现了颇具声势的水土保持宣传。在进步主义时代,美国农业部以本内特为首的土壤调查专家意识到土壤侵蚀问题的存在及其后果。但土壤侵蚀问题在20世纪20年代中期之前一直没有受到应有的重视。在1928年农业部印发的《土壤侵蚀:国家威胁》这一报告中,本内特指出了严重土壤侵蚀对美国构成的巨大威胁:它不仅造成了严重的经济损失,而且会破坏美国自由、和平与安全的基础,甚至会威胁美国文明的存续。本内特从国家安全的高度,倡导联邦政府承担水土保持的职责。20世纪30年代之前的水土保持宣传教育促进了美国民众的觉醒,并促使联邦政府在保护土壤方面开始承担责任,是罗斯福“新政”时期大规模水土保持运动的前奏和基础。

机载LiDAR和模糊推理系统在黄土高原土壤侵蚀监测中的应用

黄土高原是我国乃至全球土壤侵蚀最严重的地区之一,受限于监测技术,黄土高原土壤侵蚀的研究多集中于径流小区尺度,大规模的侵蚀研究和野外观测仍相对缺乏。机载激光雷达(LiDAR)技术的革新为高精度、大规模土壤侵蚀研究提供了新的可能。然而,该技术受复杂地形的影响会产生高程不确定性误差,导致其监测土壤侵蚀的能力缺乏深入研究。基于此,本文以我国黄土高原丘陵沟壑区典型小流域桥沟流域为研究对象,联合机载Li-DAR测量和模糊推理系统(FIS),定量分析了两期DEM求差(DoD)不确定性的空间分布,研究小流域土壤侵蚀与沉积的空间分布特征。结果表明:(1)地形形态、点云密度等对插值生成的DEM误差影响较大,地形平坦区域的DoD不确定性明显小于地形陡峭区域的DoD不确定性;(2)FIS算法通过将已知的误差源整合到一个稳定的误差模型中,减少了主观干预和人为误差,避免了在复杂的DEM表面对误差进行错误估计,提高了计算结果的准确性;(3)梁峁坡地区侵蚀产沙体积为9.21m^(3),占坡沟系统产沙体积的15.89%;沟谷坡地区侵蚀严重,侵蚀产沙体积为48.76m^(3),占坡沟系统产沙体积的84.11%,在坡沟系统的产沙中起主导作用。沟床地区主要以沉积为主,梁峁坡和沟谷坡对侵蚀产沙贡献较大,而沟床则主要为产沙沉积区。研究成果不仅为黄土高原小流域的土壤侵蚀监测技术的拓展提供了新的视角,也为实施有效的水土保持措施提供了理论依据和参考。

展现发现式教学法在“土壤侵蚀原理”课程实践教学中的应用探索

“土壤侵蚀原理”实践课程能够深化学生对土壤侵蚀类型和现象的理解,培养学生在土壤侵蚀领域的调查与研究能力。由于土壤侵蚀类型分布的空间变异性、土壤侵蚀过程的时间变异性、土壤侵蚀发生的危险性均较大,“土壤侵蚀原理”课程在实践教学中往往难以让学生全面直观地接触和观察不同类型的土壤侵蚀现象,无法确保实践教学的有效性和完整性,导致实践教学效果不理想。为此,将展现发现式教学法应用于课程实践教学,依托土壤侵蚀分类虚拟仿真实训系统,将发生在不同时空条件下的土壤侵蚀现象的发生过程和机理直观展现给学生,激发学生的探索欲和求知欲。同时,精心设计实习线路,通过实地考察等方式,引导学生将理论基础与实践训练相融合,在实践中不断深化理论认知。实践教学结果表明,将展现发现式教学法应用于“土壤侵蚀原理”实践教学,有效调动了学生主动学习的热情,提升了学生发现问题、解决问题的能力以及实践创新能力。

龙川江流域近20年土壤侵蚀时空变化及驱动因素分析

[目的]探究龙川江流域土壤侵蚀时空变化及其主控因子并掌握当地水土保持情况,有利于筑牢长江上游生态屏障。[方法]采用通用土壤流失方程RUSLE,结合GIS和RS技术,研究龙川江流域2000—2020年的土壤侵蚀时空变化特征,同时利用最优参数地理探测器(OPGD)模型,量化驱动因子对龙川江流域土壤侵蚀时空动态变化的影响力和相互作用。[结果](1)龙川江流域土壤侵蚀主要以微度和中度侵蚀为主,面积占比分别为2000年49.17%,2010年50.29%,2020年59.29%。2000—2010年土壤侵蚀变化较小,2010—2020年,共有9.01%的中度及以上侵蚀区域转为微度和轻度侵蚀。(2)最优参数地理探测器结果显示,在选取的影响因子中土地利用类型对研究区土壤侵蚀时空动态变化解释力最强,q值为0.18。土地利用类型与坡度的交互作用对龙川江流域土壤侵蚀解释力最强,q值达到0.45。[结论]龙川江流域的土壤侵蚀主要以微度和轻度侵蚀为主,整体呈好转趋势,但元谋盆地土壤侵蚀仍较剧烈。土地利用类型对流域内土壤侵蚀的影响最强,而研究区最主要的土地利用类型为植被,占总面积的67.02%,因此未来需重点关注植被覆盖区域变化,继续推进生态保护政策,警惕地形复杂区域水土流失加剧风险。

土壤侵蚀评价研究进展

土壤侵蚀使得土地资源遭到严重破坏,引起土壤质量退化,是导致沙漠化、石漠化的重要因素。土壤侵蚀评价有助于掌握土壤侵蚀的强度及危害程度,是土壤侵蚀防治的基础。在文献资料调研的基础上,对土壤侵蚀的国内外评价标准方法进行了总结分析,对比了不同评价方法的优缺点,可为土壤侵蚀评价的研究提供参考。

水工环地质技术在土壤侵蚀控制中的应用研究

作为新兴战略的水工环地质技术将水利工程的方法与环境地质学的理论相结合,提供多学科解决框架来应对土壤侵蚀问题。文章对该技术的理论依据和创新与发展进行了系统的研讨;对设计和实施策略进行了分析;对技术性能的评估与优化进行了探讨;对技术实施过程中的主要挑战及其解决策略进行了探讨;最后得出综合运用这些技术可以有效控制和减缓土壤侵蚀的结论;并提出了以持续技术创新和系统优化为主的可持续管理土地技术思路的实现方式。

基于RUSLE模型和地理探测器的鄂西南土壤侵蚀脆弱性评价

[目的]水土流失是鄂西南突出的生态问题,合理评估该区域的土壤侵蚀脆弱性,并探究其驱动机制是采取有效水土保持措施的前提。[方法]从人地耦合系统视角分析自然和社会经济因素对鄂西南土壤侵蚀的影响,从暴露度、敏感性和适应能力3个方面构建了鄂西南土壤侵蚀脆弱性评价指标体系,并采用综合赋权法确定指标权重。[结果](1)2010—2020年鄂西南土壤侵蚀脆弱性总体上呈现先降低后升高的趋势,强烈及以上强度的土壤侵蚀脆弱性呈现零星的碎片化分布格局,且主要集中在鄂西南的中南部和东部宜昌市辖区的西部地区;(2)研究区敏感性最高的区域集中在海拔800~1500 m,敏感性在坡度25°~35°最大,并呈现出向两侧递减的趋势,当坡度>15°时,较高及以上敏感性面积急剧增加;(3)较高及以上土壤侵蚀脆弱性高于土壤侵蚀强度,较低及以下土壤侵蚀脆弱性低于土壤侵蚀强度,土壤侵蚀脆弱性与土壤侵蚀强度存在协同变化趋势;(4)土壤侵蚀脆弱性的分布格局是多因素协同作用造成的,地理探测器的分析表明坡度、植被覆盖度、教育质量和城镇化率对土壤侵蚀脆弱性的解释力较强。[结论]未来需要高度重视对坡度>15°地区植被覆盖的保护,并通过提高当地的教育质量,加强水土保持的宣传力度,提升当地居民的水土保持意识。

近30年皖西大别山土壤侵蚀时空变化及其对景观格局的响应

[目的]为明确安徽省内长江流域和淮河流域重要的生态过渡区皖西大别山区的景观格局与土壤侵蚀及其关系,为该区域的景观格局调控和水土流失治理提供参考。[方法]借助RULSE模型计算皖西大别山区近30年土壤侵蚀模数,借助景观指数对其景观格局的变化进行描述,并使用偏最小二乘回归(PLSR)探究该区域景观指数对土壤侵蚀的影响关系。[结果]近30年,土壤侵蚀模数呈先减少后增加趋势;土壤侵蚀较严重地区主要集中在中西部和南部山区;大部分地区土壤侵蚀强度主要为微度和轻度,且各类土地利用类型的侵蚀强度有明显差别,表现为草地>耕地>林地;土地利用类型及景观格局总体较稳定,景观格局变化主要表现为景观破碎化的降低、景观异质性和连接性的提高;香农多样性指数(SHDI)、边界密度指数(ED)、相似邻近百分比(PLADJ)、景观形状指数(LSI)对皖西大别山区具有显著解释意义,且表现为SHDI、ED、LSI对土壤侵蚀起显著正向作用,PLADJ对土壤侵蚀起显著负向作用。[结论]在皖西大别山区,景观破碎化的提高和景观连通度的降低显著促进土壤侵蚀。

1980—2020年延河甘谷驿流域土壤侵蚀评价与驱动因子分析

采用日降雨量、DEM、土壤类型、泥沙含量及多期NDVI等数据,基于修正通用土壤流失方程(RUSLE)和地理探测器,研究了国家生态退耕还林还草工程实施前后近41年延河甘谷驿流域土壤侵蚀动态与驱动因子。结果表明,1980—2020年研究区土壤侵蚀强度总体呈波动变化趋势,1980年、1990年、2000年、2010年和2020年平均侵蚀模数分别为6 746.30、5 740.28、6 389.56、5 450.46、5 480.56 t/(km~2·年)。1980—2000年研究区整体侵蚀强度逐渐增强,强烈及以上等级侵蚀面积占比逐渐增加,表现为“增蚀升级”的特点;2000年后研究区内土壤侵蚀强度开始降低,强烈及以上等级的侵蚀面积减少,总体表现为“减蚀降级”的特点。研究区土壤侵蚀强度随着坡度的升高而加剧,同时发现海拔1 000~1 200 m和1 200~1 400 m是研究区内侵蚀发生的主要高程带。2020年土地利用类型因子解释力最为突出,表明退耕还林还草工程实施效果显著,大面积的耕地向林草地转换是使得研究区2000年后土壤侵蚀强度降低的最主要原因。土壤侵蚀各影响因子的协同作用明显强于单一因子的影响。

土壤侵蚀对重金属迁移的作用规律与机制研究进展

[目的]揭示土壤侵蚀作用下重金属的迁移规律,阐明重金属在土壤侵蚀作用下的迁移机制,为重金属的污染防治提供科学指导。[方法]基于国内外有关土壤侵蚀作用下重金属迁移的文章,从土壤性质、重金属性质、环境因子3方面就土壤侵蚀对重金属迁移的作用规律与机制进行系统研究。[结果](1)侵蚀作用下土壤重金属主要以颗粒态形式进行横向/纵向迁移,溶解态重金属迁移占比小但活性强,侵蚀造成沉积区的泥沙特性与侵蚀区土壤存在差异,可能影响重金属富集特征的空间分布格局;(2)土壤pH、有机质和黏粒含量越高,吸附重金属的能力越强,重金属被释放迁移的能力越弱;(3)土壤重金属的赋存形态对其迁移方式有影响,一般溶解态重金属主要来源于有效态,而相对稳定的残渣态通常以颗粒态形式迁移;(4)降雨、地形、植被等环境因子影响泥沙颗粒的迁移过程,并优先迁移细颗粒,使泥沙粒径分布随迁移路径呈一定的变化规律。[结论]侵蚀作用下重金属迁移受土壤—重金属性质及环境因子等多种因素影响,未来研究可重点关注不同地质背景与污染成因条件下土壤侵蚀对重金属迁移过程的影响;不同粒径土壤颗粒的重金属赋存形态异质性研究;喀斯特地下漏失对重金属迁移的作用机理,探究不同侵蚀条件下重金属地表流失与地下漏失的分配机制。

RUSLE模型对黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀的模拟效果分析

[目的]为了探究RUSLE模型对黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀模拟的效果。[方法]基于陕北安塞区坊塌小流域内10个径流小区2016-2022年的降雨产流产沙监测资料,通过RUSLE模型中各因子在黄土高原的不同常用算法之间的变换组合,模拟144种因子组合下各退耕植被恢复坡面的土壤侵蚀量,采用纳什效率系数(NSE)和均方根误差(RMSE)评价模型模拟结果的有效性。[结果]利用RUSLE模型144种因子组合模拟的退耕植被恢复坡面土壤侵蚀量,NSE范围为-38.47~0.19,RMSE范围为1.92~12.65 t/(hm 2·a),模拟效果较差,所选各因子算法难以适应退耕植被恢复坡面上的土壤流失量的评估,还需要对RUSLE模型各因子进一步改进。运用RUSLE模型对黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀模拟时,建议尽可能采用时间分辨率高的数据减小对R因子的计算误差,综合考虑土壤有机质含量、土壤粒径与团粒结构组成和容重等土壤理化性质对K因子的影响,以及植被覆盖度、植被高度、枯落物、生物结皮等对C因子的影响,充分考虑10°以上的坡度,细化其LS因子的算法。[结论]RUSLE模型无法很好地适用于黄土高原退耕植被恢复坡面土壤侵蚀的模拟。研究结果为土壤侵蚀模型的研发及RUSLE模型在黄土高原植被恢复坡面的应用提供一定参考依据。

基于RUSLE模型的雅鲁藏布江流域土壤侵蚀评价

[目的]研究雅鲁藏布江流域土壤侵蚀时空变化特征,并分析气候和植被覆盖变化对土壤侵蚀的影响,以期为高寒区土壤侵蚀防治、生态系统保护和水土资源开发利用提供理论支撑。[方法]以雅鲁藏布江流域为研究区,采用RUSLE模型定量评估了1980—2017年流域土壤侵蚀的时空变化特征。[结果]1980—2017年,雅江流域土壤侵蚀强度整体呈现先减小后增加的趋势,1980—1999年年均土壤侵蚀模数波动下降,2000—2017年年均土壤侵蚀模数则呈现不显著上升趋势;流域中上游地区土壤侵蚀变化较为显著,下游地区侵蚀强度先增加后减小。年均土壤侵蚀模数与降雨侵蚀力呈显著正相关关系,Pearson相关系数为0.92,而与NDVI关系不显著。不同土地利用类型中,土壤侵蚀最强烈的是未利用地,其次是稀疏草地,由于其面积占比最高,对流域总侵蚀量的贡献比超过54%。[结论]降雨是影响雅江流域土壤侵蚀强度变化的主要因素,未来土壤侵蚀防治的重点区域应为流域东部下游降雨量较大的地区,重点防范极端降雨造成的水土流失。

金沙江干热河谷区土壤侵蚀时空演变及其定量归因分析:以云南楚雄元谋地区为例

金沙江干热河谷区土壤侵蚀的时空演变对于生态安全和下游水利水电的安全运行具有重要的意义。本文基于GIS技术和RUSLE模型分析区内云南省元谋县2015—2021年土壤侵蚀时空变化特征,利用地理探测器模型定量分析影响元谋县土壤侵蚀分布格局的主导因子。结果表明:(1)2015—2021年研究区年均土壤侵蚀模数与土壤侵蚀总量整体呈减小趋势,期间土壤侵蚀模数降幅为16.53%。(2)土壤侵蚀空间分异显著,基本特点为北高南低,集中分布在金沙江沿岸。从侵蚀强度看,微度和轻度侵蚀所占面积在95%以上,其它侵蚀面积较小。(3)2015—2021年,元谋县土壤侵蚀强度较高的区域有向微度侵蚀转化的趋势,表明近年来区域退耕还林还草、小流域水土流失治理等工程的实施一定程度上缓解了水土流失强度。(4)坡度为影响元谋县土壤侵蚀分布格局的主导因子,其解释力最强(25.66%)。金沙江沿岸、1200~1800 m高程带、>25°坡度带、30%~40%植被盖度带是土壤侵蚀的高风险区,可加强这些区域的生态恢复及水土保持措施建设。

生物诱导碳酸钙沉淀在改善土壤侵蚀中的应用

【目的】雨、雪、波浪、风等作用常会引起土壤侵蚀。生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP/EICP)由于环境友好的特点已成为岩土和地质领域的研究热点之一。为了探究MICP/EICP在土壤抗侵蚀性方面的效果,【方法】介绍了MICP/EICP的矿化过程,基于现有成果总结了MICP/EICP改善不同类型土壤侵蚀效果。【结果】结果显示:对于土壤适应性,MICP处理粗砂的无侧限抗压强度和CaCO_(3)含量高于EICP,而在粉细砂中结果相反。对于遇水崩解特性,MICP改性黏土中25μm以下颗粒质量减少,75~250μm颗粒质量分数增加,团聚体变大,有效降低了黏土、黄土、黏性紫色土崩解速率和崩解率。对于波浪侵蚀特性,随喷洒固化次数由1增加到4,海岸砂质边坡侵蚀速率呈对数下降,固化18次后,30次潮汐变化下坡角几乎不变。对于切向水流侵蚀特性,1 g/L的黄原胶溶液结合MICP固化2次的样品和0.5 mol/L胶结液结合掺入0.2%纤维所得到的固化土的抗侵蚀性优于单纯高剂量MICP处理的结果。对于风蚀,MICP固化时,0.25 mol/L胶结液可达到抗风蚀效果,而EICP反应较快应加入抑制剂。对于多次干湿和冻融循环侵蚀,MICP/EICP处理试样的强度和侵蚀量都好于未处理试样,EICP处理砂土样的耐久性效果不如MICP明显。【结论】结果表明:MICP适用于粗粒土,生成的CaCO_(3)整体性好;EICP脲酶分子小,工艺简单,可应用于细粒土中,但生成的CaCO_(3)较松散。MICP/EICP作用可有效降低细粒土的遇水崩解特性,有效降低海岸砂质边坡的波浪侵蚀,与纤维或生聚物结合可改善固化土的脆性,抵抗切向水流的侵蚀。低浓度的胶结液配方即可抵抗风蚀。MICP/EICP可提高固化土的耐久性。

侵蚀性降雨对黑土坡耕地土壤侵蚀特征的影响

[目的]降雨是黑土坡耕地水力侵蚀的动力来源,研究天然降雨条件下坡耕地土壤侵蚀特征对水土流失防治具有重要意义。[方法]基于黑龙江省海伦市光荣小流域2021-2022年不同坡度(3°,5°和7°)顺坡垄作径流小区观测的43场次侵蚀性降雨事件,采用K-Mean聚类法对比分析不同雨型和坡度下径流与输沙特征,并探讨影响坡耕地径流与输沙的影响因素。[结果]研究区以短历时、大雨强、小雨量的降雨(雨型3)为主,其次是中等历时、中等雨强、中等雨量的降雨(雨型2),长历时、小雨强、大雨量的降雨(雨型1)极少发生。相同雨型下,累积径流深和输沙量均随坡度的增加而增大。相同坡度下,不同雨型对累积径流深响应不同,累积输沙量整体表现为雨型3贡献最高(50.90%~57.90%),雨型2次之(37.60%~44.10%),雨型1最低。雨型2事件降雨侵蚀力和坡度对径流深产生直接影响,径流深和坡度对输沙量产生直接影响。雨型3事件降雨侵蚀力通过直接和间接作用影响径流深,进而影响输沙量。[结论]对所有雨型事件,降雨侵蚀力和坡度是影响坡耕地径流深的主控因子,径流深和坡度是影响坡耕地输沙量的主控因子。

应用机器学习研究土壤侵蚀的文献计量分析

为探究机器学习应用于土壤侵蚀领域的研究进展和发展趋势,基于CiteSpace等文献计量工具,借助Web of Science (WOS)核心合集数据库中收录的以机器学习应用于土壤侵蚀领域的相关文献,对该领域研究动态进行可视化展示与分类。结果表明:该领域研究成果不断增长,尤其2014年后呈指数型增加;中国是该领域内发文量与被引量最多的国家,但中介中心性低于伊朗、美国;侵蚀敏感性分析是热点问题,大多数研究者目标是基于机器学习相较传统模型分析更快更精准的特点,开发高效侵蚀预测模型;深度学习和各类回归算法是广大研究者常用的方法。未来,研究者们应充分利用不同机器学习方法的特性,探索最新的深度学习预测性能,提高复杂环境条件下土壤侵蚀的预测预报精度,揭示主要影响因子的贡献及因子之间的相关作用机制。