南方红壤侵蚀区土壤肥力质量与人为活动可达性的空间关系——以福建长汀县朱溪流域为例

人为活动可达性对土壤肥力质量具有重要影响。以南方红壤侵蚀区典型流域福建省长汀县朱溪流域为研究区,选取10个土壤肥力质量因子,基于"3S"技术并结合野外调查,对10个土壤肥力质量因子进行叠加,生成土壤肥力质量等级图;根据相对高度、DEM生成的坡度、SPOT影像提取的土地利用图、距居民点和交通用地的远近,创建人为活动可达性综合评价指数,整个研究区可达性由最难到达至最易到达可分为5级。结果表明:1)人为活动可达性从"中等"到"困难"到"很困难",土壤肥力质量总体呈上升趋势,可达性难度逐渐增大导致开发利用难度增大,人为活动的干扰程度相对减少;2)在人为活动可达性"容易"和"很容易"2个级别,分布着所有的"很好"和大部分"好"2个土壤肥力质量级别,并与流域下游的耕地地类对应,同时"容易"和"很容易"2个级别所在区域自然条件较好,人类开发利用强度大,导致部分区域土壤肥力质量级别较低;3)人为活动可达性是土壤肥力质量的重要但不是唯一影响因素;4)今后相关研究应加强土壤肥力质量综合评价模型中人为活动的定量表达,从而深入解释南方红壤侵蚀区人为活动与土壤肥力的复杂关系。

朱溪流域土壤容重空间分异与地形和土地利用的关系

[目的]分析朱溪流域土壤容重与地形和土地利用之间的关系,为南方红壤侵蚀区水土保持提供相关理论依据。[方法]以福建省长汀县朱溪流域为基础,基于GIS和地统计分析原理,并结合经典统计学方法分析土壤容重的空间变异性。采用拟合度最好的球状模型拟合土壤容重的半变异函数,并采用普通Kriging空间插值法,对研究区土壤容重空间分布进行预测。在此基础上利用ArcGIS空间分析功能统计高程和坡度各分区内的土壤容重均值,并利用栅格叠加分析,分析不同土地利用下土壤容重分布情况。[结果](1)朱溪小流域土壤容重具有从东北向西南增大的趋势,容重低值区主要分布在东部和东北部,高值区主要分布在西南部和中部。(2)流域土壤容重具有随海拔和坡度增大而降低的趋势,坡位和坡向则对该地区土壤容重空间分布影响不明显。(3)居民点及工矿用地和交通用地土壤容重均值明显大于林地、草地等植被盖度较好的区域。[结论]地形和土地利用是影响朱溪小流域土壤容重的重要因子,而高程和坡度是主要地形影响因子;不同土地利用类型土壤容重差异显著,植被覆盖好的区域土壤容重显著低于其他土地类型,因此应加强植被保护,以改善土壤结构。

朱溪流域地形对土壤稀土元素空间分布规律的影响

以长汀县朱溪流域为例,采用ArcGIS中的克里金插值法生成流域土壤稀土元素含量的空间分布图,采用地形分析功能模块生成地形因子包括高程、坡度和坡向,通过空间分析和相关性分析研究地形因子对稀土元素空间分布规律的影响。分析结果表明:①朱溪流域表层土壤稀土元素含量的空间分布总体上呈现出西南高东北低、自西南向东北倾斜的特征;②稀土元素含量随着高程升高呈现先降低再增高的规律,随坡度的升高呈现逐渐降低的规律,与坡向之间无明显的关系;③地形因子尤其是高程和坡度是稀土元素空间分布的重要影响因子。

朱溪流域水土流失治理序列芒萁叶片叶绿素的变化分析

芒萁是南方红壤区水土流失治理的先锋植物,但其叶片叶绿素含量的作用尚未明晰。以南方红壤区典型流域朱溪流域为研究区,选择4个不同水土流失治理年限样地和2个对照样地以形成水土流失治理序列。通过调查、测定芒萁生长环境和叶片叶绿素含量,分析叶片叶绿素含量在水土流失不同治理年限的变化,揭示其在芒萁抵抗环境胁迫时的表现方式。结果表明:沿治理序列,土壤全碳、全氮和全磷含量均趋于增加且总体上未治理对照地最低,植被郁闭度增加且总体上治理36年样地和风水林对照地相对较高,而芒萁叶片叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素a/b和总叶绿素含量均呈上升趋势,总体上上述数值在未治理对照地与治理6年样地和治理12年样地均无显著差异,治理36年样地和风水林对照地相对较高。综上,水土流失治理初期土壤养分未对芒萁产生严重胁迫,提高叶绿素含量和改善叶绿素比例结构是芒萁抵御水土流失治理后期遮阴胁迫的重要方式之一。

朱溪流域地形特征对土地利用/覆被空间格局的影响

以朱溪流域为研究区,2007年SPOT遥感影像和1∶1万地形图为数据源,采用3S技术为平台,提取土地利用/覆被类型图,生成高程、坡度和坡向三个地形因子,研究地形因子对土地利用/覆被空间格局的影响.结果表明:1)林地和耕地主要分布在海拔470 m以下,且面积比例随着海拔的增高而减小.草地主要分布在海拔270 m～370 m,其比例只有0.33%.园地、居民点及工矿用地、水域和未利用地少量分布在270 m～470 m.2)耕地在坡度0°～7°所占面积比例最大.随着坡度增大,林地的面积比例逐渐增加.草地面积比例仅在坡度0°～7°之间分布有0.65%.园地面积比例在7°～15°最大,其后随坡度增大而减小.居民点及工矿用地、水域和未利用地三者的面积比例均随坡度的增大而不断下降.3)耕地在平地上的面积比例最大,占70.46%.林地占东坡、南坡、西坡和北坡的面积比例都最大,均占60%以上.园地在东坡、南坡和西坡的面积比例较大.草地在平地、西坡和北坡的面积比例较为一致,在东坡、南坡均没有分布.

朱溪流域植被覆盖变化与居民点的空间关系

以南方红壤侵蚀区典型流域福建省长汀县朱溪流域为研究区,基于研究区2003年和2011年的SPOT-5遥感影像,运用像元二分模型计算得到两个年份的植被覆盖度数据.最后以居民点为中心,300 m为间隔向周围依次做缓冲区,进一步分析植被覆盖度与居民点的空间关系.结果表明：2003-2011年间,流域低覆盖度植被面积占流域面积的比例降低了22.29%,而较高覆盖度和高覆盖度植被面积比例分别增加了6.99%和17.3%;全流域以改善为主的植被面积达到2 416.65 hm2,占整个流域面积的53.85%.朱溪流域植被覆盖度明显提高,研究区域开展的水土保持工作显示出明显的成效.距离居民点0～1 200 m和2 100～2 400 m缓冲区范围内,植被状况以改善为主;而距离居民点1 200～2 100 m缓冲区范围内,植被覆盖有退化的趋势.随着居民点的距离增加,植被覆盖状况呈现出由好转差再转好的发展趋势.

基于BP神经网络的流域生态恢复度计算——以福建长汀朱溪小流域为例

以福建省长汀县朱溪小流域为研究对象,通过野外调查、室内分析以及遥感影像提取相结合的方法获取数据。利用Matlab7.0软件建立BP神经网络生态恢复模型,定量评价退化生态系统的恢复程度。选择土壤理化性质(有机质、全N、全P、全K、容重和p H)、植被结构(植被盖度)、物种多样性指数(Shannon-Wiener指数)和热环境(地表温度)等4个方面的9个指标建立退化生态系统评价体系,并作为生态恢复模型的输入层数据,生态恢复度作为输出层数据。使用Matlab7.0进行数据预处理、样本训练、样本检验并建立生态恢复模型。利用建立的生态恢复模型对整个朱溪小流域生态恢复度进行定量评价。结果表明,生态恢复模型预测结果与流域生态恢复的实际情况基本吻合,利用BP神经网络模型定量评价退化生态系统的恢复程度具有可行性。朱溪小流域内生态恢复程度极低的区域面积仅占0.94%,95.48%区域为中等恢复程度,说明生态保护措施已初见成效;生态恢复程度高的区域面积仅占3.62%,意味着未来仍需加强治理和保护工作。

基于PSR模型的水土流失区生态经济系统耦合研究——以朱溪河流域为例

本研究利用2000年和2009年两期社会经济和自然地理数据,建立了朱溪河流域生态经济系统PSR模型,并采用熵权法为指标体系确权;利用压力、状态、响应、综合发展水平和耦合协调度等指标,分析了流域生态经济系统演化态势和主要驱动因素。结果表明:(1)压力指标呈不均衡变化,得分从80.0微降为79.0;系统状态改善明显,人类响应积极,得分分别从70.9和67.5上升到94.0和87.5;综合发展水平快速上升(得分从66.1上升为93.6)且空间差异缩小(变异系数从0.07缩小为0.05),耦合协调程度下降(得分从92.7下降为83.8)且空间差异有所扩大(变异系数从0.09扩大为0.19),表明流域生态经济系统演化迅速但还没有实现系统耦合协调。(2)种植业比重、非农收入、耕地面积、人口流出、土地流转、纯收入和水土保持投入等关键因子控制着流域生态经济系统演化;压力、响应因子是系统耦合协调的主要影响因子,状态因子则是系统综合发展水平的主要影响因子;这些影响因子是人为调控关键着力点。(3)流域生态经济系统正从高水平不稳定状态向高水平稳定状态过渡,处于"系统重建"向"系统耦合"演进的阶段。

基于亚米级遥感影像的土壤侵蚀治理成效监测评估——以福建长汀县朱溪小流域为例

以福建长汀县朱溪小流域为示范区,选取2011年和2014年两期亚米级高分辨率遥感影像为主要数据源,辅助降雨数据、1∶1万DEM、土壤数据等开展土壤侵蚀治理成效监测评估。通过高分辨遥感影像有效提取了小流域梯田、植被覆盖度、详细土地利用分布等结果,最后利用CSLE模型对朱溪小流域土壤侵蚀变化进行了定量评价。结果表明:朱溪小流域强度到剧烈土壤侵蚀面积从2011年的4.55%减少到2014年的1.93%。其中剧烈侵蚀从占流域面积0.44%减少到2014年的0.15%。2011—2014年3年间强度以上土壤侵蚀明显减少,土壤侵蚀治理措施取得了明显成效。研究认为,亚米级高分辨率遥感影像是土壤侵蚀治理成效监测评估的有效手段。

朱溪河小流域土地利用景观格局定量分析

朱溪河小流域属全国水土流失重点治理小流域,研究流域内的土地利用景观格局,对流域生态修复具有重要意义。基于"3S"技术,应用FRAGSTATS3.3软件,分别从斑块类型水平及景观水平,对朱溪河小流域土地利用景观进行定量分析。结果表明:整个流域多样性指数和均匀度指数偏低,居民点及工矿用地、耕地、园地等受人类干扰程度较大的景观类型的破碎化程度较高,但无明显破碎化现象,流域景观比较完整。

典型红壤侵蚀区土壤养分空间差异——以长汀县朱溪河小流域为例

自然环境的变化和人为作用的干扰都不同程度地影响着土壤养分的空间变异。以南方典型的红壤侵蚀区朱溪河流域为代表,利用ArcGIS与地统计学方法,研究了该流域土壤表层7种养分的空间变异及分布特征。结果表明:流域内土壤表层有机质、全氮、速效氮、全磷、速效磷、全钾和速效钾的空间相关性程度不同,其中全钾、速效钾和有机质的空间相关性较弱,全氮和速效氮的空间相关性中等,速效磷的空间相关性较强;土壤养分的含量表现为不同的分布格局。

红壤丘陵区典型小流域侵蚀景观时空变化分析——以福建长汀县朱溪河小流域为例

基于1999年和2007年2期数字化侵蚀景观类型图,在ArcGIS 9.0的支持下,提取朱溪河小流域侵蚀景观类型转移矩阵,并结合重心模型,从时间和空间上对侵蚀景观动态变化进行定量分析,结果表明:1)1999年、2007年朱溪河小流域侵蚀景观基质均为微度侵蚀,轻度、中度、强度、极强度和剧烈侵蚀作为斑块单元镶嵌其中;2)1999—2007年,微度和轻度侵蚀的面积均有显著增加,其中微度侵蚀面积增加量最大,主要由轻度转化而来,且主要分布于小流域东部;中度、强度、极强度和剧烈侵蚀面积均有减少,其中剧烈侵蚀面积减少率最大,主要向轻度转化,且高度聚集于小流域上游的游屋圳和高陂次一级小流域;3)1999—2007年期间,剧烈侵蚀重心迁移距离最大,轻度、中度和极强度的重心向西南偏移,微度重心向东北偏移,强度重心向东南偏移。人类活动是该流域侵蚀景观时空变化的主要驱动因素。

朱溪河流域侵蚀景观格局变化随坡度分异研究

基于高精度DEM和两期土壤侵蚀强度分布图,在ARCGIS9.0和景观格局分析软件FRAGSTATS3.3的支持下,计算出1994年和2003年两个年份朱溪河流域不同坡度等级下的景观格局指数并作对比分析.结果表明:不同坡度等级内的各景观类型结构变化存在较大差异;在景观水平上,侵蚀景观格局变化呈较明显的坡度分异特征.随着坡度增加,香农多样性指数和均匀度指数均先增后减,最大变化率均在坡度大于35°等级上;而最大斑块指数先减小,后增大,然后又减小,变化幅度最大值在坡度小于5°等级上.在各坡度等级上的各景观类型最大斑块指数变化值无明显的坡度分异特征.人类活动的干预,是驱动该流域侵蚀景观格局变化的主要驱动因素.

基于GIS和USLE的朱溪河小流域土壤侵蚀量估算

本文在地理信息系统的支持下,结合通用水土流失方程,选取合理的因子算法,对福建省朱溪河小流域的土壤侵蚀量进行了估算,结果表明朱溪河小流域的年均土壤侵蚀模数为1 023.26 t/km2,属于轻度侵蚀,中度以上侵蚀区域是预防和加强侵蚀治理的重点区域,并分析了朱溪河小流域土壤侵蚀强度空间分布格局和不同土地利用类型的土壤侵蚀,以为当地实施水土保持规划、采取合理的水土保护措施提供依据。

福建省长汀县朱溪小流域土地利用景观格局分析

以朱溪小流域为研究区,基于GIS和FRAGSTATS软件,对朱溪小流域东部和西部进行了土地利用景观格局对比研究。结果表明:①林地为朱溪小流域的基质景观,主要分布于东部;耕地、居民点及工矿用地、交通用地等人文景观主要分布于西部;②东部景观优势显著,基本上以大斑块为主,呈聚集性分布,异质性低,多样性指数小,景观类型所占比例差异大,林地优势突出;西部景观类型分布相对均衡,多样性指数大,破碎化程度大;③人为活动与地形为东部、西部景观格局形成的主导原因。西部人口分布密集,地势低,东部人口分布稀少,地势高,在其长期影响下形成与之相对应的景观格局。

红壤典型小流域土壤侵蚀与地形高度关系研究——以朱溪河小流域为例

以退化红壤地的朱溪河小流域为研究对象,利用GIS对不同高程带的土壤侵蚀特征进行分析.结果表明:无论从土壤侵蚀面积来看,还是从土壤侵蚀率和土壤侵蚀指数方面来看,土壤侵蚀都主要集中于海拔300～400m处,而在海拔450m以上较小.其原因主要是:在海拔300～400m处,较强烈的人为活动,容易使植被遭受破坏,加之坡度较大,加剧了土壤侵蚀的发生、发育和发展.随着海拔高度的增加,人类活动逐渐减少,土壤侵蚀也随之减少.

基于SWAT模型的气候变化下水文响应分析——以福建省长汀县朱溪小流域为例

本文以长汀县河田地区朱溪小流域为研究区,基于多年的气象、水文数据及高程数据模型、土地利用图、土壤类型图等,构建朱溪小流域SWAT模型。本文在假设下垫面条件不变的情况下应用假定气候情景法,通过改变日最高、最低气温值和逐日降雨量值构建15种不同的气候条件情景定量模拟分析气候变化对朱溪小流域径流的影响。研究结果表明:降水和温度的变化共同影响着朱溪小流域的产流过程,朱溪小流域的径流量与降雨量呈现正相关关系,与气温呈现负相关关系;相对于温度变化对朱溪小流域径流的影响,降雨量对于研究区径流量的影响更大。

朱溪小流域土地利用/覆盖变化水文响应分析

定量模拟土地利用/覆盖对流域径流的影响,对于揭示水文循环规律和水土流失治理等具有重要意义。以福建省长汀县朱溪小流域为研究区域,在2011年土地利用/覆盖(S 0)基础上,设置林地S 1、耕地S 2、园地S 3和退耕还林S 4共4种土地利用/覆盖情景。利用SWAT模型,定量模拟朱溪小流域月平均径流在不同土地利用/覆盖情景下的变化情况。研究表明,不同情景下朱溪小流域月平均径流量的变化规律一致,但变化幅度不同,径流量从大到小依次为S 2、S 0、S 3、S 4、S 1。说明在现有土地利用/覆盖条件下,大量开垦耕地将使径流量大幅度增加,增加林地的面积能有效地减少径流量。径流量大小主要由降雨量决定,土地利用/覆盖对其起调节作用。在不改变土地利用/覆盖基本格局的前提下,退耕还林是最为可行的径流量减少方案。

模糊聚类方法在南方红壤小流域土壤属性制图中的应用--以长汀朱溪河小流域为例

详细的土壤属性空间分布数据是流域过程模拟和情景分析所需的重要基础数据,尤其是在土壤母质分布复杂、空间变异性大的南方红壤区,土壤采样的成本及数字土壤制图的有效性往往限制了详细土壤属性数据的获取。近年出现的基于模糊聚类进行目的性土壤采样及数字土壤制图的方法,可有效地降低所需土壤样点数并推测土壤属性的详细空间分布。为探索该方法在南方红壤区的可用性,本文选取福建长汀朱溪河小流域,利用模糊聚类方法设计少量的目的性土壤采样,在5 m空间分辨率上进行土壤表层（0-20 cm）砂粒质量分数、有机质质量分数的预测性制图。对比利用已有1∶5万土壤类型图以分层随机布点结合普通克里格方法,以及土壤类型图属性数据连接法的土壤属性制图结果,基于30个独立验证点及制图结果空间分布进行评价。结果表明：与普通克里格方法和土壤类型图属性数据连接法相比,模糊聚类方法仅需要很少的土壤样点,制图结果精度较好（表层砂粒质量分数和有机质质量分数的均方根误差分别为13.81%、12.56 g/kg）,且能很好地体现该流域内土壤的空间分布特点。因此,模糊聚类方法可适用于南方红壤小流域,能在显著降低数字土壤制图采样成本的同时,获得较好的制图精度。

朱溪河小流域水土流失治理与生态环境效应

朱溪河小流域是全国水土保持生态建设“十百千”示范小流域之一。该小流域采取封禁治理、种生态林草和推广种植板栗等经济林果及实施旧果园改造的开发性治理模式 ,进行水土流失综合治理 ,实现了治理与开发的有机统一。