东辽河区域土壤腐蚀与景观格局分布关系研究

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1、东辽河区域土壤腐蚀与景观格局分布关系研究第1章绪论1.1研究背景及意义近年来由于土壤侵蚀、气候变暖和水资源短缺等自然灾害频发，对人类的生存和发展构成了严重威胁，全球环境变化研究已成为当代科学研究的首要内容。土壤侵蚀作为全球生态环境变化影响的重要问题之一，是一种自然现象，是指风力、水力和重力等在外营力作用下对土壤和土壤母质的破坏并剥蚀、然后搬运并沉积的过程[1]。近几十年来，由于滥砍乱伐和过度放牧等农业耕作活动，加速并导致我国是全球土壤侵蚀状况最严重的国家，根据国家第二次土壤侵蚀遥感调查的结果显示，全国共有水土流失面积356万平方公里，其中风蚀占191万平方公里，水蚀为16

2、5万平方公里[2-4]。东辽河流域作为吉林省重要的商品粮基地，位于世界3大黑土区之一的东北黑土区中部，是我国重要的商品粮生产基地，也是土壤侵蚀比较严重的地区之一，横跨吉林省中东部的低山丘陵地区，中部漫川漫岗的台地区和西部沙丘覆盖的平原区。严重的水蚀造成东辽河流域耕作土层变薄，地力减退，并且造成大量泥沙淤积在河道、水库。风蚀造成草原和耕地的沙化、退化、盐渍化，进一步加剧了洪旱灾害的发生，不断恶化的生态环境对人们的生产、生活、生存安全构成了严重威胁[5]。而通过优化景观斑块间的空间配置来改善景观要素的数量比重，可以有效的控制土壤侵蚀。景观格局与生态过程的相互关系是一个极富挑战

3、性的研究，其不仅是景观生态学探讨的主要内容，同时也是景观生态学的理论核心和主要特色之一[6-9]。过程产生格局，格局反作用过程，建立是景观格局中定量化研究的前提是确定过程与格局之间的相互关系[10]。但大多数指标源于景观要素空间拓扑关系几何特征的信息论或数理统计，常局限于对景观格局空间分布的描述和分析，造成生态学意义往往不明确，缺乏格局与过程之间联系的建立，影响了进一步探讨格局变化的意义[11]。近年来，基于土壤侵蚀来研究水土流失时空变异已经成为国内外的研究热点之一[12]。就土壤侵蚀而言，在以前的研究中常常从坡面尺度上寻找水土流失的发生机制，忽略多尺度空间上的多因子共同

4、作用，因此要研究土壤侵蚀，不仅要研究土壤侵蚀对土壤理化性质及其养分流失的影响，而且还要研究影响土壤侵蚀的众多因素例如从景观的角度入手结合多因子如植被、气候和地形等，在多尺度空间上来进行综合研究。1.2国内外研究进展1.2.1土壤侵蚀研究进展在100多年土壤侵蚀的定量研究中，随着人们对土壤侵蚀认识的不断加深，国内外土壤侵蚀研究方法呈现一种迅速发展的趋势，包括研究手段的丰富、研究范围和内容的扩大和深入，总结起来土壤侵蚀研究方法主要可以分为基于经验的统计模型和基于物理的过程模型。1.经验统计模型基于经验的统计模型起源于20世纪初，由Miller在Missouri创建径流试验站对

5、土壤侵蚀做定量研究[13]。等到了20世纪20年代，在美国农业部土壤专家Bent的号召下，美国开展大规模土壤侵蚀研究[14]。之后Cook于1936年提出了坡度坡长、土壤可蚀性因子和植被覆盖3个影响土壤侵蚀的因子[15]。到1940年Zingg创建了土壤侵蚀速率与地形因子的定量模型[16]。Smith在Zingg的关系式的研究上，又增加了水土保持措施因子和作物管理因子[17]。Broeier等利用该中心获取的美国境内10000多个径流小区近30年来的降雨量、径流量和泥沙量进行研究，提出了综合土壤可蚀性、降雨侵蚀力、作物经营管理、地形和水土保持措施5大因子的著名的通用土壤流

6、失方程USLE[20]。随着计算机技术的发展和土壤侵蚀研究的深入，从1985年到1997年对USLE模型进行修正，修正后的方程成为RUSLE模型，主要优点是在更加详细的考虑了土壤侵蚀的各个因子的基础上实现了计算机应用[21]。第2章研究区概况与数据源2.1研究区概况2.1.1地理环境概况研究区地处长白山余脉丘陵与松辽平原交叉地带，地貌特征具有东高西低的特征，其中流域上游为低山丘陵，中游以丘陵岗地为主，下游为平原。东辽河上游总体的地质状况以片岩、片麻岩和板岩为主的古生代地质和以砂砾岩、安山石和灰岩为主的新生代和中生代，少量地方有砂砾层含水层，沿河两岸发展成为上游地区的主要农

7、粮产区，而中下游是流域的冲积平原且土地肥沃且已被开垦为农田，主要由砂砾石和粗砂组成且地下水埋藏较深，主要有是1~3m一级阶地和5~7m二级阶地组成[61]。东辽河在吉林省省内河长321km，流域面积为10136km2，占吉林省总面积的5.4%，占总流域的80%，其主要的行政区是辽源和四平地区。流域内总人口为272.7万人，其中非农业人口为107.8万人，1998年流域内工农业总产值为219.5亿元，东辽河流域是吉林省乃至全国重要的商品粮食生产基地，主要种植一年一熟的粮食作物[61]。由于流域土地利用类型的不合理利用和特殊的地质