基于CSLE与CA-Markov模型的土壤侵蚀时空演变研究——以老河口市为例

来源 :华中师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuyugugu
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水土资源是生态环境与经济社会可持续发展的重要物质基础。水土流失既有巨大的现实危害,也存在着极大的潜在危险性,严重的土壤侵蚀不仅会破坏水土资源,恶化生态环境,加剧自然灾害,而且严重制约经济、社会、生态的高质量发展。及时、全面、准确地了解和掌握土壤侵蚀程度和生态环境状况,对土壤侵蚀防治、水土保持监管、以及科学评价水土保持生态建设成效等至关重要。2018年水利部印发《全国水土流失动态监测规划(2018-2022年)》,实现了国家水土流失动态监测区域全覆盖,为水土保持宏观决策和生态环境建设提供了科学依据。老河口市境内支流水网密集,流域面积较小,天然河道水系源头来水小,河流水体流速较缓,河流的纳污能力较低,水土流失严重。因此,需要深入开展老河口市水土流失动态监控并加强对老河口市水土流失的综合治理。本研究利用CSLE模型,结合GIS的空间解译技术,对以老河口市为研究区的水土流失系数和水土流失量进行测算,并利用该指标对2010、2015、2020年各阶段的水土流失情况进行了评价。在此基础上,通过研究不同阶段的土地使用资料,探讨了不同地区水土流失的相关性。最后,基于3个阶段的土壤流失资料,运用CA-Markov模型进行了 IDRISI的数值仿真和分析,为研究区的水土流失和生态系统建设工作奠定了科学的依据。取得主要结论有:(1)基于老河口市2010/2015/2020年遥感影像,采用人机交互解译,获取了不同时期的土地利用状况。结果表明:老河口市土地利用面积变化以耕地为主,植被覆盖面积变化以高、中高和中覆盖为主。老河口市耕地面积占土地面积的65%以上,2010-2020年耕地、林地、草地、建设用地和水体动态度指数分别为0.95%、0.14%、0.005%、-0.75%和-0.34%,耕地变化最大。与2010年相比,2020年高覆盖植被面积增加了 100.82km2,中高和中覆盖面积分别减少了 56.47 km2和40.16km2,以上变化面积占植被覆盖变化总面积的98.7%。(2)采用CSLE模型计算了土壤侵蚀模数并进行了强度分级,结果表明:2010、2015和2020年老河口市平均土壤侵蚀模数分别为264.42t/km2·a、98.64t/km2·a和49.78t/km2·a,空间上呈西北部高、西部和南部低的分布格局。地类上表现为草地和建设用地土壤侵蚀模数高,林地土壤侵蚀模数低的特征。老河口市2010、2015和2020年水土流失面积分别占土地总面积的13.46%、3.5%和1.88%,水土流失以轻度为主。地类上,轻度侵蚀主要分布在草地、建设用地和耕地上,中度侵蚀主要分布在草地和建设用地上,强烈和极强烈侵蚀分布在草地上,无剧烈侵蚀面积。(3)2010-2020年老河口市土壤侵蚀量和土壤侵蚀强度呈双下降态势。与2010年相比,2015年和2020年平均土壤侵蚀模数分别下降了 62.7%和81.17%。与2010年相比,2015年微度侵蚀面积增加11.51%,轻度、中度、强烈、极强烈侵蚀面积分别减少了 73.52%、77.35%、98.18%、100%;2020 年微度侵蚀面积增加了 13.38%,轻度、中度、强烈、极强烈侵蚀面积分别减少85.74%、88.59%、98.79%、100%,无剧烈侵蚀。宏观政策引导,土地利用变化、高植被覆盖面积提高、水土流失综合治理和水土保持监管是土壤侵蚀下降的主要原因。(4)2010-2020年老河口市不同土地利用类型土壤侵蚀量和土壤侵蚀强度均有所下降。与2010年相比,2015年耕地、林地、草地和建设用地平均土壤侵蚀模数分别下降了 62.36%、74.56%、68.42%、56.03%;2020 年分别下降 83.8%、87.03%、82.67%、69.08%。与2010年相比,2015年和2020年各类土地利用类型微度侵蚀面积增加,轻度及以上水土流失面积减少。(5)应用CA-Markov模型对老河口市2025年土壤侵蚀状况进行了预测,结果表明:2025年老河口市轻度及以上强度水土流失面积增加。与2020年相比,2025年老河口市微度侵蚀面积减少了 93.42km2,减幅为9.01%;轻度、中度和强烈侵蚀面积分别增加了 92.96km2、0.44km2和0.02km2,无极强烈及以上侵蚀。地类上,土壤侵蚀变化主要分布在25°以下坡度级的耕地、林地和建设用地上。部分林地转移成耕地,耕地转为建设用地,高植被覆盖面积下降是导致轻度及以上侵蚀面积增加的主要原因。
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