黄土高原典型坡沟土地整治工程对流域水土保持生态系统服务功能的影响研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:voodoochildzm
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大规模“退耕还林(草)”工程的实施显著改善了黄土高原生态环境,同时也出现了人地矛盾突出的问题。沟道土地整治工程(“治沟造地”)作为一种能够有效增加高质量农业用地的创新性水土保持治理措施,2010年以来,经过试验、应用和推广,截止现在,已在延安等地实施近50万亩。2013年百年一遇特大暴雨,致使近三分之一的新造地损毁,导致其对流域水土保持生态系统服务功能的影响备受社会关注。针对这一问题,本研究选择黄土高原延河流域为研究对象,采用实地调查、实测资料分析与模型模拟相结合的方法,定量评估了新环境下典型坡沟土地整治工程对流域生态系统土壤保持、水源供给功能的影响,得到如下结论:(1)坡沟土地整治工程对延河流域水沙有显著的影响。流域水沙的变化直接反映其水土保持生态系统服务功能。本文研究了退耕还林前(1990-1999),退耕还林期(2000-2010)、沟道土地整治期(治沟造地:2011-2017)流域水沙的变化,结果表明:三个时期水沙关系明显不同,相同条件下,水沙减少幅度的顺序是退耕还林+治沟造地、退耕还林和退耕还林前期,表明退耕还林+治沟造地的水土保持服务功能较好。(2)构建了InVEST水土保持生态服务评估模型并进行了率定与验证。为了进一步研究延河流域坡沟土地整治工程对其水土保持生态系统服务功能的影响,构建了In VEST水土保持生态系统服务评估模型,验证结果表明,年输沙量在率定期(1990-2000)和验证期(2001-2017)的R2分别为0.65、0.87,NSE分别为0.55、0.82,均达到模型要求;当敏感性参数Z系数(季节参数)在28-29范围内时,率定期与验证期的年产水量与实测径流量差值最小,模拟效果较好。构建的模型可以作为研究延河流域坡沟土地整治对生态系统服务功能影响的工具。(3)典型坡面水土保持措施使流域生态服务功能时空变化显著。采用上述构建的模型,研究了延河流域水土保持生态系统服务功能的时空变化,表明:在1990-2017年期间,延河流域土壤侵蚀模数年均减少299t/(km2·a),土壤保持量增加;各年份土壤保持量空间分布均呈现西北向东南逐渐增加的趋势;影响研究区土壤保持量空间差异的主要驱动因素是土地利用变化,不同土地利用类型下,林地和草地的土壤保持能力较强,对流域土壤保持量的贡献达到80%以上;在坡度15°-25°、海拔1200-1500范围内对土壤保持量的贡献较高,均达到70%以上。在水源供给功能方面:延河流域产水量呈现波动增加趋势,产水深度变化范围为18.51-74.79mm;各年份产水深度空间变化由西北向东南呈现先增加后减少的趋势;产水量时空变化趋势与降雨量变化保持一致,降雨量是引起产水量变化的主要驱动因素;不同土地利用类型的产水能力与蒸散量呈反比,建筑用地产水能力较强,约为83.34mm,耕地、草地、林地依次降低,分别为51.37mm、49.95mm、48.42mm,林草地是产水量的主要贡献者,两者产水总量占全区70%左右,且林地的贡献率逐渐增加;在坡度15°-25°、海拔1200-1500范围内,产水量贡献较大。由此可见,坡面水土保持措施的实施显著提高了流域水土保持生态系统的水源供给和土壤保持服务功能,对生态环境建设有重要意义。(4)沟道土地整治工程使流域水土保持生态服务功能发生明显改变。研究了现状造地规模条件下流域水土保持服务功能对极端暴雨的响应。表明,百年一遇暴雨条件下的现状沟道土地整治规模与2013年规模的沟道土地整治工程相比,土壤保持量增加1097.14t//km2,输沙模数从3162t/km2减少到2394t/km2,减少幅度达24%。进一步研究羊圈沟小流域土地整治工程,表明,随着沟道土地整治比的增加,流域土壤侵蚀量在逐渐减小,与无整治沟道相比,2%、4%、6%、8%、10%整治比时土壤侵蚀量分别减少0.57%、1.17%、3.15%、4.20%、3.36%,土壤保持量逐渐增加,4%整治比到6%整治比时,增加幅度较大,为0.40%。延安新区沟道土地整治前后土壤保持量增加了90%。沟道土地整治工程提高了流域水土保持生态系统服务功能,有效地缓解了人-地矛盾,对保障国家粮食安全有非常重要的意义。上述研究综合评估了延河流域新环境下典型坡沟土地整治时期流域水土保持生态系统服务功能的变化特征,为黄土高原下一步生态环境修复与国土空间优化提供理论依据。
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