大凉山典型小流域侵蚀产沙垂直分异特征及其对土地利用变化的响应
文献类型：学位论文
| 作者 | 吴汉 |
| 答辩日期 | 2019-07-01 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 成都 |
| 导师 | 熊东红 |
| 关键词 | 大凉山地区 小流域 137Cs 复合指纹技术 侵蚀产沙 |
| 学位专业 | 土壤学 |
| 其他题名 | Vertical Differential Characteristics of Erosion and Sediment and Its Respone to Land Use Change in Typical Catchment located in Daliangshan area, Southwest China |
| 英文摘要 | 大凉山地处金沙江下游区，是我国西南地区水土流失极为严重的地区之一。该区具有山高谷深、地形坡度陡、海拔梯度大等特征，加之山区人类活动强度的垂直差异性，其水土流失发生过程及条件显著不同于以往重点关注区（如黄土高原区、东北黑土区、南方崩岗区等）。此外，该区土壤侵蚀研究基础薄弱，侵蚀产沙问题备受关注。因而深入、系统地开展小流域尺度的侵蚀产沙案例研究对于揭示大凉山地区水土流失机理及水土保持实践具有重要的意义。 本研究选择大凉山普格县洛乌沟小流域（流域面积13.5 km2）为研究对象，综合采用野外实地调查、采用137Cs示踪技术、复合指纹技术、元素地球化学方法和3S技术等技术方法，参考该地区农业区划，对流域垂直带（沟坝河谷区（约1150～1500 m）、低山区（约1500～1900 m）、二半山区（约1900～2500 m）和亚高山区（约2500～3100 m））进行划分，查明了小流域尺度不同垂直带侵蚀产沙特征，评价了近几十年来土地利用变化对流域侵蚀产沙的影响。该研究不仅加深了对大凉山区侵蚀产沙过程的认识，而且也可为该地区“生态移民”、“乡村振兴”战略实施以及长江上游的生态屏障建设提供重要的科学依据。主要研究结论如下：（1）查明了流域不同垂直带面蚀和沟蚀特征坡面各垂直带间土壤侵蚀差异显著，其中低山区土壤侵蚀最严重，沟坝河谷区表现出明显的淤积特征。运用137Cs示踪技术，结合流域垂直带划分，查明了低山区的土壤侵蚀模数高达6063.33 t?km-2?a-1，二半山区土壤侵蚀模数为4639.30 t?km-2?a-1，亚高山区土壤侵蚀模数最低，仅为1470.52 t?km-2?a-1，而沟坝河谷区主要表现为明显的堆积特征，其堆积模数为707.41 t?km-2?a-1。二半山区沟谷侵蚀速率大于低山区，而沟坝河谷区沟谷无明显侵蚀现象。通过对无人机遥感影像和历史航片的分析，查明了沟谷侵蚀特征。主沟沟谷侵蚀速率为62725 t?km-2?a-1，沟谷面积由1978年的260997.32 m2增加至2018年的312146.34 m2，其增幅为19.60%，而沟沿线长度则由1978年的8.01 km增加至2018年的8.56 km，其增幅为6.87%。主沟沟谷横截面变化特征表明，主沟沟谷侵蚀以侧蚀（沟岸崩塌）为主。就不同垂直带而言，二半山区沟谷侵蚀速率大于低山区，而沟坝河谷区沟谷形态相对稳定、侵蚀轻微。（2）分析了小流域泥沙淤积特征坡麓、谷地、梯田拦截部分坡面侵蚀泥沙。137Cs技术表明，二半山区坡麓地带土壤中137Cs面积活度高于流域本底值（882.26 Bq/m2），出现了侵蚀泥沙淤积现象。此外，低山区谷地和沟坝河谷区的土壤137Cs面积活度高于低山区和本底值137Cs面积活度，表明低山区坡面土壤受到下方地形变缓的影响发生淤积。（3）阐明了流域泥沙来源特征沟岸是流域主要泥沙来源，低山区对流域泥沙的贡献高于其他垂直带。利用复合指纹技术，查明了沟岸为流域泥沙的主要来源，其贡献率为62.42%，其次为坡耕地，其贡献率为18.59%，而灌草地平均贡献率为12.53%，林地和撂荒地泥沙贡献率较低，分别为4.14%和2.32%。就不同垂直带而言，低山区是该流域泥沙的主要来源，其贡献率为44.37%，其次为二半山区，为42.06%，亚高山区泥沙贡献率较少，仅为13.57%。元素地球化学方法可以应用于小流域尺度泥沙来源研究，能够快速有效识别的泥沙的主要来源。基于元素相关性，筛选Mg/Ti、Mg/Ca、Ni/Co、K/Na、Mg/Mn、Co/Mn、Cu/Ti和Zn/Ti等8个特征元素比值参与复合指纹技术，其中K/Na、Mg/Ca和Ni/Co等3种特征元素比值被引入最优指纹因子组合，且正确归类率高于40%，说明特征元素比值可以作为复合指纹因子。采用元素对比分析法得到的定性结果与复合指纹技术结果相一致，说明元素对比分析方法可以验证复合指纹技术的有效性，同时也表明该种方法操作步骤简单，能够快速、有效地识别小流域泥沙主要来源。（4）评价了土地利用变化对流域侵蚀产沙的影响1965～2018年，流域坡耕地面积逐渐减少，其中1965～1990年坡耕地为流域主要土地利用类型。通过对流域不同时期土地利用分析，查明1965～1990年，坡耕地面积减少1.50 km2，其降幅为15.07%，林地面积减少了1.04 km2，降幅为44.44%，灌草地增加了1.90 km2，其增幅为155.56%，梯田出现，增加至0.59 km2；与1990年相比，2018年坡耕地和灌草地分别减少了4.78 km2和1.11 km2，其降幅分别为56.45%和34.78%，而梯田和林地分别增加了0.25 km2和2.92 km2，其增幅分别为40%和220%，撂荒地大面积出现，增加至2.62 km2。就不同垂直带而言，1965～2018年间，沟坝河谷区坡耕地面积呈现出逐渐下降的趋势，梯田面积增加明显；坡耕地是低山区主要土地利用类型；二半山区坡耕地面积呈逐渐下降趋势；亚高山区坡耕地面积大幅度降低，撂荒地出现并成为主要土地利用类型。1965～2018年，流域土壤侵蚀量和土壤平均侵蚀模数呈现出逐渐降低的趋势。运用137Cs示踪技术，结合流域土地利用类型，查明坡耕地侵蚀强度最大，平均侵蚀模数为4485.32 t?km-2?a-1，其次为灌草地，为4093.07 t?km-2?a-1，撂荒地和林地平均侵蚀模数差异较小，分别为2089.11 t?km-2?a-1和1785.59 t?km-2?a-1，而水平梯田无侵蚀现象，出现明显的堆积，其堆积模数为704.41 t?km-2?a-1。根据各土地利用类型面积及土壤侵蚀特征，查明1965～2018年，除低山区外，其他垂直带土壤侵蚀量均呈现降低的趋势；流域年土壤侵蚀量也呈现出逐渐减少的趋势，其中，1965～1990年土壤侵蚀量由54183.55 t?a-1降低至50068.85 t?a-1，其降幅为7.59%；1990～2018年，土壤侵蚀量则由50068.85 t?a-1减少至39463.74 t?a-1，其降幅为21.17%，这主要与坡耕地转换为撂荒地、林地和梯田面积增加有关。 综合以上结论，本研究认为低山区是流域面蚀最严重的区域，应该视为坡面水土保持工程中重点治理的部位。沟岸是整个小流域泥沙的主要来源，今后在开展小流域综合治理过程中，应该重点关注沟岸崩塌部位。移民迁徙虽然加剧了迁入区（低山区）水土流失，但总体上改善了流域生态环境，尤其是迁出区（亚高山区）的生态环境改善尤为突出。大量土地撂荒虽然在一定程度上浪费了土地资源，但改善地表水文条件，降低了水土流失风险，有利于流域生态环境建设。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 163 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/33970]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地灾害与地表过程重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吴汉. 大凉山典型小流域侵蚀产沙垂直分异特征及其对土地利用变化的响应[D]. 成都. 中国科学院大学. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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