贵州高原生态系统土壤保持服务时空变化及与其他关键服务权衡协同研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 牛丽楠 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 邵全琴 |
| 关键词 | 土壤保持服务 时空变化 生态工程 权衡与协同 贵州高原 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 我国是世界上水土流失最严重的国家之一，水土流失问题直接关系我国的生态安全，探讨生态系统土壤保持服务变化规律和驱动机制，对我国水土保持和生态修复工作具有重要意义。贵州高原是我国长江、珠江两江上游重要的生态屏障区，同时也是我国喀斯特地貌分布最广泛、发育最典型的地区之一，水土流失严重，生态环境极其脆弱。自2000 年以来，为改善贵州高原水土流失和生态退化问题，开始大规模实施退耕还林、天然林保护和石漠化综合治理等一系列重大生态工程。准确评估生态工程建设下贵州高原土壤保持服务，分析人类活动影响下土壤保持服务时空变化特征及与其他关键服务的权衡/协同关系，能够为后续贵州生态建设部署提供具有科学性和空间针对性的决策信息。本研究结合无人机遥感数据与卫星遥感数据，结合径流小区监测数据、森林资源地面调查数据与卫星遥感数据，对土壤流失方程（RUSLE）参数进行了精细化和本地化处理，模拟了2000—2020 年贵州高原土壤侵蚀量、土壤保持量和土壤保持率，并进行时空变化分析和驱动机制研究，厘定了气候和人类活动对土壤保持服务变化的贡献率，探讨了不同土地利用情景中土壤保持服务变化规律，分析了多时空尺度下土壤保持服务与其他关键生态系统（水源涵养和固碳）权衡/协同关系。主要结论如下：（1）贵州高原羊鸡冲小流域径流小区侵蚀性降雨主要集中在5-7 月；不同土地利用类型径流小区土壤流失量表现为：裸地＞旱地＞果园＞有林地＞草地。植物根系和草本植物在降雨过程中可以阻碍坡面径流产生和土壤流失，经果林的土壤流失情况较人工乔木林较差，但增加林下植被覆被可有效减少水土流失，植被的垂直结构影响水土流失情况，不同植被结构类型水土流失差异较大。（2）不同空间分辨率数据明显影响地形的提取精度，从而影响土壤侵蚀模拟结果，喀斯特地区坡长的尺度效应对微度侵蚀模拟带来的影响更大，坡度的尺度效应对剧烈侵蚀模拟的影响强于其他等级中坡长的影响；区域尺度模拟土壤侵蚀需要对中低分辨率地形数据进行误差修正，本研究结合无人机遥感数据与卫星遥感数据修正了地形因子，提高了模拟精度。单一遥感数据难以反映植被结构，本研究利用地面调查数据选择了多种遥感数据（归一化植被指数、净初级生产力和叶面积指数）反演了可以反映植被结构情况的结构化植被指数；区域结构化植被指数空间分布东南高西北低，高值区主要分布在非岩溶区、峰丛洼地区和岩溶高原西南区域，低值区主要分布在岩溶峡谷和岩溶高原部分区域，贵州南部植被类型组合复杂多样，植被结构状况及生态本底明显优于其他区域；本研究通过径流小区数据结合结构化植被指数修正了植被因子，提高了模拟精度。（3）2000—2020 年贵州高原平均土壤侵蚀模数为10.51 t·hm-2·a-1，空间分布为由西北至东南逐渐减小；侵蚀模数呈现逐年下降的趋势，强烈等级以上的侵蚀程度在持续减少，但微度、轻度和中度侵蚀有互相转换趋势；2000—2015 年土壤侵蚀高风险区域逐渐缩小，但在2015—2020 年间有扩张趋势，高风险区域主要位于海拔较高的喀斯特地区，地形起伏较大，植被覆被相对较少；2000—2020年贵州高原平均单位土壤保持量为50.00 t·hm-2·a-1，平均土壤保持率为79.05%；土壤保持空间分布格局与土壤侵蚀强度空间分布格局相反，由西北向东南逐渐增加；土壤保持量和土壤保持率总体呈上升趋势，平均土壤保持量增加速率为0.75t·hm-2·a-2（P<0.05），平均土壤保持率增加速率为1.10%·a-1（P<0.05），土壤保持服务有所提高。（4）气候因素中降雨和土壤保持量呈正相关区域面积为59.43%（p<0.05），影响区域主要分布在贵州高原西北部岩溶峡谷区、岩溶槽谷区和岩溶高原地区；气温和土壤保持量主要呈负相关趋势，气温对土壤保持的影响较小。人类活动显著正作用区域面积约为26.43%，显著负作用区域面积约3.97%，生态工程建设等人类活动对岩溶地貌区积极影响大于非岩溶地区。气候对土壤保持服务变化的贡献率为62.57%，人类活动贡献率为37.43%。人类活动对贵州高原地区土壤保持服务空间格局分布产生了重要影响，特别是岩溶地貌区。（5）四种土地利用情景下贵州高原生态系统土壤保持服务均呈上升趋势，基本规律为：生态保护情景＞综合发展与保护情景＞基准情景＞快速发展情景。生态保护情景下土壤保持服务提升明显，退耕还林工程实施导致森林和草地扩张，坡耕地大面积减少，防止了水土流失的发生；综合发展与保护情景下仅断陷盆地区域变化率为负值，应重点关注断陷盆地区域等生态脆弱区域，采取多种生态工程措施进行综合治理。（6）2000—2020 年土壤保持服务与水源涵养服务相关系数呈波动下降趋势，年际间波动幅度较大，主要以协同关系为主，一般岩溶区土壤保持服务与水源涵养服务的协同程度大于非岩溶区。土壤保持服务与固碳服务相关系数呈波动上升趋势，年际波动幅度较小，且协同关系逐渐加强，2010—2020 时段相比2000—2010 时段大部分区域转变为协同关系，权衡关系主要分布在非岩溶区。县域尺度下土壤保持服务与水源涵养服务协同关系分布广泛且聚集，权衡关系的区县数量相比协同分布较少且分散；土壤保持服务与固碳服务协同关系主要分布在贵州东南部和北部县域，权衡关系主要分布在南部部分区县，均呈聚集分布。（7）土壤保持服务与水源涵养服务之间权衡/协同关系在岩溶地区受气温、海拔、植被覆盖度影响较大，在非岩溶地区受降雨、坡度影响较大；植被对土壤保持与固碳服务之间关系的影响较大，随着植被覆盖度的提高，协同程度明显加强；地貌类型对土壤保持与水源涵养、固碳服务之间的权衡协同关系有宏观控制作用。各地貌区中土壤保持与水源涵养、固碳服务在生态工程区内平均协同程度高于非生态工程区；生态工程建设对地形起伏度较大、石漠化严重区域影响明显，天然林资源保护工程、自然保护区建设工程、石漠化综合治理工程以及退耕还林工程等生态工程对增强生态系统服务和平衡生态系统服务之间的权衡关系有重要作用。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 216 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199859]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 牛丽楠. 贵州高原生态系统土壤保持服务时空变化及与其他关键服务权衡协同研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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