干旱半干旱区坡面覆被格局的水土流失效应研究

分类：论文范文 发表时间：2021-05-06 08:41

　　摘要:植被恢复与建设是控制水土流失的重要措施。在干旱半干旱地区，植被在空间上的分布呈现离散特征，在坡面上形成的裸地-植被镶嵌和植被条带分布等覆被格局对水土流失过程具有重要影响。覆被格局与水土流失关系研究是景观生态学格局与过程研究的重要内容。从植被斑块、坡面覆被格局对水土流失的影响与耦合覆被格局与水土流失的手段和方法三个方面对国内外相关研究进行总结分析。从中发现，植被类型、层次结构和形态特征是植被斑块尺度上影响径流泥沙的关键因素;不同覆被类型的产流产沙特征与覆被格局的准确描述是研究覆被格局水土流失效应的重要基础;坡面覆被格局对水土流失的影响关键在于其改变了径流泥沙运移和汇集的连续性，应重点关注径流泥沙源汇区的连通性和空间分布在水土流失中的作用;以坡面的精确覆被制图为基础，建立基于水土流失过程的覆被格局指数和耦合格局信息的径流与侵蚀模型是定量研究覆被格局影响的有效手段。今后应加强以下研究:以动态系统的观点研究覆被格局的变化对水土流失的影响，系统理解覆被格局与水土流失之间的相互联系与反馈机制，探讨两者间动态关系随尺度变化的规律性并发展尺度上推方法;构建过程意义明确且简单实用的格局指数，将覆被格局与水土流失过程有机联系起来;发展覆被格局的动态信息与产流产沙过程相结合的水文模型，加强对格局与径流泥沙反馈系统的耦合，建立真正意义上的覆被格局-水土流失过程耦合模型。

　　关键词:干旱半干旱区;坡面覆被格局;水土流失;格局指数;耦合模型

　　土地利用/土地覆被结构与生态过程研究是对综合自然地理学的深化和发展，是地表过程研究的前沿［1-2］。水土流失是世界性的生态环境问题，我国是世界上水土流失最严重的之一，而黄土高原则是我国土壤侵蚀最严重的地区。水土流失使土地退化，生产力下降，生态环境恶化。由此产生的大量泥沙淤塞江河湖泊，加剧洪水灾害，影响和制约区域经济和可持续发展。除自然因素外，不合理的土地利用是造成土壤侵蚀的重要驱动因子。土地利用与水土流失的关系一直是国内外普遍关注的重要科学问题［3-5］。

　　1植被斑块对水土流失的影响

　　斑块尺度植被对水土流失有着直接和间接的影响。首先，植被以及枯枝落叶层能减轻雨滴的直接打击以及对土壤的剥离，有效的拦截地表径流，减缓其流速，很大程度上减弱或消除降雨和径流侵蚀能量，减少侵蚀发生的机会［5，9］。植被对径流泥沙的影响关键在于改变了降雨侵蚀动能。植被生长引起植物高度增加、根系伸长、叶面积增加、覆盖度增大、植被结构发生变化，植被对降雨的阻截再分配作用因此发生变化，改变了降雨对地表的侵蚀击溅力［10］。其次，植被及枯落物通过改善表土结构、物理化学和水文性质以及微地形，进而影响水土流失，如降低土壤可蚀性，增加入渗能力等［5，10］。植被影响水土流失的主要因素有植被类型、植被覆盖度、植被枯枝落叶层、植被高度和植被根系等［5，10-11］。

　　2覆被格局对水土流失的影响

　　植被是土壤侵蚀的重要影响因素，而覆被格局即各种覆被类型包括植被、枯落物和裸地等的空间分布和数量结构对坡面水土流失具有直接的控制作用。覆被空间分布格局影响地表径流的汇集和携沙能力，改变了水土流失过程的连续性［5，27］。在以超渗产流为主的干旱半干旱地区，裸地往往由于土壤结皮的存在而降低入渗率，增加地表径流，而有植被覆盖的土壤则因土壤特性的改善，入渗率增大，成为降水吸收区，从而导致径流泥沙源汇区的产生［10-11］。植被空间分布格局改变了径流和泥沙运移路径的连通性，对水土流失作用显著［28-31］。

　　3耦合覆被格局与水土流失的手段与方法

　　为定量表征覆被格局对水土流失的影响，建立两者的耦合关系，目前的主要研究思路是:在对覆被格局进行准确描述基础上，建立耦合水土流失过程的覆被格局指数和采用耦合格局信息的径流与侵蚀模型。

　　3．1覆被制图

　　准确提取地表覆被信息，对覆被格局进行精确描述，获取高分辨率的覆被分布图是研究覆被格局对水土流失影响的重要前提。目前的坡面尺度覆被制图方法主要有人工调查法［30］、照相法［27，49-50］和遥感影像法［17］。

　　3．2耦合水土流失过程的格局指数

　　景观格局指数是描述覆被空间分布格局的有效途径，是表达景观格局-生态过程关系的重要工具。随着景观生态学理论和空间信息获取与分析方法的发展，发展出众多的景观指数研究覆被格局与土壤侵蚀过程的关系，并基于景观指数与土壤侵蚀过程变量关系的统计分析，探讨土壤侵蚀对格局的响应。常用的格局指数包括空间和非空间指数，主要从图形几何或空间拓扑的角度描述覆被类型比例配置及其镶嵌的空间结构、分布以及统计特征。刘宇等［51］阐述了FRAGSTATS3．3软件计算的边界/斑块密度、形状、连接性、多样性等4个方面12个常用的景观指数在景观格局-土壤侵蚀关系研究中的意义，分析了指数应用的局限性和原因，指出景观数据属性、景观指数本身性质和土壤侵蚀过程的复杂性使得常规景观指数与土壤侵蚀表征变量间存在不确定性。景观指数变化的土壤侵蚀意义不明确，多种景观指数在解释土壤侵蚀状况时会相互矛盾。以上局限性使得难以通过常规景观指数来指示土壤侵蚀特征，而缺乏对土壤侵蚀过程机理的考虑是常规景观指数在土壤侵蚀研究中存在不足的主要原因。因此，构建面向土壤侵蚀过程的格局指数将覆被空间组织结构与水土流失过程联系起来并建立定量关系显得尤为必要。

　　4问题与展望

　　针对干旱半干旱区坡面覆被格局与水土流失关系，国内外学者以斑块尺度上植被的产流产沙特征观测为基础，重点分析了植被类型、植被的垂直结构和形态特征的影响;基于实验观测研究了坡面上不同覆被类型、裸地-植被斑块镶嵌格局和植被条带格局的水土流失规律，探讨了坡面植被空间分布格局和径流泥沙源汇区的连通性对水土流失的影响;为表征覆被格局的影响，以坡面的精确覆被制图为基础，通过基于水土流失过程的覆被格局指数和耦合覆被格局信息的径流与侵蚀模型来定量研究覆被格局的水土流失效应。本文对需要进一步研究的热点问题和未来的发展趋势总结如下:

　　References:

　　［1］LengSY，SongCQ．ReviewoflandsurfacegeographicalprocessstudyandprospectsinChina．AdvancesinEarthScience，2005，20(6):600-606．

　　［2］FuBJ，ZhaoWW，ChenLD．Progressandperspectiveofgeographical-ecologicalprocesses．ActaGeographicaSinica，2006，61(11):1123-1131．

　　［3］PimentelD，HarveyC，ResosudarmoP，SinclairK，KurzD，McNairM，CristS，ShpritzL，FittonL，SaffouriR，BlairR．Environmentalandeconomiccostsofsoilerosionandconservationbenefits．Science，1995，267(5201):1117-1123．

　　［4］FuBJ，ChenLD，QiuY，WangJ，MengQH．LandUseStructureandEcologicalProcessintheHillyAreaofLoessPlateau，China．Beijing:TheCommercialPress，2002．

　　高光耀1，2，傅伯杰1，*，吕一河1，刘宇1，3，王帅1，周继1

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