基于“3S”技术的不同岩溶石漠化小流域水土流失研究

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我国西南岩溶区是世界上最大的岩溶裸露连片区,面积约6.2×105km2,区域内地质条件复杂,岩溶极为发育,构成了独特的“二元结构”,地貌类型多种多样,生态环境脆弱,抗干扰能力差;同时西南岩溶区是我国少数民族和贫困人口的集中区域,长期的社会经济落后影响当地的生态环境保护和建设;脆弱的生态环境加上不合理的人类活动,使得区域内水土流失状况十分严重,很多地方甚至出现“无土可流”的石漠化状况,使得当地的生态环境和生态安全受到严重的挑战,对该区域社会经济发展造成了严重危害。采用水土流失监测及“3S”技术手段,对流域内植被覆盖、水土环境进行监测,对比研究不同石漠化、土壤、地形条件和土地利用方式下水土流失的强度和机理,结合岩溶区水土流失的研究进展及其发展趋势,确定以广西马山县古寨和塘头两个典型岩溶小流域为研究对象。首先,基于“3S”技术,以遥感数据作为数据源解译小流域内石漠化的强度及空间分布情况。其次,以传统方式收集小流域出口的水样,监测小流域出口水中的含沙量,计算小流域水土流失量,并监测两个小流域一周内水中流失的肥量。以马山县DEM(数字高程模型)为基础提取研究区小流域的高程和坡度,以遥感数据为基础提取植被覆盖度和土地利用方式信息,并对两个小流域的相关信息进行比较。根据高程、坡度、土地利用方式、植被覆盖度四个不同影响因子分别按权重赋值,权重结果为:土地利用方式0.558,高程0.057,坡度0.122,植被覆盖度0.263,在ArcGIS平台下进行栅格叠加分析,得到两个小流域的水土流失风险评价图,对两个小流域水土流失风险进行比较。对研究区的石漠化强度分布图与水土流失风险分布图进行空间分析,找出二者的联系。研究结果表明:1.塘头小流域石漠化程度相较于古寨小流域明显更为严重。其中重度、中度石漠化区域面积所占流域面积比例达到38.32%,轻度石漠化也多于10%,而古寨岩溶地下河流域,植被情况较好,重中度石漠化不足10%,轻度石漠化也只有不足10%,无石漠化面积则达到了80%以上。两个小流域中重度石漠化所占比例都相对较低,古寨小流域更是只有不足2%但是塘头小流域还是存在着较大面积的中度石漠化区域,是比较典型的石漠化区域,总石漠化面积已经接近小流域总面积的50%,这与石漠化面积只占小流域面积不足20%的古寨小流域形成了鲜明的对比。2.古寨地下河出口2012年6月29日到2013年3月5日,泥沙输移量为74.96t,单位面积每平方千米输沙量18.6t,而同时期塘头小流域泥沙输移量为62.15t,单位面积输沙量每平方千米12.8t;从监测结果来看,石漠化强度与流域的输沙量关系比较复杂,并不是石漠化强度越强,水土流失量就越大,水土流失强度受植被覆盖、地形地貌和土地利用等人类活动方式的多种因素的控制,推测因为塘头小流域的石漠化强度比较大,山体剩余的土壤比较少,所以水土流失量反而小于古寨小流域;3.监测期间,K+、PO43流失量相对比较低,土壤肥力流失主要为氮元素流失,塘头流域的氮元素流失量在一周内达到1吨,流失量相当大,总体而言,塘头流域的土壤肥力流失量远远大于古寨小流域;4.分析比较发现:就高程而言,古寨水土流失风险高于塘头;就坡度而言,古寨水土流失风险也高于塘头;而就土地利用方式而言,塘头水土流失风险高于古寨;就植被覆盖度来看,塘头水土流失风险也高于古寨。综合研究区水土流失风险情况分布显示:塘头与古寨水土流失的风险都很大,塘头的水土流失风险大于古寨;5.不同石漠化程度下水土流失的风险略有不同,总体来看:石漠化区内水土流失强度的风险高于非石漠化区。
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