土壤風蝕是土地利用/覆蓋變化及區(qū)域環(huán)境變化研究的重要內容,是威脅干旱與半干旱區(qū)域生態(tài)安全的重點問題,也是影響農牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大生態(tài)環(huán)境問題。因此,開展陰山北麓生態(tài)退耕對土壤風蝕的影響及效應研究,力求科學掌握陰山北麓生態(tài)退耕區(qū)域土壤風蝕時空特征,揭示自然因素和人類活動等對土壤風蝕驅動機制,分析土地開墾、生態(tài)退耕這一關鍵過程對區(qū)域生態(tài)效應,為陰山北麓生態(tài)環(huán)境保護與修復治理提供科學的參考依據。本研究以典型干旱半干旱農牧交錯區(qū)的陰山北麓為研究區(qū)(109°15′-116°56′E,40°45-43°23N),采用多尺度的區(qū)域-局地-樣點土壤風蝕格局的分析方法,結合遙感動態(tài)變化監(jiān)測技術、地面驗證尺度推移、RWEQ土壤風蝕模型、地面同位素137Cs示蹤技術、GIS空間分析技術等方法,構建研究區(qū)土地利用/覆蓋變化、生態(tài)退耕過程、植被覆蓋特征、氣候變化信息數據,探究了近30年陰山北麓土地開墾與生態(tài)退耕過程土壤風蝕特征及其驅動因素,分析土壤風蝕模數時空格局演變規(guī)律;解析生態(tài)退耕過程對土壤侵蝕影響,定量估算生態(tài)退耕前后的生態(tài)效應。主要研究結論如下:(1)采用同位素137Cs示蹤技術對研究區(qū)土壤風蝕過程進行了定量分析,利用12個137Cs實測結果對RWEQ模型模擬結果進行對比驗證,模擬精度達0.89,并呈顯著相關(p0.01),本研究的RWEQ模型模擬結果與137Cs示蹤技術定量分析結果總體趨勢一致及相關性較好。(2)在時間尺度上.,1990-2015年,土壤風蝕總體格局呈現(xiàn)減弱的趨勢。1990-2000年土壤風蝕模數呈現(xiàn)逐漸增強趨勢,從1990年的22.64 t.hm-2.a-1增長到2000年的33.61 t.hm-2.a-1,土壤風蝕量以1207.09萬噸·a-1的趨勢增加;2001-2015年土壤風蝕模數呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢,從2001年的40.73 t·hm·a-1 下降到2015年的16.04 t·hm-2·a-1,土壤風蝕量以1556.57萬噸·a-1的趨勢降低。開墾耕種區(qū)土壤風蝕量增加顯著,1990-2000年開墾耕種區(qū)土壤風蝕模數以變化斜率2.05t·hm-2·a-1趨勢增加,是研究區(qū)平均變化斜率的2倍,平均土壤風蝕模數25.59 t.hm-2。生態(tài)退耕區(qū)土壤風蝕降低趨勢明顯,2000-2015年生態(tài)退耕區(qū)土壤風蝕模數以變化斜率1.52t·hm-2·a-1減少,平均土壤風蝕模數11.83t·hm2。生態(tài)退耕后土壤風蝕量變化顯著,累計減少土壤風蝕量157.5萬噸。(3)在空間尺度上,研究區(qū)不同時期、不同土地利用/覆被類型所反映的土壤風蝕特征差異較大,多年平均土壤風蝕模數表明未利用地低覆被草地耕地中覆被草地其他林地疏林地高覆被草地灌木林地有林地。應用Hurst指數預測未來陰山北麓土壤風蝕演化趨勢以持續(xù)性(土壤風蝕量減少)為主,但持續(xù)性中弱和較弱所占比例較高,占陰山北麓面積的92.40%,表明該地區(qū)生態(tài)較為脆弱。(4)土壤風蝕驅動機制分析。應用Sen+Mann Kendall定量描述了 2000-2015年陰山北麓及生態(tài)退耕區(qū)生長季NDVI變化趨勢及顯著性檢驗,研究區(qū)無顯著變化的占93.76%;生態(tài)退耕區(qū)NDVI顯著增加,占生態(tài)退耕面積的15.31%,顯著減少僅占2.18%。生態(tài)退耕對植被恢復作用明顯,對降低土壤風蝕貢獻顯著。利用偏相關分析界定了氣溫、降水對陰山北麓NDVI變化貢獻,明晰人類活動(開墾、退耕等)對植被變化產生較為明顯影響,即對土壤風蝕作用明顯,變化趨勢明顯的區(qū)域占比72.45%。土壤風蝕隨植被覆蓋度的增加而降低,植被覆蓋度在0.2-0.35之間時,對降低土壤風蝕的作用顯著,當植被覆蓋度達0.72時,隨植被覆蓋度的增加土壤風蝕發(fā)生變化的幅度較小。(5)土壤風蝕生態(tài)效應分析。無論是區(qū)域還是樣點,風蝕過程對土壤顆粒組成影響的規(guī)律性呈現(xiàn)出1990-2005年開墾耕種樣點,砂粒占比逐漸升高,粉粒、粘粒占比均降低趨勢;2005-2015年生態(tài)退耕過程中,呈現(xiàn)砂粒占比緩慢降低,粉粒、砂粒占比有所回升的總體趨勢。樣點開墾耕種土壤有機質損失速率在4.0-85.83t·km-2·a-1之間,全氮損失速率在0.21-10.85 t·km-2·a-1之間,全磷損失速率在0.21-3.72 t·km-2.a-1之間,全鉀損失速率在14.86-87.52t·km-2·a-1之間;樣點生態(tài)退耕土壤有機質損失速率在2.28-30.45t·km-2·a-1之間,全氮損失速率在0.18-4.6t·km-2·a-1之間;全磷損失速率在0.14-2.63 t·km-2·a-1之間;全鉀損失速率在9.41-33.98 t·km-2·a1之間。開墾耕種土壤風蝕導致土壤有機質損失量達到每年5.12萬噸、全氮損失量每年3438.31噸、全磷損失量每年2077.3噸、全鉀損失量每年7.54萬噸;生態(tài)退耕導致土壤有機質凈增加每年0.38萬噸、全氮凈增加量每年436.22噸、全磷凈增加量每年241.05噸、土壤全鉀凈增加量每年1.08萬噸。(6)1990-2005年開墾耕種15年間,土壤有機質損失量76.83萬噸、土壤全氮損失量5.14萬噸、土壤全磷損失量3.12萬噸、土壤全鉀損失量113.07萬噸。按現(xiàn)在條件、生態(tài)退耕面積和土壤養(yǎng)分凈富集量估算,15年的開墾耕種土壤風蝕損失量需要近100年才得以恢復。生態(tài)退耕對降低土壤風蝕,改善土壤顆粒組成、有機質、氮、磷、鉀含量具有明顯作用,從而土壤生態(tài)環(huán)境,但仍需持續(xù)性的投入,逐漸改善實現(xiàn)科學可持續(xù)發(fā)展。
【學位單位】：內蒙古農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S157.1
【部分圖文】：

圖１研究技術路線圖逡逑Ｆｉｇ．邋１邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ｒｏａｄｍａｐ逡逑

圖２研究區(qū)位置及行政區(qū)劃圖逡逑Ｆｉｇ．２邋Ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｖｅ邋ｄｉｖｉｓｉｏｎ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔｕｄｙ邋ａｒｅａ逡逑２．１．２自然與社會概況逡逑

圖３陰山北麓研究區(qū)數字高程逡逑Ｆｉｇ．３邋Ｄｉｇｉｔａｌ邋ｅｌｅｖａｔｉｏｎ邋ｍｏｄｅｌｓ邋ｏｆ邋ｓｌｕｄｙ邋ａｒｅａ?

【參考文獻】

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本文編號：2834417