三峡库区土壤侵蚀遥感监测及其尺度效应

论文摘要

三峡库区地处长江上游,属土壤侵蚀强度区,生态环境的脆弱性及其作为长江中下游生态安全屏障的重要地位,一直是国家水土保持工作的重点地区。因此,研究三峡库区土壤侵蚀状况对与库区水土流失治理具有重要意义。本研究在RS和GIS技术支持下,运用分形理论和RUSLE模型从定性和定量两方面对三峡库区土壤侵蚀进行了监测,分析了其空间分布特征及动态变化进行了分析,并从不同景观尺度上探讨了库区土壤侵蚀空间格局分形特征,以及从不同尺度DEM研究了RUSLE模型中LS因子的变化规律,以便揭示了库区土壤侵蚀的尺度效应。研究结果表明：（1）定性研究分析表明,从2000到2009年,三峡库区微度侵蚀类型面积所占比例都大于50%,而且年呈大幅度增加,而轻度以上土壤侵蚀类型面积有明显减少的趋势。微度侵蚀和轻度侵蚀类型空间结构复杂度减小,而中度以上侵蚀类型空间结构复杂度呈现增加趋势。剧烈侵蚀类型的斑块镶嵌结构稳定性均高于其他侵蚀类型,稳定性指数在2000和2009年分别为0.4892和0.4636。（2）从定量估测结果看,三峡库区土壤侵蚀量为18359.43×104 t·a-1,平均土壤侵蚀模数为3185.28t·km-2·a-1,属于中度侵蚀,微度和轻度侵蚀类型约占库区总面积的63.93%。（3）三峡库区土壤侵蚀空间分布特征分析表明,土壤侵蚀类型在垂直梯度上无明显线性特征,中度以上侵蚀类型主要分布在人类活动最为活跃的500-1500m高程带上；随着坡度增加,土壤侵蚀强度显著增大,其中,中度、强烈和极强烈侵蚀主要集中在大于15°的坡地上,绝大部分剧烈侵蚀发生在>35°急坡、险坡；而坡向对库区土壤侵蚀的影响没有坡度那么明显,阴坡的土壤侵蚀量要稍大于阳坡,其侵蚀量占库区总侵蚀量的56.63%。（4）在景观水平上,土壤侵蚀空间格局的分维数D值随高程增加而迅速减少,稳定性指数SI随高程带的升高呈增大趋势；而在斑块水平上,微度、轻度和中度侵蚀景观与高程并无明显的线性关系,而强烈以上侵蚀强度景观的D值随高程的增加而减小,SI随高程的增加而增大。而从2000年到2009年变化来看,微度侵蚀景观和轻度侵蚀景观的SI基本呈减小趋势,而中度以上强度侵蚀景观在较低海拔上,SI基本呈减小趋势,在较高海拔上,SI呈增大趋势。（5）随着DEM分辨率的降低,坡度因子S的最大值和平均值均呈现递减趋势,坡长因子L的最大值和平均值均出现线性增加趋势。而LS因子值根据不同的地貌形态却表现出不同的变化规律,高山地貌的巴东县LS因子的最大值和平均值总体呈现线性增加趋势,而丘陵地貌的长寿县LS因子的最大值和平均值呈现线性减小趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 研究综述
• 1.2.1 区域土壤侵蚀研究进展
• 1.2.2 分形理论在地理学中的应用研究进展
• 1.2.3 RUSLE侵蚀模型的研究进展
• 1.2.4 尺度效应
• 1.3 研究内容
• 1.3.1 基于分形理论的三峡库区土壤侵蚀空间格局变化研究
• 1.3.2 基于RUSLE的三峡库区土壤侵蚀定量评估
• 1.3.3 不同景观尺度上土壤侵蚀强度空间格局垂直变化特征
• 1.3.4 数据粒度变化对RUSLE模型中LS因子提取的影响
• 2 研究基础与方法
• 2.1 研究区概况
• 2.2 基础数据
• 2.3 研究方法与技术路线
• 2.3.1 研究方法
• 2.3.2 技术路线
• 3 基于分形理论的三峡库区土壤侵蚀空间格局变化研究
• 3.1 土壤侵蚀各因子的获取
• 3.1.1 坡度因子的提取
• 3.1.2 土地利用类型因子提取
• 3.1.3 植被覆盖因子提取
• 3.2 三峡库区土壤侵蚀空间格局变化特征
• 3.2.1 土壤侵蚀强度总特征
• 3.2.2 土壤侵蚀强度分形维数特征
• 3.2.3 土壤侵蚀强度空间格局复杂度
• 3.2.4 土壤侵蚀强度空间格局稳定性
• 3.3 小结
• 4 基于RUSLE的三峡库区土壤侵蚀定量评估
• 4.1 RUSLE模型中各个侵蚀因子的计算
• 4.1.1 降雨侵蚀力R因子
• 4.1.2 土壤可蚀性K因子
• 4.1.3 坡长坡度LS因子
• 4.1.4 植被覆盖与管理C因子
• 4.1.5 水土保持措施P因子
• 4.2 三峡库区土壤侵蚀量特征及其空间分布特征
• 4.2.1 土壤侵蚀量与土壤侵蚀强度
• 4.2.2 不同高程带的土壤侵蚀空间分布特征
• 4.2.3 不同坡度土壤侵蚀空间分布特征
• 4.2.4 不同坡向土壤侵蚀空间分布特征
• 4.3 小结
• 5 不同景观尺度上土壤侵蚀强度空间格局垂直变化特征
• 5.1 景观水平上的土壤侵蚀强度空间格局垂直变化特征
• 5.2 斑块水平上土壤侵蚀强度空间格局垂直变化特征
• 5.2.1 不同高程带上土壤侵蚀强度空间格局复杂度变化特征
• 5.2.2 不同高程带上土壤侵蚀强度空间格局稳定性变化特征
• 5.3 小结
• 6 数据粒度变化对RUSLE模型中LS因子提取的影响
• 6.1 LS因子的尺度效应分析——以巴东县为例
• 6.1.1 坡度因子S的尺度效应分析
• 6.1.2 坡长因子L的尺度效应分析
• 6.1.3 LS因子尺度效应分析
• 6.2 LS因子的尺度效应分析——以长寿县为例
• 6.2.1 坡度因子S的尺度效应分析
• 6.2.2 坡长因子L的尺度效应分析
• 6.2.3 LS因子尺度效应分析
• 6.3 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 研究结论
• 7.2 问题与展望
• 参考文献
• 在读期间发表论文情况
• 致谢