小江流域土壤侵蚀特征及环境效应

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题名	小江流域土壤侵蚀特征及环境效应
作者	葛永刚
学位类别	博士
答辩日期	2009
授予单位	中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所
授予地点	成都
导师	崔鹏
关键词	小江流域侵蚀特征泥沙输移环境效应防治对策
其他题名	Characteristics and Environmental Impacts of Soil Erosion in Xiaojiang River Basin, Upper of Yangtze River, China
学位专业	自然地理学
中文摘要	小江流域是长江上游土壤侵蚀最严重，生态环境最恶劣，地质灾害最频繁，河流输沙量巨大的流域之一。土壤侵蚀是其最重要的环境问题之一，不仅影响流域生态、经济、社会发展，还影响金沙江下游的生态环境安全，威胁水电工程安全。论文以小江流域土壤侵蚀为研究对象，采用137Cs、RS、GIS技术，利用实验及定点观测数据进行土壤侵蚀特征及环境效应的研究，通过137Cs示踪技术确定了流域地块尺度不同土地类型土壤侵蚀速率，分析了侵蚀影响因子与土壤侵蚀的关系，结合RS、GIS技术进行流域土壤侵蚀变化分析与预测，利用137Cs技术进行典型流域侵蚀产沙历史与特征研究，进而分析小江流域坡面侵蚀产沙与泥石流输沙的关系，结合实验数据定量评估了土壤侵蚀引起的土壤养分流失及重金属迁移的环境效应。取得如下研究成果： 1.查明了小江流域137Cs在土壤中的分布特征，明确其背景值随海拔升高和降雨增加而增大，具地域分异性。137Cs示踪研究表明：坡耕地年侵蚀厚度于0.22～1.10cm，侵蚀模数2935～12454 t/km2.a；林地年侵蚀厚度主要分布于0.01-0.15cm，侵蚀模数149～2000t/km2.a；灌丛年侵蚀厚度0.02～0.13cm，侵蚀模数330～1709t/km2.a；草地年侵蚀厚度主要分布于0.01～0.27cm，侵蚀模数201～3885t/km2.a。各种土地类型的侵蚀速率大小顺序为：坡耕地>草地>灌丛>林地。 2.土壤侵蚀与其影响因子的分析表明：30m坡长红壤坡地侵蚀速率在10～15°之间随坡度增大增加缓慢，15～23°之间呈线性增加，侵蚀速率与坡度关系为：y=636.79x-5782.5，红壤坡地的坡度临界值约为23～25°: 20m坡长黄壤坡地侵蚀速率在10～23°之间与坡度关系为：y=734.61x-4373.5，黄壤坡地临界坡度大于25°。林地、大于20m坡长的坡耕地年侵蚀速率与坡长为负相关关系，草地土壤侵蚀速率与坡长正相关。土壤侵蚀速率与其粘粒含量具有正线性相关关系，30m坡长坡耕地红壤侵蚀速率与<0.02mm的颗粒含量相关性不大，草地侵蚀模数大于1000t/km2.a时，与<0.02mm物质含量不具相关性。海拔升高导致的降雨强度增加引起坡耕地、发育不良的林地、草地的土壤侵蚀速率增大；草地植被盖度大于75%时，土壤侵蚀速率大幅降低，保水减沙效益明显。 3.1987～2005年间土壤侵蚀面积占总面积的66%左右，侵蚀面积变化不大。期间轻度侵蚀和剧烈侵蚀减少25%和14%左右，中度侵蚀，强度侵蚀和极强度侵蚀分别增加30%，23%和26%。1987、1995、2005年流域土壤侵蚀量分别为751.4，818.7，818.0万t，变化最快的为1987～1995年间，侵蚀量增加67.3万t。预测研究表明，2005～2015年，土壤侵蚀强度分布及侵蚀量保持在2005年间的水平，无明显变化。 4.蒋家沟流域坡面侵蚀研究表明，其2006年和1973年土壤侵蚀量分别为345.1×103t和370.3×103t，33年来减蚀7.3%。老蒋家沟泥沙沉积序列的137Cs与粒度分析表明，1973～2008年以来年均泥沙沉积厚度3.77cm，约9570t，其中12.3%来自坡耕地和林草地，137Cs分析与粒度分析表明小流域坡面侵蚀产沙的泥沙输移比为0.30。蒋家沟坡面侵蚀输沙量为103.5～111.1×103 t，占流域细颗粒泥沙的10.3～11.1%。结合泥沙输移比及流域泥沙粒度分析表明坡面侵蚀年均输入小江泥沙2.25～2.46×106t，占整个流域年输沙量的24.5～26.7%，泥石流输沙占73.3～75.5%。 5.利用实验数据与GIS技术定量分析了小江流域土壤侵蚀引起的土壤养分流失与重金属迁移效应。结果表明：小江流域年均有145×103t有机质、6860t N，3715tP和19850t Ka迁移，其中有25%～30%随泥沙进入金沙江：年均有673t Cr，4.5tCd，335t Pb，2675t Cu，1705 t Zn和425×103t Fe进入金沙江，Cu、Pb、Cd是主要重金属污染物。土壤养分与重金属迁移的综合评价表明，小江流域1605Km2和1127km2土地分别处于土壤养分与重金属迁移的中度危险区以上，分别占流域面积的54%和37%，强度以上流失区离散分布于小江中下游，防治难度大。 6.分析了小江流域当前的生态环境状况，以流域水热组合关系与生态功能条件为一级指标，以土壤侵蚀防治方式与难易程度为二级指标，将小江流域划分为7个土壤侵蚀防治与生态恢复区，提出针对性的防治对策与配套措施。
英文摘要	This dissertation concentrated on studying the characteristics and environmental impacts of soil erosion in Xiaojiang River Basin, the upper of Yangtze River, China. This work was carried out using the methodologies of 137Cs, RS, GIS on the basis of the data of experiment, observation and remote sensing. The following results were made: (1) The distribution characteristic of 137Cs in soil was discovered and then soil erosion rates of slope farmland, forest land, grassland, and shrub land were calculated. (2) The quantitative correlations between soil erosion and the affecting factors, including slope gradient, slope length, soil types, land use types, soil granularity component, rainfall and vegetation coverage ratio, were discussed and confirmed. (3) The soil erosion amount of 1987, 1995, 2005 were computed and obtained, respectively, and that of 2015 was predicted based on the analysis of temporal-spatial change of soil erosion. (4) Jiangjiagou Ravine transported 103.5~111.1×103t sediment into Xiaojiang River per year, which accounted for 30% of slope soil erosion amount and 10.3~11.1% of fine sediment amount. 24.5～26.7% sediment into Xiaojiang River originated from slope soil erosion and 73.3~75.5% was from debris flows. (5) The environmental impacts of soil nutrients loss and soil heavy metals delivery and pollution were quantitatively researched and evaluated based on the experimental data, respectively. It was found that 54% and 37% of the total area was in and over the middle hazard degree in soil nutrients loss and soil heavy metals delivery and pollution. (6) This basin was zoned for soil erosion control and ecology reconstruction according to natural environment condition and soil erosion characteristics, and then the corresponding measures were established and recommended.
语种	中文
学科主题	土壤学
公开日期	2010-10-13
分类号	S15;S1
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/2147]
专题	成都山地灾害与环境研究所_成都山地所知识仓储（2009年以前）成都山地灾害与环境研究所_山地灾害与地表过程重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	葛永刚. 小江流域土壤侵蚀特征及环境效应[D]. 成都. 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所. 2009.