Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 云南坡耕地质量评价及土壤侵蚀/干旱的影响机制研究 | |
| 陈正发 | |
| 出版年 | 2019 |
| 学位类型 | 博士 |
| 学位授予单位 | 西南大学 |
| 中文摘要 | 西南区是我国坡耕地分布最为集中的区域,坡耕地是当地耕地资源的重要组成部分。当前我国耕地利用存在质量下降、空间破碎化、生态问题频发等问题,为此国家提出了实施耕地数量、质量、生态“三位一体”保护战略,并将耕地质量保护与提升作为“藏粮于地、藏粮于技”的重要战略支点。云南坡耕地具有分布面积广、坡度大、土壤侵蚀严重、季节性干旱频发、土壤质量偏低等特点。科学评价云南坡耕地质量状况,分析土壤侵蚀/干旱对坡耕地质量空间格局的影响机制是实现坡耕地数量、质量、生态“三位一体”保护的前提和基础。本研究通过数据采集、GIS空间建模与分析、模型计算等研究方法,在坡耕地资源时空分布及演变驱动力分析基础上,建立省级尺度坡耕地质量评价体系,对云南坡耕地质量进行定量评价,分析坡耕地质量的空间格局,从区域空间尺度探讨土壤侵蚀、农业干旱对坡耕地质量的影响机制及空间耦合特征;并对区域坡耕地质量障碍因素进行诊断,建立坡耕地质量调控措施体系及集成模式,研究可为云南坡耕地质量建设和水土生态环境整治提供理论和技术支持。主要研究结论如下:(1)坡耕地资源时空分布及演变驱动力云南坡耕地面积为472.55万hm~2,占耕地比例69.79%。近35年来坡耕地与林地、草地、水田等土地利用类型发生了显著的动态转移过程,但转出与转入总体均衡,坡耕地分布重心轨迹呈现出由东北向西南方向移动趋势。坡耕地平均坡度为15.62°,78.96%的坡耕地坡度大于8°,>15°坡耕地比例达48.54%。在坡度级演变过程中,不同坡度分级的坡耕地动态度存在“减小→增大→减小”或“减小→增大→减小→增大”变化过程,15°坡耕地面积呈减小趋势,>25°坡耕地动态度波动幅度最大。云南坡耕地分布集聚区呈现为4个显著的分布带,近35年坡耕地核密度分布变化较小,大部分区域坡耕地分布处于低密度区(核密度24)面积占比最小。坡耕地时空演变的主导性驱动力是人口和经济增长需求、玉米和小麦为主体的粮食增产需求、农业产值和农民人均纯收入增长需求,以及农业干旱导致的作物损失,其中人为因素在坡耕地时空演变中处于主导地位。(2)坡耕地质量评价及影响因素辨识基于“要素-需求-调控”理论框架,云南坡耕地评价指标体系由有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、土壤质地、土壤pH值、有机质、有效磷、速效钾、≥10℃积温、田块规整度、连片度、降雨量、灌溉保证率、田面坡度14个指标构成,以30m×30m栅格(像元)为评价单元,采用综合权重作为指标权重,以加权和法计算坡耕地质量指数(SIFI),对坡耕地质量变化特征进行评价。验证结果表明,坡耕地质量评价结果具有合理性。云南坡耕地质量指数SIFI分布在0.36~0.81之间,均值为0.59,大部分评价单元SIFI红壤>紫色土>黄壤>黄棕壤;SIFI变化与高程有关,在0~1000m高程内SIFI随高程增加呈增长趋势,在>1000m高程内SIFI随高程增加而减小。分别采用等距5等级划分法和10等级划分法对坡耕地质量等级进行划分。基于5等级划分法,云南坡耕地质量以“中等”、“较高”等级为主;基于10等级划分法,坡耕地质量等级以6等地、5等地、7等地、4等地为主,不同分区坡耕地质量等级的洛伦兹曲线均呈“S”型分布格局。两种质量等级划分结果均表明,云南坡耕地质量等级偏低。高斯模型可较好拟合坡耕地质量指数空间分布的变异函数,坡耕地质量指数空间分布处于中等自相关,气候条件、土壤属性、水分条件、空间形态等结构性因素对坡耕地空间异质性起主要作用。坡耕地质量等级全局空间自相关Moran’s I为0.8489,其空间分布存在显著的聚合特性,LISA集群类型以HH聚集和LL聚集为主。坡耕地质量等级冷热点分布差异显著,热点区主要分布在滇中区、南部边缘区,冷点区主要分布在滇西北区、滇东北区和滇西南区的部分区域。水分条件、光热条件、土壤侵蚀、土壤属性特征是影响云南坡耕地质量的重要影响因素,其中,土壤侵蚀、干旱缺水是制约云南坡耕地质量提升的关键影响因素。(3)土壤侵蚀特征对坡耕地质量的影响云南坡耕地土壤侵蚀量为376.57×10~6 t.a~(-1),平均侵蚀模数为7986.31 t/(km~2.a),侵蚀面积比例为89.37%,多年平均流失土层厚度为7.31 mm/a;坡耕地土壤侵蚀主要来源于15~25°、>25°、8~15°坡度级坡耕地上。随着坡度增加,对应坡度级坡耕地侵蚀面积比例、侵蚀强度、侵蚀量均呈现增加趋势,坡耕地土壤侵蚀、养分流失是区域侵蚀产沙和养分流失的主要来源。坡耕地质量指数与土壤侵蚀模数、流失土层厚度、养分流失模数呈显著负相关,二者可用指数函数较好拟合,流失土层厚度、有机质流失模数、土壤侵蚀模数对坡耕地质量指数的影响作用较大。流失土层厚度、土壤侵蚀模数主要通过影响坡耕地有效土层厚度、土壤容重等参数变化而影响坡耕地质量,土壤养分流失则通过影响坡耕地有机质、全氮、有效磷等养分含量变化而影响坡耕地质量,土壤侵蚀对坡耕地质量的影响主要通过9条路径完成,其影响总效应为-0.525。土壤侵蚀与坡耕地质量空间耦合度均值为0.821±0.219,总体处于高水平耦合状态,坡耕地质量空间分布对土壤侵蚀空间分布呈出显著的空间耦合响应特征;水土保持与坡耕地质量的耦合协调度均值为0.771±0.141,总体上处于良好的耦合协调状态,坡耕地土壤侵蚀治理与坡耕地质量提升之间存在较强的协调发展关系。(4)农业干旱特征对坡耕地质量的影响云南多年平均年有效降雨量为941.04mm,主要集中在夏季,有效降雨量分布呈现自西南向东北方向递减趋势。夏季作物生育期除4、5月外,大部分区域水分盈亏量大于0,而冬季作物生育期大部分区域水分盈亏量小于0。年尺度农业干旱主要处于“中旱”、“轻旱”和“正常”三个干旱等级,以“轻旱”区所占面积最大,中旱区所占面积最小;季节性干旱以春旱、冬旱为主,其干旱等级主要为“重旱”,夏季以水分盈余为主,秋季则以“中旱”、“轻旱”为主。坡耕地质量指数与年尺度、季节性干旱指数(水分盈亏指数)均呈显著正相关,二者可用线性函数较好拟合,干旱等级越高坡耕地质量越低;不同季节干旱对坡耕地质量的影响程度大小为夏季>秋季>春季>冬季。农业干旱过程主要通过影响坡耕地的水分供给能力和土壤容重、pH值等土壤物理性状变化而影响坡耕地质量高低。干旱对坡耕地质量的影响主要通过3条路径完成,其总效应值为-0.608。农业干旱与坡耕地质量空间耦合度均值为0.955±0.091,大部分评价单元处于高水平耦合状态,坡耕地质量空间分布对农业干旱空间分布呈现出显著的空间耦合响应特征;不同区域农业干旱与坡耕地质量空间耦合度存在较大差异性,南部边缘区、滇西南区、滇东北区耦合度较高,而滇中区、滇西区耦合度相对较低。(5)坡耕地质量障碍因素诊断及调控模式云南坡耕地质量障碍类型以侵蚀退化型、干旱缺水型、有机质缺乏型、养分贫乏型为主,不同分区障碍因素组合及其表现存在差异性。依据特征响应时间(CRT)和因子障碍度(OD)对因子的可调控性和调控优先度进行划分。坡耕地质量可调控因子由耕层厚度、土壤容重、pH值、有机质、全氮、有效磷、速效钾、灌溉保证率、田面坡度构成,其中,田面坡度、土壤有机质、灌溉保证率、有效磷、速效钾、pH值为优先调控因子。坡耕地质量调控的目标是使可调控因子处于适宜范围,包括理想状态和实际状态两种情景模式。理想状态下云南坡耕地质量调控潜力为0.347,其质量等级可从现状的“中等”提升到“高”等级;实际状态下坡耕地质量调控的潜力为0.198,其质量等级可从现状“中等”提升到“较高”等级,实际状态调控潜力可作为坡耕地质量调控的参考依据。坡耕地质量调控措施由耕作措施、土壤培肥措施、工程措施、种植模式措施、林草措施构成,不同调控措施的保水、保土、保肥、改善耕层结构、增产效应存在差异,保水效应值在0.157~0.521之间,保土效应值在0.199~0.984之间,保肥效应值在0.148~0.659之间,增产效应值在0.031~0.655之间。根据不同分区坡耕地利用特征及障碍类型差异,集成了四种调控模式:“水土保持耕作+坡面水系+土壤培肥”型模式(适用于滇中区、滇东南区)、“坡改梯+水土保持耕作+生态退耕”型模式(适用于滇西南区、滇西区)、“坡改梯+水土保持耕作+坡面水系”型模式(适用于南部边缘区),以及“生态退耕+坡改梯+土壤培肥”型模式(适用于滇东北区、滇西北区)。 |
| 中文关键词 | 坡耕地质量 ; 评价 ; 影响机制 ; 土壤侵蚀 ; 干旱 ; 空间分析 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | S157 |
| 来源机构 | 西南大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/337424 |
| 作者单位 | 西南大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈正发. 云南坡耕地质量评价及土壤侵蚀/干旱的影响机制研究[D]. 西南大学,2019. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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