耦合格局与过程的河岸植被缓冲带水土保持功能调控研究

来源 :河南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:taishengqi_1
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水土流失是我国乃至世界所面临的严峻的生态环境问题,所造成的土地生产力下降、河流污染、生态失衡等问题严重影响着社会经济的可持续发展。植被是控制水土流失的有效措施,尤其是河岸缓冲带植被,在拦截径流、减少泥沙的河网输入量、防止水土流失、净化水体等方面发挥着重要作用。近年来,随着工业化与城市化的发展,河岸植被缓冲带遭受到不同程度的破坏,严重影响其水土保持功能的发挥。因此,本研究以北江干流10 km河岸植被缓冲带为研究区域,运用反映景观格局与水土流失之间耦合关系的渗透性指数表征河岸植被缓冲带景观的水土保持功能,开展北江干流河岸植被缓冲带水土保持功能调控研究。首先,在阐述渗透性指数的原理和功能的基础上,通过尺度推绎分析渗透性指数的敏感性;其次,运用USLE模型验证渗透性指数在北江河岸植被缓冲带的适用性;再次,基于验证结果,通过情景模拟,分析不同植被分布格局下渗透性指数的变化情况;最后,根据最优植被格局和渗透性评价结果,基于植被和地形,对河岸植被缓冲带水土流失严重的区域进行有效调控。主要结论如下:(1)DEM对分辨率的敏感性和对渗透性指数的影响低于植被盖度,渗透性指数具有应用于北江河岸植被缓冲带的潜力。对于DEM,随分辨率的下降,海拔没有明显变化,平均坡度略有下降趋势,随DEM变化渗透性指数变化不明显;对于植被盖度,其平均值随分辨率的下降发生了明显的波动性变化,标准差持续上升,随植被盖度降低,渗透性指数从0.217增加至0.680。研究区1995、2000、2005、2010、2015年5期渗透性指数的变化表明,渗透性指数变化明显,具有应用于北江河岸植被缓冲带的潜力。(2)渗透性指数在北江河岸植被缓冲有一定的敏感性,可用于评价研究区的水土保持状况。为了进一步验证渗透性指数在北江河岸植被缓冲带的适用性,本研究运用USLE模型定量分析研究区的侵蚀模数,并与渗透性指数的评价结果进行相关性分析。结果显示,5个时期的平均侵蚀模数分别为8109.79 t·hm-2·a-1、8339.9 t·hm-2·a-1、8756.19t·hm-2·a-1、9397.42 t·hm-2·a-1、9818.31 t·hm-2·a-1,与渗透性指数呈现相似的变化趋势,回归分析显示两者呈现明显的线线性关系(P=0.039),表明渗透性指数在北江河岸植被缓冲有一定的适用性,可以用于评价研究区的水土保持状况。(3)植被斑块的分布方向和聚集程度对渗透性指数的影响显著。通过情景模拟,对比分析同一坡面植被斑块不同位置、方向、聚集程度以及镶嵌方式等4类不同植被格局下的渗透性指数变化情况。结果表明,对于植被分布位置,坡面顶部、中间和底部情景下,植被位于坡面底部时,渗透性指数值最小,水土保持功能最强;对于植被斑块不同分布方向,植被斑块水平分布、垂直分布和网格状分布情景下,渗透性指数值分别为0.115、0.154和0.124,水平分布与网格分布效果差异不大,垂直分布时水土保持功能较弱;对于植被斑块不同聚集程度,聚集格局时渗透性指数值为0.183,分散格局时值为0.161,分散格局状况下植被水土保持能力比聚集格局时强;对于植被斑块的不同镶嵌方式,疏散镶嵌时渗透性指数值为0.418,紧密镶嵌时渗透性指数值为0.440。对比不同模拟情景中渗透性指数的变化可知,植被斑块的分布方向和聚集程度对指数的影响较为明显。(4)调控目标区域基于植被格局调控后,水土保持能力达到较高水平。北江干流河岸植被缓冲带2015年的渗透性指数值为0.228,研究区整体水土保持功能处于中等水平,但其空间分异表明韶关、清远、三水、四会、花都五个县市的水土保持功能处于较低水平(渗透性指数值分别为0.455、0.459、0.527、0.507、0.418),是调控的目标区域;针对目标区域植被分布情况,基于情景模拟中的优势分布格局,以构建利于河岸植被缓冲带水土保持功能发挥的景观结构、最优化河岸植被缓冲带的社会效益、生态效益为目标,进行植被分布方案设计,调控后渗透性指数值分别为0.19、0.20、0.14、0.17和0.12,与原来相比有所下降,水土保持能力达到较高水平。总之,渗透性指数在北江河岸植被缓冲带具有一定的适用性,植被不同的分布格局或裸土与植被斑块的合理配置通过影响径流路径的连通性,能够减少入河泥沙量,促进河岸植被带水土保持功能的发挥。因此,未来在对河岸植被带的水土流失状况进行调控时,可以从改变植被格局入手,通过合理调整植被斑块的空间布局,使河岸植被缓冲带的水土保持等景观功能最优化,为实现河岸带的有效管理以及流域的可持续发展奠定基础。
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