国家水土保持生态修复云南大姚试点工程效益监测研究——水土流失监测分析

摘要

我国是世界上水土流失严重的国家之一，根据第二次全国水土流失遥感调查成果，20世纪90年代末，全国水土流失总面积356km2，占全国土地面积的37.08％。水土流失导致的生态恶化、土地退化和泥沙危害等问题，对国民经济和社会发展构成了严重威胁，水土流失已成为我国的头号环境问题。为了加快水土流失治理的进程，改善生态环境，有效保护和合理利用水土资源。2001年水利部提出了新时期水土流失治理的新思路：充分发挥大自然的力量，依靠生态系统的自我修复能力，促进植被的大面积恢复，加快水土流失治理步伐的新思路。2002年全国有128个县(市)开展了“水土保持生态修复试点工程”，大姚县是云南省7个试点县之一。为了了解和掌握生态修复工程及其措施改良土壤、控制侵蚀的规律和效果，并回答其改良土壤、控制侵蚀的程度。本研究以大姚县水土保持生态修复试点工程为依托，在修复区选择有代表性的典型样区建立监测站，根据水土保持监测技术标准并结合修复区的实际情况，选择一套能科学反映水土保持生态修复在改良土壤、控制侵蚀方面效益的监测内容和指标，以传统监测技术为主，“3S”技术为辅，对生态修复区土壤及其土壤侵蚀进行监测研究。在回答上述问题的基础上对大姚县水土保持生态修复试点工程提出完善建议。 大姚县生态修复区经过实施3年的生态修复工程，生态环境质量出现良好发展的迹象：植被覆盖度由原来的49.40％提高到80.44％，生物多样性开始增加，“乔-灌-草”或“灌-草”搭配的群落面积逐渐增多，修复区生态景观有所改善，大部分区域从过去矮小稀疏的灌丛或裸地演变到现在大片绿色山地，植物群落正在向良好方向演替。生态修复工程及措施改良土壤、调节径流、控制侵蚀的效果显著。通过为期2年的监测、分析和评价，得到以下主要结果： (1)植物改良土壤的效果显著，提高了土壤抗冲性和抗蚀性。监测还发现，在“裸地→草地→稀树草丛地/稀树灌丛地→林地”的地类系列上，存在土壤理化性质逐步得到改善的趋势。比如有机质含量、＞0.25mm水稳性团聚体含量、土壤孔隙度、土壤含水量、土壤渗透速度单项指标逐步得到提高；结构体破坏率、容重、比重等单项指标逐步降低；水稳性指数等综合指标有逐步增加的趋势；抗冲模数等综合指标则逐渐降低。植被改良土壤的作用逐步增强，土壤抗侵蚀能力逐步提高。 (2)修复区中实施水土保持措施的各地类，土壤侵蚀得到了控制，侵蚀量模数在232～456t/km2.a之间，土壤侵蚀降到轻度及其以下程度，有的甚至基本完全控制了水土流失。而裸地是重要产沙源地，侵蚀量模数在6660～8640t/km2.a之间，平均土壤侵蚀模数为7292.75t/km2.a，是水土保持生态修复的重点对象。 在“裸地→草地→稀树草丛地/稀树灌丛地→林地”的地类系列上，存在着地表径流由高到低、土壤侵蚀由强到弱的趋势。植被调节径流、控制侵蚀的能力逐渐增强。 动态分析表明，修复区土壤侵蚀得到控制，土壤侵蚀量减少，微度侵蚀面积增加，轻度、中度和强度侵蚀面积减少。土壤侵蚀量由修复前的194231.09t降到修复后的107819.62t，土壤侵蚀量比生态修复前减少了44.89％，微度侵蚀面积由修复前的182.85km2增加到修复后的324.56km2，平均土壤侵蚀模数由1125.73t/km2.a下降到334.09t/km2.a。仅从控制土壤侵蚀这一角度来看，生态修复的效果比其他方法好，而且适宜在以轻度和中度土壤侵蚀为主的地区开展水土保持生态修复工程，控制土壤侵蚀的效果最显著。 (3)监测分析表明，植被与土壤、径流量、土壤侵蚀量有很强的相关关系，而且植被群落结构越复杂，演替等级越高，这种相关关系越强。 (4)植被恢复采用“乔-灌-草”或“灌-草”模式较好，其改良土壤、调节径流和控制侵蚀的能力较强。而采用单一的草地模式或“乔-灌”模式，水土保持作用相对较差。另外，引起土壤侵蚀的最小降雨强度(或侵蚀降雨强度阈值)，一般都存在“乔-灌-草”或“灌-草”模式高于单一的草地模式或“乔-灌”模式。 坡改台(梯)修复措施改变微地形，调节径流、控制侵蚀的效果显著。监测发现，采用宽台面且反坡、台面外边沿留围埂的坡改台(梯)生态修复措施，调节地表径流、控制侵蚀的效果显著，反之则效果较差。从大姚实施情况看，台面一般不小于3m且反坡，围埂高20cm，基本不产生径流和侵蚀。 土壤侵蚀量与降雨强度成显著的正二次或幂函数关系，与降雨量关系较弱。径流系数、土壤侵蚀量与土壤稳定渗透系数分别成显著的负二次函数和负对数关系，土壤侵蚀量与水稳性指数和抗冲模数分别成显著的负对数函数和对数函数关系。 (5)经过监测发现，在“裸地→草地→稀树草丛地/稀树灌丛地→林地”演替系列上，确实存在地表径流量由高到低、土壤侵蚀由强到弱的趋势，降雨强度阈值(产生土壤侵蚀的最小降雨强度)也存在由低到高的趋势。同时，也存在土壤理化性质逐步得到改善的趋势。根据“时空代换”法的思路，如果顺其自然发展，演替早期植被类型将被演替晚期植被类型所取代，其改良土壤、控制土壤侵蚀的能力更强，作用更明显。

目录

文摘

英文文摘

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第一章前言

1.1研究背景

1.1.1大姚县水土保持生态修复工程

1.1.2土壤侵蚀和水土保持状况

1.1.3项目区水土保持生态修复工程

1.2问题的提出

1.3研究的议题及目的、意义

1.3.1本研究的议题

1.3.2本研究的目的、意义

1.4研究的内容及研究范围界定

1.4.1主要研究内容

1.4.2本研究的特点及研究范围界定

第二章土壤侵蚀、水土保持及生态修复的理论与方法

2.1土壤侵蚀与水土保持的原理

2.1.1土壤侵蚀

2.1.2水土保持原理

2.2植被的侵蚀控制原理

2.2.1植被的水文效应

2.2.2植被机械效应

2.2.3植被改良土壤效应

2.2.4不同植被类型的水土保持效果

2.3生态恢复

2.3.1生态恢复概念与含义

2.3.2恢复生态学基本原理

2.3.3退化生态系统恢复的途径

2.3.4生态恢复评价

2.3.5水土保持生态修复

2.4水土保持监测

2.4.1水土保持监测的必要性及意义

2.4.2水土保持生态修复监测内容

2.4.3水土保持生态修复监测方法

第三章研究方法及内容

3.1研究总体思路

3.1.1传统技术与“3S”技术相结合

3.1.2时空代换法

3.1.3研究技术路线

3.2监测地与监测样地/小区选择

3.2.1监测样地选择原则

3.2.2监测样地基本概况

3.3监测内容与指标

3.4传统监测方法

3.4.1降雨量监测方法

3.4.2水土流失量与径流量监测方法

3.4.3土壤物理化性质测定方法

3.4.4植被监测

3.5“3S”技术监测方法

第四章结果与分析

4.1土壤理化性质监测结果与分析

4.1.1单项指标

4.1.2综合指标

4.2生态修复水土保持效果分析

4.2.1降雨对比分析

4.2.2生态修复对地表径流量调节的效果分析

4.2.3生态修复控制土壤侵蚀效果分析

4.3土壤侵蚀预测与侵蚀动态分析

4.3.1传统方法预测

4.3.2“3S”技术预测

4.3.3土壤侵蚀动态分析

4.4小结

第五章综合讨论

5.1土壤改良原因分析

5.1.1植被修复效果

5.1.2植被提高土壤有机质

5.1.3植被改良土壤物理性质

5.1.4土壤物理性质与土壤有机质的关系

5.1.5小结

5.2土壤侵蚀因子作用规律分析

5.2.1降雨因子分析

5.2.2植被因子分析

5.2.3土壤因子分析

5.2.4地形因子分析

5.2.5小结

5.3关于生态修复“时空代换”的讨论

5.4大姚县生态修复工程的效益评价

5.4.1生态修复工程效益现状评价

5.4.2生态修复工程效益的纵横向评价

5.4.3小结

5.5大姚县生态修复工程存在的问题

5.6对本研究进展现状的认识

5.6.1研究结果与研究议题的对照

5.6.2本研究方法、监测技术的可行性与结果的有效性

5.6.3研究的不足之处

5.6.4今后监测工作打算

第六章结论与建议

6.1结论

6.2建议

致谢

附录A：《基于3S技术的水土流失动态估算方法》

附录B：攻读学位期间发表论文目录

参考文献：