基于水土流失过程的源汇景观信息图谱研究

研究景观格局与水土流失的关系一直是地理学关注的热点问题。但由于水土流失形成的复杂性和景观格局指数的本身缺陷,虽然开展了许多研究,仍然未能全面揭示景观格局与水土流失的相互作用关系。本项研究将野外径流小区观测与降雨模拟实验相结合,通过研究多种因素综合作用下水土流失的特点,揭示不同因子耦合作用对水土流失过程的影响；在坡面尺度上,通过137Cs同位素示踪方法研究不同坡面土壤侵蚀特征,结合景观空间制图分析,研究坡面尺度景观组合随坡面结构形态变化的水土流失源汇效应；在流域尺度上,通过空间粒度变化和滑动窗口分析,研究不同粒度下景观格局演变的水土流失源汇效应,建立基于水土流失过程的源汇景观格局信息图谱；通过该项研究,深入揭示景观格局及其演变与水土流失过程的响应范式；通过建立不同空间尺度上景观格局演变与水土流失过程的信息图谱,为科学认识水土流失的空间尺度效应,开展水土流失区域评价提供科学依据。

本项研究将室内控制实验与微型径流小区降雨模拟实验、原位径流小区观测试验相结合，开展了生物土壤结皮水土流失源汇功能研究，探讨了不同生物土壤结皮空间位置转换的水土流失效应；研究了复杂环境下不同景观组合水土流失的源汇效应及其时间变化特征；基于土壤采集和137Cs分析，揭示了不同坡面类型和景观空间配置下水土流失的源汇效应。取得的重要进展包括：.（1）生物土壤结皮对降雨入渗和径流泥沙均有较大影响，成为微观尺度上水土流失“源”、“汇”发生互相转化的一个重要外在因素。荒草地和灌木林下苔藓结皮在水土流失方面具有明显的“汇”功能，而地衣结皮明显阻碍了水分入渗，其入渗量分别减少43.9%和54.5%；在油松林下入渗量增加16.5%，地衣结皮在水土流失方面的“源”和“汇”功能，随景观类型的变化而有所不同。.（2）生物土壤结皮在水土流失过程中主要发挥“汇”的功能，其水土流失“源汇”功能及其强度变化会随着降雨强度和空间格局发生转换。小雨强下水土流失风险为：上半地衣 >裸土 >上半苔藓>下半地衣>100%地衣>零星苔藓>下半苔藓>100%苔藓>零星地衣；大雨强下水土流失风险为：上半地衣>上半苔藓>裸土>100%地衣>下半地衣>零星苔藓>下半苔藓>零星地衣>100%苔藓。.（3）研究水土流失时，不仅要考虑不同景观类型及其地表覆盖特征的影响，同时也需要考虑不同景观类型在降雨－产流过程中源汇功能转换特征。针对同一降雨－产流过程，沙棘起到了更强的“汇”景观功能；与沙棘相比较，荒草地的“汇”功能相对较弱。当去除地表覆盖物后，无论是沙棘和荒草地，其降雨－产流过程中的“汇”的功能均在减弱。但是当去除地表结皮后，降雨后的地表产流发生了滞后效应，即在降雨初期起到了“汇”的作用，但随着降雨过程的进一步发展，其“源”的作用在加强，但整体上是“源”的功能得到了增强。.（5）坡型和坡面景观类型组合对水土流失具有重要影响。自坡顶至坡脚，“直—凹”组合的坡型具有相对较低的土壤侵蚀模数，但“凹－直/凸”组合的坡型具有相对较高的土壤侵蚀模数。其他坡型，如直坡、凸坡、“直－凸”和复杂性坡型的土壤侵蚀模数介于两者之间。在景观配置方面，坡面景观组合为荒草地－果园、有林地－多种植被类型组合和荒草地－多种植被类型的坡面具有相对较低的土壤侵蚀模数。