土壤资源学第三章.ppt

临沂市土壤侵蚀强度时空动态变化,临沂市科技攻关项目：基于RS&GIS的临沂市土壤侵蚀强度动态模拟与预测研究水利局项目：临沂市水土流失强度遥感监测,依托项目,内容简介,研究目的和意义研究区概况技术路线数据获取结果分析结论与建议,内容简介,研究目的和意义研究区概况技术路线数据获取结果分析结论与建议,研究目的与意义,沂蒙山区被水利部列为全国侵蚀最为严重的地区之一，在20042015年全国水土保持生态修复规划中被纳入利用生态恢复进行土壤侵蚀治理的重点区。临沂市是沂蒙山区主体所在地，对本区土壤侵蚀强度进行空间分布动态变化研究，在应用方面既可以加强该地区土壤侵蚀从定性向定量的研究，为流域治理和土地利用合理布局提供科学依据；又可以为全国土壤侵蚀监测和治理提供数据支持；在理论方面可以深入探讨景观生态学相关理论在水土保持领域的拓展和延伸。,土壤侵蚀空间分布特征研究概述,杨存建（2001）等利用RS和GIS技术分析了中国不同高程带上的土壤侵蚀情况王玉玺等（2004）对黑龙江省的水力侵蚀、风力侵蚀和冻融侵蚀的高程分带进行了研究。韩富伟等（2007）利用USLE，在ARCGIS 8.3支持下分析了长春市不同坡度、坡向、地貌类型以及土地利用类型等背景条件下的土壤侵蚀潜在危险度情况。花利忠等（2007）在GIS软件支持下,根据合适的USLE因子算法在栅格内进行了土壤侵蚀量估算，并对小流域内土壤侵蚀强度空间分异和小流域内侵蚀量进行了统计分析。许月卿等（2006）以贵州省猫跳河流域为研究区，在GIS技术支撑下，应用RUSLE计算土壤侵蚀量，进而分析土壤侵蚀的空间分布格局。王少军等（2003）建立了湖北省土壤侵蚀景观信息结构模型，并分析了神农架土壤侵蚀景观垂直分异性。邹爱平等（2006）利用RS、GIS和景观生态学研究方法，对长汀县根溪河小流域侵蚀景观空间格局、景观组成结构特征进行了定量分析。郑本暖等（2007）运用GIS技术，东圳库区各因子特征信息，采用侵蚀强度系数、多样化指数、集中化指数3种数值评价指标方法，分析了地貌、坡度、坡向等各景观因子类型的水土流失强度分异特征与变化规律。魏建兵等（2006）以黑土侵蚀区的拜泉县双阳河流域为案例，提取地形和土壤类型相对接近的30个上游子流域作为分析样本，通过相关性分析和多元回归研究景观指数与侵蚀模数的呼应关系。,综上所述，对于土壤侵蚀空间特征研究大致可分为：不同空间位置（高程、坡度和坡向）土壤侵蚀强度或土壤侵蚀量定量描述分析（如许月卿、王玉玺、韩富伟和花利忠等）流域尺度上土壤侵蚀的景观格局研究(如王少军、邹爱平、魏建兵等）不同空间位置（高程、坡度和坡向）上土壤侵蚀景观格局研究（如郑本暖等）目前缺乏不同尺度上土壤侵蚀景观的结构特征及长时间序列的动态变化分析本研究采用景观指数从缀块类型和景观两个水平上，从研究区域和县域两个尺度上，定量分析1985-2005年近二十年土壤侵蚀强度的空间动态变化,土壤侵蚀空间分布特征研究概述,内容简介,研究目的和意义研究区概况技术路线数据获取结果分析结论与建议,区域概况,临沂市地处沂蒙山区，属于鲁中南中低山丘陵区强烈侵蚀区。无论是水土流失面积还是强度，均居全省17个城市之冠，土壤侵蚀面积占山东省侵蚀面积的34%。水土流失及其引发的面源污染已是临沂市突出的环境问题之一。,土质粗化,石漠化,破碎的地形,广布的坡耕地,内容简介,研究目的和意义研究区概况技术路线数据获取结果分析结论与建议,技术路线,在因子分析基础上，遵循土壤侵蚀分类分级标准（SL190-96）、水土保持监测技术规范（SL277-2002），制定土壤侵蚀强度类型划分标准。利用RS和GIS技术，获取临沂市1985、1995和2005年的土壤侵蚀强度数据，进而以10年为周期分析土壤侵蚀强度的空间分布特征及其变化。,土壤侵蚀强度主要因子分析,根据中华人民共和国行业标准土壤侵蚀分类分级标准SL190-96，临沂市水土流失区属于一级区水力侵蚀为主的类型区中的北方土石山区二级区（主要在淮河流域以北、黄河中下游）。孙希华等研究表明，山东省鲁中南山地丘陵区（临沂市属于此区）以水力侵蚀为主。根据土壤侵蚀分类分级标准SL190-96中规定的土壤水力侵蚀强度面蚀分级指标，选取坡度、植被覆盖度和土地利用类型作为临沂市水土流失遥感普查因子。其中土地利用类型对土壤侵蚀的影响存在显著的差异，为突出人为干扰，更加准确体现土地利用类型对土壤侵蚀的影响，在土壤侵蚀分类分级标准对土地利用类型规定类别的基础上，增加水域、居民地和未利用地三种土地利用类型。,土壤侵蚀强度分级标准制定,内容简介,研究目的和意义研究区概况技术路线数据获取结果分析结论与建议,数据获取,水土流失主要因子的数据提取,土地利用类型遥感影像判读解译,（4）野外验证,（1）遥感数据获取,（2）建立影像判读解译标志,（3）遥感影像解译与质量检查,遥感数据获取,调查中选用了1985、1995、2005年的Landsat5TM遥感图像(空间分辨率30m)，且具有精确的地理坐标。9月中下旬的临沂地区乔灌木树种生长旺盛，植被覆盖度在全年中具有代表性，坡耕地农作物以玉米、花生和地瓜等农作物为主，其光谱特征明显，在此季节较易从图像上判读，故土地类型的分类效果最佳；临沂地区降雨集中在6、7和8月份，9月下旬雨季刚过，水土流失特征具有代表性，易于野外调查和验证。,数据获取,水土流失主要因子的数据提取,土地利用类型遥感影像判读解译,（4）野外验证,（1）遥感数据获取,（2）建立影像判读解译标志,（3）遥感影像解译与质量检查,（2）建立影像判读解译标志,通过TM影像特征包括影像的色调、纹理和形状等与实地土地利用类型特征和自然景观的比较分析，建立土地利用类型的遥感影像判读解译标志，作为室内判读的依据。通过踏勘调查寻找代表各类影像特征的地物点，确定沿途有关土地利用类型。主要踏勘调查的明确地点有200左右，踏遍整个临沂地区，为临沂地区遥感影像判读解译打下了良好的基础。主要踏勘调查的路线有:沂南县的官泉、葛沟、小埠子村、蒋家峪等；临沭县的房巡会古墓群、大龙兴旺村、郑山东北等；莒南县的孙家怪草、北石桥、陡山水库附近；兰山区龙王庄，G205以东柳河村、沿着柳青河等；费县的马庄水库以北、杨庄水库以南、马庄沿公路向北、石榴涧等苍山县的南纸坊、邢家村、S234南北方向路西等；平邑铜头镇、南诸冯和诸马铺三角区域、桃花峪南小广泉东等；蒙阴青山毛屏松子坡；沂水许家湖东南丰台湖郑家庄西、王庄东爱国西快堡西北等,数据获取,水土流失主要因子的数据提取,土地利用类型遥感影像判读解译,（4）野外验证,（1）遥感数据获取,（2）建立影像判读解译标志,（3）遥感影像解译与质量检查,（3）遥感影像解译与质量检查,通过2005年TM影像及土地利用的对比分析，采取人机交互方式逐块进行影像判读和图斑勾绘与更新。本项目采用非监督分类、监督分类和目视解译相结合的方法。具体步骤和路线如图，此过程为初判。在初判的基础上，交叉进行核判。核判过程中发现的漏判、误判或判读意见不一致等问题，由交叉双方根据实际情况和技术规程进行商讨解决。对初判、核判后的阶段成果直接在计算机上进行检查，发现疑问，作好记录，查明原因，及时更正，并提出修改意见。然后，根据提出的意见对初判、核判后的阶段性成果再次进行修改完善，确保成果质量。,数据获取,水土流失主要因子的数据提取,土地利用类型遥感影像判读解译,（4）野外验证,（1）遥感数据获取,（2）建立影像判读解译标志,（3）遥感影像解译与质量检查,（4）野外验证,验证区域主要有：沂水县红石门村、小李马庄、沙沟水库西边崖庄、松子山等；蒙阴县石棚附近山、房家庄房家楼等；平邑县上水寨、下水寨、青山庄、孙家峪之间地带等；苍山县考村水库附近、长新桥水库附近、温庄、保合庄等；费县颜真卿故居附近、山西头等；罗庄区高都街办西南、朱家地村、小山后、大山后、潘庄等莒南县丁家介脉头、丁家屋子、彭家岭等；沙墩、沟上、朱柳屯和朱柳村附近、温庄、保和庄等各验证区域均匀分布于临沂地区各个角落，选取验证点80左右。经实地验证解译准确度为74.7%，已满足TM影像进行普查调查的精度。,植被覆盖度遥感解译,目前比较广泛使用的是Gutman提出的一种根据归一化差值植被指数(NDVI)来计算植被覆盖度的方法。其基本原理是根据健康植被在红光波段有一个吸收峰，在近红外波段有一个高射峰，而土壤在可见光到近红外波段呈近似线性变化的差异，首先计算出植被指数NDVI，然后再假设遥感器所测得的反射辐射R完全由植被总反射辐射和土壤总反射辐射构成。,数字高程模型建立及流域划分,利用大型扫描仪在400dpi分辨率下对1：10万地形图进行扫描为彩色图片。在ArcGIS中对每幅地形图进行坐标匹配，精读控制在度范围内，赋予北京54坐标系之后，进行高斯克吕格6度带投影，之后进行屏幕扫描数字化，得到数字化的110万等高线数据和特征点高程数据，利用ArcGIS中的3D分析模块得到由数字等高线和高程点及临沂市边界控制的TIN，在3D分析模块中将TIN 转化为DEM，得到临沂市的数字高程模型(DEM)，空间分辨率为30m（与TM图像空间分辨率一致）。数据预处理(fill sinks)、流向分析(flow direction)、汇流分析(flow accumulation)、利用ArcGis代数计算得到流域栅格数据，将其矢量化后得到子流域矢量数据。,影响因子数据获取,土壤侵蚀强度数据获取,1985年,1995年,2005年,空间分布特征指数获取,为揭示本地区各类侵蚀强度的空间结构组成、空间分布及其量度的对比关系，采用景观格局指标进行量化描述。在软件FRAGSTATS3.3中，调用土壤侵蚀强度栅格数据从缀块类型水平和景观水平两个层次上，从临沂市区域和县域两个尺度上获取景观指数。,内容简介,研究目的和意义研究区概况技术路线数据获取结果分析结论与建议,结果分析,土壤侵蚀强度变化土壤侵蚀强度景观格局及其变化 区域尺度 县区尺度,结果分析,土壤侵蚀强度变化土壤侵蚀强度景观格局及其变化 区域尺度 县区尺度,1985-1995年土壤侵蚀强度变化,1995-2005年土壤侵蚀强度变化,结果分析,土壤侵蚀强度变化土壤侵蚀强度景观格局及其变化 区域尺度 县区尺度,结果分析,土壤侵蚀强度变化土壤侵蚀强度景观格局及其变化 区域尺度 县区尺度,区域尺度,景观水平上土壤侵蚀强度景观指数,区域尺度,缀块类型水平上土壤侵蚀强度景观指数,结果分析,土壤侵蚀强度变化土壤侵蚀强度景观格局及其变化 区域尺度 县区尺度,县域尺度,景观水平上土壤侵蚀强度景观指数,县域尺度,缀块类型水平上土壤侵蚀强度景观指数,蒙阴县,沂水县,平邑县,费县,沂南县,莒南县,苍山县,临沭县,郯城县,罗庄区,兰山区,河东区,缀块类型水平上土壤侵蚀强度景观指数,县域尺度,各个县区以轻度土壤侵蚀缀块密度最大，轻度度以上随着侵蚀强度增高，缀块密度减小除苍山县外，其余各县的PAFRAC在土壤侵蚀等级的的分布趋势呈现先增大后减小趋势，其最大值出现在中度和强度附近，表明侵蚀缀块形状比较复杂；05年的PAFRAC在剧烈及剧烈以上等级上较85和95年小，表明05年较强度的土壤侵蚀缀块形状趋于规则，说明土壤侵蚀治理成效显著。在区域尺度和县域尺度上，缀块类型水平的景观格局指数其结构特征和变化趋势基本一致，表明在研究区内土壤侵蚀强度空间结构特征在两个尺度上具相似性。,内容简介,研究目的和意义研究区概况技术路线数据获取结果分析结论与建议,结论,临沂市土壤侵蚀呈现明显减小趋势。其中以后10年减小幅度最大，以中度以上土壤侵蚀强度向轻度和微度等级变化为主。土壤侵蚀强度的变化体现在空间分布结构特征上为土壤侵蚀斑块密度和形状复杂程度呈先增大后减小趋势，连接程度则为先减小后增大趋势，且在空间尺度上无明显差异。,结论,创新点之一：对临沂市1985至2005年共20年以10年为周期定量分析和模拟了土壤侵蚀强度空间分布及变化。创新点之二：利用景观生态学中的景观指数在景观和缀块类型两个水平上，在区域和县域两个尺度上，定量分析了土壤侵蚀强度空间景观格局及其变化过程。,创新点,需进一步研究内容,深入研究土壤侵蚀强度格局变化的驱动因素通过研究土壤侵蚀强度生态过程和景观变化来研究景观格局采用合适的计算方法预测土壤侵蚀强度景观格局,Thank you,