土地利用变化的流域水沙产输变异及其生态响应

The quantitative relation of the influence of land use change on watershed runoff, sediment yield transport and river ecological is an important part in the man-land relationship, to determine the quantitative relation can provide theoretical guidance for human activities on land use and management. The influence of land use change on watershed runoff and sediment yield involves a variety of factors, including rainfall intensity, watershed scale, soil composition, topography, and so on, so carrying out the multivariate integrated analysis and comparing the results of the study in different scale could provide comprehensive answer. This project intends to apply the basic theory of hydrology, river dynamics and ecology subjects, GIS and RS technology in the upper Yangtze River basin, establish the distributed water and sediment model based on dynamic mechanism. Through the model calculation and the measured data analysis, the quantitative relationship of the influence of land use change on water and sediment will be definite, such as the influence of rainfall intensity, watershed scale, soil composition, topography and geomorphology. Based on this, by establishing indicator species habitat suitability model, we will explore the quantitative relation of the influence of land use changes on river habitats and put forward the safety threshold of land use change to protect the biological habitat, and then seek the optimal land use pattern based on the comprehensive soil and water conservation and ecological protection effect.

土地利用变化对流域水沙产输及河流生态影响的定量关系是人地关系中重要组成部分，确定了这种定量关系，就可以对土地利用与管理的各种人类活动进行理论指导。由于土地利用变化对流域水沙产输过程的影响涉及多种因素，包括雨强、流域尺度、土壤组成、地形地貌等。因此只有进行多因素集成分析，开展不同尺度研究结果的联结对比，才能对该问题进行比较全面的回答。本项目拟运用水文学、河流动力学、生态学等学科基本理论和GIS、RS等技术，以长江上游流域为研究区域，建立基于动力学机制的流域分布式水沙模型，通过模型计算、实测资料分析等手段，研究土地利用变化对流域水沙影响的定量关系，厘清雨强、流域尺度、土壤组成、地形地貌等因素对上述关系的影响。以此为基础，通过建立指示物种栖息地适宜度模型，探索土地利用变化对河流生物栖息地影响的定量关系，提出保护生物栖息地的土地利用变化安全阈值。寻求综合水土保持与生态保护效应的最佳土地利用格局。

土地利用/土地覆被变化（LUCC）及其水文环境效应越来越受到国际学术界和各国政府的关注与重视，土壤侵蚀作为土地利用变化引发的主要环境效应之一，是引起土地退化、水库淤积、生态环境恶化的重要原因。在国家自然科学基金的支持下，申请人对土地利用变化下的流域水沙产输变异及其生态响应进行了系统研究。本项目收集到长江上游部分流域的水文气象、地形高程、土地利用以及土壤等基础资料的基础上，构建了大、中、小不同尺度下的分布式流域水沙模型，对流域土地利用、景观格局改变以及气候条件变化下流域产沙规律进行了研究，取得了较好的成果。（1）基于SWAT建立了澜沧江流域分布式水沙模型，模拟结果表明澜沧江的中下游地区为易受侵蚀区域，而且土壤侵蚀量随着坡度的增加而增大，治理坡度>25º的耕地对防治水土流失作用明显；（2）在李子溪流域研究结果显示SWAT模型在中等尺度的区域上也具有良好的适用性，采用极端假设法对不同种植状况下的土壤侵蚀量进行了研究，模拟结果表明该区域种植小麦侵蚀量最小，种植红薯、玉米和油菜侵蚀量依次递增，混合种植的侵蚀量介于之间；（3）在四川省流沙河流域构建水沙模型，结果表明退草还耕和退耕还林两种土地利用变化下流域产沙对降雨强度的敏感性退草还耕要远大于退耕还林；针对不同的土壤类型，下垫面为黄土时土地利用变化造成的侵蚀量相对变化最大，以下依次是黑土、红壤和紫色土；对降雨强度最敏感的是紫色土，其次是红壤土、黑土和黄土；（4）此外，又进一步研究了土地利用变化下景观格局指标对流域侵蚀产沙的影响，回归方程显示，流域侵蚀量变化与MSIEI、COHESION、AI和LPI四个指标的变化量关系密切，△COHESION与侵蚀量变化呈正相关关系，而△MSIEI、△AI、△LPI与侵蚀量变化呈负相关关系，研究成果可为流域水土保持、土地利用景观优化管理等工作提供理论参考。项目研究的相关成果发表学术论文20篇，其中SCI收录17篇，并按照预期计划参加国际会议2次，培养研究生3名，较好地完成了预期目标。