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本文针对近年来黄河泥沙骤减的现状以及发生的原因和机理这一热点问题,在延安市燕沟流域中部选择一个2003年的新建成淤地坝,对小流域近十年的淤地坝沉积泥沙剖面进行了采样分析,旨在研究退耕还林(草)政策实施四年后成效进入显现期小流域侵蚀泥沙的演变,进而为解疑黄河泥沙的减少以及退耕还林(草)政策实施效益评估提供依据。 文中通过淤地坝沉积泥沙剖面沉积旋回和小流域侵蚀性降雨对应关系的分析,对小流域近十年的土壤侵蚀模数进行了计算;同时利用遥感手段分析了小流域相应年的植被变化情况,并对植被恢复过程中的小流域的土壤侵蚀变化进行了分析,明确了两者之间的关系;进一步利用复合指纹识别技术探索了小流域侵蚀泥沙的来源。得出了以下主要结论: (1)阐明了小流域2003-2011年的土地利用类型的变化,并使用遥感手段提取分析了小流域植被恢复的时空演变过程。结果表明,小流域主要的土地利用类型的变化是退耕还林(草)工程造成的,退耕总面积为1.03km2,占研究流域总面积的19.7%。其中主要的退耕工程在1999年,占退耕地总面积的64.1%,而2000-2001年和2002年分别占12.6%、23.3%。退耕地的植被类型以乔木为主,且主要是以乔-灌-草相结合的方式出现。而乔木类型以刺槐和苹果树为主;灌木类型主要是柠条,而草的类型主要是黄蒿和杂草。小流域年平均NDVI的平均值0.61,整体上呈现增加趋势,说明植被覆盖增加,生态环境好转。从变化过程上看可以分成四个阶段,分别是:①1999-2002年快速增长阶段,平均增长率2%;②2003-2006年的第二次快速增长阶段,平均增长率也是2%;③2007-2008年的基本稳定阶段;④2009-2011年的降低阶段,平均减少率1%。且年尺度上,小流域2003-2011年间年平均降雨量和NDVI之间无显著相关性。 (2)分析了淤地坝沉积泥沙剖面中的颗粒组成的含量及分布特征,揭示了小流域的侵蚀泥沙搬运及沉积过程,结果表明,研究区的沉积泥沙剖面样品中以粉粒为主,平均含量占总量的71.83%,其次为砂粒和粘粒,分别为12.64%和15.53%。坝地沉积剖面存在粒径变异的转折点,这个点位可用来衡量水沙动力条件和沟道比降对泥沙粒径分布所起的作用。不同粒径颗粒在沉积泥沙样品中的变异程度不同,粘粒和砂粒均为中等变异,粉粒为弱变异,并且砂粒的变异性最大。 (3)使用沉积泥沙剖面和降雨资料反演了小流域泥沙侵蚀沉积规律,阐明了小流域土壤侵蚀历史演变过程。结果表明,小流域9年的泥沙侵蚀总量为6063.91t,而侵蚀模数9年平均值为137.04t/km2·a,下降至小流域综合治理工程实施前的2.3%,平均年下降率10.86%。并且从2003年开始,小流域的土壤侵蚀模数均不足200t/km2·a,均为轻度侵蚀,虽然年际之间有波动,但很小可以忽略不计。这表明在新的侵蚀环境背景下该小流域的侵蚀强度己稳定在轻度以下,同时证明小流域综合治理的实施对减少区域土壤侵蚀的作用是显著的。 (4)研究了小流域降雨量和植被恢复与土壤侵蚀的相关关系,阐明了小流域生态恢复过程的泥沙响应机制,结果显示,小流域2003-2011年的土壤侵蚀受小流域年平均降雨量和植被重建的共同影响。小流域的植被重建对土壤侵蚀的减少作用在2003以前已经开始发挥,并且在2003-2011年之间发挥了其主导作用。在这种降雨和植被重建的共同作用下,小流域的土壤侵蚀稳定在了轻度侵蚀以下。因此,在小流域降雨未发生较大变异的状况下,研究小流域在植被重建的作用下,4年后小流域的侵蚀状况达到稳定状态。然而,小流域降雨与人为活动之间的交互作用对小流域土壤侵蚀的研究需要进一步探索。 (5)运用复合指纹识别技术探索了小流域侵蚀泥沙的来源。通过对研究小流域内林地、荒草地、灌木地、缓坡耕地、苹果园和支沟道共6种泥沙源地土壤表层样品中的12种物质的测定,利用多元判别分析,筛选出Cu、Fe、Mg、Mn和K五种指纹指标组成最佳复合指纹因子组合。进一步利用这一组合,采用最优化混合模型计算了6种泥沙源地对整个小流域以及每一沉积旋回侵蚀产沙的贡献率。结果表明每一沉积旋回中来自坡耕地、草地、林地和支沟道的泥沙贡献比差异较大。2003-2011年淤地坝的运行阶段,林地、荒草地、灌木地、缓坡耕地、苹果园和支沟道的泥沙贡献率分别为29.36%,13.9%,2.43%,11.74%,2.2%和40.38%,侵蚀泥沙主要来源于支沟道。