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土壤侵蚀和碳循环是当前地理学和生态学研究的两大重要课题，涉及众多的地理-生态过程，景观格局和生态过程关系的研究是景观生态学的核心和热点。分析土地利用和土壤侵蚀关系对于小流域综合治理和可持续发展有重要作用。本论文重点研究土地利用变化的土壤侵蚀效应，揭示景观格局和土壤侵蚀的关系，为流域生态环境治理与恢复、景观格局优化设计提供科学依据。
本论文以延安宝塔区羊圈沟小流域为例，利用137Cs示踪技术、地理信息系统及室内分析实验，开展土地利用变化的土壤侵蚀效应研究，分析了流域土地利用变化特征，探讨了不同时期坝地控制区域的土壤侵蚀强度变化，研究了景观位置、类型及格局下的土壤侵蚀分异规律，从不同尺度探讨了土地利用变化及土壤侵蚀影响下的土壤有机碳变异性，进而评价整个流域在土地利用变化驱动下土壤有机碳的收支平衡。本研究取得的初步结果如下：
1.在土地利用变化方面，受社会、经济、环境和政策等因素的驱动，1984年至2006年，羊圈沟小流域土地利用发生巨大变化，尤其是坡耕地变化最为明显，其面积所占比重从1984年的29.6％下降到1996年的16.9％，再降到2006年的0.11％；乔木林地增加15.07％；灌木林地增幅较快，由1984年的0.19％增加到2006年的9.51％；坝地面积由1984年的7.04ha2增加到2006年的9.87ha2，增加了40％。
2.以不同时期淤地坝为研究对象，利用137Cs计年及差分GPS技术，估算坝地控制区的流域平均侵蚀模数，1955-1963年和1979-2004年分别为6871.9和4052.1 t·km-2·a-1。
3.基于137Cs示踪的小流域侵蚀空间分异研究：
(1)不同地形位置、不同土层深度和不同景观类型，137Cs含量间差异均达显著水平(P＜0.05)。
(2)坡面土地利用格局对土壤侵蚀的影响：当坡面土地利用格局为“荒草(6y)+灌丛(6y)”时，坡面浅沟部位侵蚀量最大，年均流失厚度超过12mm。坡中、上部的侵蚀量是坡下侵蚀量的3.1倍；由坡脚到坡项土地利用格局为“荒草(6y)+林(25y)+草(25y)”时，坡中上部年均4mm的土壤流失量也远远低于荒草+灌丛格局下年均10mm的流失量，减少侵蚀60％。在坡中上部布设林草带能够显著减少土壤侵蚀。
(3)在全流域范围，1980年以前、1984年、1996年和2006年的流域平均土壤侵蚀强度分别为：7077.6、6007.8、5553.7和4370.0 t·km-2·a-1，流域侵蚀由强度侵蚀转变为中度侵蚀。
4.探讨了不同尺度下SOC的空间异质性，并估算了流域碳储量：
(1)在斑块尺度上，1998-2006年，坡耕地转化为林地或草地后，SOC显著增加；土地利用类型不发生变化时，林地的SOC有增加趋势，但未通过显著水平。
(2)在坡面尺度上，不同的土地利用格局下(Ⅰ草地+坡耕地+林地，Ⅱ坡耕地+草地+林地，Ⅲ坡耕地+林地+草地)，1998-2006年，SOC均呈现增加趋势，分别增加8.6％，24.6％和21.4％。
(3)在流域尺度上，随深度增加，SOC浓度降低，层次间表现出显著差异(P＜0.001)；0-5cm深度内，土地利用对SOC存在显著性影响；SOC层化比在空间上呈现北部高于南部，东西部高于中部地带的整体趋势；流域范围SOC的分布规律与土地利用的分布规律有密切关系；SOC和137Cs在不同土层深度均存在显著的正相关关系，说明土壤在遭受雨水或者耕作其它外营力的侵蚀、搬运过程中，SOC也随之被侵蚀和搬运。
(4)在土壤有机碳密度和碳储量方面，不同土地利用类型的土壤有机碳密度大小次序为：林地＞果园地＞草地＞幼林地＞梯田耕地。该流域土壤表层(0-30cm)土壤有机碳储量为2.67×103tC。