本文是一篇SCI论文发表，本文采用加权集成法对研究区未来降水变化进行预测，就未来降水变化背景下甘南川西北区域土壤侵蚀进行评估；基于降雨-径流野外原位实验，就甘南川西北草甸产流机制进行分析。
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
甘南川西北地处黄河、长江上游，域内林草广袤，湿地发育，对河川径流的形成发挥着重要的补给和调节作用，是我国重要的水源涵养生态功能区。近几十年，受气候变化和人类活动双重影响，甘南川西北草地和湿地生态系统发生蜕变，牧草比例减少，沼泽湿地萎缩，沙化草地和次生裸地面积增大，水土流失等环境问题日益突出，对域内生态安全及地方经济发展造成严重威胁。甘南川西北生态环境问题引起各级政府和国内外学者的广泛关注，国家也启动了一系列项目和生态建设工程进行治理，并取得一定成效，但“整体好转，局部退化”的情况仍然存在。在众多生态环境问题当中，土壤侵蚀导致地表养分流失，土地生产力下降，陆地植被生态系统逐渐失调恶化，相关规律的把握是甘南川西北土地生产力评估和林草生态恢复重建的理论认知基础，也是江河源区生态功能保障和生态文明建设理论体系的重要组成部分，但相关工作开展较少。
联合国最新发表的有关全球土壤资源状况的报告中强调了“世界上大部分地区还处于公平、贫困或非常贫困的状态”并强调说土壤侵蚀仍然是全球范围内主要的环境和农业威胁[1]。不适当的农耕以及过度放牧是人为造成水土流失的主要原因，上述行为在生态系统内引发一系列连锁反应，例如营养损失、碳储减少、生物多样性下降以及土壤生态系统失衡等。用于预测气候和土地利用变化对土壤侵蚀的建模工作显得尤为关键。本研究对甘南川西北土壤侵蚀的时空变化进行研究，在计算分析甘南川西北土壤侵蚀各因子的时空分布特征的基础上，量化分析该区当前和未来气候变化背景下土壤侵蚀及其变化特征。成果可为江河源区水土流失治理、水源涵养及生态环境保护提供数据方法实例参考。
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1.2 研究进展
1.2.1 概念体系
土壤侵蚀是世界重要的环境问题之一，主要由气候变化和人类活动共同作用所致。研究表明，土壤侵蚀已经造成地球大约三分之一的土地严重退化[2]。18 世纪初，“黑风暴”事件对美国农垦区产生了严重影响，使得美国重新认识和重视土壤侵蚀过程，相关研究取得积极进展，并在国家层面制定了相应的法律法规[3]。稍晚，在前苏联学者关于土壤侵蚀总结研究的基础上，俄国科学家开展了一系列土壤侵蚀的调查和防治实验，为土壤侵蚀的研究的开创了新的模式[4]。20 世纪 50年代初，有关土壤侵蚀的著作和文集相继出版，将土壤侵蚀的研究推上新的高度[5]。20 世纪中后期，通用土壤流失方程（Universal Soil Loss Equation, USLE）建立，主要用于坡耕地水土流失量化分析及预报。该方程及其修改版本被诸多学者应用到世界各地，引起很好的反响[6]。近年来，新型侵蚀预报模型（如 Water Erosion Prediction Project, WEPP；Soil and Water Assessment Tool, SWAT 等）的出现将土壤侵蚀的研究领域扩展到流域尺度[7]。历经半个多世纪的发展，人们对土壤侵蚀的认识、定义及其概念的界定逐渐多元化，但前苏联、美、英、中等多数国家基本上采用“土壤侵蚀”（Soil Erosion）一词来指代因雨水、风等外营力作用导致的土壤的分离、搬运和流失现象[8]。
可按土壤侵蚀发生发展过程中呈现的不同形式或形态来划分其类型，这种分类方法有利于更好地了解土壤侵蚀发生发展机理、空间分布特征及规律，为其防治提供更好的科学依据[9]。此外，按侵蚀发生的主导营力的不同，又可分为复合营力、重力、水力、风力、融冻等侵蚀类型[10]。水力侵蚀是指遭受破坏的土壤颗粒或土壤表面物质随降水或地表径流分离、搬运且沉积在其它地域的过程[11]。半干旱地区，如中国黄土高原地区，水力侵蚀导致了十分严重的环境和生态问题，在多种时空尺度对土地生产力、陆表植被生态系统、河道水动力过程等产生深刻影响[12]。
图 1-1 论文研究的技术路线图
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第二章 研究区概况
2.1 地理位置
甘南川西北地处青藏高原东北部（图 2-1a），东邻雅砻江-长江水系，北望陇中黄土高原，东南部与四川盆地相接，海拔介于 792~7336 m 之间，地势西高东低[78]。全区介于东经 97°21′~ 104°45′、北纬 27°57′~ 35°34′之间（图 2-1b），总面积 28.1 万 km2 。甘南川西北位于甘青川三省交界处，行政区划主要包括甘肃省甘南和四川省阿坝、甘孜等 3 个地级行政区，下辖 21 个市县，甘肃境内有合作市、碌曲县、玛曲县、卓尼县、夏河县、迭部县、临潭县、舟曲县；四川境内有壤塘县、理县、金川县、九寨沟县、茂县、小金县、汶川县、黑水县、松潘县、阿坝县、红原县、若尔盖县和马尔康市等。地表覆被以各类草地和林地为主，高、中、低覆草地合计占比近 60%，林地占比 30%，林草覆盖占全域总面积的 90%以上。域内湿地主要分布在东北部若尔盖高原，是我国最大的高寒沼泽分布区；耕地面积占比小于 2%，主要以林草资源为基础进行产业布局和经济发展（图 2-1c）。
图 2-1 甘南川西北地理位置（a）、行政区划（b）、土地利用分布及统计（c）
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2.2 气候特征
甘南川西北气温和降水分布的空间异质性明显（图 2-2），均呈西低东高、北低南高的空间分布格局。多年平均气温在-2~14 ℃之间，多年平均降水在500~1100 mm 之间；域内干湿分明，冬长夏短，光照充足，雨热同期，昼夜温差大，极端低温可至-20 ℃以下。域内高原峡谷交错，气候垂直分异明显，随海拔高度呈现亚热带和温带半干旱、寒温带和寒带半湿润或湿润等多种气候。海拔2500 m 以下河谷地带降水多，蒸发大；海拔 4100 m 以上气候寒冷，常年积雪；海拔 2500~4100 m 地域属于寒温带，高山地带潮湿阴冷，河谷及平原地带温润湿凉。
甘南川西北属青藏高原东部横断山区强烈侵蚀切割的高山峡谷向高原地貌的过度地段，域内地貌类型主要有高山峡谷、丘陵山地、草甸平原等。北部与陇中地块、东南与四川台向斜及康滇台背斜相邻，发育有三个褶皱带，包括西秦岭褶皱带、龙门山褶皱带和甘孜阿坝褶皱带。西秦岭褶皱带古生代地层褶皱剧烈，走向逆断层发育，白龙江两岸断层延伸至百里。龙门山褶皱带的走向断层和横断层发育造就了沿北东方向断裂发育的岷江河谷。甘孜阿坝褶皱带含有广泛三叠系厚达数千米的黑色岩系，上部碎屑岩种产有植物化石和瓣鳃类化石，下部为复理石和类复理石构造[79]。域内东北部地势平坦，气候寒冷湿润，泥炭层发育，形成了广阔的沼泽湿地景观。
甘南川西北土壤类型众多，主要发育有高山土、淋溶土、水成土、初育土、半淋溶土、半水成土，以及零星分布的其他类型（图 2-3）。高山土是青藏高原及周边在冻融交替的气候条件下形成的，包括草毡土、黑毡土、寒钙土、冷钙土、棕冷钙土、寒漠土、冷漠土和寒冻土等 8 个亚种，主要分布在研究区西北，该类土壤有季节性或少量永久性冻结现象，仅有少数种类的耐寒灌丛、草本和垫状植物存活，腐植化程度低，土层浅薄，物种层次分异性低[80]。淋溶土是湿润土壤水分状况下，石灰性介质充分淋溶后形成的具有明显黏粒淋溶沉积特性的土壤，主要分布在域内降雨充沛地区。研究区东北部存在沼泽湿地景观，域内水成土十分发育，主要为沼泽土和泥炭土；沼泽湿地外缘分布有半水成土，埋藏深度 1~3 m。初育土多分布在植被稀疏、土壤侵蚀严重的东南地带。半淋溶土钙镁含量丰富，保肥能力强，多见于研究区中部和东部边缘地带。
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第三章 数据与方法............................... 14
3.1 数据........................................... 14
3.1.1 水文气象.................................... 14
3.1.2 土壤....................................... 15
第四章 基于 USLE 模型的甘南川西北土壤侵蚀评估................ 25
4.1 降雨侵蚀力因子估算.................................. 25
4.1.1 方法应用..................................... 25
4.1.2 误差分析.............................. 26
第五章 未来气候变化背景下土壤侵蚀预测......................... 35
5.1 未来降水变化的年月特征............................. 35
5.1.1 权重................................... 35
5.1.2 未来降水空间分布................... 35
第六章 降雨-径流原位实验
6.1 产流特征
6.1.1 不同降雨模式下的产流
高寒河源区天然降水多具
