延安市土壤侵蚀驱动因素及预测研究

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土壤侵蚀是地层表面的物质受到外营力作用而产生运动的一种自然现象,不仅影响着当地农业生产和粮食的安全,同时也对黄河中下游地区劳动者的生命及财产带来了极大的隐患。延安市位于黄河中游地区,属于典型的水土流失区,由于地势起伏大、土壤质地疏松、植被覆盖度低等立地条件的制约,对当地的生态安全构成了极大的威胁。为此,论文选取陕西省延安市作为研究区域,通过收集遥感影像、DEM、气象、土壤和土地利用现状等地理与社会经济统计数据,采用RUSLE模型和趋势分析法,提取并分析了延安市2000-2020年土壤侵蚀参数及土壤侵蚀强度的时空变化特征。在此基础上,分别运用地理探测器模型和CA-Markov模型对延安市土壤侵蚀的驱动因素进行了探讨分析,对2030年土壤侵蚀强度的发展趋势及动态变化进行预测,以期为区域综合整治和生态修复工作提供重要的决策支持和理论依据。主要结论如下:(1)近20年来,降雨侵蚀力由北向南总体呈现上升趋势,降雨侵蚀力与年均降雨量有相近的波动特征。植被覆盖度由南向北在不断地减少,总体呈现波动上升的趋势。植被改善区的面积(99.04%)远远大于植被退化区(0.54%),但北部地区仍存在植被未来发展趋势无法确定的情况。延安市土地利用类型面积主要在草地、耕地和林地之间进行转变,耕地面积大幅下降,林地和草地的面积不断扩大,这与该区域实施退耕还林(草)政策密切相关。水土保持因子最低值主要分布在建筑用地和水域上,该地类的水土保持措施最差。土壤可蚀性因子值的范围为0(t·h)/(MJ·mm)-0.046(t·h)/(MJ·mm),主要分布于黄绵土区域。坡度因子平均值为5.55°,坡长因子的平均值为1.4m,坡度与坡长因子空间分布相似,最高值分布在土石丘陵、石质山区,最低值分布在黄土台塬区。(2)2000、2010和2020年延安市平均土壤侵蚀模数结果分别为4546.77t·km-2·a-1、3212.65t·km-2·a-1和2305.71t·km-2·a-1,近20年土壤侵蚀模数下降趋势明显,降低了56.59%。延安市的土壤侵蚀空间分布差异较大,其强度较高地区集中于北部地区的黄土丘陵沟壑区,而南部地区土壤侵蚀强度则相对较低。2000-2020年延安市土壤侵蚀强度变化整体趋势表现为极强度及以上等级的侵蚀面积不断减小,而微度及轻度侵蚀面积则持续上升,说明研究区内土壤侵蚀面积和强度已经实现了“双下降”的态势。随着“退耕还林”政策的落实,前期侵蚀现象明显降低的主要集中在甘泉县、富县、黄龙、黄陵、洛川县,后期变化主要集中在志丹县、宝塔区、延川、延长、宜川和西北部的吴起县。总之,近20年间延安市水土保持的效果显著,生态环境质量得到了一定的改善,但是目前局部地区依然存在土壤侵蚀的风险。(3)利用地理探测器来探究土壤侵蚀的主要驱动因素,研究表明植被覆盖度和降雨量是制约土壤侵蚀空间格局的主要因素。植被覆盖度与坡度之间的交互作用力对地区土壤侵蚀程度的影响幅度最大,且植被覆盖度与其他因素的协同作用程度都高于任何单个影响因子的独自作用。各个驱动因素的不同分类也呈现出不同的影响状况,总之,当土地利用类型为未利用地、植被覆盖度<10%、坡度>25°、高程<860m,降雨量<400mm时,该区域土壤侵蚀强度均值最大,被视为土壤侵蚀高风险区。(4)基于CA-Markov模型预测2020年土壤侵蚀情况,将此结果与实际情况进行对比发现,Kappa系数精度达到80.74%,具有较高的可信度。预测2030年延安市土壤侵蚀的演变格局可知,微度侵蚀面积占比56.72%,是研究区的主要侵蚀类型;剧烈侵蚀的面积最小为278.01km2,仅占总面积的0.76%。总体而言,2030年延安市土壤侵蚀的面积明显下降,土壤侵蚀情况持续好转,但研究区仍然有极强度及以上等级的土壤侵蚀风险,今后土壤侵蚀的防治任务依旧十分艰巨。因此,建议政府应该提高公众的参与意识,依法防治水土流失;因地制宜,划分为北部重点监测保护区,南部预防保护区和黄河沿岸土壤侵蚀重点整治区,实行分区防治。
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