山地丘陵区土壤侵蚀时空变化及治理对策

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山地丘陵区最为严峻的生态威胁为土地不合理利用导致的土壤侵蚀,其在造成土地退化与土壤养分流失的同时还会导致洪水频发、河流淤积和水污染等次生环境问题。土壤侵蚀已经严重制约了人类可持续发展与践行生态文明的脚步,因此,探索土壤侵蚀的形成机理与变化过程并深挖土壤侵蚀产生的内在驱动力对开展水土流失治理、土地资源高效利用与规划、生态恢复至关重要。本文以迁西县为例,建立了1990a、2000a、2010a与2020a土地利用转移矩阵,对区域土地利用动态情况进行分析,并揭示了区域30年植被动态情况,经分析摸清了迁西县山地丘陵区1990~2020年30年间土地利用/覆被动态变化特征。利用GIS与In VEST模型从降雨、土壤、地形、植被和土地利用类型方面定量估算研究区1990a、2000a、2010a、2020a的土壤侵蚀模数,从不同角度分析土壤侵蚀量时空分布规律。为进一步确定区域土壤侵蚀影响因素的驱动作用,利用地理探测器定量剖析每个因子对土壤侵蚀量作用力大小及因子间交互作用,并识别区域单因子的土壤侵蚀高风险区域,为区域土壤侵蚀的监测与预防提供数据支撑,为小流域综合治理提供有力依据,为社会经济与生态环境协调发展提供决策支撑。本文主要得出以下结论:迁西县土地利用/覆被变化分析结果为:区域1900~2020年工矿用地单一地动态度最大,该用地类型实现了从无到有,且呈逐年扩张态势,未利用地动态度四期均为负值,且绝对值较大,呈逐年减少趋势。通过分析研究区土地利用转移矩阵发现:林地、耕地、草地和未利用地面积收缩,工矿用地、建筑用地和经济林地大面积扩张。其中,林地、草地大面积转为经济林地,工矿用地增长幅度较大,且其转入量远远超过转出量。区域植被覆盖度分级结果表明,区域高植被覆盖度面积及占比逐年下降,中度及以上植被覆盖度面积虽增加,但也恰恰证明了区域经济林地逐年扩张的趋势,且经过对三期植被覆盖度叠加分析得出:迁西县30年内植被覆盖度下降区域面积明显大于升高区域面积。为实现区域土壤侵蚀的定量评估,引入In VEST模型泥沙输移比例模块,得出迁西县1990a、2000a、2010a与2020a的土壤侵蚀量分别为:1.25×10~7t、1.41×10~7t、1.77×10~7t与2.00×10~7t,呈不断上升趋势。从栅格尺度的土壤侵蚀分布状况分析发现强度及以上侵蚀集中在东北地区和东南局部地区,且侵蚀面积及占比逐年升高。从流域尺度的土壤侵蚀状况分析,土壤侵蚀在空间上呈北高南低的侵蚀强度空间分布格局,且1990年与2000年不存在剧烈等级,而2010年和2020年剧烈、极强度和强度等级面积占比不断增加。土壤侵蚀在垂直方向上的分布具有显著地形特征,8°~25°坡度区域是中度及以上侵蚀发生的主要地区,且随时间推移各等级土壤侵蚀逐渐向高等级土壤侵蚀强度方向转移。引入地理探测器对土壤侵蚀影响因素作用大小进行定量剖析,结果显示:土地利用类型是土壤侵蚀的最主要驱动因素,其他影响因子由强至弱依次为:坡度、土壤类型、植被覆盖度,降雨、人口和GDP未通过显著性检验。生物因子探测器显示土地利用类型与除降雨外的其他自然因子作用后均对土壤侵蚀空间分布显著。风险探测器结果表明工矿用地与未利用地、坡度15°~25°和>35°以及低植被覆盖度区域是土壤侵蚀风险较高区域;因子间交互作用结果对土壤侵蚀的解释力均大于单一因子的解释力,其中用地类型与其他因子的交互结果对土壤侵蚀的解释力最强。基于区域土壤侵蚀分布规律及主要驱动力的研究,文章最后提出水土流失治理的措施:(1)严格实施分区治理对策,将小流域土壤侵蚀划分的极强度土壤侵蚀区域设定为重点防治区域,对区域的工矿用地与经济林地实施专项治理,尽快恢复矿区植被,科学种植经济作物;25°坡度以上区域严格实施退耕还林政策,25°坡度以下地区有序进行经济林地种植,15°以下区域实施农田整治工程。(2)提升区域水涵养能力,加速林草修复、开展河道清淤工程、加强河、库生态缓冲带建设工程,整体提升区域生态服务功能。(3)发展绿色经济,注重乡村生态保护、改变经济模式,走绿色可持续发展道路。(4)加强侵蚀沟整治工程,防止已形成的侵蚀沟对周围水土造成污染。
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