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张家口坝上地区地处我国农牧交错区,近年来以土地沙漠化和草场退化为主要形式的生态环境恶化严重,是著名的土壤风蚀严重受灾区,计算该区土壤风蚀模数及其分布对区域土壤风蚀定量评价和预报具有重要意义,可为区域土壤风蚀控制提供重要依据。
为研究张家口坝上地区的风蚀状况,将研究区的土地利用类型分为耕地、林草地、沙地和非可风蚀类土地四类,利用2000年和2005年两年的MODIS影像数据、土地利用现状数据和气象资料,采用修订的土壤风蚀风洞经验模型和GIS方法,计算并绘制了研究区的两期土壤风蚀强度分布图,据此归纳出张家口坝上四县2000年和2005年的土壤风蚀时空变化特征。在此基础上,分析风力气候条件、土地利用、植被覆盖等风蚀因子的作用。
研究区土壤风蚀存在明显的时空差异。除去尚义南部和沽源东南部受植被盖度高影响风蚀程度较轻外,整个区域的风蚀强度受主导因素-风力的作用而呈带(环)状分布,且以西部为最强,向东逐渐降低。在风蚀带中,还镶嵌着一些斑块,这些斑块是植被覆盖和土地利用因子对风蚀影响的结果。就三类可风蚀土地类型来看,风蚀强度由大到小依次为沙地、耕地、林草地。在研究区土壤风蚀的时间变化上,张家口坝上地区2000年和2005年的区域平均土壤风蚀模数分别为34.40t·hm-2·a-1、24.09t·hm-2·a-1,风蚀总量分别达到47477530.87t·a-1、33254769.71t·a-1。三类可风蚀土地类型中,2000年耕地、林草地、沙地的风蚀模数依次为42.89t·hm-2·a-1、26.79t·hm-2·a-1、311.00t·hm-2·a-1;2005年耕地、林草地、沙地的风蚀模数依次为34.63t·hm-2·a-1、8.01t·hm-2·a-1、10.54t·hm-2·a-1。2005年比2000年的区域风蚀总量明显减少,平均风蚀模数降低,风蚀程度减轻,其中林草地减轻的程度要大于耕地。
研究区土壤风蚀强度分级结果表明,2000年和2005年土壤风蚀程度存在明显差异。2000年灾害性、极重度风蚀土地面积为13831.25hmz,占研究区土地总面积的1%,2005年则不存在灾害性和极重度风蚀区。2005年重度风蚀土地面积为804118.75hm2,比2000年的11228413.75hm2减少22%。2005年中度、轻度和无感风蚀的土面积依次为141856.25hm2、110893.75hm2、323404.39hm2,2000年分别为95793.75hm2、14600.00hm2和133204.39hm2,2005年分别比2000年依次增加3%、7%和13%,表明2005年研究区土壤风蚀向较轻程度方向发展,风蚀受灾状况有所好转。但总体上看来,2000年和2005年四类高强度风蚀等级(中度、重度、极重度和灾害性风蚀)的土地总面积都占到整个研究区土地总面积的65%以上,表明研究区仍然为严重风蚀受灾区。
分析研究区各土壤风蚀驱动因子认为,风力气候条件是区域土壤风蚀的主导因子,并控制着大尺度上的风蚀强度分布。侵蚀风力的累积时数越长、高风力累积时数越长,土壤风蚀就越强烈,反之则土壤风蚀越弱。植被盖度分布与土壤风蚀强度分布在时空上都表现出“反相性”,植被盖度越高,土壤抗风蚀能力越强,风蚀强度相应较小。土地利用方式也是控制土壤风蚀的重要因子,不同利用方式下土壤风蚀模数的显著差异表明,转变土地利用方式、优化土地利用结构是防治土壤风蚀的有效途径。
在以137Cs作为示踪剂计算绘制的区域土壤风蚀分布图中,强、弱风蚀区与利用风洞经验模型修订方法计算的结果基本一致。
研究区不同土地利用方式以及不同退化程度草地的表层土壤机械组成特征表明,各类风蚀地表物质普遍存在不同程度的粗化现象,侧面显示了土地利用和植被覆盖对张家口坝上地区土壤风蚀的明显影响。
2005年林草地面积较2000年减少6%,但平均风蚀模数降低了70%,与耕地相比风蚀强度显著降低,表明从恢复植被入手进行区域土壤风蚀防治是较易取得成效的途径。2000、2005年耕地土壤风蚀均处于重度风蚀状态,而且2000、2005年农用风蚀总量分别达到全区风蚀总量的77.98%和91.17%,表明农田风蚀控制是区域土壤风蚀防治的关键。