黄土高原土壤侵蚀时空变异与归因

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土壤侵蚀破坏土地资源,导致土地退化对农业生产、水质和生态环境构成巨大威胁。因此,采取有效措施防治土壤侵蚀,显得至关重要。黄土高原是我国土壤侵蚀严重、水资源短缺且对全球变化十分敏感的生态脆弱区,是世界上土壤侵蚀最严重的区域之一。经过几十年的综合治理,土壤侵蚀量显著降低。在此背景下,亟需识别土壤侵蚀时空变异特征、主要控制因子并量化各因子的贡献,以更有效地保护水土资源。本研究以黄土高原为研究区域,分析了影响土壤侵蚀变化的因子的时空分布规律,结合修正的通用土壤流失方程(RUSLE)和地理信息系统(GIS),估算了研究区1986-2015年的土壤侵蚀并分析其时空变化特征,利用相关和小波分析探究土壤侵蚀与控制因子之间的关系,基于弹性系数法量化各因素对侵蚀变化的贡献。取得的主要进展如下:(1)分析了影响土壤侵蚀变化的因子的时空变化特征。黄土高原年平均降雨量和植被覆盖度,总体呈由东南向西北递减的趋势。时间变化上,整体上呈随时间增加的趋势。土地利用类型以耕地和草地为主,分布在东南部,未利用土地及工矿居民用地集中在西北部;耕地和未利用地面积减少,而工矿居民用地和林地面积增加。(2)分析了土壤侵蚀的时空变化特征。研究区年均土壤侵蚀量介于594.94-1013.18t/(km~2·a)。空间分布上,大部分地区为微度侵蚀,分布在植被发育良好的地区;高强度侵蚀集中在中部河流分布较为密集的东北-西南地带。1986–2015年呈下降趋势,特别是在2000年以后。(3)探究了控制土壤侵蚀的主导因子并量化其贡献。土壤侵蚀变化与降雨侵蚀力显著正相关,且在整个时段都有很强的相关性;与植被覆盖与管理因子显著正相关,但在2000年左右相关性最强。两者都会对土壤侵蚀空间异质性产生影响。在不考虑不同影响因素之间交互作用的情况下,工程措施包括梯田和淤地坝对土壤侵蚀减少的贡献为72.5%。进而得到植被覆盖和降雨等其他因子对土壤侵蚀的贡献为27.5%;除去工程措施贡献外,分离得到植被覆盖和水土保持措施对侵蚀减少的绝对贡献为33%;降雨侵蚀力对侵蚀减少的绝对贡献为-8%。综上可知,研究时段内工程措施对土壤侵蚀减少的贡献最大,除工程措施外降雨和下垫面条件特别是植被覆盖对土壤侵蚀变化有着主导性影响。同时,由于工程措施的减沙作用以及研究区植被覆盖和水土保持措施的改善,土壤侵蚀明显下降。这些结果有助于理解土壤侵蚀变化背后的机制,并为可持续的水土管理和植被恢复提供信息。
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