把握四川省土壤侵蚀敏感性的空间分异规律和演变趋势,可以为四川省科学防治水土流失工作提供有力的理论支持与决策依据.本文以降雨数据、高程数据、土壤数据和遥感影像数据为数据源,应用地理信息技术和遥感技术,结合改进的土壤侵蚀RUSLE模型,选取降雨、土壤、地形、植被覆盖 4 个因子建立土壤侵蚀敏感性评价体系,对四川省 2005-2018 年土壤侵蚀敏感性进行评价.结果表明:四川省土壤侵蚀敏感性主要以不敏感和轻度敏感为主.空间分布上,不敏感、轻度敏感区域主要分布在川西北北部、成都平原大部分地区和川东北.时空变化上,2005-2018 年期间四川省土壤侵蚀敏感性呈增强的趋势.不敏感区域面积减少 26%,轻度敏感区域面积增加 17.51%,增加面积主要来源于不敏感区域的转变,中度敏感区域面积增加 8.08%,增加面积来源于轻度敏感区域的转变,高度敏感区域面积增加 2.67%,主要来源于中度敏感区域的转变,转变区域主要分布在川西高原西北部、成都平原以及川西南山地的大部分区域,该变化主要由植被覆盖因子和降雨侵蚀力因子综合影响所致.在土壤侵蚀敏感性影响因子中,植被覆盖因子与土壤侵蚀敏感性具有最显著的正相关性.研究四川省土壤侵蚀敏感性的时空变化,可以为四川省水土流失治理工作的实施、生态环境治理与修复提供理论理论依据与价值参考.

研究高程-坡度-岩性组合形成的不同土地类型的土壤侵蚀时空演变有重要意义.选取大宁河流域和梅溪河流域,以1988年、2000年、2010年和2015年4期遥感影像为数据源,借助RS和GIS技术,通过计算土壤侵蚀强度综合指数和冷热点分析,探讨不同土地类型的土壤侵蚀分布及演变规律,揭示其现实与理论意义.结果表明:(1)流域土壤侵蚀正在发生转型,即两流域各土地类型的土壤侵蚀强度指数随着时间的变化而逐渐降低,土壤侵蚀量由增到减,土壤侵蚀状况呈现好转趋势;(2)就两流域土壤侵蚀空间数量变化而言,土壤侵蚀演变热点区多为中山陡坡石灰岩区,且大宁河流域土壤侵蚀状况优于梅溪河流域;(3)两流域土壤侵蚀演变主要分布于中山陡坡石灰岩和砂岩区,在坡度和岩性上具有相似性,在海拔上具有差异性;在同一土壤侵蚀强度下,两流域不同土地类型土壤侵蚀演变具有一定的相似性;(4)土地类型影响土壤侵蚀分布,探究人类活动下不同土地类型与土壤侵蚀响应耦合关系将是下一步研究的方向.

土壤微生物是反映土壤质量状况的重要指标,研究侵蚀地植被恢复后土壤微生物群落结构的变化对深入认识土壤质量的演变具有重要意义.对比分析了未治理地(Y0)、治理13年(Y13)和31年(Y31)的马尾松林(Pinus massoniana)林下芒萁(Dicranopteris dichotoma)覆盖地(NRd)、去除芒萁覆盖地(Rd)与林下裸地(CK)土壤微生物生物量和群落结构差异,结果表明:林下裸地土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和总微生物磷脂脂肪酸量(总PLFAs)的含量均显著低于芒萁覆盖地,且去除芒萁4个月后,MBC和总PLFAs均有降低趋势,表明芒萁覆盖对土壤微生物生物量具有重要影响;林下芒萁覆盖地土壤革兰氏阳性菌(GP)、革兰氏阴性菌(GN)、丛植菌根真菌(VAM)、真菌(Fungi)、放线菌(ACT)的PLFAs含量显著高于林下裸地(Y13例外),去除芒萁4个月后,各值均有有接近林下裸地的趋势;芒萁覆盖地真菌/细菌的比值(F/B)均显著高于林下裸地(P＜0.05),芒萁覆盖地革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌的比值(GP/GN)、饱和直链脂肪酸/单不饱和脂肪酸的比值(sat/mono)和(cy17∶0+cy19∶0ω8c)/(16∶1ω7c+18∶1ω7c) (cy/pre)显著小于林下裸地(P＜0.05),去除芒萁4个月后,芒萁覆盖地土壤cy/pre显著升高(P＜0.05)(Y13例外),意味着芒萁覆盖地土壤生态系统更稳定,土壤的养分可利用性更高,微生物生物量和群落结构更丰富,活性更强;皮尔逊相关分析和冗余分析发现,土壤理化性质与土壤微生物生物量和群落结构关系密切,土壤C/N、pH和氮素水平是调控芒萁覆盖下土壤微生物生物量和群落结构的主要生态因子.

降雨侵蚀力(R)是评价降雨对土壤剥离、搬运侵蚀的重要指标,反映了降雨对土壤侵蚀的潜在能力,分析降雨侵蚀力百年尺度的演变过程对于探究区域生态安全格局具有十分重要的意义.基于CRU_TS4.01数据集中的逐月降雨数据,计算中国西南地区1901-2016年的降雨侵蚀力,分析其时空格局演变过程并基于像元进行了趋势分析.结果表明:(1)西南地区百年以来降雨侵蚀力空间分布与降雨量的分布基本一致,呈现出自西北向东南逐渐增加的空间分布格局;(2)中国西南有34.11％的地区百年平均降雨侵蚀力在4500-5500 MJ mm hm-2h-1 a-1之间;(3)西南地区降雨侵蚀力在年内的集中度较高,各个地区在夏季(6-8月)和秋季(9-11月)的累计降雨侵蚀力占到了全年的75.84％-96.09％,其中季节最大降雨侵蚀力出现在西藏林芝地区的夏季,其贡献率达到了74.2％;(4)西南地区降雨侵蚀力在百年尺度上的年均值为4092.84 MJ mm hm-2h-1 a-1,最高值(1915年)为4667.75 MJ mm hm-2h-1 a-1,最低值(1992年)仅3639.63 MJ mm hm-2h-1 a-1;(5)西南地区降雨侵蚀力年际变化存在明显的空间差异性,有47.59％的区域降雨侵蚀力呈现不同程度的减少趋势,32.91％的区域则呈现不同程度的增加趋势.为中国西南地区土壤侵蚀的防治、生态安全格局的形成及演化机制提供了理论和数据方面的参考.

以中国南方喀斯特槽谷区为研究对象,基于改进的喀斯特地区土壤侵蚀算法,定量分析了槽谷区土壤侵蚀时空演变特征,并利用CA-Markov模型对土壤侵蚀状况的未来情景进行预测.结果 表明:(1)喀斯特槽谷区2000-2015年土壤侵蚀总量由61.86× 107 t/a减少至2.97× 107 t/a,区域年平均侵蚀模数由21.61 t hm-2 a-1降低至1.04 t hm-2 a-1,轻度及轻度以下侵蚀等级的面积增加了76.13×105 hm2,重度及重度以上侵蚀面积减少了46.90× 105 hm2,侵蚀状况明显减轻;(2)不同地貌类型之间的土壤侵蚀状况存在一定差异,平原地区侵蚀模数最小,盆地地区侵蚀模数最大,达到平原地区侵蚀模数的近4倍;(3) 2000—2015年间,槽谷区轻度及轻度以上侵蚀等级都逐渐向微度侵蚀等级转移,土壤侵蚀等级由高等级向低等级转移率达到了98％以上,总体呈现出好转的趋势;(4)基于CA-Markov模型模拟槽谷区2020年土壤侵蚀等级的未来演变趋势,其总体Kappa系数达到了0.9788,一致性最佳;(5)到2020年,槽谷区土壤侵蚀等级基本为微度和轻度侵蚀,土壤侵蚀状况将进一步改善.本研究的结果可为喀斯特槽谷区当前土壤侵蚀治理成效的评价以及未来的防治提供理论和数据方面的参考.

为评价石羊河流域治理工程实施的成效,本文选用流域重点区域——武威市作为研究区,在综合考虑武威市土地实际状况的基础上,利用遥感数据,借助GIS和RS技术,选取土壤侵蚀、土壤荒漠化、土壤含水量和土壤盐溃化4个指数,构建武威市土地生态敏感性评价体系,运用主成分分析法综合各指数,得到1995、2000、2005、2010、2015和2018年的土地生态敏感性空间分布数据,并对其时空演变规律进行了探讨.结果 表明:(1)武威市土地生态敏感性整体呈现西南低、东北高、渐进式的分布格局,随时间推移,部分中、强度敏感性土地转变为轻、微度敏感性土地,总体上敏感性有所降低;(2)武威市50％以上的土地其敏感性变化频次处于较低水平,未发生大规模的高频转化现象,不同地物类型之间频次差异明显,而内部分布相对集中;(3)武威市90％以上的土地变化趋势为稳定不变或波动变化模式,局部地区为波动下降或波动上升模式,整体而言土地恢复面积大于退化面积,土地生态环境趋于良好;(4)武威市土地生态敏感性波动范围在0～1.8,处于不稳定状态,经历了1995-2005年先恶化、2005-2018年逐步恢复的过程,表明石羊河流域治理工程实施后,生态环境得到改善,生态治理效果较显著.

滇南山区土壤侵蚀时空演变研究对于水土保持规划及世界文化遗产区的生态保护具有重要意义.本研究基于RUSLE模型和GIS/RS空间信息技术,分析元阳县2005-2015年间土壤侵蚀状况的时空变化趋势,以及其侵蚀成因和影响机理.结果表明:研究期间,元阳县土壤侵蚀空间分异显著,流失区主要集中于县域东南部、西南部,藤条江沿岸区域侵蚀广泛,极强度和剧烈侵蚀呈点状分布.元阳县2005-2015年平均土壤侵蚀模数为11.06 t ? hm-2 ? a-1,微度和轻度侵蚀所占面积比例近80％,而轻度和中度侵蚀则构成了近50％的全年土壤侵蚀总量,是县域水土流失治理的重点侵蚀级别.研究期间,随着森林覆盖率的提高,县域水土流失有减缓趋势.元阳县地形复杂多变,土壤侵蚀分布与海拔、坡度有很大的相关性,这种分布格局的形成受自然和人为因素的共同影响,海拔500m以下、1500m以上且坡度25°～45°的山地区是水土防护治理的重点区域.

研究土壤侵蚀与景观格局变化的关系对小流域的治理开发具有重要的指导意义.本研究以实施退耕还林草、生态农业、生态旅游及科技示范的黄土高原安塞南沟特色治理小流域为研究对象,基于GIS平台和通用土壤流失方程,分析小流域1981-2018年景观格局和土壤侵蚀量的时空演化特征,并利用主成分回归法,从斑块类型水平和景观水平两个尺度分析土壤侵蚀模数与3类9个景观格局指标的关系.结果 表明:研究期间,在5种景观类型中,耕地和林地面积的时空变化主导了南沟小流域景观格局的演化,并且影响整个小流域的聚集分散程度;南沟小流域的土壤侵蚀量逐年减少,1981-2018年土壤侵蚀面积减少29.7％,侵蚀模数减少61.2％,且有73.4％的区域土壤侵蚀强度减轻;耕地和林地面积的变化决定了整个小流域土壤侵蚀模数的变化,其景观格局指数的变化方向与该景观类型土壤侵蚀的变化方向一致;退耕还林草工程是流域景观格局变化、土壤侵蚀减轻的主要原因,特色开发治理可以减弱局部地区土壤侵蚀强度.景观类型的合理化配置能有效地防治小流域土壤侵蚀,将其与特色治理开发相结合有助于实现小流域可持续高质量发展.

在自然要素和社会经济要素交互作用下,科学评估退耕还林工程对土壤侵蚀的影响,对生态修复政策的可持续性具有重要意义.在利用RUSLE模型评估陕西省土壤侵蚀强度时空演变特征的基础上,构建纳入社会经济因素的退耕还林防治土壤侵蚀效应研究框架,基于面板数据固定效应模型,探究地理特征对退耕还林工程防治土壤侵蚀的影响.结果 表明:①2000-2015年陕西省土壤侵蚀强度显著降低,全省土壤侵蚀总量由2000年34166.42万t,下降至2015年28260.69万t,区域土壤侵蚀强度及其时空变化特征存在显著异质性,陕北地区土壤侵蚀水平最高,同时下降也最为显著.②退耕还林工程对防治土壤侵蚀有显著的正向影响,表现为投资金额每增加1万元,土壤侵蚀总量下降26.30t,且资金投入的生态效益存在显著滞后效应.③地理特征在退耕还林工程防治土壤侵蚀效应中存在显著调节作用,相较关中和陕南地区,陕北地区退耕还林工程防治土壤侵蚀效应更为显著.坡度和降雨对工程的防治土壤侵蚀效应存在显著负向调节作用,而日照时间则表现出正向调节作用.决策者应充分考虑自然地理因素和社会经济因素对生态系统服务的复合作用机理以实现生态修复政策的可持续性.

20世纪80年代至今近40年间,青藏高原自然与人工生态系统发生了广泛而深刻的变化,作为我国重要的生态屏障,亟需对其生态系统格局演变过程及其驱动因素进行系统定量的解析.本研究利用1980年至2018年间8期遥感解译土地利用与覆被数据,将青藏高原9类主要生态系统类型,森林、灌丛、草地、农田、城镇、水体与湿地、冰川、裸地、荒漠,依其主要构成组分,划分为以植被为主体的自然生态系统(森林、灌丛、草地)、以无机环境为主体的自然生态系统(水体与湿地、冰川、裸地、荒漠),以及人工生态系统(农田、城镇)共三大类.统计分析表明1980至2018年的近40年来,青藏高原以植被为主的自然生态系统面积约占61.9％,其中草地生态系统变化率较大,局部年际变化逾30％/10a,草地灌丛面积扩张明显,最高可达约7％/10a.此外,青藏高原喜马拉雅山脉附近的冰川消减较快,下降速率约达25％/10a.青藏高原东缘向西城镇扩张明显,城镇面积占比增加约40％.研究还对气温和降水计算其变化速率,量化驱动生态系统演变的外部气候环境的时空动态特征,结合地理环境变量、人类活动强度、土壤侵蚀度、生物丰度等综合的驱动因素指标,建立多层级结构方程模型.研究发现,以植被为主的自然生态系统变化速率与气温、降水的变化速率呈现显著负相关,以无机环境要素为主的自然生态系统与气候因子的变化速率呈现显著正相关,人工生态系统则与外部环境因素耦合关系不强,结果表明青藏高原森林、灌丛、草地一类自然植被生态系统与环境变化之间呈现负反馈的保守性耦合关系,相比较水体与湿地、冰川、裸地和荒漠生态系统来讲,具有更强的韧性,因此保护区域自然植被将有利于维护青藏高原整体的生态屏障功能.