申 陸, 田美榮, 高吉喜

(1.環(huán)境保護(hù)部 南京環(huán)境科學(xué)研究所, 南京 210042; 2.河北師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 石家莊 050016)

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基于RWEQ模型的渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)土壤風(fēng)蝕與主要影響因子分析

申 陸1,2, 田美榮1, 高吉喜1

(1.環(huán)境保護(hù)部 南京環(huán)境科學(xué)研究所, 南京 210042; 2.河北師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 石家莊 050016)

渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)地處生態(tài)環(huán)境脆弱的東亞夏季風(fēng)北緣，是我國(guó)北方生態(tài)屏障的重要組成部分，土壤風(fēng)蝕是該地區(qū)面臨的主要生態(tài)環(huán)境問題，決定了整個(gè)區(qū)域的生態(tài)安全程度。為更好地闡明渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)地區(qū)土壤侵蝕情況，利用RWEQ(Revised Wind Erosion Equation)模型定量分析了近10年來(lái)渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度時(shí)空變化特征，并通過地理信息再編碼疊加分析技術(shù)剖析了強(qiáng)烈土壤風(fēng)蝕區(qū)的主要影響因素。結(jié)果顯示，研究期間研究區(qū)土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度特征空間分布變化變較大，受到植被覆蓋度、氣候條件、土壤特性、地形等因素共同影響，強(qiáng)烈侵蝕區(qū)域向西北地區(qū)移動(dòng)，土壤侵蝕程度向惡劣化發(fā)展。

修正風(fēng)蝕方程模型; 土壤風(fēng)蝕; 時(shí)空變化; 因素分析

渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)地處生態(tài)環(huán)境脆弱的東亞夏季風(fēng)北緣[1],是我國(guó)重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)之一[2],是北方生態(tài)屏障的重要組成部分[3],是“京津冀”風(fēng)沙源治理工程的重點(diǎn)區(qū)域,由于其地處北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶[4],氣候條件惡劣,生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱[5],國(guó)家投入大量的人力、物力、財(cái)力對(duì)其進(jìn)行沙漠化防治。我國(guó)學(xué)者對(duì)該研究區(qū)也進(jìn)行了諸多調(diào)查研究,例如:王牧蘭等[6]利用GIS方法對(duì)渾善達(dá)克沙地景觀格局變化進(jìn)行了研究,康相武等[7]以及敖艷紅等[8]通過對(duì)遙感影像的解譯分析了20世紀(jì)末和21世紀(jì)初渾善達(dá)克沙地土地沙漠化時(shí)空演變規(guī)律,李春蘭等[9]通過高程數(shù)據(jù)對(duì)渾善達(dá)克沙地典型區(qū)正鑲白旗的荒漠化特征進(jìn)行了分析,孟慶華[10]利用生態(tài)足跡分析方法,對(duì)渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)的5個(gè)旗(縣)的生態(tài)效率進(jìn)行了計(jì)算與分析。諸多的土壤風(fēng)蝕分析發(fā)現(xiàn),有效的土壤侵蝕時(shí)空變化分析和主要影響因素分析是區(qū)域防風(fēng)治沙的前提,可以指引生態(tài)治理工程針對(duì)性的投入。

土壤風(fēng)蝕模型是土壤侵蝕分析的重要技術(shù)手段,英國(guó)科學(xué)家R.A.Bagnold提出的輸沙率方程[11]是最早的風(fēng)蝕模型。隨著地理信息系統(tǒng)、遙感與模型模擬等技術(shù)的發(fā)展與綜合應(yīng)用,基于統(tǒng)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)的風(fēng)蝕模型研究也隨之發(fā)展[12],相繼提出了通用風(fēng)蝕方程WEQ[13]、基于風(fēng)速廓線發(fā)育的德克薩斯侵蝕分析模型TEAM[14]、原蘇聯(lián)涉及人類活動(dòng)因素的Bocharov模型[15]、修正風(fēng)蝕方程模型RWEQ[16-17]以及以過程為基礎(chǔ)的風(fēng)蝕預(yù)報(bào)系統(tǒng)WEPS[18]等主要風(fēng)蝕模型。

眾多模型中,RWEQ模型充分考慮氣侯條件因素、植被覆蓋狀況、土壤可蝕性因素、土壤結(jié)皮因素、地表粗糙度等因素,具有因子覆蓋全面,構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)易于獲取等優(yōu)勢(shì)。經(jīng)驗(yàn)證,通過參數(shù)的修正和公式調(diào)整可以應(yīng)用到我國(guó)北方草地風(fēng)蝕評(píng)估中,張國(guó)平等[19]應(yīng)用RWEQ模型計(jì)算了全國(guó)風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度指數(shù),進(jìn)而分析了風(fēng)蝕景觀變化;殷海軍[20]基于樣地試驗(yàn)對(duì)RWEQ進(jìn)行了修正;鞏國(guó)麗等[21]應(yīng)用RWEQ模型分析了錫林郭勒盟防風(fēng)固沙服務(wù)功能的時(shí)空變化趨勢(shì);江凌等[22]應(yīng)用RWEQ模型對(duì)青海省年均風(fēng)蝕模數(shù)進(jìn)行了估算,并結(jié)合張登山等[23]在青海共和盆地以137Cs推算法計(jì)算的風(fēng)蝕成果進(jìn)行了對(duì)比,具有較高的擬合性,表明RWEQ模型在我國(guó)區(qū)域運(yùn)用上具有一定可行性。

本文應(yīng)用修正風(fēng)蝕方程模型(RWEQ模型),估算2000年和2010年渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度變化特征,并通過地理信息再編碼技術(shù)分析了該地區(qū)強(qiáng)烈土壤風(fēng)蝕區(qū)的主要影響因素。為實(shí)現(xiàn)生態(tài)治理提供針對(duì)性方案,提高生態(tài)修復(fù)效率,也為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)恢復(fù)與持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)位于內(nèi)蒙古高原東部,陰山北麓,東西長(zhǎng)約600 km,南北寬約530 km,地勢(shì)東南高西北低,東北部多河流,總面積約為16.8萬(wàn)km2?？缭轿覈?guó)河北省與內(nèi)蒙古自治區(qū),行政區(qū)包括內(nèi)蒙古8旗1縣(克什克騰旗、阿巴嘎旗、蘇尼特左旗、蘇尼特右旗、太仆寺旗、鑲黃旗、正鑲白旗、正藍(lán)旗、多倫縣)與河北省6縣(豐寧滿族自治縣、圍場(chǎng)滿族蒙古族自治縣、張北縣、康?？h、沽源縣、尚義縣)。渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)地處生態(tài)環(huán)境脆弱的東亞夏季風(fēng)北緣,屬于中緯度半干旱、干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū),功能區(qū)由東南邊緣的半濕潤(rùn)地區(qū)經(jīng)半干旱地區(qū)進(jìn)入西部的干旱氣候區(qū)。熱量和蒸發(fā)量由西北向東南遞減。冬季漫長(zhǎng)寒冷,夏季短促溫?zé)嵘儆?降水主要集中在7、8、9月份,約占全年降雨量的80%～90%,降水季節(jié)分配不均,年變化率大。主要災(zāi)害性天氣有干旱、冰雹、寒流、大風(fēng)及沙塵暴[24]。沙漠化是渾善達(dá)克沙地面臨的主要環(huán)境問題[25]。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

在充分考慮氣侯條件、植被覆蓋狀況、土壤可蝕性、土壤結(jié)皮、地表粗糙度等要素情況下,RWEQ模型采用下列公式評(píng)估土壤風(fēng)蝕量:潛在風(fēng)蝕量:

S=150.71×(WF×EF×SCF×K′×C)-0.3711

Qmax=109.8×[WF×EF×SCF×K′×C]

式中:SL表示計(jì)算風(fēng)蝕量(kg/m2);S表示潛在區(qū)域侵蝕系數(shù);Qmax表示潛在風(fēng)蝕最大轉(zhuǎn)移量(kg/m);C表示植被覆蓋度。

(1) WF:氣象因子;

WE=u2×(u2-u1)2×Nd

式中:WF表示氣象因子;WE表示風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度因子;ρ表示空氣密度(kg/m3);g表示重力加速度(m/s2);SW表示土壤濕度因子;SD表示雪蓋因子(無(wú)積雪覆蓋天數(shù)/研究總天數(shù)),定義雪蓋深度小于25.4 mm為無(wú)積雪覆蓋[26];u2表示監(jiān)測(cè)風(fēng)速(m/s);u1表示起沙風(fēng)速(m/s);Nd表示計(jì)算周期天數(shù);R表示平均降水量;I表示灌溉量(本文取0)。對(duì)原修正風(fēng)蝕方程模型(RWEQ模型)進(jìn)行了修正,起沙風(fēng)速數(shù)據(jù)參考已有學(xué)者的起砂風(fēng)速數(shù)據(jù)代替原模型假設(shè)起沙風(fēng)速(5 m/s);模型氣候風(fēng)蝕因子中潛在蒸發(fā)量的計(jì)算采用了更適合我國(guó)的北方輻射估算法(MK方法)[27-28，29]。

式中:Rs表示太陽(yáng)輻射[MJ/(m2·d)];Δ表示飽和水汽壓與氣溫曲線的斜率(kPa/℃);γ表示干濕表常數(shù);λ表示蒸發(fā)的潛熱系數(shù);P表示大氣壓(kPa);T表示平均氣溫(℃);h表示海拔高度(m)。

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http:∥cdc.cma.gov.cn)提供的2000年、2010年國(guó)家臺(tái)站數(shù)據(jù)。月平均風(fēng)速、月平均降水、月平均溫度、月平均日照時(shí)數(shù)通過計(jì)算獲得,并應(yīng)用地理分析軟件ArcGIS進(jìn)行NaturalNeighbor插值方法進(jìn)行插值。雪蓋因子利用中國(guó)西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥westdc.westgis.ac.cn)提供的中國(guó)雪深長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)集[30-31]進(jìn)行計(jì)算,該數(shù)據(jù)集提供了1978—2010年的積雪厚度分布數(shù)據(jù),時(shí)間分辨率為日,空間分辨率為25km。起沙風(fēng)速數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)[32-33,34,35]數(shù)據(jù)。

(2)EF:土壤可蝕性因子;

式中:EF表示土壤可蝕因子;sa表示土壤粗砂含量;si表示土壤粉砂含量;cl表示土壤黏粒含量;OM表示有機(jī)質(zhì)含量;CC表示土壤中碳酸鈣含量。

(3) SCF:土壤結(jié)皮因子;

式中:SCF表示土壤結(jié)皮因子;cl表示土壤黏粒含量;OM表示有機(jī)質(zhì)含量。

土壤顆粒含量和有機(jī)質(zhì)含量數(shù)據(jù)土壤數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥westdc.westgis.ac.cn)提供的1∶100萬(wàn)土壤圖以及所附的土壤屬性表[36]。

(4)K′:地表粗糙度因子;

K′=cosα

式中:α表示地形坡度,根據(jù)中國(guó)10 km地形圖利用ArcGIS軟件Slope工具實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤風(fēng)蝕主要影響因子分析

3.1.1 植被蓋度變化分析 植被覆蓋是抑制土壤風(fēng)蝕和起沙的重要因素之一,是影響土壤風(fēng)蝕的最敏感的自然因素之一。植被覆蓋可通過多種途徑對(duì)地表土壤形成保護(hù)以減少風(fēng)蝕輸沙量,與此同時(shí)植被覆蓋程度還影響著土壤結(jié)皮的理化特性[37],一些學(xué)者認(rèn)為風(fēng)蝕率隨植被蓋度的減少呈指數(shù)增加[38],所以植被覆蓋度是決定區(qū)域發(fā)生風(fēng)蝕危害程度的主要決定因素之一。在一定程度上說(shuō),干旱半干旱地區(qū)的生態(tài)環(huán)境問題可看成地表覆蓋模式的變化問題。本文通過分析渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)2000年、2010年的年均植被覆蓋度數(shù)據(jù)以及變化率數(shù)據(jù),分析植被蓋對(duì)功能區(qū)土壤風(fēng)蝕特征的影響。

由表1數(shù)據(jù)分析可知,渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋率普遍較低,年均植被覆蓋度小于30%的范圍占到防風(fēng)固沙功能區(qū)的85%以上(2000年89.83%,2010年86.84%),且功能區(qū)年均植被覆蓋率有向0.1～0.2區(qū)間發(fā)展趨勢(shì)。雖然研究期間植被覆蓋率大于30%的面積在增加,但其面積占功能區(qū)面積比重太小。

表1 年均植被覆蓋度分級(jí)與變化率

對(duì)功能區(qū)植被覆蓋度分布作圖(圖1)分析,可以看出渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋度由東南向西北逐漸降低,具有較明顯的分級(jí)遞減特征,中部與西北地區(qū)植被覆蓋度嚴(yán)重偏低,年均植被覆蓋度小于20%,土壤風(fēng)蝕情況較為嚴(yán)重。從行政區(qū)上看,植被覆蓋度較低的地區(qū)主要分布在蘇尼特右旗和蘇尼特左旗。中部地區(qū)受到渾善達(dá)克沙地的影響,植被蓋度普遍偏低并延伸到東北部地區(qū)。東南部地區(qū)植被蓋度情況較好,從行政區(qū)域看主要集中在豐寧滿族自治縣和圍場(chǎng)滿族蒙古族自治縣。且從圖中研究期間年均植被覆蓋度對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),功能區(qū)植被蓋度空間變化較小,北部邊緣(即阿巴嘎旗北部)植被覆蓋度有所提升。

3.1.2 氣候因子分析 RWEQ模型分析中可見,氣候因子是影響土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度的主要因素之一。渾善達(dá)克沙地防風(fēng)固沙功能區(qū)地處中緯度屬半干旱、干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū),氣候條件較為惡劣,生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱。渾善達(dá)克沙漠化過程是以氣候?yàn)橹鲗?dǎo)的自然過程[39]。風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度從物理動(dòng)力學(xué)角度影響風(fēng)沙的起降,風(fēng)和沙塵暴是沙漠化的動(dòng)力[40];同時(shí)降水、輻射量、蒸發(fā)量等因素直接影響著土壤濕度,土壤濕度影響土壤顆粒間的粘著性,也對(duì)沙塵的起降具有影響。

根據(jù)RWEQ模型的氣候因子分析繪制功能區(qū)氣候風(fēng)蝕因子特征圖(圖2)。由圖可見,氣候影響因素強(qiáng)度年際空間分布變化較大。總體來(lái)看功能區(qū)西南部(蘇尼特右旗、蘇尼特左旗南部)和東部邊緣(克什克騰旗東部、圍場(chǎng)滿族蒙古族自治縣東部)受到氣候風(fēng)蝕因子影響較為強(qiáng)烈。

圖1 研究區(qū)2000年、2010年年均植被覆蓋分布

圖2 研究區(qū)2000年、2010年氣候風(fēng)蝕因子分布特征

3.1.3 土壤特性分析 影響土壤風(fēng)蝕的土壤特性包括土壤的可蝕性和土壤結(jié)皮性,土壤可蝕性是表征土壤性質(zhì)對(duì)侵蝕敏感程度的指標(biāo),是進(jìn)行土壤侵蝕和水土流失定量評(píng)價(jià)的重要依據(jù)[41];土壤結(jié)皮性受到土壤含水性、溫度、水分條件、生物影響、氣候干擾等因素影響[42]。依據(jù)RWEQ模型,結(jié)合土壤可蝕性和土壤結(jié)皮性因子,繪制渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)土壤特性分布圖(圖3),由圖分布可見,功能區(qū)中部和西北部土壤特性較為脆弱較強(qiáng),容易受到風(fēng)沙侵蝕。功能區(qū)中部地區(qū)特別是渾善達(dá)克沙地地區(qū)土壤可侵蝕性較強(qiáng),嚴(yán)重影響中部地區(qū)的土壤風(fēng)蝕程度。

圖3 研究區(qū)土壤特性分布

3.1.4 地表粗糙度因子 坡度對(duì)風(fēng)力侵蝕的因素比較復(fù)雜,在考慮相同土壤組成的前提下,地表起伏較大的地區(qū)坡度較大,一定程度上使得土壤粗糙度增大,而土壤可蝕性隨著土壤粗糙度的增大而降低[43,44],加上山體本身的垂直地帶性特征,使高大且陡峭地區(qū)的風(fēng)力侵蝕程度整體變?nèi)鮗45]。

全國(guó)高程數(shù)據(jù)繪制渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)地表粗糙度特征圖(圖4),由圖中可見研究區(qū)西北部平坦,東南部地表起伏較大。

圖4 研究區(qū)地表粗糙度特征分布

3.2 風(fēng)蝕強(qiáng)度變化特征分析

應(yīng)用RWEQ模型對(duì)渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)進(jìn)行土壤風(fēng)蝕總量計(jì)算,根據(jù)《國(guó)標(biāo)土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)SL190—2007》確定的風(fēng)蝕區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)功能區(qū)內(nèi)土壤侵蝕情況做等級(jí)強(qiáng)度的劃分。獲得渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)土壤風(fēng)蝕分級(jí)圖及變化率數(shù)據(jù)(表2)和功能區(qū)土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度分布圖(圖5)。

由表2數(shù)據(jù)分析,渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)主要以輕度、中度、強(qiáng)烈風(fēng)蝕為主的區(qū)域占功能區(qū)總面積99%以上。研究期間微度侵蝕和輕度侵蝕面積均減少,其中輕度侵蝕區(qū)面積減少了約42.94%;微度和輕度侵蝕區(qū)向中度和強(qiáng)烈侵蝕程度轉(zhuǎn)化,其中強(qiáng)烈侵蝕區(qū)增加了26.083%,受強(qiáng)烈土壤侵蝕面積顯著增加,土壤侵蝕向惡劣化程度發(fā)展,制作功能區(qū)土壤風(fēng)蝕分布圖(圖5)。

表2 研究區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)與變化率

由功能區(qū)土壤風(fēng)蝕分布圖,可以發(fā)現(xiàn)功能區(qū)中部以及西部大面積輕度侵蝕區(qū)被中度侵蝕程度所替代。2000年輕度侵蝕范圍主要集中在功能區(qū)西北地區(qū)中部(蘇尼特左旗中部)和東北部(克什克騰旗北部和圍場(chǎng)滿族自治區(qū)中部);到2010年輕度侵蝕范圍僅集中在防風(fēng)固沙功能區(qū)東北部(克什克騰旗北部和圍場(chǎng)滿族自治區(qū))。

強(qiáng)烈侵蝕范圍增大,并有向功能區(qū)西北方向移動(dòng)擴(kuò)展的趨勢(shì),2000年強(qiáng)烈侵蝕范圍主要集中在渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)南部地區(qū)(蘇尼特右旗、鑲黃旗、康?？h、尚義縣、張北縣南部、太仆寺旗西部、沽源縣南部)和中部地區(qū)(多倫縣中部、正藍(lán)旗東部);2010年強(qiáng)烈侵蝕范圍向功能區(qū)西部地區(qū)中部移動(dòng),集中在功能區(qū)西部(蘇尼特右旗、蘇尼特左旗東部、阿巴嘎旗中部、鑲黃旗東北部),原強(qiáng)烈侵蝕地區(qū)向中度侵蝕程度轉(zhuǎn)變,土壤風(fēng)蝕程度有所減輕。研究期間功能區(qū)西北地區(qū)中部(蘇尼特左旗中部)惡化尤為嚴(yán)重,由輕度侵蝕程度轉(zhuǎn)化為強(qiáng)烈侵蝕程度;南部地區(qū)(尚義縣、康?？h、張北縣)和中部地區(qū)(多倫縣中部、正藍(lán)旗東部)土壤風(fēng)蝕狀況有所好轉(zhuǎn),由強(qiáng)烈侵蝕程度轉(zhuǎn)化為中度侵蝕程度。

圖5 研究區(qū)土壤風(fēng)蝕分布

3.3 強(qiáng)烈風(fēng)蝕區(qū)主要影響因子解析

根據(jù)各要素(植被蓋度、氣候風(fēng)蝕因子、土壤可蝕性、地表粗糙度、土壤風(fēng)蝕)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上,將各指標(biāo)分別劃分為四個(gè)等級(jí)(表3)并重置代碼,代碼賦值依據(jù)不同要素所處組合代碼位數(shù)不同,同一要素內(nèi)對(duì)土壤風(fēng)蝕影響程度較大的賦值較大的原則,通過空間疊加方法進(jìn)行處理。結(jié)合2000年、2010年強(qiáng)烈風(fēng)蝕區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析,再對(duì)各區(qū)域主導(dǎo)因素進(jìn)行分類,得到渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)強(qiáng)烈風(fēng)蝕區(qū)影響要素組合列表(表4)。

土壤風(fēng)蝕影響要素組合列表中,組合代碼表示不同要素所處組合代碼位數(shù)不同,同一要素內(nèi)對(duì)土壤風(fēng)蝕影響程度較大數(shù)值較大。由表中分析可見,土壤風(fēng)蝕強(qiáng)烈區(qū)各要素,不同的年份產(chǎn)生的風(fēng)蝕特征差異較大。從表4中可以看出,強(qiáng)烈風(fēng)蝕區(qū),地表粗糙度較小,植被蓋度偏低,各區(qū)域氣候條件與土壤特性差異成為土壤風(fēng)蝕的差異主要影響因素。依照表4分類,對(duì)功能區(qū)強(qiáng)烈風(fēng)蝕區(qū)進(jìn)行空間分布呈現(xiàn)(圖6)。

由圖6空間分布圖可以看到,不同的年份受到氣候和植被蓋度等因素變化的影響,主要影響因素也在不斷變化。排除植被和地表粗糙度影響因素,受到氣候影響的S1與S2區(qū)域在逐步向西北方向移動(dòng),與氣候風(fēng)蝕因子的移動(dòng)較為一致,空間分布變化較為明顯。由此可以分析出氣候因素的變化很大程度上影響著渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)的土壤風(fēng)蝕情況。劉樹林46等研究渾善達(dá)克地區(qū)年均溫度呈上升趨勢(shì),南北區(qū)域溫度差逐漸縮小,這一趨勢(shì)與全球變暖表現(xiàn)一致,西北地區(qū)氣溫一定程度升高。同時(shí)春風(fēng)等[47],張寶林等[48]利用M-K方法檢驗(yàn)表明渾善達(dá)克地區(qū)近年降水量出現(xiàn)下降趨勢(shì),整個(gè)研究區(qū)域趨于干化。陳重潘[49]認(rèn)為,氣溫升高造成蒸發(fā)量增大,降水減少導(dǎo)致的連續(xù)干旱會(huì)造成植被退化,成為全球變暖背景下沙漠化發(fā)展重要原因[50-51]。白美蘭等[52]利用多年氣象觀測(cè)資料,說(shuō)明了渾善達(dá)克沙地氣溫的升高,降水的減少,蒸發(fā)量的加大,大風(fēng)日數(shù)、沙塵暴日數(shù)和極端氣候事件的增多,對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了很大的影響。氣候的不利變化,加速了渾善達(dá)克沙地部分地區(qū)沙漠化的進(jìn)程,暖干化趨勢(shì)使該區(qū)域生態(tài)環(huán)境更加脆弱。

表3 土壤風(fēng)蝕要素再編碼對(duì)照表

表4 土壤風(fēng)蝕影響要素組合列表

圖6 強(qiáng)烈風(fēng)蝕區(qū)主導(dǎo)侵蝕因子組合分布

4 結(jié) 論

(1) 土壤風(fēng)蝕受到多因子的綜合影響,受強(qiáng)烈土壤侵蝕面積顯著增加研究期間功能區(qū)西北地區(qū)中部(蘇尼特左旗中部)惡化尤為嚴(yán)重,由輕度侵蝕程度轉(zhuǎn)化為強(qiáng)烈侵蝕程度;南部地區(qū)(尚義縣、康?？h、張北縣)和中部地區(qū)(多倫縣中部、正藍(lán)旗東部)土壤風(fēng)蝕狀況有所好轉(zhuǎn)。

功能區(qū)西部地區(qū)年均植被覆蓋度偏低,不足以保護(hù)地表土壤以減少風(fēng)蝕輸沙量。受全球氣候變化影響,研究期間功能區(qū)受到強(qiáng)烈影響的區(qū)域在向西北部偏移。受渾善達(dá)克沙漠化防治生態(tài)功能區(qū)中部的渾善達(dá)克沙地特殊土壤沙漠化特性[53]的影響,功能區(qū)中部和西北部土壤抗風(fēng)蝕性較差,容易受到風(fēng)沙侵蝕。功能區(qū)中部和西部地區(qū)較東部地區(qū)地表粗糙度較小,不利于風(fēng)沙的滯固,間接增加了輸沙量,風(fēng)蝕情況較嚴(yán)重。

(2) 加強(qiáng)生態(tài)監(jiān)測(cè),及時(shí)掌握土壤風(fēng)蝕狀態(tài),應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行草地資源的調(diào)查準(zhǔn)確區(qū)分草地類型的空間分布,定期調(diào)查獲得的周期性遙感資料了解草地牧草的長(zhǎng)勢(shì)與修復(fù)工程,控制沙化面積進(jìn)一步擴(kuò)大,遏制風(fēng)蝕現(xiàn)象發(fā)展。

(3) 遏制風(fēng)蝕面積擴(kuò)大和遷移,實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償,加大退耕還林還草還牧力度。本著政府主導(dǎo)、市場(chǎng)推進(jìn)組織原則,生態(tài)優(yōu)先、重點(diǎn)補(bǔ)償?shù)姆峙湓瓌t,因地制宜、循序漸進(jìn)的實(shí)施原則,宜用模型包括:圍欄封育、綜合配套措施等修復(fù)模式、調(diào)整“進(jìn)一退二還三”戰(zhàn)略,把“退、還”放在突出位置,重點(diǎn)治理,加大退耕還林還草還牧力度,建立“建、封、退、調(diào)、改”五結(jié)合生態(tài)修復(fù)模式[54],采用先進(jìn)的技術(shù)修復(fù)牧區(qū)草原植被覆蓋度,選擇優(yōu)良種植作物[55]、多種播種方法[56]結(jié)合、立體栽培[57]、有效節(jié)水灌溉[58]、針對(duì)性施肥等草原植被修復(fù)措施?？茖W(xué)規(guī)劃土地利用,統(tǒng)一規(guī)劃,分區(qū)域治理,種草種樹:各地堅(jiān)持統(tǒng)一規(guī)劃,因地制宜,分類指導(dǎo),分步實(shí)施;通過補(bǔ)助減少牲畜頭、改良家畜品種、種植牧草、劃區(qū)輪牧管理、舍飼半舍飼結(jié)合[59]等方式維持草—畜的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展地區(qū)畜牧業(yè)。在防治方法上工程措施、生物措施相結(jié)合。工程措施重在固定流沙,防護(hù)交通等主要公共設(shè)施方面;生物措施堅(jiān)持因地制宜,喬灌草結(jié)合,以灌草為主,灌木中以檸條為主。采用涉及覆蓋范圍廣,效率較高的飛播治沙造林,選種采用適于流沙地生長(zhǎng),吸水力強(qiáng),發(fā)芽迅速,扎根快,有較強(qiáng)的抗逆能力。飛播治沙試驗(yàn)的植物種主要有:羊柴、花棒、籽蒿、擰條、沙打旺、草木樨和紫穗槐等。適宜飛播期的選擇:五月下旬到六月中旬,選擇臨近雨季,通過增加人工降雨進(jìn)行氣候調(diào)節(jié)。

(4) 優(yōu)化升級(jí)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),結(jié)合各地區(qū)特點(diǎn)發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè),以生態(tài)學(xué)理論為指導(dǎo),發(fā)展包括生態(tài)農(nóng)業(yè)、生態(tài)工業(yè)和生態(tài)旅游業(yè)等,實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)、生活、生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會(huì)效益有機(jī)結(jié)合,激活地區(qū)新的發(fā)展生機(jī),提高人民生活水平。在草原生態(tài)監(jiān)測(cè)方面,應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行草地資源的調(diào)查準(zhǔn)確區(qū)分草地類型的空間分布,定期調(diào)查獲得的周期性遙感資料了解草地牧草的長(zhǎng)勢(shì)與修復(fù)工程,控制沙化面積進(jìn)一步擴(kuò)大,遏制風(fēng)蝕現(xiàn)象惡劣化發(fā)展。

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Analysis on Wind Erosion and Main Factors in Desertification Control Ecologincal Function Area of Hunshandake Using the Revised Wind Erosio Equation Model

SHEN Lu1,2, TIAN Meirong1, GAO Jixi1

(1.NanjingInstituteofEnvironmentalScience,MinistryofEnvironmentalProtection,Nanjing210042,China; 2.HebeiNormalUniversity,Shijiazhuang050016,China)

Desertification control ecologincal function area of Hunshandake is fragile and an important part of ecological barrier in north China， which is located in the northern margin of the east Asian summer monsoon region. Wind erosion is one of the major ecological environmental problems faced by the Hunshandake region, and determines the degree of regional ecological security. In order to better clarify the situation of soil erosion in the region, we quantitatively analyzed spatial and temporal variation characteristics of soil erosion intensity in the past decade in desertification control ecologincal function area of Hunshandake region by RWEQ (Revised Wind Erosion Equation) model and analyzed the main influence factors of strong wind erosion area by the recoding superposition analysis technology of geographic information. The results show that the different of spatial distribution of wind erosion intensity in desertification control ecologincal function area of Hunshandake during the study period is obvious, indicating that the strong erosion area moves northwest and the soil erosion degree becomes more serious, all of these are jointly influenced by various factors such as vegetation coverage, climate condition, soil characteristics and terrain.

RWEQ model; soil erosion; dynamic change; factor analysis

2015-11-07

2016-01-08

國(guó)家環(huán)境保護(hù)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201409055);中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)資助

申陸(1989—),男,河北省邯鄲市人,碩士研究生,生態(tài)演變、環(huán)境影響評(píng)估與規(guī)劃研究方向。E-mail：mist_mail@foxmail.com

田美榮(1981—)，女，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，副研究員，博士，主要從事區(qū)域生態(tài)與愀復(fù)等方面的研究工作。E-mail：tianmeirong007@163.com

K903

A

1005-3409(2016)06-0090-08