郭 茵， 雷加強,3， 范敬龍,3， 王海峰,4， 呂振濤

（1.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所國家荒漠-綠洲生態(tài)建設(shè)工程技術(shù)研究中心，新疆 烏魯木齊 830011；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所塔克拉瑪干沙漠研究站，新疆 庫爾勒 841000；4.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所莫索灣沙漠研究站，新疆 石河子 832000）

土壤風(fēng)蝕是土地退化最主要的原因之一。世界上約三分之一的土地受到風(fēng)蝕的影響，其中嚴重風(fēng)蝕土地占比達50%以上［1-3］。土壤風(fēng)蝕會對陸地生態(tài)系統(tǒng)以及人類社會發(fā)展產(chǎn)生諸多不利影響［4］，如顯著降低土壤肥力和植物生產(chǎn)力［5］，導(dǎo)致空氣質(zhì)量降低等［6］。此外，地表風(fēng)蝕形成的細粒物質(zhì)是大氣氣溶膠的主要來源［7］，為沙塵暴提供了物源。只要有發(fā)生風(fēng)蝕的條件，就可能產(chǎn)生較大規(guī)模的風(fēng)沙災(zāi)害［8］，如2021年3月14日蒙古國發(fā)生的特大沙塵暴事件就危及到東亞廣大地區(qū)。

土壤風(fēng)蝕的定量評估方法包括野外風(fēng)蝕直接測量［9］、風(fēng)洞模擬實驗［10］、基于同位素示蹤法的風(fēng)蝕速率計算等［11］。利用風(fēng)蝕監(jiān)測設(shè)備或風(fēng)洞模擬實驗具有一定的局限性［12］，難以對較大空間范圍進行風(fēng)蝕評估。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，越來越多的學(xué)者利用地理信息系統(tǒng)進行風(fēng)蝕建模，發(fā)展出WEQ、RWEQ、WEPS、SWEEP 等眾多模型，其中以RWEQ模型應(yīng)用最為廣泛。RWEQ 模型以WEQ 模型為基礎(chǔ)，融合了自然過程和實際經(jīng)驗，能夠?qū)⒁巴鈹?shù)據(jù)與計算機模型相結(jié)合，來描述物理的風(fēng)蝕過程［13］，在實際中得到了廣泛的應(yīng)用。RWEQ 模型起初是美國農(nóng)業(yè)部（USDA）為估算耕地土壤流失而開發(fā)的一種基于經(jīng)驗的模型［14］，之后經(jīng)過數(shù)次改進和驗證，在其他各地得到了廣泛的應(yīng)用。Zhang 等［15］使用RWEQ模型，對中國內(nèi)蒙古地區(qū)1990—2015年的土壤風(fēng)蝕進行了模擬，評估了氣候變化對風(fēng)蝕的影響；Lin 等［12］利用RWEQ 模型估算了1982—2015 年中國河西地區(qū)的潛在風(fēng)蝕率，Chi 等［16］利用RWEQ模型評估了中國土壤風(fēng)蝕的時空格局，Li等［17］利用RWEQ 模型模擬了1986—2099 年中亞土壤風(fēng)蝕的時空動態(tài)。蒙古國是東亞地區(qū)沙塵暴事件發(fā)生頻率最高的地區(qū)［18］，是東亞地區(qū)沙塵暴災(zāi)害的主要起源地［19］。前人使用基于專家的方法評估了蒙古國的風(fēng)蝕速率和程度，結(jié)果表明蒙古國大約30%的領(lǐng)土受到風(fēng)蝕的影響，其中戈壁沙漠被認為是受風(fēng)蝕影響最嚴重的區(qū)域［20］。Natsagdorj 等［21］利用氣象觀測和激光雷達，發(fā)現(xiàn)蒙古國各地的風(fēng)蝕總體上有所增加。師華定等［22］利用地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)，通過模糊c 均值聚類（FCM）方法對植被覆蓋率、地形起伏度、土壤干燥度和風(fēng)場強度4 個主要蒙古高原風(fēng)蝕環(huán)境因子數(shù)據(jù)進行模糊聚類，結(jié)合專家知識，將環(huán)境組合與特定的風(fēng)蝕危險度相對應(yīng)，得到風(fēng)蝕危險度圖，以此對蒙古高原土壤風(fēng)蝕危險度進行評價研究，并分析了蒙古高原土壤風(fēng)蝕危險度的空間格局特征。FCM方法可有效地獲取風(fēng)蝕-環(huán)境關(guān)系知識，為預(yù)測性風(fēng)蝕危險度制圖提供依據(jù)，此研究并沒有對蒙古高原土壤風(fēng)蝕危險度進行定量評價。Mandakh 等［23］在ArcGIS 環(huán)境中使用風(fēng)蝕方程模型（WEQ）評估了蒙古國各地的風(fēng)蝕情況，盡管此研究對蒙古國的風(fēng)蝕進行了定量分析，但是缺乏對蒙古國長時間序列的風(fēng)蝕趨勢的分析。目前，關(guān)于蒙古國的風(fēng)蝕研究較為有限，亟待開展蒙古國長期風(fēng)蝕狀況定量描述和評估研究。本文使用RWEQ 模型，計算蒙古國全域的風(fēng)蝕模數(shù)，揭示風(fēng)蝕的時空變化規(guī)律和趨勢，分析識別主要影響因素，有助于深入了解蒙古國土壤風(fēng)蝕整體特征，為重點地區(qū)風(fēng)沙災(zāi)害和荒漠化防治工作提供重要參考。

1 研究區(qū)概況

蒙古國位于亞洲東中部（41°32′～52°15′N，87°44′～119°56′E），面積156.65×104km2［24］，是世界第二大內(nèi)陸國家。蒙古國平均海拔約1580 m，最高點（西部的khuiten 峰）海拔4653 m，最低點（東部的Khookh Nuur 湖洼地）海拔518 m，首都烏蘭巴托市海拔約1310 m。蒙古國遠離海洋，具有顯著的大陸性氣候特征，四季分明，年均溫和日均溫變化較大；年平均降水量約120～250 mm，降水量從北到南、從東到西遞減，降水多集中在7—8月［25］。根據(jù)蒙古國家氣象和環(huán)境監(jiān)測局（https://eic.mn/）提供的蒙古國自然地帶分布數(shù)據(jù)顯示，南部為沙漠和荒漠草原地區(qū)，東南部是戈壁沙漠區(qū)；典型草原主要分布在蒙古國中部東西延伸；森林集中分布在蒙古國北部山區(qū)（圖1）。其中，荒漠草原、半荒漠和沙漠地區(qū)約占41.3%，這些地區(qū)大風(fēng)頻發(fā)，土壤風(fēng)蝕發(fā)生強烈，生態(tài)環(huán)境脆弱，年平均風(fēng)速為4～6 m·s-1［23］。蒙古國南部的荒漠地區(qū)由于土壤疏松，更易被風(fēng)蝕并形成沙塵暴［23,26］，年沙塵暴日數(shù)可達30～120 d；蒙古國是一個沙漠化嚴重的國家，沙漠化的加劇直接增加了風(fēng)蝕和沙塵排放源，威脅到東亞其他國家的空氣質(zhì)量［27］。

圖1 研究區(qū)概況示意圖Fig.1 Geographical distribution map of Mongolia

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

2.1.1 風(fēng)蝕模型 RWEQ模型充分考慮了包括氣候條件、土壤特性、表面粗糙度、植被覆蓋和其他環(huán)境要素，主要基于式（1）～（3）來估算風(fēng)蝕量。

式中：SWEQ表示風(fēng)蝕模數(shù)（t·hm-2·a-1）；Qmax表示最大輸沙能力(kg·m-1)；s表示關(guān)鍵地塊長度(m)；x是模擬區(qū)域不可侵蝕邊界到下風(fēng)口的距離(m)；WF表示氣候因子(kg·m-1)；EF表示土壤可蝕性因子（無量綱）；SCF表示土壤結(jié)皮因子（無量綱）；K′表示土壤粗糙度影響因子（無量綱）；COG表示植被影響因子。具體計算過程如下式所示：

式中：Wf表示風(fēng)影響因子(kg·m-1·s-1)；ρ表示空氣密度(kg·m-3)；g表示重力加速度(m·s-2)；SW表示土壤濕度因子；SD表示積雪覆蓋影響因子；W表示風(fēng)力值（m3·s-3）；U2指2 m 高的風(fēng)速（m·s-1）；Ut指風(fēng)速閾值，一般取5 m·s-1；Nd是風(fēng)速測量的時間間隔（d）；N代表風(fēng)速觀測頻率（d）；EL表示從數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)獲得的高程（km）；T表示絕對溫度（K）；SD由積雪覆蓋度計算獲得；P表示測定時段內(nèi)積雪覆蓋深度大于25.4 mm的發(fā)生概率。

土壤可蝕性因子EF計算過程如下式所示：

式中：Sa為土壤砂粒含量(%)；Si為土壤粉粒含量(%)；Cl是黏土含量（%）；Sa/Cl為土壤砂粒與黏土之比；OM為土壤有機質(zhì)含量(%)；CaCO3為碳酸鈣含量（%）。

土壤結(jié)皮影響因子SCF計算過程如下式所示：

土壤質(zhì)地和有機質(zhì)含量的年際變化非常緩慢，可將土壤可蝕性因子和結(jié)皮因子視為常量值，假設(shè)土壤可蝕性因子和結(jié)皮因子不隨時間改變。

地表粗糙度影響因子K′，根據(jù)Xu 等［28］的研究結(jié)果，計算如下式所示：

式中：α表示地形坡度，可從DEM數(shù)據(jù)中提取。

植被影響因子COG表示一定植被覆蓋條件下對土壤風(fēng)蝕的抑制程度，采用最大合成法（MVC）得到半月NDVI 數(shù)據(jù)，并用像元二分法求得2001—2020年的半月植被覆蓋度，計算過程如下式所示：

式中：FVC 為植被覆蓋率(%)；NDVIsoil為裸土像素的NDVI值；NDVIveg為植被的NDVI值。

2.1.2 變化趨勢分析方法 利用Sen’s趨勢分析法，計算了2001—2020 年蒙古國土壤風(fēng)蝕以及氣象因子（風(fēng)速、氣溫、降水）的變化趨勢。該方法是非參數(shù)檢驗，只需要保證樣本的獨立性，不需要擬合正態(tài)分布［29］，方法如下式所示：式中：xi和xj是第i年和第j年的風(fēng)蝕模數(shù)值或風(fēng)速、氣溫、降水的數(shù)值；n是研究期的總年數(shù)。Slope表示時間序列數(shù)據(jù)的變化率，正值表示風(fēng)蝕或氣象因子（風(fēng)速、氣溫、降水）隨時間變化總體呈增加趨勢，負值表示總體呈減少趨勢。

2.2 數(shù)據(jù)來源

（1）氣象數(shù)據(jù)

氣象數(shù)據(jù)包括風(fēng)速、氣溫、降水、積雪深度、土壤水分，均來自全球陸地數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)GLDAS2.1產(chǎn)品［30］。GLDAS數(shù)據(jù)是美國航空航天局（NASA）戈達德空間飛行中心（GSFC）和美國海洋和大氣局（NOAA）國家環(huán)境預(yù)報中心（NCEP）聯(lián)合發(fā)布的基于衛(wèi)星、陸面模式和地面觀測數(shù)據(jù)的同化產(chǎn)品，它能夠提供多種驅(qū)動數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來源于大氣同化產(chǎn)品、再分析和實際觀測。GLDAS2.1產(chǎn)品時間分辨率為3 h，空間分辨率為0.25°，與地面氣象觀測站實測數(shù)據(jù)具有較高的一致性［30］。

（2）土壤數(shù)據(jù)

土壤數(shù)據(jù)包括土壤有機質(zhì)含量、黏粒含量、粉粒含量、沙粒含量、CaCO3含量，其中土壤有機質(zhì)含量、黏粒含量、粉粒含量、沙粒含量來源于Open Land Map(OLM)數(shù)據(jù)集，CaCO3含量來源于世界土壤數(shù)據(jù)庫（HWSD）。

（3）植被數(shù)據(jù)

選用由美國航空航天局（NASA）發(fā)布的NDVI中分辨率成像光譜儀獲得的陸地2級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品MOD13Q1，時間分辨率為16 d，空間分辨率為250 m，可用于計算植被覆蓋度。

（4）地形數(shù)據(jù)

選擇由美國航空航天局（NASA）和美國測繪局（NIMA）聯(lián)合測量的數(shù)字高程模型（SRTM）版本4，空間分辨率為90 m。這是目前質(zhì)量最高的SRTM數(shù)據(jù)集，水平標準誤差為1 m，垂直標準誤差為0 m，可用于計算坡度和地表粗糙度。

（5）其他數(shù)據(jù)

牲畜數(shù)量數(shù)據(jù)來自于蒙古國國家統(tǒng)計局（www.1212.mn）。土地利用數(shù)據(jù)使用的是由中國國家基礎(chǔ)地理信息中心（NGCC）提供的GlobeLand30產(chǎn)品［31］，數(shù)據(jù)集使用了包括20000 多張美國陸地資源衛(wèi)星（Landsat）和中國環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星（HJ-1）的多光譜影像，具有較高的空間分辨率和數(shù)據(jù)精度［32］。

將以上所有柵格數(shù)據(jù)的空間分辨率重新采樣至500 m，時間分辨率為16 d，全年有23 個時間段。對計算結(jié)果進行匯總，得到每年的風(fēng)蝕總量。

3 結(jié)果與分析

3.1 風(fēng)蝕模數(shù)的空間變化特征

從蒙古國土壤風(fēng)蝕模數(shù)空間分布來看（圖2），土壤風(fēng)蝕變化空間差異較大，風(fēng)蝕模數(shù)的最大值與最小值的差值在0～60 t·hm-2·a-1之間。整體上，土壤風(fēng)蝕模數(shù)呈現(xiàn)北部低、南部高的空間分布模式，由于南部的戈壁沙漠區(qū)土壤質(zhì)地較粗，物源豐富，且可蝕性較高，加之降水少，地表植被稀疏，因此該區(qū)成為蒙古國土壤風(fēng)蝕最為嚴重的地區(qū)。

圖2 2001—2020年蒙古國土壤風(fēng)蝕模數(shù)空間分布特征Fig.2 Spatial distribution characteristics map of wind erosion in Mongolia from 2001 to 2020

由圖3、圖4可知，對風(fēng)蝕模數(shù)進行多年平均，從年內(nèi)空間分布可以看出，風(fēng)蝕整體上春季（3—5月）最強，約占全年風(fēng)蝕模數(shù)的45%；其次為秋季（9—11月），約占全年風(fēng)蝕模數(shù)的33%；再次為夏季（6—8月），約占全年風(fēng)蝕模數(shù)的12%；冬季（12月—次年2月）最弱，約占全年風(fēng)蝕模數(shù)的10%。蒙古高原春季降水稀少，土壤干燥，植物尚未進入快速生長期，植被覆蓋度低，因此春季風(fēng)蝕非常強烈。冬季土壤表層凍結(jié)，且多有積雪覆蓋，因此風(fēng)蝕最弱。夏季和秋季植被條件均較好，但夏季降水集中，土壤濕度明顯大于秋季，因此夏季風(fēng)蝕強度小于秋季。氣象觀測表明，蒙古國的沙塵事件主要發(fā)生在春季［18］，與本文風(fēng)蝕主要發(fā)生在春季的結(jié)論一致。

圖3 2001—2020年蒙古國季節(jié)平均土壤風(fēng)蝕模數(shù)空間分布Fig.3 Spatial distribution map of seasonal average soil wind erosion in Mongolia from 2001 to 2020

圖4 2001—2020年蒙古國季節(jié)平均土壤風(fēng)蝕模數(shù)變化Fig.4 Variation of seasonal average soil wind erosion modulus in Mongolia from 2001 to 2020

3.2 風(fēng)蝕模數(shù)的時間變化特征

由圖5 可知，在2001—2020 年間，蒙古國土壤風(fēng)蝕模數(shù)總體呈顯著上升趨勢（R2=0.2258，P＜0.05），其中2018年最強（4.4463 t·hm-2·a-1），2008年最弱（1.369 t·hm-2·a-1）。從時間序列的變化特征來看，2005—2009 年的風(fēng)蝕區(qū)域明顯小于其他年份，而2009 年后風(fēng)蝕范圍明顯增大。根據(jù)風(fēng)蝕模數(shù)的年際變化，2001—2020 年期間風(fēng)蝕變化分為2 個明顯的階段，2001—2008 年為風(fēng)蝕模數(shù)下降時期（R2=0.536，P＜0.05），2010—2020 年為風(fēng)蝕模數(shù)增加時期。

從土壤風(fēng)蝕變化速率空間差異來看（圖6），蒙古國南部戈壁沙漠地區(qū)的風(fēng)蝕變化速率約為2 t·hm-2·a-1，明顯高于其他區(qū)域；蒙古國北部風(fēng)蝕最低，變化最??；蒙古國西南部風(fēng)蝕速率變化為負，表明此區(qū)域風(fēng)蝕呈下降趨勢，平均每年的風(fēng)蝕變化速率約-0.01～-0.6 t·hm-2·a-1?？傮w來看，蒙古國土壤風(fēng)蝕模數(shù)高值區(qū)變化速率快，而低值區(qū)變化速率慢。蒙古國北部以森林生態(tài)系統(tǒng)為主，植被類型以高山泰加林、高山森林和森林草原為主，植被覆蓋度較高，土壤風(fēng)蝕閾值不大，整體森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，受氣候變化及人為活動影響小，風(fēng)蝕很小，且變化率很??；蒙古國南部荒漠生態(tài)系統(tǒng)脆弱，植被稀少，受氣候變化影響大，因此風(fēng)蝕年際變化率也較大；蒙古國西南部風(fēng)蝕呈下降趨勢的主要原因是此區(qū)域風(fēng)速呈下降趨勢，風(fēng)蝕量常年較低。

圖6 2001—2020年蒙古國土壤風(fēng)蝕模數(shù)變化趨勢的空間分布Fig.6 Spatial distribution of variation trend of soil wind erosion in Mongolia from 2001 to 2020

3.3 土壤風(fēng)蝕的影響因子分析

3.3.1 氣候因子變化及影響 影響土壤風(fēng)蝕的主要氣候因子有風(fēng)速、氣溫、降水等。本文采用Sen’s趨勢分析法分析了蒙古國主要氣候因子變化趨勢及空間分布。從圖7 可以看出，近20 a 來蒙古國年最大風(fēng)速呈明顯波動變化，2008年最低（14.04 m·s-1），2001 年最高（16.26 m·s-1）；2001—2008 年，年最大風(fēng)速呈下降趨勢（R2=0.427，P＞0.05）；2009—2020年，年最大風(fēng)速呈顯著增加趨勢（R2=0.3959，P＜0.05）。土壤風(fēng)蝕模數(shù)隨著風(fēng)速變化趨勢的波動而波動，二者變化規(guī)律基本呈現(xiàn)對應(yīng)關(guān)系（圖5，圖7），表明風(fēng)速是影響土壤風(fēng)蝕最重要的自然動力條件。

圖5 2001—2020年蒙古國多年平均土壤風(fēng)蝕模數(shù)變化趨勢Fig.5 Variation trend graph of average soil wind erosion in Mongolia from 2001 to 2020

圖7 2001—2020年蒙古國年最大風(fēng)速變化趨勢Fig.7 Variation trend of annual average maximum wind speed in Mongolia from 2001 to 2020

結(jié)合年均風(fēng)速變化趨勢空間分布（圖8）來看，蒙古國南部戈壁沙漠區(qū)風(fēng)速顯著上升，其風(fēng)蝕量呈增加趨勢；中部風(fēng)速下降，風(fēng)蝕量呈減少趨勢。此外，將蒙古國2001—2020年逐年平均風(fēng)速與逐年風(fēng)蝕模數(shù)進行相關(guān)性分析（圖9）發(fā)現(xiàn)，在蒙古國僅3.3%左右的區(qū)域平均風(fēng)速與風(fēng)蝕模數(shù)呈負相關(guān)關(guān)系，絕大數(shù)區(qū)域（96.6%）風(fēng)蝕模數(shù)都與平均風(fēng)速呈正相關(guān)。尤其是在蒙古國南部及西南部的戈壁區(qū)域，風(fēng)速與風(fēng)蝕量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說明風(fēng)速是影響土壤風(fēng)蝕最重要的自然動力條件。這也解釋了蒙古國西南部風(fēng)蝕量變化速率下降是受風(fēng)速下降的影響。

圖8 2001—2020年蒙古國年均風(fēng)速變化趨勢空間分布Fig.8 Spatial distribution of annual average wind speed change trend in Mongolia from 2001 to 2020

圖9 蒙古國年均風(fēng)速與風(fēng)蝕模數(shù)相關(guān)關(guān)系Fig.9 Correlation between annual average wind speed and wind erosion modulus in Mongolia

氣溫和降水會通過影響土壤濕度和植物生長而間接影響風(fēng)蝕［33］。從圖10 可以看出，近20 a 來，蒙古國大部分地區(qū)年均溫呈上升趨勢，僅有北部少部分區(qū)域年均溫呈下降趨勢。南部增溫最高，增溫速率達到0.06 ℃·a-1，升溫促進了地表水的蒸發(fā)，導(dǎo)致土壤濕度降低，可蝕性增加，特別是在缺乏植被的地區(qū)，升溫增加了風(fēng)蝕的發(fā)生。降水與表層土壤含水量密切相關(guān)，降水量減少增加了風(fēng)蝕的發(fā)生。整體來看，近20 a來蒙古國降水呈顯著增加趨勢（圖11b），但降水變化存在較大空間差異（圖11a），北部地區(qū)降水明顯增加，中部和南部部分地區(qū)降水減少，尤其南部戈壁地區(qū)呈明顯減少趨勢（圖11c）。南部地區(qū)干旱災(zāi)害發(fā)生的可能性增加，加上風(fēng)力的作用，風(fēng)蝕量也呈增大趨勢。

圖10 2001—2020年蒙古國年均溫變化趨勢時空分布Fig.10 Temporal and spatial distribution of annual mean temperature change trend in Mongolia from 2001 to 2020

圖11 2001—2020年蒙古國年降水量變化趨勢時空分布Fig.11 Temporal and spatial distribution of annual rainfall variation trend in Mongolia from 2001 to 2020

3.3.2 植被覆蓋度變化及影響 植被覆蓋可增加地

表粗糙度和削弱近地表風(fēng)速，從而降低地表風(fēng)蝕危險性［15,34］。圖12 為近20 a 來蒙古國FVC 的變化，可以看出，蒙古國大部分區(qū)域FVC 整體呈增長趨勢，東部部分地區(qū)植被覆蓋度快速增加，因此土壤風(fēng)蝕降低；但部分地區(qū)尤其是南部和西部的荒漠草原區(qū)多地植被覆蓋度減少，導(dǎo)致風(fēng)蝕發(fā)生風(fēng)險增大。

圖12 2001—2020年蒙古國植被覆蓋度變化趨勢Fig.12 Change trend of annual vegetative cover in Mongolia from 2001 to 2020

4 討論

4.1 風(fēng)蝕模數(shù)的結(jié)果驗證

RWEQ 模型起初是美國農(nóng)業(yè)部（USDA）為估算耕地土壤流失而開發(fā)的一種基于經(jīng)驗的模型［14］，之后經(jīng)過數(shù)次改進和驗證，不僅是將其用于評估農(nóng)田發(fā)生的土壤風(fēng)蝕，如Li等［35］將其用于評估內(nèi)蒙古地區(qū)的固沙服務(wù)功能，Chi 等［36］評估了中國全域的土壤風(fēng)蝕，也有一些學(xué)者將其用于中亞地區(qū)的土壤風(fēng)蝕評估［17,37］。然而其結(jié)果往往需要其他方法估算的結(jié)果來對比驗證。

綜上所述，蒙古國2001—2020年多年平均土壤風(fēng)蝕模數(shù)為2.736 t·hm-2·a-1。137Cs示蹤法是估算土壤侵蝕速率的常用方法［38］。前人基于137Cs 監(jiān)測方法計算了蒙古高原的風(fēng)蝕模數(shù)，蒙古國境內(nèi)的監(jiān)測樣點從北向南涵蓋了森林草原區(qū)、典型草原區(qū)、荒漠化草原區(qū)、草原化荒漠區(qū)、戈壁區(qū)、農(nóng)牧交錯區(qū)［39］。將本研究中基于RWEQ 模型模擬的20 a 的土壤風(fēng)蝕模數(shù)與劉紀遠等［39］使用137Cs 實測的土壤風(fēng)蝕模數(shù)基于相同的地理坐標點進行了相關(guān)性分析（圖13），結(jié)果表明，RWEQ 模型模擬結(jié)果與137Cs 測量值顯著相關(guān)（R=0.91，P＜0.01）。Mandakh 等［23］使用WEQ模型評估的蒙古國風(fēng)蝕模數(shù)在2.7～27.5 t·hm-2·a-1之間，比本文用RWEQ 估算結(jié)果略偏低，但數(shù)量值大體上相當(dāng)。土壤風(fēng)蝕的發(fā)生和發(fā)展依賴于侵蝕動力（氣候因子如風(fēng)速）和可蝕性因子（地表狀況如植被蓋度、土壤特性等)之間的相互作用，土壤可蝕性因子可以衡量土壤表層被風(fēng)力侵蝕的相對可能性。Jugder等［40］從土壤可蝕性的角度評價了蒙古國土壤被風(fēng)力侵蝕的相對可能性，發(fā)現(xiàn)從蒙古國南部的沙漠和荒漠草原地區(qū)到西部的沙地，存在著廣泛的高可蝕性區(qū)域，與本文中的嚴重風(fēng)蝕區(qū)域也大致相同。中等可蝕性區(qū)域主要覆蓋西部的干旱草原區(qū)和荒漠草原區(qū)，低可蝕性區(qū)域從蒙古國西部延伸到北部。Mandakh 等［23］使用WEQ 模型評估了蒙古國風(fēng)蝕模數(shù)，分析了風(fēng)蝕的空間分布規(guī)律，與本文結(jié)論一致。

圖13137Cs測量和RWEQ模型模擬風(fēng)蝕模數(shù)的相關(guān)系數(shù)Fig.13 Correlation coefficient of137Cs measurement and RWEQ model simulation wind erosion modulus

4.2 人為活動因素變化及影響

土壤風(fēng)蝕的發(fā)生與氣候條件和下墊面條件有密切關(guān)系，人為活動通過影響下墊面而影響風(fēng)蝕的發(fā)生。過度放牧以及煤礦開采等人類活動加劇了蒙古國土地退化［41］。由圖14 可知，在2001—2020年間，蒙古國的牲畜數(shù)量由2001年的26075千頭增加到2020年的67068千頭，每年大約以2400千頭的速度顯著增加。牲畜數(shù)量的增加使草原壓力增大，而寬松的放牧政策造成多數(shù)草場過度放牧，牲畜踩踏和過牧行為破壞了土壤表層結(jié)構(gòu)，降低了冬、春季地表的植被蓋度，增加了土壤的風(fēng)蝕風(fēng)險。因此，過度放牧可能是導(dǎo)致蒙古國土壤風(fēng)蝕增加的一個人為活動因素。

圖14 2001—2020年蒙古國牲畜數(shù)量變化趨勢Fig.14 Variation trend of livestock quantity in Mongolia from 2001 to 2020

近20 a來，蒙古國經(jīng)濟社會快速發(fā)展，為了適應(yīng)生存和發(fā)展的需求，土地利用類型也發(fā)生了較大變化。從土地利用類型轉(zhuǎn)化（圖15）來看，蒙古國境內(nèi)有1733 km2的草地轉(zhuǎn)化為耕地，部分未利用地和林地也有轉(zhuǎn)化為耕地的情況。與傳統(tǒng)畜牧業(yè)生產(chǎn)方式相比，發(fā)展種植業(yè)，會導(dǎo)致更嚴重的土壤風(fēng)蝕發(fā)生。其他土地類型轉(zhuǎn)化為耕地后，人為翻動表土，土壤結(jié)構(gòu)、水分和養(yǎng)分狀況發(fā)生了很大變化，導(dǎo)致局部地區(qū)風(fēng)蝕加劇。

圖15 2001—2020年蒙古國主要土地利用類型轉(zhuǎn)化Fig.15 Transformation of main land use types in Mongolia from 2001 to 2020

4.3 影響因素耦合的空間異質(zhì)性作用

氣溫和降水通過影響土壤濕度和植被覆蓋度而間接地影響風(fēng)蝕。2001—2020 年蒙古國全域氣溫和降水均呈增加趨勢，植被覆蓋度也呈增加趨勢，對地表風(fēng)蝕應(yīng)發(fā)揮一定的抑制作用，但全域風(fēng)蝕仍整體呈增加趨勢，似乎存在一定的矛盾。但分析發(fā)現(xiàn)，原因在于影響風(fēng)蝕因素耦合存在較大的時空異質(zhì)性。對于一些風(fēng)蝕相對嚴重的地區(qū)，植被覆蓋度的增加對減少風(fēng)蝕沒有明顯影響，這是因為高風(fēng)蝕區(qū)域的植被覆蓋度較低，且增加不顯著（圖12），風(fēng)速等其他因素的變化對風(fēng)蝕有更顯著的影響，而且在正值風(fēng)季的春季作用較為強烈。學(xué)者們對蒙古國土壤風(fēng)蝕的研究中發(fā)現(xiàn)，不同的氣候因素影響不同的區(qū)域，干旱對戈壁和沙漠地區(qū)影響更大［23］。因此，從蒙古國全域的尺度來看，風(fēng)速是土壤風(fēng)蝕發(fā)生的主導(dǎo)因素，風(fēng)速越大，風(fēng)蝕越強。而且強風(fēng)蝕的干旱荒漠土地面積占比極高，因此蒙古國整體風(fēng)蝕仍呈增加趨勢。

5 結(jié)論

本文通過RWEQ 模型對蒙古國2001—2020 年的土壤風(fēng)蝕時空變化狀況及對主要影響因子進行了分析，得到的結(jié)論如下：

（1）蒙古國土壤風(fēng)蝕年內(nèi)季節(jié)變化明顯，全年45%的風(fēng)蝕發(fā)生在春季，秋季其次，冬季最少。

（2）從2001—2020 年，蒙古國土壤風(fēng)蝕呈年際波動變化，總體上呈顯著增加趨勢，風(fēng)蝕模數(shù)以0.06 t·hm-2·a-1的速度增長。

（3）土壤風(fēng)蝕具有明顯的空間異質(zhì)性，整體呈南部高、北部低的空間分布格局，風(fēng)蝕嚴重區(qū)域位于蒙古國南部與中國接壤的戈壁和沙漠地區(qū)；風(fēng)蝕變化速率空間變異較大，土壤風(fēng)蝕高值區(qū)大于低值區(qū)。

（4）蒙古國土壤風(fēng)蝕變化整體上與氣候因子及引起的植被蓋度變化有關(guān)，也與過牧、耕地開墾等人為活動增強有密切關(guān)系。為了有效防治沙漠化危害，蒙古國應(yīng)在土地資源開發(fā)利用方面加強科學(xué)管理，對于嚴重沙漠化地區(qū)應(yīng)積極采取可行的治理措施。