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土壤侵蚀会造成土地退化、土壤肥力下降以及生态环境恶化等一系列生态环境问题。水蚀-风蚀交错带是中国土壤侵蚀最严重的区域之一,因而对中国水蚀-风蚀交错带的土地利用变化和土壤侵蚀变化的研究可以为该区域土壤侵蚀的治理提供理论支持,对于中国生态文明的建设具有重要意义。本文选择1995~2010年为研究时段,深入分析了中国水蚀-风蚀交错带的土地利用变化和土壤侵蚀变化,并对其关系进行了研究,探讨了土壤侵蚀强度变化对土地利用变化的响应。论文的主要成果和创新点包括:
(1)通过对水利部《土壤侵蚀分类分级标准》及相关学者研究成果进行总结分析,建立了以土地利用为主,坡度、植被覆盖度和土壤质地为辅的基于专家规则的土壤水蚀和风蚀判定模型,利用专家系统完成了土地利用变化区域的土壤水蚀和风蚀强度的判定,实现了中国水蚀-风蚀交错带土壤侵蚀数据库的更新,并对土壤水蚀和风蚀的变化规律进行了分析。结果表明:1995~2000年、2000~2005年和2005~2010年三个时段,中国水蚀-风蚀交错带土地利用变化区域的土壤水蚀和风蚀强度的变化趋势均为:增强—微度增强—减弱。15年来,土壤水蚀强度等级增加的比等级降低的面积多629.06km2,侵蚀加剧;土壤风蚀强度等级降低的比等级增加的面积多400.72km2,侵蚀减弱。土壤水蚀和风蚀强度发生变化的区域占该期土地利用变化区域面积的比重逐期增大,并且每期风蚀强度发生变化的面积均大于水蚀的。土壤水蚀强度的变化比较集中,三个时段变化最为活跃的土壤水蚀强度类型均是轻度侵蚀、中度侵蚀和强烈侵蚀,具体变化是:轻度侵蚀转为中度侵蚀、中度侵蚀转为轻度侵蚀、中度侵蚀转为强烈侵蚀,强烈侵蚀转为轻度侵蚀。土壤风蚀强度变化的类型较土壤水蚀强度变化的类型丰富,三期变化比较活跃的都主要是轻度侵蚀、中度侵蚀、强烈侵蚀和剧烈侵蚀。整体上,中国水蚀-风蚀交错带的水土保持向着好的方向发展。
(2)研究分析了1995~2000年、2000~2005年和2005~2010年三个时期的土地利用变化特征,结果表明中国水蚀-风蚀交错带内,土地利用变化的面积减少;变化类型以草地的减少和耕地的增加为主。具体情况为:1995~2000年、2000~2005年和2005~2010年三期土地利用变化面积分别为6683.94km2、5202.28km2、2006.94km2,呈逐期下降的趋势,尤其是2005~2010年的土地变化面积与前两期相比骤降,研究区土地利用趋向稳定。三个研究时段内,草地持续减少、耕地持续增加,但二者变化的幅度变小;草地的发展呈现了先退化后逐渐改善的趋势;土地利用的转移均主要是在草地、耕地、未利用土地相互之间和草地内部类型之间的转入和转出。1995~2000年和2000~2005年时段,土地利用变化的面积都是在中部黄土高原区最大,西部山前洪积扇区最小,到2005~2010年时段,土地利用变化的重心西移,西部山前洪积扇区变化面积最大。东部平原沙地区的土地利用变化最大的类型在1995~2000年和2000~2005年时段是草地转为耕地,而2005~2010年时段则是草地转为未利用土地;中部草原沙地区在三个时段面积最大的土地利用变化分别是草地转为耕地、耕地转为草地和未利用土地转成耕地;中部黄土高原区在1995~2000年和2000~2005年时段草地转为未利用土地是最大的土地利用变化,而在2005~2010年时段则是以未利用土地转为草地为主,生态情况呈明显好转;西部山前洪积扇区则一直是以耕地扩张为主,耕地增加量逐期增长。
(3)分析了中国水蚀-风蚀交错带水-风复合侵蚀强度对土地利用变化响应的时空特征。风力侵蚀强度对土地利用变化的响应比水力侵蚀强度更加显著。引起水-风复合侵蚀强度响应的主要土地利用变化是草地、耕地和未利用土地之间的相互转换。其中,对高覆盖度林草地转为未利用土地的响应最为显著。会引起水-风复合侵蚀强度等级降低的土地利用变化主要是:①未利用土地(主要是沙地)转为低覆盖度草地、中覆盖度草地、旱地、水域和城乡居民建设用地;②低覆盖度草地和中覆盖度草地转为旱地;⑨覆盖度低的草地类型向覆盖度高的草地类型的转换;④旱地转为中覆盖度草地、高覆盖度草地。会引起水-风复合侵蚀强度等级增加的土地利用变化主要是:①覆盖度高的草地类型转为覆盖度低的草地类型;②中覆盖度草地、高覆盖度草地转为旱地;③低覆盖度草地、中覆盖度草地和高覆盖度草地转为未利用土地(主要是沙地);④旱地转为低覆盖度草地、中覆盖度草地、沙地、裸土地。