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长期以来,由于不合理的土地利用、掠夺式的经营方式以及林草植被的过度开垦,黄土丘陵沟壑区已经成为一个生态环境脆弱,社会经济落后,人地矛盾十分突出的地区。安塞县地处黄土高原丘陵沟壑区,梁峁起伏,沟壑纵横,地表支离破碎,同时该地区具有悠久的土地开发历史,但由于几千年来掠夺式的垦殖制度,滥砍滥伐,最终导致林草植被急剧减少,水土流失严重。因此,根据该区域的土壤流失特性,优化调整土地利用格局,有助于提出适合该地区的土地可持续利用模式,改善区域的生态系统服务功能,提高区域生态安全,为今后开展区域综合治理和土地利用规划提供科学依据。
本研究选取土壤侵蚀评价指数作为评价模型,在探讨在县域尺度模型的GIS实现技术基础上,对安塞县1981~1989年土壤侵蚀进行了定量评价,分析得出了该地区土壤侵蚀评价指数及其空间分布特征,识别出该区域内土地利用格局重点优化区域。在此基础上,采用线性规划和元胞自动机对安塞县土地利用格局进行调整优化,模拟出2010年安塞县土地利用格局。主要结论如下:
(1)GIS技术能够为土壤侵蚀定量评价提供强大、有效的技术支持。通过ArcGIS软件对DEM数据、土地利用数据和空间数据库的处理,在分析各土壤侵蚀因子的基础上,计算出土壤侵蚀评价指数,能够很好地反映除土壤侵蚀在安塞县范围内的空间分布特征。
(2)安塞县1981年~1989年间的全县降雨侵蚀力均值逐年波动变化,多年平均的降雨侵蚀力约为9510.27MJ·km-2·h-1·a-1。安塞县所处地区降雨的季节变异十分显著,降雨主要集中在7、8两月,其降雨侵蚀力均在2400MJ·km-2·h-1·a-1以上,而汛期以外8个月份的降雨侵蚀力之和仅为1400MJ·km-2·h-1·a-1左右,仅占全年降雨侵蚀力的15.3%。同时,安塞县降雨分布有明显的方向性,总体来说安塞县范围内降雨侵蚀力从北向南是逐渐增大的。
(3)基于坡面尺度土壤流失比率及降雨侵蚀力的季节分布加权平均求取C因子年平均值的方法,通过尺度上推计算出县域尺度植被覆盖与管理因子,其全县平均值约为0.36,在空间分布上东部略微比西部高,与土壤流失比率的空间分布特征相似。
(4)通过对各侵蚀因子的空间叠加分析,计算得到安塞县全县平均土壤侵蚀评价指数为0.36。根据此结果采用总分频率曲线法,将安塞县土壤侵蚀强度分为四级:SL≤0.28,微度侵蚀;0.28<SL≤0.33,轻度侵蚀;0.33<SL≤0.39,中度侵蚀;SL≥0.39,为重度侵蚀。重度侵蚀主要集中在北部和中东部地区,今后的水土保持工作应当重点放在这一地区。
(5)研究采用线性规划与元胞自动机相结合的方法,结合识别出的土地利用格局重点调整区域,对安塞县全县范围内的土地利用结构进行空间优化,模拟得出2010年安塞县各类型土地面积分布为耕地959.1km2、林地655.1km2、牧草地1151.7km2、水域67.5km2、城镇用地76.4km2、未利用地0.6kin2。其中,变化最大的两种土地利用类型为林地和城镇用地,两者分别增加了290.7%和843.2%,减少较多的则是耕地和牧草地,这反映出了当地“退耕还林”政策的严格执行以及随着城镇化水平不断提高而突增的城镇用地。
从空间格局上看,林地主要分布在南部年均降雨量比较大、坡度较陡、耕地退耕较多的地区;北部、南部以及中部地势较缓地区耕地较多:城镇用地几乎都分布在水域附近的沟谷地中,其分布主要受其继承性强,以及出行方便的影响。