中国水力侵蚀风险研究

中国水力侵蚀风险研究
在漫长的地质过程中,地球陆地表面就持续发生着或缓慢或急剧的土壤侵蚀,随着全球人口的增加以及对食物、居住条件和生活水平等要求的不断提高,土壤侵蚀速率正进一步增加,带来了一系列的环境问题,严重地威胁到资源-环境-社会经济的可持续性发展,逐渐引起各国政府和国民的高度重视。

中国是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一,具有成因复杂、分布广泛、流失量巨大、侵蚀强度剧烈、危害严重等侵蚀现状和特点,土壤侵蚀防治任务艰巨,国家对土壤侵蚀研究需求迫切。

基于气象站点数据、多时序的遥感数据、1:100万中国土壤数据和生态环境背景数据,结合1:10万中国土地利用数据库和1:10万中国土壤侵蚀数据库,依据土壤学、地貌学、遥感技术、GIS及空间统计学、信息论和泛系风险观控技术等多学科理论与方法,在水力侵蚀一级区划和水土保持区划框架下,分别定量提取水力侵蚀的各个影响因子,分析其时空变化,并分区域确定影响因子的权重,引入侵蚀风险因子,构建水力侵蚀风险评估模型,从水土保持工作角度系统研究土壤易蚀性、侵蚀敏感性和水力侵蚀风险性,对中国水力侵蚀风险的空间分布及演变特征进行分析,同时结合全球气候变化背景,分析土壤侵蚀敏感性变化和土壤侵蚀风险变化,并对其驱动机制、演变过程与土地利用变化的响应关系进行分析。

得到的主要研究结论如下:(1)中国60%以上土地处于易蚀性较弱状态,还有40%的土地处于易蚀较强区间,表明其土壤侵蚀环境较为严峻;土壤易蚀性高的土地主要在北方风沙区的西部和中部、西北黄土高原区西北部、青藏高原区的东南部和北部、西南地区的西部、北方土石山区的北部和东北黑土区的南部地区;而东北黑土区东北平原和三江平原、北方土石山区的黄淮海平原的土壤易蚀性最低。

(2)中国西部地区的土壤侵蚀敏感性明显高于东部的。

南方红壤区、西南紫色土区和西南岩溶区由于长年植被生长较好而土壤侵蚀敏感性不高;西北黄土高原区土壤侵蚀敏感性在较高及以上敏感水平;北方土石山区也以中度以上敏感为主;而北方风沙区和青藏高原区则以高和极高敏感性为主。

(3)西北黄土高原的水力侵蚀潜在风险最高,其次是北方土石山区的北部和
太行山一带以及大、小兴安岭山区和长白山一带,而东北平原和华北平原的潜在风险最低。

2000-2010年潜在风险指数变化不显著,各区域的潜在侵蚀风险特征
较稳定,即各水力侵蚀区固有的侵蚀特征较为稳定,能够表征其内在的侵蚀特性。

(4)水力侵蚀风险普遍高于其侵蚀潜在风险,这是由于区域自然环境特点和
人类活动的扰动共同作用下加剧和突显了土壤侵蚀特性。

西北黄土高原区、西南地区的山地、北方土石山区北部以及青藏高原区南部的侵蚀风险相对最高,东北平原和华北平原的侵蚀风险指数相对最低。

2000-2010年,东北黑土区、北方土石山区、南方红壤区和西南紫色土区侵
蚀风险略有增加;西北黄土高原区水力侵蚀风险降低最为明显。

(5)中国水力侵蚀风险变化与降雨侵蚀力、与最大降雨量同期的植被覆盖度和土地利用结构特征指数等因子的变化都显著相关,并以土地利用结构特征指标变化为第一主要驱动力因子,其次是降雨侵蚀力变化。

2000-2010年发生水力侵蚀风险升级的地区,主要是其年降雨侵蚀力增大了、与最大降雨量同期的植被覆盖度降低了、土地利用结构特征指标增大了等单一因素变化或多个不利因素同时变化的结果;同样的,该时段发生水力侵蚀风险降低
的地区,也主要是其年降雨侵蚀力减小了、与最大降雨量同期的植被覆盖度增大了、土地利用结构特征指标降低了等单一因素变化或多个有利因素同时变化的结
果。

(6)水力侵蚀风险与水力侵蚀强度间的响应关系为:水力侵蚀风险分布与水力侵蚀强度分布格局相似,即侵蚀风险级别低或侵蚀强度等级低的土地面积都是最大,而侵蚀风险级别高的(如剧烈侵蚀风险)、侵蚀强度等级高的土地面积都是最小的;侵蚀强度等级低的土地其侵蚀风险级别也以低风险级为主,侵蚀强度高的土地其侵蚀风险也多以高风险级侵蚀为主;2000-2010年,大部分侵蚀强度类型的中度及以下低风险级的侵蚀面积明显增大了,而极强度和剧烈水力侵蚀的极高风险级的侵蚀面积明显减小了,研究区水力侵蚀风险状况有明显好转。

西北黄土高原水蚀区是高侵蚀风险级和高侵蚀强度都很集中的区
域,2000-2010年该区高侵蚀风险级的侵蚀面积有显著减小。

(7)水力侵蚀风险与土地利用方式的响应关系为:耕地、林地、草地和未利用土地等4种主要侵蚀土地利用类型中,都以中度及以下侵蚀风险级的土地面积最大,较高和高侵蚀风险级的土地利用面积次之,极高风险级侵蚀面积最小;草地和未利用土地的高侵蚀风险级的土地面积要明显大于耕地和林地的;2000-2010年间,除林地区以外,低侵蚀风险级的土地面积还有增大的趋势,高风险级的面积减小了,耕地、林地和草地区的极高风险级别的侵蚀面积也增加明显,未利用土地区的极高侵蚀风险级的面积略有减小。

总体来说,土地利用结构趋于合理,有助于土壤侵蚀治理保护。