基于RWEQ模型的浑善达克沙漠化防治生态功能区土壤风蚀与主要影响因子分析

浑善达克沙漠化防治生态功能区地处生态环境脆弱的东亚夏季风北缘,是我国北方生态屏障的重要组成部分,土壤风蚀是该地区面临的主要生态环境问题,决定了整个区域的生态安全程度。为更好地阐明浑善达克沙漠化防治生态功能区地区土壤侵蚀情况,利用RWEQ(Revised Wind Erosion Equation)模型定量分析了近10年来浑善达克沙漠化防治生态功能区土壤侵蚀强度时空变化特征,并通过地理信息再编码叠加分析技术剖析了强烈土壤风蚀区的主要影响因素。结果显示,研究期间研究区土壤风蚀强度特征空间分布变化变较大,受到植被覆盖度、气候条件、土壤特性、地形等因素共同影响,强烈侵蚀区域向西北地区移动,土壤侵蚀程度向恶劣化发展。

基于RWEQ模型的疏勒河流域防风固沙功能价值评估

疏勒河流域地处西北内陆,是“一带一路”的关键节点。近年来随着全球变化与经济社会活动强度增加,导致建设用地快速扩张、土地沙化等问题,影响区域生态与经济社会的可持续发展。疏勒河流域处于北方防沙带中心,开展其防风固沙价值评估对于构建区域生态安全格局和保障流域可持续发展具有重要生态意义。基于修正风蚀方程模型(RWEQ)对2008—2018年疏勒河流域防风固沙功能及其价值进行评估。结果表明:(1)2008—2018年疏勒河流域防风固沙总量为43.927×10^(4)~129.530×10^(4)t·km^(-2),防风固沙量呈上升趋势。(2)2008—2018年疏勒河流域防风固沙价值快速增加,其多年平均价值占比由高到低依次为减少土地损失价值(99.46%)、保持土壤肥力价值(0.47%)、保持土壤有机质价值(0.04%)、减少交通运输经济损失价值(0.03%)。(3)流域防风固沙功能与土地利用密切相关,防风固沙能力较强的区域主要分布在草地、耕地等植被覆盖率较高区域;低值区主要分布在流域土地利用类型为未利用地区域。(4)相较社会因素,自然指标因子对流域防风固沙功能价值影响更大。研究结果可为确定流域生态补偿主客体及补偿标准提供依据。

呼伦贝尔森林-草原生态交错带土壤风蚀量时空变化及驱动力分析

风蚀量是判断土壤流失和沙地化的重要指标。利用土壤风蚀修正模型,定量分析了2000、2010和2018年呼伦贝尔森林-草原生态交错带土壤风蚀量的时空变化特征,通过地理探测器模型研究了气候变化与人类活动对土壤风蚀变化量的驱动作用,重点探讨了土地利用和植被覆盖度变化对土壤风蚀量变化的影响。结果表明:(1)2000、2010和2018年研究区土壤风蚀总量分别为9.74×10^(7)、1.33×10^(8)、8.51×10^(7) t,总体呈现先上升后下降的趋势;与2000年相比,2018年研究区有9.04%的区域土壤风蚀强度减轻,有0.10%的区域土壤风蚀强度恶化,其余90.86%的区域土壤风蚀强度保持不变。(2)2000-2018年土壤风蚀量变化量的驱动因子之间交互作用显著,风蚀量的减少主要受人类活动与气候变化的协同驱动影响。(3)2000-2018年草地覆盖度增加、沙化土地封育、生态退耕和天然林保护措施对土壤风蚀量减少的贡献率分别为69.32%、19.37%、0.06%和1.81%,可见研究区的生态保护措施对风蚀量的减少具有重要的推动作用。

基于RWEQ模型的典型沙区风蚀治理成效研究

以通辽市科尔沁左翼后旗(科左后旗)为研究区,通过修正的风蚀方程(revised wind erosion equation,RWEQ)计算科左后旗2010—2016年的风蚀强度时空变化,评价通辽市开展科尔沁沙地"双千万亩"综合治理工程的风沙治理效果。研究结果表明:1)2010—2016年,科左后旗风蚀强度呈现明显下降的趋势,总风蚀量从2010年的3893.87万t下降到2016年的1883.56万t,降幅为51.63%;2)工程实施区内平均风蚀强度高于全旗平均风蚀强度,且相对风蚀系数在2016年明显下降,说明项目建设成效显著,有效地削弱了风蚀较高的项目区内的侵蚀;3)项目区建设具有一定的域外效应,范围在3 km左右,项目实施后,不同距离缓冲区的相对风蚀系数均明显下降,且越靠近项目区下降越明显,从而减小了缓冲区之间的差距。

甘肃省武威市风力侵蚀分区治理规划及措施

[目的]分析甘肃省武威市风力侵蚀空间动态变化特征,确定风力侵蚀可治理区划及其防治对策,为该市风蚀水土保持工作和生态环境建设提供科学参考。[方法]基于多源地理信息数据,应用遥感、地理信息系统(ArcGIS)等技术手段,使用修正土壤风蚀方程(RWEQ)计算武威市2000—2020年5期风蚀模数,获得区域风蚀的面积分布和变化特征。结合重点建设工程分布等空间要素叠加分析方法,提出该市风力侵蚀可治理区域划分原则,并将该原则应用于划分武威市风力侵蚀可治理区。[结果]修正土壤风蚀方程(RWEQ)能较好地估算武威市多年风力侵蚀模数,其多年风力侵蚀模数为5788.98〔t/(km^(2)·a)〕,多年平均土壤风蚀总量1.92×10^(8)t;研究区风力侵蚀在时间上呈现总体下降,偶有上升趋势,且风力侵蚀强度等级明显减弱;在空间上具有明显的空间异质性,主要分布在民勤县、凉州区、古浪县;依据多要素叠加风蚀分区治理方案,武威市可治理风力侵蚀面积共2872.66km^(2),其中民勤县1468.48km^(2),凉州区708.75km^(2),古浪县695.43km^(2)。[结论]风力侵蚀分区治理是武威市风蚀水土保持的重点工作,根据风蚀分区治理划分结果,针对不同行政区划,民勤县北部坡度较低的平坦戈壁沙漠地区是其重点关注区域,治理措施应以风沙防治和植被恢复为主,并需要注意控制人为工程建设扰动的影响,明确区域管理范围;凉州区应注意采取工程措施和生物措施结合的方式进行治理;古浪县应以封育措施和对天然植被进行保护为主。同时,在戈壁沙漠地区需特别注意大型光伏电站建设等施工扰动的风沙防治和生态恢复。

气候变化对东北三省土壤风蚀的影响

东北三省是我国重要的商品粮生产基地,但经过多年的高强度利用,土壤面临着严重的退化问题,其中土壤风蚀是造成东北三省土壤流失退化的主要原因之一。本研究以东北三省为研究区域,基于1981—2019年的气象数据和土壤数据,利用修正风蚀模型(RWEQ)分析了近39年裸地条件下东北三省土壤风蚀的时空变化规律,并解析了气象因子对裸地土壤风蚀变化的贡献。结果表明:研究区域风蚀气象因子整体呈西南高、东北低的分布特征,其风蚀量属于强烈侵蚀等级,以辽宁省境内风蚀量最大;近39年全年和生长季风蚀量均呈显著增加趋势,平均每10年分别增加129和105 t·km^(-2),以辽西北地区、辽河平原区和长白山区增加趋势最明显。影响土壤风蚀量的主要气象因子在全年和非生长季为风速和气温,在生长季降水的贡献率升高,而风速和温度的贡献率下降。综上,研究期间,气候变化使东北三省土壤风蚀加重。

内蒙古土地利用变化对生态系统防风固沙功能的影响

土壤风蚀是内蒙古的严重环境问题之一。在对内蒙古2000年到2010年的土地利用变化特征进行分析的基础上,分析了内蒙古土地利用变化的主要特征,以RWEQ模型估算了内蒙古2000年和2010年的固沙物质量,采用空间统计分析评估了固沙功能对土地利用变化的响应,结果表明:(1)2000—2010年土地利用变化以城镇高速发展、草地和湿地面积锐减、林地灌丛有所恢复以及荒漠环境改善为主要特征。(2)2000—2010的十年间内蒙古固沙物质总量增长了17.75%,草地总面积虽有所降低,但是部分区域草地覆盖度的上升增强了草地固沙能力,而林地的固沙物质量则由于农田、草地改为林地的短期内地表保护力的下降而有所降低。(3)十年间农田退耕还草、荒漠环境的改善、草地质量提高等土地利用变化方式有益于生态环境质量的提高,使生态防风固沙功能得以增强,造成固沙物质量提高了约0.25亿t。(4)农田开垦、城镇发展、荒漠化发展、湿地萎缩以及草地的退化等土地利用变化会使生态环境质量降低,生态系统防风固沙功能下降,累计造成的固沙物质量的减少总量约为0.19亿t。从十年间综合来看,内蒙古的土地利用变化对区域固沙功能有一定的增强作用,但是尚存在城镇发展过快、草地湿地转化压力过大、草地退化、荒漠化对固沙功能的弱化问题,需要在今后的土地利用规划和管理工作中予以改进以进一步增强区域固沙功能,构建北方地区生态安全屏障。

1980—2018年浑善达克地区防风固沙服务时空变化及其驱动因素

防风固沙服务是干旱半干旱地区生态系统提供的最重要的防护型服务,对风蚀地区及周边区域的生态环境安全具有重要意义。基于修正的土壤风蚀方程(RWEQ)模型模拟了1980—2018年浑善达克地区防风固沙服务的时空变化,利用地理探测器分析了包括数值和类型变量的自然与社会经济因素对该区防风固沙服务空间格局的影响及交互作用。研究结果显示:(1)1980—2018年,单位面积防风固沙量波动下降,2015年单位面积防风固沙量最小,为13.01 kg/m^(2)。同时,防风固沙保有率波动增加,2018年保有率达到最大值,为94.28%;(2)土壤类型、年末牲畜数量、年降水量与人工造林面积是影响防风固沙服务空间变化的主要因素,其中,土壤类型对防风固沙服务空间变化的影响最大,q值为75.15%;(3)各驱动因素间的交互作用都会放大单因子对浑善达克地区防风固沙服务空间分布的影响。其中,年均温对防风固沙服务空间分布变化具有较强的间接影响。因此,在土壤类型、年均温的间接作用下,1980—2018年浑善达克重点生态功能区防风固沙能力整体提高、风蚀程度有所缓解与年均风速、年降水量变化,以及2000年之后京津风沙源工程引起的人工造林面积、年末牲畜数量的空间分布格局变化有密切关系。

浑善达克沙漠化防治重点生态系统功能区防风固沙功能动态特征分析

浑善达克沙漠化防治重点生态系统功能区是位于内蒙古地区维护国家北方生态安全屏障的重要区域.本文基于气象、遥感数据,运用RWEQ(Revised Wind Erosion Equation)模型,定量分析了1990—2015年浑善达克防风固沙功能区生态系统结构与防风固沙功能的时空变化特征,揭示了生态系统结构变化对防风固沙服务功能的影响.结果表明:26年间各生态系统间转换强烈,以草地生态系统转出为主,2005年之前主要向农田生态系统和荒漠生态系统转变,2005年以后得益于生态建设工程的实施和禁牧封育等措施,主要向草地、森林生态系统转变.研究区以微度和轻度土壤侵蚀为主,风蚀情况整体好转.农田生态退耕、荒漠化程度减轻、草地质量提高等生态系统转换有益于提升防风固沙功能.同时,也揭示了该功能区内生态退耕对防风固沙服务功能的影响,两者呈显著负相关.

黑河中下游防风固沙功能时空变化及影响因子分析

黑河中下游是我国重要的防风固沙生态功能区,分析该区域的防风固沙功能时空变化,明确其主要的影响因子贡献,对于指导荒漠化防治、维护流域生态安全十分重要.该研究基于修正风蚀方程(revised wind erosion equation,RWEQ)、一元线性回归斜率分析、灰色关联分析和GIS技术,分析了2000-2017年黑河中下游防风固沙功能动态变化及其影响因子.结果表明:①2000-2017年,黑河中下游年均防风固沙量为3.2×10^9 t,年均防风固沙功能约为2.44×10^4 t km^2;防风固沙量总体呈增强趋势,年均增加6.67×10^7 t,年均变化率为1.85%.②区域防风固沙功能呈现中游较强,向下游递减的空间分布特征,防风固沙功能较高区约占研究区面积的31.54%,一般区占20.77%,较低区(北部荒漠区)占47.69%;甘肃省张掖市和嘉峪关市防风固沙功能呈增加趋势,回归方程系数(slope)为0~26.29%,占总面积的12.51%;额济纳旗东北部和甘肃省高台县中部防风固沙功能呈下降趋势,回归方程系数为-17.17%~0,占总面积的23.30%.③防风固沙功能主要影响因子中,风力因子最主要,贡献率为30.04%,其次为积雪覆盖、土壤湿度、植被覆盖,贡献率分别为24.57%、24.26%和21.13%.研究显示,防风固沙工程应综合考虑气候变化、植被覆盖、土壤特性及人类活动的复合影响,实行具有空间差异化的方案.

基于遥感土壤湿度因子的防风固沙功能估算模型改进及应用

在生态系统防风固沙功能研究中,土壤湿度因子是重要参量之一。传统方法多使用气象站点观测的潜在蒸发量、降雨量和灌溉量等估算土壤湿度,在空间连续性和数据可利用性方面均具有较大局限。基于遥感技术在土壤湿度探测方面的发展,本研究选择4种土壤湿度的遥感指标(MODIS蒸散比值法、SMAP土壤湿度比值法、可见光-短波红外干旱指数法、遥感湿度指数法)对修正风蚀方程模型(RWEQ)中的土壤湿度因子的计算过程做出改进,并利用改进后的算法分析辽西北地区2001—2021年防风固沙服务的时空变化及驱动因素。结果表明:MODIS蒸散比值法计算的土壤湿度与传统气象方法的相关性最高,二者经拟合后得到的公式可用于RWEQ模型中土壤湿度因子的计算改进。2001—2021年,辽西北地区防风固沙能力呈现北部及东部地区较强、中部及西部地区较弱的空间分布特征。经Mann-Kendall趋势检验,辽西北地区72.7%的区域防风固沙能力呈上升趋势。应用地理探测器模型进行驱动因素分析发现,防风固沙能力的变化是一个多因素相互作用的过程,受土壤类型、年均风速以及经济发展水平的影响较大,且各驱动因素之间的交互作用对防风固沙的影响高于单因素的影响。本研究结果可为RWEQ模型估算做出改进,同时为辽西北地区长时间的生态功能形成机制与驱动力分析提供技术支撑。

基于RWEQ的宁夏草地防风固沙服务评估

宁夏草地在区域防风固沙中发挥了重要的作用。现有研究大多是基于微观尺度,针对区域尺度的宁夏草地防风固沙时空格局及其变化规律尚不清楚。本文基于RWEQ模型,利用ArcGIS和ENVI,对2000—2015年间宁夏草地防风固沙服务功能进行了定量化的估算。结果表明:①2000—2015年宁夏草地年潜在风蚀总量为1028.30~7540.50万t,年实际风蚀总量为269.75~3318.71万t;②2000—2015年宁夏草地年防风固沙物质总量为729.80~4120.04万t,16年间共增加了124.13万t,平均单位面积年防风固沙物质量在0.33~1.77 kg/m2之间,空间分布呈现出"中高南北低"的特点;防风固沙保有率平均值为0.65~0.79;③草地防风固沙等级以"中等"和"较弱"为主,占总固沙量的47%~65%;"中等"及以上的草地面积波动增加,"弱"和"较弱"等级的草地面积减少;④中部干旱区和南部山区草地防风固沙量占总量的90%以上,北部灌区草地防风固沙量则呈现"先增后减"的趋势。北部灌区和中部干旱区是未来风沙治理需更加关注的区域。本文揭示了宁夏草地防风固沙的时空格局,为未来区域风沙治理提供了参考。