土壤风蚀是土地利用/覆盖变化及区域环境变化研究的重要内容,是威胁干旱与半干旱区域生态安全的重点问题,也是影响农牧业可持续发展的重大生态环境问题。因此,开展阴山北麓生态退耕对土壤风蚀的影响及效应研究,力求科学掌握阴山北麓生态退耕区域土壤风蚀时空特征,揭示自然因素和人类活动等对土壤风蚀驱动机制,分析土地开垦、生态退耕这一关键过程对区域生态效应,为阴山北麓生态环境保护与修复治理提供科学的参考依据。本研究以典型干旱半干旱农牧交错区的阴山北麓为研究区(109°15′-116°56′E,40°45-43°23N),采用多尺度的区域-局地-样点土壤风蚀格局的分析方法,结合遥感动态变化监测技术、地面验证尺度推移、RWEQ土壤风蚀模型、地面同位素137Cs示踪技术、GIS空间分析技术等方法,构建研究区土地利用/覆盖变化、生态退耕过程、植被覆盖特征、气候变化信息数据,探究了近30年阴山北麓土地开垦与生态退耕过程土壤风蚀特征及其驱动因素,分析土壤风蚀模数时空格局演变规律;解析生态退耕过程对土壤侵蚀影响,定量估算生态退耕前后的生态效应。主要研究结论如下:(1)采用同位素137Cs示踪技术对研究区土壤风蚀过程进行了定量分析,利用12个137Cs实测结果对RWEQ模型模拟结果进行对比验证,模拟精度达0.89,并呈显著相关(p0.01),本研究的RWEQ模型模拟结果与137Cs示踪技术定量分析结果总体趋势一致及相关性较好。(2)在时间尺度上.,1990-2015年,土壤风蚀总体格局呈现减弱的趋势。1990-2000年土壤风蚀模数呈现逐渐增强趋势,从1990年的22.64 t.hm-2.a-1增长到2000年的33.61 t.hm-2.a-1,土壤风蚀量以1207.09万吨·a-1的趋势增加;2001-2015年土壤风蚀模数呈现逐渐降低的趋势,从2001年的40.73 t·hm·a-1 下降到2015年的16.04 t·hm-2·a-1,土壤风蚀量以1556.57万吨·a-1的趋势降低。开垦耕种区土壤风蚀量增加显著,1990-2000年开垦耕种区土壤风蚀模数以变化斜率2.05t·hm-2·a-1趋势增加,是研究区平均变化斜率的2倍,平均土壤风蚀模数25.59 t.hm-2。生态退耕区土壤风蚀降低趋势明显,2000-2015年生态退耕区土壤风蚀模数以变化斜率1.52t·hm-2·a-1减少,平均土壤风蚀模数11.83t·hm2。生态退耕后土壤风蚀量变化显著,累计减少土壤风蚀量157.5万吨。(3)在空间尺度上,研究区不同时期、不同土地利用/覆被类型所反映的土壤风蚀特征差异较大,多年平均土壤风蚀模数表明未利用地低覆被草地耕地中覆被草地其他林地疏林地高覆被草地灌木林地有林地。应用Hurst指数预测未来阴山北麓土壤风蚀演化趋势以持续性(土壤风蚀量减少)为主,但持续性中弱和较弱所占比例较高,占阴山北麓面积的92.40%,表明该地区生态较为脆弱。(4)土壤风蚀驱动机制分析。应用Sen+Mann Kendall定量描述了 2000-2015年阴山北麓及生态退耕区生长季NDVI变化趋势及显著性检验,研究区无显著变化的占93.76%;生态退耕区NDVI显著增加,占生态退耕面积的15.31%,显著减少仅占2.18%。生态退耕对植被恢复作用明显,对降低土壤风蚀贡献显著。利用偏相关分析界定了气温、降水对阴山北麓NDVI变化贡献,明晰人类活动(开垦、退耕等)对植被变化产生较为明显影响,即对土壤风蚀作用明显,变化趋势明显的区域占比72.45%。土壤风蚀随植被覆盖度的增加而降低,植被覆盖度在0.2-0.35之间时,对降低土壤风蚀的作用显著,当植被覆盖度达0.72时,随植被覆盖度的增加土壤风蚀发生变化的幅度较小。(5)土壤风蚀生态效应分析。无论是区域还是样点,风蚀过程对土壤颗粒组成影响的规律性呈现出1990-2005年开垦耕种样点,砂粒占比逐渐升高,粉粒、粘粒占比均降低趋势;2005-2015年生态退耕过程中,呈现砂粒占比缓慢降低,粉粒、砂粒占比有所回升的总体趋势。样点开垦耕种土壤有机质损失速率在4.0-85.83t·km-2·a-1之间,全氮损失速率在0.21-10.85 t·km-2·a-1之间,全磷损失速率在0.21-3.72 t·km-2.a-1之间,全钾损失速率在14.86-87.52t·km-2·a-1之间;样点生态退耕土壤有机质损失速率在2.28-30.45t·km-2·a-1之间,全氮损失速率在0.18-4.6t·km-2·a-1之间;全磷损失速率在0.14-2.63 t·km-2·a-1之间;全钾损失速率在9.41-33.98 t·km-2·a1之间。开垦耕种土壤风蚀导致土壤有机质损失量达到每年5.12万吨、全氮损失量每年3438.31吨、全磷损失量每年2077.3吨、全钾损失量每年7.54万吨;生态退耕导致土壤有机质净增加每年0.38万吨、全氮净增加量每年436.22吨、全磷净增加量每年241.05吨、土壤全钾净增加量每年1.08万吨。(6)1990-2005年开垦耕种15年间,土壤有机质损失量76.83万吨、土壤全氮损失量5.14万吨、土壤全磷损失量3.12万吨、土壤全钾损失量113.07万吨。按现在条件、生态退耕面积和土壤养分净富集量估算,15年的开垦耕种土壤风蚀损失量需要近100年才得以恢复。生态退耕对降低土壤风蚀,改善土壤颗粒组成、有机质、氮、磷、钾含量具有明显作用,从而土壤生态环境,但仍需持续性的投入,逐渐改善实现科学可持续发展。
【学位单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S157.1
【部分图文】：
图１研究技术路线图逡逑Ｆｉｇ．邋１邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ｒｏａｄｍａｐ逡逑
图２研究区位置及行政区划图逡逑Ｆｉｇ．２邋Ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｖｅ邋ｄｉｖｉｓｉｏｎ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔｕｄｙ邋ａｒｅａ逡逑２．１．２自然与社会概况逡逑
图３阴山北麓研究区数字高程逡逑Ｆｉｇ．３邋Ｄｉｇｉｔａｌ邋ｅｌｅｖａｔｉｏｎ邋ｍｏｄｅｌｓ邋ｏｆ邋ｓｌｕｄｙ邋ａｒｅａ?
【参考文献】
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