国内外土地利用与土壤侵蚀关系的研究现状与展望

土壤侵蚀作为LUCC引起的主要环境效应之一,是自然和人为因素叠加的结果。不合理的土地利用和地表植被覆盖的减少对土壤侵蚀具有放大效应。该文对国内外土地利用与土壤侵蚀关系的一些具有开端意义的工作和早期研究,及其学科定义与内涵的发展和研究方法的进展给予了追踪,进而就该学科的主要任务和主体研究内容以及今后进一步发展进行了阐述与展望。     

土地利用变化与土壤侵蚀关系的研究进展

土地利用变化是全球环境变化研究的核心领域,不合理的土地利用加速了土壤侵蚀.本文从土地利用的方式、数量、质量和空间结构等方面概述了国内外关于土地利用变化与土壤侵蚀关系的研究进展,重点介绍了与土地利用和经营有关的土壤侵蚀预报预测模型.     

土地利用和植被覆盖变化对长汀县30多年土壤侵蚀变化的定量影响

土地利用和植被覆盖是人类活动对大自然改造的直接体现,为研究人类活动对土壤侵蚀的定量影响,以中国南方红壤典型水土流失区——福建省长汀县为研究区,利用每间隔3~4年的11个年份的遥感影像,基于USLE模型评估该县1988-2020年30多年来的土壤侵蚀时空变化特征,定量分析不同土地利用和植被覆盖度(fractional vegetation cover, FVC)变化对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)长汀县土壤侵蚀严重区域主要集中于县域中部河田镇、三洲镇和策武镇等地,30多年来,土壤侵蚀强度呈先增后减的趋势,1988-1994年土壤侵蚀状况逐渐严重,1994年的水土流失率高达30.49%,90年代中期后开始逐渐好转,至2020年水土流失率降为6.22%。(2)1988-1994年和1994-2001年2个时期,林地转化成裸地的面积最大,导致土壤侵蚀增加量平均约占每个时期增加量的93%;2001-2010年和2010-2020年2个时期,裸地转化成林地的面积最大,引起的土壤侵蚀减少量平均约占每个时期减少量的73%。(3)30多年来长汀县FVC呈先减少后增加的趋势,1988-1994年平均FVC从44%减少到35%,随后开始增加,至2020年,FVC增加至79%;土壤侵蚀量与FVC呈反比,FVC减少对土壤侵蚀量的影响更大,FVC平均每降低1%,土壤侵蚀量增加7.49万t;而FVC平均每增加1%,土壤侵蚀量减少3.75万t。(4)FVC对土壤侵蚀的敏感性与坡度呈正比,低坡度下土壤侵蚀随FVC变化较均匀,高坡度等级下,FVC低于60%时,对土壤侵蚀的敏感性高,FVC每增加10%,土壤侵蚀模数平均减少262.73 t/(km²·a)。研究结果有助于分析长汀县土壤侵蚀在长时间序列上的时空变化及人类活动对土壤侵蚀的影响,为长汀县未来的土地利用规划和生态保护提供重要的科学支持。     

基于文献计量分析的近30年国内外土壤侵蚀研究进展

通过文献计量学可视化分析方法客观评价土壤侵蚀研究发展进程,了解国内外土壤侵蚀研究发展前沿,从而推动我国土壤侵蚀研究的发展。采用CiteSpace软件和文献计量学方法,以Web of Science数据库核心合集和中国知网(CNKI)数据库核心期刊为数据源,分析了近30年国内外土壤侵蚀研究的发展历程。研究发现国际土壤侵蚀研究在1992—2000年间以土壤侵蚀与土地生产力关系及评价方法的研究为重点,进而发展为注重气候变化与侵蚀的相互影响、土壤侵蚀量的精确估算以及大尺度宏观侵蚀研究;而我国土壤侵蚀研究受国家政策导向明显,在1992—2000年间是以经济效益为重点的土壤侵蚀治理研究;逐渐发展为结合GIS和遥感,以生态建设和可持续发展为核心的问题导向研究;近十年来,土壤侵蚀研究以RUSLE等模型研究为主,更注重土地利用、坡度等影响因素和土壤侵蚀关系的研究。最后,通过对比分析近30年国内外土壤侵蚀研究的热点和前沿,提出我国土壤侵蚀研究今后的发展方向。     

黔西北喀斯特区域土地利用/覆盖变化对土壤侵蚀的影响

利用黔西北地区1974,1992和2008年共3期遥感影像解译的土地利用图,结合修正的通用土壤流失方程,分析和模拟了该区土地利用/覆盖变化前后的土壤侵蚀状况,以及主要地类转化类型的土壤侵蚀效应。结果表明,黔西北地区土地利用结构变化显著,1974—2008年灌木林和旱地面积变化剧烈,且呈现相反的变化趋势。1974—1992年,随旱地面积的显著增加,灌木林的显著减少,黔西北土壤侵蚀模数由29.55t/(hm2.a)上升到37.76t/(hm2.a),随旱地面积的显著减少,灌木林、有林地的显著增多,2008年下降到30.39t/(hm2.a);旱地和其他地类发生土壤侵蚀最为剧烈,大面积的灌木林转为旱地是1992年土壤侵蚀加剧的主要原因,而大面积的旱地转为灌木林和有林地使2008年土壤侵蚀状况显著改善,灌木林转为旱地仍是近期土壤侵蚀加剧的主要原因,应加强对灌木林的使用管理。     

黄土高原南部土地利用/覆被变化的土壤侵蚀效应

基于3S技术对黄土高原南部地区土地利用/覆被变化及空间分布格局进行了综合测评,同时应用通用土壤流失方程(USLE)定量研究了不同土地利用方式下的土壤侵蚀效应.研究表明,研究区1980-2005年共有1 123.80 km2耕地被用为城镇建设用地,建设用地面积净增了1 238.29 km2,林地、草地面积总量变化小,但局部地区流转特征显著;与此同时,该区土壤侵蚀模数从11.54 t/(hm2·a)增至13.81t/(hm2·a),1980和2005年黄土沟壑区侵蚀模数的峰值分别为1 708.52和1 584.69 t/(hm2·a).该区域土壤侵蚀效应与土地利用空间格局耦合性较强,林地、草地由于分布区域海拔高,坡度陡,侵蚀强烈,而地势低洼、平坦地区(建设用地、耕地、未利用地)的土壤侵蚀强度小.林地、草地的土壤侵蚀效应由于受到地形因素的影响,对降雨侵蚀因子增强的响应尤其明显.2005年该区林地和草地的平均侵蚀模数分别增加了2.34和7.32 t/(hm2·a),并且微度以上侵蚀等级的面积有所增加.     

小流域综合治理前后土地利用结构和土壤侵蚀强度变化研究

土地利用结构调整和减少土壤侵蚀面积、降低土壤侵蚀强度是小流域综合治理工程的主要效益,小流域综合治理前后土地利用和土壤侵蚀变化分析是评价工程实施效益的重要方面。以云贵鄂渝水土保持世行贷款/欧盟赠款项目重点监测小流域-盆古小流域为研究对象,基于治理前后的两期高分辨率遥感影像和eCognition、Arcgis软件,对盆古小流域治理前后的土地利用和土壤侵蚀变化情况进行了分析研究。结果表明:2008~2011年盆古小流域旱地、水田等面积减少,有林地和梯田等面积增加;小流域轻度侵蚀在有林地中分布最多,而轻度以上侵蚀主要分布在旱地中;另外,小流域土壤侵蚀这一期间整体呈现由强转弱的趋势,表明小流域综合治理工程取得了明显成效。     

烟台地区近13年土地利用/土地覆盖变化分析

利用1992年和2005年的TM影像及2005年的土地利用现状图,运用GIS与RS技术,分析了烟台地区13年来土地利用的具体变化状况。研究结果表明,1992-2005年期间烟台地区耕地面积明显减少,城乡工矿建设用地、交通用地呈明显增加趋势,林地、河流变化较小,略有增加。同时对该地区的土地利用格局进行了分析,并对驱动这种格局的因素进行了简单分析。烟台地区在快速城市化过程中,耕地减少没有明显减缓迹象,迫切需要加强保护耕地措施。     

基于LUCC的冀北土石山区东北沟流域土壤侵蚀时空变化分析

 在GIS技术的支持下,利用气候、土壤、植被盖度、DEM、土地利用现状调查和影像等数据,揭示东北沟流域土地利用和土壤侵蚀变化特点,明确土地利用类型与土壤侵蚀的关系。结果表明：1）近20年来流域土地利用变化剧烈,林地增加,草地、耕地和难利用土地减少,林地和草地之间及其内部转化较为明显;2）土壤侵蚀模数由1990年的5136.13t/(km2·a)减小到2009年的1823.30t/(km2·a),土壤侵蚀强度明显减弱,土壤侵蚀由轻度侵蚀(32.78%)和中度侵蚀(28.49%)为主减弱到以微度侵蚀(42.16%)和轻度侵蚀(33.25%)为主;3）不同土地利用类型的平均土壤侵蚀模数均有大幅度的下降,其差异也比较明显,林地、居住建筑用地的侵蚀强度较小,难利用土地土壤侵蚀强度较大。难利用土地是今后水土流失治理的重点区域。     

秦岭地区近20年来土地利用/土地覆盖变化及分析

秦岭地区是中国南北自然环境的天然分界线，是我国自然环境特征形成的一个重要组成部分。利用RS和GIS技术，分析了近20年来秦岭地区土地利用／土地覆盖在数量、结构、类型和空间分布上的变化情况。并对土地利用／土地覆盖变化的驱动力作了进一步探讨，得出以下结论：20年间秦岭地区土地利用／土地覆盖变化林地、草地和建设用地呈增长趋势，耕地、水域和未利用地则呈减少趋势，林地基本呈稳定状态，增幅仅为0．70％，但增加和减少的面积均较大；耕地减少的幅度较大。减幅为158838．02hm^2。主要转变为林地、草地和建设用地，并且多为优质良田；建设用地高速增长，增幅为47．46％，主要源于耕地，草地也呈增加态势，增幅为10．99％，主要源于林地与耕地；该区土地利用／土地覆盖变化的驱动力主要为：人口压力、经济因素、宏观政策等，且这3方面不是孤立的，而是相互影响、相互制约的，它们共同作用影响着秦岭地区的土地利用／土地覆盖的变化。     

国内外土壤侵蚀研究进展

  目的  土壤侵蚀引起的土壤有机碳动态变化对可持续土地利用与管理以及陆地碳收支具有重要意义,为了解该领域的前沿及发展方向,采用文献计量学方法探究近30年来土壤侵蚀与土壤有机碳动态研究进展及热点。  方法  本文基于Web of Science核心数据库和中国知网（CNKI）中文核心期刊数据库,采用CiteSpace软件和文献计量学方法,分析了国内外近30年土壤侵蚀与土壤有机碳动态研究的发展历程、研究热点和趋势。  结果  研究表明欧美国家在该领域的研究发展较早,尤其是美国无论是国际影响力还是国际合作紧密性均处于领先地位,我国虽起步较晚但处于稳步快速发展态势;国际上该领域的研究在1995 ~ 2004年间主要围绕耕作方式和农艺措施对土壤侵蚀与土壤有机碳动态的影响,进而发展为侵蚀条件下土壤微生物及其群落对土壤有机碳的影响;近十年逐渐向基于稳定性同位素技术的土壤侵蚀与土壤有机碳动态定量研究转变,同时土壤侵蚀导致的碳氮流失所造成的面源污染及侵蚀碳在全球碳循环中的作用也是近年来的研究热点。国内于1995 ~ 2004年在本领域的研究主要集中土壤侵蚀所造成的有机碳和养分流失的研究,而后逐渐发展为结合“3S”技术和土壤侵蚀模型,研究人类活动、土地利用及气候变化等因素对土壤侵蚀与土壤有机碳动态的影响。近五年结合核素示踪、光谱等技术,在国家政策引导下该领域逐步发展为从生态综合治理向生态文明建设为核心的问题导向研究。  结论  通过分析对比国内外土壤侵蚀与土壤有机碳动态研究的热点和前沿,提出我国在该领域今后研究的展望。     

土地利用变化科学中Agent模型研究的热点与趋势——基于CiteSpace图谱量化研究

为探究Agent模型在土地利用变化科学领域的国际研究现状、研究热点与发展趋势,对2000～2019年Web of Science数据库中790篇英文文献进行可视化分析,并利用CiteSpace软件,绘制国家、科研机构及作者合作网络、文献共被引、关键词等科学知识图谱。研究结果表明:(1)Agent模型在土地利用变化研究领域的发文量及被引频次整体呈上升趋势,目前处于快速发展期;国家及地区间合作较为密切,集中在欧美发达国家或地区,但科研机构及作者合作网络分散、合作强度低。(2)土地利用变化研究领域知识基础明确,但Agent模型与土地利用变化科学之间理论基础与研究体系有待完善,模型有效性验证方法还需开拓与深化。(3)Agent模型在土地利用变化领域研究内容由浅入深,研究前沿及热点集中于城市用地扩张模拟、农户土地利用行为模拟、政策假设与土地利用预测等。未来应加强国际及科研机构合作研究,完善Agent模型在土地利用变化科学中的建模范式及模型校验方法,拓展Agent模型在土壤环境质量的演变模拟、耕作措施的土壤保育效果预测、陆地生物多样性维护等领域的应用能力。     

土地利用变化与土壤侵蚀强度变化的关系分析——以四川盆地遂宁市市中区为例

应用TM遥感影像,提取土地利用和土壤侵蚀的相关信息。采用叠加分析的方法,对遂宁市市中区1995—2000年的土地利用变化和土壤侵蚀变化的关系进行了分析。结果表明,遂宁市市中区土地利用变化总体上有利于水土保持、土壤侵蚀面积减少和侵蚀强度降低。影响土壤侵蚀的主要土地利用变化发生在丘陵旱地,其中水土保持效果最显著的是旱地的内部转化,这充分体现了坡改梯工程在土壤侵蚀治理中的重要性。旱地向林地的转化对该区土壤侵蚀的治理也是很有利的,退耕还林工程同样不可忽视。换言之,"长治"工程综合治理在遂宁市市中区中已经取得了令人满意的生态效益,其成功的经验值得推广和借鉴。     

喀斯特山区土地利用变化与土壤侵蚀耦合关系研究——以毕节试验区为例

利用RS与GIS技术,提取地类、坡度和植被等3个因子的数据信息,模拟1990—2010年毕节试验区的土地利用过程和土壤侵蚀变化过程,并运用叠置分析和转移矩阵分析的方法,分析了土地利用变化过程中土壤侵蚀的响应特征,揭示土地利用变化及土壤侵蚀变化的关系。结果表明:毕节试验区土地以林地、耕地、草地为主,耕地面积不断减少,林地和建设用地面积不断增加;土壤侵蚀以轻度、中度侵蚀为主,整体呈现改善的趋势,尤其是退耕还林后,土壤侵蚀的面积与强度均不断降低;土地利用变化与土壤侵蚀具有密切的联系,耕地是土壤侵蚀发生的主要土地类型,耕地的减少与土壤侵蚀呈正相关关系,林地面积变化与土壤侵蚀具有较好的相关性,但在退耕还林的初期,土壤侵蚀的强度略有增加,草地增加与土壤侵蚀负相关,增加草地有利于土壤抗侵蚀能力的增强。研究喀斯特山区土地利用与土壤侵蚀的耦合关系,有利于有限的土地资源的合理配置和喀斯特地区的生态保护,为区域土地规划及水土保持等宏观决策部门提供理论支撑。     

退耕还林工程建设对吴起县土地利用/覆被变化及其土壤侵蚀的影响

为研究退耕还林工程建设对吴起县土地利用/覆被变化及其土壤侵蚀的影响,基于3S技术与RUSLE土壤侵蚀模型,分析评价了该县退耕还林前后土地利用/覆被、土壤侵蚀的时空变化。结果表明:吴起县实施退耕还林后10 a来,各种土地利用类型之间发生了较为复杂的转化,耕地面积比退耕前减少66.51%,林地面积比退耕前增加了212.61%;水土流失控制效果明显,全县平均土壤侵蚀模数由退耕还林前的9 779 t/（km²·a）减少为退耕还林后的5 285 t/（km²·a）,减少了45.96%,退耕还林后全县每年可减少土壤侵蚀量约1 704万t;土壤侵蚀与土地利用类型关系密切,未利用地的侵蚀最严重,其平均土壤侵蚀模数为19 513 t/（km²·a）,为林地土壤侵蚀模数平均值856 t/（km²·a）的22.79倍;研究结果将对该区域水土流失控制及其土地资源的合理利用提供参考依据。     

黑河中游山前平原区土地利用变化对土壤侵蚀的影响

在GIS技术的支持下,利用137Cs含量的分异规律对土壤侵蚀的发生、分布进行了研究,并对不同土地利用背景下土壤侵蚀的空间分布规律进行了定量研究。通过137Cs强度的空间差异,分析了土壤侵蚀的强度及区域差异,及其与区域土地利用、土地覆盖变化的相互关系。结果表明:(1)黑河中游山前平原区属中度侵蚀,其土壤侵蚀强度依次为荒地>耕地>草地,草地开垦为耕地将加剧土壤侵蚀;(2)研究区内每年耕作土地的土壤侵蚀量达0 2亿t,草地的土壤侵蚀量达0.4亿t,荒地的土壤侵蚀量达1 2亿t,区内每年由这3类主要土地利用类型造成的土壤侵蚀量约为1.8亿t;(3)近20年来黑河中游山前平原区土壤侵蚀量总体呈现增加的趋势,其西部为强风蚀地区,荒漠化日益严重,南部沿山洪积扇区土地资源的大规模开发利用,在造成本区域土地恶化的同时,加剧了中部及中北部地区向荒地演化的趋势。     

黄土高原丘陵沟壑区的土壤侵蚀与土地利用

黄土高原丘陵沟壑区生态农业建设的目标是调和自然和人类的关系,不合理的土地利用是导致土壤侵蚀的主要因素,控制严重的土壤侵蚀并改善提高当地人民的生活水平,合理利用土地资源调整土地利用结构是建设秀美山川的根本出路。     

河西地区土地利用/覆盖变化研究

土地利用/覆盖变化作为国际上全球变化研究的前沿与热点课题,是所有可持续发展相关问题的核心。河西地区为环境演化的敏感区和生态脆弱带,土地的演化过程和机制有其不同于东部地区的特殊规律。本文简要介绍了河西地区土地利用/覆盖变化过程,分析了土地利用/覆盖变化的动力机制,并就土地利用/覆盖变化对该地区自然环境与社会经济的影响进行了初步探讨,从而探索有利于该地区土地可持续发展的土地利用方式与土地覆盖类型。     

土地利用/土地覆被变化环境效应研究

土地利用/土地覆被变化（LUCC）是全球变化研究的重要方向之一。土地利用/土地覆被变化的环境效应问题一向都是研究的重点。结合近年来土地利用/土地覆被变化在环境方面的一些研究进展,综述了土地利用/土地覆被变化对全球气候、大气质量以及区域土壤、水文和生物多样性的影响,并提出了黄土高原地区土地利用/土地覆被变化研究亟需解决的一些问题。