全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 员圆期摇 摇 圆园员源年 远月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
中国景观生态学发展历程与未来研究重点 陈利顶袁李秀珍袁傅伯杰袁等 渊猿员圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城市景观格局演变的水环境效应研究综述 黄摇 硕袁郭青海 渊猿员源圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
多功能景观研究进展 汤摇 茜袁丁圣彦 渊猿员缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
空间形态受限型城市紧凑发展研究要要要以厦门岛为例 黄摇 硕袁郭青海袁等 渊猿员缘愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
紫金山森林公园降温效应影响因素 闫伟姣袁孔繁花袁尹海伟袁等 渊猿员远怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城市公园景观空间结构对其热环境效应的影响 冯悦怡袁胡潭高袁张力小 渊猿员苑怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 韵宰粤的低丘缓坡建设开发适宜性评价要要要以云南大理白族自治州为例
刘焱序袁彭摇 建袁韩忆楠袁等 渊猿员愿愿冤
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生态安全条件下土地利用格局优化要要要以皇甫川流域为例 喻摇 锋袁李晓兵袁王摇 宏 渊猿员怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎
新疆玛纳斯河流域 圆园园园要圆园员园年土地利用 辕覆盖变化及影响因素 刘金巍袁靳甜甜袁刘国华袁等 渊猿圆员员冤噎噎噎
基于 郧陨杂和 砸杂的赣江上游流域土地利用动态趋势分析 鲁燕飞袁彭摇 芳袁万摇 韵袁等 渊猿圆圆源冤噎噎噎噎噎噎噎
员怨缘源要圆园员园年三江平原土地利用景观格局动态变化及驱动力 刘吉平袁赵丹丹袁田学智袁等 渊猿圆猿源冤噎噎噎噎
基于斑块评价的三峡库区腹地坡耕地优化调控方法与案例研究 王永艳袁李阳兵袁邵景安袁等 渊猿圆源缘冤噎噎噎噎
贵州省山地鄄坝地系统土地利用与景观格局时空演变 李阳兵袁姚原温袁谢摇 静袁等 渊猿圆缘苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
中国西南地区土地覆盖情景的时空模拟 李摇 婧袁范泽孟袁岳天祥 渊猿圆远远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于移动窗口法的岷江干旱河谷景观格局梯度分析 张玲玲袁赵永华袁殷摇 莎袁等 渊猿圆苑远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于植被覆盖度的藏羚羊栖息地时空变化研究 赵海迪袁刘世梁袁董世魁袁等 渊猿圆愿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物量 悦尧晕尧孕 空间变异特征 范夫静袁黄国勤袁宋同清袁等 渊猿圆怨猿冤噎噎噎噎噎
峡谷型喀斯特不同生态系统的土壤微生物数量及生物量特征 谭秋锦袁宋同清袁彭晚霞袁等 渊猿猿园圆冤噎噎噎噎噎
长三角地区土地利用时空变化对生态系统服务价值的影响 刘桂林袁张落成袁张摇 倩 渊猿猿员员冤噎噎噎噎噎噎噎
基于视觉廊道的青藏铁路沿线旅游动态景观评价 张瑞英袁席建超袁姚予龙袁等 渊猿猿圆园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 砸杂与 郧陨杂的农村居民点空间变化特征与景观格局影响研究 任摇 平袁洪步庭袁刘摇 寅袁等 渊猿猿猿员冤噎噎噎
生态系统保护现状及保护等级评估要要要以江西省为例 樊乃卿袁张育新袁吕一河袁等 渊猿猿源员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
崇明东滩盐沼植被变化对滩涂湿地促淤消浪功能的影响 任璘婧袁李秀珍袁杨世伦袁等 渊猿猿缘园冤噎噎噎噎噎噎噎
基于气候尧地貌尧生态系统的景观分类体系要要要以新疆地区为例 师庆东袁王摇 智袁贺龙梅袁等 渊猿猿缘怨冤噎噎噎噎
黄土丘陵沟壑区景观格局演变特征要要要以陕西省延安市为例 钟莉娜袁赵文武袁吕一河袁等 渊猿猿远愿冤噎噎噎噎噎
不同干扰背景下农业景观异质性要要要以巩义市为例 张晓阳袁梁国付袁丁圣彦 渊猿猿苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
山西高原草地景观的数量分类与排序 张先平袁李志琴袁王孟本袁等 渊猿猿愿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
山区夏季地表温度的影响因素要要要以泰山为例 孙常峰袁孔繁花袁尹海伟袁等 渊猿猿怨远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
典型岩溶洼地土壤水分的空间分布及影响因素 张继光袁苏以荣袁陈洪松袁等 渊猿源园缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于移动窗口法的豫西山地丘陵地区景观异质性分析 李栋科袁丁圣彦袁梁国付袁等 渊猿源员源冤噎噎噎噎噎噎噎噎
桂西北喀斯特区域植被变化趋势及其对气候和地形的响应 童晓伟袁王克林袁岳跃民袁等 渊猿源圆缘冤噎噎噎噎噎噎
喀斯特与非喀斯特区域植被覆盖变化景观分析要要要以广西壮族自治区河池市为例
汪明冲袁王兮之袁梁钊雄袁等 渊猿源猿缘冤
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不同干扰背景下景观指数与物种多样性的多尺度效应要要要以巩义市为例
董翠芳袁梁国付袁丁圣彦袁等 渊猿源源源冤
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石栎鄄青冈常绿阔叶林土壤有机碳和全氮空间变异特征 杨摇 丹袁项文化袁方摇 晰袁等 渊猿源缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎
湘中丘陵区南酸枣阔叶林群落特征及群落更新 易摇 好袁邓湘雯袁项文化袁等 渊猿源远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 砸月云晕的桂西北喀斯特区植被碳密度空间分布影响因素分析 张明阳袁王克林袁邓振华袁等 渊猿源苑圆冤噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿缘圆鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿远鄢圆园员源鄄园远
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 空间发展受限城市的厦门要要要在我国城市化进程中袁中小城市在城镇体系建设中处于中间环节袁起到了联系大城市
和小城镇的作用遥 但是袁每个城市由于发展历史尧社会经济结构尧自然地理形态等因素的不同袁都有其发展的特性袁
这些问题都必须要因地制宜地去把握遥 例如袁厦门岛相对隔离袁没有多余的发展空间袁该城市以居住功能为主袁城市
功能较为单一袁公共服务功能和商业服务功能比例较小遥 研究这样紧凑型的城市发展必须要考虑该城市结构转换
的承受力袁周边社会经济环境以及居民的生活习惯等遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 12 期
2014年 6月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.12
Jun.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家重点基础研究发展计划资助项目(2014CB138803);国家自然科学基金资助项目(41030535,31000229)
收稿日期:2013鄄07鄄01; 摇 摇 修订日期:2014鄄02鄄24
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: xbli@ bnu.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201307011807
喻锋,李晓兵,王宏.生态安全条件下土地利用格局优化———以皇甫川流域为例.生态学报,2014,34(12):3198鄄3210.
Yu F, Li X B, Wang H.Optimization of land use pattern based on eco鄄security: a case study in the huangfuchuan watershed.Acta Ecologica Sinica,2014,34
(12):3198鄄3210.
生态安全条件下土地利用格局优化
———以皇甫川流域为例
喻摇 锋1,2,李晓兵1,*,王摇 宏1
(1. 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室,资源学院,北京摇 100875;
2. 国土资源部信息中心,国土资源部国土资源战略研究重点实验室,北京摇 100812)
摘要:在人类活动导致的生态环境问题中,土地利用格局变化对区域生态安全起着决定性作用。 选择我国乃至在世界上都罕见
的多沙、粗沙、强烈水土流失的黄河皇甫川流域作为研究区域,针对土壤侵蚀和生态用水这两大影响流域生态安全的关键问题,
开展土地利用变化模拟、土壤侵蚀 3S监测、适宜植被盖度估算、土壤侵蚀情景模拟、土地利用格局优化等方面的综合研究。 结
果表明:(1) 土地利用格局变化是导致土壤侵蚀变化的重要因素。 从 1987 年到 2015 年,建筑用地、林地和灌丛面积增加,水
域、沙地和裸砒砂岩面积减少,导致流域年平均土壤侵蚀模数由 16160.72 t km-2 a-1降至 9710.72 t km-2 a-1。 (2) 土地利用类型
与土壤侵蚀模数密切相关并存在一定规律。 6种不同土地利用类型多年平均土壤侵蚀模数的大小顺序为:裸砒砂岩>沙地>耕
地>草地>林地>灌丛,表明灌、林措施是流域植被恢复和土壤侵蚀减少的首选。 (3) 土地利用结构和空间格局优化有助于提升
区域生态安全水平。 在优化格局下,2007年和 2015年土壤侵蚀模数比优化前分别减少 5469.57 t km-2 a-1和 5432.77 t km-2 a-1,
优化后 2015年土壤侵蚀模数仅为 4277.95 t km-2 a-1,低于流域自然侵蚀临界值或允许土壤侵蚀模数 5300 t km-2 a-1,优化土地
利用格局成为加强流域生态环境建设的重要途径。
关键词:生态安全; 土地利用; 土壤侵蚀; 适宜植被盖度; 格局优化
Optimization of land use pattern based on eco鄄security: a case study in the
huangfuchuan watershed
YU Feng1,2, LI Xiaobing1,*, WANG Hong1
1 State Key Laboratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology, College of Resources Science and Technology, Beijing Normal University, Beijing
100875, China
2 Information Center of Ministry of Land and Resources, Beijing 100812, China
Abstract: In terms of ecological and environmental problems caused by human activities, changes in the pattern of land use
play a decisive role in regional eco鄄security. In recent years, ecological considerations have been an important limiting factor
and optimization goal, with the concept of eco鄄security reflected in land use pattern optimization. Supported by 3S
technology, we chose the Huangfuchuan watershed of the Yellow River basin as the study area—a rare, sandy, gritty,
intense erosion area of the world, where soil erosion and ecological water are important factors determining regional eco鄄
security. Here we carried out comprehensive research that involved the monitoring and forecasting of change in land use, soil
erosion simulation, estimation of appropriate vegetation coverage, and optimization of land use. The results were as follows.
(1) Over the last 10 years, there has been a general change in land use in the Huangfuchuan watershed, with the
proportion of construction land, woodland, cropland and shrub increasing gradually over time (although the rate of increase
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has slowed), and the proportion of water, grassland, sand and bare rock decreasing, most markedly in water resources.
During this course of development, the watershed pattern of land use has been under tremendous pressure from the conflict
between rapid urbanization, economic development and the conservation and rebuilding of the ecological environment. This
scenario looks set to continue for some time in the future, and moreover, the distinct decline in water area would be the
main obstacle in the above conflict. (2) Change in the pattern of land use was an important factor in the course of soil
erosion, the annual modulus of soil erosion decreased rapidly from 16160.72 t / km2 in 1987 to 9710.72 t / km2 in 2015. To a
degree, soil erosion was closely related to type of land use. According to the annual modulus of soil erosion in the same
year, different types of land use impacted on soil erosion with the following order of magnitude: bare rock > sand > cropland
> grassland > woodland > shrub, indicating that woodland and shrub were the preferred measures for vegetation restoration
and a reduction in soil erosion. Furthermore, the alteration of sand and bare rock would be critical to the comprehensive
control of soil erosion, a fact that could not be ignored. (3) The effect of soil and water conservation has been significant
over the last 10 years; however, owing to the high proportion of sand and bare rock and the proliferating cropland in the
watershed, the annual modulus of soil erosion remained higher than the permissible degree of soil erosion, namely 5300 t /
km2 . Land use pattern optimization can help to improve ecosystem services in the Huangfuchuan watershed, and achieve the
goal of promoting eco鄄security. After optimization, the annual modulus of soil erosion could decrease by 5469.57 t / km2 and
5432.77 t / km2 in 2007 and 2015, with 4277.95 t / km2 in 2015, which is considerably below the permissible degree of soil
erosion. Generally, our paper has emphasized the impact of different types and patterns of land use on soil erosion,
highlighted the adjustment or optimization in pattern of land use, and suggested improvements in the scientific assessment of
soil erosion for the simulation and forecasting of land use change, which has broad future applications.
Key Words: eco鄄security; land use change; soil erosion evaluation; appropriate vegetation coverage; pattern optimization
摇 摇 随着全球性环境问题的日益显著,生态安全问
题越来越受到人类的普遍关注。 近十多年来,国内
外生态安全研究主要集中在基因工程生物的生态风
险与生态安全、生态入侵、生态系统健康评价、生态
安全评价方法及模型和生态安全预警等方面[1]。 区
域生态安全状况受自然因素和人类活动双重影响,
而在人类活动导致的生态环境问题中,土地利用变
化过程又对区域生态安全起着决定性作用[2]。 从土
地利用或土地生态系统视角来探讨区域生态安全问
题,成为土地利用 /覆盖变化研究和生态安全研究的
热点。
土地利用格局优化,即不同类型土地利用单元
在时间和空间尺度上的优化配置,可以协调生态效
益、经济效益和社会效益三者之间的关系。 长期以
来,土地利用格局研究侧重于对土地利用类型和数
量的优化配置以实现经济效益的最大化,即追求生
态安全中的经济生态安全目标。 近年来,生态因素
已成为土地利用优化配置的重要约束条件和优化目
标,生态安全的理念也开始在土地利用结构优化中
得以体现:Herrmann等[3]应用系统工程方法,从土壤
肥力、地下水质量、地表水、群落生境和景观五方面
选取指标作为生态约束条件,开展乡村土地利用结
构优化设计;Makowski 等[4]以欧共体农用土地资源
面临的最主要的污染问题为导向,以氮流失量最小
为规划目标,建立了欧共体农业土地利用结构优化
模型;徐学选等[5]应用线性规划模型,以土壤侵蚀量
作为生态约束条件,探讨了黄土丘陵区生态建设中
农林牧土地结构的优化模式;林彰平[6]提出了生态
安全条件下土地利用模式优化研究的概念框架,并
采用灰色线性规划模型,探讨了东北农牧交错带土
地利用结构优化方法;刘艳芳等[7]对基于绿当量的
最佳森林覆盖率标准的生态优化方法进行了探讨,
对土地利用优化中关于生态标准的量化研究有着重
要的启发意义;苏伟等[8]建立了土地利用格局优化
模拟模型 LUOS,基于 GLP 方法和 CA 模型,得出了
中国北方农牧交错带在 6种情景下的土地利用优化
方案;吕红峰等[9]对呼伦贝尔沙地北部海拉尔沙带
的土地利用进行了生态安全评价和优化,建立了海
拉尔沙带生态安全条件下的土地利用结构优化方
案;粱伟恒等[10]运用主成分分析法、聚类分析法和
灰色线性规划法,提出了重庆市开县的土地利用优
化模式。
为此,本文选择我国乃至在世界上都罕见的多
沙、粗沙、强烈水土流失的黄河皇甫川流域作为研究
9913摇 12期 摇 摇 摇 喻锋摇 等:生态安全条件下土地利用格局优化———以皇甫川流域为例 摇
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区域,针对土壤侵蚀和生态用水两大影响流域生态
安全的关键问题,以土地利用变化模拟、土壤侵蚀 3S
监测、适宜植被盖度估算、土壤侵蚀情景模拟、土地
利用格局优化等为重点,开展生态安全条件下土地
利用格局优化研究,有利于为合理开发国土空间、科
学配置“三生冶(生产、生活和生态)空间提供科学依
据,对大力推进生态文明建设、实现区域可持续发展
具有重要战略意义。
1摇 研究区
皇甫川流域位于 E110. 3毅—111. 2毅, N39郾 2毅—
39郾 9毅之间,地跨鄂尔多斯高原与黄土高原,流域全
长约 125 km,总面积约为 3240 km2。 皇甫川流域属
温带半干旱大陆性气候,年平均气温 6.2—7.2 益;年
平均降雨量在 379—420 mm之间,主要集中在夏季,
6—8月份的降雨量占总降水量的 61%。 流域内砒
砂岩大面积裸露,原生植被破坏殆尽,再加上较大的
地势高差和较强的暴雨冲刷导致水土流失十分严
重,年平均向黄河输送约 0.5 亿 t 泥沙,深刻影响着
当地的生态环境和农牧业生产条件。 土壤母质类型
为砒砂岩土类、黄土类、风沙土类、冲积土类,分别占
流域面积的 39.8%、41.3%、17.0%、1.9%,土壤类型
相应为栗钙土、黄绵土、风沙土、草甸土和潮土,其中
大部分属于易侵蚀类型,这也决定了该区域的土壤
侵蚀比较强烈。
皇甫川流域属于农牧交错带,主要的土地利用
类型为耕地、草地和林地,形成了以草地利用为主、
耕地镶嵌、小片林地星散分布、侵蚀沟网嵌套的土地
利用格局。 其中,流域中西部和北部人口较为稀少,
又有大面积连片分布的天然草地,适合于开展草地
畜牧业;而东南部人口相对稠密,具备了开展农业生
产的劳动力资源,加之地形破碎、土地开垦程度高,
经济发展以农业为主。 耕地主要集中在流域内沙圪
堵乡、纳林乡与府谷县境内,其中坡耕地占到耕地总
面积的 46%,但大多数坡耕地土壤含水量差、淋溶作
用强、土壤肥力低、平均单产低。
2摇 方法
2.1摇 土地利用变化模拟
2.1.1摇 数量结构———Markov模型
作为一种基于栅格的空间概率模型,在假设当
前社会经济模式发展不变情况下,通过计算土地利
用变化的转移概率矩阵,Markov(马尔柯夫)模型可
以预测特定情景下土地利用数量的未来变化趋势。
传统的 Markov模型可表示为:
( )P n = P n -( )1 P = P ( )0 Pn (1)
式中, P(0) 和 P(n) 分别表示初始时刻和任何时刻
土地利用的状态概率向量; P 为土地利用类型之间
相互转化的转移概率矩阵,也可以把它看成是多个
时段的平均转移概率向量,即:
摇 P =
(P1 伊 n1 + P2 伊 n2 + … + Pn 伊 nn)
(n1 + n2 +... + nn)
(2)
式中, P1…Pn 为各个时段的转移概率矩阵, n1…nn
为各个时段的步长。
本文通过计算 1987—1995 年、1995—2000 年、
2000—2007年 3 个时段的平均转移概率矩阵,预测
未来直至 2015年皇甫川流域土地利用的变化趋势。
2.1.2摇 空间格局———Bayes模型
Bayes(贝叶斯)模型能弥补 Markov 模型不能准
确刻画未来土地利用空间格局的缺陷。 基于 Bayes
最大似然概率原则,该模型考虑某一栅格转化为不
同土地利用类型的可能性,从而最终确定土地利用
的未来空间格局。 其计算方法为:
P j,t
+ 驻t
i,
æ
è
ç
ö
ø
÷
t
= P j,( )t P ijQij (3)
式中,P j,t
+驻t
i,
æ
è
ç
ö
ø
÷
t
为 t时刻土地利用类型为 i 的栅格,
在 t+驻t 时刻转化为类型 j 的概率; P j,( )t 为 t 时刻
此栅格周围土地利用类型 j 的分布概率; P ij 为土地
利用类型 i转变为 j的转移概率; Qij为 t时刻此栅格
周围土地利用类型 i和 j的共生概率。
本文采用 5伊5的栅格窗口计算每一栅格转变为
不同土地利用类型的概率,基于“耕地—草地—灌
丛—林地—水域—建筑用地—裸砒砂岩—沙地冶的
顺序,按照概率的高低依次确定各土地利用类型栅
格的空间位置,直至满足 Markov 模型预测后的数量
要求为止,最终确定皇甫川流域 2015 年土地利用空
间格局。
2.2摇 土壤侵蚀变化模拟[11]
黄土高原地区地表破碎且降雨集中,水蚀起着
关键作用;此外,重力侵蚀与水蚀相互复合,也是造
成当地沟蚀强烈的重要动力。 研究成果表明[12鄄13]:
水蚀和重力侵蚀约占皇甫川流域土壤侵蚀总量的
0023 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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83%;其中,当坡度小于 35毅时,重力侵蚀可以忽略不
计,而当坡度大于 35毅时,重力侵蚀才显著增大,约为
水蚀量的 30%。 因此,基于计算土壤水蚀的 USLE
(通用土壤侵蚀方程),皇甫川流域土壤侵蚀模型的
表达式为:
E =
R·K·L·S·C·P / 0.83 兹 臆 35毅
1.3·R·K·L·S·C·P / 0.83 兹 > 35{ 毅 (4)
式中, E为年均土壤侵蚀量(t hm-2a-1);R 为降雨侵
蚀力因子(MJ mm hm-2 h-1 a-1);K 为土壤可蚀性因
子(t hm2 h hm-2 MJ-1 mm-1);L 为坡长因子;S 为坡
度因子;C为地表覆盖因子;P为水土保持措施因子;
兹为地表坡度。
上述 6个参数分别有不同的计算方法(表 1)。
在预测未来土地利用情景下的土壤侵蚀时,参数 C
是在未来时点土地利用格局和现状时点植被盖度状
况的基础上得到的,参数 R 则采用流域的多年平
均值。
表 1摇 皇甫川流域土壤侵蚀模型参数计算[13鄄15]
Table 1摇 Parameters calculation of soil erosion model in Huangfuchuan watershed
参数 Parameters 计算方法 Methods for calculation 说明 Illumination
降雨侵蚀力因子
Rainfall wash factor R
= 2.18P - 51.45 P为降雨量
土壤可蚀性因子
Soil erodibility factor
K = {0.2 + 0.3exp[ - 0.0256Sd(1 - Si / 100)]} 伊
[Si / (Cl + Si)] 0.3 伊 {1.0 - 0.25C / [C + exp(3.72 -
2郾 95C)]} 伊 [1.0 - 0.7(1 - Sd / 100)] / {1 - Sd / 100 +
exp[ - 5.51 + 22.9(1 - Sd / 100)]}
Sd为砂粒含量;Si为粉粒含量;Cl为粘粒含量;C
为有机碳含量
坡长因子
Slope length factor L =
姿( )20
0.3
= 0.41姿0.3 姿为任意坡长小区的水平投影长度
坡度因子
Slope factor
S1 = 0.0974兹1.30 ;
S2 = 0.774兹1.45 ;
S3 = 65.41 sin2兹 + 4.56sin兹 + 0.065
兹为坡度;S1为黄土坡地的坡度因子;S2为砒砂
岩坡地的坡度因; S3为其他类型坡地的坡度
因子
地表覆盖因子
Steepness factor
C1 = e -0.0418(V-5) ; C2 = 0.992e -0.034V
V = [(移
M
i = O
Pi 2 / P) 伊 V1 + (移
Jn
i = A
Pi 2 / P) 伊 V2 +
(移
S
i = Jl
Pi 2 / P) 伊 V3] /移
D
i = J
P2i / P
V为年平均植被盖;C1为耕地的地表覆盖因子;
C2为林地、灌丛和草地的地表覆盖因子
水土保持措施因子
Soil and water conservation
practice factor
草地 0.3
灌丛 0.3
林地 0.2
水域 0
建筑用地 0
裸砒砂岩 1
沙地 1
耕地 0.75
0.6
0.5
0.3
坡面水平沟、鱼鳞坑等水保措施
无水保措施
非等高耕作
等高耕作 >10毅
5毅—10毅
<5毅
2.3摇 适宜植被盖度计算[16鄄17]
皇甫川流域属于干旱半干旱地区,水分是植物
生长的主要限制因子。 经过长期的水土流失综合治
理,流域植被盖度有明显增加,但随之植被需水量也
日益增加。 因此,植被与水的矛盾,即水分生态安全
成为影响流域生态安全的重要因素。 研究流域的水
分生态安全,应考虑目前植被的正常生长能否维持
或能维持多久,不同林、灌、草等土地利用配置模式
的水分丰欠差异,以及主要植物种的种群密度是否
合理等。 适宜植被盖度是指在适宜的状态下,即植
物群落的水分输入和输出达到平衡时,群落中主要
植被的盖度。 研究适宜植被盖度是解决水分生态安
1023摇 12期 摇 摇 摇 喻锋摇 等:生态安全条件下土地利用格局优化———以皇甫川流域为例 摇
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全问题的重要突破口,有助于优化皇甫川流域的能
量流动和物质循环,缓解水土流失。
皇甫川流域乔灌木和半灌木的适宜植被盖度的
计算公式为:
冠幅面积=仔伊(冠幅长伊冠幅宽) / 4
单位面积植物年耗水量=蒸腾强度伊叶干重伊蒸腾时
数 / 1000
单株年耗水量=单位面积年耗水量伊冠幅面积
单株营养面积 =单株年耗水量 /单位土壤面积的有
效水分
群落适宜盖度=冠幅面积 /营养面积伊100% (5)
皇甫川流域小半灌木和草本植物的计算公
式为:
单位面积内株(丛)面积=单位面积伊盖度
单位面积植物年耗水量 =蒸腾强度伊单位面积内叶
干重伊蒸腾时数 / 1000
营养面积 =单位面积年耗水量伊单位面积 /单位土壤
面积的有效水分
群落适宜盖度=株(丛)面积 /营养面积伊100% (6)
式中,冠幅面积是当植物冠幅的垂直投影区为椭圆
形时所对应的面积。
单位土壤面积上的有效水分值按两种假设条件
计算:(1) 无效降水量及蒸发量占降水量的 10%,其
余降水量均可被植物利用,无地下水补给;(2) 无效
降水量及蒸发量占降水量的 10%,年降水量的 20%
作为径流流失,无地下水补给。
2.4摇 土壤侵蚀情景模拟
将皇甫川流域土地利用的可能情景简化为全林
地、全灌丛、全草地、全耕地这 4 种单一类型覆盖格
局,分别模拟其在植被覆盖现状和水分平衡(即各植
被类型盖度为其适宜植被盖度)条件下所对应的土
壤侵蚀,从而为下一步基于土壤侵蚀量进行土地利
用格局空间优化提供定量依据。 主要步骤包括:
(1) 从现有植被类型与盖度出发,分别计算出
各栅格单元在全林地、全灌丛、全草地、全耕地 4 种
情况下的土壤侵蚀。
(2) 根据其现有水分条件和植被的实际蒸腾
量,分别推算各栅格单元作为林地、灌丛、草地和耕
地时各自的适宜盖度(采用 2.3的计算结果)。
(3) 根据适宜植被盖度的计算结果,分别计算
出水分平衡条件下不同土地利用格局情景下(全林
地、全灌丛、全草地、全耕地)所对应的土壤侵蚀
模数。
2.5摇 土地利用格局优化
2.5.1摇 土地利用类型总量控制
摇 摇 土地利用类型的总量控制主要考虑四个方面的
约束条件:一是强制约束性因素,即要满足强制性边
界条件要求,如湿地、森林公园、地质公园等自然保
护区(本文不存在),以及湖泊和水库等不允许或不
能进行覆被调整的地区;二是政策导向性因素,如坡
度大于 25毅的陡坡耕地实施退耕还林还草及城镇扩
展等规划建设用地需求等;三是经济协调性因素,即
要满足粮食安全、畜牧业和林果业发展、增加农民纯
收入等的要求,既确保较为稳定的耕地面积,同时适
当提高林地、草地的比例;四是生态保障性因素,即
满足生态优化和生物多样性要求,如考虑林地、灌
丛、草地的适宜比例,同时减少裸砒砂岩和沙地的
面积。
2.5.2摇 土地利用类型空间优化
空间格局优化主要依据图像中各栅格单元对不
同覆被类型的归属概率而进行。 归属概率是指某一
栅格,从有利于生态安全(本文主要考察减少土壤侵
蚀)的角度出发,转化为不同植被类型的可能性,其
计算方法如下[18]:
P ij·k = (1 - Sk /移
4
k = 1
Sk)(WN 伊 RN)仪
n
r = 1
Cr 伊 100% (7)
式中, P ij·k 是栅格( i,j为行列号)转化为 k种覆被类
型时的归属概率; k 表示可能的植被覆盖类型( k =
1,2,3,4,分别对应于林地、灌丛、草地和耕地); Sk
表示栅格为 k 种类型时对应的可能的土壤侵蚀模
数; RN代表对于约束条件 N的标准化值,WN是该因
素的权重( N = 1,2,3,4);仪
n
r = 1
Cr 是一系列二值变量
的乘积,表示对地表覆被类型改变的各种强制性约
束因素,如果 Cr = 0,则该单元可能是河流、湖泊或其
它被保护土地,假定它们在模型中不发生变化。
土地利用类型空间优化的具体步骤如下:
(1) 首先维持现有的水域空间格局不发生变
化,同时满足对建筑用地空间分配的预期要求。
(2) 从流域现有植被覆盖与土地利用类型出
发,推算水分供给条件,以此作为进行土地覆盖优化
布局的关键约束因子之一。
(3) 对于 25毅以上的坡地,根据其现有水分条件
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和植被实际蒸腾量,分别推算栅格作为林地、灌丛、
草地时各自的覆盖度,并且确保其盖度不超过各自
类型的适宜盖度。 从减少土壤侵蚀模数的角度,分
别计算出栅格被赋于上述 3种类型的归属概率。
(4) 同理,对于 25毅以下的坡地,推算栅格为林
地、灌丛、草地、耕地时各自覆盖度,并分别计算出栅
格被赋于上述四种类型的归属概率。
(5) 按照不同土地利用类型的赋值顺序(耕地鄄
草地鄄灌丛鄄林地),在适宜盖度范围内按各栅格的归
属概率从大到小进行属性分配,直至满足各土地利
用类型的总量控制条件为止。
(6) 将剩余的栅格赋值为沙地和裸砒砂岩,考
虑其原有空间位置及土壤侵蚀模数大小以满足总量
控制所确定的面积。
(7) 考察优化后的土地利用格局所对应的土壤
侵蚀模数和植被盖度,讨论是否满足生态安全条件。
3摇 结果及分析
3.1摇 土地利用变化
从 1987年到 2007年(表 2和图 1),流域土地利
用发生了显著变化:灌丛、林地和建筑用地面积均呈
现持续增长,所占比例分别增长了 11. 96、4. 93 和
0郾 12个百分点,而主要位于流域中部的裸砒砂岩和
沙地面积则持续减少,到 2007 年所占比例分别下降
至 13.11%和 1.37%,表明经过近 20年的水土保持综
合治理,流域生态恢复的效果明显;城镇化和经济发
展也推动了建筑用地的剧烈扩张;水域面积由 8.
05%减至 2.06%,减少了 194.08 km2,对流域未来植
被恢复以及农业生产等极为不利。 此外,由于不合
理的土地利用行为不断加剧,流域西北部草地面积
大幅减少,转变为沙地或者造成砒砂岩裸露。 从
2007年到 2015年(表 2和图 1),建筑用地和耕地的
面积仍将以 26.67%和 14.89%的速度保持增长,而水
域面积则继续缩减,进一步加深人鄄水、畜鄄水矛盾,成
为阻碍当地经济发展、社会安定和生态恢复的瓶颈
性因素;沙地和裸砒砂岩面积存在反弹趋势,流域生
态环境可能面临再次恶化的局面。
从土地利用类型间变化来看(表 3 和图 1),建
筑用地扩张主要是通过占用灌丛和草地而来,而对
耕地的占用相对较少,说明当地重视耕地保护的同
时把建筑用地的需求转移到灌丛和草地上面;林地
面积增加 159.73 km2,灌丛对其贡献最大,其次是裸
砒砂岩和草地,反映出在流域综合治理中发展林果
业成效不错,其中灌丛和草地上主要栽种经济林,裸
砒砂岩则以生态林为主;减少的水域主要转变为耕
地、草地和裸砒砂岩,表明流域降水条件并不理想,
同时大面积的植被恢复也消耗了大量的水分;而对
裸砒砂岩的治理基本上灌、草措施为主,同时加强耕
作措施的维护。 此外,沙地的治理效果也非常明显,
其中有 144.37 km2的沙地被治理成草地。
表 2摇 皇甫川流域土地利用变化模拟与预测
Table 2摇 Simulation and forecasting of land use change in Huangfuchuan watershed
土地利用类型
Land use type
1987
比例 / %
Proportion
1995
比例 / %
Proportion
驻1987—
1995
/ %
2000
比例 / %
Proportion
1995—
2000
/ %
2007
比例 / %
Proportion
2000—
2007
/ %
2015
比例 / %
Proportion
2007—
2015
/ %
林地 Woodland 3.54 5.08 43.50 6.80 33.86 8.47 24.56 7.55 -10.86
灌丛 Shrub 25.88 33.38 28.98 34.23 2.55 37.84 10.55 37.02 -2.17
草地 Grassland 35.62 30.89 -13.28 27.07 -12.37 27.53 1.70 26.29 -4.50
耕地 Cropland 5.95 8.87 49.08 11.09 25.03 9.47 -14.61 10.88 14.89
沙地 Sand 5.99 4.73 -21.04 4.17 -11.84 1.37 -67.15 2.93 113.87
裸砒砂岩 Soft rock 14.94 14.19 -5.02 13.68 -3.59 13.11 -4.17 13.18 0.53
建筑用地 Construction land 0.03 0.05 66.67 0.09 80.00 0.15 66.67 0.19 26.67
水域 Water 8.05 2.81 -65.09 2.87 2.14 2.06 -28.22 1.96 -4.85
3.2摇 土壤侵蚀变化
1987年、1995 年、2000 年、2007 年和 2015 年的
年平均土壤侵蚀模数分别为 16160. 72、14939. 42、
13943.32、11354.03 t / km2和 9710.72 t / km2。 在此基
础上,根据 《土壤侵蚀分类分级标准 ( SLl90—
2007)》 [19]进行土壤侵蚀强度划分。
从 1987年到 2000年(表 4和图 2),微度侵蚀和
轻度侵蚀的面积分别由 1066.15 km2和 558.85 km2增
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图 1摇 皇甫川流域 1987—2015年土地利用格局
Fig.1摇 Land use patterns from 1987 to 2015 in Huangfuchuan watershed
1987、1995、2000和 2007分别为当年的土地利用现状格局,2015(F)为 2015年土地利用预测格局
表 3摇 皇甫川流域土地利用变化年平均转移概率矩阵
Table 3摇 Annual mean matrix of land use change in Huangfuchuan watershed
土地利用类型
Land use type
林地
Woodland
灌丛
Shrub
草地
Grassland
耕地
Croplan
沙地
Sand
裸砒砂岩
Soft rock
建筑用地
Construction
land
水域
Water
林地 Woodland 0.21454 0.36701 0.12643 0.07670 0.00966 0.19867 0.00037 0.00662
灌丛 Shrub 0.08414 0.49698 0.17710 0.13097 0.02796 0.07069 0.00086 0.01130
草地 Grassland 0.03411 0.28286 0.47848 0.04261 0.04456 0.10158 0.00027 0.01553
耕地 Cropland 0.09545 0.38717 0.09951 0.33573 0.00653 0.05726 0.00058 0.01777
沙地 Sand 0.02341 0.33810 0.39170 0.03136 0.17397 0.03781 0.00142 0.00223
裸砒砂岩 Soft rock 0.05549 0.21270 0.27059 0.02968 0.00363 0.41324 0.00041 0.01426
建筑用地 Construction land 0.01825 0.08702 0.07985 0.01585 0.00775 0.08217 0.69549 0.01362
水域 Water 0.04072 0.19824 0.19964 0.09772 0.00951 0.09894 0.00048 0.35475
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表 4摇 皇甫川流域土壤侵蚀变化情况
Table 4摇 Soil erosion change in Huangfuchuan watershed
侵蚀等级
Erosion class
1987
面积 / km2
Area
比例 / %
Proportion
1995
面积 / km2
Area
比例 / %
Proportion
2000
面积 / km2
Area
比例 / %
Proportion
2007
面积 / km2
Area
比例 / %
Proportion
2015
面积 / km2
Area
比例 / %
Proportion
微度侵蚀
Weak erosion 1066.15 32.91 1170.61 36.13 1546.16 47.72 1331.32 41.09 1288.55 39.77
轻度侵蚀
Slight erosion 558.85 17.25 717.01 22.13 704.85 21.76 750.71 23.17 728.03 22.47
中度侵蚀
Moderate erosion 520.15 16.05 532.98 16.45 349.11 10.78 499.28 15.41 506.41 15.63
强度侵蚀
Intensive erosion 301.07 9.29 211.90 6.54 98.26 3.03 184.35 5.69 211.25 6.52
剧烈侵蚀
Very intensive erosion 246.63 7.61 115.02 3.55 71.74 2.21 95.58 2.95 147.09 4.54
极剧烈侵蚀
Severe erosion 547.15 16.89 492.48 15.20 469.88 14.50 378.76 11.69 358.67 11.07
图 2摇 皇甫川流域 1987—2015年土壤侵蚀格局
Fig.2摇 Soil erosion patterns from 1987 to 2015 in Huangfuchuan watershed
1987、1995、2000和 2007分别为当年的土壤侵蚀现状格局,2015(F)为 2015年土壤侵蚀预测格局
加到了 1546.16 km2和 704.85 km2,中度侵蚀一直到
极剧烈侵蚀的面积都呈减少态势,流域南部地区剧
烈侵蚀和极剧烈侵蚀的面积显著减少,均反映出水
土流失综合治理取得良好成效。 从 2000 年到 2015
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年(表 4和图 2),微度侵蚀面积持续减少,轻度侵蚀
面积比例在 22%上下波动,虽然两者面积总和在
2015年将保持在 2016.58 km2,但流域总体生态环境
仍比较脆弱:中度、强度和剧烈侵蚀面积均有所回
升,三者之和将超过总面积的四分之一。
从不同土地利用类型的年平均土壤侵蚀模数来
看(表 5),从 1987 年到 2007 年,除沙地的侵蚀模数
增长 80.42%外,其余均呈下降态势,其中裸砒砂岩
减少了 15467.27 t / km2,其次为草地和灌丛,分别减
少了 1250.44 t / km2和 1047.50 t / km2,林地则减少了
996.21 t / km2。 到 2015 年,虽然沙地和裸砒砂岩的
受蚀程度明显减弱,但耕地和草地的侵蚀模数将出
现大幅反弹,林地和灌丛也将回复到 2000 年的水
平。 此外, 6种不同土地利用类型多年平均土壤侵
蚀模数的大小顺序为:裸砒砂岩>沙地>耕地>草地>
林地>灌丛,表明灌、林措施是流域植被恢复和土壤
侵蚀减少的首选,草地减蚀的效果也比较明显,而沙
地尤其是分布面积较广的裸砒砂岩则是水土流失综
合治理的难题和关键。
表 5摇 皇甫川流域不同土地利用类型年平均土壤侵蚀模数
Table 5摇 Annual mean modulus of soil erosion of different land use types in Huangfuchuan watershed(t km-2 a-1)
年份
Year
林地
Woodland
灌丛
Shrub
草地
Grassland
耕地
Cropland
沙地
Sand
裸砒砂岩
Soft rock
1987 2441.40 2217.43 3092.54 3125.36 29178.60 81677.53
1995 1434.98 1314.84 2006.70 2768.67 44814.48 79961.91
2000 1996.41 1576.44 2694.58 2874.86 33070.08 78179.74
2007 1445.19 1169.93 1842.10 2603.69 52645.21 66210.26
2015 1990.07 1464.59 3332.24 4057.60 15568.84 52316.37
年平均值 Annual mean 1861.61 1548.65 2593.63 3086.04 35055.44 71669.16
3.3摇 适宜植被盖度
经初步计算,皇甫川流域不同植被类型的适宜
植被盖度为[6]:杨树 37%—48%,油松 36%—47%,
沙柳 46%—59%,柠条 43%—55%,沙棘 61%—79%,
百里香 68%—87%,沙打旺 50%—65%,羊柴为
54%—69%。 根据本研究的具体目标,选定研究区 4
种主要的土地利用类型的植被适宜盖度为:林地
42%,灌丛 55%,草地 77.5%,耕地 40%,其中耕地的
适宜植被盖度是通过与研究区其它植被类型生态用
水的比较来进行估算的[7]。
3.4摇 土壤侵蚀情景
从土壤侵蚀情景模拟结果来看(表 6),随着流
域植被盖度的增加 ( 2007 年流域植被盖度约为
40%,低于林、灌、草、耕各单一类型的适宜植被盖
度),单一土地利用覆盖类型下流域的土壤侵蚀模数
显著减小,其中草地和灌丛的提升空间较大,主要是
因为其现有盖度与适宜盖度之间差异明显,且面积
比例较大的缘故;其次为耕地,而林地通过增加植被
盖度来减少土壤侵蚀的效果最差。 虽然水分平衡条
件下现状格局比土地利用现状格局的土壤侵蚀减少
了近 3900 t km-2 a-1,但仍远高于流域自然侵蚀临界
值或土壤允许侵蚀量 5300 t km-2 a-1,表明只提高植
被盖度,而不从数量和空间位置上对土地利用进行
调整,无法满足实现控制水土流失的生态安全目标。
3.5摇 土地利用优化
2007年优化前后(表 7 和图 3),皇甫川流域土
地利用格局由“灌—草—裸岩冶型转变为优化格局下
的“灌—草—耕冶型,裸砒砂岩和沙地面积均减少了
45%以上,草地和耕地则呈增加态势。 从空间上看,
流域中部的沙地基本上被草地所代替,中南部裸砒
砂岩则大部分被治理成灌丛;东部灌丛变得相对破
碎,而草地在其间隙中得到了较好的恢复和扩展;耕
地则主要是依靠河道向两侧扩张。 从效果上看,优
化后流域土壤侵蚀模数由 11354.03 t km-2 a-1减至
5884郾 46 t km-2 a-1,考虑到生态恢复和重建周期长、
难度大的特点,优化效果良好,但仍高出流域允许土
壤侵蚀模数。
2015年优化前后(表 7 和图 3),皇甫川流域土
地利用格局将由预测格局下的“灌—草—裸岩冶型转
变为优化格局下的“灌—草—林冶型,裸砒砂岩和沙
地面积减幅均在 35%左右,林地则有近 40%的快速
增长。 从空间上看,草地在流域北部和东侧面积有
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所增加;除在原有中西部地区有所扩张外,城镇居民
点周围开始出现分布较为集中的林地;河道两侧的
耕地则继续减少。 对比 2015 年优化前后土地利用
格局的土壤侵蚀模数可以发现,在加强林、灌、草植
被建设(包括尽量增加其面积比例和满足其适宜植
被盖度),适当缩减耕地面积,优化土地空间布局的
基础上,土壤侵蚀模数降为 4277.95 t km-2 a-1,低于
流域允许土壤侵蚀模数,表明土地利用格局优化明
显改善了生态环境状况,初步实现了流域生态安全
的目标。
表 6摇 皇甫川流域不同土地利用格局土壤侵蚀模数
Table 6摇 Modulus of soil erosion of different land use patterns in Huangfuchuan watershed
不同土地利用格局
Different land use pattern
土壤侵蚀模数 / ( t km-2 a-1)
Modulus of soil erosion
全林地+现有植被盖度格局
Pattern covered with woodland and realistic vegetation coverage 2042.79
全灌丛+现有植被盖度格局
Pattern covered with shrub and realistic vegetation coverage 3064.19
全草地+现有植被盖度格局
Pattern covered with grassland and realistic vegetation coverage 4085.57
全耕地+现有植被盖度格局
Pattern covered with cropland and realistic vegetation coverage 6183.55
全林地+适宜植被盖度格局
Pattern covered with woodland and suitable vegetation coverage 1352.90
全灌丛+适宜植被盖度格局
Pattern covered with shrub and suitable vegetation coverage 2029.35
全草地+适宜植被盖度格局
Pattern covered with grassland and suitable vegetation coverage 2705.80
全耕地+适宜植被盖度格局
Pattern covered with cropland and suitable vegetation coverage 3342.21
水分平衡条件下现状格局(土地利用现状+适宜植被盖度)
Pattern covered with realistic land use and vegetation coverage 7476.71
土地利用现状格局(土地利用现状+现有植被盖度)
Pattern covered with realistic land and vegetation coverage 11354.03
表 7摇 优化前后皇甫川流域土地利用格局及其土壤侵蚀模数
Table 7摇 Land use patterns and modulus of soil erosion before and after optimization in Huangfuchuan watershed
土地利用格局
Land use pattern
林地
Woodland
/ %
灌丛
Shrub
/ %
草地
Grassland
/ %
耕地
Cropland
/ %
沙地
Sand
/ %
裸砒砂岩
Soft rock
/ %
建筑用地
Construction
land
/ %
水域
Water
/ %
土壤侵蚀模数
Modulus of
soil erosion /
( t km-2 a-1)
2007年现状格局
Realistic pattern in 2007 8.47 37.84 27.53 9.47 1.37 13.11 0.15 2.06 11354.03
2007年优化格局
Optimized pattern in 2007 7.38 37.84 34.2 10.52 0.74 7.11 0.15 2.06 5884.46
2015年预测格局
Prediction pattern in 2015 7.55 37.02 26.29 10.88 2.93 13.18 0.19 1.96 9710.72
2015年优化格局
Optimized pattern in 2015 10.5 37.02 30.52 9.24 1.9 8.57 0.19 2.06 4277.95
4摇 结论
基于土地利用 /覆盖变化与适宜植被盖度,本文
对皇甫川流域不同土地利用情景下的土壤侵蚀进行
了定量评价,进而提出包括总量控制和空间配置在
内的土地利用格局优化模式,较好地实现了以减少
土壤侵蚀、增加植被覆盖为目标的区域生态安全。
主要结论如下:
(1) 土地利用结构与植被覆盖变化是导致流域
土壤侵蚀变化的重要因素。 从 1987 年到 2015 年,
随着建筑用地、林地和灌丛面积持续增加,水域、沙
地和裸砒砂岩面积不断减少,年平均土壤侵蚀模数
7023摇 12期 摇 摇 摇 喻锋摇 等:生态安全条件下土地利用格局优化———以皇甫川流域为例 摇
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由 16160.72 t km-2 a-1降至 9710.72 t km-2 a-1;在水
分平衡条件下,若使各主要植被类型达到其适宜植
被盖度,2007 年土壤侵蚀模数将由 11354.03 t km-2
a-1降至 7476.71 t km-2 a-1。 两者仍远高于流域自然
侵蚀临界值或土壤允许侵蚀量 5300 t km-2 a-1,表明
单纯调整土地利用数量结构或提高植被覆盖水平,
而不从数量、空间、覆盖状况同步对土地利用进行调
整,不能完全满足实现遏制流域水土流失的生态安
全目标。
图 3摇 皇甫川流域 1987年和 2015年土地利用和土壤侵蚀优化格局
Fig.3摇 Optimized patterns of land use and soil erosion in 1987 and 2015 in Huangfuchuan watershed
2007(O)和 2015(O)分别为 2007年和 2015年的土地利用和土壤侵蚀优化格局
摇 摇 (2) 土地利用类型与土壤侵蚀密切相关并存在
一定规律。 皇甫川流域 6种不同土地利用类型多年
平均土壤侵蚀模数的大小顺序为:裸砒砂岩>沙地>
耕地>草地>林地>灌丛,表明灌、林措施是流域植被
恢复和减少土壤侵蚀的首选,草地减蚀的效果也比
较明显,而沙地尤其是分布面积较广的裸砒砂岩则
是土壤侵蚀综合治理的难题和关键。
(3) 土地利用格局优化有助于改善生态系统功
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能与服务,实现流域生态安全目标。 在优化格局下,
2007年和 2015年皇甫川流域土壤侵蚀模数比优化
前分别减少了 5469.57 t km-2 a-1和 5432.77 t km-2
a-1;2015年优化后,流域土地利用格局由“灌—草—
裸岩冶型转变“灌—草—林冶型,土壤侵蚀模数仅为
4277郾 95 t km-2 a-1,已经实现了低于流域允许土壤侵
蚀模数的目标。
5摇 讨论
(1) 在土壤侵蚀模拟过程中,由于缺乏相关数
据和野外实验的支持,某些参数的选取采用了前人
在黄土高原其它地区的研究成果,虽然模拟精度仍
有待提高,但对土壤侵蚀的总体趋势变化不会产生
大的影响;而在预测过程中,由于无法获取流域未来
时点下的植被盖度状况,2015 年土壤侵蚀预测结果
会有所偏差。
(2) 在适宜植被盖度估算中,文本仅对单一植
被类型的适宜盖度进行了模拟,考虑到皇甫川流域
存在的植被混合分布情况,下一步应该对由不同植
被种类组成的植被群落适宜盖度进行分析和模拟。
(3) 在土地利用格局空间优化过程中,不同土
地利用类型的分配顺序会对土地单元空间位置的确
定产生影响,进而影响到土壤侵蚀模数的计算。 本
文采用的“耕地—草地—灌丛—林地冶的分配顺序,
基本上满足了流域生态安全目标实现过程中的“先
生存条件安全、后生态环境安全冶的要求,但就不同
分配顺序对优化过程所产生的影响及其现实意义仍
可作进一步的探讨。
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
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叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
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编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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主摇 摇 编摇 王如松
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