導(dǎo)語(yǔ)：退耕還林土地利用和土壤保持服務(wù)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1引言

土壤侵蝕是指土壤或其他地面組成物質(zhì)在自然營(yíng)力或人類活動(dòng)的共同作用下被剝蝕、破壞、分離、搬運(yùn)和沉積的過(guò)程，是威脅生態(tài)安全的重要問(wèn)題之一，已受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注［1，2］。健康的生態(tài)系統(tǒng)需要一定的侵蝕和沉積，但土壤侵蝕過(guò)度會(huì)破壞耕地資源，造成一系列自然災(zāi)害，嚴(yán)重影響人類的生產(chǎn)生活活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展［3］。土壤保持是生態(tài)系統(tǒng)提供的重要服務(wù)功能之一，主要包括侵蝕控制和沉積物保持。土壤保持與地形地貌、土壤性質(zhì)、植被蓋度、降雨強(qiáng)度和農(nóng)業(yè)活動(dòng)、工程建設(shè)等人為因素密切相關(guān)［4］。退耕還林（草）等生態(tài)工程對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)變化影響巨大，而土地利用結(jié)構(gòu)變化與土壤保持服務(wù)存在強(qiáng)烈耦合關(guān)系［5，6］。隴南市文縣處于秦巴山區(qū)的最西端，西秦嶺侵蝕構(gòu)造中高山地區(qū)，為甘肅省地質(zhì)災(zāi)害最發(fā)育，危害最嚴(yán)重的縣區(qū)之一［7］，自1999年實(shí)施退耕還林（草）等生態(tài)工程后，文縣的土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，土壤保持功能也隨之改變，但目前在該區(qū)域研究生態(tài)工程的實(shí)施對(duì)土地利用和土壤保持的影響相對(duì)較少。通用土壤流失方程USLE（UniversalSoilLossEquation）以潛在土壤侵蝕量和實(shí)際侵蝕量之差來(lái)計(jì)算土壤保持量，是目前應(yīng)用最廣泛的土壤侵蝕模型［8］。但該模型未考慮地塊自身攔截上游沉積物的能力。InVEST模型（TheIntegrateValuationofE－cosystemServicesandTradeoffsTool）是由美國(guó)斯坦福大學(xué)環(huán)境森林研究所、世界自然基金（WWF）和大自然保護(hù)協(xié)會(huì)（TNC）于2007年共同研發(fā)的一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與權(quán)衡綜合評(píng)估模型［9］。該模型的土壤保持模塊考慮了地塊本身攔截上游沉積物的能力，不僅能更加準(zhǔn)確地計(jì)算地塊的潛在土壤侵蝕量、實(shí)際土壤侵蝕量、土壤保持量，而且還能夠結(jié)合沉積物清除成本、水庫(kù)設(shè)計(jì)和貼現(xiàn)率來(lái)計(jì)算沉積物保留價(jià)值，為水庫(kù)管理者提供決策參考［10］。鑒于此，本研究以文縣為研究區(qū)，采用InVEST模型和ArcGIS平臺(tái)，選擇2000年和2015年兩個(gè)研究時(shí)段，評(píng)估區(qū)域退耕還林（草）等生態(tài)工程實(shí)施后土地利用的變化和土壤保持服務(wù)的變化，以期為該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境治理和土壤侵蝕治理方案制定提供科學(xué)依據(jù)。

2研究區(qū)概述

文縣隸屬甘肅省隴南市，處于甘肅省與四川省的交界處，地理位置介于E104°16′16″～105°27′29″，N32°35′43″～33°20′36″，總面積約5000km2［11］。區(qū)域地處西秦嶺侵蝕構(gòu)造中高山地區(qū)，地勢(shì)西北高東南低，地表起伏大，海拔介于550～4187m，屬亞熱帶向暖溫帶的過(guò)渡地帶，多年平均降水量介于400～1000mm，地震活動(dòng)頻繁，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)［12］。2018年文縣的三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為24．33％∶24．31％∶51．36％，其中，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有悠久的歷史，但耕地多為陡坡旱地，土壤肥力低，形成粗放落后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式；礦產(chǎn)資源豐富，已探明的金屬非金屬礦藏30余種。且隨著人口的增多，新開(kāi)墾耕地面積增多，水利工程興建，炸山開(kāi)路，修路建房等一系列人類活動(dòng)，造成大面積的水土流失，加劇自然災(zāi)害的發(fā)生頻數(shù)［7］。

3研究方法

3．1土地利用變化分析

利用ArcGIS10．6，開(kāi)展文縣2000年和2015年兩期土地利用的空間分布及其轉(zhuǎn)移矩陣研究，分析退耕還林（草）工程實(shí)施后的土地利用變化情況，進(jìn)一步分析了土地利用變化對(duì)土壤保持服務(wù)的影響。

3．2土壤保持服務(wù)核算

本研究運(yùn)用InVEST模型，開(kāi)展文縣2000年和2015年兩期土壤保持服務(wù)的變化分析，土壤保持服務(wù)包括土壤保持服務(wù)的物質(zhì)量和價(jià)值量。InVEST模塊中土壤保持物質(zhì)量由兩部分組成，一部分是地塊自身攔截的沉積物保留量，用上坡來(lái)沙量與泥沙截留率乘積表示。另一部分是因植被覆蓋和水土保持措施而減少的土壤侵蝕量，用潛在土壤侵蝕量與實(shí)際土壤侵蝕量的差值表示；土壤保持的價(jià)值量涵蓋土壤保持的肥力價(jià)值和減少泥沙淤積價(jià)值，土壤肥力價(jià)值為養(yǎng)分價(jià)值和有機(jī)物價(jià)值之和，減少泥沙淤積價(jià)值采用影子工程法測(cè)算［13］。

4數(shù)據(jù)來(lái)源

研究所需的空間數(shù)據(jù)主要包括土地利用／覆被數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)，土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)，DEM數(shù)據(jù)，生物物理表、匯水積累量閾值、BorselliK參數(shù)、BorselliICo參數(shù)和SDR最大值等InVEST模型所需參數(shù)數(shù)據(jù)。各數(shù)據(jù)及模型主要參數(shù)的獲取路徑如表1所示。

5文縣土地利用變化與土壤保持服務(wù)變化

5．1文縣土地利用動(dòng)態(tài)變化分析

根據(jù)文縣2000～2015年的土地利用類型面積及百分比、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表2、表3）可得，文縣的林地、草地和耕地占全區(qū)域土地面積的主要部分，其占比在97％以上。2000～2015年，文縣耕地的轉(zhuǎn)出面積大于轉(zhuǎn)入面積，為唯一轉(zhuǎn)出的土地利用類型，林地、草地、水域、城鄉(xiāng)、工礦、居民用地和未利用土地的轉(zhuǎn)入面積大于轉(zhuǎn)出面積，均為轉(zhuǎn)入土地利用類型。由于退耕還林（草）政策的實(shí)施，大部分耕地轉(zhuǎn)為林地和草地，占耕地轉(zhuǎn)出面積的70．73％。其中，林地占比最大，多年平均土地面積占土地總面積比例超過(guò)46％，2000～2015年林地面積增加11．10km2，增幅為0．48％；其次占比較大的為草地，其多年平均土地面積占土地總面積比例超過(guò)33％，2000～2015年草地面積增加35．33km2，增幅為2．10％；耕地的多年平均土地面積占土地總面積的比例為17．44％，2000～2015年耕地面積下降65．65km2，呈明顯的下降趨勢(shì)，其轉(zhuǎn)出比例達(dá)7．26％；水域和城鄉(xiāng)、工礦、居民用地、未利用土地的面積占土地總面積的比例較小，不足1％，各土地利用面積均呈明顯的上升趨勢(shì)，因其基數(shù)較小，其增幅較大，分別為19．71％、39．24％、14．27％。其中，城鄉(xiāng)、工礦、居民用地是所有土地利用類型中增幅最大的，根據(jù)文縣統(tǒng)計(jì)年鑒，2000～2015年區(qū)域總?cè)丝诩s增加2．26萬(wàn)人，人口的快速增長(zhǎng)導(dǎo)致城鄉(xiāng)、工礦、居民用地的需求量增加，城鄉(xiāng)、工礦、居民用地面積的增加可能與人口的增加有關(guān)。從文縣的土地利用空間分布（圖1）來(lái)看，2000年和2015年文縣的兩期土地利用空間分布較為一致，各類土地利用呈明顯的空間差異性。其中，林地集中分布在文縣的北部和南部部分區(qū)域，草地鑲嵌分布于林地及其邊緣區(qū)域；耕地集中分布在區(qū)域中部的河谷區(qū)域，居民點(diǎn)也分布在河谷區(qū)域，且沿河流分布，未利用土地零星分布在區(qū)域北部。林地、草地和耕地是文縣的主要土地利用類型，且為退耕還林還草的主要變化類型，本研究分析了退耕還林還草的空間分布、及其雙向流動(dòng)的空間分布（圖2）。耕地的轉(zhuǎn)出面積大于轉(zhuǎn)入面積，其中，退耕還林還草的斑塊面積較大，在全域均有分布，且轉(zhuǎn)出耕地多為山地旱地，山地旱地轉(zhuǎn)為草地的面積占退耕還林還草面積的74．05％，山地旱地轉(zhuǎn)為林地的面積占退耕還林還草面積的23．26％；林地和草地轉(zhuǎn)為耕地的區(qū)域在北部和中部均有分布，其轉(zhuǎn)出面積分別為6．66km2、38．50km2。林地和草地也存在雙向流動(dòng)，林地轉(zhuǎn)為草地的轉(zhuǎn)出面積大于草地轉(zhuǎn)為林地的轉(zhuǎn)出面積，林地轉(zhuǎn)為草地的區(qū)域集中分布在區(qū)域西北部，其轉(zhuǎn)出面積為33．56km2，草地轉(zhuǎn)為林地的區(qū)域集中分布在區(qū)域中東部，其轉(zhuǎn)出面積為28．68km2。

5．2文縣土壤保持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化

根據(jù)InVEST模型測(cè)算可得，2000年、2015年文縣的土壤保持量總量分別為4．87×108t、4．96×108t，區(qū)域土壤保持總量增幅為9．38×106t。如表4所示，各地類中林地、草地和耕地對(duì)文縣土壤保持量的貢獻(xiàn)率較高，2000年和2015年兩期的平均貢獻(xiàn)率分別為56．23％、29．86％、11．88％，水域、城鄉(xiāng)、工礦、居民用地和未利用土地的貢獻(xiàn)率較小，其兩期均小于1．05％。其中，林地、草地、城鄉(xiāng)、工礦、居民用地和水域的土壤保持總量呈上升趨勢(shì)，林地的土壤保持總量增幅最大，草地次之，2000～2015年的林地、草地的土壤保持總量增幅分別為10．92×106t、2．35×106t，雖然林地面積增幅小于草地，但林地的平均土壤保持量最大，其多年平均土壤保持量為11．85×104t／km2；耕地和未利用土地的土壤保持總量呈下降趨勢(shì)，其土壤保持總量降幅分別為4．44×106t、0．17×106t，由于未利用土地面積較小，且耕地的平均土壤保持量較小，其多年平均土壤保持量?jī)H為6．69×104t／km2，導(dǎo)致土壤保持的降幅明顯居民用地和水域的土壤保持價(jià)值量呈上升趨勢(shì)，耕地和未利用土地的土壤保持價(jià)值量呈下降趨勢(shì)?？紤]保持土壤肥力價(jià)值和減少泥沙淤積價(jià)值，采用市場(chǎng)價(jià)格法計(jì)算可知，文縣2000年和2015年兩期的土壤保持總價(jià)值分別為316．26億元、322．36億元，區(qū)域土壤保持總價(jià)值量增幅為6．09億元。如表5所示，文縣的各地類中林地、草地和耕地的土壤保持價(jià)值量較高，2015年各地類的土壤保持價(jià)值總量分別為183．12億元、96．11億元、36．49億元，水域、城鄉(xiāng)、工礦、居民用地和未利用土地的土壤保持價(jià)值量較小，2015年各地類的土壤保持價(jià)值量分別為2．49億元、0．96億元、3．18億元。與土壤保持總價(jià)值量的變化趨勢(shì)一致，林地、草地、城鄉(xiāng)、工礦.

6結(jié)語(yǔ)

為評(píng)估退耕還林（草）工程對(duì)土壤保持服務(wù)的影響，本研究以秦巴山區(qū)隴南市文縣為例，采用In－VEST模型和ArcGIS平臺(tái)，對(duì)文縣2000年和2015年兩期的土地利用和土壤保持服務(wù)變化進(jìn)了行分析，結(jié)果如下。（1）文縣的土地利用類型主要由林地、草地和耕地組成，其占比占97％以上。2000～2015年期間，文縣耕地的轉(zhuǎn)出面積大于轉(zhuǎn)入面積，為唯一轉(zhuǎn)出的土地利用類型，林地、草地、水域、城鄉(xiāng)、工礦、居民用地和未利用土地的轉(zhuǎn)入面積大于轉(zhuǎn)出面積，均為轉(zhuǎn)入土地利用類型，且城鄉(xiāng)、工礦、居民用地的增幅最大。（2）耕地、林地、草地之間存在雙向流轉(zhuǎn)，其中，退耕還林還草區(qū)域多為山地旱地，山地旱地轉(zhuǎn)為草地的面積占退耕還林還草面積的74．05％，山地旱地轉(zhuǎn)為林地的面積占退耕還林還草面積的23．26％。（3）各地類的土壤保持服務(wù)能力存在明顯差異，總體呈現(xiàn)出：林地＞草地＞耕地＞未利用地＞水域＞城鄉(xiāng)、工礦、居民用地的特征。（4）2000～2015年間的退耕還林（草）工程的實(shí)施有效提高了文縣的土壤保持能力，區(qū)域的土壤保持物質(zhì)總量增加了937．53×104t，總價(jià)值增加了6．09億元。

作者：張強(qiáng) 陸蔭 楊青 單位：甘肅省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站