气候变化和人类活动对土壤风蚀影响的定量评估

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00077

摘要/Abstract

摘要：

定量评估气候变化和人类活动对土壤风蚀的贡献率是科学防治风蚀、减弱风蚀危害的前提。以内蒙古自治区为研究对象，综合运用多地类风蚀经验模型、控制变量法和残差趋势法，改进土壤风蚀驱动力的定量评估方法，定量评估了气候变化和人类活动对土壤风蚀的影响。结果显示：内蒙古自治区年均土壤风蚀量2.59×10¹¹ t，风蚀模数2 260.94 t·km^-2·a^-1，以微度和轻度风蚀为主。2000—2019年内蒙古自治区土壤风蚀模数整体呈显著减小趋势（P<0.05）。气候变化是引起土壤风蚀变化的主要因素，由气候变化引起的风蚀变化区面积占研究区总面积的63.98%；人类活动也是引起土壤风蚀变化的重要因素，由人类活动引起的风蚀变化区面积占研究区总面积的36.02%。土地利用是影响土壤风蚀空间分布的重要因子，风速和植被覆盖度是造成土壤风蚀变化的主要因子。而植被覆盖度的变化是气候变化和人类活动共同作用的结果。拆分植被因子中气候变化和人类活动的作用对准确评估土壤风蚀驱动力具有重要意义。

关键词: 土壤风蚀, 驱动力, 气候变化, 人类活动, 内蒙古自治区

Abstract:

Quantitative assessment the impacts of climate change and human activities on wind erosion is a prerequisite for scientific prevention and mitigation of wind erosion. By using the National Wind Erosion Survey Model of China （NWESMC）， the controlling variables method and the residual trend analysis method， this paper improved the assessment method for the driving force of wind erosion， and quantitatively evaluated the impact of climate change and human activities on wind erosion in Inner Mongolia Autonomous Region. The results showed that the annual average wind erosion in Inner Mongolia Autonomous Region was 2.59×10¹¹ t， the wind erosion modulus was 2 260.94 t·km^-2·a^-1， mild and light eroded areas accounted for about 78.30% of the total area. The wind erosion modulus showed a significant decreasing trend， and the decreasing rate of wind erosion modulus was 55.95 t·km^-2·a^-2. Climate change is the main driving factor for wind erosion variation， occupy 63.98% of the total area. Human activities is an important factor for wind erosion variation， contributing 36.02% to the total area. Further analysis showed that land use type is an important factor for the spatial distribution of wind erosion. Wind speed and vegetation coverage are the main factor for the temporal variation of wind erosion. The variation of vegetation coverage affects by climate change and human activities. Splitting the roles of climate change and human activities in vegetation factor is helpful for accurately assessing the driving forces of wind erosion.

Key words: wind erosion, driving force, climate change, human activities, Inner Mongolia

中图分类号:

S157

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图/表 12

图1 研究区概况

Fig.1 The study area

表1 本研究数据源

Table 1 Data sources in this study

名称	分辨率/比例尺	时间	数据来源
NDVI	1 km×1 km	2000—2019年	https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/search/
表土湿度数据	0.25°×0.25°	2000—2019年	https://search.earthdata.nasa.gov/search
土地利用数据	1 km×1 km	2000、2005、2010、2015年	https://www.resdc.cn/
土壤类型数据	1 km×1 km		https://www.resdc.cn/
小时风速、月降水量、月平均气温	气象站点	2000—2019年	http://data.cma.cn/

表2 气候变化和人类活动对风蚀变化相对作用的8种情景

Table 2 Eight scenarios for the relative effects of climate change and human activities on wind erosion variation

情景	S_A	S_C	S_H		情景描述
情景1	>0	>0	<0		风蚀增强由气候变化引起
情景2	>0	<0	>0		风蚀增强由人类活动引起
情景3	>0	>0	>0	\|S_C\|>\|S_H\|	风蚀增强主要由气候变化引起
情景4	>0	>0	>0	\|S_C\|<\|S_H\|	风蚀增强主要由人类活动引起
情景5	<0	>0	<0		风蚀减弱由人类活动引起
情景6	<0	<0	>0		风蚀减弱由气候变化引起
情景7	<0	<0	<0	\|S_C\|>\|S_H\|	风蚀减弱主要由气候变化引起
情景8	<0	<0	<0	\|S_C\|<\|S_H\|	风蚀减弱主要由人类活动引起

图2 模型模拟值与实测值的关系

Fig.2 The comparison between simulated value and measured value

图3 内蒙古自治区2000—2019年平均土壤风蚀模数的空间分布

Fig.3 Spatial distribution of mean wind erosion modulus in Inner Mongolia Autonomous Region from 2000 to 2019

图4 2000—2019年内蒙古自治区土壤风蚀模数变化趋势

Fig.4 Variation trend of wind erosion modulus in Inner Mongolia Autonomous Region in 2000-2019

图5 2000—2019年内蒙古自治区土壤风蚀驱动力注：CD表示风蚀减弱由气候变化引起，HD表示风蚀减弱由人类活动引起，BHD表示风蚀减弱主要由人类活动引起，BCD表示风蚀减弱主要由气候变化引起，CI表示风蚀增强由气候变化引起，HI表示风蚀增强由人类活动引起，BHI表示风蚀增强主要由人类活动引起，BCI表示风蚀增强主要由气候变化引起

Fig.5 Driving force analysis of wind erosion in Inner Mongolia Autonomous Region in 2000-2019

图6 2000—2019年内蒙古自治区土壤风蚀模数（A）、年平均风速（B）、植被覆盖度（C）、年降水量（D）和年平均气温（E）的变化趋势

Fig.6 Variation trend of wind erosion modulus （A）， mean wind speed （B）， vegetation coverage （C）， precipitation （D）， and mean temperature （E） in Inner Mongolia Autonomous Region from 2000 to 2019

图7 气候变化和气候变化主导区域内土壤风蚀变化与年平均风速（A）、植被覆盖度（B）、年降水量（C）和年平均气温（D）的关系

Fig.7 Relations of wind speed （A）， vegetation coverage （B）， precipitation （C）， and temperature （D） and wind erosion modulus for climate-driven and climate-dominate-driven area

图8 气候变化主导区（A）和人类活动主导区（B）内风蚀模数与植被覆盖度的关系

Fig.8 Relations of vegetation coverage and wind erosion modulus for climate-driven and climate-dominate-driven area （A） and human-driven and human-dominate-driven area （B）

表3 2000—2015年土地利用变化分类

Table 3 Classifications of land use change from 2000 to 2015

土地利用不变类型	土地利用变化类型
土地利用不变类型	风蚀风险加重类	风蚀风险减弱类
耕地	林地草地不可蚀土地未利用地转耕地	沙地转耕地
林地	不可蚀土地转林地	耕地草地沙地未利用地转林地
草地	林地不可蚀土地转草地	耕地沙地未利用地转草地
沙地	耕地林地草地不可蚀土地未利用地转沙地	耕地林地草地沙地未利用地转不可蚀土地
未利用地	林地草地不可蚀土地转未利用地	耕地沙地转未利用地

图9 人类活动和人类活动主导引起的风蚀减弱区（A）和风蚀增强区（B）内土地利用变化情况

Fig.9 Land use change in the decreased area （A） and increased area （B） driven by human activities

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