丹江口庫區(qū)2010-2020年土壤保持功能時(shí)空特征及其影響因素

廖 雯, 胡硯霞,2, 于興修,2, 劉璇璇

(1.湖北大學(xué) 區(qū)域開發(fā)與環(huán)境響應(yīng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北 武漢 430062;2.湖北省農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用工程技術(shù)研究中心, 湖北 武漢 430062)

土壤保持是生態(tài)系統(tǒng)的重要調(diào)節(jié)服務(wù)功能之一，在緩解區(qū)域土壤侵蝕和維持生態(tài)安全等方面發(fā)揮著重要作用[1]。丹江口水庫作為中國南水北調(diào)中線工程的水源地，在生態(tài)環(huán)境建設(shè)方面具有重要意義。近年來丹江口庫區(qū)天然林的保護(hù)、退耕還林(草)工程以及庫區(qū)移民政策的實(shí)施，區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，一定程度上會(huì)造成庫區(qū)周圍地區(qū)水土流失加劇、生態(tài)環(huán)境遭到破壞。隨著丹江口水庫水質(zhì)監(jiān)測和水土保持工作的不斷推進(jìn)，水源區(qū)水污染防治和水土流失治理工作產(chǎn)生一定成效，但部分區(qū)域仍存在不同程度的水土流失、石漠化問題。因此，有必要繼續(xù)深入開展丹江口庫區(qū)土壤保持研究，這將有助于認(rèn)識水源地土壤侵蝕和土壤保持功能的時(shí)空變化特征及其影響因素，對保障南水北調(diào)中線工程水質(zhì)安全具有重大意義。目前對土壤保持功能的研究主要是利用通用土壤流失方程USLE(universal soil loss equation)估算潛在土壤侵蝕量、實(shí)際土壤侵蝕量和土壤保持量，并探討土壤侵蝕量及其空間格局、土壤保持量及其生態(tài)服務(wù)功能評估、人類活動(dòng)與水土保持效益的響應(yīng)等[2]。盡管USLE模型考慮了降水、地形、土壤性質(zhì)、植被覆蓋和管理因子，但并未考慮地塊自身攔截上游沉積物的能力，因此，通過USLE方程計(jì)算的土壤保持量具有一定的局限。該問題在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估與權(quán)衡模型InVEST(integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs)中可得到很好的解決。InVEST模型的泥沙輸移比和輸沙量模塊SDR(sediment delivery and retention)綜合了USLE方程和Borselli[3]、Vigiak等[4]人研究成果，通過計(jì)算土壤侵蝕量和泥沙輸移比獲取集水區(qū)產(chǎn)沙的空間分布，以此描述坡面土壤侵蝕和流域泥沙輸移的空間過程[5-7]，為流域水土保持、水庫清淤管理及河道水質(zhì)控制提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。與傳統(tǒng)評價(jià)方法相比，InVEST模型有兩大創(chuàng)新：①考慮了地塊自身攔截上游泥沙的能力，使沉積物保留量的計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確；②考慮了排水層(交通道路等)的影響，由于輸沙運(yùn)移過程在排水層停止，將相應(yīng)淤積的產(chǎn)沙量納入輸沙總量的計(jì)算。國內(nèi)學(xué)者基于InVEST模型對流域或區(qū)域尺度上土壤保持量的變化特征開展了大量研究，并在不同區(qū)域尺度取得成果。近年來中國學(xué)者利用InVEST模型開展了大量土壤侵蝕相關(guān)研究。周彬等[8]應(yīng)用InVEST模型對北京山區(qū)不同森林類型的土壤侵蝕狀況的水土保持功能的差異進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)各森林類型的保持土壤能力均較高；余新曉等[9]應(yīng)用InVEST模型評估了北京山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)功能，得到各森林類型的水源涵養(yǎng)深度差異較大的結(jié)論；白楊等[10]利用InVEST模型對白洋淀流域進(jìn)行了生物多樣性保護(hù)、土壤保持等多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究，表明InVEST模型可以很好地應(yīng)用于空間化特征分析；胡勝等[2]采用InVEST模型探討清淤情境下營盤山庫區(qū)的土壤保持能力及其空間格局特征，發(fā)現(xiàn)無定河西側(cè)支流的土壤保持能力比東側(cè)支流偏高；黨虹等[11]采用InVEST模型對稱鉤河流域土壤侵蝕及土壤保持空間分布進(jìn)行了模擬，認(rèn)為流域以微度侵蝕為主且梯田的土壤保持總量最高；王森等[12]采用InVEST模型評估了延安市退耕還林(草)前后的土壤侵蝕量、土壤保持量，認(rèn)為生態(tài)工程的推進(jìn)可提升區(qū)域土壤保持功能；燕玲玲等[13]對子午嶺地區(qū)土壤保持變化和影響因素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)土壤保持服務(wù)有所增強(qiáng)且受多重因素的影響。以往國內(nèi)學(xué)者對土壤保持功能的相關(guān)研究已經(jīng)形成了比較成熟的理論和方法，但總體上主要關(guān)注于退耕還林(草)背景下不同生態(tài)系統(tǒng)類型或土地利用類型的土壤侵蝕量、土壤保持量和土壤保持效益的研究，大多研究為單一時(shí)間尺度，對于土壤保持的時(shí)空分布和影響因素的整體研究不多，且面向丹江口庫區(qū)的相關(guān)研究較少。因此科學(xué)評估丹江口庫區(qū)土壤保持功能時(shí)空特征，揭示土壤保持時(shí)空格局變化的影響因素，是保障南水北調(diào)中線工程生態(tài)安全的重要基礎(chǔ)。

本研究利用InVEST模型泥沙輸移比和輸沙量模塊SDR估算2010，2015和2020年丹江口庫區(qū)土壤侵蝕量和土壤保持量，并借助地理探測器分析丹江口流域土壤保持功能的時(shí)空變化特征及其影響因子。研究結(jié)果可進(jìn)一步深化土壤保持功能研究，為水源地水土流失治理模式的確立以及流域水土保持與生態(tài)系統(tǒng)安全的管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

丹江口庫區(qū)位于鄂西北與豫西南的交界處，地理坐標(biāo)為32°11′34″—33°52′40″N，109°23′7″—111°57′55″E。行政范圍包括湖北省十堰市的丹江口市、鄖西縣、張灣區(qū)、茅箭區(qū)和鄖陽區(qū)，以及河南省南陽市的淅川縣和西峽縣，總面積約1.79×104km2。丹江口庫區(qū)東北部、西部和西南部邊緣為中海拔高起伏山地，總地勢呈西北高、東南低、北陡南緩，漢江沿線形成峽谷和盆地相間的地貌；氣候?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，年均溫11.2～15.9 ℃，年均降雨量750～950 mm，主要集中在5—9月；漢江干流與其支流丹江在此交匯，河網(wǎng)發(fā)達(dá)；土壤類型豐富，以山地黃棕壤和黃褐土為主，且有水稻土、紫色土、石灰土等非地帶性土壤發(fā)育；植被類型以常綠針葉林、落葉闊葉林和針闊混交林為主，除山區(qū)有少量原始森林外，多為次生林，淺山多為荒山或灌叢，盆地是主要的農(nóng)耕區(qū)[14]。南水北調(diào)中線工程從該庫區(qū)引水，其對資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)和跨區(qū)調(diào)水等方面具有重要意義。

1.2 研究方法

1.2.1 土壤保持模型 本研究將應(yīng)用InVEST模型中的泥沙輸移比和輸沙量模塊SDR計(jì)算土壤保持量，并依據(jù)丹江口庫區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)。該模型綜合了USLE方程和Borselli[3]、Vigiak等[4]研究成果，通過計(jì)算土壤侵蝕量和泥沙輸移比獲取集水區(qū)產(chǎn)沙的空間分布。計(jì)算步驟為：

(1) 計(jì)算存在植被覆蓋和水土保持措施條件下柵格i的實(shí)際土壤侵蝕量：

USLEi=Ri·Ki·LSi·Ci·Pi

(1)

式中：USLEi為柵格i的實(shí)際土壤侵蝕量;Ri，Ki，LSi，Ci，Pi分別為降雨侵蝕力因子、土壤可蝕性因子、地形因子、植被覆蓋與管理因子和水土保持因子。

(2) 計(jì)算柵格i的泥沙輸移比：

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：SDRi為存在植被覆蓋與水土保持措施條件下的泥沙輸移比； SDRmax為最大理論SDR值,一般取值1.0； IC為連通性指數(shù)； IC0，k是SDR-IC關(guān)系的校準(zhǔn)參數(shù)； ICi表示流域內(nèi)柵格i上的單位泥沙從流域中到達(dá)河道的可能性；Dup為上游集水區(qū)土壤侵蝕量,表示上游泥沙向下游河道輸送的潛能；C為上坡產(chǎn)沙區(qū)域的平均面積;S為上坡產(chǎn)沙區(qū)域的平均坡度；A表示上坡產(chǎn)沙面積；Ddn為下游集水區(qū)土壤侵蝕量,表示泥沙經(jīng)過水流路徑到達(dá)匯點(diǎn)的可能性；di為按水流方向計(jì)算的柵格i的坡長；Ci，Si分別表示柵格i的植被覆蓋因子和坡度。

(3) 計(jì)算流域內(nèi)柵格i的土壤保持量Ti：

Ti=Ri·Ki·LSi·(1-Ci·Pi)·SDRi

(6)

由此分別計(jì)算得到2010，2015和2020年丹江口庫區(qū)土壤保持量估算結(jié)果。

1.2.2 土壤侵蝕強(qiáng)度等級劃分 根據(jù)水利部2007年公布的《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)(SL190-2007)》[15]，將實(shí)際土壤侵蝕量的強(qiáng)度劃分6個(gè)等級：微度侵蝕〔<5 t/(hm2·a)〕、輕度侵蝕〔5～25 t/(hm2·a)〕、中度侵蝕〔25～50 t/(hm2·a)〕、強(qiáng)烈侵蝕〔50～80 t/(hm2·a)〕、極強(qiáng)烈侵蝕〔80～150 t/(hm2·a)〕和劇烈侵蝕〔>150 t/(hm2·a)〕。

1.2.3 地理探測器原理 地理探測器是王勁峰[16]研究團(tuán)隊(duì)提出的用以探測空間分異性以及揭示其背后驅(qū)動(dòng)力的一組統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。該模型通過空間異質(zhì)性來探測因變量與自變量之間空間分布格局的一致性，并據(jù)此度量自變量對因變量的解釋度[17-18]，地理探測器包括4個(gè)模塊：因子探測器、生態(tài)探測器、風(fēng)險(xiǎn)探測器和交互作用探測器，計(jì)算公式為：

(7)

本研究擬利用因子探測器識別地理環(huán)境因子對土壤保持量分布的影響程度，應(yīng)用生態(tài)探測器確立地理環(huán)境因子之間的相對重要性，基于風(fēng)險(xiǎn)探測器量化地理環(huán)境因子不同類型或不同范圍對土壤保持量的影響，并應(yīng)用交互作用探測器比較地理環(huán)境因子之間的交互作用。

1.3 數(shù)據(jù)來源

遙感數(shù)據(jù)為Landsat TM/OLI影像，分辨率為30 m，來源于美國地質(zhì)調(diào)查局USGS(United States Geological Survey，http:∥earthexplorer.usgs.gov/)，包括2010，2015和2020年3個(gè)年份，時(shí)相上盡量為4—6月或9—10月，云量少，且為植被的生長季。經(jīng)幾何糾正和大氣校正后，輔助野外采樣、高程和坡度等信息，采用K-Means非監(jiān)督分類方法將丹江口庫區(qū)土地分為林地、灌草地、耕地、水體、建設(shè)用地和園地6大類型，并進(jìn)行精度驗(yàn)證，使其符合后處理要求；地形數(shù)據(jù)為30 m分辨率的ASTER GDEM數(shù)據(jù)，來源于中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http:∥www.gscloud.cn)，需對其進(jìn)行填洼處理；氣象數(shù)據(jù)包括2010，2015和2020年丹江口庫區(qū)及周邊12個(gè)氣象站點(diǎn)月均降雨量數(shù)據(jù)，來源于中國氣象局氣象數(shù)據(jù)中心(http:∥data.cma.cn/)；土壤質(zhì)地和有機(jī)碳數(shù)據(jù)來源于世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD)；GDP數(shù)據(jù)來源于湖北省統(tǒng)計(jì)年鑒。以上數(shù)據(jù)均重采樣到30 m分辨率并轉(zhuǎn)換至統(tǒng)一的投影坐標(biāo)系統(tǒng)，以滿足模型運(yùn)行要求。

1.4 數(shù)據(jù)處理

(1) 降雨侵蝕力因子(R)。基于丹江口庫區(qū)及周邊12個(gè)氣象站點(diǎn)月降水量數(shù)據(jù)利用Wischmeier公式[19]和克里金插值法獲取R值及其空間分布。

(2) 土壤可蝕性因子(K)。反映土壤抗侵蝕的能力，受土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)含量等土壤理化性質(zhì)的影響。利用EPIC模型[20]中土壤有機(jī)質(zhì)和土壤顆粒分析的K值計(jì)算方法獲取。

(3) 坡長坡度因子(LS)。對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行填洼處理，將其輸入InVEST模型計(jì)算LS值[21]。

(4) 植被覆蓋與管理因子(C)。反映植被或作物管理措施對土壤侵蝕量的影響。采用蔡崇法等[22]提出的植被覆蓋與管理因子研究方法，獲取不同植被覆蓋度下的林地、灌草地及其他土地利用類型的C值(表1)。

(5) 水土保持因子(P)。采取與未采取(順坡種植)水土保持措施時(shí)土壤侵蝕量的比值?；趯?shí)地狀況以及文獻(xiàn)資料獲取研究區(qū)不同土地利用類型的P值[23](表1)。P值為1時(shí)表示未采取任何水土保持措施；P值為0時(shí)表示采取了較好的水土保持措施，土壤幾乎不會(huì)受到侵蝕。

表1 丹江口庫區(qū)2010，2015和2020年不同土地利用類型的植被覆蓋與管理因子(C)和水土保持因子(P)

2結(jié)果與分析

2.1 土壤侵蝕量評價(jià)

2.1.1 土壤侵蝕量時(shí)空變化 運(yùn)用InVEST模型中的SDR模塊，載入丹江口庫區(qū)的DEM高程圖、降雨侵蝕力柵格圖、土壤可蝕性柵格圖、流域矢量圖、土地利用類型柵格圖、生物物理系數(shù)表以及相關(guān)參數(shù)。模型運(yùn)行后，輸出模擬計(jì)算出的丹江口庫區(qū)實(shí)際土壤侵蝕量分布圖(附圖1)。

2010，2015和2020年丹江口庫區(qū)實(shí)際土壤侵蝕量分別是1.41×109，9.85×108t和3.99×108t，呈遞減的趨勢?？臻g上，2010，2015和2020年實(shí)際土壤侵蝕空間分布基本一致，實(shí)際土壤侵蝕量較高地區(qū)持續(xù)減少，且2020年較于2010和2015年實(shí)際土壤侵蝕量較高的地區(qū)明顯減少，多分布于庫區(qū)西部秦嶺和淅川北部地區(qū)，少數(shù)分布于庫區(qū)內(nèi)各地區(qū)。2010—2020年實(shí)際土壤侵蝕量的減少大體上表明近些年丹江口庫區(qū)對于水土流失的治理起到了一定顯著的效果，但仍需對侵蝕量較高侵蝕地區(qū)采取相應(yīng)的水土保持控制管理工作。

2.1.2 土壤侵蝕強(qiáng)度等級統(tǒng)計(jì)分析 據(jù)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》得到丹江口庫區(qū)的土壤侵蝕強(qiáng)度各等級面積占比結(jié)果(圖1)。庫區(qū)各年不同土壤侵蝕強(qiáng)度等級所占比例差異較大，年際上也存在較大差異。2010，2015和2020年土壤侵蝕強(qiáng)度等級所占面積比例以微度侵蝕、輕度侵蝕為主，各年強(qiáng)烈侵蝕、極強(qiáng)烈侵蝕、劇烈侵蝕等級面積所占比例逐漸降低，微度侵蝕、輕度侵蝕等級面積所占比例逐漸增加。其中2010—2015年段，輕度侵蝕所占比例增加較多，2015—2020年段，微度侵蝕等級面積所占比例增加較多。低侵蝕等級地區(qū)分布較多且不斷增加，在一定程度上表明庫區(qū)侵蝕情況得到一定程度的改善。不同侵蝕等級之間單位面積的侵蝕量差異較大，高侵蝕的面積比例小而侵蝕量很大。因此，為了達(dá)到減少侵蝕量的要求，強(qiáng)烈侵蝕、極強(qiáng)烈侵蝕和劇烈侵蝕區(qū)仍是丹江口庫區(qū)土壤保持功能治理的重點(diǎn)區(qū)域。

圖1 丹江口庫區(qū)2010，2015和2020年土壤侵蝕強(qiáng)度各等級面積比例

2.2 土壤保持功能評估

2.2.1 土壤保持量的時(shí)空變化分析 2010—2020年丹江口庫區(qū)土壤保持總量變化較為明顯，庫區(qū)2010年的土壤保持總量為6.25×109t，2015年的土壤保持總量上升至6.62×109t，增加了5.92%；2020年的土壤保持總量上升至7.12×109t，增加了7.51%，總體上呈持續(xù)增加的趨勢(附圖2)。結(jié)果表明2010—2020年丹江口庫區(qū)土壤保持強(qiáng)度分布一致，且土壤保持強(qiáng)度持續(xù)增大，2010年土壤保持強(qiáng)度為3 566.41 t/(hm2·a)，2015年上升至3 777.61 t/(hm2·a)，2020年持續(xù)上升至4 063.62 t/(hm2·a)，2010—2020年土壤保持功能在一定程度上得到增強(qiáng)。2010—2020年丹江口庫區(qū)土壤保持空間分布格局相對均勻穩(wěn)定，呈中部、東南少數(shù)地區(qū)低，北部、西部大部地區(qū)高的空間分布格局。庫區(qū)內(nèi)低值區(qū)主要位于丹江口水庫周邊地形起伏度較小的低海拔區(qū)，包括淅川縣南部和丹江口市中部一帶，地類以耕地和建設(shè)用地為主，植被覆蓋度較低，受到人口密集、經(jīng)濟(jì)建設(shè)的影響相對較大，不利于土壤保持；高值區(qū)主要位于山高坡陡、地形起伏明顯的較高海拔的庫區(qū)較高海拔的東北部伏牛山、西部秦嶺、西南部武當(dāng)山地區(qū)，這些區(qū)域不易受到人類活動(dòng)的干擾，地類以林地和灌草地為主，植被覆蓋率高明顯高于其他地區(qū)，這類地區(qū)土壤實(shí)際侵蝕量較小，土壤保持狀況較為良好。丹江口庫區(qū)2010，2015和2020年的土壤保持量時(shí)間尺度上有所增加，但空間分布差異不明顯。

2.2.2 不同土地利用類型的土壤保持量比較 將基于InVEST模型得到的土壤保持?jǐn)?shù)據(jù)和土地利用類型數(shù)據(jù)疊加，得到2010—2020年丹江口庫區(qū)不同地類的土壤保持量比例以及平均土壤保持強(qiáng)度(圖2)。不同土地利用類型土壤保持能力大小可用土壤保持強(qiáng)度來表示，丹江口庫區(qū)不同土地利用類型的土壤保持強(qiáng)度具有明顯差異。不同的土地利用類型，可能受植被覆蓋度和面積大小的影響，土壤保持強(qiáng)度差異顯著，林地和灌草地的土壤保持能力遠(yuǎn)高于耕地。2010，2015和2020年，林地的土壤保持能力最高，其次是灌草地、園地，耕地較低，耕地和園地具有類似的土壤保持能力。2010—2020年平均土壤保持能力排序?yàn)椋毫值?灌草地>園地>耕地。研究表明，林地、灌草地和耕地是研究區(qū)主要的土地利用類型，且耕地面積較大，土壤保持能力較小，潛在的土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)較大。因此，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)乃帘３执胧┨岣吒氐耐寥辣３帜芰?，從而降低產(chǎn)沙量，增大研究區(qū)的土壤保持能力。

圖2 丹江口庫區(qū)2010，2015和2020年不同土地利用類型土壤保持能力統(tǒng)計(jì)

2.3 土壤保持功能變化的影響因素分析

基于丹江口庫區(qū)土壤保持功能的時(shí)空變化特征，為進(jìn)一步分析庫區(qū)土壤保持功能的時(shí)空變化影響機(jī)制，不僅應(yīng)考慮氣候、地形、土壤、植被幾大自然因素的綜合作用，還應(yīng)考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等人為因素的干擾，這些因素在復(fù)雜的交互作用下形成了土壤保持服務(wù)功能。降水影響土壤侵蝕性，土壤隨海拔高度呈有規(guī)律的變化，植被可保護(hù)表土從而減少土壤流失量，而土地利用類型、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r能夠反映人類活動(dòng)強(qiáng)弱。本文將2015年作為研究年份，以土壤保持量為因變量，綜合考慮自然和人為因素的影響，篩選了降水、地形、植被來反映自然狀況；土地利用類型、GDP等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素來表征人類活動(dòng)，借助地理探測器方法對庫區(qū)土壤保持功能變化的主要影響因素進(jìn)行探測分析。

2.3.1 因子探測 因子探測可探測土壤保持功能的空間分異性以及各因子在多大程度上解釋土壤保持功能的空間變異。統(tǒng)計(jì)值用q表示，q值愈大說明對分析變量的解釋力愈強(qiáng)[17]。結(jié)果表明不同因子的解釋力差異顯著，各因子按q值大小降序排列為：地形>降水>土地利用類型>GDP>植被覆蓋度(表2)。其中土壤保持變化受地形、降水、土地利用類型的影響較強(qiáng)，GDP和植被覆蓋度的作用較弱。結(jié)果表明地形具有最高的q統(tǒng)計(jì)量，說明各因子變量中地形對土壤保持功能空間變異的解釋能力最強(qiáng)，是揭示土壤保持變化的最主要的環(huán)境因子。

表2 地理探測器的因子探測

2.3.2 交互探測 交互探測可識別不同因子之間的交互作用以及評估兩因子共同作用時(shí)是否會(huì)增加或減弱對分析變量的解釋力[17]。結(jié)果表明任何兩種因子對土壤保持功能空間分異的交互作用都要大于一個(gè)因子單獨(dú)作用，且兩兩因子之間對土壤保持變化均起到雙因子增強(qiáng)的作用(表3)?？傮w上土壤保持功能的變化受到自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的共同作用，但兩種因子對土壤保持變化的影響強(qiáng)弱方面，降水∩地形的貢獻(xiàn)率最高為3.97%；地形∩GDP，地形∩土地利用類型，植被覆蓋度∩地形，降水∩土地利用類型貢獻(xiàn)率較高，分別為3.62%，3.51%，3.32%，3.26%；而植被覆蓋度∩土地利用類型的交互作用最弱。其中，降水和地形因子交互作用影響力最強(qiáng)，地形和GDP、土地利用類型因子交互作用次之，這說明生態(tài)系統(tǒng)土壤保持功能的變化是自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素綜合作用的結(jié)果，在降水等自然要素相對穩(wěn)定的背景下，應(yīng)控制人類活動(dòng)對土地利用結(jié)構(gòu)的干擾強(qiáng)度，增加植被覆蓋度，進(jìn)而提高庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持功能。

表3 地理探測器的交互探測結(jié)果

2.3.3 生態(tài)探測 生態(tài)探測可用于比較各因子間對分析變量空間分異的影響是否有顯著差異[17]。結(jié)果表明對于土壤保持功能變化的影響上，地形與植被覆蓋度之間存在著顯著差異，其他各因子之間不存在顯著差異(表4)。這表明自然因素對土壤保持變異的影響顯著，而社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素在生態(tài)探測中對其變化不存在顯著性差異。因此增加植被覆蓋度等生態(tài)工程建設(shè)有助于防治土壤侵蝕和控制水土流失，從而提高土壤保持功能。

表4 地理探測器的生態(tài)探測結(jié)果

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

作為國家南水北調(diào)中線工程的水源地，生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持功能對丹江口庫區(qū)具有重要意義。研究分析結(jié)果顯示，近年來丹江口庫區(qū)土壤保持功能總體趨勢積極向好，但一些地形起伏度較小的低海拔區(qū)土壤保持量仍較低，說明這類地區(qū)受到土壤侵蝕和水土流失的潛在威脅較大。探測結(jié)果表明，幾大自然和人為影響因子對丹江口庫區(qū)土壤保持功能的作用強(qiáng)度不同，主要受地形因子以及降水與地形交互作用的影響，由于降水、地形等自然因子具有不可控性及工程措施費(fèi)用昂貴，增加植被覆蓋度、降低坡耕地比重等生態(tài)工程建設(shè)在防治土壤侵蝕和控制水土流失方面發(fā)揮著重要作用。因此，對于丹江口庫區(qū)而言，繼續(xù)推進(jìn)退耕還林(草)工程建設(shè)，重視與保護(hù)土壤保持能力較強(qiáng)的林地和灌草地，同時(shí)減少人類活動(dòng)對地表的擾動(dòng)及其對庫區(qū)生態(tài)環(huán)境的污染與損害，降低水土流失造成的面源污染和土地退化等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，才能更好地保障區(qū)域生態(tài)安全與肩負(fù)起“清水永續(xù)北送”的政治責(zé)任。

鑒于InVEST模型中其中因子取值通常借鑒以往學(xué)者研究，可能不適應(yīng)于庫區(qū)實(shí)際情況，未來研究仍需對InVEST模型相關(guān)參數(shù)與計(jì)算方法進(jìn)行校正、檢驗(yàn)，使之適應(yīng)于庫區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)土壤保持服務(wù)功能評估。僅以2015年為例利用地理探測器方法研究丹江口庫區(qū)土壤保持功能的影響因子，受多種因素的交互影響，未來有必要對多個(gè)年份開展研究以揭示不同影響因子強(qiáng)弱在時(shí)序上的變化規(guī)律，以此實(shí)現(xiàn)對該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的全面了解。本研究通過對丹江口庫區(qū)的土壤保持功能進(jìn)行時(shí)空特征和影響因素分析，可為區(qū)域水土保持和生態(tài)管理建設(shè)提供參考。

3.2 結(jié) 論

(1) 2010，2015和2020年丹江口庫區(qū)實(shí)際土壤侵蝕量分別是1.41×109，9.85×108t和3.99×108t，呈遞減趨勢。各年實(shí)際土壤侵蝕強(qiáng)度空間格局基本一致，實(shí)際土壤侵蝕量高值區(qū)持續(xù)減少，土壤侵蝕等級均逐漸向微度侵蝕轉(zhuǎn)變，侵蝕情況得到一定程度的改善。但不同侵蝕等級之間單位面積的侵蝕量差異較大，仍要注意治理侵蝕等級高區(qū)域，以達(dá)到減少侵蝕量的要求。

(2) 2010，2015和2020年丹江口庫區(qū)土壤保持總量持續(xù)增加，分別為6.25×109，6.62×109t和7.12×109t，空間分布結(jié)果表明，庫區(qū)海拔較高的東北部伏牛山、西部秦嶺、西南部武當(dāng)山地區(qū)土壤保持量較高，丹江口水庫周邊地形起伏度較小的低海拔區(qū)土壤保持量較低。不同土地利用類型的土壤保持強(qiáng)度等級差異較明顯，其中林地和灌草地這類植被覆蓋率較高地區(qū)的土壤保持能力較強(qiáng)，耕地土壤保持能力最弱。

(3) 丹江口庫區(qū)土壤保持變化主要受地形因子以及降水與地形交互作用的影響，在一定程度上表明自然因素對庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持功能時(shí)空變化起到重要作用，但在各因子的交互作用下，土壤保持呈現(xiàn)差異化時(shí)空分布格局。