延河流域土壤侵蝕對(duì)LUCC的響應(yīng)及驅(qū)動(dòng)力

何佳瑛， 任立清， 蔣曉輝， 孫昊田， 雷宇昕， 鄧 椿

(1.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院, 西安 710127; 2.運(yùn)城學(xué)院 文化旅游系,山西 運(yùn)城 044000; 3.烏魯木齊氣象衛(wèi)星地面站, 烏魯木齊 830011)

土壤侵蝕是全球范圍內(nèi)最典型的土地退化形式之一，導(dǎo)致大量肥沃土壤的流失，危及當(dāng)?shù)氐募Z食安全，進(jìn)一步加劇貧困，流失的泥沙淤積河道，導(dǎo)致下游地區(qū)發(fā)生洪澇災(zāi)害，危害下游地區(qū)的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全，損害人類(lèi)福祉，引起嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題和社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題[1-2]。人類(lèi)活動(dòng)造成的土地退化影響了全球1.964×109hm2的土地，其中1.903×109hm2的土地退化是由水力侵蝕造成的，主要由森林砍伐、過(guò)度放牧以及不合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐引起的[3-4]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已造成了全球75%的土壤侵蝕，影響了世界80%的耕地，并對(duì)40%的農(nóng)業(yè)土地的糧食生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響[5]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕的影響方面，進(jìn)行了廣泛的研究，主要集中在土地利用變化以及水土保持措施對(duì)土壤侵蝕的影響兩個(gè)方面[6-7]，經(jīng)歷了由定性到定量、由單一描述到綜合評(píng)價(jià)的發(fā)展過(guò)程[8-9]?，F(xiàn)階段常用的土壤侵蝕模型為經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型和物理成因模型，物理成因模型因其涉及參數(shù)多、數(shù)據(jù)獲取難、濾參過(guò)程復(fù)雜，在實(shí)際研究中受到限制，經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型中的通用土壤流失方程USLE或修正的RUSLE方程，因涉及參數(shù)少、數(shù)據(jù)獲取較容易，且易與GIS和RS技術(shù)相結(jié)合，在坡面侵蝕和區(qū)域侵蝕研究中被廣泛應(yīng)用[10-12]。利用修正的土壤流失方程RUSLE模型，通過(guò)研究土地利用轉(zhuǎn)移與土壤侵蝕變化的關(guān)系或者不同土地利用類(lèi)型上土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)的變化，探究土地利用變化對(duì)土壤侵蝕的影響[13-14]。現(xiàn)有研究成果主要探討的是LUCC引起土壤侵蝕正、負(fù)相抵后的綜合效應(yīng)以及驅(qū)動(dòng)力，鮮有分別對(duì)LUCC引起的土壤侵蝕效應(yīng)和土壤保持效應(yīng)進(jìn)行研究的，忽略了同一時(shí)期內(nèi)，LUCC對(duì)土壤侵蝕的“雙重作用”。

延河流域是黃河中游黃土高原水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域之一，其中水土流失面積7 127 km2，占流域總面積的92.3%，約有60%的面積處于強(qiáng)度侵蝕以上，因此，延河流域一直是我國(guó)水土保持重點(diǎn)治理區(qū)和退耕還林(草)工程重點(diǎn)建設(shè)區(qū)[15]。研究延河流域土壤侵蝕對(duì)LUCC的響應(yīng)及驅(qū)動(dòng)力，為今后延河流域水土保持和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供依據(jù)，進(jìn)一步促進(jìn)延河流域的生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展。本研究構(gòu)建土壤侵蝕對(duì)LUCC的響應(yīng)模型，探討1980—2018年期間，土壤侵蝕對(duì)LUCC變化響應(yīng)的格局和過(guò)程、LUCC引起的土壤侵蝕效應(yīng)和土壤保持效應(yīng)的演化過(guò)程以及驅(qū)動(dòng)力。

1 研究區(qū)概況

延河流域位于黃河流域黃土高原中部36°23′—37°17′N(xiāo)，108°45′—110°28′E，黃河一級(jí)支流，發(fā)源于靖邊縣，由西北向東南，流經(jīng)志丹、安塞、寶塔、延長(zhǎng)4縣(區(qū))，河流全長(zhǎng)286.9 km，流域總面積為7 725 km2(圖1)。延河流域?qū)儆谥袦貛О敫珊导撅L(fēng)氣候，降水年際變化大，年內(nèi)分配極不均勻，多年平均降水量為508.80 mm，集中分布在6—9月，占全年降雨量70%以上。流域內(nèi)地形主要以黃土丘陵溝壑區(qū)為主，其占流域面積的90%左右，地帶性土壤中黃綿土的面積最大，占耕地面積的80%左右，在地表植被覆蓋較低時(shí)，黃綿土抗沖性和抗蝕性較差，在暴雨發(fā)生時(shí)極易遭受侵蝕[16]。

圖1 延河流域概況及雨量站點(diǎn)分布

特殊的氣候和地質(zhì)地貌條件，加上強(qiáng)烈的人類(lèi)活動(dòng)，導(dǎo)致延河流域成為黃土高原地區(qū)水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域之一，土壤侵蝕方式主要是水蝕。根據(jù)土壤侵蝕調(diào)查結(jié)果顯示，延河流域約有60%的面積處于強(qiáng)度侵蝕以上，惡劣的溝壑地貌、夏季暴雨沖刷以及不合理陡坡耕種為主的耕作方式是該區(qū)域土壤侵蝕嚴(yán)重的主要原因[17]。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)收集

本研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括日降雨數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、NDVI數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。1980—1990年、2006—2018年日降雨數(shù)據(jù)，由流域內(nèi)38個(gè)雨量站通過(guò)空間插值獲得，源數(shù)據(jù)來(lái)自黃河水利委員會(huì)黃河水文年鑒。1991—2005年日降雨數(shù)據(jù)，由流域內(nèi)及周邊9個(gè)氣象站通過(guò)空間插值獲得，源數(shù)據(jù)來(lái)自陜西省水文總站、寶塔區(qū)氣象局、安塞縣氣象局、延長(zhǎng)縣氣象局、安塞縣氣象局以及中國(guó)國(guó)家氣象站。

1980年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年、2018年的土地利用數(shù)據(jù)來(lái)自黃土高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥loess.data.ac.cn/)，空間分辨率為1 km。1981年、1990年、1995年NDVI數(shù)據(jù)是由GIMMS AVHRR 15 d最大合成法獲得月NDVI數(shù)據(jù)，2000年、2005年、2010年、2015年、2018年NDVI數(shù)據(jù)是由MODIS 16 d最大合成法獲得月NDVI數(shù)據(jù)，再分別用生長(zhǎng)季的月平均NDVI數(shù)據(jù)獲得年NDVI數(shù)據(jù)，GIMMS和MODIS遙感影像數(shù)據(jù)(https:∥labsweb.nascom.nasa.gov/)，分辨率分別為8 km和250 m。DEM數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心分辨率為30 m，土壤數(shù)據(jù)來(lái)自寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)研究數(shù)據(jù)中心 HWSD數(shù)據(jù)集。

2.2 研究方法

2.2.1 模型的構(gòu)建 本研究試圖探究研究期內(nèi)LUCC對(duì)土壤侵蝕的影響，在修正土壤流失RUSLE模型基礎(chǔ)上，構(gòu)建土壤侵蝕強(qiáng)度對(duì)LUCC的響應(yīng)模型。該模型不考慮前期LUCC的“累積效應(yīng)”，研究t時(shí)期到t+1時(shí)期，LUCC對(duì)土壤侵蝕的影響，為了不考慮降雨變化對(duì)土壤侵蝕的影響，該模型中的降雨侵蝕力采用t時(shí)期到t+1時(shí)期的平均降雨侵蝕力。潛在土壤侵蝕V若為正值，說(shuō)明相比于前一時(shí)期，LUCC引起的土壤侵蝕強(qiáng)度增大，V值越大，土壤侵蝕強(qiáng)度增大的越多；若V為負(fù)值，說(shuō)明相比于前一時(shí)期，LUCC所引起的潛在土壤侵蝕強(qiáng)度減小，V的絕對(duì)值越大，單位面積上潛在土壤侵蝕強(qiáng)度減小的越多，潛在土壤侵蝕對(duì)當(dāng)前人類(lèi)活動(dòng)的響應(yīng)模型如下：

V=R·K·L·S(Ht+1-Ht)

式中：V為年單位面積潛在土壤侵蝕變化值,1 t/(hm2·a)=100 t/(km2·a)；R為t時(shí)期到t+1時(shí)期的平均降雨侵蝕力(MJ·mm/[hm2·h·a])；K為土壤可蝕性因子[t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)]；L為坡長(zhǎng)因子;S為坡度因子；Ht+1,Ht分別為t+1和t時(shí)期的LUCC因子。L,S,Ht+1,Ht因子為無(wú)量綱，單位均為1。

采用章文波[17]、謝云[18]等的降雨侵蝕力模型，計(jì)算了1980—2018年各個(gè)雨量站或氣象站年平均降雨侵蝕力，采用IDW內(nèi)插方法進(jìn)行降雨侵蝕力空間表面插值，得到延河流域年降雨侵蝕力分布圖。采用侵蝕/生產(chǎn)力影響模型EPIC中發(fā)展的土壤可蝕性因子K的估算方法，計(jì)算出土壤可蝕性因子K值。坡度和坡長(zhǎng)因子計(jì)算時(shí)，首先運(yùn)用ArcGIS根據(jù)延河流域30 m分辨率的DEM(重采樣為20 m×20 m)分別提取坡度θ和坡長(zhǎng)l，再根據(jù)學(xué)者們提出的黃土高原的坡度因子S和坡長(zhǎng)因子L計(jì)算公式計(jì)算得到坡度坡長(zhǎng)因子[19-20]。根據(jù)上述模型，利用ArcGIS計(jì)算V值時(shí)，所有變量圖層都重采樣為20 m×20 m柵格。

2.2.2 土地利用/覆被變化因子計(jì)算方法 根據(jù)已有研究成果中，LUCC對(duì)土壤侵蝕的作用機(jī)理，土地利用類(lèi)型、林草植被覆蓋度以及坡耕地的坡度是LUCC影響土壤侵蝕的主要因素。利用修正的土壤流失RUSLE模型中的植被覆蓋與管理因子C、耕作措施因子P的計(jì)算方法確定土地利用類(lèi)型、林草植被覆蓋度以及坡耕地的坡度變化對(duì)土壤侵蝕的影響，H因子綜合考慮了土地利用類(lèi)型、林草地和耕地的植被覆蓋度以及耕地的坡度[21]。在確定土地利用因子時(shí)，借鑒我國(guó)學(xué)者張巖[22]、江忠善[23]等對(duì)黃土高原覆蓋與管理因子的研究成果，以及王萬(wàn)忠等[24]對(duì)黃土高原水土保持因子的研究成果，對(duì)延河流域土地利用因子H賦值。林地和草地的土地利用因子H主要與植被覆蓋度相關(guān)，把林地和草地的植被覆蓋度分為0～20%，20%～40%，40%～60%，60%～80%，80%～100%共5類(lèi)，其相應(yīng)的H值分別為0.100，0.080，0.060，0.020，0.004和0.450，0.240，0.150，0.090，0.043；耕地的土地利用因子H值主要與坡度有關(guān)，將耕地的坡度分為0°～6°，6°～15°，15°～25°，>25°共4類(lèi)，其相應(yīng)的H值分別為0.002，0.046，0.115，0.138；另外，建設(shè)用地的H值為0.900，水體和未利用地的H值均為1.000。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤侵蝕因子

3.1.1 降雨侵蝕力因子 延河流域在1980年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年、2018年的降雨侵蝕力均值分別為1 048.69，1 773.24，1 113.93，743.09，1 612.3，1 450.30，654.78，2 088.55 MJ·mm/(hm2·h·a)，1980—2015年的變化基本以10 a為一個(gè)周期，增減交替進(jìn)行。從整個(gè)研究時(shí)段來(lái)看，延河流域降雨侵蝕力以及其變化幅度具有增大的趨勢(shì)，這可能與全球氣候變化有關(guān)，全球氣候變化導(dǎo)致了降雨增加和極端天氣增加。1980—1990年、1990—1995年、1995—2000年、2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年、2015—2018年，每個(gè)時(shí)期的平均降雨侵蝕力分別為1 410.97，1 443.59，928.51，1 048.74，1 402.35，1 052.54，1 371.67 MJ·mm/(hm2·h·a)(圖2)，除了1990—1995年和2010—2015年兩個(gè)時(shí)期，降雨侵蝕力波動(dòng)較大之外，其他時(shí)期降雨侵蝕力差異不大，因此，采用平均降雨侵蝕力可以減弱降雨侵蝕力變化對(duì)LUCC引起土壤侵蝕變化的干擾。

3.1.2 土壤可蝕性因子 延河流域土壤可蝕性最小值為0.037 7 t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)，最大值為0.061 1 t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)，平均值為0.056 8 t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)。黃綿土在整個(gè)流域分布最為廣泛，占到整個(gè)流域的56%，其土壤可蝕性為0.059 3 t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)，大于流域內(nèi)土壤平均可蝕性0.056 8 t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)。從整個(gè)流域來(lái)看，土壤可蝕性與地勢(shì)具有很大的關(guān)系，土壤可蝕性弱的區(qū)域主要分布在河流兩岸，沿延河干流分布；其次，分布在延河流域下游地區(qū)，呈斑塊狀分布。流域上游和中游土壤平均可蝕性相當(dāng)，接近0.056 8 t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)，下游土壤平均可蝕性略低于上游和中游。

注：平均降雨侵蝕力單位為t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)。

圖3 延河流域坡度坡長(zhǎng)因子分布

3.1.3 坡度坡長(zhǎng)因子 利用DEM分別提取延河流域土壤侵蝕的坡度因子和坡長(zhǎng)因子，坡長(zhǎng)因子L的平均值為2.17，坡度因子S的平均值為6.30，可見(jiàn)，坡度因子對(duì)延河流域土壤侵蝕的影響遠(yuǎn)大于坡長(zhǎng)因子。延河流域坡度坡長(zhǎng)因子LS值的變化范圍為0～77(當(dāng)坡度坡長(zhǎng)因子接近0時(shí)，取值為1)，整個(gè)流域坡度坡長(zhǎng)因子的均值為14.0，中游坡度坡長(zhǎng)因子值為14.04，與整個(gè)流域坡度坡長(zhǎng)因子值接近，上游和下游坡度坡長(zhǎng)因子均值接近，分別為14.60，14.45(圖3)。

3.1.4 土地利用/覆被變化因子 1980—1990年，延河流域土地利用/覆被變化因子平均增加了0.019，平均減少了0.007，正負(fù)相抵后，整個(gè)流域LUCC因子平均增加0.01。1990—1995年，延河流域LUCC因子平均增加了0.015，平均減少了0.016，正負(fù)相抵后，整個(gè)流域LUCC因子減小0.001。1995—2000年，LUCC因子平均增加了0.005，平均減少了0.036，正負(fù)相抵后，整個(gè)流域LUCC因子平均減少了0.03。2000—2005年，LUCC因子平均增加了0.007，平均減少了0.03，正負(fù)相抵后，整個(gè)流域LUCC因子平均減少了0.02。2005—2010年，LUCC因子平均增加了0.004，平均減少了0.015，正負(fù)相抵后，整個(gè)流域LUCC因子平均減少了0.01。2010—2015年，LUCC因子平均增加了0.004，平均減少了0.033，正負(fù)相抵后，整個(gè)流域LUCC因子平均減少了0.03。2015—2018年，LUCC因子平均增加了0.043，平均減少了0.052，正負(fù)相抵后，整個(gè)流域LUCC因子平均減少了0.02。1990—2018年，每個(gè)時(shí)期內(nèi)LUCC因子兼有增蝕和減蝕“雙重”作用，減蝕作用大于增蝕作用，綜合而言，LUCC因子具有減蝕作用(圖4)。

3.2 LUCC引起的土壤侵蝕變化

3.2.1 LUCC引起土壤侵蝕的時(shí)間演化 1980—1990年、1990—1995年、1995—2000年、2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年、2015—2018年的7個(gè)時(shí)期內(nèi)，延河流域LUCC引起土壤侵蝕模數(shù)增加和減少共存，表明LUCC的土壤侵蝕效應(yīng)和土壤保持效應(yīng)共存(圖5)。在這7個(gè)時(shí)期內(nèi)，LUCC增加的土壤侵蝕模數(shù)均值，分別為2 573，1 859，410，624，382，256，3 537 t/(km2·a)，表明1980—2015年，LUCC引起的土壤侵蝕效應(yīng)呈不斷減弱的趨勢(shì)，在2010—2015年侵蝕模數(shù)達(dá)到極小值256 t/(km2·a)后，2015—2018年侵蝕模數(shù)又急劇增加；LUCC減小的土壤侵蝕模數(shù)均值，分別為744，1 973，2 948，3 033，1 704，2 937，5 944 t/(km2·a)，表明LUCC引起的土壤保持效應(yīng)增強(qiáng)和減弱交替進(jìn)行，總體上呈不斷增強(qiáng)的趨勢(shì)。LUCC的土壤侵蝕效應(yīng)和土壤保持效應(yīng)相抵后，其引起的總效應(yīng)分別為1 409，-236，-2 704，-2 658，-1 545，-3 332，-3 196 t/(km2·a)，表明延河流域LUCC在1980—1990年引起土壤侵蝕效應(yīng)，1990—2018年引起土壤保持效應(yīng)增強(qiáng)和減弱交替進(jìn)行，總體上呈增強(qiáng)趨勢(shì)。

圖4 每個(gè)時(shí)期LUCC因子變化時(shí)空分布

圖5 土壤侵蝕模數(shù)隨時(shí)間演化趨勢(shì)

3.2.2 LUCC引起土壤侵蝕的空間演化 借鑒現(xiàn)階段對(duì)黃土高原土壤侵蝕等級(jí)的劃分，本研究把土壤潛在侵蝕模數(shù)變化劃分為8個(gè)等級(jí)(表1)。1980—2018年的7個(gè)研究期內(nèi)，LUCC減少的土壤侵蝕強(qiáng)度，以“中度及以下減少”為主，在整個(gè)延河流域基本呈連續(xù)面狀分布；“強(qiáng)度減少”“極強(qiáng)度減少”“劇烈減少”在空間上呈現(xiàn)出由局部“零星”分布向整個(gè)流域“均質(zhì)”分布的演變規(guī)律；經(jīng)歷了由“極強(qiáng)度減少”為主，向“極強(qiáng)度減少”和“劇烈減少”均衡分布的演變過(guò)程(圖6)。LUCC增加的土壤侵蝕強(qiáng)度，以“中度及以下增加”為主，在整個(gè)流域內(nèi)的分布，1980—2005年呈現(xiàn)出由中游—下游—上游演替的格局；2005—2018年，逐漸演化為在整個(gè)流域“零星”均質(zhì)分布。結(jié)果表明，LUCC的土壤保持效應(yīng)在延河流域空間上分布，呈現(xiàn)出由局部集中到全局均一化，面積不斷擴(kuò)大，等級(jí)不斷提高；LUCC的土壤侵蝕效應(yīng)在延河流域空間上的分布呈現(xiàn)出由集中到分散，面積不斷縮小，等級(jí)不斷降低。

表1 LUCC引起土壤侵蝕模數(shù)變化的等級(jí)

3.3 引起土壤侵蝕變化的LUCC過(guò)程分析

3.3.1 引起土壤侵蝕效應(yīng)的LUCC過(guò)程分析 1980—1990年，LUCC增加的土壤侵蝕模數(shù)均值為2 573 t/(km2·a)，主要由3.6 km2，7.8 km2的林草地分別轉(zhuǎn)變成建設(shè)用地和耕地，177.2 km2林地和1 027.7 km2草地的植被覆蓋度下導(dǎo)致的(表2)。1990—1995年，LUCC增加的土壤侵蝕模數(shù)均值為1 859 t/(km2·a)，主要是由4.5 km2的林草地轉(zhuǎn)化為耕地，3.1 km2草地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，3.4 km2的林地轉(zhuǎn)化為草地，0.4 km2的草地轉(zhuǎn)化為林地，10.7 km2耕地轉(zhuǎn)化為林草地和建設(shè)用地以及219.8 km2林地和618.2 km2的草地植被覆蓋度降低導(dǎo)致的。1995—2000年，LUCC增加的土壤侵蝕模數(shù)均值為410 t/(km2·a)，主要由2.1 km2的林地、1.4 km2的草地轉(zhuǎn)化成耕地，41 km2耕地轉(zhuǎn)化成林草地和建設(shè)用地，55.8 km2的林地和250.3 km2的草地的植被覆蓋度降低導(dǎo)致的。2000—2005年，LUCC增加的土壤侵蝕模數(shù)均值為624 t/(km2·a)，主要由耕地轉(zhuǎn)化成5.4 km2的林地、1.9 km2的草地、0.7 km2水體和2.1 km2的建設(shè)用地，0.5 km2的林地轉(zhuǎn)化成草地，0.7 km2的草地轉(zhuǎn)化成建設(shè)用地，以及43.1 km2的林地和291.9 km2的草地植被覆蓋度降低引起的。2005—2010年，LUCC增加的土壤侵蝕模數(shù)均值為382 t/(km2·a)，主要是由4.6 km2的耕地轉(zhuǎn)化成建設(shè)用地，59.9 km2的林地和207.6 km2的草地的植被覆蓋度降低引起的。2010—2015年，LUCC增加的土壤侵蝕模數(shù)均值為256 t/(km2·a)，主要是由于耕地轉(zhuǎn)化成0.7 km2的水體、5.0 km2的建設(shè)用地、12.2 km2的未利用地，林地轉(zhuǎn)化成1.9 km2的未利用地，草地轉(zhuǎn)化成1.4 km2的耕地、9.5 km2的未利用地，15.5 km2的林地和27.4 km2的草地的植被覆蓋度降低引起的。2015—2018年，LUCC增加的土壤侵蝕模數(shù)均值為3 537 t/(km2·a)，主要是由于141.3 km2林地和230.7 km2草地轉(zhuǎn)化成耕地，235.9 km2的林地轉(zhuǎn)化成草地，321.6 km2的耕地轉(zhuǎn)化成林草地，39.8 km2的林草地和耕地轉(zhuǎn)化成建設(shè)用地，26.1 km2林草地植被覆蓋度降低，以及未利用地增加了25.5 km2引起的，由此可見(jiàn)，2015—2018年土壤侵蝕效應(yīng)的增強(qiáng)主要是由于耕地?cái)U(kuò)張導(dǎo)致的。

圖6 每個(gè)時(shí)期LUCC引起土壤侵蝕變化的時(shí)空分布

表2 引起土壤侵蝕效應(yīng)的LUCC km2

3.3.2 引起土壤保持效應(yīng)的LUCC過(guò)程分析 1980—1990年，LUCC減少的土壤侵蝕模數(shù)為744 t/(km2·a)，主要是由143.7 km2林地、352.4 km2草地的植被覆蓋度增加引起的(表3)。1990—1995年，LUCC減少的土壤侵蝕模數(shù)為1 973 t/(km2·a)，主要是由6.2 km2耕地還林草地，18.8 km2的草地轉(zhuǎn)化成林地，477.8 km2草地、56.6 km2林地植被覆蓋度增加引起的。1995—2000年，LUCC減少的土壤侵蝕模數(shù)為2 948 t/(km2·a)，主要由1 322.2 km2草地和268.7 km2林地植被覆蓋度增加引起的。2000—2005年，LUCC減少的土壤侵蝕模數(shù)為3 033 t/(km2·a)，主要由265.4，1 096.1 km2林草地植被度蓋度增加，121.2 km2耕地退耕為林草地，43.7 km2林地轉(zhuǎn)化為草地引起的。2005—2010年，LUCC減少的土壤侵蝕模數(shù)為1 704 t/(km2·a)，主要由7.7 km2耕地轉(zhuǎn)化為林地，228.4 km2林地和838.5 km2草地植被覆蓋度增加引起的。2010—2015年，LUCC減少的土壤侵蝕模數(shù)為2 937 t/(km2·a)，主要由543.5 km2林地和2 385.1 km2草地植被覆蓋度增加引起的。2015—2018年，LUCC減少的土壤侵蝕模數(shù)為5 944 t/(km2·a)，主要由1 321.7 km2的耕地轉(zhuǎn)化為林草地，180.0 km2林地和1 327.4 km2草地植被覆蓋度增加，未利用地轉(zhuǎn)化成13.8 km2建設(shè)用地以及640.8 km2林草地轉(zhuǎn)化成耕地引起的。2015—2018年，640.8 km2林草地轉(zhuǎn)化成耕地，引起的土壤保持效應(yīng)增強(qiáng)，根據(jù)實(shí)際調(diào)研，這里的林草地應(yīng)該是2015年之前拋荒形成的“林草地”，恢復(fù)耕作反而起到了水土保持作用。

表3 引起土壤保持效應(yīng)的LUCC km2

3.4 土壤侵蝕對(duì)LUCC響應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力

1980—1990年，延河流域生產(chǎn)力水平較低，農(nóng)業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，人口基數(shù)大，增長(zhǎng)速度快，對(duì)食物、燃料以及建設(shè)用地和建筑材料等生活資料需求量大，促使其不斷亂墾濫伐、漫山放牧，水土保持工程和生態(tài)工程力度較小，對(duì)抑制土壤侵蝕作用有限。人口的生存需求以及傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式成為這一時(shí)期潛在土壤侵蝕主要驅(qū)動(dòng)力。1990—1995年，耕地開(kāi)墾、放牧以及農(nóng)村建設(shè)，仍然是土壤侵蝕增加的主要驅(qū)動(dòng)力，水土保持措施和生態(tài)工程是侵蝕減小的主要的驅(qū)動(dòng)力。1995—2000年，工業(yè)化和城市化對(duì)增強(qiáng)侵蝕和減弱侵蝕并存，工業(yè)化初期破壞土壤侵蝕作用大于水土保持作用[25]，生態(tài)修復(fù)工程是土壤侵蝕減弱的主要驅(qū)動(dòng)力[26-27]。2000—2010年，土壤侵蝕減弱主要受退耕還林草工程影響，林草植被覆蓋度增加以及城市化吸引大量的農(nóng)民進(jìn)程務(wù)工，減輕對(duì)農(nóng)業(yè)的壓力，間接增加林草植被覆蓋度[28-29]。人口需求、農(nóng)業(yè)發(fā)展、城市化以及退耕還林草工程管理不善是潛在土壤侵蝕增強(qiáng)主要驅(qū)動(dòng)力，退耕還林草措施、城市化導(dǎo)致的城鄉(xiāng)收入差距是潛在土壤侵蝕減弱的主要驅(qū)動(dòng)力。2010—2018年，除退耕還林(草)工程外，人口城市化減輕了農(nóng)業(yè)人口對(duì)耕地的壓力，逐漸成為土壤侵蝕減弱的主要驅(qū)動(dòng)力，城市化導(dǎo)致的撂荒引起土壤侵蝕的增加，但城市化的土壤保持效應(yīng)大于土壤侵蝕效應(yīng)；由糧食危機(jī)引起的“18億畝耕地紅線仍須堅(jiān)守”以及相應(yīng)的土地政策導(dǎo)致增加侵蝕和減弱侵蝕并存，以增加侵蝕為主[30]。這一時(shí)期，城市化和土地政策皆具有促進(jìn)土壤侵蝕增強(qiáng)和減弱的“雙重”作用力，前者是土壤侵蝕減弱的主要驅(qū)動(dòng)力，后者是土壤侵蝕增強(qiáng)的主要驅(qū)動(dòng)力。

由上述分析可以看出，根據(jù)LUCC引起土壤侵蝕的效應(yīng)和驅(qū)動(dòng)力不同，可以把延河流域土壤侵蝕對(duì)LUCC的響應(yīng)分為4個(gè)階段：第一階段(1980—1990年)，在人口需求驅(qū)動(dòng)下，耕地開(kāi)墾、農(nóng)村建設(shè)用地開(kāi)發(fā)等農(nóng)業(yè)農(nóng)村的發(fā)展是引起潛在土壤侵蝕增加的主要驅(qū)動(dòng)力，水土保持政策減蝕作用比較小，未能扭轉(zhuǎn)侵蝕增加的局面；第二階段(1991—1998年)，人口需求驅(qū)動(dòng)下的農(nóng)業(yè)和工業(yè)發(fā)展成為引起潛在土壤侵蝕增強(qiáng)的主要驅(qū)動(dòng)力，政策推動(dòng)下的生態(tài)工程成為潛在土壤侵蝕減弱的主要驅(qū)動(dòng)力，這一階段人類(lèi)活動(dòng)引起的潛在侵蝕總強(qiáng)度、總效應(yīng)是在減弱；第三階段(1999—2010年)，人口需求和社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展推動(dòng)下的工業(yè)發(fā)展和城市化與農(nóng)業(yè)發(fā)展一并成為人類(lèi)活動(dòng)增強(qiáng)侵蝕的主要驅(qū)動(dòng)力，政策推動(dòng)下的退耕還林工程成為人類(lèi)活動(dòng)減蝕的主要驅(qū)動(dòng)力[31]；第四階段(2011—2018年)，土地政策驅(qū)動(dòng)下的農(nóng)業(yè)發(fā)展、城市化建設(shè)是人類(lèi)活動(dòng)增蝕的主要驅(qū)動(dòng)力，人口城市化是人類(lèi)活動(dòng)減蝕的主要驅(qū)動(dòng)力[32]。

4 結(jié) 論

(1) 這7個(gè)時(shí)期，LUCC增加的土壤侵蝕模數(shù)分別為2 573，1 859，410，624，382，256，3 537 t/(km2·a)，除2015—2018年，土壤侵蝕效應(yīng)呈不斷減弱趨勢(shì)；LUCC減少的土壤侵蝕模數(shù)分別為744，1 973，2 948，3 033，1 704，2 937，5 944 t/(km2·a)，土壤保持效應(yīng)呈不斷增強(qiáng)趨勢(shì)；LUCC引起的土壤侵蝕模數(shù)分別為1 409，-236，-2 704，-2 658，-1 545，-3 332，-3 196 t/(km2·a)，1980—1990年，以土壤侵蝕效應(yīng)為主，1990—2018年，以土壤保持效應(yīng)為主，且呈不斷增強(qiáng)趨勢(shì)。

(2) 1980—2018年，LUCC引起土壤侵蝕的主要驅(qū)動(dòng)力在不斷變化，不同時(shí)期的主要驅(qū)動(dòng)力分別為：1980—1990年，為了滿足巨大的人口需求，不斷開(kāi)墾耕地、放牧；1991—1999年，小流域水土保持政策的實(shí)施；2000—2010年，以退耕還林(草)工程為主的生態(tài)措施的實(shí)施，以及工業(yè)發(fā)展和城市建設(shè)；2011—2018年，人口城市化和土地政策的實(shí)施。

本研究除了得出與前人研究一致的結(jié)論外，還得出：延河流域LUCC的土壤侵蝕效應(yīng)呈不斷減弱趨勢(shì)(2015—2018年除外)、土壤保持效應(yīng)呈不斷增強(qiáng)趨勢(shì)；引起土壤侵蝕效應(yīng)的主要驅(qū)動(dòng)力經(jīng)歷了人口需求—工業(yè)發(fā)展、城市建設(shè)—土地政策的演化過(guò)程；引起土壤保持效應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力經(jīng)歷了水土保持政策—生態(tài)工程建設(shè)—人口城市化的演化過(guò)程等創(chuàng)新性的結(jié)論。由于本研究的時(shí)間序列較長(zhǎng)，連續(xù)性的高分辨率遙感數(shù)據(jù)缺乏，LUCC數(shù)據(jù)采用分辨率為1 km2遙感數(shù)據(jù)，導(dǎo)致研究結(jié)果存在一定的誤差。該研究仍然沒(méi)能將研究期內(nèi)降雨侵蝕力和土地利用/覆被變化引起的土壤侵蝕區(qū)分開(kāi)，科學(xué)分離出降雨侵蝕力的影響，定量表達(dá)LUCC引起土壤侵蝕隨時(shí)間的演化是今后研究的方向。