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土壤风蚀是土地利用/覆盖变化及区域环境变化研究的重要内容,是威胁干旱与半干旱区域生态安全的重点问题,也是影响农牧业可持续发展的重大生态环境问题。因此,开展阴山北麓生态退耕对土壤风蚀的影响及效应研究,力求科学掌握阴山北麓生态退耕区域土壤风蚀时空特征,揭示自然因素和人类活动等对土壤风蚀驱动机制,分析土地开垦、生态退耕这一关键过程对区域生态效应,为阴山北麓生态环境保护与修复治理提供科学的参考依据。本研究以典型干旱半干旱农牧交错区的阴山北麓为研究区(109°15′-116°56′E,40°45-43°23N),采用多尺度的区域-局地-样点土壤风蚀格局的分析方法,结合遥感动态变化监测技术、地面验证尺度推移、RWEQ土壤风蚀模型、地面同位素137Cs示踪技术、GIS空间分析技术等方法,构建研究区土地利用/覆盖变化、生态退耕过程、植被覆盖特征、气候变化信息数据,探究了近30年阴山北麓土地开垦与生态退耕过程土壤风蚀特征及其驱动因素,分析土壤风蚀模数时空格局演变规律;解析生态退耕过程对土壤侵蚀影响,定量估算生态退耕前后的生态效应。主要研究结论如下:(1)采用同位素137Cs示踪技术对研究区土壤风蚀过程进行了定量分析,利用12个137Cs实测结果对RWEQ模型模拟结果进行对比验证,模拟精度达0.89,并呈显著相关(p<0.01),本研究的RWEQ模型模拟结果与137Cs示踪技术定量分析结果总体趋势一致及相关性较好。(2)在时间尺度上.,1990-2015年,土壤风蚀总体格局呈现减弱的趋势。1990-2000年土壤风蚀模数呈现逐渐增强趋势,从1990年的22.64 t.hm-2.a-1增长到2000年的33.61 t.hm-2.a-1,土壤风蚀量以1207.09万吨·a-1的趋势增加;2001-2015年土壤风蚀模数呈现逐渐降低的趋势,从2001年的40.73 t·hm·a-1 下降到2015年的16.04 t·hm-2·a-1,土壤风蚀量以1556.57万吨·a-1的趋势降低。开垦耕种区土壤风蚀量增加显著,1990-2000年开垦耕种区土壤风蚀模数以变化斜率2.05t·hm-2·a-1趋势增加,是研究区平均变化斜率的2倍,平均土壤风蚀模数25.59 t.hm-2。生态退耕区土壤风蚀降低趋势明显,2000-2015年生态退耕区土壤风蚀模数以变化斜率1.52t·hm-2·a-1减少,平均土壤风蚀模数11.83t·hm2。生态退耕后土壤风蚀量变化显著,累计减少土壤风蚀量157.5万吨。(3)在空间尺度上,研究区不同时期、不同土地利用/覆被类型所反映的土壤风蚀特征差异较大,多年平均土壤风蚀模数表明未利用地>低覆被草地>耕地>中覆被草地>其他林地>疏林地>高覆被草地>灌木林地>有林地。应用Hurst指数预测未来阴山北麓土壤风蚀演化趋势以持续性(土壤风蚀量减少)为主,但持续性中弱和较弱所占比例较高,占阴山北麓面积的92.40%,表明该地区生态较为脆弱。(4)土壤风蚀驱动机制分析。应用Sen+Mann Kendall定量描述了 2000-2015年阴山北麓及生态退耕区生长季NDVI变化趋势及显著性检验,研究区无显著变化的占93.76%;生态退耕区NDVI显著增加,占生态退耕面积的15.31%,显著减少仅占2.18%。生态退耕对植被恢复作用明显,对降低土壤风蚀贡献显著。利用偏相关分析界定了气温、降水对阴山北麓NDVI变化贡献,明晰人类活动(开垦、退耕等)对植被变化产生较为明显影响,即对土壤风蚀作用明显,变化趋势明显的区域占比72.45%。土壤风蚀随植被覆盖度的增加而降低,植被覆盖度在0.2-0.35之间时,对降低土壤风蚀的作用显著,当植被覆盖度达0.72时,随植被覆盖度的增加土壤风蚀发生变化的幅度较小。(5)土壤风蚀生态效应分析。无论是区域还是样点,风蚀过程对土壤颗粒组成影响的规律性呈现出1990-2005年开垦耕种样点,砂粒占比逐渐升高,粉粒、粘粒占比均降低趋势;2005-2015年生态退耕过程中,呈现砂粒占比缓慢降低,粉粒、砂粒占比有所回升的总体趋势。样点开垦耕种土壤有机质损失速率在4.0-85.83t·km-2·a-1之间,全氮损失速率在0.21-10.85 t·km-2·a-1之间,全磷损失速率在0.21-3.72 t·km-2.a-1之间,全钾损失速率在14.86-87.52t·km-2·a-1之间;样点生态退耕土壤有机质损失速率在2.28-30.45t·km-2·a-1之间,全氮损失速率在0.18-4.6t·km-2·a-1之间;全磷损失速率在0.14-2.63 t·km-2·a-1之间;全钾损失速率在9.41-33.98 t·km-2·a1之间。开垦耕种土壤风蚀导致土壤有机质损失量达到每年5.12万吨、全氮损失量每年3438.31吨、全磷损失量每年2077.3吨、全钾损失量每年7.54万吨;生态退耕导致土壤有机质净增加每年0.38万吨、全氮净增加量每年436.22吨、全磷净增加量每年241.05吨、土壤全钾净增加量每年1.08万吨。(6)1990-2005年开垦耕种15年间,土壤有机质损失量76.83万吨、土壤全氮损失量5.14万吨、土壤全磷损失量3.12万吨、土壤全钾损失量113.07万吨。按现在条件、生态退耕面积和土壤养分净富集量估算,15年的开垦耕种土壤风蚀损失量需要近100年才得以恢复。生态退耕对降低土壤风蚀,改善土壤颗粒组成、有机质、氮、磷、钾含量具有明显作用,从而土壤生态环境,但仍需持续性的投入,逐渐改善实现科学可持续发展。