来源：禾下新土（2024年10月29日）
文献简介
篇名：Analysis of the coupling and coordination between soil erosion and land use in the Northeastern black soil region of China: a case study of Lishu County
发表时间：2024年
期刊：scientific reports
作者信息：通讯作者为来自吉林师范大学地理科学与旅游学院的陈鹏教授
原文来源：https://doi.org/10.1038/s41598-024-72782-5
推荐理由
这篇文章在研究视角、分析框架和研究方法方面展现了一定的创新性。首先，从研究视角来看，文章聚焦于中国东北黑土区的土壤侵蚀与土地利用的耦合协调关系，特别是以梨树县为案例，这为理解区域土壤侵蚀提供了具体的实证研究。其次，在分析框架上，文章采用了修正通用土壤流失方程（RUSLE）和广义连通性因果模型（GCCM），这两种模型的结合为定量分析土壤侵蚀的时空分布特征及其与土地利用类型的因果关系提供了新的视角。最后，在研究方法上，文章通过GIS技术整合多源数据，实现了对土壤侵蚀模数的计算和动态变化特征的分析，这种方法提高了研究的精确度和实用性。总体而言，文章在区域土壤侵蚀研究领域提供了新的分析工具和方法，对于制定针对性的水土保持策略具有重要的科学价值。
主要内容
土壤侵蚀作为全球性生态问题，对土地退化和农业生产力造成严重影响。中国东北黑土区作为重要的商品粮基地，土壤侵蚀问题尤为突出。目前，国内外学者已对土壤侵蚀的原因、时空演变特征及其对不同生态系统的敏感性进行了深入研究。其中，修正通用土壤流失方程（RUSLE）和广义连通性因果模型（GCCM）等方法被广泛用于定量分析和评估土壤侵蚀。尽管已有研究取得了一定进展，但在区域尺度上，尤其是针对特定农业区域如梨树县的土壤侵蚀与土地利用之间的耦合关系研究还相对不足。此外，如何有效整合多源数据，提高土壤侵蚀预测的准确性和针对性，以及如何制定更加精准的土地管理措施以减缓土壤侵蚀，仍是当前研究面临的挑战。该项研究利用2000—2020年的降水、坡度、土壤、土地利用、归一化植被指数(NDVI)等数据，对梨树县土壤侵蚀进行了定量分析。为了便于RUSLE模型的应用，将这些数据按30年进行了整理，并与GIS进行了整合。该项研究的目的是阐明近20年来县域土壤侵蚀的时空动态特征。研究从土壤侵蚀与土地利用之间的耦合和协调关系出发，探讨了土地利用类型和坡度变化的关系，基于广义连通性因果模型（GCCM）识别了土壤侵蚀和土地利用类型之间的因果关系，并通过状态空间的重构和交叉映射预测来揭示两者之间的相互影响。从土地管理的角度，提出了在梨树县实施有针对性的水土流失防治措施。这将为该地区未来的生态保护工作奠定坚实的基础。主要结论如下：
（1）梨树县土壤侵蚀时空分布特征：2000—2020年梨树县土壤侵蚀分布呈现出年际变化趋势，具有较高的精度。土壤侵蚀的主要特征为轻度和中度，只有少数地区出现了较强侵蚀的情况。20年间，梨树县中部轻度侵蚀面积呈逐渐减少趋势。相反，中度侵蚀面积呈稳定增长趋势，其扩张呈现相对集中的趋势，向外辐射，具有显著的侵蚀能力和扩散。中度及以上土壤侵蚀区最初呈增加趋势，但随后随时间的推移呈下降趋势。具体而言，在2010年之前，这些易侵蚀地区呈现上升趋势，而在2010年之后，则呈现持续的年度下降趋势。此外，侵蚀的地理分布也出现了明显的变化，从研究区的北部地区逐渐过渡到中部地区，表现为点状分布。
图1 2000—2020年梨树县土壤侵蚀空间分布特征
图2 2000—2020年梨树县土壤侵蚀转移矩阵
（2）梨树县土壤侵蚀与土地利用类型的关系：梨树县土地利用以耕地和林地为主，土壤侵蚀强度为耕地>建设用地>草地>林地。2000—2020年，有耕地地区水土流失面积占梨树县水土流失总面积的93.4%。而建设用地区域的水土流失面积仅占水土流失总面积的6.2%。
图3 不同土地利用类型下的土壤侵蚀面积
图4 不同土地利用类型下不同等级的土壤侵蚀面积
（3）梨树县水土流失与边坡的关系：梨树县土壤侵蚀的发生具有明显的与坡度变化相关的规律。研究区内的侵蚀面积沿两侧呈梯度递减，中心浓度约为3°-5°，其特征是极轻微和轻微侵蚀的普遍存在。针对梨树县土地粗放，坡耕地水土流失问题普遍存在的特点，“梨树模式”在实施有效的治理措施方面发挥了重要作用。
图5 不同坡度类别下不同等级的土壤侵蚀面积
（4）土壤侵蚀与土地利用类型的耦合关系：GCCM模型显示土壤侵蚀和土地利用之间存在明显的因果关系，两者之间存在相互影响。2000年至2020年间，梨树县的土壤侵蚀面积和强度经历了先增加后减少的趋势，表明土壤侵蚀状况总体上呈现改善趋势。然而，该地区侵蚀分布的空间差异仍然显著。
图6 土壤侵蚀与土地利用数据处理示意图
图7 土壤侵蚀与土地利用类型的耦合结果
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该书由赵英博士和张斌博士组织，邀请了诸多从事土壤物理研究的中青年工作者共同翻译。他们花费很大精力把该教材引进国内，可使更多的科研人员系统了解土壤物理学，对推动我国土壤物理学的发展意义重大。
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