文献研读38：土壤侵蚀对黄土高原植被恢复和梯田的响应

1 ）2000-2018年间，植被覆盖明显改善，NDVI 从0.46增加到0.63。

2 ）植被恢复对 LP 水土流失减少的贡献率为51.2% 。

3 ）梯田减少了19.4% 的土壤侵蚀。

由于黄土高原L P 实施了大量的水土保持措施，水土流失显著减少，进一步减少了排入黄河的泥沙。然而，这些措施对土壤侵蚀的影响尚未在大范围内得到全面的研究。 本研究利用谷歌地球遥感影像资料，分析L P 地区植被覆盖的时空变化，以及梯田的分布情况。应用通用土壤流失方程(USLE)模型估算了土壤侵蚀对植被恢复和梯田的响应。 年区域平均 NDVI 从2000年的0.46上升到2018年的0.63，表明植被因造林而显著改善。到2018年，我们发现了4.73 × 10 ⁴ km ² 的梯田，覆盖了整个L P 的1.5% 。梯田主要分布在渭河上游、汾河、祖里、泾河、桃河流域。经过验证的土壤侵蚀模型表明，2000年至2018年间，植被的变化使L P 的土壤侵蚀显著减少了51.2% 。梯田情景模拟减少了19.4% 的土壤侵蚀，表明梯田对土壤侵蚀控制有显著的效果。该研究为大规模评价土壤侵蚀对植被恢复和梯田的响应提供了有益的参考。研究结果可用于优化 LP 未来防治水土流失措施的空间布局。

SWC 措施与气候变化（例如气候变暖、极端天气等）一起导致土壤侵蚀和时间土壤侵蚀过程变化的空间异质性很高。因此，对土壤侵蚀对LP上各种措施的响应进行彻底调查对于理解土壤侵蚀与密集人类活动的关系是必要和有价值的。尽管进行了几项研究，通过大规模建模评估植被恢复对土壤侵蚀变化的影响，但由于缺乏详细数据，研究集中在土壤侵蚀对黄土高原梯田的反应上非常有限。本研究采用更新的土壤侵蚀建模工作来量化植被变化和梯田对土壤侵蚀的影响。本研究的目的是：（1）评估基于空间的侵蚀建模的准确性以及植被变化和梯田对黄土高原景观恢复的影响，以及（2）评估土壤侵蚀的时空变化及其对整个LP植被恢复和梯田的响应。

2 .1 数据

 

2 .2 梯田识别

这些梯田一般宽3至8米，沿山坡稀疏分布，坡度相对平缓。梯田的空间分布来源于谷歌地球中的高分辨率遥感图像。首先对图像进行几何校正，然后与ArcGIS 10.7（https://www.esri.com/en-us/arcgis/about-arcgis）中的 土地利用数据叠加， 以使用Mekuriaw等人（2017）开发的简化方法解释梯田。 通过边缘检测、图像分割、形态处理和栅格数据矢量化来检测和提取梯田的结构、边界、线性特征。 最小多边形为100 m ² ，解释精度为10 × 10m。

此外，总体上选择了23个面积从0.75平方公里到2.2平方公里的小流域，以验证解释结果。图3显示六个来自U AV 的分水岭的图像。我们借助无人机进行了实地调查，获得了流域(2018年夏季)的图像，然后对梯田的轮廓和矢量地块进行了数字化处理。 通过对23个小流域梯田面积解译结果的比较，得到了较高的相关系数(R2 = 0.96) ，表明谷歌地球图像解译结果具有较高的精度

 

谷歌地球解释并由无人机验证的梯田示例

2 .3 USLE 模型

 

其中 Ei 为特定网格的估计土壤侵蚀速率 ; 降雨侵蚀因子 R 表示降雨对土壤侵蚀的能量 ;Ki 为土壤可蚀因子 ;Li 和 Si 为斜率长度和斜率梯度因子 ;Ci 和 Pi 分别代表作物管理因子和实践因子，分别说明植被盖度和养护措施对土壤侵蚀的影响。

2 .4 植被恢复和梯田对土壤侵蚀的影响

由于梯田的空间分布仅在2018年可用，因此采用不同情景模型估计了土壤侵蚀对植被恢复和梯田的响应。

 

评估了2000年(SEVeg2000，植被恢复前)和2018年(SEVeg2018，植被恢复后)模拟土壤侵蚀与植被覆盖的差异(SEVeg)，以量化植被恢复对土壤侵蚀的影响。

 

我们通过比较有(SETerrace)和没有梯田(SEnoTerrace)的土壤侵蚀差异(SET)来估计梯田的影响，因为梯田的空间分布仅从2018年的图像中获得，而SETerrace和SEnoTerrace都是用2018年的植被建模的。

3.1 USLE 模型的验证

 

不同小流域模拟和观测沉积物产量的比较

3 .2 土壤侵蚀对植被恢复的响应

 

黄土高原NDVI的时间变化

 

2000-2018年期间的NDVI变化，（a）2000年NDVI的年度最大值，（b）2018年的年度最大NDVI，（c）2000-2018年期间NDVI的变化率，（d）流域NDVI的变化

 

不同植被覆盖情景的土壤侵蚀模型，（a）2000年植被土壤侵蚀，（b）2018年植被土壤侵蚀，（c）2000年至2018年可转移侵蚀图。

3 .3 土壤侵蚀对梯田的响应

 

黄土高原梯田的空间分布

 

土壤侵蚀对黄土高原梯田的响应

4.1 土壤侵蚀减少对植被恢复和梯田的响应

4 .2 土壤侵蚀与泥沙产量的关系

 

流域在2000-2018年期间平均土壤侵蚀和沉积物产量

4 .3 未来水土保持展望

本研究评估了整个LP植被覆盖和梯田分布的时空变化。然后采用USLE模型量化植被恢复和梯田建设对土壤侵蚀的影响。主要发现可概括为：

2000–2018年植被恢复呈显著上升趋势，NDVI从0.46增加到0.63。从2000年到2018年，植树造林大大减少了土壤侵蚀（51.2%）。总面积 4.73 × 104公里均有梯田，主要分布在渭河、汾河、祖里江、泾河、桃河流域。情景建模表明，梯田是减少泥沙产量的有效措施，导致LP土壤侵蚀减少19.4%。因此，USLE建模结果表明，植被恢复（C因子）和梯田（P因子）主要减少了LP的土壤侵蚀。

本研究结果为量化植被和梯田对土壤侵蚀的影响提供了很好的范例，并通过识别LP中土壤流失的空间变化来支持未来的水土保持措施规划。

原文出处： Tian, P., Tian, X., Geng, R., Zhao, G., Yang, L., Mu, X., Gao, P., Sun, W., Liu, Y. Response of soil erosion to vegetation restoration and terracing on the Loess Plateau[J]. CATENA, 2023, 227: 107103 DOI: https://doi.org/10.1016/j.catena.2023.107103.