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东北黑土区不同侵蚀程度土壤生产力评价的开题报
告
1.研究背景
东北黑土区是我国重要的农业生产区之一，其土地沿用已久，土质散屑厚重，肥沃度高，是重要的粮食生产区。
但是，由于人类活动、气候变化等因素影响，黑土区的土地也受到了不同程度的侵蚀，在不同区域土地的生产力也存在差异。
因此，对在不同侵蚀程度下土地的生产力评价，对于指导黑土区土地资源的保护与合理利用，提高农业生产水平具有重要意义。
2.研究目的
本研究旨在通过对东北黑土区不同侵蚀程度土壤生产力的评价，探索土地侵蚀与土壤肥力的关系，为合理利用黑土资源提供科学依据。
3.研究内容
（1）通过对东北黑土区不同侵蚀程度土地的实地调查，获取土壤样品并进行野外测试；
（2）通过理化分析法和生命学检测法对土壤进行全面评估，包括土壤质地、有机质、氮、磷、钾等因素的含量分析，以及微生物数量和群落分析等方面的检测；
（3）通过对数据的分析，比较不同侵蚀程度土地间土壤细菌、土壤酶活性等生物多样性参数和土壤肥力指标差异，分析生物多样性与土壤肥力的关系；
（4）分析不同侵蚀程度土地生产力的差异，并提出土地保护和治理对策。
4.研究方法
本研究采用实地调查和野外测试相结合的方法，收集黑土区不同侵蚀程度土壤样品，并进行理化分析和生命学检测。
采用统计学方法对数据进行处理和分析，综合评估不同侵蚀程度土地的生产力，最终提出土地保护和治理对策。
5.研究意义
通过本研究，可以深入了解东北黑土区不同侵蚀程度土地的生产力特点及其差异，为黑土区土地保护和治理提供科学依据和技术支持。
同时，对于探索土壤肥力和生物多样性关系、优化土地利用方式具有重要意义。
神秘大兴安岭的黑土壤
大兴安岭是中国北方的一片独特地区，其境内的黑土地被世人
誉为“黑龙江的世界之冠”。
其中，黑龙江境内的黑土地则被称为“黑土的故乡”。
最为神秘的则是大兴安岭的黑土壤，被誉为“黑土
的极致”，是全球最古老、最纯净、最保护生态的黑土。
黑土壤是一种含有大量有机质的土壤，由草木长期积累和自然
酝酿而成。
黑土壤有着独特的保水保肥性质，其中富含的大量有
机质、微生物和矿物质可以促进作物生长，是农业资源的重要组
成部分。
大兴安岭的黑土壤火山红土和冰蚀土混合，形成了特殊的构成，富含丰富的富钾、富磷、富有机质等物质，对农业非常有益。
同时，大兴安岭的黑土壤还有着特殊的物理性质，不容易产生泥石
流和水土流失等自然灾害。
据专家和学者分析，大兴安岭黑土的形成是世界上最复杂和神
秘的过程之一。
大兴安岭原始树林遮天蔽日，枯枝、落叶被大自
然漫长的时间转化成犁头、泥炭等有机物，与岩石、矿物质混合
沉淀，形成黑土地。
而在黑土地中，含有大量的孢粉和有机质，
使得这里土质特别肥沃。
这种特殊的土质世界上只有少数的地方存在，是农业和生物多样性大本营。
但随着现代农业生产方式的出现，导致黑土地面积急剧减少，生态环境受到了很大地压力。
（居然也会有错别字）近年来，国家和当地政府开始保护和修复黑土地，采取一系列措施，保护并利用好这些北方贵重的黑土地。
我们相信，在科技和人的努力下，黑土壤之神秘，一定有更多的秘密被揭开，然后为我们带来更多的可能性和惊喜。
生态环境视角下黑龙江流域黑土带垦殖的历史反思
衣保中
【期刊名称】《黑龙江社会科学》
【年(卷),期】2014(000)003
【摘要】黑龙江流域黑土带以广袤肥沃而著称于世.清末以来,经过一个多世纪的垦殖,实现了从“北大荒”到“北大仓”的历史巨变,已建设成为我国重要的商品粮基地.但是,百余年来的黑土带垦殖也付出了沉重的生态环境代价,出现了土壤肥力下降、土壤侵蚀严重等问题,甚至部分地区已面临荒漠化危机.这种以牺牲生态环境为代价
的“资源依赖型”土地垦殖模式必须摈弃,基于生态环境保护的可持续发展的开发
模式,才是区域土地开发的必然选择.
【总页数】6页(P139-144)
【作者】衣保中
【作者单位】吉林大学东北亚研究院,长春130012
【正文语种】中文
【中图分类】K29
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征5.“一带一路”视角下印尼华文教育发展的历史反思
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高中地理第五章《植被与土壤》综合题专题训练 (6)一、综合题（本大题共30小题，共600.0分）1.阅读下列材料，回答下列问题。
黑土土壤肥沃，有机质含量高。
近年来，由于人类不合理的活动及气候的影响，导致我国东北地区黑土耕地数量不断减少、肥力不断下降，为此我国科研人员提出了“秸秆富集深还”模式来应对黑土退化问题。
该模式提倡将农作物分带种植，在耕作层底部和作物带间埋藏秸秆，以5年为周期，通过调整农作物播种位置、填埋秸秆逐步覆盖整块田地。
经过试验，该模式取得了较好的效果，但农民对其操作和实施了解较少。
下图示意“秸秆富集深还”模式。
（1）说明我国东北地区黑土肥力不断下降的原因。
（2）分析采用“秸秆富集深还”模式进行农业耕作的优势。
（3）指出促进“秸秆富集深还”模式推广应采取的措施。
2.阅读材料，完成下列问题。
材料一：图1所示地区位于东欧平原南部，为世界三大黑土分布区之一，土层深厚，有机质含量高，素有“粮仓”之称。
该地春季低温冻害和洪涝灾害多发，严重威胁农业生产。
材料二：图中M城气候统计图（图2）。
（1）按成因洪涝属于____灾害。
根据材料信息，分析图示区域春季洪涝灾害多发的原因。
（2）从气候、植被、地形角度，分析图示区域有机质含量高的原因。
3.阅读图文材料，完成下列要求。
材料一2020年11月10日，由自然资源部组织的中国第37次南极科学考察队乘坐“雪龙2”号极地科考破冰船从上海起航，奔赴南极执行科学考察任务。
本次南极科学考察将围绕应对全球气候变化等问题，开展水文气象、生态环境等科学调查工作，并执行南大洋微塑料、海漂垃圾等新型污染物监测任务。
如图为南极地区图。
材料二南极变绿了！近期，生物学家使用卫星数据和地面观测相结合的方法，利用收集到的数据绘制出了南极首张微型藻类分布地图，其中显示有1679处不同的雪地绿藻爆发点，共覆盖了1.9平方公里的面积。
这些绿藻的“碳汇”（通过植物光合作用固定下来的二氧化碳）相当于约87.5万辆汽车出行带来的排放量。
中国东北黑土退化形式自然控制因素及演变趋势中国东北地区黑土是世界上最肥沃的土壤之一，但近年来由于人类活动和自然因素的影响，黑土退化的形势愈发严峻。
黑土的退化形式主要包括剖面土壤发育不完善、土壤质量下降、土壤结构破坏、水土流失等。
首先，黑土的剖面土壤发育不完善是其退化的一个主要形式。
黑土的发育需要较长的时间，其主要特征是表层土壤富含有机质和养分，深层土壤保持一定的结构和质量。
然而，随着农业生产方式的改变和过度利用，黑土表层土壤的有机质含量逐渐降低，土壤肥力受损，剖面土壤发育变差，导致土地退化。
其次，黑土的土壤质量下降也是其退化的一个重要表现形式。
黑土原本富含养分，并且具有良好的保水保肥能力，但由于长期的过度耕作和不合理的施肥措施，导致土壤养分流失严重，土壤质量下降。
此外，农药、化肥等大量的使用也使得黑土中的不可降解物质含量增加，对土壤生态环境造成一定的污染。
土壤结构破坏是黑土退化的另一个方面。
黑土的结构本来稳定，透气性和保水性好，但随着人类的大规模开发和不恰当的土壤管理，土壤结构逐渐破坏。
过度耕作和水浸下场农业等生产方式导致土壤颗粒糜烂，结构松散，容易发生下滑和坍塌，使土壤变得贫瘠和不利于作物生长。
水土流失是黑土退化的另一重要表现形式。
随着人类开发的不断加剧，东北地区大面积的生态系统退化，特别是森林等植被的消失，使土壤暴露在气候和水流的冲击下，导致大量的水土流失。
水土流失不仅直接导致土地的肥力降低，还会引发河流的淤积，水资源的短缺等问题。
以上是黑土退化的主要形式，但也存在一些自然因素和控制因素对黑土退化产生影响。
自然因素包括气候变化、地质构造等，它们对黑土的影响主要表现在水文条件变化、土壤侵蚀等方面。
例如，气候变暖导致降水量和蒸发速率的变化，进而影响土壤含水量和土壤质量；同时，地质构造的变化也会影响土壤的形成和演化。
另外，人类经济活动对黑土退化也有重要影响。
过度开垦、过度放牧、过度投入农药和化肥等都会对黑土造成损害。
大兴安岭地区农业可持续发展的探讨作者：贾一峰来源：《农民致富之友（上半月）》 2019年第3期大兴安岭地区位于北纬50°10′~53°33′，是我国最高纬度地区，区域面积8.4万平方公里，森林覆盖率高达81%，林农交错，90年代以前全区农业耕地面积60万亩，2018年全区种植业播种面积266万亩，绝大部分耕地是90年代后开发的，随着林业采伐的停止，农业在发展林区经济所占的比重相对增加，同时，林区农业如何适应林区发展生态功能区建设的要求，保护生态环境，走可持续农业发展的道路，也成为我们研究的重要课题。
1大兴安岭地区农业发展存在的问题1.1农村土地确权难度大由于大兴安岭地区农村土地大部分被林权证覆盖，仅有4.4万亩耕地被国土部门确认为农村集体土地，其余集体耕地无法确权，直接导致了我区农村土地承包经营权确权登记颁证工作和农村三权分置工作无法进行。
1.2行政村“空心村”现象突出大兴安岭地区80个行政村中，空心率50%以上的村有19个，农村青壮年人口外流严重，“留守老人”和“留守儿童”问题突出，农业农村发展活力不足。
1.3农业生态环境恶化森林的过度砍伐，毁林开荒，导致水土流失和土地沙化。
化肥、农药的大量施用，农村生活垃圾、畜禽粪便及农用废弃物的处理不当，造成水体中各种农药残留物增加，农田环境和农作物污染严重。
1.4农业经济系统整体功能较差自然资源开发利用率低，水利基础设施落后，社会服务功能严重不足，农业科研能力和科技含量不高。
农产品流通、销售渠道不畅，分散经营和市场经济矛盾明显，生产有较大的盲目性，缺乏有竞争力农业名牌，品牌多乱杂，影响主打产业的规模发展。
2大兴安岭地区农业可持续发展的可行性2.1自然资源优势为农业可持续发展提供了条件大兴安岭地区作为国家生态安全的重要保障区，有半数以上的地域仍处于良好的原始生态状态，森林、草场、湿地资源丰富,生态环境良好,为特色畜牧业、有机种植业加快发展奠定了坚实的基础。
第37卷第6期2023年12月水土保持学报J o u r n a l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .37N o .6D e c .,2023收稿日期:2023-06-07资助项目:国家重点研发计划项目(2021Y F D 1500803) 第一作者:晋一然(2000 ),男,在读硕士研究生,主要从事水土保持与G I S 空间分析研究㊂E -m a i l :U l i s s e s 623@163.c o m 通信作者:郭忠录(1980 ),男,教授,博士,主要从事土壤侵蚀与土壤质量研究㊂E -m a i l :z l gu o h z a u @163.c o m 东北黑土带土地利用变化特征及生态敏感性评价晋一然,澹腾辉,唐琪,华丽,郭忠录(华中农业大学资源与环境学院,武汉430070)摘要:东北黑土带是我国重要的商品粮生产基地,土壤质量退化㊁水土流失等问题直接影响生态与粮食供给安全,为明晰东北黑土带土地利用变化特征及评价生态敏感性,以2000年㊁2005年㊁2010年㊁2015年㊁2020年东北黑土带5期土地利用数据为基础,采用转移矩阵㊁地理探测器㊁综合生态风险评价等方法,研究景观格局及生态风险变化趋势㊂结果表明:(1)2000 2020年,研究区未利用地面积增加1035.7k m2,水域面积减少975.8k m 2,土地利用变化最明显,耕地是阶段性变化较为剧烈的土地利用方式;(2)不同自然因子对研究区土地利用方式的解释力存在显著差异,气温是土地利用方式变化的主导因素,风速与高程㊁气温㊁蒸发量㊁地温㊁气压㊁相对湿度㊁日照时间的交互作用对土地利用方式变化具有显著的协同增强作用;(3)随时间推移,研究区生态敏感性整体改善,高度敏感区域减少,轻度敏感区域增加,并且出现生态敏感高值区向北移动㊁低值区向南移动趋势,研究区生态敏感性高值区的形成可能与以风蚀为主的侵蚀作用有关㊂宏观尺度景观格局变化分析与生态风险评价对区域生态环境保护政策制定及实施具有重要意义㊂关键词:土地利用变化;地理探测器;生态风险评价;聚类分析;东北黑土带中图分类号:X 171.1 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2023)06-0341-09D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2023.06.043L a n dU s eC h a n g eC h a r a c t e r i s t i c s a n dE c o l o g i c a l S e n s i t i v i t yE v a l u a t i o n i n t h eB l a c kS o i l B e l t i nN o r t h e a s tC h i n aJ I N Y i r a n ,T A N T e n g h u i ,T A N G Q i ,HU A L i ,G U OZ h o n gl u (C o l l e g e o f R e s o u r c e s a n dE n v i r o n m e n t ,H u a z h o n g A g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ,W u h a n 430070)A b s t r a c t :T h eN o r t h e a s tB l a c kS o i lB e l t i sac r u c i a l c o mm e r c i a l g r a i n p r o d u c t i o nb a s e i nC h i n a ,i nr e c e n t y e a r s ,s o i l q u a l i t y d e g r a d a t i o n ,s o i l e r o s i o na n do t h e r i s s u e sh a v e ad i r e c t i m p a c t o nt h e s e c u r i t y o f e c o l o g ya n d s e c u r i t y o f f o o ds u p p l y .I no r d e r t o c l a r i f y t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f l a n du s ec h a n g ea n de v a l u a t e t h ee c o l o gi c a l s e n s i t i v i t y o f t h eN o r t h e a s tB l a c kS o i l B e l t ,w e t a k e t h e f i v e p e r i o d s o f l a n du s e d a t a o f t h eN o r t h e a s tB l a c k S o i l B e l t i n t h e y e a r s o f 2000,2005,2010,2015a n d 2020a s t h e b a s i s ,a n du s e t h em e t h o d s s u c h a s t r a n s f e rm a t r i c e s ,g e o d e t e c t o r ,a n dc o m p r e h e n s i v ee c o l o g i c a lr i s ke v a l u a t i o nt os t u d y t h el a n d s c a pe p a t t e r na n d e c o l o g i c a l r i s kc h a n g e t r e n d s .T h e r e s u l t sw e r e a sf o l l o w s :(1)D u r i n gt h e p e r i o d o f 2000 2020,u n u s e d l a n d a n dw a t e r l a n du s e i n t h e s t u d y a r e a c h a n g e dm o s t o b v i o u s l y ,i n c r e a s i n g a n dd e c r e a s i n g b y 1035.7a n d 975.8k m 2,r e s p e c t i v e l y ,a n da r a b l el a n d w a st h el a n du s e w i t h m o r ed r a s t i cc h a n g e s i n p h a s e s ;(2)D i f f e r e n t n a t u r a l f a c t o r s e x h i b i t e ds i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s i ne x p l a i n i n g l a n du s e t y p e s i nt h es t u d y a r e a .T e m pe r a t u r e w a s t h ed o m i n a n tf a c t o ri n f l u e n c i ng l a n d u s ech a n g e s ,w hi l e w i n ds p e e ds h o w e ds i g n i f i c a n ts y n e r gi s t i c e n h a n c e m e n tw h e n i n t e r a c t i n g w i t h e l e v a t i o n ,t e m p e r a t u r e ,e v a p o r a t i o n ,g e o t h e r m y ,a t m o s ph e r i c p r e s s u r e ,h u m i d i t y a n dd a y l i g h t d u r a t i o n f a c t o r s i n l a n du s e c h a n g e s .(3)O v e r t i m e ,t h eo v e r a l l e c o l o g i c a l s e n s i t i v i t yo f t h es t u d y a r e a h a si m p r o v e d .H i g h l y s e n s i t i v er e g i o n s h a d d e c r e a s e d ,m i l d l y s e n s i t i v er e gi o n s h a d i n c r e a s e d .A d d i t i o n a l l y ,t h e r ew a sat r e n do fh i g h -v a l u ee c o l o g i c a l s e n s i t i v i t y a r e a s m o v i n g n o r t h w a r da n d l o w -v a l u e a r e a s m o v i n g s o u t h w a r d ,t h eh i g h -v a l u ee c o l o g i c a l s e n s i t i v i t y r e g i o n s m a y b er e l a t e dt oe r o s i o n w h i c hd o m i n a t e db y w i n d e r o s i o n .T h e a n a l y s i s o fm a c r o -s c a l e l a n d s c a p e p a t t e r nc h a n g e s a n de c o l o g i c a l r i s k a s s e s s m e n t a r e o f g r e a t s i g n i f i c a n c e t o t h e f o r m u l a t i o na n d i m p l e m e n t a t i o no f r e g i o n a l e c o l o gi c a l e n v i r o n m e n t a l pr o t e c t i o n p o l i c i e s .K e y w o r d s:l a n du s e c h a n g e;G e o d e t e c t o r;e c o l o g i c a l r i s ka s s e s s m e n t;c l u s t e r a n a l y s i s;t h eb l a c ks o i l b e l t i n N o r t h e a s tC h i n a21世纪以来,随着经济快速发展,人类对生活空间的需求也在随之增长,其中最为明显的特征是土地利用方式的转变[1]㊂在土地利用方式变化的过程中,往往出现生态空间被挤压㊁生态过程被干扰的现象,导致水土流失㊁生物多样性下降等一系列问题产生㊂党的二十大报告强调,必须牢固树立与践行生态环境保护的理念与措施,站在人与自然和谐共生的角度谋求发展㊂东北黑土带是中国重要的粮食生产基地,但耕地㊁建设用地对林地㊁草地的侵占导致生态用地占比下降,人类改变土地利用方式严重制约自然生态系统发挥其应有的功能㊂因此,进行景观生态风险评估可以将区域已存在或潜在生态风险可视化[2],为进一步生态环境保护与优化工作提供科学依据㊂景观生态风险评价指以景观格局指数为依据,建立区域景观结构与生态过程间的相关关系,反映此区域景观格局中的生态风险[3]㊂不同于传统生态风险评价,景观生态风险评价在景观生态过程与空间格局的耦合机制下,更注重风险的时空异质性与尺度效应所产生的结果,成为区域生态风险评价的重要部分[4]㊂国外研究集中于探究生态过程与空间分布格局间的关联,有学者[5-6]通过结合生态指标与其他指标,建立基于生态视角的评价体系,也有学者[7-8]在物种群落层面研究特定种群对生态系统的敏感性及响应机制;国内有学者[9]针对黄土高原生态环境恶化现状,使用地理探测器探究植被覆盖度与地理因子的耦合机制;诸多学者针对国内东北沙地[10]㊁青藏高原[11]等进行生态风险评价,探究不同自然本底下的生态风险时空分异规律,为宏观生态环境治理提供参考依据㊂东北黑土区是我国重要的商品粮生产基地,以生态视角进行区域环境风险评价具有重要意义㊂松嫩平原地处我国东北内陆,与大㊁小兴安岭以及长白山脉接壤,中部地势平缓,边缘地势起伏多变,生态环境极易发生变化㊂以东北黑土带作为研究区,探究2000 2020年间土地利用时空分异及驱动因素,进一步结合景观指数与土壤流失量进行生态敏感性评价,揭示生态风险时空特征,为松嫩平原生态环境保护以及水土流失防治提供理论支撑,为我国东北黑土区科学管理规划提供决策依据㊂1材料与方法1.1研究区概况中国东北典型黑土区包括蒙东黑土区㊁松嫩黑钙土区㊁松嫩典型黑土区(即东北黑土带)与三江黑土区,研究区(42ʎ58' 50ʎ15'N,122ʎ22' 127ʎ59'E)位于东北黑土带[12](图1)㊂东北黑土带位于松嫩平原东部,总面积10.1k m2,北至大㊁小兴安岭,南至长白山脉,地貌类型主要由较低海拔的台地(即漫川漫岗)构成,西北㊁东北以及南部存在低海拔丘陵[13]㊂气候类型属温带大陆性气候,年降水量400~600mm,年均气温2~6ħ,土地利用方式以耕地为主,是中国商品粮生产基地之一㊂研究区主要位于全国水土保持区划表(试行)二级区划中,由北到南分别为大兴安岭东南低山丘陵土壤保持区㊁东北漫川漫岗土壤保持区(黑龙江省)㊁东北漫川漫岗土壤保持区(吉林省)㊂1.2数据来源使用2000年㊁2005年㊁2010年㊁2015年㊁2020年土地利用㊁高程㊁坡度㊁气象数据(年降水量㊁年均气温㊁年均相对湿度㊁0c m年均地温㊁年日照时间㊁年蒸发量㊁年均气压㊁年均风速)㊁土壤侵蚀数据以及研究区基础信息数据㊂土地利用数据与气象数据均来源于中国科学院资源环境科学与数据中心(h t t p s:// w w w.r e s d c.c n),其中,土地利用数据分辨率为30mˑ30m,对原始数据重分类为耕地㊁林地㊁草地㊁水域㊁建设用地㊁未利用地一级地类,气象数据分辨率为1k mˑ1k m;高程数据来自地理空间数据云(h t t p:// w w w.g s c l o u d.c n),分辨率为30mˑ30m;坡度数据使用A r c G I SP r o软件以D E M数据为基础进行计算提取㊂1.3研究方法1.3.1风险小区划分为更准确地计算各区域具体景观生态指数,根据研究目的,将研究区划分为风险小区进行生态风险评价,参考前人[14]研究并结合区域尺度及数据精度,最终将研究区划分为1.5k mˑ1.5k m的格网,基于A r c G I S软件进行采样提取,并使用F r a g s t a t s软件进行景观指数计算㊂1.3.2地理探测器地理探测器以统计学原理为基础,探究事物间的空间分异性并揭示其背后的驱动因素,包括因子探测㊁风险探测㊁交互探测㊁生态探测4种探测模式㊂选用因子探测和交互探测来解析影响研究区土地利用方式的自然因子,因子探测公式为:q=1-ðL h=1N hσ2hNσ2(1)式中:q为地理因子的解释力(%),取值范围为[0,1],q 值越大,说明地理因子对土地利用方式的解释力越大;L 为因变量或地理因子的分区分类;h为分区变量(h=1, ,L);N h和σ2分别为研究区整体的单元数和方差㊂q 交互探测用于识别地理因子间的交互作用,评估2个243水土保持学报第37卷地理因子共同作用时是否增加或减弱对土地利用方式的解释力,或对其影响是相互独立的㊂图1研究区概况1.3.3景观生态风险指数景观生态风险指数(e c o-l o g i c a l r i s k i n d e x,E R I)用来反映外界环境对不同景观类型的影响程度,不同景观类型对区域生态环境的作用存在差异㊂使用景观结构反映研究区生态风险敏感性,表达式为:E R I i=ðn i=1A k i A kˑR i(2)R i=E iˑV i(3)E i=a C i+b N i+cF i(4)式中:E R I i为第i类景观生态风险指数;n为景观类型;A k i为第k个风险小区中第i类景观类型的面积;A k为第k个风险小区总面积;R i为景观损失度指数;E i为景观干扰度指数;V i为景观脆弱指数,在借鉴前人研究成果[15]的基础上采用专家打分法[14],将景观类型的易损度分为6级,荒地㊁草地㊁耕地㊁林地㊁水域㊁建设用地分别为6,5,4,3,2,1,并进行归一化得到景观脆弱度指数的权重;C i为景观破碎度指数;N i 为景观分离度指数;F i为景观分维数指数;a㊁b㊁c分别为C i㊁N i和F i的权重,且a㊁b㊁c之和为1,结合实际情况分别赋值为0.5,0.3和0.2㊂1.3.4水土流失敏感性指数采用修正的通用土壤流失方程(r e v i s e d u n i v e r s a ls o i ll o s s e q u a t i o n, R U S L E)计算的土壤流失量表征水土流失敏感性,其表达式为:A=RˑKˑL SˑCˑP(5)式中:A为土壤侵蚀量[t/(h m2㊃a)];R为降水侵蚀力因子[(M J㊃mm)/(h m2㊃h㊃a)];K为土壤可蚀性因子[(t㊃h m2㊃h)/(h m2㊃a㊃M J㊃mm)];L S 为地形起伏度因子(无量纲);C为植被覆盖因子(无量纲);P为水土保持措施因子(无量纲)㊂1.3.5综合生态敏感性指数通过计算其他点到敏感性最高点之间的距离来构建综合生态敏感性指数(c o m p r e h e n s i v e e c o l o g i c a l s e n s i t i v i t y i n d e x,C E S I),指数越小,则表示生态敏感性越高㊂生态敏感性最高点以景观生态风险敏感性指数㊁水土流失敏感性指数各自归一化后的最大值表示㊂计算公式为:C E S I=(E R I-E R I m a x)2+(A-A m a x)2(6)式中:E R I为像元的景观生态风险敏感性指数;A为像元的水土流失敏感性指数㊂1.3.6空间自相关分析空间自相关分析可以衡量空间数据之间的相互依赖程度㊂使用全局M o r a n's I指数与局部M o r a n's I指数对研究区综合生态敏感性空间特征进行分析,公式为:全局M o r a n's I指数:I=ðn i=1ðnj=1w i j(x i-x)(x j-x)ðn i=1ðnj=1w i jðn i=1(x i-x)2(7)局部M o r a n's I指数:I=(x i-x)S2ðj w i j(x j-x)(8)343第6期晋一然等:东北黑土带土地利用变化特征及生态敏感性评价式中:I代表M o r a n's I指数;x i㊁x j代表第i㊁j个格网的综合生态敏感性指数均值;x为全部格网敏感性均值;w i j为生态敏感性空间邻接权重;S为空间权重矩阵之和㊂全局M o r a n's I指数采用Z检验,当|Z|>2.58时,说明通过p<0.01显著性检验㊂2结果与分析2.1土地利用空间格局变化东北黑土带2000 2020年土地利用空间格局未发生较大变化,具有较为明显的空间差异性㊂总体来看,2000 2020年研究区内耕地㊁林地㊁水域3类土地利用面积占比呈下降趋势,水域㊁耕地面积变化较大,分别减少975.8,727.1k m2,林地面积减少172.9 k m2;草地㊁建设用地㊁未利用地3类土地利用面积占比呈上升趋势,未利用地㊁建设用地面积变化较大,分别增加1035.7,791.2k m2,草地面积增加48.9k m2;水域面积下降幅度最大,其中110.2k m2净转化为耕地,942.0k m2净转化为未利用地;东北黑土带中扎兰屯市㊁绥化市㊁齐齐哈尔市㊁黑河市以及松原市耕地面积呈上升趋势,阿荣旗㊁鄂伦春自治旗㊁莫力达瓦达斡尔族自治旗㊁哈尔滨市㊁四平市以及长春市耕地面积呈下降趋势(图2,图3)㊂分时段来看,研究区在2000 2005年㊁2010 2015年土地利用方式未发生明显变化,2000 2005年未利用地面积降幅最大,减少105k m2,2010 2015年耕地减少面积最多,减少80.4k m2,2个时期内面积增加最多的均为建设用地,分别增加98.7,159.9k m2㊂2005 2010年㊁2015 2020年研究区土地利用方式变化剧烈, 2005 2010年,研究区北部出现聚集状土地利用变化,南部土地利用变化分布相对均匀,净转化量最大的为草地与耕地,分别增加㊁减少931.9,930.5k m2,转入转出变化最大的为耕地,耕地转为草地2112.3 k m2,林地转为耕地1875.8k m2㊂2015 2020年,研究区南部出现小规模聚集性转化,北部转化分布则相对均匀,净转化量最大的为未利用地与水域,分别增加㊁减少1285.2,1644.5k m2,转入转出变化最大的为耕地,耕地转为未利用地1711.8k m2,草地转为耕地2066.8k m2㊂图22000-2020年土地利用方式转移图32000-2020年各土地利用方式占比2.2地理因子对土地利用格局变化的贡献从自然条件角度分析,选取高程㊁坡度㊁年均气温㊁年蒸发量㊁年均地温㊁年降水量㊁年均气压㊁年均相对湿度㊁年日照时间㊁年均风速10个自然因子,利用自然间断点法进行分类,使用地理探测器模型计算自然因子对土地利用方式的解释力㊂因子探测结果(表1)表明,东北黑土带的自然因子对土地利用方式的解释力(%)从大到小依次为年均气温(1.49)>年均相对湿度(1.29)>年均地温(1.15)>年日照时间(1.04)>年蒸发量(0.99)>年均气压(0.84)>高程(0.51)>年均风速(0.35)>坡度(0.27)>年降水量(0.07)㊂其中,年均气温㊁年均相对湿度㊁年均地温和年日照时间对土地利用方式的解释力>1%,为主要驱动因子,年蒸发量㊁年均气压㊁高程的解释力>0.5%,为次要驱动因子,年均风速的因子解释力相对较弱,坡度㊁年降水量未通过0.05显著性检验㊂根据交互探测结果(表2),选取主要驱动因子与次要驱动因子间探测结果发现,高程ɘ年均气压㊁高程ɘ年日照时间与年均气温ɘ年均气压表现为非线443水土保持学报第37卷性增强,其余因子交互探测结果表现为双因子增强㊂年均气温与各因子交互探测的解释力除年均地温外,均大于其余因子间交互探测的解释力,年蒸发量㊁年均气压㊁高程与不同因子间的交互探测解释力相比其单因子解释力有较为明显的提高,年均风速与各因子交互作用结果均表现为非线性增强㊂不同自然因子对研究区土地利用方式空间分布的影响差异较为显著,且因子间存在增强影响效果的协同作用㊂表1地理探测器因子探测结果单位:%D E M T E M E V P G S T P R E P R S R HU S L O P E S S D W I Nq s t a t i s t i c0.511.490.991.150.070.841.290.271.040.35 P v a l u e00000.602000.13900.001表2地理探测器交互探测结果单位:%D E M T E M E V P G S T P R S R HU S S D W I ND E MT E M1.87*E V P1.42*2.26*G S T1.56*2.15*2.06*P R S1.44#2.40#1.76*2.00*R HU1.70*2.17*1.92*2.14*1.18*S S D1.62#2.35*1.77*1.93*1.56*1.95*W I N1.10#2.13#2.03#2.37#1.35#2.14#2.02# 注:*表示双因子增强,即q(X1ɘX2)>M a x(q(X1),q(X2));#表示非线性增强,即q(X1ɘX2)>q(X1)+q(X2); 表示无数值㊂2.3生态敏感性时空变化特征分析2.3.1单一指标生态敏感性时空变化特征本研究将单因子指标归一化,采用自然间断点法进行分级,得到各生态指标敏感性时空分布图㊂由图4可知,研究区景观生态风险敏感性分布呈北高南低的模式,高敏感区集中分布在研究区北部大㊁小兴安岭山地丘陵与松嫩平原的交错地带,地形较为复杂,土地开发利用受到的限制条件较多,景观系统分布较为破碎;长白山脉与松嫩平原交汇处整体高程变化不大,以平原㊁台地和低丘陵为主[16],地势较为单一,景观系统种类丰富且分布均匀,导致其景观生态风险敏感性较低㊂2005 2010年间,研究区景观生态风险敏感性呈下降趋势,主要表现为北部高敏感区范围缩小,南部较高敏感区转变为中㊁低敏感区;2015 2020年间,研究区北部高敏感区由聚集状向条带状转化,存在向中部移动的趋势㊂总体而言, 2000 2020年研究区景观生态风险敏感性存在显著的阶段性变化,敏感性与地势的空间分布一致,地势较为复杂的区域敏感性较高㊂图42000-2020年景观生态风险敏感性分布研究区水土流失敏感性时空变化(图5)表明,水土流失敏感性空间分布受到年降水量㊁高程的影响,研究区南北两端水土流失敏感度相对较高㊂由于大兴安岭㊁小兴安岭与长白山脉海拔较高,阻挡水汽输送,研究区内形成了3个年降水量高值区,分布于研究区北部㊁中部和南部,年降水量高值区中存在山地丘陵与平原的过渡地带,地形较为复杂,高程变化较大㊂上述区域长期受降水径流冲刷,水土流失情况最为严重㊂水土流失敏感性较低的区域主要分布于松嫩平原,此区域地形起伏小㊁年降水量较低,受径流冲刷的影响较小㊂2000 2005年,大兴安岭山麓水土流失敏感性普遍降低,长白山脉附近出现水土流失敏感性升高的区域㊂2005 2010年,研究区中部敏感性普遍下降,南北两端高敏感聚集区出现向中部移动543第6期晋一然等:东北黑土带土地利用变化特征及生态敏感性评价的趋势㊂2010 2015年,大兴安岭山麓敏感性回升,其余地区敏感性总体呈下降趋势㊂2015 2020年,研究区内高值区域向内收缩,在西㊁南两端出现小范围敏感性高值区域㊂图5 2000-2020年水土流失敏感性分布2.3.2 综合生态敏感性时空变化特征 将研究区各年份综合生态敏感性采用自然间断点[17]法进行分级,将生态敏感性分为高度敏感㊁较高敏感㊁中度敏感㊁较轻敏感㊁轻度敏感5个等级(图6),统计各年份不同敏感程度的面积及比例表明(表3),2000 2020年,研究区内轻度敏感㊁较轻敏感区面积之和占比在44%左右波动,轻度敏感区主要分布于松嫩平原地带,为常年低敏感区;中度敏感㊁较高敏感区面积之和在2005 2020年出现下降趋势,高度敏感区面积呈先增加后减少趋势,在2005 2015年面积呈增加趋势,2015 2020年面积大幅下降,减少2184.4k m 2,生态环境整体呈改善趋势㊂图6 2000-2020年综合生态敏感性分布表3 2000-2020年综合生态敏感性面积占比综合生态敏感性2000年面积占比/%2005年面积占比/%2010年面积占比/%2015年面积占比/%2020年面积占比/%高度敏感6051.06.06672.66.66788.56.77490.87.45306.45.2较高敏感15248.615.024516.424.214837.714.612312.612.122454.922.1中度敏感28874.628.538012.537.534037.133.636969.536.529141.528.7较轻敏感34936.134.521187.120.932969.532.534764.134.329721.029.3轻度敏感16274.016.110995.710.812751.612.69847.39.714760.414.6 从空间分布来看,2000年研究区高度敏感区主要集中于大兴安岭山麓,较高㊁中度敏感区呈聚集状均匀分布,轻度㊁较轻敏感区呈条带状分布㊂2005年研究区内轻度㊁较轻敏感区出现收缩趋势,中度㊁较高敏感区出现向四周扩散的现象,高度敏感区略微扩张,长白山脉及大㊁小兴安岭区域生态敏感性上升㊂2010年研究区高度敏感区域基本没有变化,较高敏感区向大㊁小兴安岭山麓转移,研究区轻度㊁较轻敏感区增多,中度敏感区分布趋于集中㊂2015年研究区南㊁北两端的较轻敏感区㊁中度敏感区均出现向外扩张趋势,整体分布结构趋于单一㊂2020年研究区低敏感区向南转移,中部较轻㊁中度㊁较高敏感区穿插分布,高度敏感区范围收缩较为明显,小兴安岭以及长白山脉区域生态敏感性得到改善㊂643水土保持学报 第37卷2.4生态敏感性空间聚集特征2.4.1全局空间自相关分析使用A r c G I SP r o软件对研究区多年份生态敏感性进行全局空间自相关分析,由表4可知,各年份综合生态敏感性M o r a n's I指数均>0,表明综合生态敏感性在空间上呈现正相关㊂检验全局M o r a n's I指数,p值均为0,通过99%置信度检验,说明综合生态敏感性空间自相关显著,相邻度高的区域综合生态敏感性较为相似㊂Z统计量均>2.58,说明可拒绝零假设㊂研究区综合生态敏感性的空间分布存在正相关关系,表现出聚集分布模式,Z得分随时间变化先上升后略微下降,说明聚集程度总体升高,空间趋同性相对升高㊂表42000 2020年研究区综合生态敏感度全局M o r a n s I指数统计量指标2000年2005年2010年2015年2020年M o r a n's I0.9820.9870.9940.9950.992 Z统计量85.04585.50586.07186.16685.921p值00000 2.4.2局部空间自相关分析使用A r c G I SP r o软件在计算研究区综合生态敏感度M o r a n s I指数的基础上进行空间聚类,得到L I S A空间聚类图㊂在99%置信区间内,划分为5种不同聚集类型,分别为高高聚集区(H-H)㊁高低聚集区(H-L)㊁低高聚集区(L-H)㊁低低聚集区(L-L)和不显著区(N o t S i g-n i f i c a n t),最终得到研究区4041个分区,2000年㊁2005年㊁2010年㊁2015年㊁2020年的综合生态敏感性局部空间自相关聚类图(图7)㊂总体而言,研究区生态敏感性在空间尺度呈聚集状分布,聚集程度随时间推移出现升高趋势㊂综合生态敏感性低值聚集区主要分布于大㊁小兴安岭区域, 2000年㊁2005年㊁2010年长白山脉附近存在小部分低值聚集区,低低聚集区与高度㊁较高敏感区域存在空间分布轻度㊁较轻相似性㊂高值聚集区主要分布于松嫩平原部分,高高聚集区与轻度㊁较轻敏感区域存在空间格局上的相似性㊂由L I S A聚类图可知,研究区生态敏感性随时间推移表现出同一化趋势,生态敏感性高值区向北部聚集,低值区向南部聚集㊂图72000-2020年综合生态风险指数3讨论东北黑土带综合生态风险敏感性的空间分布格局由2000年的总体分散㊁局部聚集转变为2020年的南北分段㊁交错穿插,随时间推移聚集程度出现上升趋势,表明研究区生态环境可能受到规律性的调控㊂中华人民共和国水利部从2003年起针对东北地区实行水土流失综合防治工程,对东北黑土区提供工程以及生态修复方面的技术支持;与此同时,中央及地方政府陆续出台关于东北地区土地利用方式的调控政策以及针对耕地土壤质量的保护政策[18],对东北地区的生境质量产生积极影响㊂3.1综合生态敏感性时空分异特征及归因2000 2010年间,研究区内高度敏感区主要集中于大兴安岭东南低山丘陵土壤保持区中,东北漫川漫岗土壤保持区(黑龙江省)以中度敏感及以下区域为主,存在少量高度敏感区域,东北漫川漫岗土壤保持区(吉林省)内中度㊁较高敏感区占比较大;2010 2020年间,东北漫川漫岗土壤保持区(吉林省)内生态风险明显降低,以中度㊁较轻敏感为主,东北漫川漫岗土壤保持区(黑龙江省)内高度敏感区逐渐减少,较高敏感区域面积相对升高,中度敏感区域面积呈先升高,后降低趋势,较轻及轻度敏感部分变化不明显,大兴安岭东南低山丘陵土壤保持区内高度敏感区呈收缩趋势,中度㊁较轻敏感区稍有改善㊂综合生态高度敏感区持续存在于大兴安岭东南低山丘陵土壤保持区,可能由于其地处山脉与平原之间的过渡地带,地形较为复杂,导致自然因素㊁人为干扰对生态环境的影响被扩大;东北漫川漫岗土壤保持区(黑龙江省)与东北漫川漫岗土壤保持区(吉林省)由于地形相对简单,地势较为平缓,综合生态敏感程743第6期晋一然等:东北黑土带土地利用变化特征及生态敏感性评价度相对较低㊂国家发改委于2015年出台‘农业环境突出问题治理总体规划(2014 2018)“[19],将黑土地区域土壤质量保护工程纳入重点项目,大兴安岭区域综合生态高敏感区得到有效控制,松嫩平原区域综合生态敏感程度得到改善㊂根据聚类图可知,2000 2020年综合生态敏感性高值区出现南移趋势,低值区出现北移趋势,并且均趋于聚集㊂说明研究区南部生态环境改善程度高于北部,且生态敏感性可能受到周围地区影响,出现同化趋势㊂2005 2010年㊁2015 2020年研究区北部土地利用方式转化区域较为集中,不同景观类型间相互转化导致景观格局稳定性下降,生态敏感性上升[11]㊂3.2土地利用方式及综合生态敏感性变化归因土地作为地表景观的宏观表征,景观生态风险的时空分布与其构成或动态变化具有高度的关联性[4]㊂土地利用方式是人类可以宏观调控的过程因子,反映景观生态对人类活动的响应㊂2000 2020年,研究区土地利用转移较为剧烈的部分为东北漫川漫岗土壤保持区(黑龙江省)区域北部与大兴安岭东南低山丘陵土壤保持区相交的地带,以及南部与东北漫川漫岗土壤保持区(吉林省)相交的地带(图1㊁图2)㊂北部发生剧烈变化的原因可能是此部分处于2个水土保持功能区划的交界处,其土地利用方式易发生变化,导致景观格局稳定性下降,出现景观生态高敏感性聚集区;南部发生剧烈变化可能由于城镇的城市化进程加快,不同土地利用方式转化为建设用地的过程中破坏原本较稳定的景观格局体系,从而导致该区域景观破碎度升高,出现景观生态高敏感区域㊂本研究根据地理探测器结果,将年均气温㊁年均相对湿度㊁年均地温和年日照时间划分为主要驱动因子,对土地利用方式改变产生较为显著的独立影响;年蒸发量㊁年均气压㊁高程与其他因子交互探测结果相比于其单因子探测结果有明显提高,表明次要因子之间存在较为显著的协同作用关系;年均气温与除年均地温外各因子交互作用解释力均为最大,侧面表明土地利用方式对年均气温的响应较为明显;年均风速与各因子交互探测结果均表现为非线性增强,说明年均风速与其他因子的交互作用对研究区土地利用方式变化存在较为显著的影响,针对土地利用方式变化导致景观生态恶化升高的状况,中央政府出台‘全国土地利用总体规划纲要(2006 2020年)“[20]等相关政策,结合各地区自然因素,因地制宜,以土地利用为媒介,对生态风险进行动态调控㊂导致东北地区土壤侵蚀的因素通常有冻融侵蚀㊁风力侵蚀㊁水力侵蚀等,更主要的情况是由多种外营力复合侵蚀导致水土流失[21]㊂地理探测器结果显示,年均气温的单因子解释力显著,年均风速㊁年均气温同其他各因子共同作用的解释力均出现升高趋势,说明气温与风速在景观层面与土壤侵蚀层面均存在较为显著的复合影响作用㊂杨婉蓉等[22]对东北地区风蚀现象进行长时间序列的研究发现,东北地区发生风蚀较为严重的区域与本文中大兴安岭东南低山丘陵土壤保持区重合;任景全等[23]研究结果表明,吉林省风蚀程度自西向东逐渐减弱㊂研究区南北两端出现生态风险高值区的原因可能是受以风蚀为主的侵蚀作用,而吉林省颁布‘吉林省耕地质量保护条例“[24]‘黑土耕地土壤肥力评价技术规范“[25]等针对黑土地保护的专项政策,使得东北漫川漫岗土壤保护区(吉林省)在2010 2020年综合生态敏感度显著下降,生态环境质量得到明显改善㊂现有研究[26-27]表明,土地利用方式是土壤保持功能变化的主导因子,通过影响土壤结构改变土壤侵蚀情况㊂总体来说,研究区综合生态敏感性变化由土地利用方式及土壤侵蚀的复合作用导致,人类通过政策调控[18]㊁技术支持[28]等宏观㊁微观结合的方式均可以对综合生态敏感性进行有效改善㊂4结论(1)研究区2000 2020年土地利用整体格局未发生较大变化,转化最明显的是未利用地和水域,未利用土地面积增加1035.7k m2,水域面积减少975.8 k m2,水域与未利用地之间发生明显的转化㊂2005 2010年㊁2015 2020年2个时期土地利用方式发生较为剧烈的变化,且变化主要发生于耕地部分,2005年 2010年间,耕地主要转为林地㊁草地与建设用地,转出总面积5386.2k m2,耕地由林地转入最多,转入面积1875.8k m2;2015 2020年,耕地主要转出为林地㊁建设用地与未利用地,转出总面积4951.0 k m2,耕地由草地转入最多,转入面积2066.8k m2㊂(2)不同自然因子对研究区土地利用方式的解释力存在显著差异,年均气温㊁年均相对湿度㊁年均地温和年日照时间是土地利用变化的主要驱动因子,因子解释力均>1%;气温是土地利用方式变化的主导因素,风速与高程㊁气温㊁蒸发量㊁地温㊁气压㊁相对湿度㊁日照时间的交互作用对土地利用方式变化均具有显著的协同增强作用㊂(3)随时间推移,研究区生态敏感性整体改善,高度敏感区域减少,轻度敏感区域增加;高度敏感区域843水土保持学报第37卷。
