基于InVEST模型的海南島土壤侵蝕模擬

基于InVEST模型的海南島土壤侵蝕模擬目錄TOC\o"1-3"\h\u1緒論 61.1研究背景 61.2研究意義 61.3研究內(nèi)容 71.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 71.4.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 71.4.2國外研究現(xiàn)狀 82研究區(qū)概況 83材料與方法 103.1研究理論依據(jù) 103.2數(shù)據(jù)來源 103.3研究方法 103.3.1降雨侵蝕力因子（R） 103.3.2土壤可蝕性因子(K) 123.3.3地形因子/坡度坡長因子（LS） 143.3.4植被覆蓋因子（C） 153.3.5水土保持措施因子（P） 174結(jié)果與分析 184.1研究區(qū)土壤侵蝕時(shí)空分布特征 214.2研究區(qū)土地利用的變化及對土壤侵蝕的影響 224.3研究區(qū)降雨量對土壤侵蝕的影響 246結(jié)論 25參考文獻(xiàn)： 26致謝 27

摘要：土壤保持功能對于海南島維持生態(tài)環(huán)境、保護(hù)土地資源有著重要的作用，因此了解海南島生態(tài)系統(tǒng)土壤保持功能的特征和因素有著重要意義，為探究海南省土壤侵蝕程度及變化，采用InVEST模型對該區(qū)域2012年、2017年和2022年的土壤侵蝕進(jìn)行了模擬分析。根據(jù)多個(gè)因子計(jì)算結(jié)果表明：（1）2012-2022年，研究區(qū)域的土壤侵蝕強(qiáng)度沒有明顯變化，總體呈降低趨勢，2012年的年平均土壤侵蝕模數(shù)為16.27t/（hm2·a），2017年平均土壤侵蝕模數(shù)為14.91t/（hm2·a），2022年的年的年平均土壤侵蝕模數(shù)為10.93t/（hm2·a），10年期間侵蝕模數(shù)降低了32.82％，三年的平均土壤侵蝕模數(shù)均在輕度侵蝕。（2）中部山區(qū)的土壤侵蝕較為嚴(yán)重，呈現(xiàn)中部高四周低的分布格局。關(guān)鍵詞:InVEST模型；土壤侵蝕；海南島；USLE；GIS

1緒論1.1研究背景土壤是人類賴以生存的重要資源，也是承載諸多生物活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。而在水力、風(fēng)力、重力等眾多力的作用下,土地等地表物質(zhì)逐漸分離、流失和沉積的自然行為是土壤侵蝕。土壤侵蝕不但會破壞土壤結(jié)構(gòu)，造成土壤肥力的下降。[1]土壤侵蝕現(xiàn)象對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的負(fù)面影響。首先，它通過物理作用破壞土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而降低土壤的肥力，影響作物的生長和產(chǎn)量。其次，侵蝕過程中土壤顆粒的流失會改變土壤的物理和化學(xué)特性，導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，減少其對植物生長的支持能力。此外，侵蝕攜帶的土壤顆粒在河流中沉積，形成河道淤積，這不僅降低了河流的排水能力，還增加了洪水發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，對人類居住區(qū)和農(nóng)田構(gòu)成威脅。因此，為了保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和推動農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須采取科學(xué)合理的措施來防治土壤侵蝕，恢復(fù)和保護(hù)土壤資源。1.2研究意義研究土壤侵蝕的規(guī)律，制定有效的土壤保持措施對區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義[2]。保護(hù)土壤防止侵蝕成為許多學(xué)者的研究方向，土壤侵蝕不僅在我國有著較高關(guān)注度，同時(shí)也是全球環(huán)境問題之一。隨著生態(tài)系統(tǒng)的研究，人們開始對土壤保持功能進(jìn)行評估。通用土壤流失方程（USLE）一經(jīng)Wischmeier等[3]提出，便在土壤侵蝕研究中被廣泛應(yīng)用。InVEST模塊(IntegratedValuationofEcosystemServicesandTradeoffs)是美國斯坦福大學(xué)、全球自然資源基金會和世界環(huán)境保護(hù)委員會聯(lián)合開發(fā)的關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能綜合評價(jià)和權(quán)衡得失的評價(jià)方法。它能夠幫助我們量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、分析土地利用決策和評估經(jīng)濟(jì)價(jià)值。而該模塊中的中泥沙輸移比模塊(SedimentDeliveryRatioMode)就是以USLE為依據(jù)。在其進(jìn)行計(jì)算時(shí)，我們通過不斷進(jìn)行修正，就可以成功測算出研究區(qū)域的土地流失率和土地保持率,從而能夠達(dá)到對評價(jià)成果的可視化。而其精細(xì)的量化分析和直觀的可視化展示，為我們提供了一種全面評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、優(yōu)化土地利用決策的有效手段。我們在研究該模型的過程中也能夠不斷深入理解不同土地管理措施對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的潛在影響，進(jìn)而做出更加科學(xué)和合理的決策。海南島擁有著生物多樣性豐富的熱帶雨林，土壤保持功能對于海南島維持生態(tài)環(huán)境、保護(hù)土地資源有著重要的作用。應(yīng)用InVEST模型模擬海南島土壤侵蝕，對揭示生態(tài)影響和指導(dǎo)土地管理具有重要價(jià)值。模型量化評估土壤侵蝕影響，展現(xiàn)土地利用對土壤保持的影響，為優(yōu)化土地利用和防治措施提供數(shù)據(jù)支持。這樣的話，本次研究也能夠?qū)︻A(yù)防海南島水土流失產(chǎn)生一定的積極意義。1.3研究內(nèi)容綜合來看，InVEST模型能夠較好的考慮地形、植被、土壤和土地利用等等因素，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行區(qū)域的土壤侵蝕的模擬，并且InVEST模型適用于大尺度的生態(tài)服務(wù)功能評估，對區(qū)域的總體情況和不同類型的土地差異情況研究也有一定的幫助。本次研究擬用InVEST模型來對海南島的土壤侵蝕進(jìn)行模擬，在此模型中，需要用到降雨侵蝕力、土壤可蝕性、數(shù)字高程模型、植被覆蓋因子和水土保持措施因子數(shù)據(jù)，最后在InVEST軟件中的SDR模塊進(jìn)行模擬，評估該區(qū)域2012年、2017年、2022年三年的土地利用類型侵蝕量變化和土壤侵蝕特征。1.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.4.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀在我國的土壤侵蝕/水土保持的研究中，多以植被的覆蓋度來評價(jià)土壤侵蝕的程度或水土保持的功能，較多數(shù)使用的是通用土壤流失方程（USLE）。該方程是在結(jié)合研究區(qū)域的情況對區(qū)域的土壤侵蝕進(jìn)行預(yù)報(bào)和評價(jià)后建立的研究區(qū)域的土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型。例如張憲奎等[4]的黑龍江省土壤流失方程的研究，黃炎和等[5]的閩東南土壤流失預(yù)報(bào)研究就是關(guān)于該方程的土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型。隨著進(jìn)一步深入的研究，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與權(quán)衡綜合評估(InVEST)模型在土壤侵蝕方面的研究得到快速發(fā)展。生態(tài)系統(tǒng)在防治土壤侵蝕方面扮演著關(guān)鍵角色。其控制機(jī)制主要體現(xiàn)在三個(gè)層面：冠層、地被層以及土壤層，這三個(gè)層面的相互作用構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)控制土壤侵蝕的綜合保護(hù)體系。其作用過程主要體現(xiàn)為減少侵蝕和阻攔泥沙[6]。相較于USLE/RUSLE，InVEST模型將地塊自身的泥沙持留量和水庫數(shù)據(jù)納入計(jì)算過程，使得土壤侵蝕運(yùn)算結(jié)果更加合理與準(zhǔn)確[7]。通過GIS等其他軟件我們可以使得InVEST模型的評估結(jié)果可視化，這樣能夠讓評估結(jié)果更加直觀易懂，還能提高評估結(jié)果的可用性和影響力。趙欣悅等[8]采用InVEST模型研究了北三河流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的土壤侵蝕。該研究中主要通過該模型對土壤侵蝕進(jìn)行了定量的計(jì)算和分析。周彬等[9]研究了北京山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持功能。研究中提出InVEST模型是以年為單位的模擬，適用于大尺度的生態(tài)服務(wù)功能評估，有較好的借鑒價(jià)值。黃振華[10]探究安徽省青弋江流域土壤侵蝕與影響因素。其采用了InVEST模型對該流域2000到2018年的土壤侵蝕特征開展了研究，該研究使用了了地理探測器來進(jìn)行輔助研究，研究使用了因子探測和交互探測2個(gè)模塊，對青弋江流域的5類土壤侵蝕因子進(jìn)行了定量分析。1.4.2國外研究現(xiàn)狀國外多將土壤侵蝕/水土保持的模型應(yīng)用于較大范圍的草原、森林，對不同類型的土地利用類型相比較進(jìn)行研究。例如巴西學(xué)者daCunhaEliasRodrigues的研究團(tuán)隊(duì)[11]使用InVEST模型評估了巴西的塞拉多生態(tài)系統(tǒng)（巴西大草原）過去30年土壤流失和泥沙輸送比率（SDR）的影響，并模擬從2050年到2100年的未來土壤流失情景，期望研究結(jié)果對制定該地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)和維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的土壤水保護(hù)計(jì)劃具有實(shí)用價(jià)值。AbrehamBertaAneseyee的團(tuán)隊(duì)[12]研究調(diào)查了埃塞俄比亞Omo-Gibe流域土地利用/覆蓋變化相關(guān)的土壤流失和泥沙輸出的動態(tài)。通過衛(wèi)星影像、地形圖、氣象和土壤數(shù)據(jù)收集的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。研究區(qū)域的土地利用類型分為六類：耕地、林地、森林、放牧地、灌木地和裸地，得出結(jié)論相比于森林、放牧地、灌木地以及裸地，耕地在土壤侵蝕率方面表現(xiàn)出顯著的高水平。這一發(fā)現(xiàn)揭示了土地利用類型對土壤侵蝕動態(tài)的重要影響，特別是在農(nóng)業(yè)耕作活動較為頻繁的地區(qū)。2研究區(qū)概況海南省，位于中國最南端，不僅因其獨(dú)特的地理位置和豐富的自然資源而聞名，還因其多樣的地形和氣候條件而備受矚目。海南省的地理位置位于東經(jīng)108°37′至111°03′和北緯18°10′至20°10′的范圍內(nèi)，形成了一個(gè)大致橢圓形的島嶼，其東北至西南向的長軸大約290公里，而西北至東南向的寬度大約為180公里，使得整個(gè)島嶼的陸地面積達(dá)到約35,400平方千米。海南島的地形以中部的山地和四周的丘陵、平原為主，形成了中部高四周低的地形特點(diǎn)。這種地形特征對島嶼的氣候和水文條件產(chǎn)生了顯著影響。海南島屬于熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，全年氣溫較高，無霜期長，平均氣溫維持在22.5至25.6攝氏度之間。此外，該地區(qū)還享有充足的日照，年日照時(shí)數(shù)介于1,780至2,600小時(shí)，太陽總輻射量在4,500至5,800焦耳每平方米之間，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)的能量輸入提供了保障。季風(fēng)氣候?yàn)楹Ｄ蠉u帶來了豐富的降水資源，年降水量在1,500至2,500毫米之間，尤其是在島嶼的東部和中部地區(qū)，而西部沿海地區(qū)的降水量相對較低，約為1,000毫米。然而，降水在不同季節(jié)和地區(qū)的分布并不均勻，這對水資源的管理和利用提出了挑戰(zhàn)。而提到海南島的土壤類型多樣，土壤分布具有明顯的垂直地帶性和地域性[13]。從沿海地區(qū)的濱海沼澤化鹽土和濱海砂土，到中部和南部的磚紅壤（在西南部則為燥紅土），再到山地區(qū)域的赤紅壤和黃壤，這些土壤類型的分布體現(xiàn)了地形和氣候條件對土壤形成的深刻影響。其中，磚紅壤作為地帶性土壤，廣泛分布在海南島的低地和丘陵地帶。同時(shí)在海南島的森林覆蓋率較高，森林生態(tài)系統(tǒng)類型多樣，包括季雨林、常綠闊葉林和熱帶雨林等。這些森林不僅為野生動植物提供了棲息地，而且維持著生物多樣性，使海南島成為中國最大的熱帶雨林區(qū)域之一。海南島的生物多樣性極為豐富，擁有眾多特有和珍稀物種，是中國重要的生物多樣性保護(hù)區(qū)域。正是由于其森林的多樣性，海南島的熱帶雨林被譽(yù)為“綠色寶庫”[14]。其不僅是中國最大的熱帶自然博物館，也是最豐富的物種基因庫之一。這些熱帶雨林對于維持區(qū)域生態(tài)平衡、保護(hù)水土資源、調(diào)節(jié)氣候以及提供木材和其他林產(chǎn)品具有重要作用。同時(shí)，海南島的熱帶雨林也是重要的生態(tài)旅游資源，吸引了大量國內(nèi)外游客前來觀光和探險(xiǎn)。除此以外，自然資源和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)也對于海南當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。豐富的生物多樣性和健康的生態(tài)系統(tǒng)為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝耸澄铩⒛静囊约捌渌喾N生態(tài)產(chǎn)品和服務(wù)。此外，海南島的自然景觀和生物多樣性也是科學(xué)研究和環(huán)境教育的重要場所，對于提高公眾環(huán)保意識和推動可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。然而，海南島的自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)也面臨著一些挑戰(zhàn)，這也正是我們今天所研究的主要內(nèi)容?？焖俚慕?jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長對自然資源和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了壓力，導(dǎo)致了土地退化、生物多樣性喪失以及水土流失等問題。為了保護(hù)海南島的自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)，需要采取有效的保護(hù)和管理措施，包括實(shí)施可持續(xù)的土地利用和開發(fā)策略、保護(hù)生物多樣性以及提高公眾環(huán)保意識等?？偠灾Ｄ蠉u的自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)對于當(dāng)?shù)啬酥寥虻纳鷳B(tài)平衡和生物多樣性保護(hù)具有重要意義。保護(hù)和合理利用海南島的自然資源和生態(tài)系統(tǒng)，對于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和提高當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量具有至關(guān)重要的作用。3材料與方法3.1研究理論依據(jù)InVEST模式是由美國斯坦福大學(xué)、世界自然基金會和世界環(huán)境保護(hù)聯(lián)合會所共同開發(fā)的對自然與生態(tài)體系的價(jià)值綜合評估與權(quán)衡得失的評價(jià)方法[15]。在該模型中提出了SDR模塊可以幫助我們在基于通用水土流失方程(USLE)的像元尺度,來用于估算特定降雨事件下由于水力作用導(dǎo)致的土壤流失量并借此研究土壤侵蝕。USLE=R?式中，USLE為年土壤侵蝕量[t/(hm2·a)]；R為降雨侵蝕力因子[MJ/mm2/(h1·a1)]；K為土壤可蝕性因子[(t·hm2·h)/（MJ1·mm1·hm2）]；LS為坡度坡長因子，無量綱；C為植被覆蓋因子，無量綱；P為水土保持措施因子，無量綱。此外該模型能夠量化土壤侵蝕對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響。而且該模型還可以評估各種土壤保持和管理措施的效益，如植被恢復(fù)、水土保持工程等，從而為制定有效的土壤侵蝕防治策略提供科學(xué)依據(jù)。3.2數(shù)據(jù)來源本文的研究數(shù)據(jù)中，降雨侵蝕力因子中的年均降雨量數(shù)據(jù)、土壤可蝕性因子中所需的HWSD中國土壤數(shù)據(jù)庫、坡度坡長因子和流域提取中的高程DEM數(shù)據(jù)、植被覆蓋因子中的中國植被覆蓋度數(shù)據(jù)集均來源于地球資源數(shù)據(jù)云平臺()。本文并且從武漢大學(xué)的楊杰和黃昕教授發(fā)布的1990年-2022年的中國30m的年度土地覆蓋數(shù)據(jù)（/record/8176941）獲取了水土保持措施因子中的土地覆蓋數(shù)據(jù)。3.3研究方法3.3.1降雨侵蝕力因子（R）降雨侵蝕力是由降雨引起水土流失的潛在能力、氣候因素對水力侵蝕的作用。[16]當(dāng)降雨強(qiáng)度較大時(shí)，降雨侵蝕力也會增大，導(dǎo)致土地表面的土壤被沖刷走，從而造成侵蝕。本文采用了《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失量測算導(dǎo)則SL773-2018》中用年均降雨量對降雨侵蝕力進(jìn)行計(jì)算的方法。[17]選取了研究對象附近三年的年均降雨量的平均值進(jìn)行計(jì)算。R式中，Pn為年均降雨量（mm）；R為年降雨侵蝕力指標(biāo)（MJ·mm/（hm2·h））根據(jù)2011年~2013年、2016年~2018、2021年~2023年的海南省年均降雨量，利用GIS繪制如下（圖1、圖2、圖3）：圖12012年近三年年均降雨侵蝕力圖22017年近三年年均降雨侵蝕力圖32022年近三年年均降雨侵蝕力3.3.2土壤可蝕性因子(K)土壤可蝕性因子是衡量土壤在降雨侵蝕力作用下抵抗分散、搬運(yùn)和流失能力的指標(biāo)[18]。它反映了土壤顆粒間的粘結(jié)力、土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及土壤表面抗沖擊和抗水流沖刷的能力。在計(jì)算該因子時(shí)，本文采用張科利的修正土壤可視性因子計(jì)算公式[19]進(jìn)行計(jì)算。（3）式中，SAN為砂礫(0.05—2.0mm)含量（%）；SIL為粉砂(0.002—0.05mm)含量（%）;CLA為黏粒(<0.002mm)含量（%）；C為有機(jī)碳的含量（%）。土壤可蝕性因子是理解和管理土壤侵蝕的關(guān)鍵。通過深入研究土壤可蝕性的影響因素和空間分布特征，可以為土壤侵蝕防治、土地管理和生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，從而促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)健康。根據(jù)HWSD中國土壤數(shù)據(jù)中海南省的上層土壤屬性（0-30cm），利用GIS和Excel進(jìn)行Kepic和K的計(jì)算，繪制如下（圖4）：圖4土壤可蝕性因子在實(shí)際應(yīng)用中，土壤可蝕性因子是土壤侵蝕預(yù)測和土地管理決策的重要依據(jù)。通過評估不同土壤的可蝕性，可以識別侵蝕敏感區(qū)域，制定針對性的土壤保護(hù)和水土保持措施。例如，在圖中土壤可蝕性高的區(qū)域?？谖恢?，可以采取植被恢復(fù)、減少耕作等措施來降低侵蝕風(fēng)險(xiǎn)。通過這些綜合措施，可以有效降低土壤可蝕性高區(qū)域的侵蝕風(fēng)險(xiǎn)，這樣也可以幫助我們保護(hù)土壤資源，維護(hù)生態(tài)平衡并且促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。3.3.3地形因子/坡度坡長因子（LS）坡度坡長因子是用于計(jì)算坡度和坡長對土壤侵蝕產(chǎn)生影響程度的參數(shù)。它通常表示為LS，是坡度和坡長的函數(shù)。坡度和坡長越大，坡度坡長因子越大，地面徑流產(chǎn)生的可能性也越高，土壤侵蝕的程度越高。為了更精確地計(jì)算L因子，即坡度因子，劉寶元等研究者在構(gòu)建的中國土壤流失方程（CSLE）模型中對傳統(tǒng)的坡長因子計(jì)算方法進(jìn)行了創(chuàng)新性改進(jìn)[20]。在這一改進(jìn)的計(jì)算方法中，對于坡度小于10°的區(qū)域，采用了McCool等[21]提出的計(jì)算公式，該公式適用于平緩地形的侵蝕計(jì)算。而對于坡度大于或等于10°的區(qū)域，改進(jìn)的公式則采用了Liu[22]根據(jù)黃土高原地區(qū)的陡峭地形特征所提出的計(jì)算方法，這一方法特別考慮了陡坡條件下土壤侵蝕的特殊性。通過這種區(qū)分不同坡度范圍的計(jì)算方法，可以更準(zhǔn)確地反映不同地形條件下土壤侵蝕的復(fù)雜性，為土壤侵蝕的預(yù)測和防治提供更為科學(xué)的依據(jù)。改進(jìn)的LS因子計(jì)算方法不僅提高了模型在不同地形條件下的適用性，而且增強(qiáng)了模型對于土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評估的準(zhǔn)確性，有助于制定更為有效的水土保持和土地管理措施。（4）式中λ為坡長（m），θ為坡度（°），S為坡度因子，m為坡長指數(shù)，L為坡長因子。依據(jù)海南地區(qū)的數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，首先計(jì)算得到該區(qū)域的坡度θ。隨后，進(jìn)行填洼處理以平整微小洼地，這一步驟對于準(zhǔn)確模擬水流路徑至關(guān)重要。填洼完成后，繼續(xù)計(jì)算水流的流向，這一步驟涉及到確定水流在DEM數(shù)據(jù)中的運(yùn)動方向。緊接著，基于流向數(shù)據(jù)計(jì)算水流長度，這表示水從源頭到出口的直線距離。水流長度計(jì)算完成后，進(jìn)一步計(jì)算水平投影坡長，這是水流長度在水平面上的投影長度，用于更準(zhǔn)確地估算坡長對土壤侵蝕的影響。接下來，使用con函數(shù)根據(jù)水流長度來計(jì)算坡長指數(shù)m，該指數(shù)反映了坡長對土壤侵蝕的貢獻(xiàn)程度。此外，利用power函數(shù)，結(jié)合坡長指數(shù)m，計(jì)算出坡長因子L，該因子是土壤侵蝕模型中的關(guān)鍵組成部分。同時(shí)，使用坡度θ作為輸入，通過con函數(shù)計(jì)算得到坡度因子S[23]，該因子量化了坡度對土壤侵蝕的影響。最后，地形因子由坡長因子L與坡度因子S相乘得到，這一地形因子綜合了坡度和坡長對土壤侵蝕的共同影響。完成上述計(jì)算后，繪制出相關(guān)的圖表（如圖5所示），直觀展示了海南地區(qū)不同地形條件下的土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)分布。圖5坡度坡長因子3.3.4植被覆蓋因子（C）植被覆蓋因子是指一定條件下有植被覆蓋或?qū)嵤┨镩g管理的土壤侵蝕總量與實(shí)施清耕的連續(xù)休閑地土壤侵蝕總量的比值，介于0～1之間[24]。C因子與多種因素密切相關(guān)，尤其是土地利用類型和植物覆蓋率。不同的土地利用方式，如農(nóng)田、森林、草地等，以及不同的植被類型和覆蓋程度，都會對C因子的值產(chǎn)生顯著影響。例如，茂密的森林由于其較高的植被覆蓋率和復(fù)雜的根系結(jié)構(gòu)，會有較低的C因子值，從而有效減少土壤侵蝕。相反，農(nóng)田等土地利用方式，尤其是那些植被覆蓋率較低的地區(qū)，會有較高的C因子值，導(dǎo)致更嚴(yán)重的土壤侵蝕。植被覆蓋因子是控制土壤侵蝕的一個(gè)積極因素，因?yàn)樗軌蚍从持脖活愋汀⒏采w程度以及其他田間管理措施對土壤侵蝕的影響。較高的植被覆蓋率可以減少降雨對土壤的直接沖擊，增加土壤水分的入滲，從而降低徑流速度和土壤侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)。此外，植被的根系可以增強(qiáng)土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的抗侵蝕能力。在實(shí)際應(yīng)用中，C因子的確定通常需要基于實(shí)地調(diào)查或遙感數(shù)據(jù)來評估特定區(qū)域的植被狀況。了解C因子對于土壤侵蝕模型的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，因?yàn)樗苯佑绊懩Ｐ蛯ν寥狼治g風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測。通過合理管理和增加植被覆蓋，可以有效地減少土壤侵蝕，保護(hù)土壤資源，維護(hù)生態(tài)平衡，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。此次研究使用的是蔡崇法的植被覆蓋因子與植被覆蓋度的數(shù)學(xué)關(guān)系式[25]進(jìn)行計(jì)算。（5）式中C為植被覆蓋因子，c為植被覆蓋度。根據(jù)植被覆蓋度和上式在GIS中繪制如下（圖6）：圖6植被覆蓋因子3.3.5水土保持措施因子（P）水土保持措施因子(P)的值在0和1之間，當(dāng)P值為0時(shí)表示沒有發(fā)生侵蝕，當(dāng)P值為1時(shí)表示沒有采取水土保持措施。本文結(jié)合前人對海南島的研究以及其他地方研究對海南省的水土保持措施因子[26]進(jìn)行如下賦值：農(nóng)田為0.35、林地為1、水域?yàn)?、草地為1、灌木為1、裸地為1、城市用地為0.最后利用重分類進(jìn)行繪制，下為2022年的水土流失因子（圖7）：圖7水土保持措施因子4結(jié)果與分析根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)SL190—2007《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》[27]，海南省的土壤侵蝕強(qiáng)度可以被劃分為五個(gè)不同的等級。這種分類有助于更好地理解和量化土壤侵蝕的嚴(yán)重程度，為土壤侵蝕的監(jiān)測、評估和管理提供標(biāo)準(zhǔn)化的依據(jù)。土壤侵蝕強(qiáng)度分布如下表所示，它可以直觀地展示不同區(qū)域的侵蝕狀況，為土壤侵蝕的科學(xué)管理和合理利用提供重要參考。通過這種分類分級，可以更有針對性地采取水土保持措施，如植被恢復(fù)、水土保持工程等，以減少土壤侵蝕，保護(hù)土壤資源，維護(hù)生態(tài)平衡。表1侵蝕程度等級（單位：t/（hm2·a））微度侵蝕<5t輕度侵蝕5~25中度侵蝕25~50強(qiáng)烈侵蝕50~80極強(qiáng)烈侵蝕80~150劇烈侵蝕>150由Invest模型運(yùn)行出的USLE數(shù)據(jù)分別繪制2012年、2017年和2022年的土壤侵蝕程度圖。下圖分別為海南省2015年、2017年和2022年土壤侵蝕程度（圖8、9、10）：圖82012年土壤侵蝕程度圖92017年土壤侵蝕程度圖102022年土壤侵蝕程度經(jīng)過分析和計(jì)算，我們可以得到2012年、2017年和2022年間的潛在土壤侵蝕總量、實(shí)際侵蝕總量、土壤保持量和年平均土壤侵蝕模數(shù)為下（表2）：表22012年、2017年、2022年潛在土壤侵蝕量、實(shí)際土壤侵蝕量、土壤保持量和土壤侵蝕模數(shù)2012年2017年2022年土壤侵蝕總量（t/a）1.63·1081.49·1081.08·108實(shí)際侵蝕總量（t/a）8.36·1067.69·1065.64·106土壤保持總量（t/a）1.55·1081.41·1081.03·108年平均土壤侵蝕模數(shù)t/（hm2·a）16.2714.9110.93通過GIS中的柵格轉(zhuǎn)面對這三年的實(shí)際寢室總量進(jìn)行面積計(jì)算，得到各個(gè)侵蝕程度的面積以及占比如下（表3、表4）：表32012年、2017年、2022年各類侵蝕程度面積2012年2017年2022年微度侵蝕面積（km2）18556.9418963.2520148.19輕度侵蝕面積（km2）6475.126506.256850.5中度侵蝕面積（km2）3368.53515.943672.37強(qiáng)烈侵蝕面積（km2）241023191296.56極強(qiáng)烈侵蝕面積（km2）1224.56917.56286.19劇烈侵蝕面積（km2）68.3817.251.13表42012年、2017年、2022年各類侵蝕程度占比2012年2017年2022年微度侵蝕占比（％）57.858.8262.46輕度侵蝕占比（％）20.1720.1821.24中度侵蝕占比（％）10.4910.9111.38強(qiáng)烈侵蝕占比（％）7.517.194.02極強(qiáng)烈侵蝕占比（％）3.812.850.89劇烈侵蝕占比（％）0.210.050.00354.1研究區(qū)土壤侵蝕時(shí)空分布特征結(jié)果從時(shí)間上顯示，海南省在2012年至2022年這十年間的年均土壤侵蝕模數(shù)表現(xiàn)出下降趨勢。具體來看，2012年的年平均土壤侵蝕模數(shù)為16.27（t/(hm2·a)），而到了2017年，該數(shù)值降低至14.91t/(hm2·a)。進(jìn)一步至2022年，年平均土壤侵蝕模數(shù)減少到10.93t/(hm2·a)。在這十年的時(shí)間里，土壤侵蝕模數(shù)的總體下降率達(dá)到了32.82%，這一顯著的降低表明了海南省在防治土壤侵蝕方面取得了積極的成效。根據(jù)該表格也能得出在這三個(gè)年份中，海南省的土壤侵蝕模數(shù)均被歸類為輕度侵蝕等級，這意味著盡管存在侵蝕現(xiàn)象，但其嚴(yán)重程度相對較低，對土地生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)的影響尚在可控范圍內(nèi)。這一結(jié)果可能歸因于海南省在這期間實(shí)施的一系列土壤和水資源保護(hù)措施，包括但不限于水土保持工程、植被恢復(fù)項(xiàng)目、農(nóng)業(yè)管理實(shí)踐的改進(jìn)以及公眾環(huán)保意識的提升等。這些措施的實(shí)施有助于減少土壤侵蝕，保護(hù)和改善了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。潛在土壤侵蝕總量減少了5.5·107t/a，占比33.74％，實(shí)際侵蝕總量減少了2.72·106t/a，占比32.53％。微度侵蝕面積不斷上升，微度侵蝕面積由18556.94km2上升到20148.19km2，上升了8.57％。輕度侵蝕區(qū)域的面積也有所增加，升高了375.38平方千米，增幅為5.7%。中度侵蝕區(qū)域的面積增長則更為顯著，增加了303.87平方千米，占原來面積的9.02%。與此相反，強(qiáng)烈侵蝕、極強(qiáng)烈侵蝕和劇烈侵蝕的面積不斷下降，總面積由2012年的3702.94km2降至2022年的1583.88km2，下降了57.22％。土壤侵蝕強(qiáng)度為中度及中度以上的侵蝕的面積比由22.02％變?yōu)?6.2935％。時(shí)間變化的特征研究反映了10年來海南省的生態(tài)治理建設(shè)成效顯著，土壤侵蝕的整體趨勢是在減弱，整體侵蝕程度較輕，由強(qiáng)烈及強(qiáng)烈以上程度的侵蝕向中度以下的侵蝕轉(zhuǎn)變。從空間上，結(jié)合海南省數(shù)字高程模型以及海南省行政區(qū)域劃分來看，空間上呈現(xiàn)中部高四周低的分布格局。根據(jù)上方圖像可以得到土壤侵蝕嚴(yán)重的行政區(qū)域中五指山市、瓊中黎族苗族自治縣特別突出，而在此之外很容易發(fā)現(xiàn)樂東黎族自治縣、白沙黎族自治縣、昌江黎族自治縣和保亭黎族苗族自治縣等地也多受到土壤侵蝕的影響。這些地區(qū)多為西南部和中部的山脈地區(qū)，以五指山山脈和黎母嶺山脈為主。這些區(qū)域的海拔相對來說比較高，山地較多，降水更為充沛，由此可以看出降水的雨水沖洗以及地形的起伏對土壤侵蝕來說有著比較顯著的影響，為土壤侵蝕提供了條件，其次是南部的三亞市也有部分地區(qū)有著強(qiáng)烈侵蝕。而東北部的海口市和文昌市等區(qū)域，雖然降雨量多，降雨侵蝕力R值比較大，但由于地勢平緩，地形相對平坦，坡度小，土壤侵蝕量較少。4.2研究區(qū)土地利用的變化及對土壤侵蝕的影響2012年、2017年、2022年的土地利用變化如下圖所示（圖11）：圖11從左到右分別是2012年、2017年、2022年土地利用類型在各土地利用類型中,森林為研究區(qū)內(nèi)最多的土地利用類型，占近總面積的70％，呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，森林的面積從2012年到2022年共減少了2080.16km2，實(shí)際侵蝕量減少了2756497.94t/a，占比34.26％，說明在十年內(nèi)，關(guān)于森林的土壤保護(hù)措施頗有成效，但森林的平均侵蝕模數(shù)還是非常大；2012-2022年研究區(qū)域內(nèi)農(nóng)田和建設(shè)用地明顯上升，草原面積、灌木面積和裸地面積減少。研究區(qū)內(nèi)的土壤侵蝕主要發(fā)生在林地，其次為農(nóng)田，而裸地雖然侵蝕模數(shù)較大，但占地面積少，實(shí)際侵蝕總量并不大。通過對三年中森林和農(nóng)田的面積和實(shí)際侵蝕總量對比，可以發(fā)現(xiàn)農(nóng)田面積的增多和森林面積的減少使得土壤侵蝕量減少，因?yàn)檠芯繀^(qū)內(nèi)的水稻種植多采用等高耕作[25]，水土保護(hù)措施較好，相比較于上文提到關(guān)于國外的研究中，埃塞俄比亞內(nèi)研究區(qū)域的耕地侵蝕模數(shù)就比較大，因?yàn)榘Ｈ肀葋喌貐^(qū)多山地，且耕地為旱地。應(yīng)繼續(xù)注意加強(qiáng)對森林和農(nóng)田的土壤保護(hù)措施，尤其是對于森林的土壤保護(hù)措施。表52012年、2017年、2022年土地利用類型的面積、實(shí)際侵蝕總量和平均侵蝕模數(shù)2012年農(nóng)田森林灌木草原裸地不透明水面面積（km2）8532.3024162.496.3142.934.23542.79實(shí)際侵蝕總量（t/a）299680.968044287.5366.45720.363813.858816.62平均侵蝕模數(shù)t/（hm2·a）2.4721.292.221.6856.921.562017年農(nóng)田森林灌木草原裸地不透明水面面積（km2）10064.8222574.763.9927.773.23646.09實(shí)際侵蝕總量（t/a）385517.477286519.9236.70750.092501.0811032.79平均侵蝕模數(shù)t/（hm2·a）2.6620.542.292.8851.041.512022年農(nóng)田森林灌木草原裸地不透明水面面積（km2）10611.6522082.333.0811.201.66700.77實(shí)際侵蝕總量（t/a）342184.075287789.5919.27174.361484.068973.88平均侵蝕模數(shù)t/（hm2·a）2.2219.565.776.4126.773.194.3研究區(qū)降雨量對土壤侵蝕的影響降雨是影響土壤侵蝕動態(tài)變化的主要因素之一。2010年~2013年的年降雨量的平均值為2168.04mm，對應(yīng)的侵蝕模數(shù)平均值為16.27t/（hm2·a），2016年~2018年的年降雨量的平均值為2046.74mm，對應(yīng)的侵蝕模數(shù)平均值為14.91t/（hm2·a），2021年~2023年降雨量的平均值為1700.34mm，對應(yīng)的侵蝕模數(shù)平均值為10.93t/（hm2·a），由此可知，降雨量的升高，土壤侵蝕模數(shù)也會升高，從而土壤侵蝕量增多。在這三年中2012年的年均降水量最大，與之對應(yīng)的侵蝕模數(shù)也達(dá)到了這三年間的最大值，而2022年的年均降雨量最小，侵蝕模數(shù)也最小。這種關(guān)系表明，降雨量是影響土壤侵蝕的一個(gè)重要因素。當(dāng)降雨量增加時(shí)，尤其是在高強(qiáng)度降雨事件中，土壤更易受到侵蝕，因?yàn)楦嗟乃畷_刷地表，帶走更多的土壤顆粒。相反，降雨量的減少通常會導(dǎo)致侵蝕模數(shù)的下降，因?yàn)檩^少的水分意味著對土壤的沖刷力度減弱。5討論本研究中，研究區(qū)有強(qiáng)烈侵蝕的地區(qū)多為海拔高度差較大的山區(qū)，土地利用類型均為林地，這些地區(qū)的植被覆蓋度大部分在45％~60％，一小部分在30％~45％，且越向周邊延伸植被覆蓋度在60％以上的區(qū)域越多。山區(qū)坡度大，地表徑流流速大，更易造成土壤的深層侵蝕，使深厚土壤層松弛，加劇其在水流和重力作用下移動，最后導(dǎo)致水土流失[28]。我們由此可以推導(dǎo)出土壤侵蝕的作用會在地形與土地利用類型共同作用下產(chǎn)生更為嚴(yán)重的結(jié)果。生態(tài)系統(tǒng)的平衡對于我們的環(huán)境保護(hù)是非常重要的，而為了保護(hù)并且維持研究區(qū)域的生態(tài)，土壤保持功能是十分重要的。因此為了加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)，我們需要加強(qiáng)對中部山區(qū)的生態(tài)保護(hù)，采取有效措施來防止中部山區(qū)的土地流失和土地退化。除了自然方面本身會對土壤保持造成的影響，我們也應(yīng)該考慮一下在人類社會的運(yùn)行中經(jīng)濟(jì)開發(fā)會對土地造成的侵蝕效果。正如可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略所倡議的，我們在保持盡可能高速發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)也要注重對于生態(tài)環(huán)境的維持與保護(hù)。而我們在實(shí)驗(yàn)中所得到的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)天然林地的土壤侵蝕模數(shù)較高，所以實(shí)際上林地的保護(hù)是一個(gè)尤為重要的議題。在我們平時(shí)常見的土壤保護(hù)的策略之外還可以考慮進(jìn)行林下種植來加固土壤層，例如具有較好的發(fā)展前景的復(fù)合農(nóng)林業(yè)，或恢復(fù)林下草皮。在我們對于森林的保護(hù)提高后，其土壤侵蝕的降低也會反哺我們對于森林的保護(hù)，因此我們對于森林的保護(hù)是有實(shí)在的必要性的。本文的研究存在許多不足。研究中使用的DEM基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精度并不高，提取的坡度較緩，坡度因子較??；沒有詳細(xì)計(jì)算坡度對土壤侵蝕的影響，通過對坡度進(jìn)行定量劃分能夠更多了解地形因子對土壤侵蝕的影響；在對于水土流失因子P的賦值上是依據(jù)一級土地利用類型分類進(jìn)行的，沒有對植被上進(jìn)行更精細(xì)的劃分；對于植被覆蓋度因素沒有進(jìn)行定量分級進(jìn)行分析研究。降雨侵蝕力因子的計(jì)算中，因?yàn)閷ふ业降淖畲缶戎挥?km的，計(jì)算的總體精度不夠，制圖精度并不高，在以后的研究中期望能采用更高精度的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。6結(jié)論通過對研究區(qū)域內(nèi)土壤侵蝕的時(shí)空動態(tài)特征分析，得到以下結(jié)論：（1）海南省在2012年至2022年這十年間的年均土壤侵蝕模數(shù)表現(xiàn)出下降趨勢。2012年的年平均土壤侵蝕模數(shù)為16.27（t/(hm2·a)），而到了2017年，該數(shù)值降低至14.91t/(hm2·a)。進(jìn)一步至2022年，年平均土壤侵蝕模數(shù)減少到10.93t/(hm2·a)。在這十年的時(shí)間里，土壤侵蝕強(qiáng)度為中度及中度以上的侵蝕的面積比由22.02％變?yōu)?6.2935％。土壤侵蝕模數(shù)的總體下降率達(dá)到了32.82%，這一顯著的降低表明了海南省在防治土壤侵蝕方面取得了積極的成效。 （2）降水的雨水沖刷和地形的起伏對土壤侵蝕有比較顯著的影響，降雨量與土壤侵蝕模數(shù)成正比。降雨量的升高會帶來土壤侵蝕量的增多。降雨較多的中部山區(qū)土壤侵蝕較為嚴(yán)重。參考文獻(xiàn)：王占禮.中國土壤侵蝕影響因素及其危害分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2000,(04):32-36.肖玉,謝高地,安凱.青藏高原生態(tài)系統(tǒng)土壤保持功能及其價(jià)值[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2003(11):2367-2378.WISCHMEIERWH,SMITHDD.Predictingrainfallerosionlosses:Aguidetoconservationplanning[M].WashingtonDC:U.S.DepartmentofAgriculture,1978.張憲奎,盧秀琴,詹敏,等.土壤流失預(yù)報(bào)方程中R指標(biāo)的研究[J].水土保持科技情報(bào),1991(04):49-48.黃炎和,盧程隆,付勤,等.閩東南土壤流失預(yù)報(bào)研究[J].水土保持學(xué)報(bào),1993(04):13-18.DOI:10.13870/ki.stbcxb.1993.04.003.朱顯謨.黃土地區(qū)植被因素對于水土流失的影響[J].土壤學(xué)報(bào),1960(02):110-121.韓晶,崔金芳,楊威,等基于InVEST模型的低山丘陵區(qū)土壤侵蝕變化與驅(qū)動因素分析[J].水土保持研究,2022,29(5):32-39趙欣悅,王金鳳,李慶,李文靜.基于InVEST模型的北三河流域土壤保持功能研究[J].石河子大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2022,40(04):487-496.周彬,余新曉,陳麗華,張振明,呂錫芝,范敏銳.基于InVEST模型的北京山區(qū)土壤侵蝕模擬[J].水土保持研究,2010,17(06):9-13+19.[10]黃振華,余健,房莉,方鳳滿,苗雨青,支俊俊,徐光來,水恒濤,曹雨.基于InVEST模型的青弋江流域土壤侵蝕與影響因素研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2023,37(05):189-197.[11]daCunhaEliasRodrigues,SantosCelsoAugustoGuimar?es,daSilvaRichardeMarques,PanachukiElói,deOliveiraPauloTarsoSanches,deSouzaOliveiraNaelmo,DosSantosFalc?oKarina.Assessmentofcurrentandfuturelanduse/coverchangesinsoilerosionintheRiodaPratabasin(Brazil)[J].TheScienceofthetotalenvironment.Volume818,Issue.2021.PP151811-151811.[12]AbrehamBertaAneseyee,EyasuElias;TeshomeSoromessa,GudinaLeges