橫斷山地水土要素時(shí)空分布格局與耦合特征*

劉斌濤，張素，熊東紅，吳漢

①中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610041；②中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

山地空間比重大是中國(guó)的基本國(guó)土情勢(shì)[1]，水資源和土地資源是山地資源環(huán)境安全和環(huán)境承載力研究的核心問(wèn)題[2-3]。脆弱山地系統(tǒng)的水土資源時(shí)空不匹配，明顯制約了山區(qū)發(fā)展[4]，山地資源變化或使區(qū)域性環(huán)境災(zāi)難的潛在風(fēng)險(xiǎn)加劇，使人類社會(huì)面臨日趨嚴(yán)重的水安全和環(huán)境安全威脅[5-6]。水資源時(shí)空分布格局及優(yōu)化配置、水資源利用效率承載能力及空間溢出效應(yīng)等已有大量研究[2,7-14]；土地資源在不同空間尺度下與植物的關(guān)系、土地資源的消耗評(píng)價(jià)、土壤侵蝕和土地退化等問(wèn)題也受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[3,15-16]。有關(guān)水土資源開發(fā)的研究區(qū)域大多屬于坡面或流域等較小空間尺度，水土資源優(yōu)化配置與可持續(xù)發(fā)展研究也多偏重于探討水、土單個(gè)要素的影響，鮮有針對(duì)水資源和土地資源的過(guò)程研究，甚少涉及水、土這兩要素的耦合研究。水土要素耦合是解譯山區(qū)資源環(huán)境特征及資源環(huán)境承載力、國(guó)土空間功能等問(wèn)題的一個(gè)重要概念。

橫斷山地?fù)碛胸S富的水土資源，占有重要的地理區(qū)位。它位于青藏高原東南緣，橫跨中國(guó)西南一、二、三級(jí)地形階梯，是我國(guó)西部的地形急變帶，也是唯一同屬太平洋水系和印度洋水系的區(qū)域[17-18]。同時(shí)，它作為長(zhǎng)江上游重要的生態(tài)屏障區(qū)，是中國(guó)珍稀瀕危動(dòng)植物的避難所，同時(shí)也是世界生物物種最豐富的地區(qū)之一[17]，對(duì)周邊區(qū)域乃至中國(guó)中西部地區(qū)氣候和生態(tài)環(huán)境有著深遠(yuǎn)的影響。橫斷山地作為中國(guó)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最為活躍的地區(qū)之一，也是中國(guó)土壤侵蝕最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，已受到越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注[4,6,17-19]。彭立等[19]提出橫斷山區(qū)坡地水土流失普遍，土地資源耗損嚴(yán)重，整體人口密度僅26.3 人/km2；鄧偉等[4]認(rèn)為該區(qū)水土耦合作用失衡明顯，次生山地災(zāi)害危險(xiǎn)性增加?？梢?jiàn)，鮮有涉及橫斷山地水土要素耦合的時(shí)空格局及其機(jī)制的科學(xué)研究，針對(duì)變化環(huán)境下山地水土作用失調(diào)、失衡形成機(jī)制亟待闡釋。因此，開展橫斷山地水土要素耦合研究具有一定科學(xué)意義，而地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)方法的應(yīng)用為大尺度的橫斷山地水土資源耦合研究提供了可能。

本文運(yùn)用GIS技術(shù)，通過(guò)分析橫斷山地的水資源(如降水、蒸散、徑流等)和土地資源(如土地利用、土壤侵蝕等)特征，嘗試構(gòu)建橫斷山地水土要素耦合指數(shù)，判別橫斷山地水土要素耦合特征格局、空間差異及年際變化規(guī)律，以期為進(jìn)一步開展橫斷山地相關(guān)研究提供理論參考，為解決區(qū)域山地災(zāi)害和土壤侵蝕問(wèn)題提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

橫斷山地位于中國(guó)西南部，青藏高原的東南緣，川、滇、藏結(jié)合地帶，因山脈、河流南北走向橫斷東西交通而得名(圖1)。對(duì)于橫斷山地的空間范圍說(shuō)法不一[20]，廣義的范圍一般是指伯舒拉嶺、高黎貢山以東，龍門山、邛崍山以西，唐古拉山、巴顏喀拉山、摩天嶺以南，滇西南、滇中山原以北，包括伯舒拉嶺—高黎貢山、他念他翁山—怒山、寧?kù)o山—云嶺、沙魯里山、大雪山、邛崍山和岷山7列山脈。山脈間夾有怒江、瀾滄江、金沙江、雅礱江、大渡河、岷江等6條大河及其支流[20-21]。橫斷山地山脈高聳，絕大多數(shù)海拔超過(guò)4 000 m，河谷切割強(qiáng)烈，多呈深切峽谷，地理環(huán)境垂直分異顯著。由于地理環(huán)境的急劇變異，橫斷山地的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況和國(guó)土空間功能也呈現(xiàn)顯著的分異特征。

圖1 橫斷山地地勢(shì)圖

2 水土要素耦合指數(shù)

2.1 水土要素特征

橫斷山地是中國(guó)山地環(huán)境最為復(fù)雜的區(qū)域，也是水土要素時(shí)空分異最顯著的區(qū)域之一。水土要素的總量匹配情況、時(shí)間變化情況、垂直配置情況和相互作用情況對(duì)橫斷山地的資源環(huán)境安全、防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)環(huán)境保育和全面小康社會(huì)建設(shè)會(huì)造成嚴(yán)重影響。橫斷山地水要素包括降水、氣溫、蒸散、徑流、土壤水等；土要素包括土地覆被、耕地、坡耕地、土壤質(zhì)量等。另外，土壤侵蝕、山地災(zāi)害、面源污染等構(gòu)成要素則是水土要素相互作用的結(jié)果。水土要素中降水、蒸散、徑流、坡耕地、土壤質(zhì)量、土壤侵蝕、山地災(zāi)害等要素，對(duì)橫斷山地乃至橫斷山地江河下游區(qū)域的水土要素耦合和國(guó)土空間功能影響最大。

橫斷山地位于中國(guó)第一級(jí)階梯向第二級(jí)階梯過(guò)渡的地帶，地質(zhì)、地貌、氣候、植被和土壤極其復(fù)雜，地形急變、河谷深切、東西阻隔、南北通道、宏觀氣候-地貌格局等都對(duì)橫斷山地水土要素耦合造成嚴(yán)重影響?？茖W(xué)認(rèn)知橫斷山地水土要素耦合的時(shí)空格局是合理管控橫斷山地“水土遷移”的基礎(chǔ)，更是橫斷山地國(guó)土空間功能優(yōu)化管理的前提。

2.2 水土要素耦合指數(shù)

水土要素耦合是山地資源環(huán)境與國(guó)土空間開發(fā)問(wèn)題分析的邏輯框架，包羅的內(nèi)容廣泛，如針對(duì)城鎮(zhèn)空間的水土要素耦合，針對(duì)農(nóng)業(yè)空間的水土要素耦合，針對(duì)生態(tài)空間的水土要素耦合等。為實(shí)現(xiàn)對(duì)橫斷山地水土要素耦合特征的定量化標(biāo)定與分析，這里從橫斷山地環(huán)境的關(guān)鍵問(wèn)題出發(fā)，構(gòu)建了針對(duì)農(nóng)業(yè)空間的水土要素耦合指數(shù)，即耕地水土要素耦合指數(shù)，其基本形式如下：

其中：CWSI為作物缺水指數(shù)，無(wú)量綱，值域0～1；CWSCI為耕地水土要素耦合指數(shù)，無(wú)量綱；ET為實(shí)際蒸散量，單位：mm；PET為潛在蒸散量，單位：mm；f(SQI)為水土相互作用土壤質(zhì)量效應(yīng)函數(shù)；f(SEI)為水土相互作用土壤侵蝕效應(yīng)函數(shù)。

耕地水土要素耦合指數(shù)數(shù)值越大，表明針對(duì)耕地(或農(nóng)業(yè)生產(chǎn))的水土要素時(shí)空數(shù)量越不匹配，水土要素相互作用越強(qiáng)烈，當(dāng)水、土要素一方面發(fā)生變化時(shí)，土地生產(chǎn)力下降風(fēng)險(xiǎn)更高。也就是說(shuō)指數(shù)越大，水土要素內(nèi)在耦合越差，穩(wěn)定的土地生產(chǎn)力越低，越不適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，調(diào)控水土要素的緊迫性越高，需要的外力干預(yù)程度越大。該指數(shù)對(duì)山地國(guó)土空間功能類型劃分、重要性評(píng)價(jià)及優(yōu)化調(diào)控具有指導(dǎo)意義。在式(1)中作物缺水指數(shù)CWSI實(shí)質(zhì)上是反映了耕地的水土要素?cái)?shù)量匹配特征，f(SQI)、f(SEI)則反映了水土要素的相互作用特征。由于實(shí)際蒸散量ET、潛在蒸散量PET、土壤質(zhì)量SQI、土壤侵蝕SEI在時(shí)間上、空間上的分異，耕地水土要素耦合指數(shù)CWSCI在時(shí)空上具有極其復(fù)雜的時(shí)空分異特征，并由此體現(xiàn)了 “總量匹配、時(shí)間變化、垂直配置、相互作用”的水土要素耦合分析框架。

本文采用MODIS的MOD16A2、MOD16A3產(chǎn)品計(jì)算實(shí)際蒸散量ET、潛在蒸散量PET和作物缺水指數(shù)CWSI；利用多因子綜合評(píng)價(jià)模型，綜合考慮立地條件、氣候、土壤養(yǎng)分、土壤環(huán)境等要素評(píng)估得到土壤質(zhì)量指數(shù)SQI；利用改進(jìn)的USLE模型計(jì)算土壤侵蝕模數(shù)SEI。最終計(jì)算得到了2000—2014年逐年、逐月和多年平均的耕地水土要素耦合指數(shù)。

3 水土要素耦合特征

3.1 水土要素耦合的總體特征

圖2展示了橫斷山地的水土要素耦合空間格局情況。從圖中可以看出，橫斷山地的寧?kù)o山、怒江、金沙江、雅礱江上中段河谷、金沙江下段河谷等區(qū)域水土要素耦合指數(shù)高，表明這些區(qū)域的水、土兩種要素?cái)?shù)量匹配較差，相互作用強(qiáng)烈，當(dāng)一種要素發(fā)生變動(dòng)時(shí)，土地生產(chǎn)力易發(fā)生明顯波動(dòng)，調(diào)控水土要素的需求更加強(qiáng)烈。邛崍山東段的雅安、岷江、大涼山東緣、云南高原的壩子等區(qū)域水土要素耦合指數(shù)較低，意味著這些區(qū)域的水、土兩種要素?cái)?shù)量匹配相對(duì)較好，相互作用相對(duì)較弱，當(dāng)一種要素發(fā)生變動(dòng)時(shí)土地生產(chǎn)力的波動(dòng)較小。

橫斷山地受西南季風(fēng)和東南季風(fēng)兩個(gè)季風(fēng)系統(tǒng)控制，大雪山—大相嶺—大涼山—五蓮山一線以西主要受西南季風(fēng)控制，以東主要受東南季風(fēng)氣候控制。受西南季風(fēng)控制區(qū)域年內(nèi)干濕兩季分明，水土耦合指數(shù)總體較高，年內(nèi)分異更加顯著；受東南季風(fēng)控制區(qū)域總體上雨熱同季，年內(nèi)變動(dòng)幅度比西南季風(fēng)控制區(qū)域平緩，水土耦合指數(shù)相對(duì)較低，尤其以岷山—邛崍山—大涼山東緣水土要素耦合指數(shù)最低。在受西南季風(fēng)控制區(qū)域，由于一系列縱向嶺谷的控制，水汽西東方向輸送被“阻隔”，而南北方向形成水汽“通道”，因此在三江并流區(qū)的伯舒拉嶺以下區(qū)域水土要素耦合指數(shù)較低，尤其以獨(dú)龍江、怒江河谷水土要素耦合指數(shù)更低。以伯舒拉嶺—他念他翁山南段—寧?kù)o山南段—云嶺—點(diǎn)蒼山—無(wú)量山—哀牢山一線分界，橫斷山地西南季風(fēng)控制區(qū)可分成兩個(gè)相對(duì)差異較大的區(qū)域，該線以西、以南年降水量較大，氣候相對(duì)濕潤(rùn)，水土要素耦合指數(shù)較低，而該線以東、以北區(qū)域則氣候較為干燥，水土要素耦合指數(shù)較高，尤其是橫斷山地西北部的他年他翁山、寧?kù)o山、沙魯里山一帶和東南部的金沙江下段干旱河谷區(qū)形成水土要素耦合指數(shù)的高值區(qū)。

圖2 橫斷山地水土要素耦合指數(shù)圖

3.2 水土要素耦合空間分布特征

通過(guò)對(duì)橫斷山地水土要素耦合的總體格局分析發(fā)現(xiàn)，受橫斷山地環(huán)境的影響，尤其是大的氣候、地貌格局控制作用，橫斷山地的水土要素耦合表現(xiàn)出復(fù)雜的空間分布特征。為進(jìn)一步揭示橫斷山地的水土要素空間分布格局，以下從氣候-地貌區(qū)、地形起伏度、海拔、坡度、坡位等5個(gè)方面對(duì)橫斷山地水土要素耦合的空間分布特征進(jìn)行分析。

(1)不同氣候-地貌區(qū)的水土要素耦合特征

本文參考李炳元[20,22]、鄭度[23,24]、楊勤業(yè)[25]、張誼光[26]等對(duì)橫斷山地地貌區(qū)劃、自然區(qū)劃的研究成果，將橫斷山地劃分為三江中段、寧?kù)o山、沙魯里山南段、沙魯里山北段、貢嘎山、邛崍山－岷山、紅原－阿壩高原、邛崍山東段、橫斷山脈南段、大小涼山、滇中高原、滇東北山地等12個(gè)氣候－地貌區(qū)(圖3)。對(duì)橫斷山地12個(gè)地貌區(qū)的水土要素耦合指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)：寧?kù)o山的水土要素耦合指數(shù)平均為0.67，是橫斷山地水土要素耦合指數(shù)最高的區(qū)域；邛崍山東段的水土要素耦合指數(shù)平均為0.35，是橫斷山地水土要素耦合指數(shù)最低的區(qū)域。橫斷山地水土要素耦合指數(shù)從高到低的排序?yàn)椋簩庫(kù)o山＞沙魯里山南段＞沙魯里山北段＞滇東北山地＞橫斷山脈南段＞大、小涼山＞三江中段＞貢嘎山＞滇中高原＞紅原—阿壩高原＞邛崍山—岷山＞邛崍山東段。從水土要素耦合數(shù)值來(lái)看，邛崍山東段區(qū)域，即寶興縣、蘆山縣、天全縣、滎經(jīng)縣、汶川縣的臥龍鎮(zhèn)、映秀鎮(zhèn)、三江鎮(zhèn)一帶，水土要素耦合指數(shù)明顯低于橫斷山地其他區(qū)域，這顯示出橫斷山地宏觀氣候、地貌特征對(duì)水土要素耦合特征的控制作用，也就是說(shuō)宏觀氣候-地貌格局控制了橫斷山地的水土要素耦合格局。

圖3 橫斷山地不同地貌區(qū)的水土要素耦合指數(shù)對(duì)比

(2)不同地形起伏度的水土要素耦合特征

橫斷山地是中國(guó)地形最復(fù)雜的區(qū)域，海拔相對(duì)高差達(dá)到7 198 m。據(jù)周成虎[27]、程維明[28]等提出的中國(guó)陸地地貌基本形態(tài)類型定量提取指標(biāo)，利用SRTM數(shù)據(jù)計(jì)算出橫斷山地地形起伏度數(shù)據(jù)，并將橫斷山地劃分成平原、臺(tái)地、丘陵、小起伏山地、中起伏山地、大起伏山地等6種類型。對(duì)大小涼山、邛崍山東段和三江中段3個(gè)區(qū)域分地貌類型的水土要素耦合指數(shù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)(圖4)，隨著地形起伏度的增加，水土要素耦合指數(shù)快速增加，山地的水土要素耦合指數(shù)明顯高于平原、臺(tái)地和丘陵地區(qū)，地形起伏度對(duì)水土要素耦合影響明顯。由此可以看出，山地尤其是中、大起伏山地的水土要素耦合狀態(tài)較差，土地生產(chǎn)力受水土要素的限制作用明顯，穩(wěn)定的土地生產(chǎn)力較低，是水土要素優(yōu)化調(diào)控的重點(diǎn)區(qū)域。

圖4 不同地形起伏度的水土要素耦合指數(shù)對(duì)比

(3)不同海拔的水土要素耦合特征

利用橫斷山地1:50 000 DEM數(shù)據(jù)，以500 m為間距將橫斷山地劃分成10個(gè)海拔梯度帶，分別是≤1 000 m、1 000～1 500 m、1 500～2 000 m、2 000～2 500 m、2 500～3 000 m、3 000～3 500 m、3 500～4 000 m、4 000～4 500 m、4 500～5 000 m、＞5 000 m。對(duì)不同海拔的水土要素耦合指數(shù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，水土要素耦合指數(shù)總體上隨著海拔升高而升高，說(shuō)明海拔對(duì)水土要素耦合有一定影響。但是存在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，超過(guò)該轉(zhuǎn)折點(diǎn)后水土要素耦合指數(shù)反而下降。以大、小涼山(圖5(a))和邛崍山東段為例(圖5(b))，大、小涼山的海拔轉(zhuǎn)折點(diǎn)為3 500～4 000 m，邛崍山東段的海拔轉(zhuǎn)折點(diǎn)為3 000～3 500 m，這說(shuō)明在橫斷山地東南部3 500 m左右是一個(gè)水土要素耦合的重要分界線。三江中段(5(c))的海拔轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯，但是在3 000～3 500 m存在一個(gè)小的峰值，這預(yù)示著橫斷山地西部、西北部區(qū)域水土要素耦合與海拔的關(guān)系更加復(fù)雜。在1 000 m以下，水土要素耦合指數(shù)最低，且與1 000 m以上區(qū)域顯著分異。1 000 m以下區(qū)域正是橫斷山地典型的干熱河谷區(qū)，這里基于海拔統(tǒng)計(jì)的水土要素耦合指數(shù)特征與上文提出的干旱河谷區(qū)水土要素耦合指數(shù)在高值區(qū)并不矛盾，因?yàn)樵谖⒂^地貌(或稱微觀坡面)上，控制水土要素耦合更重要的是坡度。也就是說(shuō)干熱河谷區(qū)整體上的水土要素耦合情況是不錯(cuò)的，穩(wěn)定的土地生產(chǎn)力較高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間功能適宜性高，但是在坡面上，尤其是坡度達(dá)到一定程度后穩(wěn)定的土地生產(chǎn)力迅速降低。這說(shuō)明在干熱河谷地區(qū)調(diào)控水土要素，不僅是傳統(tǒng)上認(rèn)為的重在“調(diào)水”，而是“水土共調(diào)”，形成管控“水土遷移”的系統(tǒng)體系。

圖5 不同海拔的水土要素耦合指數(shù)對(duì)比

(4)不同坡度的水土要素耦合特征

利用橫斷山地1:50 000 Slope數(shù)據(jù)，以3°、8°、15°、25°、35°、55°為閾值，將橫斷山地坡度分為7個(gè)等級(jí)。對(duì)不同坡度等級(jí)的水土要素耦合指數(shù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)(圖6)，水土要素耦合指數(shù)先隨著坡度升高而增加，但在35°左右存在一個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，之后水土要素耦合指數(shù)隨著坡度增加而降低，該規(guī)律在大、小涼山以及邛崍山東段和三江中段表現(xiàn)都非常突出。由于山地國(guó)土空間功能中的生產(chǎn)和生活空間集中分布在35°以下，因此可以說(shuō)坡度越大水土要素耦合狀態(tài)越差，水土要素更加不匹配，其相互作用更加強(qiáng)烈，因此水土要素耦合對(duì)生產(chǎn)、生活空間功能影響亦越大。在3°～25°范圍內(nèi)，水土要素耦合指數(shù)幾乎隨坡度增加而增加，并存在一個(gè)突變坡度，如大、小涼山的突變坡度在3°左右，邛崍山東段的突變坡度在8°左右，三江中段的突變坡度在15°左右，不同區(qū)域突變坡度的差異是由各區(qū)域的地理環(huán)境特征，尤其是人地關(guān)系所決定的。精確厘定該突變坡度對(duì)于山地水土要素調(diào)控和國(guó)土空間功能優(yōu)化管理意義重大。

(5)不同坡位的水土要素耦合特征

在山地環(huán)境中，坡位也是影響水土要素時(shí)空分布和國(guó)土空間功能的重要因素。在對(duì)不同氣候-地貌區(qū)、不同地形起伏度、不同海拔、不同坡度的水土要素耦合特征分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了不同坡位的水土要素耦合特征。從圖7可以看出，中、上坡的水土要素耦合指數(shù)明顯高于下坡，谷底和山坪的水土要素耦合指數(shù)最低。值得一提的是，在大、小涼山以及邛崍山東段和三江中段都表現(xiàn)出山坪的水土要素耦合指數(shù)最低。耕地主要集中分布在橫斷山地東南部的涼山、楚雄、會(huì)澤、大理一帶，“二半山”耕地是這一帶農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要特征。雖然山坪的水土要素耦合指數(shù)統(tǒng)計(jì)較低，但是山坪或“二半山”的水土要素耦合又受到坡度、水土要素垂直配置特征影響。因此在橫斷山地水土要素調(diào)控、國(guó)土空間功能優(yōu)化管理、精準(zhǔn)扶貧等工作中要重點(diǎn)針對(duì)“二半山”發(fā)力，提升“二半山”穩(wěn)定的土地生產(chǎn)力，促進(jìn)區(qū)域全面小康社會(huì)建設(shè)。

圖6 不同坡度的水土要素耦合指數(shù)對(duì)比

圖7 不同坡位的水土要素耦合指數(shù)對(duì)比

3.3 水土要素耦合年內(nèi)變化特征

圖8給出了橫斷山地作物缺水指數(shù)與水土要素耦合指數(shù)的年內(nèi)變化特征。就作物缺水指數(shù)而言，干季的作物缺水指數(shù)顯著高于雨季的作物缺水指數(shù)，其中4月份的作物缺水指數(shù)最高，8月份的作物缺水指數(shù)最低。但是，水土要素耦合指數(shù)與作物缺水指數(shù)有較大不同，從每年的1月開始水土要素耦合指數(shù)急劇升高，到6月份達(dá)到最高，6月份的水土要素耦合指數(shù)是1月份水土要素耦合指數(shù)的12倍。6月份之后水土要素耦合指數(shù)下降，但是8～9月份水土要素耦合指數(shù)又開始上升，10～12月份水土要素耦合指數(shù)一直保持下降趨勢(shì)。對(duì)比作物缺水指數(shù)與水土要素耦合指數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，10月份至次年4月份橫斷山地水土要素耦合主要由水土要素的時(shí)空分異決定，5～9月份主要由水土要素的相互作用決定，4～6月份水土要素的時(shí)空分異和水土要素的相互作用對(duì)水土要素耦合指數(shù)的影響都較大。橫斷山地水土要素耦合指數(shù)的這種年內(nèi)變化特征給我們一個(gè)很重要的啟示，即水土要素調(diào)控措施也要有季節(jié)性考慮和預(yù)見(jiàn)性，尤其是4～6月份正式干濕季節(jié)交替的時(shí)段，調(diào)控時(shí)不僅要針對(duì)本月份的水土要素耦合情況，還要為下月份的水土要素調(diào)控保留措施空間。

圖8 橫斷山地作物缺水指數(shù)與水土要素耦合指數(shù)的年內(nèi)變化特征

3.4 水土要素耦合年際變化特征

從圖9中可以看出橫斷山地水土要素耦合指數(shù)在2000—2014年15年間主要以年際波動(dòng)特征為主，無(wú)明顯趨勢(shì)性。2000—2006年橫斷山地水土要素耦合指數(shù)呈下降趨勢(shì)，2006—2014年水土要素耦合指數(shù)呈上升趨勢(shì)。同時(shí)，2006年以后水土要素耦合指數(shù)年際波動(dòng)更加劇烈，也就意味著水土要素調(diào)控的難度增大。橫斷山地水土要素耦合指數(shù)表現(xiàn)出的一些趨勢(shì)雖然不顯著，但還是應(yīng)該引起高度重視，并在國(guó)土空間功能優(yōu)化調(diào)控工作中加以考慮。

圖9 2000—2014年的水土要素耦合指數(shù)動(dòng)態(tài)變化

4 結(jié)論與討論

以上構(gòu)建了橫斷山地水土要素耦合指數(shù)，計(jì)算得到了2000—2014年逐年、逐月和多年平均的耕地水土要素耦合指數(shù)值，并基于水土要素耦合指數(shù)對(duì)橫斷山地的水土要素耦合時(shí)空特征進(jìn)行了分析，結(jié)論如下：

(1)宏觀氣候-地貌格局決定了橫斷山地水土要素耦合的空間格局，由此形成了大雪山—大相嶺—大涼山—五蓮山一線和伯舒拉嶺—他念他翁山南段—寧?kù)o山南段—云嶺—點(diǎn)蒼山—無(wú)量山—哀牢山一線分割的3個(gè)水土要素耦合指數(shù)顯著分異的區(qū)域。

(2)水土要素耦合指數(shù)隨地形起伏度增加而增加，隨海拔和坡度升高先增加后降低，在不同坡位上山坪的水土要素耦合指數(shù)最低，中坡和上坡水土要素耦合指數(shù)最高。水土要素耦合指數(shù)受多種因素影響，在微觀層次上坡度對(duì)水土要素耦合影響最大。

(3)橫斷山地水土要素耦合指數(shù)年內(nèi)各月份之間差異顯著，6月份水土要素耦合指數(shù)最高，10月份至次年4月份橫斷山地水土要素耦合主要由水土要素的時(shí)空分異決定，5～9月份主要由水土要素的相互作用決定。近15年間，橫斷山地水土要素耦合指數(shù)無(wú)明顯趨勢(shì)，以年際波動(dòng)變化為主。

(4)綜合橫斷山地水土要素耦合的時(shí)空格局特征，提出了橫斷山地水土要素調(diào)控的關(guān)鍵帶：①關(guān)鍵坡度：18°、25°、35°；②關(guān)鍵海拔：1 000 m、2 700 m、3 500 m；③關(guān)鍵區(qū)域：大、小涼山；④關(guān)鍵部位：二半山；⑤關(guān)鍵時(shí)段：4～6月份。

山地水土要素耦合是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)?，F(xiàn)階段中國(guó)實(shí)施的主體功能區(qū)劃、生態(tài)紅線、國(guó)土空間規(guī)劃等政策都強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)“三類國(guó)土空間”的管控，面向不同國(guó)土空間的水土要素耦合分析思路不同。本文提出的水土要素耦合指數(shù)是面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的水土要素耦合指數(shù)，因此在指標(biāo)設(shè)計(jì)中強(qiáng)化了作物缺水指數(shù)、土壤質(zhì)量、土壤侵蝕等因素，該指數(shù)實(shí)際上反映了耕地的水土要素耦合指數(shù)狀態(tài)。當(dāng)然該指數(shù)對(duì)林地、草地等生態(tài)空間的水土要素耦合也有一定參考價(jià)值。下一步研究中，一方面要加強(qiáng)面向不同國(guó)土空間的水土要素耦合研究工作，如針對(duì)城鎮(zhèn)空間的水土要素耦合，針對(duì)農(nóng)業(yè)空間的水土要素耦合，針對(duì)生態(tài)空間的水土要素耦合等；另一方面，要加強(qiáng)水土要素耦合的歸因分異和區(qū)劃工作，科學(xué)解釋水土要素耦合為什么這樣分異，各區(qū)域之間如何分異，以及水土要素耦合如何調(diào)控等。

(2017年12月29日收稿)

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