基于模糊层次分析与遥感技术的土壤侵蚀防控造林空间优化研究

《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》：Optimizing afforestation space for soil erosion control using fuzzy analytical hierarchical modelling and advanced remote sensing techniques

本研究创新性地融合模糊层次分析法（FAAHP）、地理信息系统（GIS）与多准则决策模型（MCDM），构建了土壤侵蚀敏感性评估与造林适宜性区划的双重分析框架。通过整合地形（坡度）、气候（降雨）、土壤（氮含量、有机碳、pH值）及植被指数（NDVI）等多元参数，精准识别了上苏巴内雷卡流域19.29%的高侵蚀风险区，并划定6.08%的优先造林区域。该研究为脆弱生态区的土壤保持与可持续土地利用提供了科学精准的空间规划方案。

　　

研究亮点

本研究通过整合模糊层次分析法（FAHP）与地理信息系统（GIS）的多准则决策框架，创新性地将土壤侵蚀热点分析纳入造林适宜性评估体系。该方法有效克服了传统模型在环境参数不确定性处理中的局限，为生态修复策略提供了空间显式的科学依据。

研究区域

苏巴内雷卡河流域位于印度东部，横跨贾坎德邦、西孟加拉邦和奥里萨邦。流域上游主要覆盖贾坎德邦的兰契市和西辛赫布姆地区，总面积约12,840.19平方公里。该区域以乔塔纳格浦尔高原为地质基底，兼具河岸平原与陡峭台地地貌特征，季风性强降雨与人类活动共同加剧了土壤侵蚀风险。

材料与方法

为精准划定造林优先区，研究采用两阶段分析策略：首先基于地形（坡度）、土壤（质地）、气候（降雨）及植被覆盖（NDVI）等参数构建土壤侵蚀潜力指数（SEPI）；继而叠加土壤肥力指标（氮含量、有机碳、pH值）与水文指数（径流系数、输沙量指数），通过FAHP加权融合生成造林适宜性指数（ASI）。所有空间分析均通过SCS-CN模型与遥感影像（Landsat 8）实现标准化处理。

单项准则分析

各土壤侵蚀与造林适宜性评价准则的空间分异特征如下（图3）：

流域坡度范围从近水平平原（0°）至67.7°的陡峭悬崖，其中乔塔纳格浦尔高原的强降雨在陡坡区域形成高强度径流，导致表层土壤严重流失。土地利用/覆盖类型显示，农业活动与稀疏植被区（NDVI<0.3）与侵蚀高风险区高度重合。土壤质地以砂壤土为主，其低持水性加剧了径流侵蚀力。水文指数中，河道功率指数（SPI）与输沙量指数（STI）在河谷地带显著升高，指示强烈沉积物运移。土壤化学指标方面，酸性土壤（pH<6.5）与低有机碳含量（<0.5%）区域需通过造林提升肥力。坡向通过调节日照与湿度影响微环境，北向斜坡更利于耐阴树种定植。

结论

本研究证实FAHP-GIS-MCDM框架能有效协同土壤侵蚀防控与造林空间优化。流域内19.29%（2,476.72平方公里）属高侵蚀风险区，主要分布于兰契、昆蒂等植被稀疏的陡坡地带；6.08%的退化林地与脊谷系统被识别为优先造林区。模型验证显示侵蚀评估与造林适宜性预测精度分别达82.5%和92.5%，为流域生态修复提供了可靠的空间决策支持。