东江流域洛水河流域的土壤侵蚀、水土保持与水环境耦合

《Scientific Reports》：Soil erosion, soil and water conservation and water environment coupling in the Luofu River watershed, Dongjiang River Basin

　　

摘要

土壤侵蚀及其与水环境的耦合作用已成为中国南方红壤丘陵地区饮用水安全的关键威胁。本研究以罗浮河流域为研究对象，该流域是东江流域上游的一个典型农业源头汇水区。我们综合运用了修正通用土壤流失方程（RUSLE）、实地监测、地理空间分析和主成分分析（PCA）、耦合协调度模型以及皮尔逊相关分析，系统地量化了土壤侵蚀的时空格局、驱动机制、其与水环境的耦合关系以及水土保持（SWC）措施的综合效益。结果表明，水力侵蚀是全流域的主要侵蚀类型。流域尺度的平均土壤侵蚀模数为 892 t·km?2·a?1，属于轻度侵蚀等级，而局部高强度侵蚀热点分布广泛。中度和强度侵蚀区仅占流域总面积的 8.38%，这些区域主要集中在人口稠密的农业村落。坡耕地是主要的泥沙来源，贡献了总土壤流失量的 67.2%。发现土壤侵蚀与水质恶化之间存在显著的正耦合关系：侵蚀模数与泥沙浓度和总磷（TP）浓度呈现极显著的正相关，相关系数分别为 0.96 和 0.93（P?<?0.001）。源于土壤侵蚀的 TP 占农业非点源 TP 总负荷的 78.5%，这使水环境承载力（WECC）接近预警阈值。自然因素解释了土壤侵蚀总变异的 58.2%，其中地形（LS）因子和降雨侵蚀力（R）是主要的自然控制因素。人类活动解释了 41.8% 的侵蚀变异，并作为局部高强度侵蚀的关键放大器。工程、生态和农艺水土保持措施的综合应用使总土壤流失量减少了 60.1%，TP 负荷减少了 45.8%。本研究提出的分区分类管理框架可为东江流域上游罗浮河流域的土壤侵蚀控制和饮用水源保护提供科学支持，并可能作为中国南方红壤丘陵地区类似小型农业源头汇水区的潜在实践参考。在直接应用于其他流域之前，需要进行进一步的本地化校准。