本文属于类型a，即单项原创研究的学术论文。以下是根据文档内容撰写的学术报告。
作者与发表信息
该研究由王小燕和杨勤科共同完成。第一作者王小燕来自西北大学城市与环境学院及黄河流域水土保持生态环境监测中心，通讯作者杨勤科为西北大学教授。论文发表于《水土保持通报》（Bulletin of Soil and Water Conservation）2016年第36卷第2期，页码为1—7。论文题目为《中尺度流域土地利用变化对土壤侵蚀的影响——以孤山川流域为例》。
学术背景与研究目的
土壤侵蚀是在水力、风力、重力及人为活动综合作用下，土壤和地面组成物质发生破坏、分散、搬运和沉积的过程。人类对植被的破坏和不合理利用土地资源是加速侵蚀的主要原因，而调整土地利用结构和布设水土保持措施是治理水土流失的关键。已有研究表明，土地利用变化和植被覆盖变化是影响土壤侵蚀的重要因素。随着黄土高原退耕还林还草工程的实施，植被和土地利用发生了显著变化，但其与土壤侵蚀的关系仍需更专门性的分析。现有研究多是对流域或区域尺度土壤侵蚀的综合评价，对土地利用和植被覆盖变化对土壤侵蚀影响的专门性分析不够深入。因此，本研究以黄土丘陵Ⅰ副区的孤山川流域为对象，基于经验性土壤侵蚀模型的基本原理，重点分析土地利用变化和植被覆盖度变化对土壤侵蚀的影响，旨在为认识黄河泥沙变化和完善土壤侵蚀模型提供理论支持。
研究区概况与数据来源
孤山川流域位于黄河中游右岸，地理坐标为110°32′24″—111°05′24″E，39°00′00″—39°27′36″N，是黄河的一级支流。流域发源于内蒙古自治区准格尔旗，流经陕西省府谷县，干流全长79.4 km，流域面积1272.07 km²，其中水土流失面积占97%。流域内主要植被类型以草地为主，属于半干旱大陆性气候，多年平均降雨量410 mm。土壤侵蚀以水蚀为主，沟谷发育，水土流失严重。2000年以前多年平均侵蚀模数可达1.5～2.0×10⁴ t/km²，退耕还林工程实施后植被有较大程度恢复。研究使用了1975年MSS影像、1986、1997、2006年的Landsat TM影像及2012年RapidEye遥感影像，以及10 m分辨率的数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）。影像在ERDAS IMAGINE软件中进行几何校正，投影统一设置为Albers Conical Equal Area。DEM根据1∶5万地形图在ANUDEM软件支持下生成。
研究方法与工作流程
研究主要包括土地利用信息提取、植被覆盖度计算、动态特征分析和植被作用因子计算四个主要步骤。
在土地利用信息提取方面，根据土壤侵蚀评价需要，将土地利用分为耕地、林地、草地、居民地、水体和沙地六类。基于前期数据积累，在ERDAS软件支持下完成2012年的土地利用分类。植被覆盖度采用像元二分法模型（Fraction Vegetation Coverage, FVC）估算，其公式为FVC = (NDVI - NDVI_soil) / (NDVI_veg - NDVI_soil)，其中NDVI_soil为无植被覆盖区域的NDVI值，NDVI_veg为完全植被覆盖像元的NDVI值。参数取NDVI累计频率0.5%和99.5%处的值。动态特征分析采用转移矩阵方法，利用地图代数原理，通过公式C_ij = Akij × 10 + A(k+1)ij提取土地利用或植被覆盖度变化信息，并据此求算转移矩阵。
植被作用因子计算基于中国土壤流失方程（Chinese Soil Loss Equation, CSLE）：A = R·K·L·S·B·E·T·G。其中A为年单位面积土壤侵蚀量，R为降雨侵蚀力因子，K为土壤可蚀性因子，L为坡长因子，S为坡度因子，B为生物措施因子，E为工程措施因子，T为耕作措施因子，G为沟蚀因子。研究假定R、K、E和LS在研究时段内保持不变，重点分析由土地利用和植被覆盖变化引起的B、T和G因子的变化，并将其合称为植被作用因子。B因子和T因子的计算参考谢红霞的方法，不同土地利用类型和植被盖度对应不同的B值，不同坡度对应不同的T值。沟蚀因子G根据江忠善的方法计算，当坡度大于15°时，G = 1 + 1.6sin(θ - 15°)。所有因子计算在Arc/INFO Workstation下用AML编程完成。
主要研究结果
土地利用变化分析表明，1975—2012年孤山川流域土地利用变化主要集中在耕地、草地、林地和沙地。耕地面积从1975年的441.59 km²先增加至1986年的463.24 km²，后逐步减少到2012年的249.66 km²；草地面积先由1975年的793.76 km²小幅减小至1997年的756.67 km²，后缓慢增加至2012年的880.67 km²；林地持续增加但所占比重较小；沙地先迅速增加后又缓慢减小。从转移矩阵看，1975—1997年耕地主要由草地转化而来，转移面积为154.92 km²，占草地转出面积的19.53%；耕地主要转出为草地，占其转出面积的39.25%。1997—2012年，耕地、林地和部分沙地转化为草地，转移面积分别为218.38 km²、23.42 km²和5.74 km²；耕地年变化率为-11.64%，草地年变化率为9.95%。
植被覆盖度分析显示，1975—2012年流域植被覆盖度总体呈波动增长趋势。植被覆盖度均值从1975年的57%降低至1997年的27%，之后逐渐增加至2012年的63%。1975—1997年，裸露和低覆盖面积分别从16.47 km²和17.98 km²增加至107.68 km²和755.84 km²；1997—2012年则相反，低覆盖显著降低，中高覆盖明显增加。转移矩阵表明，1975—1997年植被覆盖整体由较高等级向较低等级转移，30%～45%和45%～60%覆盖等级大量转移为10%～30%低覆盖；1997—2012年，45%以下覆盖等级主要向45%～60%中覆盖转移。
植被作用因子与土地利用和植被覆盖的关系方面，植被作用因子随耕地面积增加而增大，随耕地减少而减小；草地面积最小时植被作用因子最大，随草地增加而缓慢降低；林地面积逐渐增加而植被作用因子呈降低趋势。生物措施因子B随耕地减小、草地和林地增加而逐渐降低，T因子和G因子也随耕地减小而缓慢降低。植被作用因子整体变化趋势与植被覆盖度相反：植被覆盖度较差时植被作用因子较大，植被覆盖度较好时植被作用因子较小。B因子与G因子在1975—2012年均呈现先增加后减小的变化规律，与植被覆盖度变化相反。
结论与研究意义
研究得出以下结论：孤山川流域1975—2012年土地利用和植被覆盖变化的总体特征是耕地和沙地先增加后大幅减小，草地先减小后逐渐增加，林地和居民地逐步增加，植被覆盖度呈波动增长趋势。1975—1997年耕地和沙地增加、草地减少、植被覆盖度降低，植被作用因子呈增加趋势，表明人为不合理土地利用方式导致土地退化和沙化；1997—2012年草地和林地面积增加、耕地和沙地减少、植被覆盖度增加，植被作用因子逐渐减小，土壤侵蚀逐渐减弱。研究表明林地和草地是控制土壤侵蚀的重要林草措施，增加林草种植面积对减少土壤侵蚀具有重要意义。本研究的科学价值在于利用CSLE模型定量分析了土地利用和植被覆盖变化对土壤侵蚀因子的影响，揭示了植被作用因子随土地利用变化的响应规律。应用价值在于为黄土高原水土保持措施布局和退耕还林还草工程效果评估提供了理论依据。同时，作者指出本研究仅是初步探讨，分析结果为相对量，尚未通过综合评价计算具体土壤侵蚀量，也未考虑土壤侵蚀因子和降雨侵蚀因子的影响，这些将在后续研究中逐步展开。
研究亮点
本研究的亮点包括：以中尺度流域为对象，专门分析土地利用和植被覆盖变化对土壤侵蚀的影响，弥补了以往综合性评价中专门性分析不足的问题；采用转移矩阵方法定量刻画土地利用和植被覆盖度的时空转换特征；将CSLE模型中的B、T、G因子合成为植被作用因子，系统分析了其随土地利用和植被覆盖变化的响应规律。研究结果清晰揭示了退耕还林还草前后植被作用因子的变化趋势，为理解黄河泥沙变化提供了重要参考。