吳 艷，張曉萍，，陳鳳娟，萬 龍，付艷玲，劉國彬

（1.西北農林科技大學 資源環(huán)境學院，陜西 楊陵712100；2.中國科學院 水利部 水土保持研究所，陜西 楊陵712100）

黃土高原是我國乃至全世界土壤侵蝕最嚴重的地區(qū)之一，惡化的生態(tài)環(huán)境，嚴重阻礙了當?shù)厣鐣洕目沙掷m(xù)發(fā)展，受到政府及科技界的關注［1－5］。影響侵蝕發(fā)生的因素很多，在黃土高原丘陵溝壑區(qū)，不合理的土地利用是導致土壤侵蝕發(fā)生的根本癥結［6－8］。目前實施10a之久的退耕還林還草生態(tài)建設工程正是抑制侵蝕、減少水土流失的有效措施。

侵蝕的發(fā)生發(fā)展規(guī)律與土地利用及地表植被變化息息相關［6－9］。1999年退耕還林還草生態(tài)建設工程實施后侵蝕環(huán)境效應的變化究竟如何需要深入研究。本文以黃土高原丘陵溝壑區(qū)典型流域馬家溝流域為例，以2008年流域土地利用數(shù)據(jù)為基礎，結合地形地貌等要素，依據(jù)水利部部頒《土壤侵蝕分類標準》（SL 190－96）［10］規(guī)程中侵蝕估算法，估算流域土壤侵蝕量，分析其空間分布特征，為流域相關部門進行生態(tài)環(huán)境建設提供決策依據(jù)。

1 流域概況

馬家溝流域位于陜北延安市安塞縣境內，是延河流域的一級支流，黃土丘陵溝壑區(qū)典型流域。流域面積73.82km2，主溝道長17.5km，溝道平均比降6.5‰，溝壑密度 4.5km／km2［11］。該區(qū)氣候屬于中溫帶大陸性半干旱季風氣候，光照充足，晝夜溫差較大，多年平均降雨量為500mm，集中在6－9月，多年平均氣溫8.8℃，蒸發(fā)能力大于1 000mm［4］。主要自然災害有：干旱、大風、冰雹、霜凍等，尤以干旱最為嚴重。成土母質為第四紀黃土，以黃綿土為主要土類，土層深厚，但土質疏松，抗侵蝕性差［4，11］，第三紀紅土在流域溝谷坡腳零星出露。

屬于森林草原植被地帶，森林和草原鑲嵌分布，在廣大梁峁坡頂部及陽坡等顯域環(huán)境分布著以草被植物為主植被，而在陰坡、溝坡底部水分比較集中的地方分布著以喬木或灌木為主的植被。地下儲藏大量的石油、天然氣等資源。

馬家溝流域包含5個行政村22個自然村，總人口4 294人，其中農業(yè)人口3 521人，人口密度58人／km2，人口自然增長率13.0‰。據(jù)調查，2008年農民年人均純收入4 000元［12］。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

馬家溝流域2008年土地覆被數(shù)據(jù)是在1990年土地利用圖基礎上，經過2008年12月實地調查，訂正1990年變更的圖斑界線及屬性而獲得，如附圖2所示，各利用類型面積及占流域比例見表1。1990年土地利用圖由安塞縣土地局提供，屬全國第一次土地利用調查成果。結合1∶1萬地形圖生成的流域地形高程模型DEM數(shù)據(jù)（分辨率25m），來分析流域侵蝕現(xiàn)狀及空間分布特征。

表1 馬家溝流域2008年土地利用結構統(tǒng)計

2.2 研究方法

中華人民共和國水利部1997年實施的《土壤侵蝕分類分級標準》SL－190－196［4］，是對全國土壤侵蝕區(qū)的侵蝕強度規(guī)定和采用的半定性半定量的判別方法。其過程是通過確定評價單元的坡度和植被覆被度，來確定單元的侵蝕強度，在目前國內土壤侵蝕強度評價還缺少標準性、規(guī)范性定量方法條件下，該方法仍不失為一個簡便、實用的好辦法［13］。文章主要采用該方法中對水蝕中面蝕的判定準則，如表2所示。土壤侵蝕強度分級標準見表3所示。

表2 水利部1997年部頒水蝕（面蝕）評價標準

表3 水利部1997年部頒水蝕（面蝕）土壤侵蝕強度分級標準表

在ArcGIS軟件支持下將2008年土地利用圖轉化為5m×5m網格的柵格圖，與流域地形高程模型保持一致。估計不同覆被條件下的覆蓋度，并經過實地調查驗證，結果如表4所示。

表4 馬家溝流域不同土地覆被類型下郁閉度估算

作為特殊用地類型，居民點和工礦用地按中度侵蝕考慮，水域按微度侵蝕考慮。溝道分布的川地、川臺地作為農民的基本口糧田，按微度侵蝕考慮。梯旱地按照所在坡度判斷侵蝕級別，考慮到經過小地形改造，實際確定侵蝕級別較判斷級別小一級。坡旱地按照表2判斷。果園按照估計的郁閉度按林地判斷侵蝕級別。

3 結果與分析

3.1 流域年均土壤侵蝕量估算

依據(jù)上述研究方法，在2008年土地利用基礎上，經過ArcGIS編程計算，估算馬家溝流域年均土壤侵蝕模數(shù)為5 700t／（km2·a），流域上中下游的土壤侵蝕模數(shù)分別為：5 720t／（km2·a）、5 350t／（km2·a）、6 240t／（km2·a）。流域土壤侵蝕分布如附圖3所示，侵蝕級別分布如圖1所示。

從圖1可知，馬家溝流域各侵蝕級別在流域中所占面積呈正態(tài)分布，以中度侵蝕面積最廣，占流域面積的53.65%，其次是強度和輕度侵蝕，分別占流域面積的17.23%和14.64%，然后是極強度、微度和劇烈，占流域面積分別是9.2%、4.16%和1.12%。

圖1 馬家溝流域年均土壤侵蝕量級別分布

微度侵蝕以流域溝道川地、川壩地為主，坡度為零或很小，作為農業(yè)的基本農田用地，以玉米或大棚蔬菜種植為主，如附圖3所示。輕度侵蝕發(fā)生地類以地表林草覆蓋度在0.5～0.6以上的有林地、灌木林地及地表草被覆蓋較好的疏林地，以及坡度較小的緩坡塌地為主。地表良好的覆蓋有減緩降雨動能，增大降雨截留量、增加降雨入滲量、延緩地表徑流發(fā)生時間及減少地表徑流發(fā)生量的功能［14－15］，因而極大地減少了侵蝕的發(fā)生幾率，將侵蝕模數(shù)控制在2 000t／（km2·a）左右。梁峁坡頂在坡度＜15°、林草有效蓋度0.4以上時，也能有效增加徑流入滲，減少徑流產生量及動能，因而侵蝕幾率也較小。

圖2 馬家溝流域侵蝕強度級別估算面積占不同區(qū)域比例

馬家溝流域中度侵蝕發(fā)生在坡度15°以上，地表覆蓋度0.5以下的荒草地，包括部分疏林地、造林地。由于坡度陡，荒草地表覆蓋度不高，產生侵蝕幾率增大。疏林地地表雖有喬木生長，但林冠稀疏，林下層次單調，土層較薄，草地覆蓋度在0.4左右；造林地樹苗幼小，成活率不高，以等高排列、整齊規(guī)范的魚鱗坑為主要辨識特征。0.5以下的地表覆蓋度，在＞15°以及更大坡度上，暴雨條件下非常容易產生4 000t／（km2·a）左右的侵蝕量。

溝坡坡度25°以上，林草蓋度差且土層薄，承接上方來水后地表徑流量及其動能急劇增加，不易發(fā)生徑流入滲，在細溝、切溝等流路基礎上，容易發(fā)生強度以上侵蝕，暴雨和大暴雨時，非常容易發(fā)生極強度和劇烈侵蝕。侵蝕模數(shù)在6 000～8 000t／（km2·a），甚至在10 000t／（km2·a）以上。在2008年土地利用和林草覆蓋條件下，馬家溝流域有27.58%的面積屬于這樣的地類。

3.2 侵蝕空間分布特征

如附圖2所示，將流域按照水系流路大致分為上、中、下游，占全流域面積比例大約為54%、36%和10%。2008年土地覆蓋情況下侵蝕級別分布面積在全流域的分布特征如表5所示。

表5 馬家溝流域上中下游侵蝕分布

流域上中下游各侵蝕級別的面積占全流域的分布比例非常相似，均呈正態(tài)分布形式，如表5所示，中度侵蝕級別的估算面積最大，然后是強度／輕度級別、極強度／微度級別和劇烈侵蝕級別。這種分布狀況是全流域實施退耕還林所表現(xiàn)出來的環(huán)境效應，與林地尤其是草地面積增加，侵蝕級別降低關系非常密切。受流域上中下游劃分的影響，總體上，流域各侵蝕級別的面積在上游比較集中，其次是中游，然后是下游。

在不同空間內，上、中游幾乎一半左右的面積（56.86%、52.11%）為 中 度 侵 蝕，下 游 也 高 達41.43%，如圖2所示。強度侵蝕在流域上、中游比例幾乎相同，分別為15.08%和15.46%，而流域下游則分布面積較大，比例為35.96%。類似地，極強度侵蝕的分布在上中游比例近似，分別為9.61%和8.15%，而下游分布面積則較大，為10.81%。劇烈侵蝕的面積在上中游所占比例要大于下游。輕度侵蝕面積所占比例上中游較下游大，而微度侵蝕則以下游居多。

圖3 馬家溝流域不同區(qū)域侵蝕級別比例相對于全流域侵蝕級別比例的變化

將流域上中下游各侵蝕強度所占比例與全流域相應侵蝕強度所占比例的比值稱為各侵蝕強度級別的變化指數(shù)，以反映侵蝕強度在流域中分布格局的不同，如圖3所示。值越大，表示該侵蝕級別的分布越集中，值越小，表示分布面積越少，接近于1，表示與全流域分布格局相似。從圖3看出，上、中游侵蝕強度級別的分布與全流域比較相似，下游差異較大。

流域侵蝕級別的分布格局與流域的地形地貌特征緊密相關。上中游水力侵蝕十分活躍，15°～25°及以上溝坡面積占有很大比例，在中游地區(qū)，滑塌等重力侵蝕的發(fā)生發(fā)育了大片緩坡塌地，成為當?shù)厝罕娚畹闹饕洜I對象。在退耕還林還草政策實施背景下，大部分坡耕地甚至梁峁頂梯田流轉為草地，但據(jù)實地調查，其林草蓋度及生長狀況并沒有發(fā)育到能有效控制土壤侵蝕發(fā)生的程度，且農耕地中坡耕地仍占44.8%的面積，因此，在覆蓋度＜0.4，＞35°陡坡部位發(fā)生極強度甚至劇烈侵蝕。在廣大25°～35°部位發(fā)生強度和中度侵蝕，15°～25°坡度仍發(fā)生著中度－輕度侵蝕。

相對流域下游微度和強度侵蝕比較集中，而輕度和劇烈侵蝕較少。溝口是整個集水區(qū)的唯一出口，水流量大且流速很快，下蝕和側蝕十分強烈，溝道展寬，但是溝坡地形陡峭，水力侵蝕發(fā)育。河川地面積比例增大，因而流域下游微度侵蝕面積比例遠遠大于上中游。雖然流域下游林地分布面積最大，但是在調查中發(fā)現(xiàn)，其林相單一，林下層次不豐富，人工生態(tài)系統(tǒng)特征突出，雖然一定程度上保護了地表土層，但其功能的發(fā)揮仍受地形的很大限制，強度和極強度侵蝕發(fā)生幾率還是很大的。如附圖3和圖2所示。

4 結論

以陜北丘陵溝壑區(qū)典型流域馬家溝流域為例，在2008年流域土地利用數(shù)據(jù)基礎上，結合地形地貌等要素，依據(jù)水利部部頒《土壤侵蝕分類標準》（SL 190－96）規(guī)程中侵蝕估算法，估算流域土壤侵蝕量，分析其空間分布特征，為相關部門進行生態(tài)環(huán)境建設提供決策依據(jù)。

退耕政策實施后的近10年來，馬家溝流域土壤侵蝕模數(shù)估算值為5 700t／（km2·a）。該流域各侵蝕級別的面積占流域的分布比例呈正態(tài)分布，以中度侵蝕面積最廣，為流域面積的53.65%，其次是強度、輕度級別，分別為流域面積的17.23%和14.64%，然后是極強度、微度級別和劇烈侵蝕級別，占流域面積分別是9.2%、4.16%和1.12%。

整體上，侵蝕強度的分布仍受地形發(fā)育的影響。在上、中游各侵蝕強度級別的發(fā)生面積與全流域的分布非常相似，中游劇烈侵蝕面積稍有增加。而下游則與全流域分布格局差異很大，相對地說，微度和強度侵蝕比較集中，而輕度和劇烈侵蝕面積較少。

［1］ 吳發(fā)啟，趙曉光，劉秉正，等.黃土高原溝壑區(qū)流域土壤侵蝕系統(tǒng)分析［J］.西北林學院學報，1995，10（1）：1－7.

［2］ 李銳，上官周平，劉寶元，等.近60年我國土壤侵蝕科學研究進展［J］.中國水土保持科學，2009，7（5）：1－6.

［3］ 鄭粉莉.淺談我國土壤侵蝕學科亟待加強的研究領域［J］.水土保持研究，1999，6（2）：26－31.

［4］ 秦偉，朱清科，張巖.基于GIS和RUSLE的黃土高原小流域土壤侵蝕評估［J］.農業(yè)工程學報，2009，25（8）：157－163.

［5］ 張翼.黃土高原丘陵溝壑區(qū)土壤侵蝕研究進展［J］.水土保持學報，2001，15（2）：121－124，128.

［6］ 雷會珠，楊勤科，焦峰.黃土高原丘陵溝壑區(qū)的土壤侵蝕與土地利用［J］.水土保持研究，2000，7（2）：48－51.

［7］ 張魯，周躍，張麗彤.國內外土地利用與土壤侵蝕關系的研究現(xiàn)狀與展望［J］.水土保持研究，2008，15（3）：43－48.

［8］ 王思遠，劉紀遠，張增祥，等.不同土地利用背景下土壤侵蝕空間分布規(guī)律研究［J］.水土保持學報，2001，15（3）：48－51.

［9］ 李秀霞，倪晉仁.土壤侵蝕及其影響因素空間相關性分析［J］.地理科學進展，2009，28（2）：161－166.

［10］ 中華人民共和國水利部.土壤侵蝕分類分級標準［S］.北京：中國水利水電出版社，1997.

［11］ 李勇，張建輝，楊俊誠，等.陜北黃土高原陡坡耕地土壤侵蝕變異的空間格局［J］.水土保持學報，2000，14（4）：17－21.

［12］ 申圓圓，高苗苗.陜北地區(qū)退耕還林之后知識援助的必要性研究：以安塞縣為例［J］.延安大學學報：社會科學版，2009，31（3）106－109.

［13］ 姚鶴齡，史學建，王昌高，等.基于RS與GIS的土壤侵蝕評價方法［J］.中國水土保持，2005（5）：42－43.

［14］ 王占禮.中國土壤侵蝕影響因素及其危害分析［J］.山西水土保持科技，2000（2）14－16.

［15］ 張曉萍，焦峰，李銳.天山北麓中段土壤侵蝕影響因素及特征分析［J］.西北農業(yè)大學學報，2000，28（5）：42－48.