龐國(guó)偉，謝紅霞，李銳，楊勤科

(1.中國(guó)科學(xué)院水利部 水土保持研究所，712100，陜西楊凌;2.中國(guó)科學(xué)院研究生院，100049，北京;3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，410128，長(zhǎng)沙;4.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，710127，西安)

70多年來紙坊溝小流域土壤侵蝕演變過程

龐國(guó)偉1，2，謝紅霞1，3，李銳1?，楊勤科4

(1.中國(guó)科學(xué)院水利部 水土保持研究所，712100，陜西楊凌;2.中國(guó)科學(xué)院研究生院，100049，北京;3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，410128，長(zhǎng)沙;4.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，710127，西安)

為了系統(tǒng)研究黃土高原丘陵溝壑區(qū)土壤侵蝕演變過程及其規(guī)律，以黃土高原紙坊溝流域?yàn)槔?，在GIS的支持下，運(yùn)用RUSLE估算了該流域1938—2010年間18個(gè)年份的年侵蝕量和侵蝕強(qiáng)度，分析了70多年來流域土壤侵蝕時(shí)空演變過程。結(jié)果表明：1)紙坊溝流域的土壤侵蝕隨時(shí)間呈四次拋物線變化，侵蝕模數(shù)由1938年的7 584.39 t/(km2·a)猛增到1958年的4萬(wàn)6 392.56 t/(km2·a)，隨后總體呈遞減趨勢(shì)，到2010年侵蝕模數(shù)降至5 150.80 t/(km2·a)。2)1938年中度以下侵蝕面積占流域總面積的52.99%;1958—1978年以劇烈侵蝕為主，占流域總面積的67.05%，其中1958年高達(dá)78.61%;1978—1998年侵蝕強(qiáng)度有所下降，微度侵蝕面積占流域總面積比例達(dá)到29.27%;1999年以來，微度侵蝕面積達(dá)到3.85 km2，劇烈侵蝕面積僅占流域總面積的8.96%。經(jīng)過30多年的綜合治理，該流域生態(tài)環(huán)境明顯改善，但溝谷陡荒坡侵蝕依然嚴(yán)重，是今后水土流失治理的重點(diǎn)區(qū)域。

土壤侵蝕;GIS;RUSLE;演變過程;黃土高原

土壤侵蝕是當(dāng)今世界最嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題之一，嚴(yán)重威脅著人類的生存和發(fā)展，一直受到各國(guó)研究者的普遍關(guān)注和重視［1-2］。由于自然和歷史原因，黃土高原成為我國(guó)乃至全球土壤侵蝕最嚴(yán)重的地區(qū)，是水土保持領(lǐng)域研究的重點(diǎn)區(qū)域。土壤侵蝕受氣候、地質(zhì)地貌、土壤、植被、人為活動(dòng)等因素的長(zhǎng)期影響，具有明顯的時(shí)空異質(zhì)性，了解其時(shí)空演變規(guī)律對(duì)于土壤侵蝕的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及科學(xué)防治具有重要意義。小流域是土壤侵蝕發(fā)生和發(fā)展的最基本單元，是探索土壤侵蝕規(guī)律和評(píng)價(jià)流域治理效益的重要途徑和內(nèi)容。在小流域綜合治理中，如何及時(shí)、快速、準(zhǔn)確查清土壤侵蝕強(qiáng)度、面積和空間分布變化規(guī)律，仍是水土保持工作中亟待解決的重要問題?；贕IS技術(shù)的小流域土壤侵蝕模型是進(jìn)行土壤侵蝕過程定量研究與土壤侵蝕評(píng)價(jià)的有效方法，其中，修正通用土壤流失方程(RUSLE)較為全面地考慮了土壤侵蝕的影響因素，已被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用［3-6］。紙坊溝流域?qū)俚湫忘S土高原丘陵溝壑區(qū)，1974年開始以造林種草為重點(diǎn)的綜合治理，1986年以來，該流域又連續(xù)作為國(guó)家“七五”“八五”“九五”科技攻關(guān)的試驗(yàn)區(qū)，特別是隨著1999年“退耕還林(草)工程”的實(shí)施，生態(tài)環(huán)境明顯改善，同時(shí)，在近25年的綜合治理及減沙效益監(jiān)測(cè)研究中積累了大量的數(shù)據(jù)和資料，在此基礎(chǔ)上，對(duì)綜合治理的減沙效益［7-11］、土壤侵蝕評(píng)價(jià)［12-14］等進(jìn)行了深入的研究;但在減沙效益研究中基本以定點(diǎn)觀測(cè)為主，空間表達(dá)尚顯不足，在土壤侵蝕評(píng)價(jià)方面，僅對(duì)2000年之前作了分析，退耕還林(草)實(shí)施10年來對(duì)土壤侵蝕的影響評(píng)價(jià)還未見報(bào)道。為了較為完整、系統(tǒng)地分析該流域土壤侵蝕演變過程，筆者基于GIS和修正通用土壤流失方程，定量評(píng)估、分析流域1938—2010年不同時(shí)期的土壤侵蝕演變過程及特征，以期為黃土高原丘陵溝壑區(qū)水土流失防治及水土保持效益評(píng)價(jià)提供參考和依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

紙坊溝流域(圖 1)(E 109°19'30″，N 36°51'30″)位于黃土高原丘陵溝壑區(qū)第二副區(qū)，是延河支流杏子河下游的一級(jí)支溝，流域面積8.27 km2，把口站控制面積為8.05 km2，海拔在1 040～1 425m之間，流域內(nèi)梁峁起伏，地形破碎，溝壑密度高達(dá)8.06 km/km2。氣候上屬于暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱氣候過渡區(qū)，年均降雨量482.7mm，降雨主要集中在6—9月，以暴雨為主，降雨量占全年的73.6%，尤其是集中于7—8月，降雨量占全年降雨量的46.3%。流域內(nèi)土壤類型較為單一，地帶性黑壚土因長(zhǎng)期遭侵蝕，大部分已流失，現(xiàn)今主要土壤為在黃土母質(zhì)上發(fā)育的幼年土壤黃綿土，其面積占總土壤面積的65.5%，其次為紅膠土、二色土等，占25.1%。流域內(nèi)的主要土壤黃綿土，質(zhì)地均一，顆粒組成以粉粒級(jí)為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為53.9% ～74.8%，土壤物理黏粒為16% ～26%，有機(jī)質(zhì)含量低，結(jié)構(gòu)疏松，土性綿軟，極易被分散和搬運(yùn)［15］。紙坊溝流域處于森林草原帶的北部邊緣，天然植被主要為半旱生的草灌類，治理前植被稀少，開墾指數(shù)極高，水土流失嚴(yán)重，多年平均侵蝕產(chǎn)沙模數(shù)高達(dá)1萬(wàn)4 000 t/(km2·a)［10］，1974年以來，在流域綜合治理中，開展了造林種草，植被有了較大恢復(fù)和發(fā)展，形成了以人工林為主體的植被景觀。

圖1 紙坊溝流域示意圖Fig．1 Location of Zhifanggou Watershed

1.2 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)包括：1)1938—2010年共18期土地利用圖，其中1938年土地利用數(shù)據(jù)采用農(nóng)戶訪問調(diào)查、實(shí)地調(diào)查勾繪、文獻(xiàn)資料查閱等方式獲取;1958、1975、1978、1987、1990 和2003 年6 期土地利用圖根據(jù)航空遙感影像(1∶1萬(wàn))，采用目視解譯，結(jié)合地面調(diào)查和農(nóng)戶訪問獲得;1991—2000年、2010年的土地利用數(shù)據(jù)，根據(jù)地面逐年實(shí)際監(jiān)測(cè)制圖獲得。2)5m分辨率DEM。3)1∶1萬(wàn)土壤圖。4)1956—2010年日降雨數(shù)據(jù)，其中1956—1984年數(shù)據(jù)用紙坊溝與其附近的招安、安塞、沿河灣、磚窯灣4個(gè)水文站進(jìn)行逐步回歸得到。

1.3 計(jì)算方法

1.3.1 降雨侵蝕力因子R降雨侵蝕力因子反映降雨引起土壤分離和搬運(yùn)的動(dòng)力大小，即降雨產(chǎn)生土壤侵蝕的潛在能力。精確估算降雨侵蝕力的方法是根據(jù)擬定的降雨侵蝕力指標(biāo)、計(jì)算一定時(shí)期內(nèi)全部侵蝕性次降雨的侵蝕力［1，16］，但在很多國(guó)家和地區(qū)，很難獲得所必須的次降雨過程資料。本文選擇基于日降雨資料的年降雨侵蝕力計(jì)算方法［17-18］：

式中：Ri為第i年降雨侵蝕力，MJ·mm/(hm2·h·a);k為1年內(nèi)的時(shí)間，d;Pj為年內(nèi)第j天侵蝕性降雨量，mm(按黃土高原侵蝕性降雨標(biāo)準(zhǔn)［19］，要求大于12mm，否則按0計(jì));α、β為研究區(qū)降雨特征參數(shù);Pd12為日降雨量≥12mm的多年平均日降雨量，mm;Py12為雨量≥12mm的年均降雨量，mm。

考慮到流域面積較小，降雨空間異質(zhì)性不明顯，降雨侵蝕力統(tǒng)一采用把口站降雨數(shù)據(jù)計(jì)算。

1.3.2 土壤可蝕性因子K土壤可蝕性即土壤遭受侵蝕的敏感程度，是土壤抵抗由降雨、徑流產(chǎn)生的侵蝕能力的綜合體現(xiàn)。RUSLE中，土壤可蝕性因子定義為標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)內(nèi)單位降雨侵蝕力引起的土壤流失率。根據(jù)EPIC模型［20］計(jì)算K值。

式中：M、F、N分別為砂粒、粉粒、黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%;T為土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%;δ=1-M/100。計(jì)算的K值為美制單位(t·acre·hr/100·acre·feet·tonf·inch)，將其乘以0.131 7 轉(zhuǎn)化為國(guó)際制單位(t·hm2·h/hm2·MJ·mm) 。

1.3.3 坡度坡長(zhǎng)因子LS地形對(duì)土壤侵蝕的影響由坡度(S)和坡長(zhǎng)(L)決定。坡長(zhǎng)因子采用W.H.Wischmeier等［16］提出的計(jì)算方法，由于黃土高原多陡坡，坡度因子的計(jì)算采用D.K.McCool等［21］的計(jì)算方法和Liu Baoyuan等［22］陡坡計(jì)算公式：

式中：L為坡長(zhǎng)因子;S為坡度因子;λ為由DEM提取得坡長(zhǎng);α為坡長(zhǎng)指數(shù);θ為由DEM提取的坡度。坡度坡長(zhǎng)的獲取利用研究區(qū)5m分辨率DEM數(shù)據(jù)在區(qū)域坡度坡長(zhǎng)因子提取工具［23］中運(yùn)行完成。

1.3.4 覆蓋與管理因子CRUSLE中，植被覆蓋和經(jīng)營(yíng)管理因子指在一定條件下，農(nóng)耕地的土壤流失量與同等條件下實(shí)時(shí)翻耕連續(xù)休閑對(duì)照地土壤流失量比率，反映所有覆蓋管理因素對(duì)土壤侵蝕的綜合作用，其值大小取決于具體的作物覆蓋、輪作順序及管理措施的綜合作用以及作物不同生長(zhǎng)期侵蝕性降雨的分布狀況。C的計(jì)算公式［1］為

式中：C為年均值或一個(gè)作物生長(zhǎng)期的平均值;Bi為第i個(gè)時(shí)段的土壤流失比率;Qi為第i時(shí)段的降雨侵蝕力指數(shù)(Q)值占全年Q值的比例，%;n為時(shí)段數(shù);Qt為所有時(shí)段Q比例之和，而每一時(shí)段的土壤流失比率B由前期土地利用次因子(PLU)、冠層覆蓋次因子(CC)、表面糙度次因子(SR)、土壤水分次因子(SM)、地面覆蓋次因子(SC)等5個(gè)次因子的乘積來計(jì)算得到，這使得對(duì)C因子值的直接計(jì)算往往難以進(jìn)行。張巖等［24-25］依據(jù)USLE/RUSLE的基本理論，估算了黃土高原主要農(nóng)作物和不同植被的C因子值。據(jù)調(diào)查，研究區(qū)主要農(nóng)作物為玉米(Zeamays)、土豆(Solanum tuberosum)、谷子(Setaria italica)和大豆(Glycinemax)，據(jù)張巖等［24］的研究，黃土高原玉米、土豆、谷子、大豆的C因子分別為0.28、0.47、0.53、0.51，由于缺乏具體農(nóng)作物信息，取其均值0.45作為研究區(qū)農(nóng)地的C因子值。流域內(nèi)喬木林多為刺槐(Robinia pseudoacacia)、小葉楊(Populus simonii)，灌木林多為檸條(Caragana korshinskii)、沙棘(Hippophae rhamnoides)等，草地包括人工草地和天然荒草地，人工草地多種植苜蓿(Medicago sativa)、沙打旺(Astragalus adsurgens)、紅豆草(Onobrychis viciifolia)等，參考前人［7-9，25］研究，將有林地、幼林地、疏林地、灌木林地、人工草地、天然草地的C因子值確定為 0.004、0.225、0.144、0.06、0.26、0.24。根據(jù)調(diào)查，研究區(qū)果園內(nèi)多間種農(nóng)作物，因此將疏林地和農(nóng)地C因子的均值0.297作為果園的C因子值，居民建設(shè)用地和水域的C因子賦值為1。

1.3.5 水土保持措施因子PRUSLE中，水土保持措施因子定義為采用特定措施土地上的土壤流失量與順坡種植的土壤流失量的比值，主要是通過改變地形和匯流方式減少?gòu)搅髁浚档蛷搅魉俾实茸饔脺p輕土壤侵蝕。據(jù)調(diào)查，流域內(nèi)的水土保持措施主要有水平梯田、水平溝、魚鱗坑、草田帶狀間輪作、淤地壩等。研究［11，26-30］表明，水平梯田、水平溝、魚鱗坑、草田帶狀間輪作的減沙效益分別為91.6%、56.1%～87.17%、75.0%～81.3%、40.0%～50.0%，因此水平梯田、水平溝、魚鱗坑、草田帶狀輪作的P值分別取 0.084、0.329、0.219、0.550。認(rèn)為淤地壩沒有侵蝕，P值取0，對(duì)于耕地，研究區(qū)的耕作措施主要為等高耕作，根據(jù)實(shí)際及前人［31］研究成果對(duì)耕作措施P因子值進(jìn)行賦值(表1)。未采用水土保持措施的土地利用類型P值取1。對(duì)不同土地利用類型分別賦予不同的P值，得到P因子圖層。

表1 紙坊溝流域耕作措施P因子值Tab．1 P value of tillagemeasure in Zhifanggou Watershed

2 結(jié)果與分析

2.1 侵蝕因子演變特征

2.1.1 降雨侵蝕力因子R利用日降雨侵蝕力模型計(jì)算了紙坊溝流域54 a降雨侵蝕力(圖2)。紙坊溝流域54 a來最大降雨侵蝕力為1964年的3 278.87mJ·mm/(hm2·h·a)，最小降雨侵蝕力為1997 年的 437.31mJ·mm/(hm2·h·a)，多年平均降雨侵蝕力為 1 427.96mJ·mm/(hm2·h·a)。

2.1.2 土壤可蝕性因子K研究區(qū)土壤以黃綿土為主，利用式(4)計(jì)算不同類型土壤的K值。以K值作為屬性添加到土壤類型圖中，以K值為字段將矢量圖轉(zhuǎn)為柵格尺寸為5m的柵格圖層中(圖3)。研究區(qū)K值的大小介于0.032 7～0.052 2 t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)之間，平均為 0.043 15 t·hm2·h/(hm2·MJ·mm) 。

2.1.3 坡度坡長(zhǎng)因子LS基于研究區(qū)5m分辨率DEM數(shù)據(jù)，計(jì)算得到該流域坡度、坡長(zhǎng)結(jié)果如表2，利用區(qū)域LS計(jì)算工具計(jì)算了LS因子(圖4)，LS值在0～58.5之間，平均為10.46。

圖2 紙坊溝流域1956—2010年降雨侵蝕力Fig．2 Rainfall erosion force from 1956 to 2010 in Zhifanggou Watershed

圖 3 紙坊溝流域土壤可蝕性因子(t·hm2·h/(hm2·MJ·mm))Fig．3 K factor in Zhifanggou Watershed

表2 紙坊溝流域坡度、坡長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)特征Tab．2 Statistical characteristic of slope gradient and length in Zhifanggou Watershed

2.1.4 覆蓋與管理因子C基于研究區(qū)1938—2010年的土地利用圖，借助ArcGIS進(jìn)行賦值處理，得到1938—2010年的C值圖。統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖5)顯示，紙坊溝流域的C因子值隨時(shí)間呈四次拋物線變化，由1938年的0.153增加到1958年的0.443，自1974年中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所在該流域開展水土流失綜合治理以來，特別是從1986年開始，該流域作為國(guó)家“七五”“八五”和“九五”的科技攻關(guān)項(xiàng)目試驗(yàn)區(qū)，通過25年的水土流失綜合治理，植被得以恢復(fù)，C因子值從1975年的0.427降到2000年的0.240，特別是隨著1999年退耕還林(草)工程的實(shí)施，到2010年C因子值降為0.171，植被基本恢復(fù)到1938年的水平。

圖4 紙坊溝流域坡度坡長(zhǎng)因子Fig．4 LS factor in Zhifanggou Watershed

圖5 紙坊溝流域C因子值變化Fig．5 Change of C value in Zhifanggou Watershed

2.1.5 水土保持措施因子P基于研究區(qū)1938—2010年的土地利用圖，通過實(shí)地調(diào)查，借助ArcGIS進(jìn)行賦值，得到1938—2010年P(guān)值圖。經(jīng)統(tǒng)計(jì)(圖6)，紙坊溝流域P因子值隨時(shí)間呈線性遞減趨勢(shì)，P因子值的變化經(jīng)歷了4個(gè)時(shí)期：1938—1978年由0.944減少到0.770;隨著水土流失綜合治理，特別是退耕還林(草)工程實(shí)施以來，到1987年，P因子值已減到0.657;1990—1998年P(guān)因子值相對(duì)穩(wěn)定，維持在0.650～0.659之間;1999年以來，P因子值由0.611減為2010年的0.559。

2.2 土壤侵蝕演變特征

圖6 紙坊溝流域P因子值變化Fig．6 Change of P value in Zhifanggou Watershed

2.2.1 紙坊溝流域土壤侵蝕年際變化 在ArcGIS下將各因子數(shù)據(jù)相乘，并根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［32］劃分等級(jí)，得到1938—2010年的年土壤侵蝕強(qiáng)度空間分布圖(圖7)。統(tǒng)計(jì)顯示，紙坊溝流域把口站1985—2010年監(jiān)測(cè)的多年平均輸沙量為2萬(wàn)6 079.78 t/a，利用RUSLE模型估算同期多年平均侵蝕量為7萬(wàn)1 898.51 t/a，該流域于1975年在樊家溝、小止溝修建了控制面積分別為0.18和0.72 km2的淤地壩，攔截上游全部來沙，樊家溝淤地壩到1990年基本淤平，1987年在正溝修建了控制面積為3.51 km2的泄洪淤地壩，考慮到淤地壩的攔沙作用［11］，流域同期計(jì)算多年平均侵蝕量為5萬(wàn)4 196.86 t/a，侵蝕量為輸沙量的2.03倍。結(jié)果基本符合實(shí)際狀況，說明基于GIS和RUSLE評(píng)價(jià)黃土高原小流域土壤侵蝕是可行的。從年際變化(圖8)上看，土壤侵蝕模數(shù)隨時(shí)間呈四次拋物線變化，由1938年的7 584.39 t/(km2·a)猛增到 1958 年的 4 萬(wàn) 6 392.56 t/(km2·a)，1958年以來，紙坊溝流域侵蝕模數(shù)總體上呈遞減趨勢(shì)，到2010年侵蝕模數(shù)降至5150.80 t/(km2·a)。

由表3可知，紙坊溝流域侵蝕強(qiáng)度分布具有階段性，1938年各類侵蝕強(qiáng)度所占比例差別不大，其中以微度侵蝕(＜1 000 t/(km2·a))面積最大，占流域總面積的25.35%，中度以下侵蝕(＜5 000 t/(km2·a)) 面 積 為 4.41 km2，占 流 域 總 面 積 的52.99%;1958—1978年以劇烈侵蝕(≥15 000 t/(km2·a))為主，劇烈侵蝕平均面積為 5.58 km2，占流域總面積的67.05%，其中1958年劇烈侵蝕面積更是高達(dá) 6.55 km2，占流域總面積的 78.61%;1978—1998年微度侵蝕面積占流域總面積比例為29.27%，劇烈侵蝕面積下降到2.09 km2，占流域總面積的25.12%。1999年以來，微度侵蝕平均面積達(dá)到3.85 km2，劇烈侵蝕平均面積下降到0.75 km2，占流域總面積的8.96%。此外，紙坊溝流域主要侵蝕強(qiáng)度類型為微度和劇烈侵蝕，1938—2010年微度和劇烈侵蝕平均面積比例分別為28.98%和28.02%。

圖7 紙坊溝流域1938—2010年侵蝕模數(shù)空間分布Fig．7 Spatial distribution of soil erosionmodule from 1938 to 2010 in Zhifanggou Watershed

表3 紙坊溝流域1938—2010年不同侵蝕強(qiáng)度面積與比例變化Tab．3 Area and percentage of different erosion intensity from 1938 to 2010 in Zhifanggou Watershed

圖8 紙坊溝流域1938—2010年年均侵蝕模數(shù)變化Fig．8 Change of annual average soil erosionmodule from 1938 to 2010 in Zhifanggou Watershed

2.2.2 紙坊溝流域土壤侵蝕空間分布及其變化由圖7可以看出，1938年中度以下侵蝕主要分布在流域中部和溝口川地，強(qiáng)烈以上侵蝕主要分布在陡荒坡和坡耕地;1958—1978年侵蝕格局相似，流域以強(qiáng)烈以上侵蝕為主;1987和1990年侵蝕格局相似，中度以下侵蝕主要分布在流域東部的林地、溝口川地、中部的梯田及緩坡草地，而強(qiáng)烈以上侵蝕主要分布在溝間坡耕地、溝谷陡荒坡、中上游溝道及兩側(cè)陡坡裸地;1991—1998年侵蝕格局相似，該時(shí)期中度以下侵蝕面積較1990年前有所增加，主要分布在流域中東部，強(qiáng)烈以上侵蝕主要分布于溝間坡耕地、溝谷陡荒坡，其中1997年因降雨量少而使該年侵蝕強(qiáng)度等級(jí)普遍降低，劇烈侵蝕分布面積僅為流域面積的2.05%，而微度侵蝕面積比例達(dá)到44%;1999年以來，隨著退耕還林(草)工程的開展，流域侵蝕格局發(fā)生了根本變化，中度以下侵蝕強(qiáng)度面積顯著增加，主要分布于流域中下游，而強(qiáng)烈以上侵蝕主要分布在溝谷陡荒坡;隨著植被的不斷恢復(fù)，2003—2010年侵蝕格局雖與1999年基本類似，但侵蝕強(qiáng)度明顯降低，中度以下侵蝕面積比例達(dá)到76.72%，其中微度侵蝕面積比例達(dá)54.80%。

3 結(jié)論與討論

1)在1938—2010年的70多年間，紙坊溝流域的土壤侵蝕經(jīng)歷了一個(gè)先增強(qiáng)后減弱的過程。侵蝕模數(shù)隨時(shí)間呈四次拋物線變化，由1938年的7 584.39 t/(km2·a)猛增到1958年的4萬(wàn)6 392.56 t/(km2·a)，隨后總體呈遞減趨勢(shì)，到2010年侵蝕模數(shù)降至 5 150.80 t/(km2·a)。

2)1938年中度以下侵蝕面積占流域總面積的52.99%，1958—1978年以劇烈侵蝕為主，占流域總面積的67.05%，其中1958年高達(dá)78.61%;1978—1998年侵蝕強(qiáng)度有所下降，微度侵蝕面積占流域總面積比例達(dá)到29.27%;1999年以來，微度侵蝕面積達(dá)到3.85 km2，劇烈侵蝕面積僅占流域總面積的8.96%。

3)經(jīng)過30多年的綜合治理，紙坊溝流域生態(tài)環(huán)境明顯改善，但溝谷陡荒坡侵蝕依然嚴(yán)重，屬?gòu)?qiáng)烈以上侵蝕，是今后水土流失治理的重點(diǎn)區(qū)域。

RUSLE作為一個(gè)坡面經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，雖然通過地形因子反映了細(xì)溝侵蝕、細(xì)溝間侵蝕［1］，但未考慮坡面淺溝侵蝕和切溝、重力等溝道侵蝕。江忠善等［12］基于徑流小區(qū)的次降雨、地形資料初步建立了溝間地和溝谷地土壤侵蝕模型，較好地模擬了次降雨的溝間地淺溝侵蝕、溝谷地溝蝕;但由于受到資料的限制，給推廣應(yīng)用帶來了困難。李斌兵等［14］的研究表明，考慮淺溝侵蝕后，流域極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕面積比例增加8.5%，溝間地劇烈侵蝕面積增加12.83 hm2;而在本文中，坡面侵蝕量和溝蝕量都是基于坡面模型計(jì)算，因此在一定程度上低估了流域的侵蝕量。此外，本文雖然考慮了淤地壩的攔沙效益，但淤地壩除了能攔蓄上游洪水泥沙外，還具有減蝕作用，這在一定程度上可能又高估了淤地壩控制范圍內(nèi)的溝道侵蝕。本文計(jì)算侵蝕量大于觀測(cè)輸沙量，主要原因是將坡面模型直接用于流域侵蝕量的估算中，雖然考慮了工程措施的攔沙作用，但沒有考慮泥沙在輸移過程中的沉積，即流域侵蝕量是基于坡面模型的每個(gè)柵格單元侵蝕量的簡(jiǎn)單求和，而沒有考慮每個(gè)柵格的泥沙是否發(fā)生沉積，每個(gè)柵格的泥沙是否都輸移到觀測(cè)斷面，這是本研究與其他眾多相關(guān)研究所面臨的共同問題;因此，如何克服模型本身的局限性是今后研究的重點(diǎn)。

中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所安塞試驗(yàn)站提供了部分降雨泥沙數(shù)據(jù)，雷泳南、謝名禮參與了野外調(diào)查，在此表示感謝!

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Soil erosion dynamics of Zhifanggou Watershed during the past 70 years

Pang Guowei1，2，Xie Hongxia1，3，Li Rui1，Yang Qinke4

(1.Institute of Soil and Water Conservation，CAS＆MWR，712100，Yangling，Shaanxi;2.Graduate School of the Chinese Academy of Science，100049，Beijing;3.Resource and Environment College of Hunan Agriculture University，410128，Changsha;4.Urban and Environment College of Northwest University，710127，Xi’an：China)

In order to explore the dynamic change of soil erosion in Loess Hilly-gully Area of Loess Plateau，this paper，taking Zhifanggou Watershed as a case study，evaluated the soil erosion change from 1938 to 2010.Combined with GIS technique，the revised universal soil loss equation(RUSLE)was used to evaluate spatial and temporal change of soil erosion.The results showed that：1)The soil erosionmodulus increased significantly from 7 584.39t/(km2·a)in 1938 to 46 392.56 t/(km2·a)in 1958，while it decreased to 5 150.80 t/(km2·a)in 2010.2)The area belowmoderate erosion account for 52.99%of the whole area in 1938.3)During the periods from 1958 to 1978，severe erosion account for amajor part of the whole area，which was 67.05%，and themost severe erosion happened in 1958，which account for 78.61%of the whole area.4)Soil erosion intensity decreased slightly during the period from 1978 to 1998，the area with slight erosion accounted for 29.27%of the whole area;the area increased to 3.85 km2since 1999，and area severe erosion only account for 8.96%of the watershed area.As the continuous ecologicalmanagement over the past 30 years，the eco-environment in Zhifanggou Watershed was improved，but soil erosion in steep slope and gullies are still the key problems in the future conservation.

soil erosion;GIS;RUSLE;changing process;Loess Plateau

2011-10-10

2012-03-08

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“中國(guó)主要水蝕區(qū)土壤侵蝕過程與調(diào)控研究”(2007CB407203)

龐國(guó)偉(1982—)，男，博士研究生。主要研究方向：GIS與區(qū)域水土保持。E-mail：gwpang@nwsuaf.edu.cn

?責(zé)任作者簡(jiǎn)介：李銳(1946—)，男，研究員，博士生導(dǎo)師。主要研究方向：水土保持、水土流失動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)。E-mail：lirui@ms.iswc.ac.cn

(責(zé)任編輯：程 云)