周 寧, 李 超, 滿秀玲

(1.東北林業(yè)大學(xué), 哈爾濱 150040; 2.黑龍江省水土保持科學(xué)研究院, 哈爾濱 150070; 3.北京林業(yè)大學(xué), 北京 100083)

基于GIS的黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕空間特征分析

周 寧1,2, 李 超3, 滿秀玲1

(1.東北林業(yè)大學(xué), 哈爾濱 150040; 2.黑龍江省水土保持科學(xué)研究院, 哈爾濱 150070; 3.北京林業(yè)大學(xué), 北京 100083)

以黑龍江省拉林河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，利用USLE計(jì)算土壤侵蝕模數(shù)，并建立了基于GIS的空間柵格數(shù)據(jù)庫(kù)。采用地統(tǒng)計(jì)分析方法，進(jìn)行研究區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)空間特征分析。對(duì)比現(xiàn)行兩種土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分析確定適用的土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。采用空間和趨勢(shì)分析方法，進(jìn)行研究區(qū)的土壤侵蝕強(qiáng)度空間分布特征分析。結(jié)果表明：(1) 研究區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)分布具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性，自西向東、由北至南呈線型增大的分布趨勢(shì)；(2) 《黑土區(qū)水土流失綜合防治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)適用性更強(qiáng)；(3) 研究區(qū)的土壤侵蝕面積占總面積的94%，強(qiáng)烈、輕度和中度水力侵蝕為主要的侵蝕強(qiáng)度類型；強(qiáng)烈水力侵蝕主要分布于西部的洪積臺(tái)地，輕度水力侵蝕主要分布于東部的低山丘陵寬谷，中度水力侵蝕主要分布于中部的地貌過(guò)渡帶，極強(qiáng)烈和劇烈水力侵蝕主要呈零散狀分布于東部的低山丘陵溝壑，中部和西部也有零星分布；隨植被覆蓋度的降低，土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)自東向西呈增大趨勢(shì)。

土壤侵蝕; 空間特征; GIS; USLE; 拉林河

黑龍江省已成為我國(guó)重要商品糧基地中土壤侵蝕最嚴(yán)重的地區(qū)之一，正在逐步喪失其作為重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地的基礎(chǔ)。基于當(dāng)前黑土區(qū)水土流失亟須治理的現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)東北黑土區(qū)土壤侵蝕已進(jìn)行了大量的研究，特別是將GIS引入后，極大的提高和拓展了研究效率及范圍。比如，肖軍倉(cāng)[1]通過(guò)模型模擬了撫河流域土壤侵蝕狀況；王堯[2]利用GIS對(duì)比烏江流域不同時(shí)段土地利用的時(shí)空特征，探討了其對(duì)土壤侵蝕的影響；程琳等[3]利用CSLE模型，基于GIS對(duì)陜西省土壤侵蝕進(jìn)行了定量評(píng)估；王超[4]基于GIS建立了渭河流域土壤侵蝕因子空間數(shù)據(jù)庫(kù)并做出了相應(yīng)土壤侵蝕評(píng)價(jià)；余瞰等[5]運(yùn)用遙感與GIS開展了土壤侵蝕強(qiáng)度快速評(píng)價(jià)方法的研究；周俊菊等[6]結(jié)合GIS和數(shù)學(xué)模型分析了不同因子對(duì)隴南市土壤侵蝕敏感性的影響；張淑花等[7]在GIS支持下基于RUSLE對(duì)綏化市進(jìn)行了土壤侵蝕的評(píng)估；路炳軍等[8]基于GIS計(jì)算了北京市土壤侵蝕量并分析了其土壤侵蝕規(guī)律；何耀幫等[9]基于RS和GIS對(duì)伊河流域土壤侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。而針對(duì)黑龍江省黑土區(qū)土壤侵蝕的空間分布特征的研究卻鮮有報(bào)道，與以往同類研究相比，本文在運(yùn)用GIS的數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換功能基礎(chǔ)上，著重運(yùn)用其空間分析功能，對(duì)黑龍江省拉林河流域的土壤侵蝕模數(shù)和土壤侵蝕強(qiáng)度空間分布特征進(jìn)行分析，本研究結(jié)果將增加研究區(qū)水土保持防治措施布設(shè)的目的性和合理性，對(duì)實(shí)現(xiàn)水土保持工作的信息化管理和科學(xué)性決策具有實(shí)踐意義，對(duì)加強(qiáng)黑土保護(hù)與修復(fù)、保障糧食生產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有積極意義。

1 研究區(qū)概況

黑龍江省拉林河流域的地理位置、水文、氣象、土壤、植被、地形以及地貌等自然概況，與之前研究[10]相同，此處不再贅述。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 土壤類型數(shù)據(jù)

根據(jù)中國(guó)土壤數(shù)據(jù)庫(kù)公布的1∶100萬(wàn)土壤空間數(shù)據(jù)庫(kù)，在ArcGIS上裁剪出黑龍江省拉林河流域土壤矢量數(shù)據(jù)。主要有草甸土、暗棕壤、黑土、白漿土、黑鈣土、水稻土、棕色針葉林土、沼澤土和泥炭土等9個(gè)土類，包括堿化草甸土、石灰性草甸土、白漿化草甸土、草甸土、暗棕壤性土、暗棕壤、白漿化暗棕壤、草甸暗棕壤、灰化暗棕壤、草甸黑土、白漿化黑土、黑土、白漿土、草甸白漿土、草甸黑鈣土、淹育水稻土、潛育水稻土、棕色針葉林土、表潛棕色針葉林土、草甸沼澤土、泥炭沼澤土、中位泥炭土和低位泥炭土等23個(gè)亞類。按土壤類型分布，占拉林河流域面積比例大小依次為草甸土、暗棕壤、黑土、白漿土和黑鈣土，達(dá)到拉林河流域面積的90%以上，其它土壤分布零散且面積較小。

2.2 土地利用數(shù)據(jù)

采用黑龍江省拉林河流域假彩色合成數(shù)字衛(wèi)星影像(TM)數(shù)據(jù)，用ERDAS IMAGINE軟件進(jìn)行監(jiān)督分類，參考黑龍江省第二次土壤侵蝕調(diào)查中對(duì)土地利用的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，人工解譯得到土地利用信息，進(jìn)行拼接和裁剪后得到拉林河流域的土地利用矢量數(shù)據(jù)。黑龍江省拉林河流域土地利用類型主要有耕地、林地、草地、水域、未利用土地和城鄉(xiāng)、工礦、居民用地等6個(gè)一級(jí)分類類型，包括有林地、灌木林地、疏林地、其他林地、高覆蓋草地、中覆蓋草地、河渠、湖泊、水庫(kù)、灘地、城鎮(zhèn)用地、工交建設(shè)用地、沼澤地、裸土地、丘陵區(qū)水田、平原區(qū)水田、山區(qū)旱地、丘陵區(qū)旱地和平原區(qū)旱地等19個(gè)二級(jí)分類類型。

2.3 數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)

采用黑龍江省拉林河流域1∶10萬(wàn)的地形圖，經(jīng)掃描、配準(zhǔn)及矢量化后生成等高線數(shù)據(jù)，由等高線數(shù)據(jù)建立三角數(shù)字地面模型TIN(Triangulated Irregular Network)，再由TIN內(nèi)插成規(guī)則格網(wǎng)的數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)，柵格大小為250 m×250 m，見(jiàn)圖1。

圖1 黑龍江省拉林河流域DEM

2.4標(biāo)準(zhǔn)化植被指數(shù)和坡度的提取

利用1992年，2002年和2012年遙感影像(TM)數(shù)據(jù)，選取8月且云量小于10%的遙感影像，在ERDAS上按年分別提取標(biāo)準(zhǔn)化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)，取平均值后形成柵格數(shù)據(jù)，柵格大小為250 m×250 m，如圖2所示，0表示存在裸土、水面或巖石等，NDVI值隨植被覆蓋度增大而增大。利用DEM數(shù)據(jù)，在ArcGIS上可分別提取坡度的柵格數(shù)據(jù)(圖3)，柵格大小為250 m×250 m。

圖2 黑龍江省拉林河流域NDVI分布

圖3 黑龍江省拉林河流域坡度分布

2.5降雨量數(shù)據(jù)

中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)公布的中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集收錄了黑龍江省自1951年以來(lái)的基本、基準(zhǔn)地面氣象觀測(cè)站及自動(dòng)站日值數(shù)據(jù)集，其原始數(shù)據(jù)文件經(jīng)過(guò)較嚴(yán)格的質(zhì)量控制和檢查，并對(duì)1971—2000年的部分統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行了極值檢驗(yàn)和時(shí)間一致性檢驗(yàn)，并對(duì)已查出的錯(cuò)誤記錄進(jìn)行更改。本文選取地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集中黑龍江省全部32個(gè)氣象站點(diǎn)日降雨量數(shù)據(jù)，通過(guò)初步統(tǒng)計(jì)，1972年以后數(shù)據(jù)序列較為完整，同時(shí)保證數(shù)據(jù)分析的時(shí)段性及時(shí)新性，選取1972—2011年32個(gè)氣象臺(tái)站的日降水量(20—20時(shí))數(shù)據(jù)，除肇州氣象數(shù)據(jù)時(shí)限為1988年1月1日—2011年12月31日、鶴崗氣象數(shù)據(jù)時(shí)限為1972年1月1日—2008年12月31日外，其余各氣象臺(tái)站數(shù)據(jù)時(shí)限為1972年1月1日—2011年12月31日。利用excle進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和統(tǒng)計(jì)，先篩選剔除雪、霧、露和霜等形式的降水量數(shù)據(jù)，保留降雨量數(shù)據(jù)。

3 研究方法

3.1 土壤侵蝕模數(shù)的計(jì)算

利用通用土壤流失方程(Universal Soil-Loss Equation，USLE)計(jì)算土壤侵蝕模數(shù)。先分別求得方程中的各計(jì)算因子并建立對(duì)應(yīng)柵格數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而在ArcGIS上計(jì)算得出土壤流失量的柵格數(shù)據(jù)，最終經(jīng)單位轉(zhuǎn)化得到黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕模數(shù)的柵格數(shù)據(jù)庫(kù)。USLE計(jì)算公式為：

A=R×K×L×S×C×P

(1)

式中：A——單位時(shí)間單位面積上的土壤流失量[t/(hm2·a)]；R——降雨侵蝕力因子[(MJ·mm)/(hm2·h·a)]；K——土壤可蝕性因子[(t·hm2·h)/(hm2·MJ·mm)]；L，S——坡長(zhǎng)和坡度因子，合稱地形因子；C——作物與覆蓋因子；P——水土保持措施因子；LS，C，P均為無(wú)量綱因子。計(jì)算得到A后，經(jīng)數(shù)量級(jí)換算得到土壤侵蝕模數(shù)，單位為t/(km2·a)。

3.1.1R值的計(jì)算 采用章文波等[11]提出的用日降雨量估算R值的模型，公式為：

(2)

α=21.856β-7.1891

(3)

(4)

式中：Ri——第i個(gè)半月的降雨侵蝕力值[(MJ·mm)/(hm2·h)]；n——半月內(nèi)天數(shù)，每月上半月天數(shù)均為15，下半月按實(shí)際計(jì)取；Pj——第i個(gè)半月第j日的日侵蝕性降雨量(mm)；α、β——參數(shù)值；Pd——日侵蝕性降雨量的日平均值(mm)；Py——日侵蝕性降雨量的年平均值(mm)。日侵蝕性降雨量取≥12mm的日降雨量[12]。計(jì)算年內(nèi)Ri，累加后得到年R值，逐年計(jì)算年R值求得期望即為多年平均R值。

采用黑龍江省32個(gè)氣象臺(tái)站近40a的日降雨量數(shù)據(jù)估算多年平均R值，并建立對(duì)應(yīng)的矢量數(shù)據(jù)庫(kù)，在ArcGIS上通過(guò)克里格[13](KRIGING)方法進(jìn)行插值，得到黑龍江省多年平均R值[14]空間分布的柵格數(shù)據(jù)，經(jīng)裁剪，得到黑龍江省拉林河流域多年平均R值的柵格數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.1.2 K值的計(jì)算 采用張科利[15]修正的用土壤顆粒幾何平均粒徑估算K值的方法，公式為：

Ks= 7.954×{0.0017 +0.0494

(5)

K=0.0091+0.5507Ks

(6)

公式(5)是Shirazi[16]提出建立的，式中Dg為土壤顆粒的幾何平均粒徑(mm)。公式(6) 是張科利進(jìn)一步修訂的，K，Ks均表示估算的土壤可蝕性因子。采用王彬[17]修正的方法計(jì)算Dg，公式為：

(7)

式中：fi——第i個(gè)粒級(jí)占總量的百分比(%)；mi——第i個(gè)粒級(jí)上下限差值的期望(mm)；n——粒徑的分級(jí)數(shù)。

《黑龍江省第二次土壤普數(shù)據(jù)手冊(cè)》中土壤質(zhì)地分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)采用卡慶斯基制和國(guó)際制，考慮到Dg的計(jì)算不受粒徑劃分標(biāo)準(zhǔn)的限制，且采用卡慶斯基制作為土壤粒級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)的土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)前溯時(shí)間序列更長(zhǎng)更具基礎(chǔ)性，在計(jì)算過(guò)程中以卡慶斯基制土壤粒級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)為主，無(wú)對(duì)應(yīng)分級(jí)數(shù)據(jù)的，采用國(guó)際制土壤粒級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)。在選擇土壤剖面數(shù)據(jù)時(shí)，遵循采樣位置與黑龍江省拉林河流域距離最小的原則，并遵循土屬、亞類和土類重要性依次遞減的原則，同一土壤類型存在多個(gè)滿足條件的土壤剖面質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)時(shí)，分別計(jì)算后對(duì)結(jié)果取平均值。

利用黑龍江省第二次土壤普數(shù)據(jù)中土壤剖面的土壤質(zhì)地分析數(shù)據(jù)，分別計(jì)算得到黑龍江省拉林河流域不同土壤類型的K值，在ArcGIS上結(jié)合現(xiàn)有的土壤類型矢量數(shù)據(jù)建立黑龍江省拉林河流域K值的柵格數(shù)據(jù)庫(kù)。

(8) 式中：L——坡長(zhǎng)(m)；S——坡度(%)；θ——坡度(°)。

在計(jì)算過(guò)程中對(duì)水流流向路徑上的坡長(zhǎng)進(jìn)行距離修正[19]，公式為：

(9)

式中：s1——坐標(biāo)軸方向柵格內(nèi)坡長(zhǎng)；s2——對(duì)角線方向柵格內(nèi)部坡長(zhǎng)；m——坐標(biāo)軸方向柵格數(shù)；n——對(duì)角線方向柵格數(shù)。

坡度采用已提取的結(jié)果，坡長(zhǎng)、LS值的計(jì)算均在ArcGIS上通過(guò)柵格計(jì)算器完成，經(jīng)計(jì)算得到黑龍江省拉林河流域LS值的柵格數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.1.4 C值的計(jì)算 采用馬超飛等[20]估算出C值的方法，公式為：

C=0.6508-0.34361lgFc

(10)

(11)

式中：C——作物與覆蓋因子；Fc——植被蓋度(%)；NDVI——在遙感影像上提取的標(biāo)準(zhǔn)化植被指數(shù)；NDVImax，NDVImin——標(biāo)準(zhǔn)化植被指數(shù)最大值和最小值。Fc=78.3%時(shí)，C=0，F(xiàn)c>78.3%時(shí)，發(fā)生土壤侵蝕的程度微弱；Fc=0.1%時(shí)，C=1，F(xiàn)c<0.1%時(shí)，降低土壤侵蝕的程度微弱。

在ArcGIS上進(jìn)行C值的計(jì)算，建立黑龍江省拉林河流域C值的柵格數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.1.5P值的計(jì)算 黑龍江省水土保持科學(xué)研究所實(shí)測(cè)了黑龍江省4種應(yīng)用廣泛的水土保持措施P值，分別為：水平梯田0.029，地埂0.145，等高壟作0.352，生物防沖帶0.372；范建榮等[21]通過(guò)對(duì)典型小流域徑流小區(qū)的產(chǎn)流產(chǎn)沙觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，得到了東北黑土區(qū)7種主要水土保持措施的P值，分別為：水平臺(tái)田0.020，水平坑0.060 1，灌木梗0.054，封禁0.363，順坡起壟種植0.624，橫坡起壟種植0.257，地梗植物帶0.186。查閱《黑龍江省水利建設(shè)統(tǒng)計(jì)資料》(1986—2011年)，統(tǒng)計(jì)多年來(lái)黑龍江省拉林河流域水土保持治理措施的類型和數(shù)量為基礎(chǔ)，通過(guò)咨詢相關(guān)水行政主管部門，了解掌握水土保持措施布局現(xiàn)狀，在地圖上標(biāo)記出水土保持措施的布局情況。黑龍江省拉林河流域的水土保持措施包括水平梯田、坡式梯田、地梗植物帶、等高壟作、地埂、封禁治理、水土保持林、經(jīng)果林、種草，和谷坊、跌水、溝頭防護(hù)、過(guò)水路面、截流溝等小型水利水保工程等。

分別對(duì)不同水土保持措施進(jìn)行賦值，對(duì)無(wú)實(shí)測(cè)P值數(shù)據(jù)和水土保持措施的區(qū)域，結(jié)合不同土地利用類型進(jìn)行賦值[22]，其中河渠、湖泊、水庫(kù)、坑塘P值為0，裸土地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地、工交建設(shè)用地、沼澤地P值為1。在ArcGIS上建立黑龍江省拉林河流域P值的柵格數(shù)據(jù)。

3.2 土壤侵蝕模數(shù)的空間相關(guān)性分析

利用ArcGIS的地統(tǒng)計(jì)模塊[23]，對(duì)黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行空間相關(guān)性[24]和空間分布趨勢(shì)[25]分析。半變異函數(shù)可以反映數(shù)據(jù)空間相關(guān)關(guān)系，半變異值r(h)隨著距離(h)的增大而增大，半變異曲線反映一個(gè)數(shù)據(jù)樣本與其相鄰數(shù)據(jù)樣本的空間關(guān)系，其存在兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，即間隔為0時(shí)的極值點(diǎn)和半變異函數(shù)趨近平穩(wěn)時(shí)的拐點(diǎn)，對(duì)應(yīng)這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)有4個(gè)參數(shù)，分別是塊金值(Nugget)、變程(Range)、基臺(tái)值(Sill)、偏基臺(tái)值(Partial Sill)。塊金值與基臺(tái)值的比值表示空間相關(guān)度，描述可量空間自相關(guān)的變異的大小，描述系統(tǒng)變量的空間相關(guān)性的程度，即：比值<25%，表明系統(tǒng)具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性；比值介于25%～75%之間，表明系統(tǒng)具有中等的空間相關(guān)性；比值>75%，表明系統(tǒng)空間相關(guān)性很弱。

3.3 土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)

分別采用《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL190—2007)和《黑土區(qū)水土流失綜合防治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(SL446—2009)中規(guī)定的土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，對(duì)黑龍江省拉林河流域進(jìn)行土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)，通過(guò)對(duì)比分析，確定適用于黑龍江省拉林河流域的土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 土壤侵蝕強(qiáng)度空間分布特征

采用空間和趨勢(shì)分析方法，分析黑龍江省拉林河流域的土壤侵蝕強(qiáng)度空間分布特征。

表1 土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)果與分析

4.1 土壤侵蝕模數(shù)及其空間分布特征

經(jīng)計(jì)算，在ArcGIS得到土壤流失量A的柵格數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)數(shù)量級(jí)換算得到黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕模數(shù)柵格數(shù)據(jù)庫(kù)，柵格大小為250 m×250 m。黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕模數(shù)范圍0～6 763.95 t/(km2·a)，其中河渠、湖泊、水庫(kù)和坑塘土壤侵蝕模數(shù)為0，見(jiàn)圖4。

分別計(jì)算塊金值和基臺(tái)值，塊金值為189 360，基臺(tái)值為825 950，塊金效應(yīng)為22.93%，小于25%，表明黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕模數(shù)具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性。此外，半變異函數(shù)云圖也表明半變異值隨著距離的增大而增大，無(wú)塊金效應(yīng)，空間相關(guān)性很好。對(duì)黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行空間分布趨勢(shì)分析，表明土壤侵蝕模數(shù)自西向東、由北至南呈線型增大的分布趨勢(shì)。

圖4 黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕模數(shù)空間分布

4.2土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)適用性分析

《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》和《黑土區(qū)水土流失綜合防治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)均以土壤侵蝕模數(shù)為量度，分別對(duì)不同土壤侵蝕強(qiáng)度做出了級(jí)別劃分，且都劃分為6個(gè)級(jí)別。前者各級(jí)別土壤侵蝕模數(shù)閾值上限與下限之差較大，級(jí)別閾值從下限200，500，1 000 t/(km2·a)到上限15 000 t/(km2·a)，對(duì)土壤侵蝕級(jí)別的劃分尺度較大，相比之下，后者在以土壤侵蝕模數(shù)作為閾值進(jìn)行級(jí)別劃分上更細(xì)致，土壤侵蝕模數(shù)閾值上限與下限差距更小，級(jí)別閾值從下限200 t/(km2·a)到上限4 800 t/(km2·a)，界定發(fā)生不同強(qiáng)度土壤侵蝕的量化指標(biāo)更低，對(duì)土壤侵蝕強(qiáng)度的判別標(biāo)準(zhǔn)要求更嚴(yán)格。

采用以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)，并按照《水利水電工程制圖標(biāo)準(zhǔn)—水土保持圖》[26]中規(guī)定的土壤侵蝕強(qiáng)度色標(biāo)表制圖。在ArcGIS上完成制圖，如圖5，6所示，分別為按照《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》和《黑土區(qū)水土流失綜合防治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)制作的黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕強(qiáng)度分布圖，通過(guò)對(duì)比，采用前一標(biāo)準(zhǔn)制作的土壤侵蝕強(qiáng)度分布圖，對(duì)輕度以上土壤侵蝕占總面積的比例低估了18%，沒(méi)有體現(xiàn)極強(qiáng)烈和劇烈土壤侵蝕的分布情況。結(jié)合黑龍江省拉林河流域的地形和土地利用條件綜合分析，采用前一標(biāo)準(zhǔn)制作的土壤侵蝕強(qiáng)度分布圖，忽略了高級(jí)別土壤侵蝕強(qiáng)度在丘陵溝壑中的存在和發(fā)生，降低了疏林地、丘陵區(qū)水田、山區(qū)旱地、丘陵區(qū)旱地和平原區(qū)旱地的土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)。綜上所述，《黑土區(qū)水土流失綜合防治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)適用性更強(qiáng)。

圖5 黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕強(qiáng)度分布(《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》)

圖6 黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕強(qiáng)度分布

4.3土壤侵蝕空間分布特征

如圖6所示，黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕類型全部為水力侵蝕，經(jīng)分析，土壤侵蝕面積占總面積的94%，以土壤侵蝕強(qiáng)度劃分，所占總面積的比例大小依次為：強(qiáng)烈水力侵蝕>輕度水力侵蝕>中度水力侵蝕>極強(qiáng)烈水力侵蝕>劇烈水力侵蝕，其中強(qiáng)烈、輕度和中度水力侵蝕面積占總面積的85%、土壤侵蝕面積的90%，為主要的侵蝕強(qiáng)度類型；在空間分布和地形上，強(qiáng)烈水力侵蝕主要分布于西部的洪積臺(tái)地，輕度水力侵蝕主要分布于東部的低山丘陵寬谷，中度水力侵蝕主要分布于中部的地貌過(guò)渡帶，極強(qiáng)烈和劇烈水力侵蝕主要呈零散狀分布于東部的低山丘陵溝壑，中部和西部也有零星分布；結(jié)合植被覆蓋分布情況，在不考慮零散分布的極強(qiáng)烈和劇烈水力侵蝕情況下，土壤侵蝕強(qiáng)度與植被覆蓋的分布趨勢(shì)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即自東向西隨植被覆蓋度的降低，土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)呈增大趨勢(shì)。

5 結(jié) 論

(1) 黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕模數(shù)范圍0～6 763.95 t/(km2·a)，其具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性，自西向東、由北至南呈線型增大的分布趨勢(shì)。

(2) 《黑土區(qū)水土流失綜合防治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，界定發(fā)生不同強(qiáng)度土壤侵蝕的量化指標(biāo)更低，對(duì)土壤侵蝕強(qiáng)度的判別標(biāo)準(zhǔn)要求更嚴(yán)格，對(duì)評(píng)價(jià)黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕強(qiáng)度分布情況適用性更強(qiáng)。

(3) 黑龍江省拉林河流域土壤侵蝕類型全部為水力侵蝕，土壤侵蝕面積占總面積的94%，強(qiáng)烈、輕度和中度水力侵蝕為主要的侵蝕強(qiáng)度類型；強(qiáng)烈水力侵蝕主要分布于西部的洪積臺(tái)地，輕度水力侵蝕主要分布于東部的低山丘陵寬谷，中度水力侵蝕主要分布于中部的地貌過(guò)渡帶，極強(qiáng)烈和劇烈水力侵蝕主要呈零散狀分布于東部的低山丘陵溝壑，中部和西部也有零星分布；隨植被覆蓋度的降低，土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)自東向西呈增大趨勢(shì)。

(4) 黑龍江省拉林河流域是黑龍江省大米、大豆等商品糧的主要產(chǎn)區(qū)，對(duì)其進(jìn)行土壤侵蝕的空間評(píng)價(jià)，有助于增加該流域水土保持防治措施布設(shè)的目的性和合理性，并對(duì)實(shí)現(xiàn)水土保持工作的信息化管理和科學(xué)性決策具有實(shí)踐意義，對(duì)加強(qiáng)黑土保護(hù)與修復(fù)、保障糧食生產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有積極意義。

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AnalysisofSpatialCharacteristicsofSoilErosioninLalinRiverBasinofHeilongjiangProvinceBasedonGIS

ZHOU Ning1,2, LI Chao3, MAN Xiu-ling1

(1.NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China; 2.HeilongjiangSoilandWaterConservationScienceInstitute,Harbin150070,China; 3.BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)

Soil erosion modulus of Lalin river basin of Heilongjiang province was calculated by USLE and the spatial raster database based on GIS. The spatial characteristics of soil erosion modulus were analysed by geostatistical method. According to classification standard of soil erosion intensity, two current kinds were contrasted to determine which was more applicable. The spatial characteristics of soil erosion intensity were analysed by the space and trend analysis method. The results showed that:(1) distribution of soil erosion modulus in the study area had strong spatial correlation, from west to east, were from north to south which had a linear increase trend; (2) the classification standard of soil erosion intensity in the Techniques Standard for Comprehensive Control of Soil Erosion in the Black Soil Region was more applicable; (3) soil erosion area had accounted for 94% of the study area, strong, mild and moderate water erosion were the major types of erosion intensity. Strong water erosion mainly distributed in the western area which was the diluvial platform，mild water erosion mainly distributed in the eastern area which was the hills and wide valley，moderate water erosion mainly distributed in the central area which was transition zone of landforms，extremely strong and severe water erosion showed a scattered distribution in the hills and gully of eastern area ,and had a sporadic distribution in the central and western region.With the decrease of vegetation coverage, classification of soil erosion intensity showed a trend of increase from east to west.

soil erosion; spatial characteristics; GIS; USLE; Lalin river basin

2014-03-30

：2014-05-15

國(guó)家自然科學(xué)基金(31170420)

周寧(1984—),男,黑龍江海倫人,碩士,工程師,主要從事水土保持規(guī)劃設(shè)計(jì)及土壤侵蝕研究。E-mail:zn8764@163.com

S157.1

：A

：1005-3409(2014)06-0010-06