摘要[目的] 對(duì)土壤侵蝕的強(qiáng)度做合理的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，有利于實(shí)現(xiàn)區(qū)域社會(huì)及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

[方法] 以咸安區(qū)為例，運(yùn)用RUSLE模型，通過(guò)土壤侵蝕力因子、降水因子、坡度因子、坡長(zhǎng)因子、植被覆蓋因子、水保持因子等6個(gè)因子算法，利用GIS構(gòu)建土壤侵蝕模型，綜合評(píng)定出咸寧市咸安區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)。

[結(jié)果] 咸安區(qū)總體以微度侵蝕為主；強(qiáng)度侵蝕及其以上侵蝕程度土地共計(jì)16.833 1 km2，占總面積的1.12%，其中劇烈侵蝕僅為3.326 3 km2，分布于蓮臺(tái)山、白云巖礦以及孫家山一帶。

[結(jié)論] 在咸安區(qū)尋求發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)注重水土保持。

關(guān)鍵詞土壤侵蝕；評(píng)價(jià)；GIS；RUSLE；咸安區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)S127文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2015）21-097-04

土壤侵蝕是土地生態(tài)變化與全球環(huán)境變化研究的重要內(nèi)容，被認(rèn)為是一個(gè)多因素、多層次、多尺度的地學(xué)問(wèn)題，是導(dǎo)致土地資源肥力退化、沙漠化乃至徹底破壞的主要原因之一。土壤侵蝕已成為制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素。

近年來(lái)，各國(guó)紛紛針對(duì)土壤侵蝕過(guò)程和土壤侵蝕機(jī)理進(jìn)行了研究，建立了多種土壤侵蝕評(píng)價(jià)方法，先后開(kāi)發(fā)建立了通用水土流失方法（USLE）、修正的通用水土流失方程（RUSLE）、水侵蝕模型（WEEP）、荷蘭模型（LISEM）、歐洲水蝕預(yù)報(bào)模型（EROSEM）等。土壤侵蝕的研究經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷轿锢砟Ｐ?，從定性到定量的研究過(guò)程。我國(guó)主要是以USLE模型為基礎(chǔ)，建立適合本地的模型，實(shí)現(xiàn)本土化應(yīng)用。劉寶元等先后建立了適應(yīng)于中國(guó)實(shí)際情況的土壤流失模型，如UCLSE方程和產(chǎn)沙模型等。通用水土流失方程依據(jù)的資料豐富，不受人為因素的干擾，且應(yīng)用區(qū)域廣泛，具有較強(qiáng)的實(shí)際操作性，結(jié)果相對(duì)可靠。在該方程中，年土壤流失量通過(guò)降雨與徑流因子、土壤可蝕性因子、地形因子、植被與經(jīng)營(yíng)管理因子和水土保持措施因子進(jìn)行計(jì)算，目前已針對(duì)不同的因子計(jì)算模式做出專(zhuān)門(mén)的研究。RUSLE是對(duì)USLE模型的修正，合并了經(jīng)驗(yàn)公式和一些基于過(guò)程的程序，使得USLE 的數(shù)據(jù)更符合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)，土壤侵蝕的計(jì)算更科學(xué)。

我國(guó)學(xué)者以USLE為基礎(chǔ)，根據(jù)各研究區(qū)實(shí)際情況對(duì)因子修正，進(jìn)行了不同尺度范圍的土壤侵蝕情況研究，另外還對(duì)黃土高原地區(qū)、長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)、南方紅壤丘陵等典型土壤侵蝕區(qū)域進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究。土壤侵蝕經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谖覈?guó)得到廣泛的研究和應(yīng)用，取得較好的研究效果。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加速，咸寧市對(duì)資源的開(kāi)發(fā)速度加快，環(huán)境的承載力加重，水土流失也成為該市在建設(shè)“兩型社會(huì)”過(guò)程中所面臨的重大環(huán)境問(wèn)題之一。從2013年湖北省公布的《省級(jí)水土流失重點(diǎn)防治區(qū)劃分報(bào)告》中看到，咸寧市咸安區(qū)屬于幕阜山省級(jí)水體流失重點(diǎn)治理區(qū)。以咸寧市咸安區(qū)為例，筆者采用美國(guó)修正的通用水土流失方程，結(jié)合GIS技術(shù)，定量評(píng)估土壤侵蝕量和侵蝕強(qiáng)度等級(jí)，確定土壤侵蝕的強(qiáng)度分布狀況，分析土壤侵蝕的空間分布特征，對(duì)制定相應(yīng)的水土保持措施、優(yōu)化各項(xiàng)水土保持資源配置、減輕區(qū)域內(nèi)土壤侵蝕狀況具有重要的意義。

1研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1研究區(qū)概況

咸安區(qū)位于湖北省東南部，距離湖北省省會(huì)武漢市82 km2，是鄂南政治中心、經(jīng)濟(jì)中心和文化中心。東與黃石市陽(yáng)新縣接壤，西與赤壁市相連，南與通山、崇陽(yáng)兩縣交界，北與嘉魚(yú)縣、武漢市江夏區(qū)毗鄰，是咸寧市的北大門(mén)，地處114°6′～114°43′E，29°39′～30°2′N(xiāo)。土地總面積1 503.8 km2，轄9個(gè)鎮(zhèn)、1個(gè)鄉(xiāng)、3個(gè)辦事處、1個(gè)農(nóng)場(chǎng)。咸安區(qū)處于中緯度地帶，具有典型的亞熱帶季風(fēng)氣候特征，地勢(shì)東南高、西北低，地形大致可分為山地、丘陵、崗地、平原四大類(lèi)。主要災(zāi)害性天氣有大暴雨、水災(zāi)、洪澇及夏旱、伏旱等。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

土壤數(shù)據(jù)由1∶120 000咸寧市土壤圖矢量化得到；土地利用數(shù)據(jù)直接利用咸安區(qū)第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)成果；坡度、坡長(zhǎng)因子來(lái)源于中科院科學(xué)數(shù)據(jù)中心國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)30 m的DEM數(shù)據(jù)；降雨數(shù)據(jù)來(lái)源于咸寧市氣象臺(tái)和咸寧市氣象服務(wù)中心提供的1981～2011年近30年來(lái)的平均降水?dāng)?shù)據(jù)以及2010～2011年日降雨數(shù)據(jù)。

2研究方法

2.1RUSLE模型采用修訂的通用土壤流失方程（RUSLE），其方程式形式簡(jiǎn)單，由6個(gè)計(jì)算因子構(gòu)成。各因子物理含義明確，數(shù)據(jù)易于獲取與計(jì)算，可操作性強(qiáng)，是目前預(yù)測(cè)土壤侵蝕量較廣泛使用的方法之一。其公式為：

A=R·K·L·S·C·P

式中，A為單位面積上的年均土壤流失量，t/（hm2·年）；R為降雨/徑流侵蝕指數(shù)，MJ·mm/（hm2·h·年），用多年平均年降雨侵蝕力指數(shù)表示；K為土壤可蝕性因子，t·hm2·h/（MJ·hm2·mm）；L為坡長(zhǎng)因子；S為坡度因子；C為作物栽培管理因子；P為水土保持工程措施因子。

2.2各類(lèi)因子的算法

2.2.1降雨侵蝕力因子（R因子）。

降雨是土壤侵蝕發(fā)生的動(dòng)力因素。土壤侵蝕是土壤流失方程中的首要因子，與降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨時(shí)長(zhǎng)等因素有關(guān)，其大小能夠反映降雨對(duì)土壤侵蝕的影響程度。

降雨侵蝕力因子的最經(jīng)典算法是Wischmeier等建立的經(jīng)驗(yàn)公式R=EI30。這種估算降雨侵蝕力R值需要完整的降雨過(guò)程資料，資料獲取難度較大，且計(jì)算過(guò)程十分繁瑣。許多學(xué)者提出各種簡(jiǎn)化算式。試驗(yàn)中利用Wischmeier在1969年提出的基于月平均降雨量和年平均降雨量估算降雨侵蝕力的多參數(shù)模型，公式如下：

R=12i1.735·10{1.5 lgpi2p-0.818 8}

式中，R為侵蝕力值（100ft·t·in/（ac·h））；Pi為月平均降雨量（mm）；P為年平均降雨量（mm）。

2.2.2土壤侵蝕因子（K因子）。

土壤的組成結(jié)構(gòu)影響著水土流失的強(qiáng)度和特征。K因子反映土壤對(duì)侵蝕的敏感性。影響K因子的因素是多方面的。一般說(shuō)來(lái)，質(zhì)地越粗或越細(xì)的土壤有較低K值，而質(zhì)地適中的反而有較高的K值。K值估算采用Williams等在EPIC模型中的方法，利用顆粒組成和土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行估算因子，計(jì)算公式如下：

K=0.2+0.3exp-0.025 6SAN1-SIL100

×SILCLA+SIL0.3×

1.0-0.25CC+exp（3.72-2.95C）×1.0-0.7SN 1SN 1+exp（-5.51+22.9SN 1）

式中，SAN為砂粒含量；SIL為粉粒含量；C為黏粒含量；SN1為有機(jī)質(zhì)含量。

SN1=1-SAN/100

咸安區(qū)地處南方丘陵地帶，以紅壤居多，其次為水稻土（圖1）。各土壤類(lèi)型的顆粒組成和有機(jī)質(zhì)含量分布見(jiàn)表1。

2.2.3坡長(zhǎng)因子（L因子）和坡度因子（S因子）。

L因子直接采用Wischmeier和Smith提出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

L=l22.13m

式中，L為坡長(zhǎng)因子；l為像元坡長(zhǎng)；m為坡長(zhǎng)指數(shù)。像元坡長(zhǎng)的計(jì)算式如下：

li=il（Di/cosθi）-i-ll（Di/cosθi）=Di/cosθi

m為像元坡度 （%），取值如下：

m=0.5β≥5%

0.43%≤β<5%

0.31%≤β<3%

0.2β<1%

美國(guó)通用方程允許計(jì)算的最大坡度為18%（10°），并不適合咸安區(qū)這樣地形起伏較大、坡度起伏變化較大的丘陵地帶。坡度因子借鑒劉元寶提出的坡度因子（S因子）修正公式。坡度因子分段計(jì)算公式為：

S=10.8sinθ+0.03θ<5°

16.8sinθ-0.55°≤θ<10°

21.91sinθ-0.96θ≥10°

43卷21期周亞欣等基于GIS和RUSLE模型的土壤侵蝕定量評(píng)價(jià)

2.2.4植被覆蓋度因子 （C因子）和水保措施因子（P因子）。

C因子需要考慮一些土地整治措施的影響，如壓實(shí)、平整還有控制性結(jié)構(gòu)物對(duì)侵蝕的控制效果。其值規(guī)定為：在農(nóng)耕地上采用水土保持措施與未經(jīng)任何保護(hù)措施的地塊上的水土流失量的比值。流域內(nèi)的水土保持措施主要有等高帶狀耕作、等高溝壟耕作和修筑梯田。根據(jù)已有學(xué)者的研究成果，結(jié)合咸安區(qū)土地整體現(xiàn)狀（圖2），對(duì)咸安區(qū)土壤侵蝕中C值進(jìn)行估計(jì)（表2）。

水保措施因子（P因子）也稱(chēng)侵蝕控制因子，P值最小可取到0.01，P的最大值可以為1.0。以咸安區(qū)實(shí)際調(diào)查為基礎(chǔ)，借助學(xué)者已有的經(jīng)驗(yàn)取值，并請(qǐng)教相關(guān)專(zhuān)家，綜合對(duì)咸寧市水土保持因子進(jìn)行了設(shè)置：即文中P值耕地按照旱地、水田、水澆地分別取值為0.35、

0.24、0.01，園地為0.6，草地為0.5。

2.3土壤侵蝕強(qiáng)度

針對(duì)土壤侵蝕定量評(píng)價(jià)的要求，計(jì)算出咸寧市咸安區(qū)土壤各因子，分析各因子的時(shí)空分布規(guī)律，計(jì)算包括降雨侵蝕力、土壤可蝕性因子、坡度坡長(zhǎng)因子、植被覆蓋因子和水保持因子等，生成各因子專(zhuān)題圖。咸寧市咸安區(qū)降雨侵蝕力因子值介于3 064.22～3 167.01 ft·t·in/（ac·h）之間；土壤可蝕性因子范圍為0.020 6～0.039 3 t·hm2·h/（MJ·hm2·mm）；坡度值最高為62.04°，坡度因子值為0.03～18.387 6；坡長(zhǎng)因子值范圍為1.062 74～1.903 6；植被覆蓋因子和水保持因子范圍則分別是0～0.35和0.01～0.70。

用Moudle Builder對(duì)因子?xùn)鸥駡D進(jìn)行運(yùn)算，對(duì)6個(gè)因子專(zhuān)題柵格圖疊加分析后，得到咸安區(qū)土壤侵蝕量分布圖。

根據(jù)水利部頒布的《土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)咸安區(qū)土壤侵蝕量分布圖進(jìn)行重分類(lèi)，將其分為微度、輕度、中度、

3結(jié)果與分析

對(duì)咸安區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度分等定級(jí)圖進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得到咸安區(qū)土壤侵蝕情況（表4）。

在位置分布上，主要是微度侵蝕，輕度侵蝕總量在所有侵蝕類(lèi)型中排名第二，分布上以散狀分布為特色，有分布區(qū)域大、單塊面積小、分布零散的特點(diǎn)；中度侵蝕亦有散裝分布特點(diǎn)，單分布的區(qū)域相對(duì)較小，以在咸安區(qū)西北部分布為主，結(jié)合地圖來(lái)看，在桂花鎮(zhèn)、馬橋鎮(zhèn)一帶分布為主；中度侵蝕、強(qiáng)度侵蝕、極強(qiáng)度侵蝕以點(diǎn)狀分布為特色，分布孤立，結(jié)合地圖來(lái)看，主要分布在咸安區(qū)西南至東南的沿行政界線一帶；劇烈侵蝕的分布特征明顯，在咸安區(qū)東面、孫家山沿著行政界線部位有一塊相對(duì)集中的劇烈侵蝕分布，面積相對(duì)較大，該區(qū)域極強(qiáng)度侵蝕等土壤侵蝕也非常明顯，另外一部分集中于咸安區(qū)桂花鎮(zhèn)衡山、白云巖礦、蓮臺(tái)山一帶，其余則以點(diǎn)狀分布在咸安西南部位，量小，分布特征不明顯。

在數(shù)量上，從咸安區(qū)土壤侵蝕程度分等定級(jí)圖可以看出，侵蝕程度以微度侵蝕為主，其他諸如中度侵蝕、強(qiáng)度侵蝕、極強(qiáng)度侵蝕程度相對(duì)較小。以微度侵蝕為主，共計(jì)1 321.401 9 km2，占總面積的87.91%；強(qiáng)度侵蝕及其以上侵蝕程度土地共計(jì)16.833 1 km2，占總面積的1.12%，其中劇烈侵蝕僅為3.326 3 km2，占總面積的0.22%?？傮w來(lái)說(shuō)，侵蝕面積占總量的比例相對(duì)較小。

在結(jié)構(gòu)上，咸寧市土壤侵蝕以微度侵蝕為主，其他類(lèi)型總量相對(duì)較小。在強(qiáng)度侵蝕及其以上侵蝕程度土地中，以極強(qiáng)度侵蝕數(shù)據(jù)最多，占三者之和的43.56%，土壤侵蝕程度大，治理難度高，土壤侵蝕現(xiàn)狀不容忽視；另外，中度侵蝕和輕度侵蝕總量有164.904 3 hm2，土壤侵蝕的潛在威脅仍然存在，如果不加強(qiáng)治理，防微杜漸，那么將會(huì)造成咸安區(qū)土壤侵蝕程度的進(jìn)一步加大。

總體來(lái)說(shuō)，除桂花鎮(zhèn)和孫家山一帶為劇烈侵蝕外，其他位置基本以微度侵蝕和輕度侵蝕為主。咸安區(qū)桂花鎮(zhèn)一帶近年來(lái)一直保持經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，土地需求量增大，存在著重經(jīng)濟(jì)發(fā)展、輕環(huán)境保護(hù)的情況，人地關(guān)系失調(diào)，生態(tài)結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致土壤侵蝕現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。孫家山則由于地形坡度起伏大，從30 m精度DEM生成的坡度圖中可以看出孫家山一帶的坡度基本在30°以上，最高處可達(dá)60°左右；主要土地利用類(lèi)型為裸地。根據(jù)第二次全國(guó)土地調(diào)查資料，孫家山一帶土地利用類(lèi)型為其他用地，主要為裸地和設(shè)施農(nóng)用地，植被覆蓋因子和水土保持因子較低，表現(xiàn)在研究中C值和P值分別為0.35和0.27，系數(shù)相對(duì)較大；土壤類(lèi)型主要為石灰土，石灰土黏粒含量大，有機(jī)質(zhì)成分少，土壤黏性大，極易被沖刷，易造成侵蝕現(xiàn)象。

4結(jié)論

基于GIS和RUSLE模型，對(duì)咸寧市咸安區(qū)的土壤侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行定量研究，結(jié)果總體上與咸安區(qū)實(shí)際相符。在試驗(yàn)中，得出如下結(jié)論：

（1）咸寧市咸安區(qū)以微度侵蝕為主，微度侵蝕面積1 321.401 9 km2，占咸安區(qū)總面積的87.91%。除輕度侵蝕占10.10%外，其他類(lèi)型侵蝕強(qiáng)度所占面積均不足咸安區(qū)總面積的1%?？傮w來(lái)說(shuō)，水土保持情況良好。

咸安區(qū)中度及中度以上嚴(yán)重土壤侵蝕發(fā)生地侵蝕破壞呈現(xiàn)出破壞程度大的特點(diǎn)，劇烈侵蝕土壤所占比例最大。中度及中度以上土壤侵蝕面積29.987 1 km2，其中劇烈侵蝕面積3.326 3 km2，占該類(lèi)型的11.09%。另外，中度及中度以上侵蝕類(lèi)型呈散狀、點(diǎn)狀分布，具有侵蝕單元面積小、侵蝕總體分布面積大等特點(diǎn)，尤其在中度侵蝕、強(qiáng)度侵蝕、極強(qiáng)度侵蝕中表現(xiàn)明顯，為今后土壤侵蝕治理增加難度。

發(fā)生重度侵蝕的區(qū)域主要位于咸安區(qū)桂花鎮(zhèn)衡山、白云巖礦、蓮臺(tái)山等山區(qū)一帶。山區(qū)本身水土保持不易，水土流失情況嚴(yán)重，加之坡度起伏較大，水保持因子低和降雨量稍大就成為土壤侵蝕發(fā)生的主要原因。

（2）RUSLE模型是水土流失評(píng)價(jià)的重要方法。它是一個(gè)基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的土壤侵蝕模型，可以有效地參數(shù)化，并且易實(shí)現(xiàn)，對(duì)水土流失的強(qiáng)度評(píng)價(jià)具有重要的指導(dǎo)作用。另外，GIS是進(jìn)行土壤侵蝕程度分析的有力工具，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和空間疊加分析能力能夠幫助人們迅速地做出土壤侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)。

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