徐淑鵬 ,梁瑜晗 ,徐 晶
沂蒙山區(qū)地處淮河流域的東北部,是山東省土壤侵蝕較為嚴(yán)重的地區(qū),本文利用“3S”技術(shù)對(duì)沂蒙山區(qū)的土壤侵蝕狀況進(jìn)行監(jiān)測,通過分析土壤侵蝕相關(guān)數(shù)據(jù),從研究區(qū)整體和縣域尺度對(duì)研究區(qū)土壤侵蝕現(xiàn)狀進(jìn)行了空間分布特征分析。本研究考慮到行政區(qū)域的完整性和水力侵蝕的地形地貌特征,結(jié)合DEM數(shù)據(jù),對(duì)該地區(qū)主要山地丘陵區(qū)范圍內(nèi)的縣級(jí)行政區(qū)進(jìn)行提取,并以提取的各縣行政區(qū)外邊界作為研究區(qū)邊界。研究區(qū)涉及山東省臨沂市及濰坊市、濟(jì)寧市、日照市、淄博市的部分地區(qū),共計(jì)14個(gè)縣(市),總面積23729km2。沂蒙山區(qū)屬于暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū),多年平均氣溫12~14℃,多年平均降水量為830mm,汛期平均降水量為592mm。研究區(qū)屬于斷塊構(gòu)造發(fā)育,海拔在40~1150m之間。植被類型為暖溫帶落葉闊葉林,土壤類型主要為棕壤土、褐土、潮土。研究區(qū)主要為山地丘陵,因此水土流失類型以水力侵蝕為主。
本研究基于“3S”技術(shù)與土壤侵蝕模型(USLE模型)進(jìn)行研究區(qū)土壤侵蝕量計(jì)算。該模型表達(dá)式為:
式中:A 為土壤侵蝕模數(shù),t·km-2·a-1;R 為降雨侵蝕力因子,MJ·mm·km-2·h-1·a-1;K 為土壤可蝕性因子,t·km2·h·MJ-1·mm-1·km-2;L 為坡長因子;S為坡度因子;C為植被覆蓋和經(jīng)營管理因子;P為水土保持措施因子。
氣象數(shù)據(jù)為研究區(qū)周邊國家級(jí)氣象站降雨數(shù)據(jù),土壤類型數(shù)據(jù)來自山東省土壤類型圖,地形數(shù)據(jù)來自山東省30m分辨率DEM,遙感數(shù)據(jù)為2012年夏季LandsatTM影像。各參數(shù)具體處理方法如下:
1)降雨侵蝕力因子(R)作為土壤侵蝕氣候因子的定量評(píng)價(jià)指標(biāo),反映降雨引起土壤侵蝕的潛在能力,計(jì)算公式如下:
式中:Pi表示月降雨量,mm;P為年降雨量,mm。
2)土壤可蝕性因子(K)根據(jù)本研究實(shí)地調(diào)查和山東省土壤類型圖矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行賦值和柵格轉(zhuǎn)換,得到研究區(qū)K值柵格數(shù)據(jù)。
3)坡長因子(L)與坡度因子(S)計(jì)算如下:
式中:λ為坡長,m;m為坡長指數(shù);θ為坡度。
4)植被覆蓋和經(jīng)營管理因子(C)計(jì)算如下:
式中:N為植被覆蓋度,%。
5)水土保持措施因子(P)。水土保持因子(P)大小由土壤流失與標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域上土壤流失之比決定。結(jié)合本研究區(qū)的水土保持狀況,將P值與C值合并進(jìn)行分析計(jì)算。
通過ArcGIS空間分析模塊,基于USLE模型對(duì)各因子?xùn)鸥駭?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,得到研究區(qū)2012年土壤侵蝕模數(shù)。可知,研究區(qū)土壤侵蝕模數(shù)的空間分布具有明顯差異,西北部高于其他區(qū)域,土壤侵蝕模數(shù)由西北向東南逐漸減小。其空間變化特征與降雨侵蝕力一致,表明氣候因子對(duì)水土流失具有顯著作用。
對(duì)研究區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行分級(jí),并對(duì)不同土壤侵蝕強(qiáng)度的面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知,研究區(qū)總體上以輕度侵蝕分布最廣,其面積為10077km2,占總面積的42.47%;中度及以上侵蝕的面積為6423km2,占總面積的27.07%;發(fā)生土壤侵蝕面積達(dá)研究區(qū)面積的69.54%。由此可見,沂蒙山區(qū)屬于山東省內(nèi)土壤侵蝕較為嚴(yán)重的地區(qū)。
將研究區(qū)內(nèi)各縣不同土壤侵蝕強(qiáng)度下所對(duì)應(yīng)的面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比(圖1),并依據(jù)土壤侵蝕模數(shù)200t/km2·a將各縣劃分為土壤侵蝕區(qū)和非土壤侵蝕區(qū),并計(jì)算各類型區(qū)面積,可知各縣土壤侵蝕狀況具有明顯差異。從各級(jí)土壤侵蝕強(qiáng)度對(duì)比(圖2)分析可知,莒南縣、臨沂市、臨沭縣、蒼山縣和郯城縣以微度侵蝕即非水土流失為主,土壤侵蝕面積占總面積的42.4%以下,其中臨沭縣和郯城縣土壤侵蝕面積僅占縣域面積的9.6%和11.0%,土壤侵蝕程度較輕;臨朐縣、沂水縣、莒縣、蒙陰縣、泗水縣、沂南縣、平邑縣和費(fèi)縣以輕度侵蝕為主,但各級(jí)土壤侵蝕總面積達(dá)到各縣面積的72.2%~96.1%;而沂源縣土壤侵蝕面積為縣域面積的99%,輕度~劇烈侵蝕強(qiáng)度所占面積較均勻,土壤侵蝕較為嚴(yán)重。
圖1 各縣不同土壤侵蝕程度所對(duì)應(yīng)面積
圖2 各縣土壤侵蝕面積比例
1)沂蒙山區(qū)土壤侵蝕程度整體上呈現(xiàn)出自西北向東南逐漸減小的趨勢。這與降雨侵蝕力因子的空間分布規(guī)律相一致,因此在大尺度土壤侵蝕監(jiān)測中,應(yīng)重點(diǎn)結(jié)合降雨等氣候因子進(jìn)行土壤侵蝕驅(qū)動(dòng)力分析。
2)沂源縣、臨朐縣、蒙陰縣土壤侵蝕最為嚴(yán)重,土壤侵蝕面積達(dá)到90%以上,應(yīng)及時(shí)采取相關(guān)措施進(jìn)行治理;臨沭縣和郯城縣的土壤侵蝕面積約占縣域面積的10%,可考慮在今后的開發(fā)建設(shè)中以預(yù)防保護(hù)為主,預(yù)防土壤侵蝕的發(fā)生發(fā)展。
3)針對(duì)沂蒙山區(qū)不同縣區(qū)土壤侵蝕程度空間差異較大的現(xiàn)狀,應(yīng)加強(qiáng)沂蒙山區(qū)水土資源的保護(hù)與監(jiān)測,保護(hù)好現(xiàn)有水土保持成果;對(duì)植被稀疏地區(qū)應(yīng)積極開展退耕還林、還草等植被恢復(fù)措施;另外,通過坡面、溝道治理措施和小型水利工程措施改變坡面和溝道徑流特征,也是研究區(qū)較為實(shí)際的土壤侵蝕治理措施。