張由松，李 鋼，王 冉，劉祥超，石 鑫

（浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

土壤是地球上所有生物生存發(fā)展所必須依賴的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，由于全球人口的快速增長(zhǎng)以及對(duì)土壤資源的掠奪和破壞，導(dǎo)致嚴(yán)重的土壤侵蝕現(xiàn)象。土壤侵蝕已上升為世界性的重大生態(tài)環(huán)境問題，并受到世界各國(guó)水土保持專家的高度重視[1]。研究土壤侵蝕并根據(jù)土壤侵蝕形成的原因分析其分布規(guī)律，明確可能發(fā)生的土壤侵蝕類型、范圍和程度有利于指導(dǎo)區(qū)域水土保持[2]。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者在區(qū)域土壤侵蝕研究方面做了大量的研究，對(duì)不同地區(qū)的土壤侵蝕空間分布與影響因素進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]。例如蔡文博等[4]利用GIS技術(shù)研究了瀘沽湖流域的水土流失狀況并進(jìn)行評(píng)價(jià)分析；凡非得等[5]研究了西南喀斯特區(qū)域水土流失的空間分異特征。雖然土壤侵蝕的區(qū)域研究較多，但針對(duì)浙江區(qū)域的研究鮮有報(bào)道。因此，本研究以浙江省水土保持監(jiān)測(cè)站網(wǎng)中的蒼南縣昌禪溪小流域?yàn)檠芯繉?duì)象，利用美國(guó)修正通用土壤流失方程（RUSLE）為評(píng)價(jià)工具[6]，根據(jù)SL 190 — 2007《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)該流域的土壤侵蝕進(jìn)行分級(jí)研究[7]。研究旨在揭示小流域土壤侵蝕的空間分布規(guī)律，為小流域水土流失治理、水土保持提供科學(xué)依據(jù)，為實(shí)現(xiàn)流域環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

2 研究區(qū)概況

蒼南縣昌禪溪小流域位于浙江省溫州市蒼南縣昌禪鄉(xiāng)興昌村，該小流域?qū)儆邛椊?，并?009年納入全國(guó)水土保持監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)建設(shè)二期工程，現(xiàn)已建設(shè)成為太湖流域水土保持重要監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。小流域出口斷面建設(shè)有平坦V形測(cè)流堰，測(cè)流堰上游控制面積3.31 km2。

小流域氣候?qū)儆谥衼啛釒ШＱ笮图撅L(fēng)氣候，全年季節(jié)變化明顯，氣候特征主要表現(xiàn)為溫和、濕潤(rùn)、多雨，年平均氣溫14 ~ 18 ℃，年平均降雨量1 670.1 mm；植被類型為中亞熱帶常綠闊葉林，小流域內(nèi)分布有紅壤、黃壤及水稻土等土壤類型。

3 材料與方法

3.1 試驗(yàn)材料

研究采用的資料包括昌禪溪小流域2014年航拍遙感影像圖（分辨率為0.2 m×0.2 m）；1980 — 2009年的日降雨數(shù)據(jù)；1:2 000地形圖、土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、土壤圖及相關(guān)土壤資料。影像圖使用前進(jìn)行幾何校正和投影變換，并統(tǒng)一采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。

3.2 因子計(jì)算方法

本研究采用美國(guó)修正通用土壤流失方程[8]來計(jì)算小流域的土壤侵蝕情況，修正通用土壤流失方程計(jì)算公式為：

式中：A為土壤侵蝕量，t /（hm2· a）；R為降雨侵蝕力，MJ · mm · hm-2· h-1· a-1；K 為土壤可蝕性因子，t · h · MJ-1·mm-1；LS為坡長(zhǎng)坡度因子，量綱為1；C為植被覆蓋因子，量綱為1；P為水土保持措施因子，量綱為1。

本研究對(duì)修正的通用土壤流失方程中的各因子計(jì)算方法進(jìn)行優(yōu)選。其中，降雨侵蝕力R因子采用月雨量模型[9]，土壤可蝕性K因子選用EPIC模型中的計(jì)算方法[10]，坡長(zhǎng)L因子采用坡長(zhǎng)指數(shù)法[11]，坡度S因子采用緩坡[12]和陡坡[13]公式分類計(jì)算；植被覆蓋C因子采用分段法計(jì)算[14]，水土保持措施P因子采用賦值法[15]。

3.3 空間數(shù)據(jù)處理

空間數(shù)據(jù)的處理通常采用GIS軟件中提供的空間分析工具，本研究將小流域土壤類型圖數(shù)字化，利用ArcGIS10.3中的Raster Calculator模塊將K值賦給各土壤類型，得到K因子數(shù)據(jù)層；利用流域DEM數(shù)據(jù)，利用Spatial Analysis模塊中的Surface Analysis功能提取坡度專題圖，然后在Raster Calculator模塊中利用公式計(jì)算得到S因子數(shù)據(jù)層。同時(shí)，利用流域的DEM數(shù)據(jù)提取出山脊線，然后利用Distance模塊計(jì)算每格到山脊線的垂直距離，以此作為每個(gè)柵格的近似坡長(zhǎng)，然后計(jì)算得到L因子數(shù)據(jù)層；通過對(duì)遙感影像圖的植被覆蓋提取和計(jì)算生成C因子數(shù)據(jù)層；結(jié)合土地利用類型圖，將水土保持措施P因子賦予不同的地類，然后得到P因子數(shù)據(jù)層；小流域降雨侵蝕力R統(tǒng)一采用計(jì)算所得的 448.50 MJ · mm · hm-2· h-1· a-1。各數(shù)據(jù)層的最終統(tǒng)一為2 m×2 m的柵格圖，在根據(jù)公式（1）把所有柵格圖的像元值進(jìn)行相乘，得到空間各單元的土壤侵蝕數(shù)據(jù)。

4 結(jié)果分析

4.1 小流域土壤侵蝕統(tǒng)計(jì)分析

將計(jì)算得到的土壤侵蝕空間數(shù)據(jù)按照水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL 190 — 2007《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)土壤侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行劃分，其中水力侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。分級(jí)后，通過GIS軟件統(tǒng)計(jì)生昌禪溪小流域不同強(qiáng)度等級(jí)的土壤侵蝕侵蝕面積情況（見圖1）。

表1 水力侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表

根據(jù)不同土壤侵蝕強(qiáng)度面積的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見圖1），昌禪溪小流域土壤侵蝕面積以微度侵蝕為主，其面積比例高達(dá)94.61%，這些面積上的土壤侵蝕量A小于南方紅壤丘陵區(qū)容許土壤流失量Tc500 t /（km · a）；土壤侵蝕量A大于容許土壤流失量Tc的面積比例5.39%。

圖1 不同土壤侵蝕強(qiáng)度面積統(tǒng)計(jì)圖

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析大于容許土壤流失量Tc的侵蝕強(qiáng)度分布情況可知，輕度侵蝕面積占大于容許土壤流失量面積的比例為61.39%，中度侵蝕面積占29.80%，強(qiáng)烈侵蝕面積占5.16%，極強(qiáng)烈侵蝕面積占3.65%，小流域內(nèi)沒有發(fā)生劇烈侵蝕現(xiàn)象。由此可見，昌禪溪小流域內(nèi)絕大部分面積屬于微度侵蝕，小部分面積發(fā)生較嚴(yán)重的土壤侵蝕現(xiàn)象。

4.3 小流域土壤侵蝕空間分布

土壤侵蝕是一個(gè)多因素綜合影響的環(huán)境問題，其涉及因素多而復(fù)雜。研究小流域土壤侵蝕強(qiáng)度的空間分布格局有利用深入認(rèn)識(shí)土壤侵蝕發(fā)生機(jī)理與變化規(guī)律，尤其是自然因素與人類活動(dòng)雙重作用下小流域土壤侵蝕空間分異研究對(duì)指導(dǎo)小流域土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化具有重要的意義。圖2為昌禪溪小流域土壤侵蝕的空間分布特征圖。從土壤侵蝕的空間分布來看，昌禪溪小流域土壤侵蝕主要發(fā)生在小流域的中部，并且呈現(xiàn)集中的條帶侵蝕圖斑。通過小流域?qū)嵉卣{(diào)查發(fā)現(xiàn)，發(fā)生較為嚴(yán)重的土壤侵蝕區(qū)域主要是園地開發(fā)區(qū)，特別是近年來農(nóng)民為了增加收入在小流域內(nèi)大量開墾林草地，并種植具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的黃梔子。在開墾種植的前幾年里，由于坡面擾動(dòng)以及黃梔子幼苗不能有效發(fā)揮水土保持功能，導(dǎo)致小流域內(nèi)土壤侵蝕較為嚴(yán)重。

圖2 土壤侵蝕空間分布圖

4.4 成因分析

自然環(huán)境是土壤侵蝕發(fā)生和發(fā)展的潛在因素，而人為作用則是加劇土壤侵蝕的外在動(dòng)力。蒼南縣昌禪溪小流域土壤侵蝕的發(fā)展是自然和人為因素相互作用的結(jié)果。其中，小流域自然因素中的地形因子對(duì)土壤侵蝕具有促進(jìn)作用，良好的植被覆蓋具有水土保持功能，而人為不合理的園地開發(fā)活動(dòng)是小流域土壤侵蝕加劇的人為因素。

（1）小流域地形因素。由于小流域的坡長(zhǎng)坡度LS因子空間變化非常明顯，小流域北部和西南部多為中低山區(qū)，東南部主要為丘陵區(qū)，地形起伏。因此，降雨后便產(chǎn)生極大的徑流速度，加劇對(duì)地表土壤的沖刷和侵蝕。

（2）林草植被覆蓋度的高低也直接影響到水土流失。由小流域植被類型的統(tǒng)計(jì)可知，小流域內(nèi)林地總面積為273.42 hm2，占小流域面積的82.71%。由于小流域內(nèi)植被較好，覆蓋度多數(shù)在70.00%以上，在小流域內(nèi)發(fā)揮了較好的水土保持功能。

（3）人類不合理的活動(dòng)是加劇小流域水土流失的重要因素。近年來，陡坡開墾、亂砍濫伐等易造成嚴(yán)重水土流失的行為已大為減少，但無水土保持措施的緩坡園地經(jīng)濟(jì)林開發(fā)以及不合理的耕作方式造成的水土流失現(xiàn)象依然存在。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，除了開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目大規(guī)模占用土地資源外，農(nóng)民為了增加收入也加劇了坡地資源的開墾，忽視水土保持，導(dǎo)致小流域的水土流失。

在影響土壤侵蝕的諸因子中，小流域內(nèi)的地形和土壤因子是影響土壤侵蝕最顯著的自然因素，不合理的土地利用方式是導(dǎo)致小流域發(fā)生嚴(yán)重土壤侵蝕的主因。因此，加強(qiáng)小流域自然植被的保護(hù)，合理開發(fā)利用土地資源，是防治小流域土壤侵蝕的關(guān)鍵。

5 結(jié) 語(yǔ)

土壤侵蝕的空間分布特征與土地利用、坡度、土壤類型和人類活動(dòng)等因素密切相關(guān)，開展土壤侵蝕空間變異性的研究有助于揭示土壤侵蝕的區(qū)域變化規(guī)律，為區(qū)域土地資源保護(hù)和土壤侵蝕防治提供科學(xué)依據(jù)。本研究以GIS技術(shù)為主要手段，以蒼南縣昌禪溪小流域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過對(duì)小流域各類空間數(shù)據(jù)的采集，運(yùn)用修正的通用土壤流失方程定量研究了小流域的土壤侵蝕狀況。研究結(jié)果得出，昌禪溪小流域主要以微度侵蝕為主，所占比例大于90.00%；但由于小流域內(nèi)大量開墾坡地資源種植經(jīng)濟(jì)作物，導(dǎo)致小流域中部發(fā)生較為嚴(yán)重的土壤侵蝕。

土壤侵蝕導(dǎo)致的嚴(yán)重后果已經(jīng)備受各國(guó)政府的高度重視，人類的發(fā)展必須堅(jiān)持人與環(huán)境人與自然的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。開發(fā)土地資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境必須以遏制土壤侵蝕為基礎(chǔ)，治理土壤侵蝕應(yīng)遵循自然規(guī)律，堅(jiān)持區(qū)域經(jīng)濟(jì)與環(huán)境統(tǒng)一規(guī)劃，使區(qū)域的生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)美好家園的建設(shè)。