王立明，石 云，劉 平

(1.寧夏回族自治區(qū)水土保持監(jiān)測總站，寧夏 銀川 750021； 2.寧夏大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，寧夏 銀川 750021；3.寧夏水利科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750021)

寧南隴東丘陵溝壑蓄水保土區(qū)位于黃土高原西北部[1]，該區(qū)山多川少、溝壑縱橫、黃土層深厚、植被稀疏、干旱少雨，獨特的地形、氣候和土壤條件加之人為活動影響，導(dǎo)致該區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，成為我國土壤侵蝕最為嚴(yán)重的地區(qū)之一[2]。為掌握該區(qū)的土壤侵蝕時空變化情況，本研究采用美國修正通用土壤流失方程(RUSLE)，選擇彭陽縣為研究區(qū)，定量研究了彭陽縣1995—2015年土壤侵蝕時空變化特征，分析了20年間不同地形、高程、植被覆蓋度、土地利用類型條件下的土壤侵蝕模數(shù)分布特征，希望能為彭陽縣的水土流失治理提供參考。

1 研究區(qū)概況

彭陽縣位于寧夏東南部邊緣、六盤山東麓，海拔1 292～2 486 m，地處黃土丘陵溝壑區(qū)第二副區(qū)[3]；屬典型的溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量450～550 mm，年平均氣溫7.4 ～8.5 ℃，年日照時數(shù)2 311.2 h，年無霜期140 ～170 d[4]；地形復(fù)雜，土地貧瘠，土壤類型以黃綿土、黑壚土為主，植被稀疏，生態(tài)環(huán)境較為脆弱。彭陽縣屬國家級水土流失重點治理區(qū)，有水土流失面積2 129 km2，占縣域總面積的85%。嚴(yán)重的水土流失導(dǎo)致土壤瘠薄、肥力下降、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件惡化、耕地面積減少、林草植被破壞、干旱程度加劇、自然災(zāi)害頻繁，嚴(yán)重影響了縣域農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，成為制約全縣經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。作為一個以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟為主的國家扶貧開發(fā)工作重點縣，近年來彭陽縣堅持生態(tài)立縣，以小流域為單元，因地制宜實施小流域綜合治理，取得了顯著的效益。

2 研究數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究采用彭陽縣1∶50 000地形圖生成彭陽縣DEM，分辨率為25 m；土壤類型數(shù)據(jù)來源于寧夏第二次全國土壤普查數(shù)據(jù)，土壤理化數(shù)據(jù)通過實地采樣及試驗求得；彭陽縣1995、2005、2015年Landsat遙感影像來源于地理空間數(shù)據(jù)云；1995—2015年日降雨量數(shù)據(jù)來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)。

2.2 研究方法

RUSLE模型表達式為

A=R·LS·K·C·P

式中：A為土壤侵蝕量；R為降雨侵蝕力因子；LS為坡長坡度因子；P為水土保持措施因子；K為土壤可蝕性因子；C為覆蓋與管理因子。

其中：R因子采用WISCHMEIER的計算方法，通過Kriging插值方法求得；LS因子采用汪幫穩(wěn)等[5]修正后的算法；K因子采用WILLIAMS建立的EPIC模型算法；P因子主要參照WISCHMEIER和覃杰香等[6]的相關(guān)研究；C因子采用蔡崇法等[7]的算法。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤侵蝕狀況

根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)，將土壤侵蝕程度劃分為微度侵蝕[0，500]、輕度侵蝕(500，2 500]、中度侵蝕(2 500，5 000]、強烈侵蝕(5 000，8 000]、極強烈侵蝕(8 000，15 000]和劇烈侵蝕(>15 000)六級[13]，得到了彭陽縣1995、2005、2015年土壤侵蝕統(tǒng)計結(jié)果，見表1。

1995、2005、2015年彭陽縣中度及其以上侵蝕面積分別為1 248.30、755.83、624.50 km2。由表1可以看出，隨著治理的推進，彭陽縣水土流失狀況有明顯好轉(zhuǎn)，2015年的土壤侵蝕模數(shù)比1995年的減少了3 202.10 t/(km2·a)，土壤侵蝕量減少了800 萬t，特別是中度及其以上侵蝕面積減少明顯。

表1 1995、2005、2015年彭陽縣土壤侵蝕模數(shù)、侵蝕量及各侵蝕強度侵蝕面積

3.2 土壤侵蝕時空變化特征

3.2.1 不同坡度范圍的土壤侵蝕分布特征

將1995、2005、2015年土壤侵蝕面積和坡度等級(0°～5°、5°～8°、8°～15°、15°～25°、25°～35°、≥35°)做疊置分析，得到1995—2015年不同坡度等級下的土壤侵蝕面積變化量統(tǒng)計結(jié)果，見表2。1995—2015年，0°～15°坡度區(qū)間內(nèi)，中度及其以上侵蝕面積分別減少了18.54、34.74、194.16 km2，這表明在0°～15°坡度區(qū)間內(nèi)存在著中度及其以上侵蝕向輕度和微度侵蝕轉(zhuǎn)變的趨勢；在15°～25°坡度區(qū)間內(nèi)，強烈及其以上侵蝕面積減少了347.11 km2，減少趨勢明顯；在≥25°坡度區(qū)間，主要特點為極強烈和劇烈侵蝕面積明顯減少，分別減少了94.30、82.46 km2，表現(xiàn)出高侵蝕強度大面積地向低侵蝕強度轉(zhuǎn)變。

表2 1995—2015年不同坡度范圍土壤侵蝕面積變化量統(tǒng)計

圖1為1995、2005、2015年不同坡度范圍的土壤侵蝕模數(shù)分布圖。由圖1知，隨著治理的推進，不同坡度范圍的土壤侵蝕模數(shù)均呈減少趨勢，同時各年份的土壤侵蝕模數(shù)分布曲線均在25°～35°時出現(xiàn)最大值。相比1995年，2015年各坡度范圍的侵蝕模數(shù)均明顯減少，在0°～5°、5°～8°、8°～15°、15°～25°、25°～35°、≥35°坡度范圍分別減少了669.01、1 488.07、2 413.74、4 082.95、4 830.16、4 019.11 t/(km2·a)。其中，在25°～35°坡度范圍內(nèi)土壤侵蝕得到了有效抑制，表明在該坡度范圍內(nèi)實施的坡耕地退耕還林能有效減少地表徑流和土壤侵蝕量。

圖1 不同坡度范圍的土壤侵蝕模數(shù)分布

3.2.2 不同高程范圍的土壤侵蝕分布特征

將1995、2005、2015年土壤侵蝕面積和高程范圍(1 292～1 500、1 500～1 700、1 700～1 900、1 900～2 100、2 100～2 300、2 300～2 486 m)做疊置分析，得到1995—2015年不同高程范圍的土壤侵蝕模數(shù)分布情況(圖2)。隨著治理的推進，1995—2015年各高程范圍的土壤侵蝕模數(shù)均明顯減少。1995—2015年，在1 292～1 500、1 500～1 700、1 700～1 900、1 900～2 100、2 100～2 300、2 300～2 486 m的高程區(qū)間土壤侵蝕模數(shù)分別減少了3 309.18、3 476.01、3 047.90、2 513.53、741.64、1 919.86 t/(km2·a)。其中，在1 500～1 700 m高程區(qū)間土壤侵蝕模數(shù)減少最多，而在2 100～2 300 m高程區(qū)間則減少得最少。

圖2 不同高程等級下的土壤侵蝕模數(shù)分布

3.2.3 不同植被覆蓋度等級下的土壤侵蝕分布特征

按照水蝕區(qū)植被覆蓋度分級標(biāo)準(zhǔn)(高覆蓋區(qū)75%～100%、中高覆蓋區(qū)60%～75%、中覆蓋區(qū)45%～60%、中低覆蓋區(qū)30%～45%、低覆蓋區(qū)<30%)分成5個等級，對1995、2005、2015年土壤侵蝕與植被覆蓋度等級進行疊置分析，得到1995—2015年不同植被覆蓋度等級下的土壤侵蝕模數(shù)分布圖(圖3)。與1995年相比，2015年不同植被覆蓋度等級下的土壤侵蝕模數(shù)均呈減少趨勢，在低覆蓋區(qū)、中低覆蓋區(qū)、中覆蓋區(qū)、中高覆蓋區(qū)和高覆蓋區(qū)分別減少了3 811.74、4 121.27、2 993.29、1 974.36、134.63 t/(km2·a)。在中低覆蓋區(qū)土壤侵蝕模數(shù)減少最顯著，而在高覆蓋區(qū)土壤侵蝕呈現(xiàn)輕微減緩趨勢。

圖3 不同植被覆蓋等級下的土壤侵蝕模數(shù)分布

3.2.4 不同土地利用類型下的土壤侵蝕分布特征

基于GIS的空間分析功能，研究1995—2015年不同土地利用類型面積及其土壤侵蝕模數(shù)和侵蝕量，結(jié)果見表4。1995—2015年各土地利用類型下的土壤侵蝕狀況均得到明顯改善，土壤侵蝕量和侵蝕模數(shù)均呈減少趨勢：耕地土壤侵蝕模數(shù)由1995年的2 878.83 t/(km2·a)減少到2015年的678.67 t/(km2·a)，侵蝕量減少了80.08%；林地土壤侵蝕模數(shù)由3 625.46 t/(km2·a)減少到1 734.92 t/(km2·a)，侵蝕量減少了26.76%；草地土壤侵蝕模數(shù)由5 356.69 t/(km2·a)減少到1 930.29 t/(km2·a)，侵蝕量減少了34.55%；未利用地土壤侵蝕模數(shù)由6 483.08 t/(km2·a)減少到1 571.77 t/(km2·a)，侵蝕量減少了99.79%；水域和建設(shè)用地土壤侵蝕輕微，可以忽略不計。結(jié)合1995—2015年各土地利用類型面積變化(表4)，可以看出，彭陽縣的土地利用類型變化主要表現(xiàn)為耕地、未利用地面積持續(xù)減少，林草地面積大幅增加，這也說明退耕還林措施的實施帶來了顯著的水土保持效果。

4 結(jié) 論

采用修正通用土壤流失方程，得到了彭陽縣1995—2015年土壤侵蝕的時空變化特征。主要結(jié)論如下：

表4 1995—2015年不同土地利用類型下的土壤侵蝕變化

(1)1995—2015年彭陽縣土壤侵蝕明顯減輕，土壤侵蝕模數(shù)減少了3 202.10 t/(km2·a)，土壤侵蝕量減少了800萬t。

(2)各坡度范圍的土壤侵蝕強度變化特征均表現(xiàn)為高侵蝕強度向低侵蝕強度轉(zhuǎn)變，即從中度及其以上侵蝕向輕度和微度侵蝕轉(zhuǎn)變。1995—2015年隨著治理的推進，不同坡度范圍的土壤侵蝕模數(shù)均呈減少趨勢，同時各年份的土壤侵蝕模數(shù)分布曲線均在25°～35°時出現(xiàn)最大值。

(3)1995—2015年各高程范圍的土壤侵蝕模數(shù)均明顯減少，其中在1 500～1 700 m高程區(qū)間土壤侵蝕模數(shù)減少量最大，而在2 100 ～2 300 m高程區(qū)間土壤侵蝕模數(shù)減少量最少。

(4)在土地利用結(jié)構(gòu)中，耕地占比明顯下降，林草地占比大幅度上升，結(jié)合土壤侵蝕相關(guān)研究成果，說明在彭陽縣實施的坡耕地退耕還林措施取得了顯著的水土保持效益。