吳 艷，張曉萍，，陳鳳娟，萬 龍，付艷玲，劉國(guó)彬

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊陵712100；2.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，陜西 楊陵712100）

黃土高原是我國(guó)乃至全世界土壤侵蝕最嚴(yán)重的地區(qū)之一，惡化的生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)重阻礙了當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，受到政府及科技界的關(guān)注［1－5］。影響侵蝕發(fā)生的因素很多，在黃土高原丘陵溝壑區(qū)，不合理的土地利用是導(dǎo)致土壤侵蝕發(fā)生的根本癥結(jié)［6－8］。目前實(shí)施10a之久的退耕還林還草生態(tài)建設(shè)工程正是抑制侵蝕、減少水土流失的有效措施。

侵蝕的發(fā)生發(fā)展規(guī)律與土地利用及地表植被變化息息相關(guān)［6－9］。1999年退耕還林還草生態(tài)建設(shè)工程實(shí)施后侵蝕環(huán)境效應(yīng)的變化究竟如何需要深入研究。本文以黃土高原丘陵溝壑區(qū)典型流域馬家溝流域?yàn)槔?008年流域土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合地形地貌等要素，依據(jù)水利部部頒《土壤侵蝕分類標(biāo)準(zhǔn)》（SL 190－96）［10］規(guī)程中侵蝕估算法，估算流域土壤侵蝕量，分析其空間分布特征，為流域相關(guān)部門進(jìn)行生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供決策依據(jù)。

1 流域概況

馬家溝流域位于陜北延安市安塞縣境內(nèi)，是延河流域的一級(jí)支流，黃土丘陵溝壑區(qū)典型流域。流域面積73.82km2，主溝道長(zhǎng)17.5km，溝道平均比降6.5‰，溝壑密度 4.5km／km2［11］。該區(qū)氣候?qū)儆谥袦貛Т箨懶园敫珊导撅L(fēng)氣候，光照充足，晝夜溫差較大，多年平均降雨量為500mm，集中在6－9月，多年平均氣溫8.8℃，蒸發(fā)能力大于1 000mm［4］。主要自然災(zāi)害有：干旱、大風(fēng)、冰雹、霜凍等，尤以干旱最為嚴(yán)重。成土母質(zhì)為第四紀(jì)黃土，以黃綿土為主要土類，土層深厚，但土質(zhì)疏松，抗侵蝕性差［4，11］，第三紀(jì)紅土在流域溝谷坡腳零星出露。

屬于森林草原植被地帶，森林和草原鑲嵌分布，在廣大梁峁坡頂部及陽坡等顯域環(huán)境分布著以草被植物為主植被，而在陰坡、溝坡底部水分比較集中的地方分布著以喬木或灌木為主的植被。地下儲(chǔ)藏大量的石油、天然氣等資源。

馬家溝流域包含5個(gè)行政村22個(gè)自然村，總?cè)丝? 294人，其中農(nóng)業(yè)人口3 521人，人口密度58人／km2，人口自然增長(zhǎng)率13.0‰。據(jù)調(diào)查，2008年農(nóng)民年人均純收入4 000元［12］。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

馬家溝流域2008年土地覆被數(shù)據(jù)是在1990年土地利用圖基礎(chǔ)上，經(jīng)過2008年12月實(shí)地調(diào)查，訂正1990年變更的圖斑界線及屬性而獲得，如附圖2所示，各利用類型面積及占流域比例見表1。1990年土地利用圖由安塞縣土地局提供，屬全國(guó)第一次土地利用調(diào)查成果。結(jié)合1∶1萬地形圖生成的流域地形高程模型DEM數(shù)據(jù)（分辨率25m），來分析流域侵蝕現(xiàn)狀及空間分布特征。

表1 馬家溝流域2008年土地利用結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)

2.2 研究方法

中華人民共和國(guó)水利部1997年實(shí)施的《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》SL－190－196［4］，是對(duì)全國(guó)土壤侵蝕區(qū)的侵蝕強(qiáng)度規(guī)定和采用的半定性半定量的判別方法。其過程是通過確定評(píng)價(jià)單元的坡度和植被覆被度，來確定單元的侵蝕強(qiáng)度，在目前國(guó)內(nèi)土壤侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)還缺少標(biāo)準(zhǔn)性、規(guī)范性定量方法條件下，該方法仍不失為一個(gè)簡(jiǎn)便、實(shí)用的好辦法［13］。文章主要采用該方法中對(duì)水蝕中面蝕的判定準(zhǔn)則，如表2所示。土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表3所示。

表2 水利部1997年部頒水蝕（面蝕）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表3 水利部1997年部頒水蝕（面蝕）土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表

在ArcGIS軟件支持下將2008年土地利用圖轉(zhuǎn)化為5m×5m網(wǎng)格的柵格圖，與流域地形高程模型保持一致。估計(jì)不同覆被條件下的覆蓋度，并經(jīng)過實(shí)地調(diào)查驗(yàn)證，結(jié)果如表4所示。

表4 馬家溝流域不同土地覆被類型下郁閉度估算

作為特殊用地類型，居民點(diǎn)和工礦用地按中度侵蝕考慮，水域按微度侵蝕考慮。溝道分布的川地、川臺(tái)地作為農(nóng)民的基本口糧田，按微度侵蝕考慮。梯旱地按照所在坡度判斷侵蝕級(jí)別，考慮到經(jīng)過小地形改造，實(shí)際確定侵蝕級(jí)別較判斷級(jí)別小一級(jí)。坡旱地按照表2判斷。果園按照估計(jì)的郁閉度按林地判斷侵蝕級(jí)別。

3 結(jié)果與分析

3.1 流域年均土壤侵蝕量估算

依據(jù)上述研究方法，在2008年土地利用基礎(chǔ)上，經(jīng)過ArcGIS編程計(jì)算，估算馬家溝流域年均土壤侵蝕模數(shù)為5 700t／（km2·a），流域上中下游的土壤侵蝕模數(shù)分別為：5 720t／（km2·a）、5 350t／（km2·a）、6 240t／（km2·a）。流域土壤侵蝕分布如附圖3所示，侵蝕級(jí)別分布如圖1所示。

從圖1可知，馬家溝流域各侵蝕級(jí)別在流域中所占面積呈正態(tài)分布，以中度侵蝕面積最廣，占流域面積的53.65%，其次是強(qiáng)度和輕度侵蝕，分別占流域面積的17.23%和14.64%，然后是極強(qiáng)度、微度和劇烈，占流域面積分別是9.2%、4.16%和1.12%。

圖1 馬家溝流域年均土壤侵蝕量級(jí)別分布

微度侵蝕以流域溝道川地、川壩地為主，坡度為零或很小，作為農(nóng)業(yè)的基本農(nóng)田用地，以玉米或大棚蔬菜種植為主，如附圖3所示。輕度侵蝕發(fā)生地類以地表林草覆蓋度在0.5～0.6以上的有林地、灌木林地及地表草被覆蓋較好的疏林地，以及坡度較小的緩坡塌地為主。地表良好的覆蓋有減緩降雨動(dòng)能，增大降雨截留量、增加降雨入滲量、延緩地表徑流發(fā)生時(shí)間及減少地表徑流發(fā)生量的功能［14－15］，因而極大地減少了侵蝕的發(fā)生幾率，將侵蝕模數(shù)控制在2 000t／（km2·a）左右。梁峁坡頂在坡度＜15°、林草有效蓋度0.4以上時(shí)，也能有效增加徑流入滲，減少?gòu)搅鳟a(chǎn)生量及動(dòng)能，因而侵蝕幾率也較小。

圖2 馬家溝流域侵蝕強(qiáng)度級(jí)別估算面積占不同區(qū)域比例

馬家溝流域中度侵蝕發(fā)生在坡度15°以上，地表覆蓋度0.5以下的荒草地，包括部分疏林地、造林地。由于坡度陡，荒草地表覆蓋度不高，產(chǎn)生侵蝕幾率增大。疏林地地表雖有喬木生長(zhǎng)，但林冠稀疏，林下層次單調(diào)，土層較薄，草地覆蓋度在0.4左右；造林地樹苗幼小，成活率不高，以等高排列、整齊規(guī)范的魚鱗坑為主要辨識(shí)特征。0.5以下的地表覆蓋度，在＞15°以及更大坡度上，暴雨條件下非常容易產(chǎn)生4 000t／（km2·a）左右的侵蝕量。

溝坡坡度25°以上，林草蓋度差且土層薄，承接上方來水后地表徑流量及其動(dòng)能急劇增加，不易發(fā)生徑流入滲，在細(xì)溝、切溝等流路基礎(chǔ)上，容易發(fā)生強(qiáng)度以上侵蝕，暴雨和大暴雨時(shí)，非常容易發(fā)生極強(qiáng)度和劇烈侵蝕。侵蝕模數(shù)在6 000～8 000t／（km2·a），甚至在10 000t／（km2·a）以上。在2008年土地利用和林草覆蓋條件下，馬家溝流域有27.58%的面積屬于這樣的地類。

3.2 侵蝕空間分布特征

如附圖2所示，將流域按照水系流路大致分為上、中、下游，占全流域面積比例大約為54%、36%和10%。2008年土地覆蓋情況下侵蝕級(jí)別分布面積在全流域的分布特征如表5所示。

表5 馬家溝流域上中下游侵蝕分布

流域上中下游各侵蝕級(jí)別的面積占全流域的分布比例非常相似，均呈正態(tài)分布形式，如表5所示，中度侵蝕級(jí)別的估算面積最大，然后是強(qiáng)度／輕度級(jí)別、極強(qiáng)度／微度級(jí)別和劇烈侵蝕級(jí)別。這種分布狀況是全流域?qū)嵤┩烁€林所表現(xiàn)出來的環(huán)境效應(yīng)，與林地尤其是草地面積增加，侵蝕級(jí)別降低關(guān)系非常密切。受流域上中下游劃分的影響，總體上，流域各侵蝕級(jí)別的面積在上游比較集中，其次是中游，然后是下游。

在不同空間內(nèi)，上、中游幾乎一半左右的面積（56.86%、52.11%）為 中 度 侵 蝕，下 游 也 高 達(dá)41.43%，如圖2所示。強(qiáng)度侵蝕在流域上、中游比例幾乎相同，分別為15.08%和15.46%，而流域下游則分布面積較大，比例為35.96%。類似地，極強(qiáng)度侵蝕的分布在上中游比例近似，分別為9.61%和8.15%，而下游分布面積則較大，為10.81%。劇烈侵蝕的面積在上中游所占比例要大于下游。輕度侵蝕面積所占比例上中游較下游大，而微度侵蝕則以下游居多。

圖3 馬家溝流域不同區(qū)域侵蝕級(jí)別比例相對(duì)于全流域侵蝕級(jí)別比例的變化

將流域上中下游各侵蝕強(qiáng)度所占比例與全流域相應(yīng)侵蝕強(qiáng)度所占比例的比值稱為各侵蝕強(qiáng)度級(jí)別的變化指數(shù)，以反映侵蝕強(qiáng)度在流域中分布格局的不同，如圖3所示。值越大，表示該侵蝕級(jí)別的分布越集中，值越小，表示分布面積越少，接近于1，表示與全流域分布格局相似。從圖3看出，上、中游侵蝕強(qiáng)度級(jí)別的分布與全流域比較相似，下游差異較大。

流域侵蝕級(jí)別的分布格局與流域的地形地貌特征緊密相關(guān)。上中游水力侵蝕十分活躍，15°～25°及以上溝坡面積占有很大比例，在中游地區(qū)，滑塌等重力侵蝕的發(fā)生發(fā)育了大片緩坡塌地，成為當(dāng)?shù)厝罕娚畹闹饕?jīng)營(yíng)對(duì)象。在退耕還林還草政策實(shí)施背景下，大部分坡耕地甚至梁峁頂梯田流轉(zhuǎn)為草地，但據(jù)實(shí)地調(diào)查，其林草蓋度及生長(zhǎng)狀況并沒有發(fā)育到能有效控制土壤侵蝕發(fā)生的程度，且農(nóng)耕地中坡耕地仍占44.8%的面積，因此，在覆蓋度＜0.4，＞35°陡坡部位發(fā)生極強(qiáng)度甚至劇烈侵蝕。在廣大25°～35°部位發(fā)生強(qiáng)度和中度侵蝕，15°～25°坡度仍發(fā)生著中度－輕度侵蝕。

相對(duì)流域下游微度和強(qiáng)度侵蝕比較集中，而輕度和劇烈侵蝕較少。溝口是整個(gè)集水區(qū)的唯一出口，水流量大且流速很快，下蝕和側(cè)蝕十分強(qiáng)烈，溝道展寬，但是溝坡地形陡峭，水力侵蝕發(fā)育。河川地面積比例增大，因而流域下游微度侵蝕面積比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上中游。雖然流域下游林地分布面積最大，但是在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，其林相單一，林下層次不豐富，人工生態(tài)系統(tǒng)特征突出，雖然一定程度上保護(hù)了地表土層，但其功能的發(fā)揮仍受地形的很大限制，強(qiáng)度和極強(qiáng)度侵蝕發(fā)生幾率還是很大的。如附圖3和圖2所示。

4 結(jié)論

以陜北丘陵溝壑區(qū)典型流域馬家溝流域?yàn)槔?，?008年流域土地利用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合地形地貌等要素，依據(jù)水利部部頒《土壤侵蝕分類標(biāo)準(zhǔn)》（SL 190－96）規(guī)程中侵蝕估算法，估算流域土壤侵蝕量，分析其空間分布特征，為相關(guān)部門進(jìn)行生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供決策依據(jù)。

退耕政策實(shí)施后的近10年來，馬家溝流域土壤侵蝕模數(shù)估算值為5 700t／（km2·a）。該流域各侵蝕級(jí)別的面積占流域的分布比例呈正態(tài)分布，以中度侵蝕面積最廣，為流域面積的53.65%，其次是強(qiáng)度、輕度級(jí)別，分別為流域面積的17.23%和14.64%，然后是極強(qiáng)度、微度級(jí)別和劇烈侵蝕級(jí)別，占流域面積分別是9.2%、4.16%和1.12%。

整體上，侵蝕強(qiáng)度的分布仍受地形發(fā)育的影響。在上、中游各侵蝕強(qiáng)度級(jí)別的發(fā)生面積與全流域的分布非常相似，中游劇烈侵蝕面積稍有增加。而下游則與全流域分布格局差異很大，相對(duì)地說，微度和強(qiáng)度侵蝕比較集中，而輕度和劇烈侵蝕面積較少。

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