摘 要：USLE被引入中國(guó)，相關(guān)研究人員將USLE運(yùn)用于土壤流失量和土壤流失空間變化的研究中。如今，GIS-RS-USLE一體化已用于研究區(qū)域尺度的土壤侵蝕。本研究綜述了ULSE的提出及其意義、USLE的改進(jìn)及其土壤侵蝕模型的發(fā)展歷程，分析了USLE指標(biāo)因子的確定方法，結(jié)合以往研究中GIS與RS在土壤侵蝕分析中的應(yīng)用，分析了GIS與RS的土壤侵蝕研究中中主要存在的問(wèn)題和今后研究的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：GIS；RS；USLE；土壤侵蝕

土壤侵蝕是中國(guó)乃至世界普遍關(guān)注的重大環(huán)境問(wèn)題之一，會(huì)引起一系列問(wèn)題，如土地退化、湖泊淤積、土壤肥力流失、洪澇等，最終阻礙生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。因此，和土壤侵蝕相關(guān)的很多研究已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。土壤侵蝕是指地球土壤在外力作用下發(fā)生的土壤分離等現(xiàn)象。在我國(guó)，利用傳統(tǒng)方法調(diào)查土壤侵蝕量具有耗時(shí)長(zhǎng)并難以確定準(zhǔn)確侵蝕量的缺點(diǎn)。隨著水土流失方程（USLE）的運(yùn)用，土壤侵蝕機(jī)理研究的不斷完善，土壤侵蝕監(jiān)測(cè)法已日趨成熟。隨后，USLE被引入中國(guó)，相關(guān)研究人員將USLE運(yùn)用于土壤流失量和土壤流失空間變化的研究中。如今，GIS-RS-USLE一體化已用于研究區(qū)域尺度的土壤侵蝕。

二、土壤侵蝕與USLE模型

（一）ULSE的提出及其意義

通用土壤流失方程USLE提出于1965年，世界各國(guó)均采用USLE來(lái)計(jì)算坡面尺度、流域尺度和區(qū)域尺度的土壤侵蝕量。而我國(guó)則著眼于GIS-RS-USLE相結(jié)合，如高峰等基于GIS 和RS獲取USLE所需參數(shù)，估算了土壤侵蝕量；王娟和卓靜對(duì)陜北黃土高原退耕還林區(qū)的土壤侵蝕定量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。USLE土壤流失方程公式為A=RKLSCP，R為降雨侵蝕力，K為土壤可蝕性，LS為坡長(zhǎng)坡度，C為作物覆蓋管理，P為水土保持措施。

（二）USLE的改進(jìn)及其土壤侵蝕模型的發(fā)展歷程

隨著對(duì)土壤侵蝕研究的進(jìn)一步深化，USLE不斷加以改進(jìn)。李雪瑩等通過(guò)RUSLE模型估算了遼寧省阜新市土壤侵蝕量；王衛(wèi)林等運(yùn)用RUSLE模型分析了洱海流域土壤侵蝕的空間特征；方廣玲等基于RUSLE模型研究了拉薩河流域土壤侵蝕動(dòng)態(tài)特征。

三、USLE指標(biāo)因子的確定

（一）降雨徑流因子R值的估算

R表示了降雨量對(duì)土壤的侵蝕能力，這種能力未能直接測(cè)定，需通過(guò)降雨參數(shù)、降雨量來(lái)估算。但更多的以往研究則是用將于總量和最大雨強(qiáng)維持的時(shí)間來(lái)共同計(jì)算R，R=[2.29+1.151×lgxi/Di]×I30?，i為降雨的時(shí)間（h），Xi為降雨強(qiáng)度，Di為在i時(shí)間內(nèi)的降雨總量，I30?為經(jīng)歷30分鐘的最大雨強(qiáng)。其中，R包括次降雨和年降雨。次降雨表明雨量與動(dòng)能之間存在線性關(guān)系，公式如下：R=1.70（PI30/100）-0.136（I30<10mm/h），R=2.35（PI30/100）-0.523（I30>10mm/h），R為次降雨侵蝕力，P為次降雨量（mm），I30意義同上。另外，通過(guò)年降雨量與年最大30min于強(qiáng)，估算年降雨R值，R=0.207（P×I30/100）1.205，P為年降雨總量（mm），I30意義同上。

（二）坡長(zhǎng)與坡度的定義、LS的計(jì)算

水土保持的關(guān)鍵性因子之一為坡長(zhǎng)，即坡面的水平投影長(zhǎng)度。它直接影響著地面土壤的侵蝕力，L=m×cosA，L為坡長(zhǎng)，m為地表面沿流向的水流長(zhǎng)度，θ為水流地區(qū)的起始面坡度值。坡度是影響土壤侵蝕的重要因子之一，S=65.4sin2A+4.56sinA+0.0654，S為坡度（%），θ為坡度度數(shù)。LS因子是用來(lái)度量地表徑流輸沙能力的指標(biāo)，即上述L和S的計(jì)算方法相結(jié)合。

（三）植被與經(jīng)營(yíng)管理因子C與土壤可蝕性因子K值

C控制著土壤侵蝕能力，與植被覆蓋度有很大關(guān)系，其值大小主要和植被覆蓋和土地利用類(lèi)型的指標(biāo)有關(guān)。但目前，國(guó)內(nèi)外研究對(duì)C值沒(méi)有建立統(tǒng)一的計(jì)算指標(biāo)，今后研究需進(jìn)一步確定該指標(biāo)。K值是用來(lái)度量土壤潛在侵蝕性的指標(biāo)，是反映土壤受侵蝕度的參數(shù)，公式如下：

K=[2.1×10-4M1.14（12-M0）+3.25（S-2）+2.5（P-3）]/100 （1）

式中，M為（粉砂+極細(xì)砂）%和（100-粉砂百分含量）的乘積，M0為土壤有機(jī)質(zhì)含量，S為土壤結(jié)構(gòu)系數(shù)，P為滲透性等級(jí)。

四、GIS與RS在土壤侵蝕分析中的應(yīng)用

（一）GIS在侵蝕因子計(jì)算中的應(yīng)用

將GIS分別運(yùn)用于R因子中、模型中的因子運(yùn)算、土壤侵蝕決策支持系統(tǒng)的建立。通過(guò)GIS對(duì)個(gè)水人觀測(cè)站的點(diǎn)數(shù)據(jù)和等降雨量線進(jìn)行差值，內(nèi)插生成所有I60的柵格數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行空間分析運(yùn)算獲取模型P值，根據(jù)土地利用類(lèi)型確定P因子的大小。通過(guò)GIS的可視化功能、ARCGIS中GRID的土層預(yù)算功能，將土壤侵蝕模型疊加運(yùn)算，最終形成GIS水土流失分布圖，對(duì)土壤侵蝕的預(yù)測(cè)提供理論支持。通過(guò)JAVA等二次開(kāi)發(fā)及組件GIS，以構(gòu)建土壤侵蝕決策支持系統(tǒng)，以綜合評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)區(qū)域的土壤侵蝕情況。

（二）RS在侵蝕因子計(jì)算中的應(yīng)用

將RS分別運(yùn)用于LS和P因子中、C因子中。通過(guò)RS獲取高程數(shù)字模型，利用SRTM獲取DEM 90m的分辨率數(shù)據(jù)，由GRID提取地形坡長(zhǎng)坡度數(shù)據(jù)，結(jié)合目視解譯法確定土地利用類(lèi)型圖，最終確定P。C是植被對(duì)土壤侵蝕的反映因素，RS中的二分模型估算法可通過(guò)光譜植被指數(shù)SVI來(lái)提取監(jiān)測(cè)區(qū)域的植被覆蓋度，公式為：

fc=SVIm-SVImin/SVImax/SVImin （2）

式中，SVIm為某時(shí)間的植被指數(shù)，SVImax為裸土植被指數(shù)，SVImin為全覆蓋植被指數(shù)。

（三）將RS運(yùn)用于GIS與RS的土壤侵蝕研究中的發(fā)展前景

（1）通過(guò)GIS與RS建立多元數(shù)據(jù)庫(kù)、開(kāi)發(fā)信息管理系統(tǒng)；（2）將GIS、RS與WebGIS相結(jié)合實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)共享化；（3）在GIS與RS支持下，建立土壤侵蝕預(yù)測(cè)模型；（4）利用GIS與RS估算監(jiān)測(cè)區(qū)域產(chǎn)沙時(shí)的侵蝕預(yù)報(bào)模型；（5）利用GIS與RS，加快土壤侵蝕的定量研究理論和在技術(shù)方面的創(chuàng)新突破。

五、存在的問(wèn)題

（1）目前在GIS與RS的土壤侵蝕中，所選用的信息源空間和時(shí)間、光譜等數(shù)據(jù)的分辨率較低；（2）因研究區(qū)域不同，所使用的土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不同，所以未能有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)適用于所有研究區(qū)域內(nèi)；（3）由于實(shí)測(cè)資料和各種模型均具有各自特點(diǎn)，均無(wú)法消除各自的相對(duì)滯后性。因此，沒(méi)有一種模型適用于所有研究區(qū)域。

六、結(jié)語(yǔ)

本研究綜述了ULSE的提出及其意義、USLE的改進(jìn)及其土壤侵蝕模型的發(fā)展歷程，分析了USLE指標(biāo)因子的確定方法，包括降雨徑流因子R值的估算（次降雨和年降雨）、坡長(zhǎng)與坡度的定義、LS的計(jì)算、土壤可蝕性因子K值、植被與經(jīng)營(yíng)管理因子C等。結(jié)合以往研究中GIS與RS在土壤侵蝕分析中的應(yīng)用，分析了GIS與RS的土壤侵蝕研究中主要存在的問(wèn)題和今后研究的發(fā)展前景。

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作者簡(jiǎn)介：王帆（1984- ），女，陜西人，碩士，技術(shù)人員，研究方向：GIS、水土流失研究。