劉警鑒, 盧 遠(yuǎn), 劉斌濤, 華 璀

(1.廣西師范學(xué)院 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院, 廣西 南寧 530001; 2.中國科學(xué)院 水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所, 四川 成都 610041; 3.廣西師范學(xué)院 國土資源與測(cè)繪學(xué)院, 廣西 南寧 530001)

土壤侵蝕導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化、自然災(zāi)害加劇，導(dǎo)致土層變薄、有機(jī)質(zhì)含量降低，甚至在暴雨沖刷下，將大量攜帶養(yǎng)分、重金屬和化肥、農(nóng)藥的土壤進(jìn)入河流水庫,造成水體富營養(yǎng)化，使土壤肥力降低，致土地生產(chǎn)力下降，農(nóng)業(yè)價(jià)值降低或喪失，嚴(yán)重威脅地區(qū)的生態(tài)安全、飲水安全和糧食安全[1]。國家在2010—2012年期間開展了第一次全國水利普查，同步進(jìn)行了水土保持情況普查工作，獲取了廣西壯族自治區(qū)(以下簡(jiǎn)稱廣西)的縣域水力侵蝕面積與分布，以及水土保持措施類型與面積等成果[2]。因此，為了開發(fā)利用好第一次全國水利調(diào)查水土保持專項(xiàng)調(diào)查成果資料與深入查清廣西土壤侵蝕的現(xiàn)狀。本文擬以RUSLE模型[3]為基礎(chǔ)，引入喀斯特石漠化修正因子M，計(jì)算分析廣西地區(qū)土壤侵蝕空間分布、面積、強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)變化情況，分析耕地、園地、林地、草地、裸地、工礦用地與土壤侵蝕的關(guān)系，以期為科學(xué)防治土壤侵蝕提供決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

廣西地處中國的南疆，介于東經(jīng)104°26′—112°04′，北緯20°54′—26°24′之間，土地總面積2.37×105km2，耕地占20.62%，園地占4.65%，林地占56.61%，草地占4.73%。總體地勢(shì)西北高東南低，地形地貌以低山、丘陵地貌為主，占總面積的56.15%?？λ固氐孛舱伎偯娣e的34.48%，連片分布于桂西南、桂西北、桂中和桂東北；喀斯特地區(qū)地表層透水性強(qiáng)，土壤較薄，基巖裸露，土被不連續(xù)，植被生產(chǎn)力較低，土層抗蝕能力差，在降雨集中的情況下，很容易發(fā)生大面積的土壤侵蝕[4]。廣西屬于典型的熱帶、亞熱帶季風(fēng)氣候，水熱條件充足，年均降雨量1 250～1 800 mm，集中降雨在3—9月，年均氣溫17～23 ℃；發(fā)育著磚紅壤、赤紅壤、紅壤、黃壤、黃棕壤、石灰?guī)r土等土壤類型(紅黃性土壤占73.04%以上)；天然植被有針葉林、闊葉林、竹林、灌叢、草叢，植被覆蓋度高達(dá)88.57%；近年來廣西森林結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，人工速生桉種植面積有明顯增長(zhǎng)[5]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

降雨數(shù)據(jù)來自中國氣象局?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)，時(shí)間為1980—2015年；土地利用/土地覆被數(shù)據(jù)來自國土“二調(diào)”數(shù)據(jù)；地貌數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院編制的《中華人民共和國地貌圖集(1∶100萬)》；地表覆蓋類型與管理方式野外調(diào)查單元成果來自第一次全國水利普查；土壤類型數(shù)據(jù)來自第二次全國土壤普查成果，比例尺1∶50萬；DEM數(shù)據(jù)由1∶5萬數(shù)字地形圖生成；時(shí)間基準(zhǔn)為2015年的Landsat8 OLI遙感影像來自地理空間數(shù)據(jù)云。

1.3 土壤侵蝕模型

本次模型計(jì)算只考慮水力侵蝕，不考慮崩塌、崩崗、滑坡、泥石流等重力侵蝕或混合侵蝕造成的土壤侵蝕。因?yàn)閺V西的喀斯特面積較大，土被不連續(xù)，并且依據(jù)馮騰等[6]的研究表明土壤侵蝕狀況受地表巖石和地表形態(tài)的影響很大，王小燕等[7]的研究表明當(dāng)?shù)[石置于表土之上的表土產(chǎn)沙量總是低于礫石嵌入表土的產(chǎn)沙量，以及王濟(jì)等[8]的研究表明同一坡度或不同坡度的坡面總侵蝕量均隨裸巖率的增大而減小，所以有必要引入喀斯特石漠化修正因子M，開展實(shí)現(xiàn)RUSLE模型在廣西地區(qū)的適應(yīng)性改進(jìn)，其計(jì)算模型為：

A=R×K×L×S×C×P×M

式中：A——土壤侵蝕模數(shù)〔t/(km2·a)〕；R——降雨侵蝕力因子〔(MJ·mm)/(hm2·h·a)〕[9-10]；K——土壤可蝕性因子〔(t·km2·h)/(hm2·MJ·mm)〕[11-12]；L，S——地形因子[13-14];L——坡長(zhǎng)因子(無量綱);S——坡度因子(無量綱);C——地表植被覆蓋與管理因子(無量綱，0～1)[15]；P——水土保持措施因子(無量綱，0～1)[16-17]；M——喀斯特石漠化修正因子(無量綱)。

1.4 喀斯特石漠化修正因子M

本文借鑒國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目：“典型山地水土要素時(shí)空耦合特征、效應(yīng)及其調(diào)控”的研究成果，結(jié)合2011年底全國第二次石漠化監(jiān)測(cè)的結(jié)果相互修正，評(píng)估獲得本次廣西地區(qū)的喀斯特石漠化數(shù)據(jù)。依據(jù)《巖溶地區(qū)土壤侵蝕綜合治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 461-2009)[18]給出裸巖率與石漠化強(qiáng)度的關(guān)系，綜合劉寶元等[19]、符素華等[20]、師長(zhǎng)興等[21]的研究成果，喀斯特地區(qū)的土壤侵蝕，裸巖率為0%～50%的M因子與裸巖率近似符合線性衰減關(guān)系，裸巖率為50%以上的M因子與裸巖率近似符合指數(shù)衰減關(guān)系如圖1，由此計(jì)算廣西地區(qū)的喀斯特石漠化修正因子M(圖2)。

1.5 土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

研究區(qū)主要分為巖溶地區(qū)和南方紅壤丘陵區(qū)，因此，為了合理評(píng)價(jià)土壤侵蝕強(qiáng)度，本文融合《巖溶地區(qū)土壤侵蝕綜合治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(SL461-2009)[18]和《南方紅壤丘陵區(qū)土壤侵蝕綜合治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(SL657-2014)[22]劃分廣西土壤侵蝕強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

圖1 裸巖率與M因子關(guān)系

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤侵蝕成果合理性評(píng)價(jià)

從水文驗(yàn)證分析來說，本文基于輸沙量=土壤侵蝕量×泥沙輸移比的公式，獲取了研究區(qū)11個(gè)水文站點(diǎn)的徑流量和輸沙量資料(2000—2015年)。綜合文安邦等[23]、景可等[24]的研究成果，并考慮流域內(nèi)重力侵蝕、洼地沉積以及水庫淤積的影響，合理測(cè)算了廣西各個(gè)流域的泥沙輸移比。由表2可知，本次測(cè)算各個(gè)流域的推測(cè)輸沙量與實(shí)測(cè)輸沙量對(duì)比分析，有8個(gè)水文站相對(duì)誤差在15%范圍內(nèi)，11個(gè)水文站相對(duì)誤差在25%范圍內(nèi)。由此可得本次測(cè)算的推測(cè)輸沙量與實(shí)測(cè)輸沙量基本一致，表明本次基于RUSLE模型引入喀斯特石漠化修正因子來構(gòu)建適宜廣西地區(qū)的土壤侵蝕模型是科學(xué)合理的。

圖2 廣西石漠化修正因子M分布

表1 廣西地區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) t/(km2·a)

表2 水文驗(yàn)證分析對(duì)比

2.2 全區(qū)土壤侵蝕空間格局分析

由表3可知，全區(qū)以微度侵蝕為主，土壤侵蝕面積為2.52×104km2，約占土地總面積的10.65%。各侵蝕強(qiáng)度占土地總面積的比例分別是，輕度占7.15%，中度占2.44%，強(qiáng)烈占0.60%，極強(qiáng)烈占0.29%，劇烈占0.10%。其中，喀斯特地區(qū)土壤侵蝕面積1.86×104km2，占總侵蝕面積的73.81%，占喀斯特面積的22.68%，凸顯喀斯特地區(qū)土壤侵蝕問題的嚴(yán)峻形勢(shì)。從測(cè)算數(shù)據(jù)來看，在桂東、桂南、桂東南地區(qū)，土壤侵蝕面積并不大，但是這幾個(gè)地區(qū)是廣西種植桉樹的主要區(qū)域。桉樹本身種植周期短，易于成林，在種植小苗或大片砍伐后，土地植被稀少，土壤的沙化現(xiàn)象更為嚴(yán)重，且在桉樹成林之后，其土地上的植被更稀少、枯枝落葉種類也少，甚至有時(shí)候往往是寸草不生的，因此很易出現(xiàn)多雨季節(jié)時(shí)大量的水土沖刷現(xiàn)象，會(huì)造成桉樹林存在嚴(yán)重的、潛在的土壤土壤隱患[25]。

表3 廣西地區(qū)市域土壤侵蝕狀況

如附圖4所示，從土壤侵蝕空間分布情況來看，位于桂西南的崇左市，桂中的柳江流域—紅水河流域—黔江流域交匯地帶，桂北河池的環(huán)江一帶，桂東北的桂江與賀江的西北側(cè)地帶、湘江東部地帶，百色的隆林地帶、田陽與田東地帶是廣西土壤侵蝕主要分布區(qū)域。如附圖5所示，本文也從分析耕地、園地、林地、草地、裸地、工礦用地與土壤侵蝕的關(guān)系，揭示全區(qū)土壤侵蝕分布格局與土地利用分布格局的關(guān)系。

由表3可知，全區(qū)年均土壤侵蝕量為3.21×107t。其中，喀斯特地區(qū)的年均土壤侵蝕量為9.95×105t，占總侵蝕量的31.01%。同時(shí)，根據(jù)估算結(jié)果，桂西、桂西北、桂西南、桂中、桂東北等區(qū)域是全區(qū)土壤侵蝕量的主要來源，為全區(qū)貢獻(xiàn)了71.73%的土壤侵蝕量。而桂東、桂南、桂東南地區(qū)土壤侵蝕量的占比較小，但并不表明土壤侵蝕量不大，依然存在嚴(yán)重的土壤侵蝕。由表3可知，全區(qū)平均土壤侵蝕模數(shù)為135.51 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達(dá)0.08 mm/a?？λ固氐貐^(qū)平均土壤侵蝕模數(shù)為121.27 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達(dá)0.07 mm/a。其中，喀斯特地區(qū)強(qiáng)烈以上等級(jí)，占對(duì)應(yīng)總面積的1.72%，相比全區(qū)強(qiáng)烈以上等級(jí)占對(duì)應(yīng)總面積的0.99%，可見喀斯特地區(qū)侵蝕的劇烈程度。從各市侵蝕強(qiáng)度來看，各市侵蝕強(qiáng)度差異不大，桂東北的賀州、桂林，桂北的柳州，桂南的欽州、防城港，桂西南的崇左，桂中的來賓均超過135.51 t/(km2·a)，防城港的侵蝕模數(shù)最高，達(dá)239.23 t/(km2·a)。

2.3 土地利用與土壤侵蝕特征分析

2.3.1 耕地土壤侵蝕狀況 由表4可知，耕地面積為4.88×104km2，其侵蝕面積達(dá)8 300 km2，占總侵蝕面積的32.94%，占耕地面積的17.01%。耕地平均侵蝕模數(shù)為247.03 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達(dá)0.11 mm/a；耕地年均侵蝕量1.21×107t，占總侵蝕量的37.58%，是區(qū)內(nèi)侵蝕面積和侵蝕量貢獻(xiàn)最大的土地利用類型。

由表5可知，坡耕地平均侵蝕模數(shù)為892.88 t/(km2·a)，年侵蝕厚度達(dá)0.5 mm/a，是耕地侵蝕模數(shù)的3.61倍，是耕地侵蝕厚度的4.55倍，是總侵蝕厚度的6.25倍，可見坡耕地侵蝕程度劇烈。坡耕地年均侵蝕量7.23×106t，占耕地侵蝕量的59.99%，是土壤侵蝕貢獻(xiàn)最大的耕地類型。坡耕地坡度大、坡面平整度與水土保持措施較差，土地墾殖率高，人為活動(dòng)強(qiáng)烈，極易在暴雨沖刷下造成嚴(yán)重的土壤侵蝕[13]。

表4 土地利用土壤侵蝕狀況

注：土壤侵蝕比例：耕地=耕地的輕度侵蝕面積/耕地侵蝕面積。

表5 坡耕地、坡園地各坡度土壤侵蝕狀況

2.3.2 園地土壤侵蝕狀況 園地面積為1.10×104km2，其侵蝕面積為1 600 km2，占總侵蝕面積的6.35%，占園地面積的14.54%。園地平均侵蝕模數(shù)為186.52 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達(dá)0.11 mm/a；園地年均侵蝕量2.05×106t，占總侵蝕量的6.39%。

由表5可知，坡園地是園地侵蝕的主要類型，其平均侵蝕模數(shù)為242.8 t/(km2·a)，年侵蝕厚度達(dá)0.14 mm/a；其年均侵蝕量達(dá)2.04×106t，占園地侵蝕量的99.41%，對(duì)園地的土壤侵蝕貢獻(xiàn)巨大。因?yàn)槠聢@地種植方式與坡耕地的種植方式類似，沒有很好的水土保持措施，人為干擾強(qiáng)烈，極易發(fā)生嚴(yán)重的土壤侵蝕。

2.3.3 林地土壤侵蝕狀況 林地面積為1.34×105km2，以微度侵蝕為主，其侵蝕面積為7 700 km2，占總侵蝕面積的30.56%，占林地面積的5.75%。林地平均侵蝕模數(shù)為74.06 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達(dá)0.05 mm/a；林地年均侵蝕量9.92×106t，占總侵蝕量的30.94%。通過土地利用數(shù)據(jù)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)林地侵蝕主要發(fā)生在人工純林地(桉樹林)、疏林地和新造幼林地上，并且在有林地、灌木林地中，占土壤侵蝕的面積較大。

2.3.4 草地土壤侵蝕狀況 草地面積為1.12×104km2，人工草地與天然草地僅占草地面積的0.47%。草地侵蝕面積為4 800 km2，占總侵蝕面積的19.04%，占草地面積的42.86%。草地平均侵蝕模數(shù)為461.21 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達(dá)0.26 mm/a，高于耕地、園地的侵蝕強(qiáng)度，可見草地的土壤侵蝕不容忽視。草地年均侵蝕量5.16×106t，占總侵蝕量的16.10%。草地發(fā)生侵蝕的機(jī)制主要是自然因素，侵蝕區(qū)域多分布在桂北、桂西北、桂中等喀斯特地區(qū)，分布在坡度大、土壤層薄的裸巖荒坡上[26]。

2.3.5 裸地與工礦用地土壤侵蝕狀況 裸地面積為1.46×104km2，其侵蝕面積為1 800 km2，占總侵蝕面積的7.14%，裸地平均侵蝕模數(shù)為47.39 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達(dá)0.03 mm/a；裸地年均侵蝕量6.92×105t，占總侵蝕量的2.16%。從侵蝕強(qiáng)度和侵蝕面積來看，裸地侵蝕并不大，是因?yàn)槠渲饕植荚诠鸨?、桂西北、桂西、桂中的喀斯特地區(qū)，分散在緩坡山地地貌中，裸巖率與石漠化比例高，土壤層薄。

工礦用地面積為500 km2，其侵蝕面積為300 km2，占總侵蝕面積的1.19%。工礦用地平均侵蝕模數(shù)為2 625.45 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達(dá)1.51 mm/a，是所有地類中平均侵蝕模數(shù)和侵蝕厚度值最高的地類，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了坡耕地的年均侵蝕模數(shù)和侵蝕厚度值。工礦用地年均侵蝕量1.31×106t，占總侵蝕量的4.09%。工礦用地因人為活動(dòng)干擾非常強(qiáng)烈，加之植被覆蓋度低等因素，極易在降雨的情況下發(fā)生劇烈侵蝕。

3 討論與結(jié)論

(1) 以RUSLE模型為基礎(chǔ)，引入喀斯特石漠化修正因子M，測(cè)算廣西土壤侵蝕數(shù)據(jù)，通過分析土壤侵蝕面積、強(qiáng)度與空間格局，結(jié)合水文資料驗(yàn)證分析，綜合表明土壤侵蝕調(diào)查結(jié)果與空間格局是合理的。但依然存在幾個(gè)問題：巖溶區(qū)、人工林(桉樹林等)、崩崗、山地災(zāi)害的輸沙貢獻(xiàn)的不確定性以及泥沙輸移比的不確定性，這些問題將在接下來的工作中繼續(xù)研究完善。

(2) 喀斯特地區(qū)土壤層較薄，其侵蝕面積占總侵蝕面積的73.81%，侵蝕量占總侵蝕量的31.01%，凸顯喀斯特地區(qū)土壤侵蝕的嚴(yán)峻形勢(shì)。同時(shí)，比較各土地利用的土壤侵蝕量占總侵蝕量：耕地(37.58%)>林地(30.94%)>草地(16.10%)>園地(6.39%)>工礦用地(4.09%)>裸地(2.16%)，表明耕地和林地是土壤侵蝕的主要來源。其次，根據(jù)本文研究分析，耕地、林地、園地、工礦用地發(fā)生土壤侵蝕的機(jī)制主要受人類活動(dòng)的影響，而草地、裸地的土壤侵蝕主要受自然因素的影響。

(3) 各土地利用類型主要以微度侵蝕為主，強(qiáng)烈以上等級(jí)，主要發(fā)生在耕地、園地，分別占其對(duì)應(yīng)的總侵蝕面積的13.18%，9.25%。此外，草地、工礦用地的強(qiáng)烈以上侵蝕強(qiáng)度，分別占其對(duì)應(yīng)的總侵蝕面積的7.80%，49.93%。由此可見，草地、工礦用地的侵蝕強(qiáng)度也不容忽視。同時(shí)，廣西地區(qū)人工林地(桉樹林等)種植面積日益增長(zhǎng)，存在的土壤侵蝕隱患不容忽視。

[1] 尚河英,尹忠東,張鵬.川中不同類型小流域土壤侵蝕特征分析[J].水土保持研究,2015,22(5):5-7.

[2] 陸炳群.廣西壯族自治區(qū)第一次水利普查公報(bào)[J].廣西水利水電,2013(3):92-94.

[3] George R F , Daniel C Y , Glenn A W , et al. User’s Guide: Revised Universal Soil Loss Equation [M]. Version 2, USDA, Washton DC: Agricultural Research Service, 2003:10-15.

[4] 張一瀾,文安邦,嚴(yán)冬春,等.赤水河流域不同土地利用類型土壤侵蝕的137Cs法研究[J].地球與環(huán)境,2014,42(2):187-192.

[5] 廣西大百科全書.廣西大百科地理卷[M].北京:中國大百科全書出版社,2008.

[6] 馮騰,陳洪松,張偉,等.桂西北喀斯特坡地土壤137Cs的剖面分布特征及其指示意義[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2011,22(3):593-599.

[7] 王小燕,李朝霞,徐勤學(xué),等.礫石覆蓋對(duì)土壤水蝕過程影響的研究進(jìn)展[J].中國水土保持科學(xué),2011,9(1):115-120.

[8] 王濟(jì),蔡雄飛,雷麗,等.不同裸巖率下我國西南喀斯特山區(qū)土壤侵蝕的室內(nèi)模擬[J].中國巖溶,2010,29(1):1-5.

[9] 章文波,謝云,劉寶元.中國降雨侵蝕力空間變化特征[J].山地學(xué)報(bào),2003,21(1):33-40.

[10] 劉寶元,郭索彥,李智廣,等.中國水力侵蝕抽樣調(diào)查[J].中國水土保持,2013(10):26-34.

[11] 張科利,彭文英,楊紅麗.中國土壤可蝕性值及其估算[J].土壤學(xué)報(bào),2007,44(1):7-13.

[12] 張文太,于東升,史學(xué)正,等.中國亞熱帶土壤可蝕性K值預(yù)測(cè)的不確定性研究[J]. 土壤學(xué)報(bào),2009,46(2):185-191.

[13] 劉斌濤,宋春風(fēng),史展,等.西南土石山區(qū)土壤土壤方程坡度因子修正算法研究[J].中國水土保持,2015(8):49-51.

[14] 符素華,劉寶元,周貴云,等.坡長(zhǎng)坡度因子計(jì)算工具[J].中國水土保持科學(xué),2015,13(5):105-110.

[15] 劉斌濤,宋春風(fēng),史展,等.西南土石山區(qū)水平梯田的水土保持措施因子[J].中國水土保持,2015(4):36-39.

[16] 張巖,袁建平,劉寶元.土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型中的植被覆蓋與管理因子研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2002,13(8):1033-1036.

[17] 劉寶元,劉瑛娜,張科利,等.中國水土保持措施分類[J].水土保持學(xué)報(bào),2013,27(2):80-84.

[18] 中華人民共和國水利部.SL461-2009巖溶地區(qū)土壤侵蝕綜合治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國水利水電出版社,2009.

[19] 劉寶元,畢小剛,付素華.北京土壤土壤方程[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[20] 符素華,路炳軍,葉芝菡.地表礫石對(duì)降雨徑流及土壤侵蝕的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2010,24(2):15-18.

[21] 師長(zhǎng)興.礫石對(duì)土壤可蝕性的影響及土壤可蝕性值估算方法[J].土壤通報(bào),2009,40(6):1989-1401.

[22] 中華人民共和國水利部.SL657-2014南方紅壤丘陵區(qū)土壤侵蝕綜合治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國水利水電出版社,2014.

[23] 文安邦,張信寶,張一云,等.云南東川泥石流溝與非泥石流溝137Cs示蹤法物源研究[J].泥沙研究,2003(4):52-56.

[24] 景可,焦菊英,李林育,等.輸沙量、侵蝕量與泥沙輸移比的流域尺度關(guān)系：以贛江流域?yàn)槔齕J].地理研究,2010,29(7):1163-1170.

[25] 黃國勤,趙其國.廣西桉樹種植的歷史、現(xiàn)狀、生態(tài)問題及應(yīng)對(duì)策略[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(18):5142-5152.

[26] 蔣建生,鄒知明,彭麗娟.巖溶地區(qū)石山灌草叢草地演替及其培育和利用[J].草業(yè)科學(xué),2008,25(9):109-114.