蘇 嫄， 王志杰， 楊 瑞， 姚 靜

(1.貴州大學(xué) 林學(xué)院,貴陽 550025; 2.貴州大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,貴陽 550025; 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所,陜西 楊凌 712100)

土壤侵蝕是指地球表面的土壤及其母質(zhì)受水力、風(fēng)力、凍融、重力等外力的作用，在自然因素和人為因素的影響下發(fā)生的各種破壞、分離、搬運和沉積的現(xiàn)象[1]。嚴(yán)重的土壤侵蝕會引起土壤退化、土地生產(chǎn)力降低、泥石流等山地災(zāi)害以及河道淤積而導(dǎo)致洪澇災(zāi)害等，嚴(yán)重制約著生態(tài)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[2-3]。目前，土壤侵蝕是我國陸地生態(tài)環(huán)境的主要危害，也是全球性重要的生態(tài)環(huán)境問題之一[4]。加強土壤侵蝕研究以明晰土壤侵蝕的時空動態(tài)變化對評價水土治理、防治水土流失以及更深入指導(dǎo)水土保持建設(shè)有著重要意義。

運用模型的方法開展定量測度是土壤侵蝕研究的常用手段[5]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在土壤侵蝕模型研究方面做了大量卓有成效的工作，通過試驗、觀測研究建立了具有不同特色的模型，大致可分為經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀⑽锢磉^程模型和分布式模型[6-9]。物理模型以美國的WEPP模型[10]最具代表性，分布式模型以SHE[11]最為典型，由于土壤侵蝕過程的物理模型和分布式模型需要眾多參數(shù)，實用性有所限制，因此，以USLE/RUSLE模型應(yīng)用最為廣泛[5]。目前，基于USLE/RUSLE模型的區(qū)域土壤侵蝕量估算與模擬[12]、土壤侵蝕與環(huán)境因子的關(guān)系[4]、土壤侵蝕評價及景觀格局分析[13-14]、土壤侵蝕時空變化特征/時空分布特征[2-3,5]等方面一直是國內(nèi)外研究的熱點問題。然而，位于我國秦巴山地的陜南地區(qū)這方面的研究鮮有報道。眾所周知，陜南地區(qū)是我國中部生態(tài)安全屏障區(qū)和南水北調(diào)中線工程重要水源涵養(yǎng)區(qū)，其不但承擔(dān)著保證足夠水源和合格水質(zhì)的重要作用，更承擔(dān)著保持水土、減少河道泥沙淤積的作用，其生態(tài)功能的優(yōu)劣，直接關(guān)系到中線工程的水質(zhì)和安全運行[15]。但長期以來，陜南地區(qū)經(jīng)濟落后，生態(tài)效益變差，生態(tài)環(huán)境惡化問題突出，加之多次大規(guī)模不合理的毀林和過度采伐等人類活動，致使原始森林幾乎破壞殆盡，加劇了該地區(qū)的土壤侵蝕程度[16]。研究表明，陜南地區(qū)的漢江流域面積僅占長江流域面積的4%，但其土壤流失量卻占到長江流域的12%，是長江流域土壤侵蝕最嚴(yán)重的地區(qū)[17]。因此，土壤侵蝕已成為影響該地區(qū)生態(tài)安全的關(guān)鍵因子和亟待解決的關(guān)鍵問題，而開展陜南地區(qū)土壤侵蝕時空變化特征研究，對該地區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合治理和水土保持工作實施具有重要指導(dǎo)意義。

基于此，本研究利用RUSLE模型計算分析陜南地區(qū)1995年、2000年、2005年、2010年和2014年的土壤侵蝕模數(shù)，探討土壤侵蝕強度的時間變化規(guī)律和空間分布格局，以期揭示土壤侵蝕的動態(tài)變化特征，為陜南地區(qū)今后水土流失治理和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

陜南是指陜西南部地區(qū)，北靠秦嶺、南倚巴山，漢江自西向東穿流而過，從西往東依次是漢中(東經(jīng)105°30′50″—108°16′45″，北緯32°08′54″—33°53′16″)、安康(東經(jīng)108°00′58″—110°12′，北緯31°42′24″—33°50′34″)和商洛(東經(jīng)108°34′20″—111°1′25″，北緯33°2′30″—34°24′40″)。陜南是國家南水北調(diào)工程的重要水源涵養(yǎng)地，西邊與甘肅相鄰，南部與四川、重慶、湖北相接，東與河南毗鄰，北與寶雞、西安、渭南3市接壤，總面積6.99萬km2，約占陜西省總面積的35%；境內(nèi)氣候類型具有特殊性，西部屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，東部為北亞熱帶與暖溫帶過度地域；全區(qū)氣候溫和，雨量充沛，四季分明，年平均氣溫12～15℃，年有效積溫3 500～4 500℃，年降水量700～1 300 mm，年日照時數(shù)1 395～1 729 h[18-19]。

境內(nèi)植被覆蓋良好，森林覆蓋率高達55.5%以上，以天然林為主，天然林面積占研究區(qū)總面積的45.1%[18-19]。森林覆蓋率及天然林覆蓋率均居全省之冠。同時，研究區(qū)水資源極為豐富，約96%的面積屬于長江流域，其中漢江和嘉陵江均為長江的一級支流，丹江為漢江的一級支流，黃河流域主要分布在研究區(qū)東部的商洛市洛南縣，其主要河流為洛河[18]。土壤類型以黃棕壤為主，面積為3.9萬km2，占總面積的56.06%；棕壤約為1.36萬km2，占總面積的19.32%；黃褐土、粗骨土和褐土面積相當(dāng)，其他土壤類型面積較少[20]。

1.2 研究方法

基于GIS平臺，采用修正通用土壤流失方程(RUSLE)進行陜南地區(qū)1995—2014年土壤侵蝕強度動態(tài)分析研究，其表達式為：

A=R·K·LS·C·P

(1)

式中：A為土壤侵蝕量[t/(hm2·a)]；R為降雨侵蝕力因子[MJ·mm/(hm2·h·a)]；K為土壤可侵蝕性因子[t·hm2·h/(MJ·mm·hm2)]；LS為坡長(無量綱)、坡度因子(無量綱)；C為覆蓋與管理因子(無量綱)；P為水土保持措施因子(無量綱)[21]。

1.2.1 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理 針對RUSLE模型的5個因子，本研究所用數(shù)據(jù)主要包括：1995年、2000年、2005年、2010年、2014年5個時期的Landsat TM遙感影像，由國際空間數(shù)據(jù)共享平臺下載，空間分辨率為30 m×30 m，坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS_1984_UTM_Zone_49N，影像時間在6—10月，每景影像含云量均小于10%，數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，并對遙感影像依據(jù)研究區(qū)地形圖和矢量邊界進行配準(zhǔn)、校正和裁剪等預(yù)處理；DEM數(shù)據(jù)，采用地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站提供的研究區(qū)DEM數(shù)據(jù)，空間分辨率為30 m×30 m，坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS_1984_UTM_Zone_49N，對獲取的DEM數(shù)據(jù)根據(jù)研究區(qū)矢量邊界進行裁剪；土壤類型數(shù)據(jù)(由陜南地區(qū)土壤類型圖獲得)；降雨數(shù)據(jù)(由陜南地區(qū)氣象站和國家氣象站獲得)；植被覆蓋和土地利用數(shù)據(jù)等(根據(jù)遙感影像提取獲得)。

1.2.2 RUSLE土壤侵蝕模型各因子的確定

(1) 降雨侵蝕力因子(R)R反映降水產(chǎn)生的徑流對土壤造成侵蝕的動力指標(biāo)，它受降水量、降水強度等綜合影響，是降水特性的函數(shù)[5]。本研究利用陜南地區(qū)氣象站點日雨量統(tǒng)計資料生成研究區(qū)站點矢量數(shù)據(jù)，以我國氣象站發(fā)布的日雨量資料為基礎(chǔ)，采用章文波等[22]提出的降雨侵蝕力計算公式，根據(jù)日降雨數(shù)據(jù)采用半月逐日雨量模型計算降雨侵蝕力。日雨量估算半月侵蝕模型表達式如下：

(2)

α=21.586β-7.1891

(3)

(4)

式中：Mi表示Mi表示第i個半月時段的侵蝕力值(MJ·mm·/(hm2·h)；α和β是模型參數(shù)；k表示該半月時段內(nèi)的天數(shù)；Dj表示半月時段內(nèi)第j天的日雨量，要求日雨量≥12 mm，否則以0計算；12 mm與侵蝕性降雨標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)；Pd12表示日雨量12 mm的日平均雨量Py12表示日雨量12 mm的年平均雨量[23]。利用上述公式計算逐年各半月的降雨侵蝕力，匯總得到年降雨侵蝕力，通過反距離加權(quán)法進行插值處理，獲得研究區(qū)降雨侵蝕因子R的空間分布。

(2) 土壤可蝕性因子(K)K是土壤性質(zhì)中的一個重要因子，它可評價土壤是否易受侵蝕營力破壞，也可反映土壤對侵蝕營力分離和搬運作用的敏感性[5]。本研究利用ArcGIS軟件，通過對陜西省土壤類型圖進行地理配準(zhǔn)、矢量化處理等獲取陜南地區(qū)土壤類型數(shù)據(jù)，采用Williams等[24]在侵蝕/生產(chǎn)力影響模型(EPIC)中土壤可蝕性因子K的計算方法。K因子計算公式如下：

(5)

式中：SAN，SIL，CLA和C是砂粒、粉粒、黏粒和有機碳含量(%)；SN1=1-SAN/100。

通過上述公式計算各土壤類型的K值，其單位為國際制(t·hm2·h)/(MJ·hm2·mm)，見表1，然后將K值賦于土壤類型圖的屬性值，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成30 m柵格大小的Grid格式，得到土壤可蝕性K值的空間分布。

表1 陜南地區(qū)不同土壤K值表

(3) 地形因子LS地形地貌對土壤侵蝕有著重要的影響，RUSLE模式中斜坡長度因子(L)，坡度因子(S)在不同的區(qū)域有變化。本研究采用劉寶元[25]通過試驗得到的坡度坡長因子計算公式。

坡度因子(S)：是指在其他條件相同的情況下，任意坡度下的單位面積土壤流失量與標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)坡度下的單位面積土壤流失量之比。計算公式為：

(6)

坡長因子(L)：是指標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)條件下，任意坡長的單位面積的土壤流失量與標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)條件下單位面積土壤流失量之比值。計算公式為：

(7)

式中：λ為坡長(m)；m為坡長指數(shù)，根據(jù)不同的坡度選取不同的m值，其中θ≤1°則m=0.2,1°<θ≤3°則m=0.3,3°<θ≤5°則m=0.4,θ>5°則m=0.5。

利用研究區(qū)的DEM 和ArcGIS 提取出匯水累積量以及坡度，結(jié)合上述公式即可得到研究區(qū)的LS分布。

(4) 植被覆蓋與管理因子(C)C為一定植被覆蓋和管理措施下土壤流失量與同等條件下適時翻耕、連續(xù)休閑對照地上土壤流失量之比。它是土壤侵蝕力的抑制因子，起著水土保持的作用。本文采用蔡崇法等[26]的C因子和植被覆蓋度之間的回歸方程計算C，其中植被覆蓋度和C因子的計算公式分別為：

(8)

(9)

(10)

式中：Band4為近紅外波段；Band3為紅光波段；NDVI為植被歸一化指數(shù)；NDVI0為全裸地或無植被情況下的NDVI取值；NDVIg為全植被覆蓋地區(qū)的NDVI值；f為植被覆蓋度。

綜上，可求得研究區(qū)的植被覆蓋和管理因子C值空間分布。結(jié)果表明：2005年植被覆蓋與管理因子最小，其次是2014年，這主要是由于1995—2005年植被快速恢復(fù)，到2005年植被覆蓋達到20 a最好狀態(tài)，之后稍有退化，2010—2014年植被覆蓋再次緩慢恢復(fù)[27]。

(5) 水土保持措施因子(P) 指特定水土保持措施下的土壤流失量與相應(yīng)未實施該措施的順坡種植時的土壤流失量的比值[28]。其值在0～1之間，0值表示采取水土措施后沒有土壤侵蝕發(fā)生；1值表示水土保持措施完全失效[5]。參考王曉峰等[29]的研究成果，并結(jié)合陜南土地利用狀況確定P值(表2)，將P因子值賦予相應(yīng)的土地利用類型，得到水土保持因子空間分布結(jié)果表明：2005年P(guān)值最小，說明該時期水土保持措施成效明顯。

表2 陜南地區(qū)不同土地類型P因子值

1.2.3 土壤侵蝕強度分級 按照水利部頒布的土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)(SL190—2007)[30](表3)對土壤侵蝕強度進行分級(2009)，得到研究區(qū)土壤侵蝕強度分布圖(圖1)。

圖1 陜南地區(qū)不同年份土壤侵蝕強度分布

級別侵蝕模數(shù)/(t·km-2·a-1)微度侵蝕<500輕度侵蝕500～2500中度侵蝕2500～5000強烈侵蝕5000～8000極強烈侵蝕8000～15000劇烈侵蝕>15000

1.2.4 海拔和坡度分級 參考陳志明等[31]的地貌類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合研究區(qū)海拔分布特征，將陜南地區(qū)海拔劃分為5種類型(附圖1A)，即：丘陵(<500 m)、低山(500～800 m)、中山(800～2 000 m)、高中山(2 000～3 000 m)和高山(3 000～5 000 m)。

利用ArcGIS軟件，在Spatial Analyst工具下的表面分析實現(xiàn)研究區(qū)坡度的提取，并將坡度分為≤5°，5°～15°，15°～25°，25°～35°，35°～45°,>45°等6個等級[32]，即：平坡、緩坡、斜坡、陡坡、急坡、險坡(附圖1B)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤侵蝕強度的時間變化

研究區(qū)1995年、2000年、2005年、2010年和2014年的年均土壤侵蝕模數(shù)分別為787.86 t/(km2·a)，1 362.97 t/(km2·a)，1 627.75 t/(km2·a)，1 684.41 t/(km2·a)，1 571.79 t/(km2·a)，1995—2010年增幅為113.79%，2010—2014年降幅為6.69%，可見土壤侵蝕在1995—2010年呈現(xiàn)加劇趨勢，2010年之后稍有減緩。

土壤侵蝕類型整體上以微度侵蝕(71.44%～34.83%)和輕度侵蝕(23.64%～45.75%)為主，隨時間變化微度侵蝕呈降低趨勢，降幅為51.25%，其他5個侵蝕強度等級均呈波動增加趨勢(表4)，說明土壤微度侵蝕有向高一強度的侵蝕等級轉(zhuǎn)移的趨勢。

為進一步探討不同等級土壤侵蝕強度隨時間內(nèi)部轉(zhuǎn)移特征，運用面積轉(zhuǎn)移矩陣對1995—2000年、2000—2005年、2005—2010年、2010—2014年4個時期不同土壤侵蝕強度面積轉(zhuǎn)移變化進行分析(表5)。結(jié)果表明：1995—2000年土壤侵蝕在微度、輕度、中度、強烈侵蝕等級上轉(zhuǎn)化明顯且向高一級別侵蝕轉(zhuǎn)移，微度侵蝕中35.29%轉(zhuǎn)化為輕度侵蝕，輕度侵蝕中35.67%轉(zhuǎn)化為中度侵蝕，中度侵蝕中33.89%轉(zhuǎn)化為強烈侵蝕，強烈侵蝕中45.57%轉(zhuǎn)化為極強烈侵蝕。2000—2005年和2005—2010年土壤侵蝕均在微度、輕度、中度侵蝕等級上轉(zhuǎn)化較為明顯，微度侵蝕分別有33.83%和12.54%轉(zhuǎn)化為輕度侵蝕，輕度侵蝕分別有22.97%和15.15%轉(zhuǎn)化為中度侵蝕，中度侵蝕卻有24.67%和27.17%轉(zhuǎn)化為輕度侵蝕。2010—2014年土壤侵蝕在微度、中度、強烈侵蝕等級上轉(zhuǎn)化明顯，僅微度侵蝕中24.60%轉(zhuǎn)化為輕度侵蝕，中度侵蝕和強烈侵蝕均向低一級別侵蝕轉(zhuǎn)移，中度侵蝕中49.01%轉(zhuǎn)化為輕度侵蝕，強烈侵蝕中65.68%轉(zhuǎn)化為中度侵蝕。

表4 陜南地區(qū)1995-2014年不同土壤侵蝕強度面積比例 %

注：表中的0值是由于轉(zhuǎn)化面積比例太小，可忽略不計。

2.2 不同行政區(qū)域土壤侵蝕強度的空間分布

疊加分析陜南地區(qū)不同時期土壤侵蝕強度分布圖與陜南地區(qū)行政區(qū)劃圖，獲得陜南地區(qū)1995—2014年各縣區(qū)土壤侵蝕強度的面積比例(圖2)，結(jié)果顯示：微度和輕度侵蝕在各縣區(qū)均有分布且分布面積廣泛，劇烈侵蝕只有在紫陽和鎮(zhèn)巴零星分布(0.01%～0.14%)，其他3個等級在不同年份的分布特征差異明顯。1995年，中度侵蝕除柞水、丹鳳、商州、洛南和漢臺區(qū)，其他23個縣區(qū)均有分布，其中紫陽和鎮(zhèn)巴面積比例較大，分別為29.46%和31.45%；強烈侵蝕分布在鎮(zhèn)坪、嵐皋、平利、紫陽、鎮(zhèn)巴、旬陽、西鄉(xiāng)和漢濱區(qū)8個縣區(qū)，面積比例均較小(0.02%～7.31%)；極強烈侵蝕分布在鎮(zhèn)坪、嵐皋、紫陽、鎮(zhèn)巴，面積比例均小于1.00%。2000年，中度侵蝕在28個縣區(qū)均有分布，嵐皋、紫陽、鎮(zhèn)巴的面積比例較大，為40.50%～45.31%；強烈侵蝕除鎮(zhèn)安、柞水、商州和洛南，其他24個縣區(qū)均有分布，紫陽(18.04%)和鎮(zhèn)巴(20.71%)的面積比例較大；極強烈侵蝕分布在嵐皋、紫陽、鎮(zhèn)巴、西鄉(xiāng)等12個縣區(qū)，面積比例較少(0.01%～5.47%)。2005年和2010年，中度侵蝕在各縣區(qū)均有分布，鎮(zhèn)巴和嵐皋的面積比例較大，分別為44.29%和63.84%；強烈侵蝕在商州之外的27個縣區(qū)均有分布，面積比例分別為0.01%～15.81%和0.01%～18.81%；極強烈侵蝕均分布在嵐皋、紫陽、鎮(zhèn)巴、旬陽、山陽等17個縣區(qū)，其中鎮(zhèn)巴(2.49%和4.32%)和紫陽(1.81%和4.16%)的面積比例較大，其他縣區(qū)均小于0.80%。2014年，中度侵蝕和強烈侵蝕在各個縣區(qū)均有分布，面積比例分別為1.38%～42.37%和0.01%～21.25%，鎮(zhèn)巴的面積比例均最大；極強烈侵蝕分布在嵐皋、紫陽、鎮(zhèn)巴、西鄉(xiāng)等14個縣區(qū)，鎮(zhèn)巴的面積比例最大為4.76%，其他縣區(qū)均較小(0.01%～0.57%)。

綜上可知，1995—2014年陜南地區(qū)土壤侵蝕嚴(yán)重的區(qū)域主要分布在中部和大巴山的北部，以紫陽和鎮(zhèn)巴為主，兩縣平均土壤侵蝕強度分別為2 935.47 t/(km2·a)，3 327.45 t/(km2·a)，屬于中度侵蝕。隨時間變化，土壤侵蝕呈現(xiàn)1995—2005年向東北方向擴散，2005—2010年向南擴散，2010—2014年向南和北兩端擴散的趨勢。

表5 1995-2000年不同等級土壤侵蝕面積轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

注：表中的0值是由于轉(zhuǎn)化面積太小，可忽略不計。

2.3 不同海拔土壤侵蝕強度的空間分布

基于ArcGIS軟件平臺對不同時期土壤侵蝕強度分布圖與陜南地區(qū)海拔分級圖進行疊加分析，得到不同海拔土壤侵蝕強度分布(表6)，結(jié)果表明：不同等級土壤侵蝕隨海拔升高整體呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在中山區(qū)分布面積最廣(53.14%～93.07%)，其次是低山區(qū)(6.46%～30.15%)，丘陵和高山區(qū)分布面積均較少(<11.50%)，且隨時間推移該變化趨勢越加明顯。隨土壤侵蝕級別的升高，各個等級土壤侵蝕所占面積比例變化存在差異。其中，在中山區(qū)和高山區(qū)均呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢，中山區(qū)的最大值出現(xiàn)在強烈侵蝕或極強烈侵蝕，最小值出現(xiàn)在微度侵蝕，高山區(qū)的最大值出現(xiàn)在輕度侵蝕或中度侵蝕，最小值出現(xiàn)在劇烈侵蝕；在低山區(qū)則呈現(xiàn)與中山區(qū)剛好相反的變化趨勢；在丘陵區(qū)，1995年、2010年、2014年持續(xù)降低，2000年和2005年則先降低后增加，最大值均出現(xiàn)在微度侵蝕，最小值分別出現(xiàn)在劇烈侵蝕和極強烈侵蝕。可見，陜南地區(qū)近20 a不同海拔梯度上土壤侵蝕分布面積最廣、強度最大的區(qū)域主要集中在中山區(qū)。這主要與中山區(qū)人類活動對自然環(huán)境破壞較嚴(yán)重以及該區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱有關(guān)[29]。

圖2 1995-2014年陜南地區(qū)各縣土壤侵蝕強度的面積比例

年份海拔/m面積/km2微度面積/km2比例/%輕度面積/km2比例/%中度面積/km2比例/%強烈面積/km2比例/%極強烈面積/km2比例/%劇烈面積/km2比例/%丘陵4259.423686.237.34516.723.1251.781.743.870.920.661.330.011.32低山15819.7012314.8024.533087.5818.62356.9312.0151.0212.167.4715.050.1122.681995中山47910.8732796.4165.3312268.1673.972432.9781.86361.7686.2041.4883.570.3675.99高中山2252.211405.862.80713.264.30130.544.393.020.720.030.050.000.00高山0.160.150.000.010.000.000.000.000.000.000.000.000.00合計70242.3550203.45100.0016585.73100.002972.22100.00419.66100.0049.64100.000.48100.00丘陵4259.992914.278.871013.993.80305.943.4321.901.473.551.180.081.23低山15820.138371.3825.485518.4720.701697.6419.02188.6512.6842.4114.121.0815.962000中山47914.4320759.7963.1919112.5471.686527.1373.121250.5684.04253.4784.385.5882.81高中山2254.61809.672.461019.073.82396.274.4426.981.810.960.320.000.00高山0.160.110.000.050.000.000.000.000.000.000.000.000.00合計70249.3132855.22100.0026664.12100.008926.97100.001488.08100.00300.40100.006.74100.00丘陵4259.872768.5511.501037.443.37415.483.0436.112.292.371.560.042.15低山15820.067257.6530.155802.9018.852496.1618.28240.7315.2722.0114.480.2817.022005中山47910.7213484.3756.0322776.3273.9710245.6275.041275.6980.91126.8883.451.3580.67高中山2252.56557.552.321175.433.82495.553.6324.241.540.790.520.000.16高山0.160.060.000.100.000.000.000.000.000.000.000.000.00合計70243.3624068.17100.0030792.18100.0013652.81100.001576.77100.00152.04100.001.67100 .00丘陵4259.612653.1511.02997.963.35537.043.8266.203.265.311.900.071.31低山15820.047256.5830.155452.5218.302733.2819.46334.0516.4341.5014.830.8416.522010中山47910.4813662.1556.7722206.9274.5110209.4372.691588.3578.13231.4882.704.1682.15高中山2252.30495.222.061145.513.84565.184.0244.302.181.610.580.000.02高山0.160.050.000.100.000.010.000.000.000.000.000.000.00合計70242.6024067.15100.0029803.00100.0014044.93100.002032.89100.00279.90100.005.07100.00丘陵4259.952888.9311.801119.433.49240.731.9910.450.770.300.150.000.15低山15820.627928.4032.375961.9018.561777.7614.71139.0510.2613.396.770.206.462014中山47919.1413015.4453.1423868.1474.319669.9380.011179.5186.99182.5092.282.8893.07高中山2255.41659.152.691169.113.64397.993.2926.931.991.590.800.010.32高山0.160.120.000.030.000.000.000.000.000.000.000.000.00合計70255.2824492.05100.0032118.61100.0012086.40100.001355.94100.00197.78100.003.09100.00

2.4 不同坡度土壤侵蝕強度的空間分布

疊加分析不同時期土壤侵蝕強度分布圖與陜南地區(qū)坡度分級圖，獲得不同坡度各土壤侵蝕等級的分布圖(表7)，結(jié)果表明：陜南地區(qū)不同等級的土壤侵蝕在不同坡度范圍的分布特征差異明顯。5個不同時期的微度侵蝕均主要分布在緩坡(5°～15°)和斜坡(15°～25°)，其所占面積比例分別為29.33%～50.81%和25.99%～38.24%；輕度侵蝕主要分布在斜坡(15°～25°)和陡坡(25°～35°)，其面積比例分別為25.30%～49.66%和30.98%～45.28%；中度侵蝕和強烈侵蝕主要分布在陡坡(25°～35°)和急坡(35°～45°)，其面積比例分別為25.38%～48.63%和26.98%～47.44%；極強烈侵蝕主要分布在急坡(35°～45°)和險坡(>45°)，其面積比例分別為37.07%～50.82%和34.25%～58.34%；劇烈侵蝕主要分布在險坡(>45°)，其面積比例高達89.93%～98.05%，且平坡(<5°)無劇烈侵蝕?？梢姡芯繀^(qū)近20 a來的土壤侵蝕強度分布整體上表現(xiàn)為坡度越大，土壤侵蝕等級越高，土壤侵蝕越嚴(yán)重。中度及以上侵蝕主要分布在陡坡(25°～35°)、急坡(35°～45°)和險坡(>45°)，即坡度大于25°土壤侵蝕明顯加劇。

3 結(jié)論與討論

土壤侵蝕會引起土壤退化、土地生產(chǎn)力降低、泥石流等山地災(zāi)害以及河道淤積而導(dǎo)致洪澇災(zāi)害等，嚴(yán)重制約著生態(tài)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[2-3]。土壤侵蝕時空變化趨勢是其自身侵蝕狀態(tài)、自然條件以及鄰域轉(zhuǎn)換規(guī)則共同作用決定[33]。加強土壤侵蝕時空動態(tài)變化研究對于區(qū)域水土流失治理以及深入指導(dǎo)水土保持建設(shè)具有重要意義。本研究綜合運用“3S”技術(shù)和RUSLE模型，對陜南地區(qū)1995—2014年近20 a間不同等級土壤侵蝕的時間變化和內(nèi)部轉(zhuǎn)移特征以及空間分布格局進行分析，揭示了陜南地區(qū)土壤侵蝕的變化規(guī)律和分布特征。研究顯示，1995年、2000年、2005年、2010年、2014年的土壤侵蝕模數(shù)分別為787.86 t/(km2·a)，1 362.97 t/(km2·a)，1 627.75 t/(km2·a)，1 684.41 t/(km2·a)，1 571.79 t/(km2·a)，即土壤侵蝕在1995—2010年呈加劇趨勢，2 010之后稍有減緩。土壤侵蝕類型整體上以微度侵蝕[<500 t/(km2·a)]和輕度侵蝕[500～2 500 t/(km2·a)]為主，隨時間變化微度侵蝕呈降低趨勢，即有向高一級別侵蝕的轉(zhuǎn)移，其他5個等級侵蝕均呈波動增加趨勢。

陜南地區(qū)地處秦巴土山區(qū)，水土流失分布廣，侵蝕強度大，侵蝕方式復(fù)雜多樣，人類不合理活動引起的土壤侵蝕日益加劇[34]。近20 a來該地區(qū)土壤侵蝕嚴(yán)重的區(qū)域主要分布在中部和大巴山的北部，以紫陽縣和鎮(zhèn)巴縣為主，兩縣平均土壤侵蝕強度分別為2 935.47 t/(km2·a)，3 327.45 t/(km2·a)，屬于中度侵蝕。趙佐平、賀素娣等[34-35]的研究也發(fā)現(xiàn)：安康市紫陽縣的土壤侵蝕模數(shù)[2 671 t/(km2·a)]和土壤侵蝕量(588.79萬t)均較高，而處在秦巴一帶的漢中市鎮(zhèn)巴縣，水土流失強度基本上也在中度以上，也是重力侵蝕頻繁發(fā)生區(qū)域，土壤侵蝕較為嚴(yán)重。這除了與不可避免的人類活動的不斷擴大有關(guān)外，陜西漢江谷地及水文過程改變引起的暴雨頻次和年暴雨總量的增加將會加劇該地區(qū)水土流失[34,36]。已有研究表明：陜南地區(qū)近50 a紫陽縣和鎮(zhèn)巴縣夏季暴雨日數(shù)增加最多，即小雨減少暴雨增加，暴雨災(zāi)害趨于嚴(yán)重[37]，這也是導(dǎo)致該地區(qū)土壤侵蝕嚴(yán)重的重要原因。另外，隨時間變化，陜南地區(qū)土壤侵蝕呈現(xiàn)1995—2005年向東北方向擴散，2005—2010年向南擴散，2010—2014年向南和北兩端擴散的動態(tài)趨勢。

不同等級土壤侵蝕隨海拔升高整體呈先增加后降低的趨勢，這與王志杰等[15]的研究結(jié)果基本一致。具體表現(xiàn)為：海拔在800 ～2 000 m的中山區(qū)分布面積最廣，侵蝕強度大，其次是低山區(qū)(500～800 m)，丘陵和高山區(qū)分布面積均較少，侵蝕強度低。而90年代賀素娣等[17,35]的研究結(jié)果卻顯示：陜南地區(qū)土壤侵蝕主要發(fā)生在600～1 200 m的低山丘陵區(qū)，隨著海拔增加土壤侵蝕強度呈現(xiàn)有規(guī)律的減弱趨勢。說明陜南地區(qū)土壤侵蝕嚴(yán)重區(qū)域出現(xiàn)了由低山丘陵區(qū)逐漸向中山區(qū)轉(zhuǎn)移的變化趨勢。這與人類活動范圍的不斷擴大關(guān)系密切。近年來，隨著陜南地區(qū)社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，中山區(qū)人類活動日益頻繁，人口密度較大，亂墾濫伐現(xiàn)象嚴(yán)重，森林基本破壞殆盡，植被稀疏，坡耕地廣布，加之地形起伏度較大，降雨多且集中，土壤侵蝕嚴(yán)重[29]。而高山區(qū)不僅植被覆蓋良好，植被覆蓋度75%以上，人類活動也少，幾乎無土壤侵蝕發(fā)生。但眾所周知，陜南地區(qū)的秦嶺是我國森林保護的生態(tài)屏障區(qū)，中山區(qū)已經(jīng)接近秦嶺腹地，中山區(qū)的森林植被一旦被破壞，整個陜南地區(qū)乃至全國的生態(tài)環(huán)境惡化將十分嚴(yán)重。因此，加強中山區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護力度，對于陜南地區(qū)的整體發(fā)展以及我國生態(tài)屏障區(qū)的保護有著重要作用。

地形決定著地面物質(zhì)與能量的形成和再分配，是影響水土流失的重要因素之一。而坡度是地形因子中對坡面土壤侵蝕影響最大的因素[38]。本研究發(fā)現(xiàn)，在不同坡度帶上，坡度越大，土壤侵蝕等級越大，土壤侵蝕越嚴(yán)重，且坡度>25°時土壤侵蝕明顯加劇，說明土壤侵蝕過程中存在臨界坡度值(25°)。這與我國其他地區(qū)的研究結(jié)論基本一致[15,29,35,39]。但本研究還顯示陜南地區(qū)土壤侵蝕主要是以微度侵蝕和輕度侵蝕為主，而中度及以上侵蝕主要分布在陡坡(25°～35°)、急坡(35°～45°)和險坡(>45°)，因此，坡度>25°的區(qū)域應(yīng)是陜南地區(qū)今后土壤侵蝕防治的重點區(qū)域，加強該區(qū)域的土壤侵蝕治理措施將會大量減少土壤侵蝕面積與土壤侵蝕總量。

陜南地區(qū)1995—2014年土壤侵蝕整體以微度和輕度侵蝕為主，強烈及以上侵蝕等級分布面積較小，且主要分布在坡度大于25°的中山區(qū)，尤其是紫陽、鎮(zhèn)巴等縣區(qū)，土壤侵蝕較為嚴(yán)重。今后應(yīng)將陜南地區(qū)作為生態(tài)環(huán)境保護和水土保持的重點區(qū)域，加強植被恢復(fù)與建設(shè)，改善生態(tài)環(huán)境，控制水土流失，以保障南水北調(diào)中線調(diào)水工程的安全運行和工程沿線區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。