張由松，李 鋼，王 冉，劉祥超，石 鑫

（浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

土壤是地球上所有生物生存發(fā)展所必須依賴的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，由于全球人口的快速增長以及對土壤資源的掠奪和破壞，導致嚴重的土壤侵蝕現(xiàn)象。土壤侵蝕已上升為世界性的重大生態(tài)環(huán)境問題，并受到世界各國水土保持專家的高度重視[1]。研究土壤侵蝕并根據(jù)土壤侵蝕形成的原因分析其分布規(guī)律，明確可能發(fā)生的土壤侵蝕類型、范圍和程度有利于指導區(qū)域水土保持[2]。目前，國內(nèi)學者在區(qū)域土壤侵蝕研究方面做了大量的研究，對不同地區(qū)的土壤侵蝕空間分布與影響因素進行評價[3]。例如蔡文博等[4]利用GIS技術(shù)研究了瀘沽湖流域的水土流失狀況并進行評價分析；凡非得等[5]研究了西南喀斯特區(qū)域水土流失的空間分異特征。雖然土壤侵蝕的區(qū)域研究較多，但針對浙江區(qū)域的研究鮮有報道。因此，本研究以浙江省水土保持監(jiān)測站網(wǎng)中的蒼南縣昌禪溪小流域為研究對象，利用美國修正通用土壤流失方程（RUSLE）為評價工具[6]，根據(jù)SL 190 — 2007《土壤侵蝕分類分級標準》對該流域的土壤侵蝕進行分級研究[7]。研究旨在揭示小流域土壤侵蝕的空間分布規(guī)律，為小流域水土流失治理、水土保持提供科學依據(jù)，為實現(xiàn)流域環(huán)境、社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

2 研究區(qū)概況

蒼南縣昌禪溪小流域位于浙江省溫州市蒼南縣昌禪鄉(xiāng)興昌村，該小流域?qū)儆邛椊?，并?009年納入全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)建設(shè)二期工程，現(xiàn)已建設(shè)成為太湖流域水土保持重要監(jiān)測站點。小流域出口斷面建設(shè)有平坦V形測流堰，測流堰上游控制面積3.31 km2。

小流域氣候?qū)儆谥衼啛釒ШＱ笮图撅L氣候，全年季節(jié)變化明顯，氣候特征主要表現(xiàn)為溫和、濕潤、多雨，年平均氣溫14 ~ 18 ℃，年平均降雨量1 670.1 mm；植被類型為中亞熱帶常綠闊葉林，小流域內(nèi)分布有紅壤、黃壤及水稻土等土壤類型。

3 材料與方法

3.1 試驗材料

研究采用的資料包括昌禪溪小流域2014年航拍遙感影像圖（分辨率為0.2 m×0.2 m）；1980 — 2009年的日降雨數(shù)據(jù)；1:2 000地形圖、土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、土壤圖及相關(guān)土壤資料。影像圖使用前進行幾何校正和投影變換，并統(tǒng)一采用2000國家大地坐標系。

3.2 因子計算方法

本研究采用美國修正通用土壤流失方程[8]來計算小流域的土壤侵蝕情況，修正通用土壤流失方程計算公式為：

式中：A為土壤侵蝕量，t /（hm2· a）；R為降雨侵蝕力，MJ · mm · hm-2· h-1· a-1；K 為土壤可蝕性因子，t · h · MJ-1·mm-1；LS為坡長坡度因子，量綱為1；C為植被覆蓋因子，量綱為1；P為水土保持措施因子，量綱為1。

本研究對修正的通用土壤流失方程中的各因子計算方法進行優(yōu)選。其中，降雨侵蝕力R因子采用月雨量模型[9]，土壤可蝕性K因子選用EPIC模型中的計算方法[10]，坡長L因子采用坡長指數(shù)法[11]，坡度S因子采用緩坡[12]和陡坡[13]公式分類計算；植被覆蓋C因子采用分段法計算[14]，水土保持措施P因子采用賦值法[15]。

3.3 空間數(shù)據(jù)處理

空間數(shù)據(jù)的處理通常采用GIS軟件中提供的空間分析工具，本研究將小流域土壤類型圖數(shù)字化，利用ArcGIS10.3中的Raster Calculator模塊將K值賦給各土壤類型，得到K因子數(shù)據(jù)層；利用流域DEM數(shù)據(jù)，利用Spatial Analysis模塊中的Surface Analysis功能提取坡度專題圖，然后在Raster Calculator模塊中利用公式計算得到S因子數(shù)據(jù)層。同時，利用流域的DEM數(shù)據(jù)提取出山脊線，然后利用Distance模塊計算每格到山脊線的垂直距離，以此作為每個柵格的近似坡長，然后計算得到L因子數(shù)據(jù)層；通過對遙感影像圖的植被覆蓋提取和計算生成C因子數(shù)據(jù)層；結(jié)合土地利用類型圖，將水土保持措施P因子賦予不同的地類，然后得到P因子數(shù)據(jù)層；小流域降雨侵蝕力R統(tǒng)一采用計算所得的 448.50 MJ · mm · hm-2· h-1· a-1。各數(shù)據(jù)層的最終統(tǒng)一為2 m×2 m的柵格圖，在根據(jù)公式（1）把所有柵格圖的像元值進行相乘，得到空間各單元的土壤侵蝕數(shù)據(jù)。

4 結(jié)果分析

4.1 小流域土壤侵蝕統(tǒng)計分析

將計算得到的土壤侵蝕空間數(shù)據(jù)按照水利行業(yè)標準SL 190 — 2007《土壤侵蝕分類分級標準》對土壤侵蝕強度進行劃分，其中水力侵蝕強度分級標準見表1。分級后，通過GIS軟件統(tǒng)計生昌禪溪小流域不同強度等級的土壤侵蝕侵蝕面積情況（見圖1）。

表1 水力侵蝕強度分級標準表

根據(jù)不同土壤侵蝕強度面積的統(tǒng)計結(jié)果（見圖1），昌禪溪小流域土壤侵蝕面積以微度侵蝕為主，其面積比例高達94.61%，這些面積上的土壤侵蝕量A小于南方紅壤丘陵區(qū)容許土壤流失量Tc500 t /（km · a）；土壤侵蝕量A大于容許土壤流失量Tc的面積比例5.39%。

圖1 不同土壤侵蝕強度面積統(tǒng)計圖

進一步統(tǒng)計分析大于容許土壤流失量Tc的侵蝕強度分布情況可知，輕度侵蝕面積占大于容許土壤流失量面積的比例為61.39%，中度侵蝕面積占29.80%，強烈侵蝕面積占5.16%，極強烈侵蝕面積占3.65%，小流域內(nèi)沒有發(fā)生劇烈侵蝕現(xiàn)象。由此可見，昌禪溪小流域內(nèi)絕大部分面積屬于微度侵蝕，小部分面積發(fā)生較嚴重的土壤侵蝕現(xiàn)象。

4.3 小流域土壤侵蝕空間分布

土壤侵蝕是一個多因素綜合影響的環(huán)境問題，其涉及因素多而復雜。研究小流域土壤侵蝕強度的空間分布格局有利用深入認識土壤侵蝕發(fā)生機理與變化規(guī)律，尤其是自然因素與人類活動雙重作用下小流域土壤侵蝕空間分異研究對指導小流域土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化具有重要的意義。圖2為昌禪溪小流域土壤侵蝕的空間分布特征圖。從土壤侵蝕的空間分布來看，昌禪溪小流域土壤侵蝕主要發(fā)生在小流域的中部，并且呈現(xiàn)集中的條帶侵蝕圖斑。通過小流域?qū)嵉卣{(diào)查發(fā)現(xiàn)，發(fā)生較為嚴重的土壤侵蝕區(qū)域主要是園地開發(fā)區(qū)，特別是近年來農(nóng)民為了增加收入在小流域內(nèi)大量開墾林草地，并種植具有經(jīng)濟價值的黃梔子。在開墾種植的前幾年里，由于坡面擾動以及黃梔子幼苗不能有效發(fā)揮水土保持功能，導致小流域內(nèi)土壤侵蝕較為嚴重。

圖2 土壤侵蝕空間分布圖

4.4 成因分析

自然環(huán)境是土壤侵蝕發(fā)生和發(fā)展的潛在因素，而人為作用則是加劇土壤侵蝕的外在動力。蒼南縣昌禪溪小流域土壤侵蝕的發(fā)展是自然和人為因素相互作用的結(jié)果。其中，小流域自然因素中的地形因子對土壤侵蝕具有促進作用，良好的植被覆蓋具有水土保持功能，而人為不合理的園地開發(fā)活動是小流域土壤侵蝕加劇的人為因素。

（1）小流域地形因素。由于小流域的坡長坡度LS因子空間變化非常明顯，小流域北部和西南部多為中低山區(qū)，東南部主要為丘陵區(qū)，地形起伏。因此，降雨后便產(chǎn)生極大的徑流速度，加劇對地表土壤的沖刷和侵蝕。

（2）林草植被覆蓋度的高低也直接影響到水土流失。由小流域植被類型的統(tǒng)計可知，小流域內(nèi)林地總面積為273.42 hm2，占小流域面積的82.71%。由于小流域內(nèi)植被較好，覆蓋度多數(shù)在70.00%以上，在小流域內(nèi)發(fā)揮了較好的水土保持功能。

（3）人類不合理的活動是加劇小流域水土流失的重要因素。近年來，陡坡開墾、亂砍濫伐等易造成嚴重水土流失的行為已大為減少，但無水土保持措施的緩坡園地經(jīng)濟林開發(fā)以及不合理的耕作方式造成的水土流失現(xiàn)象依然存在。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，除了開發(fā)建設(shè)項目大規(guī)模占用土地資源外，農(nóng)民為了增加收入也加劇了坡地資源的開墾，忽視水土保持，導致小流域的水土流失。

在影響土壤侵蝕的諸因子中，小流域內(nèi)的地形和土壤因子是影響土壤侵蝕最顯著的自然因素，不合理的土地利用方式是導致小流域發(fā)生嚴重土壤侵蝕的主因。因此，加強小流域自然植被的保護，合理開發(fā)利用土地資源，是防治小流域土壤侵蝕的關(guān)鍵。

5 結(jié) 語

土壤侵蝕的空間分布特征與土地利用、坡度、土壤類型和人類活動等因素密切相關(guān)，開展土壤侵蝕空間變異性的研究有助于揭示土壤侵蝕的區(qū)域變化規(guī)律，為區(qū)域土地資源保護和土壤侵蝕防治提供科學依據(jù)。本研究以GIS技術(shù)為主要手段，以蒼南縣昌禪溪小流域為研究對象，通過對小流域各類空間數(shù)據(jù)的采集，運用修正的通用土壤流失方程定量研究了小流域的土壤侵蝕狀況。研究結(jié)果得出，昌禪溪小流域主要以微度侵蝕為主，所占比例大于90.00%；但由于小流域內(nèi)大量開墾坡地資源種植經(jīng)濟作物，導致小流域中部發(fā)生較為嚴重的土壤侵蝕。

土壤侵蝕導致的嚴重后果已經(jīng)備受各國政府的高度重視，人類的發(fā)展必須堅持人與環(huán)境人與自然的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。開發(fā)土地資源和保護生態(tài)環(huán)境必須以遏制土壤侵蝕為基礎(chǔ)，治理土壤侵蝕應遵循自然規(guī)律，堅持區(qū)域經(jīng)濟與環(huán)境統(tǒng)一規(guī)劃，使區(qū)域的生態(tài)、社會和經(jīng)濟效益相結(jié)合，從而實現(xiàn)美好家園的建設(shè)。