任弘宇，王 灝

(青海九0六工程勘察設(shè)計(jì)院，青海 西寧 810001)

近些年來(lái)，氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響已經(jīng)非常明顯，主要表現(xiàn)在對(duì)自然植被分布影響[1]，造成植被的大量減少；水土流失加劇[2]，還有冰川及海平面變化等方面。植被變化與水土流失密切相關(guān)，因此加強(qiáng)水土保持與生態(tài)系統(tǒng)的研究意義重大。

生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)對(duì)方面因素相對(duì)穩(wěn)定的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，生態(tài)承載力是物體對(duì)外界所能承受最大能力。隨著氣候的變化，對(duì)于生態(tài)承載力的影響也很明顯。不同的學(xué)者進(jìn)行許多研究，國(guó)際上一些學(xué)者[3]提出了人類凈初級(jí)生產(chǎn)力占用的概念(HANPP)，該方法對(duì)潛在的經(jīng)初級(jí)生產(chǎn)力進(jìn)行劃分，來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行分析研究。后來(lái)不同學(xué)者提出了狀態(tài)空間法[4]和綜合評(píng)價(jià)法[5]。生態(tài)系統(tǒng)在自然中的作用巨大，加強(qiáng)其修復(fù)意義重大[6]。關(guān)曉明[7]、袁克光[8]、仲朝暉[9]分別使用不同方法對(duì)生態(tài)系統(tǒng)承載力進(jìn)行了相關(guān)研究。毛漢英[10]使用狀態(tài)空間法對(duì)不同地區(qū)的承載力進(jìn)行了研究。海力且木·麥麥提[11]對(duì)新疆地區(qū)水資源的生態(tài)承載力進(jìn)行了研究。周玲[12]對(duì)水土保持與生態(tài)系統(tǒng)承載力之間的敏感性進(jìn)行了分析。我國(guó)還有許多學(xué)者將水土保持進(jìn)行研究，楊艷輝[13]、白金[14]、樊華[15]等人實(shí)際工程中水土保持進(jìn)行相關(guān)的分析總結(jié)，為水土保持與生態(tài)系統(tǒng)的研究提供了參考。高寒高海拔地區(qū)的氣候特殊，土壤比較脆弱，水土保持與該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系比較復(fù)雜。

本文在前人的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況針對(duì)高寒高海拔地區(qū)的水土保持與生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系進(jìn)行分析，為實(shí)際情況提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域概況

本文研究區(qū)域?yàn)槟掣愫０胃吆貐^(qū)，擁有獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境，覆蓋范圍比較廣。主要有高山和高原組成，內(nèi)部河流眾多，該地區(qū)常年處于較低氣溫狀態(tài)，年均溫度低于12℃。降水量的空間變化較大，由北向南逐漸增加，由西向東逐漸增加；溫度變化與降雨變化的分布規(guī)律比較接近。該地區(qū)的風(fēng)速較大，在整個(gè)區(qū)域內(nèi)分布的差異較大，西北部向東南部逐漸減弱。區(qū)域內(nèi)的土壤主要以高山草原土、亞高山草甸土、高山草甸土等組成，具體的土壤分布如圖1(a)所示。植被主要是以草原和草甸的天然植被為主，少數(shù)地區(qū)有人工種植的農(nóng)業(yè)植被，區(qū)域內(nèi)植被的分布如圖1(b)所示。

圖1 區(qū)域內(nèi)特征量分布

2 理論介紹

本文研究水土保持與生態(tài)承載力的關(guān)系，使用通用的土壤流失方程(RUSLE)，該方程使用是通過(guò)無(wú)數(shù)次的試驗(yàn)驗(yàn)證得出的土壤侵蝕預(yù)測(cè)模型，適用于農(nóng)田、流域和坡面的土壤流速預(yù)測(cè)研究。主要包含有土壤、降雨、地形、植被和管理因素等幾個(gè)方面。本文的生態(tài)承載力通過(guò)預(yù)測(cè)土壤侵蝕量來(lái)反映，具體的結(jié)構(gòu)計(jì)算如下：

A=R·K·LS·C·P

(1)

式中，A—預(yù)測(cè)的土壤侵蝕量；R—降雨侵蝕力因子；K—土壤可侵蝕因子；C—植被覆蓋因子；P—水保措施因子，一般取值為1.0；LS—坡長(zhǎng)與坡度因子。

根據(jù)公式(1)可知，需要對(duì)這幾個(gè)方面進(jìn)行分析，下面依次進(jìn)行相關(guān)的理論介紹。

降雨侵蝕力因子是由降雨侵蝕力預(yù)測(cè)模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算，具體算法如下：

(2)

(3)

α=21.586β(-7.1891)

(4)

式中，Ri—第i個(gè)時(shí)段的侵蝕力值，MJ mm hm-2h-1；Α—預(yù)測(cè)模型參數(shù)；Β—預(yù)測(cè)模型參數(shù)；Dj—半月時(shí)段第j天的日降雨量，mm；P(d12)—日平均侵蝕性降雨雨量，mm；P(y12)—年平均侵蝕性降雨雨量，mm。

土壤可侵蝕性因子是土壤受水力侵蝕的程度，計(jì)算公式如下：

(5)

(6)

式中，K—土壤可侵蝕因子，t h hm2MJ-1hm-2mm-1；Sa—土壤砂粒(0.05～2mm)；Si—粉粒(0.002～0.05mm)；Cl—粘粒(<0.002mm)；OC—有機(jī)碳含量，%。

坡度坡長(zhǎng)因子是指土壤，降水等其他條件保持不變的情況下地形標(biāo)準(zhǔn)與對(duì)應(yīng)的土壤侵蝕量的比值，該指標(biāo)是無(wú)量綱。數(shù)值越大，表示地形對(duì)土壤水侵蝕的作用越明顯，計(jì)算公式如下：

(7)

L=(λ/22.13)α

(8)

(9)

式中，S—坡度因子；L—坡長(zhǎng)因子；θ—坡度；α—坡長(zhǎng)指數(shù)。

植被覆蓋因子中植被覆蓋度是一個(gè)很重要的因素，植被覆蓋度是保證一定區(qū)域內(nèi)土壤的侵蝕量不超過(guò)的國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的最小植被覆蓋度。計(jì)算公式如下：

(10)

式中，C—植被覆蓋因子；SC—植被覆蓋度，%。

根據(jù)公式(1)—(10)分別從降雨侵蝕力的時(shí)空分布規(guī)律、土壤可侵蝕性因子分布規(guī)律、坡度坡長(zhǎng)因子分布規(guī)律、水土保持需要的最小植被蓋度這幾個(gè)不同方面對(duì)水土保持與生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系進(jìn)行研究。

3 結(jié)果分析

3.1 降雨侵蝕力的時(shí)空分布規(guī)律

對(duì)該區(qū)域多年內(nèi)每個(gè)月的降雨侵蝕力分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選取6個(gè)典型月份進(jìn)行展示，如圖2(a)—(f)所示。

圖2 不同月份降雨侵蝕力因子時(shí)空分布圖

根據(jù)圖2可知，在最初1月份降雨侵蝕力因子主要分布在南部和西部偏南位置處。隨著溫度的升高，到3月份時(shí)降雨侵蝕力因子的分布范圍逐漸增加在北部和東部局部出現(xiàn)了較大的降雨侵蝕力因子。在5月份和7月份時(shí)處于夏季雨量較大，研究區(qū)域的降雨侵蝕力因子普遍較大，較大值主要分布在東南部。

在9月份時(shí)降雨量相比7月份已有所下降，降雨侵蝕力因子已經(jīng)出現(xiàn)明顯的下降，但是在東南部依然較大。11月份時(shí)降雨侵蝕力因子明顯減小，分布和1月份基本一致?？梢灾澜涤昵治g力因子在冬季較小，夏季較大，隨季節(jié)變化明顯。

對(duì)多年平均降雨侵蝕力因子進(jìn)行整體統(tǒng)計(jì)分析，如圖3所示。

圖3 多年平均降雨侵蝕力因子時(shí)空分布圖

根據(jù)圖3可知，以年為單位對(duì)多年的降雨侵蝕力因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后可以很明顯的看出降雨侵蝕力因子的最大值主要分布在東南區(qū)域，要明顯大于1000MJ·mm·hm-2·h-1；最小值主要分布北部，降雨侵蝕力因子的分為范圍為60～150MJ·mm·hm-2·h-1。因此在東南部要加強(qiáng)降雨侵蝕力因子的檢測(cè)和防護(hù)。

通過(guò)對(duì)不同月份和不同年份的降雨侵蝕力因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)主要的分布范圍基本一致，在接下里影響因子的分析主要對(duì)多年平均統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)時(shí)空分布進(jìn)行分析。

3.2 土壤可侵蝕性因子分布規(guī)律

對(duì)多年平均土壤侵蝕力因子進(jìn)行整體統(tǒng)計(jì)分析，如圖4所示。

圖4 土壤可侵蝕性因子時(shí)空分布

根據(jù)圖4可知，該區(qū)域內(nèi)土壤侵蝕性因子的較大值主要分布在西部和南部，該區(qū)域主要為高山草原土。北部及靠近東部位置的土壤侵蝕性因子相對(duì)較小。在研究區(qū)域內(nèi)部分布的相對(duì)較為散亂，這主要是因?yàn)椴煌恢玫耐馏w成分不同。區(qū)域整體的土壤侵蝕性因子的平均值為0.035t·h·hm2·MJ-1·hm-2·mm-1。

3.3 坡度坡長(zhǎng)因子分布規(guī)律

對(duì)多年平均坡度坡長(zhǎng)因子進(jìn)行整體統(tǒng)計(jì)分析，如圖5所示。

圖5 坡度坡長(zhǎng)因子時(shí)空分布

根據(jù)圖5可知，在研究區(qū)域內(nèi)坡度坡長(zhǎng)因子的值相對(duì)較小，在西北部局部較大，整體上呈現(xiàn)出由西北向東南逐漸增加的趨勢(shì)。坡度坡長(zhǎng)因子的分布趨勢(shì)基本與高區(qū)域的地形起伏分布接近。最大值出現(xiàn)的東南部和西北部局部需要對(duì)地形進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖⒁猓訌?qiáng)對(duì)坡度坡長(zhǎng)因子的防護(hù)。

3.4 水土保持需要的最小植被蓋度

對(duì)多年平均水土保持需要的最小植被蓋度進(jìn)行整體統(tǒng)計(jì)分析，如圖6所示。

圖6 維持水土保持功能需植被蓋度時(shí)空分布

根據(jù)圖6可知，研究區(qū)域內(nèi)用來(lái)位置水土保持需要的最少植被覆蓋度的從西北向東南方向逐漸增加，最大值出現(xiàn)在東南部，最小值出現(xiàn)在北部附近，在最靠西北部位置需要的植被覆蓋度也較大。其整體分布趨勢(shì)與坡度坡長(zhǎng)因子時(shí)空分布規(guī)律比較接近。

4 結(jié)論

本文從植被、降雨、土壤和地形幾個(gè)方面對(duì)某高寒高海拔地區(qū)水土保持與生態(tài)承載力之間關(guān)系進(jìn)行分析，得出結(jié)論如下：

(1)降雨侵蝕力因子由北部向東南部逐漸增加，最大值出現(xiàn)在東南部位置附近；一年內(nèi)在夏季降雨侵蝕力因子普遍較高、冬季則相對(duì)較低。

(2)土壤可侵蝕性因子分布相對(duì)較散亂，最小值出現(xiàn)在北部附近，最大值出現(xiàn)在南部及西部附近。

(3)坡度坡長(zhǎng)因子分布規(guī)律和維持水土保持需要的最小植被蓋度分布規(guī)律基本一致，最大值均出現(xiàn)在東南部和西北部局部，整體上游西北向東南方向逐漸增加。

(4)綜合考慮在東南部出現(xiàn)土壤侵蝕程度較高，該區(qū)域的生態(tài)承載力相對(duì)較弱，應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)。