熊舒蕓

（江西省水土保持科學(xué)研究院，南昌330000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展， 水土流失成為我國生態(tài)環(huán)境最突出的問題之一， 嚴(yán)重約束著我國經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)程。 江西省是中國南方地域紅壤區(qū)的中間， 也是水土流失最為嚴(yán)重的省份之一［1］。 水土流失受自然因素和人類活動(dòng)的雙重影響，將制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，造成不可逆轉(zhuǎn)的生態(tài)損失。因此，控制水土流失是地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

1 研究區(qū)概況

撫州是江西省市轄的一個(gè)地級市， 是長江中游城市群的重要城市之一，地處于江西省的東部。行政區(qū)域總面積為1.9萬km2，占到全省總面積的11.27%［2］。撫州市東面、南面、西面都被山地所環(huán)繞，中部的丘陵地區(qū)與河流流域盆地縱橫交錯(cuò)。 撫州市境內(nèi)主要的地形是丘陵地區(qū)，山地和河谷平原也大量分布［3］。軍峰山是本市最高的山峰，海拔達(dá)到1761m。 撫州市地處于中國南方，濕潤多雨且氣候較為濕潤，降雨量十分充足，日照較為強(qiáng)烈，植物的生長周期較長。 撫州市境內(nèi)的河道數(shù)量較多，達(dá)到了470條。 如圖1，撫州市土壤占地總面積為173.65萬hm2， 土壤類型分為黃壤、紅壤、山地草甸土、紅黏土、紫色土、新積土、粗骨土、潮土和水稻土9個(gè)土類及15個(gè)亞類、65個(gè)土屬、200個(gè)土種［4］。

圖1 撫州市地理位置

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文采用MOD13Q1數(shù)據(jù)，采樣時(shí)間跨度16d，分辨率為30m。部分來自USGS數(shù)據(jù)中心，一部分來源于地理空間數(shù)據(jù)云， 直接從網(wǎng)站上下載的MODIS數(shù)據(jù)已做過大氣校正處置［5］。在envi 5.0中，將投影坐標(biāo)變換為通用的墨卡托投影， 并利用研究區(qū)域的矢量數(shù)據(jù)對其進(jìn)行切割。

本論文使用的遙感圖像來自從地理空間數(shù)據(jù)云下載的2016年6月分辨率為30m的Landsat TM圖像［6］。通過使用ARCGIS融合、切斷、視覺解釋的圖像處理，取得了2016年的撫州市土地利用及植被覆蓋數(shù)據(jù)。降雨數(shù)據(jù)來自于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)。

2.2 研究方法

2.2.1 土壤侵蝕分級

本文根據(jù)國家水利部頒布的SL190—2007《土壤侵蝕分類標(biāo)準(zhǔn)》， 使用Arc-GIS軟件的空間數(shù)據(jù)處理和分析功能，對撫州市土壤侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行分類［7］，如表1。

表1 土壤侵蝕強(qiáng)度劃分標(biāo)準(zhǔn)

用得到的遙感影像結(jié)合撫州市DEM數(shù)據(jù)。 利用Arc-GIS的地表分析功能，生成研究區(qū)的坡度柵格圖［8］。為了克服遙感數(shù)據(jù)時(shí)空的不確定性，利用envi軟件的純像素提取功能提取裸地和植被的純像素， 得到相應(yīng)的NDVI值，然后分別計(jì)算裸地和植被的NDVI平均值， 并將NDVIsoil和NDVIveg值代入公式進(jìn)行計(jì)算，提高植被覆蓋精度。

式中 NIR為近紅外波段；R為紅波段。

式中 c為植被覆蓋密度因子（%）；NDVIsoil為荒地或者沒有植被覆蓋區(qū)域的NDVI值；NDVIveg為全部被植被覆蓋區(qū)的NDVI值［9］。

使用Arc-GIS中的柵格計(jì)算工具， 根據(jù)SL190—2007《土壤侵蝕分級標(biāo)準(zhǔn)》，將三因子疊加計(jì)算，結(jié)果分為微度、輕度、中度、強(qiáng)度、特強(qiáng)、劇烈6個(gè)侵蝕強(qiáng)度等級。生成撫州市土壤侵蝕強(qiáng)度等級分布圖，計(jì)算各級侵蝕面積和比例。

2.2.2 侵蝕量計(jì)算

RUSLE模型是當(dāng)前研究中最廣泛利用的土壤侵蝕模型之一。 RUSLE模型給野外工作的實(shí)際應(yīng)用中帶來了極大便利， 而且在不同尺度的模型運(yùn)用中也取得了較好效果［10］。 計(jì)算公式如下：

式中 A為土壤侵蝕量（t/km2·a）；R為降雨侵蝕力度因子［MJ·mm/（hm2·h·a）］；L為坡長；S為坡度因子；C為植被覆蓋度因子；P為水土保持因子。

使用統(tǒng)一降雨量標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算降雨侵蝕力， 將日降雨量大于12mm的降雨稱為侵蝕性降雨，計(jì)算公式為：

式中 Rn為第n個(gè)半月的時(shí)段降雨侵蝕力值［MJ·mm/（hm2·h·a）］；k為時(shí)段天數(shù)；Pj為時(shí)段內(nèi)第jd的侵蝕性日降雨量（mm）［11］。

土壤侵蝕能力的指標(biāo)可以用土壤可蝕性因子代表。 以撫州市土壤類型背景資料為基礎(chǔ)，得到撫州市不同類型土壤的基本數(shù)據(jù)，用式（5）計(jì)算土壤可蝕性值。

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

地形地貌條件， 為水土流失提供必要的地境條件， 坡度因子和坡長因子是地形中最重要的兩個(gè)分量。 在對土壤侵蝕的研究中，坡度和坡長往作為關(guān)鍵地形因子被加入到土壤侵蝕的計(jì)算中［12］。

以空間分辨率為30m×30m的DEM為根本， 操作ArcGIS軟件舉行坡度和坡長的提取［13］。 坡長系數(shù)計(jì)算公式如下：

S因子使用McCool的計(jì)算公式及劉寶元的陡坡計(jì)算公式：

式中 λ為水平坡長；α為坡長指數(shù)；21.91為標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)的坡長（m）；θ為利用DEM提取的坡度。

根據(jù)遙感影像和前人的研究成果， 不同的土地利用類型給出了不同的p值。 農(nóng)業(yè)用地、林地、水面、建設(shè)用地和荒地的p值分別為0.45，1，0，0，0.2［14］。

3 研究結(jié)果

3.1 水土流失因子計(jì)算

利用ArcGIS軟件，根據(jù)植被覆蓋分類標(biāo)準(zhǔn)，提取研究區(qū)內(nèi)撫州市的植被覆蓋度， 得到撫州市各級植被覆蓋的面積和比例，如圖2，表2，表3。

圖2 撫州市植被覆蓋圖

表2 不同土地類型C因子

從圖2來看， 撫州市總體植被覆蓋較為良好，高植被覆蓋區(qū)域的面積占全市區(qū)比例最大， 為34.6%，主要集中在四周山地地區(qū)。 雖然單位面積土壤侵蝕量不高， 但占地面積大， 提供的侵蝕總量也相應(yīng)提高。 占比最小的區(qū)域?yàn)榈透采w植被區(qū)域，主要集中在中部流域的溝谷和城市建設(shè)用地當(dāng)中， 是水土流失較易發(fā)生的區(qū)域。

表3 植被覆蓋占比

根據(jù)國家通用標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)內(nèi)所有撫州市按0°～5°，5°～8°，8°～15°，15°～25°，25°～35°，＞35°的坡度分為6個(gè)等級。 得到了撫州市的等級圖，并計(jì)算了等級的面積和比例。 由圖3可知，最大坡比為0°～5°的面積占27%，最小坡比大于35°的面積僅占9%。

圖3 坡度占比

根據(jù)中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心發(fā)布的土壤數(shù)據(jù)庫， 天水市土壤質(zhì)地類型如表4，計(jì)算得到的天水市土壤K值在0.023～0.064之間。

表4 撫州市土壤類型表

3.2 土壤侵蝕量估算

土壤侵蝕強(qiáng)度分布如圖4。

圖4 土壤侵蝕強(qiáng)度分布

從圖4可看出：研究區(qū)總體侵蝕量不大，山區(qū)林地覆蓋較高的區(qū)域大部分為微度侵蝕， 面積占比較大，達(dá)79.42%，其余地區(qū)侵蝕分散且各類均有，其中極強(qiáng)度侵蝕區(qū)域占比為2.77%，劇烈侵蝕區(qū)域占比最小，為0.84%， 這兩個(gè)區(qū)域主要集中分布在中部河谷流域當(dāng)中。 輕度、中度、強(qiáng)度侵蝕區(qū)域主要零星分布在山地，占比均較小，總和為16.96%，如表5。

表5 撫州市土壤侵蝕面積占比

經(jīng)計(jì)算得出撫州市年均土壤侵蝕總量為12896344.36t，年均侵蝕模數(shù)為23094.16t/（km2·a）。各級侵蝕的侵蝕面積和侵蝕量如表6。

表6 土壤侵蝕量計(jì)算

土壤侵蝕及面積占比如圖5。

圖5 土壤侵蝕及面積占比

由圖5可知，在撫州市土壤侵蝕面積中，微度侵蝕的面積占比最大，雖然土壤侵蝕模數(shù)較低，但年均侵蝕量也達(dá)到了170萬t。 劇烈侵蝕區(qū)域的侵蝕模數(shù)值最大，在面積占比僅為0.84%的情況下，侵蝕量依然達(dá)到了375萬t。

4 結(jié)語

（1）分類標(biāo)準(zhǔn)估算結(jié)果顯示撫州市侵蝕中劇烈侵蝕和極強(qiáng)烈侵蝕占主要地位； 撫州市的植被覆蓋良好，高覆蓋區(qū)域占地面積最大，為34.6%，主要集中在山地地區(qū)。占比最小的地覆蓋植被區(qū)域，主要集中在中部溝谷，是水土流失的易發(fā)地。劇烈侵蝕區(qū)域稱為撫州市侵蝕最嚴(yán)重的區(qū)域，侵蝕量占比為29.09%。

（2）水土流失是江西省最大的自然災(zāi)害之一，將不知不覺地帶走大量自然資源。 在城市水土保持管理中，要因地制宜，突出重點(diǎn)控制區(qū)，查明水土流失原因，從源頭上控制。 目前，撫州市水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)是我國中部的撫河流域。 重點(diǎn)推進(jìn)小流域綜合治理、水源涵養(yǎng)造林。 完善水土保持管理體制，尊重自然規(guī)律，為生態(tài)自愈創(chuàng)造良好條件。