吳鳳霞

(荔波縣水務(wù)局,貴州 荔波 558400)

0 引 言

隨著人口增長(zhǎng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市化進(jìn)程加速,土地利用效率和生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞,水土流失問題日益嚴(yán)重并威脅到人類的生境健康[1]。土地資源是人類社會(huì)生存資源之一,對(duì)水土流失進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)和綜合治理,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

貴州省位于我國(guó)西南部,區(qū)域地勢(shì)復(fù)雜、地貌多樣,是典型喀斯特地貌水土流失區(qū)之一[2-4]。為有效評(píng)價(jià)貴州省水土流失風(fēng)險(xiǎn),減少其帶來的經(jīng)濟(jì)環(huán)境影響,在國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究基礎(chǔ)上,本文基于RUSLE模型,結(jié)合土地利用現(xiàn)狀、降雨量、坡度、土壤侵蝕力等因素,從全省尺度上對(duì)貴州省水土流失風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究成果可為貴州省水土流失治理和資源合理利用提供科學(xué)依據(jù),為其他山區(qū)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供借鑒和參考。

1 貴州省概況

貴州省位于我國(guó)西南地區(qū)中部,連接中南半島與中西部要塞,地處E103°36′-E109°35′,N24°37′-N29°13′之間,總面積17.17×104km2。省域?yàn)榈湫涂λ固氐孛?地形崎嶇復(fù)雜,自西向東逐步降低,交錯(cuò)著山地、高山、丘陵、高原和盆地等折疊地貌,海拔161～2 901m。作為西南地區(qū)重要水文區(qū)之一,全省河系發(fā)達(dá),河流總長(zhǎng)5.35×104km,有長(zhǎng)江、珠江和西江等水系,年平均徑流量1 133.3m3/s,年徑流量278.03×108m3。省域?qū)贊駶?rùn)季風(fēng)氣候,多年平均氣溫14℃左右,年降水量1 200mm,日照時(shí)數(shù)1 200～1 600h,無霜期120～320d,>10℃的有效積溫4 500℃。全省土壤侵蝕問題尤為突出,據(jù)統(tǒng)計(jì),全省現(xiàn)有水土流失面積2.5×104km2,占全省土地面積14.5%。由于喀斯特地形區(qū)土層淺薄,流失后極難恢復(fù),因此區(qū)域水土流失具有嚴(yán)重生態(tài)災(zāi)害。見圖1。

2 RUSLE模型應(yīng)用

RUSLE模型是一種用于估計(jì)土壤侵蝕量的模型,其基于土壤侵蝕平衡原理,即土壤流失量應(yīng)該等于降雨侵蝕下水流量與土壤保持量之間平衡[4-6]。其將侵蝕量分解為5個(gè)因素,即降雨侵蝕力(R)、植被覆蓋與管理因素(C)、坡長(zhǎng)坡度因子(LS)、土壤可蝕性因子(K)和水土保持因子(P),RUSLE模型描述如下:

A=R×K×LS×C×P

(1)

式中:A為單位面積年平均土壤流失量。

其他各參數(shù)具體計(jì)算方法如下:

1)R的單位是MJ·mm/hm2,通常使用公式:

R= 1000P/(30-Ia)

(2)

式中:P為年降水量,mm;Ia為30min最大降雨強(qiáng)度,mm/h。

2)K表征土壤易蝕性。其計(jì)算公式為:

(3)

式中:San、Sil、Cal、SOC分別為砂礫、粉粒、黏粒含量、土壤有機(jī)質(zhì)含量比,Sn= 1-San/100。

3)LS為坡長(zhǎng)坡度因子,其計(jì)算公式為:

LS= (0.065+0.045×sinβ)×L0.6×(sinβ/0.0896)1.3

(4)

式中:β為坡度;L為坡長(zhǎng),m。

4)C因子是植被覆蓋度的函數(shù),計(jì)算公式為:

(5)

5)P代表管理措施對(duì)土壤侵蝕的影響,通常使用賦值法,其中林地、草地、旱地、濕地、裸地的P值依次為0.5、0.7、0.9、0、1[5-8]。

3 數(shù)據(jù)來源與處理

開展區(qū)域尺度土壤侵蝕研究,需借助遙感、GIS等技術(shù)手段,獲取統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式的RUSLE模型輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)源如下:①?gòu)闹袊?guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心獲取研究區(qū)2020年降水量日值資料,用以生成該年R因子?xùn)鸥衩?。②從?guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)申請(qǐng)得到K因子數(shù)據(jù),其空間分辨率為1km。③從地理空間云平臺(tái)下載研究區(qū)STRM DEM數(shù)據(jù)(https://www.gscloud.cn/search),其空間分辨率為30m,并利用SAGA GIS軟件提取LS因子(https://saga-gis.sourceforge.io/en/index.html)。④利用Google earth engine平臺(tái)結(jié)合Landsat8數(shù)據(jù)(https://code.earthengine.google.com/),在生成研究區(qū)2020年平均NDVI數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,利用公式得到區(qū)域C因子。⑤P因子輔助源為GlobeLand數(shù)據(jù)產(chǎn)品(http://globeland30.org/),其空間分辨率為30m,從網(wǎng)站下載。為確保區(qū)域水土流失評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性,利用ArcGIS軟件,將全部柵格資料重采樣至30m,并利用Spatial analysis模塊進(jìn)行空間分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 貴州省RUSLE模型輸入因子特征

基于多源數(shù)據(jù)提取到研究區(qū)各水土流失因子,其結(jié)果見圖2。由圖2可知,R因子分布范圍介于4 589～11 235 MJ·mm·(hm2·a)-1,其平均值為8 562MJ·mm·(hm2·a)-1。顯然,黔南地區(qū)的R值普遍較高,而黔北地區(qū)略高,并總體呈現(xiàn)自南向北、西東向西遞減分布,這與季風(fēng)影響路徑、距海洋距離密切相關(guān)。K因子呈斑塊狀分布,在黔東南相對(duì)平緩地區(qū)K因子異質(zhì)性較低,其值介于0～0.05(t·hm2·h)/(MJ·hm2·mm),而在黔西北復(fù)雜地貌景觀區(qū)K因子值變異性大且值域較高,介于0.4～0.07(t·hm2·h)/(MJ·hm2·mm)之間。區(qū)域LS因子介于0～54,均值為19,呈現(xiàn)周高中低分布。C因子空間平均值僅為0.08,在空間上呈現(xiàn)聚集性分布,高值區(qū)分布于長(zhǎng)江干流地區(qū),多為稀疏植被覆蓋區(qū)。P因子平均值為0.3,總體為破碎化交錯(cuò)分布,反映了區(qū)域折疊式、間斷性地表景觀特征。

圖2 研究區(qū)RUSLE模型輸入?yún)?shù)空間分布特征

4.2 貴州省水土流失空間分布特征

由RUSLE模型得到貴州省水土流失定量評(píng)估結(jié)果,見圖3。由圖3(a)可知,該地侵蝕模數(shù)介于0～4 695t/(hm2·a)之間,其空間平均值為18.54t/(hm2·a),總體屬輕度侵蝕等級(jí)(介于5～25t/(hm2·a))。

圖3 貴州省土壤侵蝕模數(shù)空間分布

全省屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),雨量高、強(qiáng)度大且頻繁,容易造成普遍土壤流失。但在不同地表覆被、土壤質(zhì)地、地形等因素非線性影響下,貴州省侵蝕模數(shù)分布具有強(qiáng)烈空間異質(zhì)性,總體特征為西南、東南和西北局部侵蝕風(fēng)險(xiǎn)較高,而中部東部地區(qū)較低。周邊地區(qū)地形起伏大、有較多坡面侵蝕,并在地表匯流、聚水、滲流侵蝕過程中發(fā)生面蝕和底部滑坡;加之局部園地開墾、工程建設(shè)開發(fā),也誘發(fā)局部零星狀強(qiáng)烈侵蝕景觀。中東部多為谷地、臺(tái)地等平緩地形區(qū),一方面長(zhǎng)期農(nóng)耕耕作措施如護(hù)坡、梯地、防護(hù)林等措施有效遏制面蝕發(fā)育;另一方面,該地多為人工濕地(水田)、人工地表景觀,因此侵蝕不易發(fā)生。

鑒于RUSLE模型應(yīng)用尺度差異,對(duì)圖3(a)中定量結(jié)果依據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190-2007)進(jìn)行定性分級(jí),其結(jié)果見圖3(b)。結(jié)果顯示,圖3(b)與圖3(a)分布具有一致性。

在此基礎(chǔ)上,在ArcGIS環(huán)境中利用Raster模塊下的Reclassify進(jìn)行重分類,得到不同侵蝕程度下柵格像元面積比,其結(jié)果見圖4。

圖4 貴州省不同侵蝕強(qiáng)度等級(jí)面積分布

由圖4可知,研究區(qū)不同侵蝕程度面積分布不均,總體以微度侵蝕分布最廣,占區(qū)域總面積的45.52%;其次是輕度、中度和強(qiáng)烈侵蝕,相應(yīng)面積比依次為29.59%、16.93%和6.39%;而極強(qiáng)和劇烈侵蝕面積占1.55%、0.01%。由此可見,貴州省以低侵蝕面積分布最廣泛,強(qiáng)度侵蝕分布約為25%。

5 結(jié) 論

貴州省鮮明的地理、水文、氣候特點(diǎn),使其區(qū)域水土流失風(fēng)險(xiǎn)十分嚴(yán)峻和復(fù)雜。貴州省水土流失風(fēng)險(xiǎn)總體存在區(qū)域性差異,即南、東南和西北局部侵蝕風(fēng)險(xiǎn)高,中東部較低。該地水土流失空間異質(zhì)性原因可能歸因于不良人類活動(dòng),如礦區(qū)開發(fā)、開荒開墾、伐木等,造成植被破壞、地表疏松,進(jìn)而剝離泥土和巖石,引發(fā)局部面蝕。盡管區(qū)域總體屬于輕度侵蝕等級(jí),但鑒于生態(tài)脆弱的喀斯特地貌環(huán)境背景,仍需環(huán)境部門和社會(huì)各界共同努力,加大土地整治、生態(tài)建設(shè)、林業(yè)造林力度,改善林草資源質(zhì)量和數(shù)量,對(duì)坡地區(qū)進(jìn)行鞏固治理,加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有效管理,并開展科研和示范引導(dǎo)。