2015年江淮分水嶺區(qū)域土壤侵蝕特征分析

毛晶晶+汪光勝

摘 要：為了解江淮分水嶺區(qū)域的水土流失情況及其影響因素，該文基于GIS平臺，使用RUSLE模型，對2015年江淮分水嶺區(qū)域土壤侵蝕現(xiàn)狀進行了研究。結果表明：（1）2015江淮分水嶺區(qū)域平均侵蝕模數(shù)為84.53t/（km2·a）。土壤侵蝕以微度和輕度侵蝕為主，微度侵蝕的面積占比達97.81%，微度侵蝕總量達259.83×104t·a-1（74.35%），輕度侵蝕總量為56.89×104t·a-1（16.27%）；土地利用類型中，耕地侵蝕量和侵蝕模數(shù)最高，耕地侵蝕量達314.26×104t·a-1（89.92%）。（2）侵蝕等級呈現(xiàn)東部、西南部高，中部、北部和西部區(qū)域較低，輕度以上的侵蝕主要發(fā)生在西南山區(qū)、巢湖東南部、滁州市中部、北部、東部區(qū)域；（3）土壤侵蝕受地形起伏、坡度、降水量和植被覆蓋條件的影響明顯。研究結果可為江淮分水嶺區(qū)域水土流失的治理提供科學依據。

關鍵詞：土壤侵蝕；RUSLE；江淮分水嶺

中圖分類號 S157 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）09-0067-05

Abstract：In order to study the soil erosion and its influencing factors in Jianghuai watershed area，based on GIS platform，the soil erosion status in the Jianghuai watershed area in 2015 is studied with the USLE model. The results show that：（1）The average erosion modulus in the Watershed watershed is 84.53 t/（km2·a），dominated by mired and slight erosion，the area occupied by mired is 97.81%，and the total erosion of mired is 259.83×104t·a-1（74.35%）. The total amount of slight erosion is 56.89×104t·a-1（16.27%）. In the land use type，Erosion quantity and erosion modulus of cultivated land is the highest，and the amount of cultivated land was 314.26×104t·a-1（89.92%）. （2）The erosion grade is high in the east and southwest，low in the middle，north and west，and slightly more in the southwest mountainous area，southeast of Chaohu，the middle of the Chuzhou，north and east of Jianghuai watershed area. （3）Soil erosion is influenced by topography，slope，precipitation and vegetation cover condition. The results can provide s cientific basis for soil erosion control in the Jianghuai watershed area.

Key words：Soil erosion；RUSLE；Jianghuai watershed area

土壤侵蝕作為一個嚴重的環(huán)境問題，在全球范圍內得到了廣泛關注，其對土壤生態(tài)環(huán)境、人類生存和社會發(fā)展產生了深遠的影響[1]。水土流失是我國的主要環(huán)境問題之一，成為我國經濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要阻礙[2]。目前，我國在土壤侵蝕方面的研究多采用通用土壤流失方程（USLE模型）及其修正的RUSLE模型[3-4]，也有學者對其進行了進一步的區(qū)域改良[5]，部分學者對USLE模型中的因子進行了研究[6-7]。RUSLE模型是在USLE模型的基礎上進行了因子含義與算法的修改，其應用的適用性更廣[8]。

江淮分水嶺區(qū)域由于其地形、地貌、地質、土壤和氣候因素，加上人類活動的影響，其生態(tài)環(huán)境十分脆弱，干旱災害頻發(fā)[9]，但江淮分水嶺區(qū)域降水較豐富，其主要問題在于水土流失嚴重，土壤蓄水能力差。為此，本文基于GIS平臺，采用RUSLE模型，對江淮分水嶺區(qū)域2015年土壤侵蝕現(xiàn)狀進行了研究，以期為江淮分水嶺區(qū)域水土流失治理提供科學依據。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據來源

1.1 研究區(qū)概況 江淮分水嶺位于安徽省中東地區(qū)，以丘崗地為主，是典型的丘陵地區(qū)，涉及包括合肥、滁州、蚌埠、六安等市的16縣（區(qū)、市）。該區(qū)域位于亞熱帶季風氣候與溫帶季風氣候過渡區(qū)，季風氣候明顯，降水季節(jié)差異大，多集中在夏季，年均降水量在900mm左右，降水相對充沛。土地類型以耕地為主，其次為林草地。研究區(qū)土壤主要是水稻土、黃褐土、黃棕壤、砂姜黑土、石灰土、紫色土等，水稻土、黃褐土透水性差，其他類土壤大多儲水性差，水土流失嚴重[9]。

1.2 數(shù)據來源 影像數(shù)據為覆蓋安徽省的Landsat遙感影像，影像獲取時間為2015年7月，地面分辨率為30m；土壤數(shù)據為全國第二次土壤普查結果1∶500000的安徽省土壤分布類型圖；地形數(shù)據為1∶500000的安徽省DEM數(shù)據，柵格分辨率30m；降水量數(shù)據來源于滁州、蚌埠、合肥等19個離散分布分布于江淮分水嶺區(qū)域的氣象站點逐日地面觀測數(shù)據，數(shù)據獲取時間為2015年。使用ENVI軟件對影像進行拼接、利用江淮分水嶺行政矢量文件進行裁剪，并在ArcGIS10.0軟件中，參照安徽省1∶500000地形圖，對影像進行幾何校正；采用高斯—克呂格投影的投影方式和二項式校正方式，配準精度小于0.5個像元。采用監(jiān)督分類與目視解譯相結合的方式，參照中國科學院土地利用覆蓋分類體系，將2015年江淮分水嶺區(qū)域土地利用類型分為林地、草地、耕地、水體、建設用地和未利用地6大類，見圖1。

2 研究方法

2.1 土壤侵蝕模型 本文基于GIS平臺，采用RUSLE模型對江淮分水嶺區(qū)域的2015年土壤侵蝕現(xiàn)狀進行研究，主要參照趙明松[10]等使用RUSLE模型對安徽省土壤侵蝕情況研究中的研究方法。

其中修正通用土壤流失方程RUSLE其基本形式為：

式中：E為土壤侵蝕量（t/hm2·a）；R為降雨侵蝕力因子（MJ·mm·hm-2·h-1·a-1）；K為土壤可蝕性因子（t/m·J）；L為坡長因子（m）；S為坡度因子（%）；C為覆蓋與管理因子；P為水土保持因子。

2.2 各因子計算

2.2.1 降雨侵蝕力因子R值 R值反映的是降雨對土壤的潛在侵蝕能力，受到降雨量、降水強度、降水時間等降水相關因素的綜合影響。本文選用Arnoldus[11]修正模型，計算19個氣象站點的R值，并采用克里金插值，得到降水侵蝕力因子在江淮分水嶺區(qū)域的2015年分布圖（圖2）。

2.2.2 土壤可蝕性因子K值 K值反映的是土壤抗沖蝕能力，主要受土壤結構類型、土壤質地、土壤透水性等相關因素的影響。根據對不同的土壤性質的研究，本文使用江淮分水嶺流域1∶500000的土壤類型圖，采用Williams[12]在EPIC模型中提出的K值估算公式，估算江淮分水嶺區(qū)域K值，使用GIS軟件進行賦值，制作2015年江淮分水嶺區(qū)域K值空間分布圖（圖3）。

2.2.3 地形因子LS值 地形因子LS反映的是地形起伏對土壤侵蝕的影響情況，相同條件下地形起伏越大，土壤侵蝕越嚴重。本研究基于研究區(qū)DEM數(shù)據，首先利用ArcGIS水文分析中的Fill函數(shù)工具，對DEM數(shù)據進行填洼，然后分別利用Flowdirection函數(shù)和Slope函數(shù)計算得到水流方向圖和坡度圖，再提取地形因子LS。坡長因子L采用Wischmeier[13]等提出的計算公式；坡度因子S在緩坡上選用Mcool等[14]的坡度公式，陡坡上采用Liu[15]等的坡度公式。使用GIS軟件制作地形因子LS的空間分布圖（圖4）。

2.2.4 覆蓋管理因子C值及水土保持因子P值 地表覆蓋因子C，反映的是不同地表植被覆蓋情況下，土壤受侵蝕能力。水土保持措施因子P，反映的是采取水土保持措施后對土壤流失的影響情況，水土保持措施主要在于調整水流方向、緩解坡度、控制流量和流速等。本文參考湯麗潔[16]等在巢湖流域水土流失評估研究中的研究成果，對C、P值進行賦值（表1），并利用GIS軟件制作C、P值的空間分布圖（圖5）。

3 結果與分析

3.1 土壤侵蝕空間分布特征 基于GIS軟件，采用RUSLE模型，對RUSLE模型中各個因子進行了計算，使用柵格計算器，計算江淮分水嶺區(qū)域土壤侵蝕量，制作土壤侵蝕等級分布圖（圖6）。由圖6可以看出，江淮分水嶺地區(qū)絕大多數(shù)地區(qū)的土壤侵蝕等級為微度侵蝕，東部和西南部侵蝕等級較高，其他地區(qū)侵蝕等級較低。土壤侵蝕等級較高的區(qū)域主要分布在西南山區(qū)、巢湖東南部、滁州市中部、北部、東部區(qū)域，分布區(qū)域特征明顯，多為嶺地，地勢較高，坡度較大，植被易受到破壞的地區(qū)。

3.2 土壤侵蝕現(xiàn)狀 基于江淮分水嶺區(qū)域土壤侵蝕的柵格計算結果，分別統(tǒng)計各等級土壤侵蝕量數(shù)據和各地類土壤侵蝕量數(shù)據。由表2可知，2015年江淮分水嶺土壤侵蝕以微度為主，微度侵蝕面積為40432.77km2，占到區(qū)域面積的97.81%，侵蝕量為259.83×104t·a-1，占區(qū)域總侵蝕量的74.35%；其次是輕微侵蝕，侵蝕面積占2%，侵蝕量為56.85×104t·a-1，占區(qū)域總侵蝕量的16.27%；其他侵蝕等級的侵蝕面積及侵蝕量都相對較小，其中劇烈侵蝕面積接近為0。2015年江淮分水嶺區(qū)域總體平均侵蝕模數(shù)為84.53t/（km2·a），遠低于2010年安徽省的平均水平256.90t/（km2·a），略高于2010年江淮丘陵崗地的63.10t/（km2·a）[10]，這主要是本研究區(qū)包含了一部分侵蝕模數(shù)較高的沿江平原北部區(qū)域。2015年江淮分水嶺區(qū)域土壤侵蝕相對較輕。

由表3可知，2015年江淮分水嶺土壤侵蝕的主要地類是耕地，耕地的土壤侵蝕總量達314.26×104t·a-1，占總侵蝕量的89.92%，一方面是因為耕地的面積大，達到27040.14km2，占總面積的65.41%，另一方面是因為耕地的平均單位侵蝕量較高，平均侵蝕模數(shù)為128.37t/（km2·a），遠高于其他地類。未利用地雖然侵蝕總量和面積占比都較小，但其平均侵蝕模數(shù)為72.54t/（km2·a），僅次于耕地，主要是未利用地多為裸地，且多處于崗地上，植被覆蓋條件差、坡度較大，易受侵蝕。水體因其特殊性，雖然占有一定的面積，但其土壤侵蝕量為0。林地和草地由于植被覆蓋條件較好，平均侵蝕量均較小，但是林地多處于崗地，地勢較高、坡度較大，土壤更易受侵蝕。建設用地的平均侵蝕模數(shù)僅為11.47t/（km2·a），這主要是建設的地面固化，P因子低，水土流失情況較好，土壤侵蝕水平較低。

3.3 土壤侵蝕分布因素 為進一步了解江淮分水嶺區(qū)域土壤侵蝕分布現(xiàn)狀的影響因素，本文對土壤侵蝕空間分布圖與各因子的結果進行了分析。發(fā)現(xiàn)R值、K值、S值和P值空間分布圖中，高值區(qū)域與土壤侵蝕等級較高的區(qū)域相對一致，說明R值、K值、S值和P值與土壤侵蝕存在較好的正相關性；而L值的高值中心在西北部區(qū)域，與2015年土壤侵蝕空間分布圖相比，雖然西南部和東部地區(qū)高值區(qū)分布有一定的一致性，但不明顯，因而2015年江淮分水嶺區(qū)域土壤侵蝕分布與L值的相關性不明顯；C值的低值分布區(qū)域與土壤較高等級侵蝕的空間分布區(qū)域相一致（水域分布區(qū)除外），說明C值與土壤侵蝕存在較好的負相關性。從土壤侵蝕較高區(qū)域的土地利用現(xiàn)狀圖和區(qū)域實際地形地貌情況來看，土壤侵蝕較嚴重的區(qū)域分布主要是低山、崗地的植被覆蓋較差的區(qū)域，這些區(qū)域地勢較高，坡度較大，易于發(fā)生土壤侵蝕，是江淮分水嶺區(qū)域土壤侵蝕治理的重點區(qū)域。

4 結論

本文基于GIS平臺，采用RUSLE模型，通過對各因子的計算，估算了江淮分水嶺區(qū)域的2015年各等級土壤侵蝕量和侵蝕面積，對江淮分水嶺區(qū)域土壤侵蝕現(xiàn)狀進行研究，得出如下結論：

（1）空間上，2015江淮分水嶺區(qū)域絕大多數(shù)區(qū)域為微度侵蝕，東部、西南部侵蝕等級高，其他區(qū)域較低。其中侵蝕等級較高的區(qū)域主要分布在西南山區(qū)、巢湖東南部、滁州市中部、北部、東部區(qū)域，

（2）在侵蝕類型上，以微度侵蝕和輕度侵蝕為主，微度侵蝕的面積達到區(qū)域總面積的97.81%；微度侵蝕的侵蝕總量達259.83×104t·a-1，占區(qū)域總侵蝕量的74.35%，輕度侵蝕總量為56.85×104t·a-1，占區(qū)域總侵蝕量的16.27%；研究區(qū)2015年無劇烈侵蝕。

（3）在侵蝕地類上，主要是耕地的侵蝕，耕地的土壤侵蝕總量達314.26×104t·a-1，占總侵蝕量的89.92%，平均侵蝕模數(shù)為128.37t/（km2·a），遠高于其他地類；未利用地平均侵蝕模數(shù)為72.54t/（km2·a），僅次于耕地；林地和草地平均侵蝕量均較小，林地略高于草地；建設用地的平均侵蝕模數(shù)僅為11.47t/（km2·a），水體土壤侵蝕量為0。因此，預防與治理耕地的土壤侵蝕是解決江淮分水嶺區(qū)域水土流失的關鍵，需要采取提高水域和林草地的比例，合理布局建設用地等解決措施。

（4）2015年江淮分水嶺區(qū)域土壤侵蝕與相應的R值、K值、S值和P值存在較好的正相關性，與C值存在較好的負相關性，與L值的相關性不明顯。

（5）土壤侵蝕主要發(fā)生在地形起伏較大、坡度較大、降水量大且植被覆蓋條件較差的區(qū)域，因此改善這些區(qū)域的自然條件，尤其是提高植被覆蓋的數(shù)量和質量，是解決江淮分水嶺區(qū)域土壤侵蝕問題的關鍵。

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（責編：張宏民）