南方紅壤侵蝕區典型小流域土壤侵蝕敏感性研究

鄢新余，陳志強，黃錦祥，熊 偉，羅瑋祥

（1.福建師范大學 地理科學學院，福建 福州350007；2.福建省寧化縣水土保持站，福建 寧化365400）

土壤侵蝕是導致土地資源退化，泥沙淤積，洪澇災害頻繁，生態環境惡化等問題的主要原因之一，已日益成為全球關注的焦點。土壤侵蝕敏感性是指在自然狀況下發生土壤侵蝕可能性的大小［1］，土壤侵蝕敏感性評價可以識別每個區域土壤侵蝕敏感性的大小，為制定相應的水土保持防治措施和宏觀決策提供科學依據［2］。

目前，國內外許多學者在土壤侵蝕敏感性方面已做了大量的研究工作并取得了一定成果，如Martin等［3］利用GIS／USLE模型評價了流域的土壤侵蝕敏感性；Lu等［4］應用RUSLE、遙感以及GIS繪制了巴西亞馬遜流域的土壤侵蝕敏感性分布圖；陳燕紅等［5］應用USULE的基本原理定量評估了福建省吉溪流域土壤侵蝕敏感性；李月臣等［6］揭示了三峽庫區（重慶段）土壤侵蝕敏感性空間分異特征。我國南方紅壤區因其土壤可蝕性強、降雨強度大且分布不均等自然因素，加上人類活動干擾，已經成為我國水土流失量較大、程度較高的區域，總水土流失面積達6.0×105km2［7］。因此進行土壤侵蝕敏感性評價，制定有效的水土保持規劃，是南方紅壤侵蝕區生態建設的一項重要內容。本研究選取南方紅壤侵蝕區的典型代表朱溪小流域為研究對象，對其土壤侵蝕敏感性進行定量評價，揭示其空間分布特征，以期為我國南方紅壤侵蝕區的生態環境保護提供理論參考和實踐經驗。

1 研究區概況

朱溪小流域地處福建省長汀縣河田鎮東部，地理位置為116°23′30″—116°30′30″E，25°38′15″—25°42′55″N，總面積為4 495.66hm2；該小流域地貌以低山、丘陵為主，地勢大體東高西低，自東北向西南傾斜，河流沿岸及支流有河谷盆地分布，地勢較為平坦；氣候屬中亞熱帶季風性濕潤氣候，多年平均氣溫18.3℃，平均降水量1 700mm，降雨強度較大；山地土壤主要為花崗巖在長期濕熱氣候條件下風化發育形成的紅壤，抗蝕性差，且酸性較強，保水保肥能力較低；由于長期人為活動頻繁，原始植被幾乎全部為次生林所代替，主要植被類型為丘陵地帶的次生馬尾松中、幼林，樹種單一。朱溪小流域是南方紅壤侵蝕區的典型代表，1940年福建省在此設立了土壤保肥試驗區，開展土壤侵蝕治理的試驗研究；1995年以來，該流域先后被列為福建省重點治理小流域、全國水土保持生態環境建設“十百千”示范小流域和全國30條典型監測小流域之一。

2 研究方法

根據2002年國家環境保護總局《生態功能區劃暫行規程》和水利部《土壤侵蝕分類分級標準（SL190—96）》，結合研究區實際情況，制定降雨侵蝕力等5個影響因子的評價等級標準，通過專家打分法確定各評價因子的權重（表1）［8］。

表1 朱溪小流域土壤侵蝕敏感性評價因子分級標準

2.1 土壤侵蝕敏感性單因子評價

2.1.1 降雨侵蝕力因子 通過比較，本研究采用周伏建等［9］提出的福建省降雨侵蝕力R值計算公式：

式中：Pi——月降雨量（mm）；R——年降雨侵蝕力〔J·cm／（m2·h）〕。結 合 福 建 長 汀 縣 氣 象 站 點 的1961—2000年的降雨觀測資料，計算出R值為495.40，從而得出朱溪小流域降雨侵蝕力因子對土壤侵蝕敏感性評價值。

2.1.2 地形坡度因子 對研究區1∶1萬地形圖進行數字化，在ArcGIS中建立數字高程模型DEM，然后將DEM數據作為提取地形坡度的數據源，在ArcGIS中Slop命令生成坡度圖，根據表1的分級標準進行重新分類，從而生成坡度對土壤侵蝕敏感性影響分布圖。

2.1.3 土壤類型因子 借鑒福建省主要土壤K值特征表［10］和EPIC模型來估算朱溪小流域各土壤類型K 值［11］，計算公式為：

式中：SAN——砂含量（%，粒徑為0.05～2mm）；SIL——粉砂含量（%，粒徑為0.002～0.05mm）；CLA——黏粒含量（%，粒徑＜0.002mm）；C——有機質含量（%），SN＝1－SAN／100。利用查圖表法計算土壤類型對應的土壤可蝕性K值。根據K值的大小將土壤類型歸類到不同的土壤侵蝕敏感性級別中，重新歸類合并與分級賦值，得出土壤類型對土壤侵蝕敏感性分布圖。

2.1.4 植被覆蓋度因子 應用ENVI 4.2軟件，根據歸一化差值植被指數（NDVI）來近似估算植被覆蓋度（公式3），最后，根據朱溪小流域的土地利用現狀及植被覆蓋解譯與反演結果，參考蔡崇法等［12］求取C值的研究成果，實現植被覆蓋度因子的定量提取。

式中：VFC——植被覆蓋度；NDVIsoil——完全是裸地的NDVI值；NDVIveg——高純度像元的NDVI值即純植被像元的NDVI值。

2.1.5 土地利用因子 以2011年朱溪小流域SPOT衛星遙感影像為基礎，更新該流域2007年土地利用矢量圖，然后將崩崗類型分布圖與土地利用圖進行合并。最后，根據土地利用類型對土壤侵蝕的敏感的差異，劃分出不同土地利用類型的敏感性級別。

2.2 土壤侵蝕敏感性綜合評價

為了全面地反映一個地區的土壤侵蝕敏感性差異，土壤侵蝕敏感性指數計算公式為：

式中：Ss——空間單元土壤侵蝕敏感性指數；Ci——i因子敏感性等級值；Wi——影響土壤侵蝕性因子的權重。

根據公式（4），在單因子土壤侵蝕敏感性評價基礎上，統一投影系統，設置柵格大小為10m×10m，利用ArcGIS 9.3軟件對5個因子圖件進行加權疊加計算，最終得到朱溪小流域土壤侵蝕敏感性綜合評價圖。根據自然環境的差異性，將該小流域分成東部、中部和西部3部分，將這3個區域分別與土壤侵蝕敏感性綜合評價圖進行疊加，從而得出朱溪小流域的東、中和西部的土壤侵蝕敏感綜合評價結果（附圖1）。

3 結果分析

3.1 土壤侵蝕敏感性總體空間分布格局

朱溪小流域輕度敏感級別以上面積占總面積的98.80%，說明該小流域存在不同程度的土壤侵蝕敏感性狀況，但主要以敏感（2 515.34hm2）和輕度敏感（1 736.20hm2）為主，所占比例分別為55.96%和38.62%；其次為高度敏感（189.88hm2）和不敏感（53.72hm2），比例分別為4.22%和1.20%；而極敏感面積極少，僅為0.02hm2，所占比例為0.001%。不敏感區主要分布在河流、農村居民點等區域；輕度敏感區集中分布于耕地和板栗園等區域，多沿河谷分布；敏感區主要分布在疏林地和有林地等區域，基本遍及全流域；高度敏感區零星地分布于流域東部的一些疏林地、交通用地邊坡、火燒山、崩崗等地，極敏感主要分布在采石場、活動中的崩崗等區域。

3.2 土壤侵蝕敏感性的空間分異特征

朱溪小流域東部大部分為敏感級別，其面積為1 550.32hm2，占流域總面積的34.49%，其次為輕度敏感和高度敏感，不敏感面積較小，比例占0.06%；中部以輕度敏感和敏感為主，但輕度敏感面積略大于敏感，其次為高度敏感和不敏感，極敏感面積極小，僅為0.02hm2；西部以輕度敏感面積最大，為547.51 hm2，遠大于其它敏感級別面積之和，敏感次之，不敏感居第三，高度敏感面積很小，為1.19hm2。朱溪小流域東部、中部和西部土壤侵蝕敏感性都以輕度敏感和敏感級別為主，不敏感和高度敏感面積較小，而極敏感更小。但各地區間又存在較大差異，東部地區土壤侵蝕敏感性較高于中部和西部（表2）。

表2 朱溪小流域東、中和西部的不同土壤侵蝕敏感性面積及其比例

3.3 土壤侵蝕敏感性與土壤侵蝕現狀對比分析

將朱溪小流域土壤侵蝕敏感性綜合評價圖與2007年土壤侵蝕現狀圖（附圖2）進行比較，可以看出二者的空間分布格局總體上存在較大差距，土壤侵蝕敏感性以敏感級別比例最大，而土壤侵蝕強度卻以微度侵蝕為主，這在東部地區表現得尤為明顯，在東部大部分敏感區和高度敏感區只出現微度和輕度土壤侵蝕；而在一些土壤侵蝕敏感性較低的地方，目前土壤卻出現比較嚴重的侵蝕狀況，這在中西部地區較為普遍。出現這種差異的主要原因是受人為因素的影響：在敏感性低的地區，由于人口較密集，人類活動影響大，長期的人為活動使自然植被受到破壞，造成了嚴重的土壤侵蝕，如部分區域開墾坡地、開采工礦、修建公路等；在一些土壤侵蝕敏感性較高的地區，由于開發利用難度大，人為活動的干擾程度相對較小，故此沒有出現較嚴重的土壤侵蝕，如紅畬水庫東部中低山，由于地勢高低起伏大，無道路可通達，人跡罕至，加之多年來采取封禁治理措施，提倡生態自我修復，因而該區逐漸由原先的強度侵蝕好轉為輕度、微度侵蝕。

4 結論

（1）朱溪小流域土壤侵蝕敏感性以輕度敏感和敏感為主，不敏感和高度敏感面積所占比重較小，而極敏感區比重極小，且全部分布在中部地區。從總體上看，該流域土壤侵蝕敏感性東部高于中部和西部。

（2）小流域土壤侵蝕敏感性與土壤侵蝕現狀空間分布上總體吻合度不高，土壤侵蝕敏感性以敏感級別比例最大，而土壤侵蝕強度卻以微度侵蝕為主，其主要原因是人為活動干擾影響該地區土壤侵蝕分布格局，因此轉變不合理的土地利用方式，減少工礦開采、交通建設等人類活動引起的植被破壞是防治水土流失的關鍵環節。同時針對流域內不同侵蝕敏感區制定相應的防治措施，如對敏感性較低的地區，以預防為主，加強監督管理，保護現有植被；對敏感性較高的地區，應采取有效措施進行動態監測和綜合防治，如坡耕地退耕還林還草，加強對偏遠山區開發建設的管理等等。

（3）由于土壤侵蝕發生機制比較復雜，建議在今后的土壤侵蝕敏感性研究中，評價因子選取要盡量全面和客觀，避免因評價因子選取上的不足而影響土壤侵蝕敏感性空間分布格局，以期能夠為相關地區水土保持工作提供科學依據。

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