南方紅壤侵蝕區(qū)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(xué) 地理科學(xué)學(xué)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(dǎo)致土地資源退化，泥沙淤積，洪澇災(zāi)害頻繁，生態(tài)環(huán)境惡化等問題的主要原因之一，已日益成為全球關(guān)注的焦點。土壤侵蝕敏感性是指在自然狀況下發(fā)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(qū)域土壤侵蝕敏感性的大小，為制定相應(yīng)的水土保持防治措施和宏觀決策提供科學(xué)依據(jù)［2］。

目前，國內(nèi)外許多學(xué)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(yīng)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(yīng)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(qū)（重慶段）土壤侵蝕敏感性空間分異特征。我國南方紅壤區(qū)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(jīng)成為我國水土流失量較大、程度較高的區(qū)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(guī)劃，是南方紅壤侵蝕區(qū)生態(tài)建設(shè)的一項重要內(nèi)容。本研究選取南方紅壤侵蝕區(qū)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(qū)的生態(tài)環(huán)境保護提供理論參考和實踐經(jīng)驗。

1 研究區(qū)概況

朱溪小流域地處福建省長汀縣河田鎮(zhèn)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?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)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(fēng)化發(fā)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(qū)的典型代表，1940年福建省在此設(shè)立了土壤保肥試驗區(qū)，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(tài)環(huán)境建設(shè)“十百千”示范小流域和全國30條典型監(jiān)測小流域之一。

2 研究方法

根據(jù)2002年國家環(huán)境保護總局《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》和水利部《土壤侵蝕分類分級標準（SL190—96）》，結(jié)合研究區(qū)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(quán)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(jié) 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(qū)1∶1萬地形圖進行數(shù)字化，在ArcGIS中建立數(shù)字高程模型DEM，然后將DEM數(shù)據(jù)作為提取地形坡度的數(shù)據(jù)源，在ArcGIS中Slop命令生成坡度圖，根據(jù)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(zhì)含量（%），SN＝1－SAN／100。利用查圖表法計算土壤類型對應(yīng)的土壤可蝕性K值。根據(jù)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(yīng)用ENVI 4.2軟件，根據(jù)歸一化差值植被指數(shù)（NDVI）來近似估算植被覆蓋度（公式3），最后，根據(jù)朱溪小流域的土地利用現(xiàn)狀及植被覆蓋解譯與反演結(jié)果，參考蔡崇法等［12］求取C值的研究成果，實現(xiàn)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(wèi)星遙感影像為基礎(chǔ)，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(jù)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(qū)的土壤侵蝕敏感性差異，土壤侵蝕敏感性指數(shù)計算公式為：

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

根據(jù)公式（4），在單因子土壤侵蝕敏感性評價基礎(chǔ)上，統(tǒng)一投影系統(tǒng)，設(shè)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(quán)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(jù)自然環(huán)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(qū)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(jié)果（附圖1）。

3 結(jié)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(qū)主要分布在河流、農(nóng)村居民點等區(qū)域；輕度敏感區(qū)集中分布于耕地和板栗園等區(qū)域，多沿河谷分布；敏感區(qū)主要分布在疏林地和有林地等區(qū)域，基本遍及全流域；高度敏感區(qū)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(qū)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(qū)間又存在較大差異，東部地區(qū)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(xiàn)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(xiàn)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(qū)表現(xiàn)得尤為明顯，在東部大部分敏感區(qū)和高度敏感區(qū)只出現(xiàn)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(xiàn)比較嚴重的侵蝕狀況，這在中西部地區(qū)較為普遍。出現(xiàn)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(qū)，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(qū)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(qū)，由于開發(fā)利用難度大，人為活動的干擾程度相對較小，故此沒有出現(xiàn)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(tài)自我修復(fù)，因而該區(qū)逐漸由原先的強度侵蝕好轉(zhuǎn)為輕度、微度侵蝕。

4 結(jié)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(qū)比重極小，且全部分布在中部地區(qū)。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(xiàn)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(qū)土壤侵蝕分布格局，因此轉(zhuǎn)變不合理的土地利用方式，減少工礦開采、交通建設(shè)等人類活動引起的植被破壞是防治水土流失的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同時針對流域內(nèi)不同侵蝕敏感區(qū)制定相應(yīng)的防治措施，如對敏感性較低的地區(qū)，以預(yù)防為主，加強監(jiān)督管理，保護現(xiàn)有植被；對敏感性較高的地區(qū)，應(yīng)采取有效措施進行動態(tài)監(jiān)測和綜合防治，如坡耕地退耕還林還草，加強對偏遠山區(qū)開發(fā)建設(shè)的管理等等。

（3）由于土壤侵蝕發(fā)生機制比較復(fù)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(guān)地區(qū)水土保持工作提供科學(xué)依據(jù)。

［1］ 徐天獻，王玉寬，傅斌.汶川地震重災(zāi)區(qū)土壤侵蝕敏感性評價［J］.中國水土保持，2011（1）：39-42.

［2］ 蘇泳嫻，黃光慶，陳修治，等.基于GIS和RS的紅壤丘陵區(qū)土壤侵蝕敏感性評價研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（22）：13458-13462，13520.

［3］ Martin A，Gunter J T，Regens J L.Estimating erosion in a riverine watershed：Bayou Liberty—Tchefuncta River in Louisiana［J］.Environmental Science and Pollution Research，2003，10（4）：245-250.

［4］ Lud L，Valladaresgs E.Mapping soil erosion risk in Rondonia，Brazilian Amazonia：Using RUSLE，remote sensing and GIS［J］.Land Degradation and Development，2004，15（5）：499-512.

［5］ 陳燕紅，潘文斌，蔡芫鑌.基于RUSLE的流域土壤侵蝕敏感性評價：以福建省吉溪流域為例［J］.山地學(xué)報，2007，25（4）：490-496.

［6］ 李月臣，劉春霞，趙純勇，等.三峽庫區(qū)（重慶段）土壤侵蝕敏感性評價及其空間分異特征［J］.生態(tài)學(xué)報，2009，29（2）：788-796.

［7］ 陳志強，陳志彪，陳麗慧.南方紅壤侵蝕區(qū)典型流域土壤侵蝕危險性評價［J］.土壤學(xué)報，2011，48（5）：1080-1082.

［8］ 陳麗慧.基于多源信息的土壤侵蝕敏感性及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究：以朱溪河小流域為例［D］.福建 福州：福建師范大學(xué)，2009.

［9］ 周伏建，黃炎和.福建省降雨侵蝕力指標R值［J］.水土保持學(xué)報，1995，9（1）：13-18.

［10］ 王美芝，許兆義，楊成永.路堤邊坡土壤類型對水土流失影響的試驗研究［J］.水土保持學(xué)報，2004，18（3）：16-19.

［11］ Williams J R，Renard K G，Dyke P T.EPIC：A new method for assessing erosion’s effect on soil productivity［J］.Soil and Water Conservation，1983，38（5）：381-383.

［12］ 蔡崇法，丁樹文，史志華，等.應(yīng)用USLE模型與地理信息系統(tǒng)IDRISI預(yù)測小流域土壤侵蝕量的研究［J］.水土保持學(xué)報，2000，14（2）：19-24.