貴州草海國家級自然保護區(qū)土壤侵蝕動態(tài)特征

吳際通，鄭開顏

（1.貴陽市森林資源管理站，貴州貴陽550003；2.河北中醫(yī)學院，河北石家莊050000）

貴州草海國家級自然保護區(qū)土壤侵蝕動態(tài)特征

吳際通1，鄭開顏2

（1.貴陽市森林資源管理站，貴州貴陽550003；2.河北中醫(yī)學院，河北石家莊050000）

為促進草海國家級自然保護區(qū)濕地科學管理和可持續(xù)發(fā)展，用土地利用類型、坡度和植被覆蓋度對保護區(qū)土壤侵蝕等級進行分析，以土壤侵蝕綜合指數(shù)對研究區(qū)1992－2013年的土壤侵蝕狀況進行綜合評價。結(jié)果表明，土壤侵蝕以輕度侵蝕為主，1992年、2001年、2013年不同土壤侵蝕等級比重依次均為輕度＞中度＞強烈＞極強烈＞劇烈，土壤侵蝕綜合指數(shù)分別為2.33、2.67和2.73。研究區(qū)土壤侵蝕不嚴重，但呈現(xiàn)加重的趨勢。

草海；土壤侵蝕等級；土壤侵蝕綜合指數(shù)

濕地是地球上水陸相互作用形成的獨特生態(tài)系統(tǒng)，是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀和人類最重要的生存環(huán)境之一，在蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候、控制土壤侵蝕、促淤造陸及降解環(huán)境污染等方面起著極其重要的作用［1］。土壤侵蝕是土地退化、河道和湖泊淤積的根本原因，貴州省是土壤侵蝕較嚴重的省份之一，根據(jù)貴州省第一次水利普查公報（2013年），全省土壤侵蝕面積55 269.40km2，占全省土地總面積的31.37%，其中輕度侵蝕面積27 700.40km2，中度侵蝕面積16 356.32km2，強烈侵蝕面積6 011.53km2，極強烈侵蝕面積2 960.00km2，劇烈侵蝕面積2 241.15km2。貴州威寧草海國家級自然保護區(qū)位于貴州省西部威寧縣縣城西南面，保護區(qū)面積120km2，是一個完整、典型的高原濕地生態(tài)系統(tǒng)，對維持和調(diào)節(jié)當?shù)睾椭苓厖^(qū)域生態(tài)環(huán)境有重要的作用，研究其土壤侵蝕變化具有重要意義。筆者以草海國家級自然保護區(qū)1992年、2001年和2013年的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用土地利用類型、坡度和植被覆蓋度疊加分析土壤侵蝕狀況，并以土壤侵蝕綜合指數(shù)對不同時期的土壤侵蝕作綜合評價，為草海濕地科學管理和可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

草海國家級自然保護區(qū)位于云貴高原中部頂端的烏蒙山麓腹地，地處貴州省威寧彝族回族苗族自治縣縣城的西南側(cè)，地理位置為26°45′～27°00′N，104°10′～104°25′E，總面積96km2，是貴州高原上最大的天然淡水湖泊，主要保護典型高原濕地生態(tài)系統(tǒng)和以黑頸鶴為主要代表的珍稀鳥類。氣候?qū)偕降販嘏瘞駶櫦撅L氣候，年平均溫10.2℃，7月平均氣溫最高為17.7℃，元月最低氣溫為1.9℃，冬季長，無夏季，年平均降雨量950.9mm，干濕季節(jié)明顯［］。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

研究的數(shù)據(jù)源是2013年10月13日Landsat 8OLI數(shù)據(jù)、2001年6月14日的Landsat 7ETM＋數(shù)據(jù)、1992年8月16日的Landsat 5TM數(shù)據(jù)，用于提取研究區(qū)三期土地利用圖。采用ENVI 5.2軟件對遙感影像進行輻射定標、波段合成和大氣校正［3］，以1∶10 000地形圖（1990年12月航攝，1992年4月調(diào)繪）為基準對影像進行多項式校正，誤差控制在一個像元以內(nèi)，坐標系統(tǒng)統(tǒng)一為高斯－克呂格投影3°分帶，北京54坐標系。

坡度數(shù)據(jù)利用R2V軟件對研究區(qū)1∶10 000地形圖進行矢量化，用ArcGIS軟件生成數(shù)字高程模型，再用坡度提取工具（Slope）提取，將其分為6個等級，1級坡度＜5°，2級5～8°，3級8～15°，4級15～25°，5級25～35°，6級＞35°。植被覆蓋度圖為利用ERDAS軟件對每期的遙感影像提取NDVI植被指數(shù)，進而以像元二分模型計算得到［4］，將其分為5個等級，覆蓋度1級＜30%，2級30%～45%；3級45%～60%，4級60%～75%，5級＞75%。

1.3 監(jiān)督分類

研究區(qū)土地利用類型分為濕地（湖泊、坑塘和沼澤）、林地、灌草地（灌林地和草地）、建設(shè)用地（居民地和交通用地）和旱地五大類。通過野外調(diào)查，記錄不同地類的若干GPS坐標點，并與影像疊加建立解譯標志，利用ERDAS軟件進行監(jiān)督分類制1992年、2001年和2013年的土地利用圖。

1.4 土壤侵蝕強度分級

土壤侵蝕強度等級根據(jù)《全國土壤侵蝕遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中的水力侵蝕強度分級標準SL190－2007”（表1）確定，利用ArcGIS軟件空間分析模塊（Spatial Analyst）中的重分類（Reclassify）工具將坡度圖、植被覆蓋度圖按照分級標準進行重分類，借助柵格轉(zhuǎn)矢量面（Raster to Polygon）工具將坡度分級圖和植被覆蓋度分級圖轉(zhuǎn)成矢量數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)換過程不對邊界作簡化處理），再利用矢量數(shù)據(jù)疊置分析的交集操作（Intersect）工具將土地利用圖、坡度圖和植被覆蓋度圖進行交集操作，得到包含土地利用類型、坡度和覆蓋度屬性因子的綜合數(shù)據(jù)，添加“侵蝕等級”字段，按照分級標準中的條件利用查詢工具（Select By Attributes）確定不同時期的土壤侵蝕強度等級。

表1 土壤侵蝕強度分級標準Table 1 The grading standard of soil erosion intensity

1.5 土壤侵蝕綜合評價

為了對研究區(qū)不同時期的土壤侵蝕情況進行綜合評價，引入土壤侵蝕綜合指數(shù)［5］反映不同時期土壤侵蝕的嚴重程度，其計算公式如下：

式中，Wij為第i類第j級的土壤侵蝕強度的分級值，Aij為第i類第j級土壤侵蝕強度的面積比重。土壤侵蝕強度的分級值越高，表示對土壤侵蝕的綜合指數(shù)的貢獻越大，但目前缺少分級值確定標準，筆者依據(jù)西南巖溶區(qū)水土流失強度的分級標準［6］，借鑒多項式方程模型法［7］確定不同侵蝕等級的權(quán)重分值，即用1（微度）、2（輕度）、3（中度）、4（強烈）、5（極強烈）和6（劇烈）作為自變量，土壤侵蝕分級標準的侵蝕模數(shù)中值作因變量，得土壤侵蝕模數(shù)中值與侵蝕等級的多項式擬合方程：

式中，y為土壤侵蝕模數(shù)中值，x為侵蝕等級）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤侵蝕動態(tài)變化

從表2看出，1992年土壤侵蝕面積22.95km2，占保護區(qū)總面積的23.68%；2001年土壤侵蝕面積24.41km2，占保護區(qū)總面積的25.17%；2013年土壤侵蝕面積25.56km2，占保護區(qū)總面積的26.34%，土壤侵蝕變化呈擴張趨勢。土壤侵蝕等級所占比例由大到小依次為輕度侵蝕＞中度侵蝕＞強烈侵蝕＞極強烈侵蝕＞劇烈侵蝕，說明研究區(qū)侵蝕情況以輕度侵蝕為主。強烈侵蝕和極強烈侵蝕面積比例都不大，但呈現(xiàn)擴大趨勢；劇烈侵蝕所占比例最小，1973年面積最大達0.04%。

表2 草海保護區(qū)1973－2009年土壤侵蝕等級面積及比例Table 2 Area and proportion of different soil erosion grade in Caohai National Nature Reserve during 1973－2009

表3 草海保護區(qū)土壤侵蝕指數(shù)權(quán)重值Table 3 Weight of soil erosion comprehensive index in Caohai National Nature Reserve

2.2 土壤侵蝕綜合評價

用土壤侵蝕模數(shù)中值與侵蝕等級的多項式擬合方程y＝13.75x3－65.54x2＋150.71x－84，R2＝1.0推算劇烈侵蝕的中值為1 430.82t／（km2·a）（表3），以劇烈侵蝕侵蝕模數(shù)中值為基準，將不同侵蝕等級的實際中值與基準值的比值作為不同侵蝕強度的權(quán)重指標。由于微度侵蝕的侵蝕模數(shù)相對較小，其流失量小于規(guī)定土壤容許流失量，在實際生產(chǎn)中對生態(tài)環(huán)境影響不大，在水土保持綜合治理中也基本不予考慮，所以將其權(quán)重指標確定為0［8］。通過計算，研究區(qū)1992年、2001年和2013年的土壤侵蝕綜合指數(shù)分別為2.33、2.67和2.73，土壤侵蝕呈加重趨勢。1992－2009年期間土壤侵蝕呈加重趨勢，年增幅分別為1.62%和0.19%，說明雖然土壤侵蝕還在繼續(xù)加重，但加重的速率得到一定控制。

3 結(jié)論

1）研究區(qū)1992年、2001年、2013年土壤侵蝕面積分別為22.95km2、24.41km2和25.56km2，土壤侵蝕面積呈增加的趨勢。

2）研究區(qū)三個階段土壤侵蝕等級所占比例由大到小依次均為輕度＞中度＞強烈＞極強烈＞劇烈，研究區(qū)土壤侵蝕狀況以輕度侵蝕為主；強烈侵蝕和極強烈侵蝕面積比例都不大，但呈擴大趨勢；劇烈侵蝕所占比例最小，2013年面積最大達0.04%。

3）1992年、2001年、2013年三個時期土壤侵蝕綜合指數(shù)分別為2.33、2.67和2.73，表明研究區(qū)在20年來土壤侵蝕呈加重的趨勢，但加重的趨勢得到一定程度緩解，因此需要進一步采取相應(yīng)的措施遏制加重的趨勢。

致謝：感謝貴州大學生命科學學院院長喻理飛教授、林學院譚偉教授對論文數(shù)據(jù)采集提供的幫助及論文寫作方面提出的寶貴建議。

［1］崔保山，劉興土.濕地恢復(fù)研究綜述［J］.地球科學進展，1999，14（4）：1－11.

［2］喻元秀.草海高原濕地區(qū)域環(huán)境承載力研究［D］.貴陽：貴州師范大學，2005.

［3］鄧書斌.ENVI遙感圖像處理方法［M］.北京：科學出版社，2010：270，289.

［4］李苗苗，吳炳方，顏長珍，等.密云水庫上游植被覆蓋度的遙感估算［J］.資源科學，2004，26（4）：153－159.

［5］楊存健，劉紀遠，張增祥.重慶市土壤侵蝕與其背景的空間分析［J］.水土保持學報，2000，14（3）：84－87.

［6］曹建華，將忠誠，楊德生，等.中國西南巖溶區(qū)土壤允許流失量及防治對策［J］.中國水土保持，2008（12）：40－45.

［7］梁 音，楊 軒，蘇春麗，等.基于EI的南方紅壤區(qū)土壤侵蝕縣域差異與趨勢分析［J］.土壤學報，2009，46 （1）：24－29.

［8］李智廣，羅志東.縣域土壤侵蝕嚴重性評價方法初探——土壤侵蝕嚴重指數(shù)的定義與應(yīng)用［J］.水土保持通報，2006，26（4）：41－43，51.

（責任編輯：聶克艷）

Dynamic Characteristics of Soil Erosion in Guizhou Caohai National Nature Reserve

WU Jitong1，ZHENG Kaiyan2
（1.Guiyang Station of Forest Resources and Management，Guiyang，Guizhou550003；2.Hebei University of Chinese Medicine，Shijiazhuang，Hebei 050000，China）

The soil erosion grade of Guizhou Caohai National Nature Reserve is determined by analyzing land utilization pattern，slope and vegetation coverage and the soil erosion status from 1992to 2013is comprehensively evaluated by the soil erosion comprehensive index to promote the scientific management and sustainable development of wetland in Caohai National Nature Reserve.Results：The soil erosion grade is mild mainly.The proportion of different soil erosion grades is mild＞moderate＞intensity＞very intensity＞severe in 1992，2001and 2013.The soil erosion comprehensive index in 1992，2001and 2013is 2.33，2.67and 2.73respectively.In conclusion，the soil erosion degree is not serious but the soil erosion degree presents an increase trend in Caohai National Nature Reserve.

Caohai；soil erosion grade；soil erosion comprehensive index

X157

A

1001－3601（2016）08－0362－0154－03

2016－01－19；2016－08－07修回

國家科技支撐計劃子專題“草海濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”（2011BAC02B02）、“草海濕地水鳥與生物多樣性保育技術(shù)研究與示范”（2011BAC02B0202－02）；貴州省國際科技合作計劃項目“草海濕地景觀格局對黑頸鶴的影響及期環(huán)境教育模式研究”［黔科合外G字（2012）7013］；河北省中醫(yī)藥管理局科研計劃項目“基于款冬花轉(zhuǎn)錄組的三萜化合物生物合成相關(guān)酶基因的發(fā)掘”（2015003）

吳際通（1986－），男，助理工程師，在讀碩士，從事恢復(fù)生態(tài)學研究。E－mail：wujitong3017＠163.com

＊通訊作者：鄭開顏（1986－），女，講師，博士，從事藥用植物學研究。E－mail：zhengkaiyan168＠126.com