丹江口庫區土壤侵蝕對土地利用變化的響應

章 影, 廖 暢, 姜慶虎, 劉 峰

(1.中國科學院 武漢植物園水生植物與流域生態重點實驗室, 湖北 武漢 430074; 2.中國科學院大學, 北京 100049)

丹江口庫區土壤侵蝕對土地利用變化的響應

章 影1,2, 廖 暢1,2, 姜慶虎1, 劉 峰1

(1.中國科學院 武漢植物園水生植物與流域生態重點實驗室, 湖北 武漢 430074; 2.中國科學院大學, 北京 100049)

[目的] 探討土壤侵蝕對土地利用變化的響應，為庫區土壤侵蝕的防治提供借鑒性意見，從而為制定保障丹江口水質安全的措施提供科學支持。[方法] 利用遙感影像解譯的土地利用類型(2002—2013年)，分析丹江口庫區土地利用變化，同時利用修正的土壤流失模型RUSLE對土壤侵蝕量進行模擬分析，探討土壤侵蝕對土地利用變化的響應。[結果] 丹江口庫區在2002—2013年期間主要的土地利用變化集中在林地、耕地、灌草地之間的轉移以及建設用地的擴張，具體表現為林地面積擴大了13.72%，耕地面積小幅增加了5.76%，而灌草地面積大幅減少了37.61%，建設用地增長了2.40倍。丹江口庫區2002，2008，2013年均以微度侵蝕占主導。庫區土壤的整體侵蝕強度減輕，但土壤侵蝕在城市擴張地區增加明顯。[結論] 丹江口庫區的土地利用變化及土壤侵蝕強度的改變主要受退耕還林、天然林保護等政策措施和城市擴張的影響。庫區的土壤侵蝕程度在總體上具有降低的趨勢，但在城鎮化區域，土壤侵蝕狀況急劇惡化。

土地利用; RUSLE模型; 土壤侵蝕; 丹江口庫區; 城鎮化

文獻參數： 章影, 廖暢, 姜慶虎, 等.丹江口庫區土壤侵蝕對土地利用變化的響應[J].水土保持通報，2017,37(1)：104-111.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.019; Zhang Ying, Liao Chang, Jiang Qinghu, et al. Response of soil erosion to land use change in Dangjiangkou reservoir area[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(1)：104-111.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.019

當今人口—資源—環境之間的矛盾日益尖銳化，隨著人類活動的影響，土壤侵蝕加劇，引起了一系列的環境效應，嚴重破壞了人類賴以生存的環境，制約著全球經濟的可持續發展。土地利用變化是土壤侵蝕的催化劑，可改變局部地區的微環境，諸如氣候、土壤、植被等，進而加劇/減緩土壤侵蝕。因此，探討土地利用變化對土壤侵蝕的影響，對于了解影響土壤侵蝕的主要因素和機制，以及對合理的土地利用規劃以及生態環境保護具有重要的意義。

南水北調中線工程是中國重大的跨流域調水工程，是中國為緩解華北地區缺水而建設的大型工程，它的興建對于緩解京津冀地區水資源短缺的問題具有舉足輕重的作用。作為南水北調中線工程水源的丹江口水庫，其水質的好壞直接關系到南水北調中線工程的成敗。近年來，丹江口庫區實施天然林保護、退耕還林、還草等政策，部分地區植被覆蓋度增加，但又因城市擴張，部分植被覆蓋度減少，這些土地利用結構的調整，改變了局部微環境，干擾了庫區的自然侵蝕循環過程，影響了生態系統的安全。目前對丹江口庫區的土地利用[1-2]、植被覆蓋度[3]、養分流失[4]等單一現象的研究很多，也有部分土壤侵蝕對土地利用響應的研究，但主要集中在固定年份二者關系的探究，少有研究指明丹江口庫區不同年份間土地利用變化對土壤侵蝕的影響。隨著徑流泥沙轉移而流動的營養物和污染物對庫區水質造成了很大的影響，因而要從根本上保證南水北調水質安全，須開展土地利用與土壤侵蝕關系的研究，才能更加合理的配置土地利用，從而減少丹江口庫區的土壤侵蝕，保障水庫水質。

2001年丹江口市被列入全國退耕還林還草試點以及2002，2010年丹江口大壩加高，水位線上漲，庫區34.5萬移民政策實施以來，庫區的土地利用發生了很大變化，對庫區的土壤侵蝕也造成了一定影響。本研究擬利用遙感影像解譯的土地利用類型，分析丹江口庫區2002，2008，2013年的土地利用的空間動態變化過程；同時利用修正的土壤流失模型RUSLE對庫區土壤侵蝕量進行模擬分析，探討土壤侵蝕對土地利用變化的響應，以期為庫區土壤侵蝕的防治提供借鑒性意見，從而為制定保障丹江口水質安全的措施提供科學支持。

1 研究方法

1.1 研究區概況

丹江口水庫位于長江中游支流漢江的中上游，湖北和河南省的交界處(北緯32°14′—33°19′，東經110°30′—111°43′)。庫區范圍包括湖北省十堰市、丹江口市、鄖縣、房縣以及河南省的鄧州市、淅川縣、西峽縣，總面積7 545.42 km2。庫區土壤類型主要有黃棕壤、黃褐土等。氣候屬典型的季風型大陸性半濕潤氣候，四季分明，年均氣溫為15.7 ℃，極端最高氣溫為42.7 ℃，極端最低氣溫為-14.9 ℃，雨量充沛，年均降雨量800～860 mm。庫區內7—9月降雨量集中，多暴雨，易引發土壤侵蝕、山體滑坡等自然災害。

1.2 數據來源

本研究所使用的數據包括： ① 丹江口庫區2002,2008年以及2013年3個年份的TM/OLI遙感影像(有云部分采用鄰近年份的進行替補)，來源于美國地質勘查局(http:∥glovis.usgs.gov/)； ② 庫區內鄖陽(1971—2013，2008年缺失)、鄖縣(1953—2008年)、丹江口(1963—2007年)以及西峽(1957—2013年)4個水文氣象站的日降雨數據； ③ 庫區1∶100萬土壤類型圖、基于世界土壤數據庫(HWSD)的中國土壤數據集(v1.1)，來源于寒區旱區科學數據中心； ④ 庫區數字高程圖(DEM)30 m×30 m，來源于地理空間數據云(http:∥www.gscloud.cn/)。

1.3 土地利用分類

利用ENVI5.1軟件對2002，2008，2013年的遙感影像進行預處理(包括輻射校正、幾何校正、配準、輻射增強、影像裁剪與大氣校正)。基于中分辨率衛星影像的“國家級土地利用與覆被分類系統”，結合丹江口庫區土地利用和植被特征，構建適用于該區域的分類系統，分為建設用地、林地、水體、耕地、灌草地以及裸地6大類。根據專家經驗將分類系統中的土地利用類型與研究區的遙感影像進行對比分析，建立解譯標志，利用監督分類的方法對丹江口庫區的遙感影像進行解譯分類。

利用ArcGIS軟件對庫區規則取點(共469個)，通過Google Earth歷史影像進行地物判斷，利用ENVI軟件對3個年份的影像分類結果進行精度驗證。

1.4 土壤侵蝕量估算

考慮到丹江口庫區前人研究中基本都采用修正的通用土壤流失模型(RUSLE)[5]進行土壤侵蝕量估算，沒有可以參考的工程、措施因子值，本研究也缺少對工程以及耕作措施的實地調查，為了更好地跟之前的研究對比，顧沒有采用中國土壤流失方程(CSLE)，而是同樣采用RUSLE模型對2002，2008，2013年的土壤侵蝕量進行評估。

A=R·K·L·S·C·P

(1)

式中:A——土壤侵蝕量〔t/(hm2·a)〕；R——降雨侵蝕力因子〔(MJ·mm)/hm2·h·a)〕；K——土壤可蝕性因子〔(t·hm2·h)/(MJ·mm·hm2)〕；L——坡長因子；S——坡度因子；C——作物覆蓋與管理因子；P——水土保持措施因子。

1.4.1 降雨侵蝕力因子R估算 降雨侵蝕力因子是指降雨對土壤侵蝕的潛在能力，一般采用不同時間的降雨模型進行估算。本文利用上述搜集到的庫區內4個氣象站點的日降雨資料，通過前人總結的庫區最優模型Modified Yu模型[6]進行R因子的估算[7]。

(2)

式中：Ej——月降雨侵蝕力；Pd——日降雨量(mm)；Po——侵蝕性降雨標準(本研究取12mm)；N——某月中日雨量超過Po的天數(d)；f——頻率(f=1/12,=5/6);α,β,η——模型參數；j——月份。

式中：α,β,η具有以下經驗關系式[8]：

年降雨量大于1 050 mm時

lgα=2.11-1.57β

年降雨量500～1 050mm

α=0.395{1+0.098〔3.26(S/P)〕}

η=0.58+0.25P/1000

綜合考慮前人的研究成果，本研究將β取值為1.665。S為夏半年(5—10月)降雨量，P為年均降雨量。通過上述公式計算，最終得到4個氣象站點多年平均降雨侵蝕力因子R，再利用ArcGIS中的Kriging插值做出R值的空間分布圖。

1.4.2 土壤可蝕性因子K估算 土壤可蝕性因子是指標準小區內單位降雨侵蝕力引起的土壤流失率[9]。本研究運用EPIC模型[10]計算土壤可蝕性因子K，計算公式如下：

式中：Sd——砂粒含量(%)；Si——粉砂含量(%)；Cl——黏粒含量(%)；C——有機碳含量(%)；SN=1-Sd/100，其中K值單位為〔(t·hm2·h)/(hm2·MJ·mm)〕，需要進行單位轉換。本研究中各土壤類型的理化性質指標(粉砂黏粒含量、有機碳含量)均從世界土壤數據庫(HWSD)的中國土壤數據集(v1.1)中提取獲得，再通過上述公式進行計算，得到各土壤類型的K值，最后利用ArcGIS對1∶100 萬土壤圖中的各土壤類型進行K因子賦值，生成庫區土壤侵蝕因子K分布圖。

1.4.3 坡長坡度因子LS估算 地形因素是影響土壤侵蝕最重要的因素，主要包括坡度、坡長以及坡形。土壤侵蝕對坡度較為敏感，其通過重力作用影響地表徑流以及土壤侵蝕的強度。

本研究是通過30 m分辨率的DEM利用Hickey和van Remortel根據RUSLE模型中計算LS因子[11]方法開發的AML宏語言來實現坡長坡度因子的提取的。由于源代碼中的坡度因子未考慮陡坡的情況，本研究加入了1994年劉寶元等[12]提出的陡坡公式，對源代碼中的坡度因子計算進行了修正，計算公式如下：

(5.1428°≤θ<11°)

(θ≥11°)

該語言中，坡長因子的計算公式如下：

L=(λ/22.13)m

m=β/(1+β)

β=(sinθ/0.0896)/〔3.0(sinθ)0.8+0.56〕

式中：θ——坡度角(%)；λ——坡長(m)；m——坡長指數；β——細溝侵蝕與細溝間侵蝕的比值。

最終，將AML語言在ArcInfoWorkstation環境下運行，得到坡長坡度因子LS分布圖。

1.4.4 植被覆蓋與管理因子C估算 植被對土壤侵蝕有著舉足輕重的作用，其覆蓋能夠減弱土壤侵蝕。本研究對植被覆蓋與管理因子C的估算主要分為2步：一是進行植被覆蓋度的估算，利用對植被生物物理特征十分敏感的NDVI指標通過像元二分模型[13]得出；二是對植被覆蓋與管理因子估算，利用ArcGIS的柵格計算通過蔡崇法[14]建立的植被覆蓋度與C因子的關系式分別得出3個年份C因子的空間分布圖。

主要計算公式如下：

植被覆蓋與管理因子：

(0.1%≤fc≤78.3%)

(fc>78.3%)

式中：fc——植被覆蓋度；NDVI——像元歸一化指數；NDVImin——無植被(裸土)像元的NDVI值；NDVImax——純植被像元的NDVI值。

本研究為了避免大于1的值出現，對蔡崇法的公式稍做了修改；由于水體的NDVI近乎為0，但究其無土壤侵蝕，因而本研究將其C值賦為0。

1.4.5 水土保持因子P估算 水土保持因子P反映的是水土保持措施對土壤侵蝕的抑制作用，但由于缺乏實際的統計數據，又因其主要受坡度的影響，因而本研究采用Wener經驗方程[15]來對水土保持因子P進行估算。

P=0.2+0.03S

式中：S——百分比坡度。利用ArcGIS在坡度圖上通過柵格計算生成P因子分布圖。

由于本研究是為了探討土壤侵蝕與土地利用變化的關系，因而除了植被覆蓋與管理因子作為變量外，模型中其他因子均作為不變量。最后，將上述所獲得的RUSLE各因子值(R，K，LS，C，P)分布圖利用ArcGIS軟件的空間分析工具進行連乘，即可得到2002，2008，2013年庫區土壤侵蝕量分布圖。根據2007年頒布的土壤侵蝕分類分級標準劃分土壤侵蝕強度等級〔<500 t/(km2·a)為微度侵蝕,500～2 500 t/(km2·a)為輕度侵蝕,2 500～5 000 t/(km2·a)為中度侵蝕,5 000～8 000 t/(km2·a)為強烈侵蝕,8 000～15 000 t/(km2·a)為極強烈侵蝕,>15 000 t/(km2·a)為劇烈侵蝕〕，制出3個年份土壤侵蝕強度等級分布圖。

1.5 數據分析

土地利用變化、土壤侵蝕強度等級變化均利用基本的統計方法以及轉移矩陣進行分析。 土壤侵蝕對土地利用變化的響應分析是在ArcGIS環境下進行土地利用變化分區統計，得到土壤侵蝕變化區域土地利用變化分布情況，并利用Excel進行作圖分析。

2 結果與分析

2.1 土地利用變化

2.1.1 土地利用結構變化 根據遙感影像解譯得到2002，2008，2013年的土地利用類型圖，分為建設用地、林地、水體、耕地、灌草地和裸地6大類(附圖2)。對分類精度進行驗證發現，由于一些地區歷史影像缺乏，人為判斷又有一定誤差，對精度驗證造成了影響，主要集中在耕地與灌草地的錯分上，城鎮周圍的菜地和園地，比較瑣碎，易被分到灌草地當中，但精度都在80%以上，可進行下一步分析。

丹江口庫區2002，2008，2013年均以林地分布面積最廣，占總面積的50%左右，其次為灌草地、耕地、水體、建設用地以及裸地。林地主要分布在庫區的南部區域(神農架北坡)、漢庫和丹庫中間的部分及庫區北部的部分區域。庫區的林地面積由2002年的3 465.99 km2增加到了2008年的3 672.73 km2，2013年的3 941.43 km2，分別增加了5.96%和7.32%，主要增加的區域在水域和城鎮周圍以及庫區北部部分高海拔地區。庫區的建設用地面積由2002年的110.64 km2增加了2.40倍，在2013年達到376.35 km2。建設用地的增加主要位于庫區內的十堰市到武當山沿線，區內湖北省鄖縣和河南省淅川縣城鎮建設的擴張(圖1)。耕地面積稍有增加，由1 020.41 km2(2002年)增加5.76%達1 079.22 km2(2013年)，主要位于南陽盆地以及淅川、鄖縣水域附近，但分布較為零散，與灌草地的分類易為混淆。耕地增加的原因在于為了滿足日益增長的人口帶來的糧食需求。灌草地面積一直減少，由2 382.00 km2(2002年)減少37.61%到1 486.15 km2(2013年)，主要由于封山育林轉變為林地、城鎮化建設轉變為建設用地以及分類混淆轉變為耕地。總體上，林地、建設用地、水體、耕地均隨著時間而不斷擴張，灌草地卻逐漸縮減，未利用地幾乎保持不變(圖1)。

圖1 2002—2013年丹江口庫區土地利用類型面積比例變化

2.1.2 土地利用類型轉移

(1) 2002—2008年。2002—2008年時段丹江口庫區各地類轉移面積占總面積的21.65%(表1)。除裸地之外，其余5種土地利用類型絕大部分保持不變。該時段，灌草地轉變為耕地、部分地區退耕還林還草，成為庫區主要的土地利用過程。自2001年丹江口市被納入全國退耕還林試點縣市以來，對25°以上的坡耕地逐步實施退耕還林，并且實施荒山造林和封山育林政策，效果顯著。2002年有8.66%的耕地(88.37 km2)和17.20%的灌草地(409.60 km2)轉換為林地，但林地的轉出極少，使其面積顯著增加，主要集中在十堰市、淅川縣與西峽縣周圍、水域周圍以及鄖縣北側海拔較高的地區。耕地有42.41%的轉出，轉出部分有71.23%(308.00 km2)轉為灌草地，主要原因之一在于土地利用自身的轉移，之二在于耕地與灌草地在分類時較易混淆，出現錯分現象，導致結果存在誤差。在此期間又有各類型的轉入來維持耕地的總量不減，從而滿足人口不斷增長帶來的糧食需求。雖然上述數據顯示大量耕地轉為灌草地，但灌草地又轉換為林地和耕地(409.60，316.03 km2)，導致灌草地大量流失，主要集中在水域周圍以及城鎮周邊。57.95%和12.87%裸地(19.64，4.36 km2)分別轉換為灌草地和耕地，但其總量極低，可以忽略。建設用地的增加主要由灌草地轉入，位于城鎮周邊擴建區域。

以十堰市為例，據十堰市統計年鑒記載，十堰市城區建成面積由53 km2(2003年)增加到67 km2(2008年)，人口由50萬(2003年)增加到52.36萬(2008年)，都與本研究的結果基本相符。

表1 2002—2008年丹江口庫區土地利用類型面積轉移矩陣 km2

(2) 2008—2013年。2008—2013年時段丹江口庫區各地類轉移面積占總面積的23.36%(表2)。該時段的主要趨勢同上一時間段，仍然是除裸地以外其余5種土地利用類型絕大部分均保持原狀態。該時段，土地利用變化主要表現為灌草地、耕地和林地三者相互轉換，建設用地以及水域擴張。

2008年有10.91%的耕地(111.38 km2)和21.23%的灌草地(231.29 km2)轉換為林地，但林地轉為其他各類型的比例很小，林地面積顯著增加，主要集中在水域和城鎮周圍。2010年為保證南水北調工程順利實施，丹江庫區6個縣市實行移民政策，很多零散的居住地、耕地集約化，使得耕地有42.25%(431.41 km2)的轉出，但仍有3.47%的林地(127.55 km2)和16.62%的灌草地(345.00 km2)的補充，使其面積有小部分凈增加，集中在淅川丹江一帶和鄖縣水域附近。此外，灌草地的變化比較大，雖有22.65%的耕地(231.29 km2)的轉入，也彌補不了其21.23%(440.80 km2)和16.62%(345.00 km2)分別轉換為林地和耕地，致其大量流失，集中在淅川、鄖縣周圍以及水域周邊。建設用地因有4.56%(94.62 km2)和6.03%(61.53 km2)的灌草地和耕地轉入而擴張明顯，分布在城鎮擴建區域。自2012年大壩加高后，水域面積擴張61.92 km2，導致庫區內6個縣市移民人口不斷擴大，淅川縣作為水源地、淹沒區以及渠首所在地，淅川縣的移民人數總量最大，移民16.2萬人。

表2 2008—2013年丹江口庫區土地利用類型面積轉移矩陣 km2

2.2 土壤侵蝕變化

2.2.1 土壤侵蝕總體變化 2002，2008，2013年的土壤侵蝕強度等級分布，主要分為微度、輕度、中度、強烈、極強烈和劇烈侵蝕6個類別。土壤侵蝕強度等級面積變化可以反映土壤侵蝕強度的總體態勢。丹江口庫區3 a來均以微度侵蝕占主導，均占總面積的77%以上，而強烈、極強烈和劇烈侵蝕占比極其小，三者總占比不超過總面積的1.30%(圖2)。

圖2 2002，2008，2013年土壤侵蝕強度等級面積百分比變化

不同土壤侵蝕強度所占比重依次為:微度>輕度>中度>強烈>極強烈>劇烈，說明丹江口庫區的水土保持狀況較好，總體侵蝕強度不大。另外，2002—2013年來，微度侵蝕的面積逐步增多，由2002年的5 881.04 km2增加到2008年的6 683.40 km2，2013年總量可達6 817.56 km2。輕度(2002年1 323.88 km2，2008年722.53 km2，2013年613.04 km2)，中度(2002年247.59 km2，2008年104.94 km2，2013年78.98 km2)，強烈(2002年65.17 km2，2008年23.29 km2，2013年19.44 km2)侵蝕的面積逐步減小，極強烈、劇烈侵蝕的面積先降后增，但所占比例極其微弱，可忽略?？偟膩碚f，隨著人們環境保護意識的提高以及政府對水土保持工作的高度重視，使得丹

江口庫區2002—2013年來的水土保持工作業績顯著，土壤侵蝕得到了很好的控制，為水庫的水質進一步提供了保障。

2.2.2 土壤侵蝕強度等級轉移變化

(1) 2002—2008年。2002—2008年時段丹江口庫區土壤侵蝕強度等級發生變化的面積僅占總面積的17.74%(表3)。其中：輕度、中度、劇烈侵蝕均有部分減弱為微度侵蝕，轉移面積分別為883.61，48.67，5.54 km2，但微度侵蝕轉為其他侵蝕強度更高的等級極少(137.73 km2)，致使其總量增加。輕度侵蝕主要由2.08%的微度侵蝕(122.34 km2)和62.89%的中度侵蝕(155.71 km2)轉換而來，而其有一大部分轉換為微度侵蝕(883.61 km2)，最終使得輕度侵蝕的總量減小。中度侵蝕由其他侵蝕等級轉入共66.65 km2，但其共有82.55%(204.38 km2)向侵蝕強度等級低的方向轉換，且以轉為輕度侵蝕最多(155.71 km2)，15.47%(38.30 km2)保持侵蝕強度不變，使得中度侵蝕的總量減少。強烈、極強烈侵蝕均主要由比其侵蝕強度大的類型轉換而來，但又有絕大部分轉換為比其侵蝕強度低的類型，使得總量仍是減少。劇烈侵蝕轉出為其他各類型，但其轉入極少，因而總量也是降低。這一時段，土壤侵蝕強度等級增加量依次為:微度>輕度>中度>強烈>極強烈>劇烈，總體來說，水土保持良好，土壤侵蝕程度有所降低，但局部地區也存在土壤侵蝕強度增加的情況。

表3 2002—2008年丹江口庫區土壤侵蝕強度等級轉移矩陣 km2

(2) 2008—2013年。2008—2013年時段丹江口庫區土壤侵蝕強度等級發生變化的土地占總面積的9.88%，比上一時間段有所減少(表4)。其中：微度侵蝕由其他各侵蝕強度類型轉入(共383.81 km2)，轉出較少(249.65 km2)，使得總量增多。輕度侵蝕主要由微度(212.34 km2)、中度(58.99 km2)侵蝕轉入，但輕度侵蝕自身總量大，又有50.56%(365.33 km2)降低為微度侵蝕，使得總量減少。中度侵蝕和強烈侵蝕情況類似，變化主要是由于轉出為侵蝕量較小的類型總量大于轉入量，使得總量仍是減少。微度(6.08 km2)和輕度(1.87 km2)是極強烈侵蝕轉入的主要類型，其自身仍有1.23 km2保持原狀態不變，此外共有8.84 km2轉換為比其侵蝕強度低的類型。劇烈侵蝕總量極少，約84.88%(2.92 km2)降低為其他類型，而又有5.84 km2的侵蝕強度轉入，使得劇烈侵蝕的總量增加。這一時段，土壤侵蝕強度等級增加量同上一階段，仍為:微度>輕度>中度>強烈>極強烈>劇烈，總體來說，雖然庫區部分侵蝕強度有所增加，但整體土壤侵蝕狀況還是有所好轉，當地水土保持措施實施得當。

表4 2008—2013年丹江口庫區土壤侵蝕強度等級轉移矩陣 km2

2.3 土壤侵蝕對土地利用變化的響應

(1) 2002—2008年。土壤侵蝕強度無變化區域占庫區整體的絕大部分(82.26%)，這部分區域主要是由土地利用類型不變的區域組成，而在土地利用類型發生了變化但土壤侵蝕強度無變化的區域主要集中在耕地與灌草地相互轉換以及灌草地轉換為林地。其中：由于灌草地和耕地存在錯分的現象，導致結果不精確。這些土地利用變化沒有改變土壤侵蝕主要是由于變化區域均集中在水域周圍海拔較低的區域以及南陽盆地一塊，由于降雨產生的地表徑流較少，因而植被覆蓋度的變化對侵蝕造成的影響很小。

土壤侵蝕強度降低一級的總量僅次于侵蝕無變化部分,占總面積的14.25%。降低2和3級總量占總面積的1.09%和0.14%。土壤侵蝕程度降低的前3級對應的土地利用變化主要都是灌草地變為林地和耕地，二者所占比重分別達70.16%(201.82 km2),76.43%(17.66 km2)和69.57%(2.09 km2)。主要集中在水域與城鎮之間以及淅川縣東側地勢平坦的區域，稀疏的灌草地轉變為林地和耕地，植被覆蓋度增加，使得土壤侵蝕程度降低。土壤侵蝕強度降低4和5級總量極少，分別占總面積的0.03%和0.01%。這兩者對應的土地利用變化仍主要為灌草地轉變為林地和耕地，總量極低，分別為0.32，0.03 km2，零星分布在整個區域，近乎可忽略。

土壤侵蝕強度增加一級總量占總面積的1.92%，對應的土地利用變化主要為耕地、林地轉換為灌草地以及灌草地、林地轉換為建設用地，主要位于城鎮周邊，可能是由于城鎮的擴建使得林地和耕地被占用轉為灌草地，甚至變成建設用地。增加2級占比0.20%，對應的土地利用變化主要是灌草地、林地轉為建設用地，主要由城鎮化建設引起。其次為林地、耕地轉換為灌草地，變化區域集中在海拔高的區域，植被覆蓋度降低，侵蝕增加。增加3,4級以及5級的總量極少，分別占總面積的0.07%，0.03%和0.01%。這三者對應的土地利用變化主要是林地、灌草地轉變為建設用地，可見城市化進程加快，導致部分地區土壤侵蝕程度加劇。

(2) 2008—2013年。土壤侵蝕強度無變化區域占庫區整體的90.12%，對應的土地利用變化主要集中在灌草地轉為林地以及灌草地與耕地的相互轉換上，所占比重約64.63%(880.32 km2)。由于發生類型轉變的這些區域地勢平坦，且植被覆蓋度相對比較高，其微量變化不足以改變土壤侵蝕的等級。

土壤侵蝕強度降低一級的總量同上一階段，也是除無變化區域外分布最廣的，占總面積的5.81%，對應的土地利用變化主要為灌草地轉變為林地和耕地，占比達75.48%(88.78 km2)。降低2級總量占總面積的0.31%，主要歸功于灌草地轉為林地、耕地以及裸地變為灌草地。原因其一在于部分稀疏的灌草地轉為林地和耕地，使得植被覆蓋度增加，侵蝕量減少；其二在于局部地區實行荒山造林政策，使得土壤侵蝕量降低。降低3級所占總面積0.07%，對應的土地利用變化比較分散，主要是灌草地變為林地和裸地、建設用地變為灌草地，植被覆蓋度增加，侵蝕減少。降低4級和5級總量占比極小，分別為0.02%和0.00%(0.004 5%)對應的土地利用變化也很分散，集中在低植被覆蓋度的土地利用類型轉變為較高植被覆蓋度的類型，但總量極其少。

土壤侵蝕強度增加一級總量占總面積的3.08%，對應的土地利用變化較為分散，包括耕地轉變為灌草地、較高植被覆蓋度類型轉變為建設用地、林地轉為灌草地上，植被覆蓋度降低，侵蝕量增加。土壤侵蝕增加2,3,4以及5級總量占總面積的比例均很小，分別為0.32%，0.13%，0.10%和0.05%。這4個類別的土地利用變化均主要集中在林地、灌草地和耕地轉為建設用地上，所占比重分別為81.16%(152.12 km2)，91.80%(7.64 km2)，97.36%(6.40 km2)和99.44%(3.51 km2)。由此可見城鎮化建設加劇了土壤侵蝕。

3 結論與討論

(1) 2002，2008，2013年丹江口庫區均以林地覆蓋面積最廣，灌草地、耕地、水體、建設用地、裸地覆蓋面積依次減少。隨著時間的推移，土地利用轉移情況在各個類型上均有發生，主要的土地利用過程是林地、耕地和灌草地的相互轉換以及建設用地的擴張。由于丹江口大壩加高，水位上漲，庫區移民政策實施，城鄉建設集中發展，土地集約利用，使得部分地區耕地、灌草地減少，建設用地增多。基于水域周邊這種得天獨厚的地理條件，以及人類對糧食的需求增大，部分地區耕地增多。人們環保意識的不斷提高，實施封山育林、植樹造林政策，林地面積大大增多?；谏鲜鲈?，2002—2013年林地、建設用地、水體、耕地均不斷擴張，灌草地逐步縮減，未利用地近乎不變。

(2) 丹江口庫區這3 a均以微度侵蝕占主導，侵蝕強度等級與其面積呈負相關，總體侵蝕強度不大。與朱明勇[7]對庫區土壤侵蝕量整體估算結果類似，研究區的土壤侵蝕位于低度侵蝕狀態。但在有些類型上的結果卻有出入，其中強度和劇烈侵蝕面積占研究區域(去除水體)的9.14%，主要集中在庫區南部地區，該區域植被覆蓋度近100%，且人為干擾少，但由于地形陡，地形因子LS值很高，導致侵蝕量模擬值偏高[8]。而本研究中，強度以上的侵蝕面積卻不足1.00%，相對較少，且南部地區侵蝕量較低。主要原因在于，朱明勇采用的土地利用賦值法可能低估了植被覆蓋度的貢獻，而高估了地形因子的影響，與本研究采用像元二分模型法計算被覆蓋與管理因子有差異。

隨著退耕還林、荒山造林、封山育林等政策的實施，庫區呈現較高強度土壤侵蝕不斷向較低強度土壤侵蝕轉移的現象，使得微度侵蝕面積逐步增多，輕度、中度、強烈、侵蝕面積逐步減小，而極強烈和劇烈侵蝕面積先降后增?？傮w而言，土壤侵蝕強度雖在部分區域有所增加，但整體還是得到了極好的控制，為水庫的水質進一步提供了保障。

(3) 土地利用變化引起植被覆蓋度的變化是短時間內引起土壤侵蝕變化的主要驅動因素，坡度起著催化劑的作用。庫區2002—2013年來，土壤侵蝕未變化部分占比重最大，地勢平坦地區，灌草地轉變為林地和灌草地與耕地的互轉，植被覆蓋度微弱的改變，并未引起侵蝕等級的變化。土壤侵蝕強度減弱主要是由于灌草地變為林地和耕地，降低等級視植被覆蓋度大小決定。土壤侵蝕強度增加主要是由于地勢起伏較大的區域，林地、耕地轉為灌草地以及較高植被覆蓋類型轉為建設用地。由此可見，在丹江口庫區，土地利用變化是引起土壤侵蝕變化的必要條件，因而必須要優化土地利用結構，為丹江口水庫的水質提供保障。

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Response of Soil Erosion to Land Use Change in Dangjiangkou Reservoir Area

ZHANG Ying1,2, LIAO Chang1,2, JIANG Qinghu1, LIU Feng1

(1.KeyLaboratoryofAquaticBotanyandWatershedEcology,WuhanBotanicalGarden,ChineseAcademyofSciences,Wuhan,Hubei430074,China; 2.UniversityoftheChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

[Objective] The purpose of this study is to explore the response of soil erosion to land use changes, and to provide reference for the prevention and control of soil erosion in the reservoir area, as well as to provide scientific support for the development of measures to ensure water quality security in Danjiangkou reservoir area. [Methods] Using land use data interpreted from remote sensing images, we analyzed the land use changes in the Danjiangkou reservoir area between 2002 and 2013. Additionally, using the revised universal soil loss equation(RUSLE), we simulated soil erosion to evaluate how it may response to land use change. [Results] During 2002—2013, the main land use changes resulted from conversions among forest, farmland and shrub-grassland, as well as expansion of construction area. Specifically, forest area expanded by 13.72%, the area of farmland only increased by 5.76%. Shrub-grass land area has decreased by 37.61%. The construction area increased twice. In 2002, 2008 and 2013, slight soil erosion dominated the most areas in the Danjiangkou reservoir area. In spite of the increased soil erosion intensity in construction area, the overall soil erosion intensity was reduced. [Conclusion] Implementation of grain-for-green policy, closing hillsides to facilitate afforestation, and urbanization contributed to land use and soil erosion change in the Danjiangkou reservoir area. The soil erosion in the reservoir area has a tendency to decrease in general, but in the area of urbanization, soil erosion has deteriorated sharply.

land use; RUSLE model; soil erosion; Danjiangkou reservior area; urbanization

2016-04-22

2016-07-23

科技基礎性工作專項“南水北調(中線)水源地生物群落環境調查”(2015FY110400); 中國科學院百人計劃項目(2012148)

章影(1991—),女(漢族),江蘇省南通市人,碩士研究生,主要從事土地利用、土壤侵蝕方面研究。E-mail:zhangying88@bnu.edu.cn。

劉峰(1975—),男(漢族),山東省臨沂市人,博士,研究員,主要從事全球變化生態學、景觀生態學、生態系統生態學及生態模擬等領域的研究。E-mail:liufeng@wbgcas.cn。

A

1000-288X(2017)01-0104-08

S157.1