廣西人類活動對土壤侵蝕的影響

蔡卓杰，盧 遠，謝坤堅

(1.廣西師范學院 地理科學與規劃學院/北部灣環境演變與資源利用教育部重點實驗室，廣西 南寧 530001；2.廣西水土保持監測總站，廣西 南寧 530023)

廣西人類活動對土壤侵蝕的影響

蔡卓杰1,2，盧 遠1，謝坤堅1

(1.廣西師范學院 地理科學與規劃學院/北部灣環境演變與資源利用教育部重點實驗室，廣西 南寧 530001；2.廣西水土保持監測總站，廣西 南寧 530023)

土壤侵蝕；關聯度；干擾度；人類活動；廣西

選取農業人口密度、土地開墾率、人均糧食產量、種植指數、單位面積第一產業產值、單位面積GDP、>15°坡耕地面積等7個人類活動指標，采用灰色系統理論關聯度指數定量分析各指標對土壤侵蝕的影響程度，用干擾度指數分析人類活動對土壤侵蝕的干擾。結果表明，影響廣西土壤侵蝕的人類活動干擾度指數范圍為0.47～2.36，從綜合干擾度分析土壤侵蝕的人地關系，把影響土壤侵蝕的人類活動劃分為微度干擾區、輕度干擾區、中度干擾區、重度干擾區、極重度干擾區，基于各干擾區提出有針對性的土壤侵蝕預防措施，減輕人類活動對土壤侵蝕的影響，為廣西土壤侵蝕治理提供人類活動響應的科學依據。

土壤侵蝕受自然因素和社會因素的共同影響[1]，自然因素中降雨、地形、植被等直接影響侵蝕過程，而社會因素的影響則更加復雜。隨著土壤侵蝕研究的深入，對其社會因素的研究成果不斷增多：賈紹鳳[2]研究黃土丘陵區人類活動對土壤侵蝕的影響，發現人為加速侵蝕面積占總侵蝕面積的83%；鄭粉莉等[3]對黃土高原土地開墾加速侵蝕現象進行研究，發現人為加速侵蝕現象以侵蝕溝為主，在土壤侵蝕影響因素中人類活動占據主導地位；許炯心[4]通過研究認為農民人均收入小于400元/年時，嘉陵江產沙量將呈現突變式增長?？梢姡祟惢顒优c土壤侵蝕狀況密切相關。本研究以廣西壯族自治區為例，在土壤侵蝕研究的基礎上，探索人類活動因素與土壤侵蝕之間的關系，以期為廣西土壤侵蝕治理提供決策依據。

1 研究區概況和數據來源

1.1 研究區概況

廣西壯族自治區地處我國南部，位于E104°26′～112°04′、N20°54′～26°24′，北回歸線貫穿全區中部，屬亞熱帶季風氣候區，降水豐富，年均降水量在1 070 mm以上。地處云貴高原東南邊緣，以山地丘陵性盆地地貌為主，盆地大小相雜，山系多呈弧形，層層相套。河流眾多，河流大多沿著地勢呈傾斜面從西北流向東南，形成了以紅水河—西江為主干流的橫貫廣西中部、支流分布于兩側的樹枝狀水系。土地總面積約23.67萬km2，總人口5 159萬人，其中鄉村人口2 761萬人。根據廣西第一次水利普查公報數據，廣西土壤侵蝕面積5.05萬km2，占土地總面積的21.34%。

1.2 指標選取及數據來源

為研究人類活動各指標因子與土壤侵蝕的相關性，根據指標選取的綜合性、可操作性、代表性和區域完整性等原則，選取農業人口密度、土地開墾率、人均糧食產量、種植指數、單位面積第一產業產值、單位面積GDP、>15°坡耕地面積等7個指標作為評價因子。各縣(區)的土地面積、農業人口數量、糧食產量、種植面積、第一產業產值、GDP數據來自《廣西統計年鑒2013》[5]，土地開墾率、>15°坡耕地面積來自全國第二次土地調查廣西土地面積統計結果。

2 研究方法

2.1 土壤侵蝕評價方法

以修正的通用土壤流失方程RUSLE[6]為模型，在第一次全國水利普查廣西水利普查空間抽樣調查的基礎上，結合廣西的地形地貌等特點，對RUSLE模型進行改進，加入裸巖和石漠化因子M，計算公式為

A=R·K·LS·C·P·M

(1)

式中：A為土壤侵蝕模數，t/(km2·a)；R為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)； K為土壤可蝕性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；LS為坡長坡度因子，無量綱；C為地表覆蓋與管理措施因子，無量綱；P為水土保持措施因子，無量綱；M為裸巖和石漠化修正因子，無量綱。

2.2 灰色關聯度分析法

土壤侵蝕及人類活動影響因素所組成的“人-地-水系統”，屬于灰色系統范疇[7]?；疑P聯分析法是根據因素之間發展趨勢的相似或相異程度來衡量因素之間關聯程度的一種方法。根據灰色關聯度來分析廣西人類活動與土壤侵蝕之間的關聯性程度，先要對各指標因子進行標準化處理，即無量綱化，采用極差標準化方法進行標準化。把各縣(區)的土壤侵蝕面積和土壤侵蝕模數數列稱為母數列，標準化后表示為{Xm(i)}(m= 1,2；i=1,2,…,110)，把影響土壤侵蝕的人類活動因素數列稱為子數列，標準化后表示為{Xj(i)}(j=1,2,…,7；i=1,2,…,110)，ξmj(i)為母數列{Xm(i)}與子數列{Xj(i)}的關聯系數，Rmj為母數列{Xm(i)}與子數列{Xj(i)}關聯度指數，計算公式分別為

(2)

(3)

式中：ρ為分辨系數，取0.5，用于提高關聯因素之間的差異顯著性；Δmj(i)為母數列{Xm(i)}和子數列{Xj(i)}的絕對差，Δmj(i)=|Xm(i)-Xj(i)|；Δmin、Δmax為母數列與子數列絕對差的最小值、最大值。

2.3 干擾度分析法

干擾度是人類活動干擾生態環境的強度，研究人類活動對土壤侵蝕的干擾度是解析土壤侵蝕動因的關鍵[8]。關聯度指數反映各個人類活動指標因子與水土流失的關聯程度的大小，而無量綱化指標因子數值表示該因子對水土流失影響的絕對量。所以，將關聯度指數作為干擾度計算指標因子的權重[9]，則干擾度Dm是指標因子權重Rmj與對應無量綱指標因子Xj(i)的乘積之和，其計算公式為

(4)

3 結果分析

3.1 土壤侵蝕評價結果

利用遙感解譯的土地利用數據，結合降雨、地形、地貌、土壤類型和土壤理化性質、植被覆蓋度、水土保持措施等數據，計算廣西土壤侵蝕模數，并根據《土壤侵蝕分類分級標準》(SL 190—2007)對廣西土壤侵蝕強度進行分級，得到廣西土壤侵蝕強度分布圖，如圖1所示。統計得出，廣西土壤侵蝕面積為4.789萬km2，占土地總面積的20.23%，其中：輕度侵蝕面積3.189萬km2、中度0.994 km2、強烈0.395萬km2、極強烈0.138 km2、劇烈0.073 km2。根據各縣(區)的土壤侵蝕強度，利用ArcGIS 10.0的分區統計工具，統計各縣(區)的土壤侵蝕面積和土壤侵蝕模數作為計算土壤侵蝕與人類活動因子關聯度指數的母數列。

圖1 廣西土壤侵蝕強度分布

3.2 關聯度結果分析

人類活動各指標與土壤侵蝕面積和土壤侵蝕模數之間的關聯度指數結果如表1所示。從表中可以看出，人類活動指標體系與土壤侵蝕面積的關聯程度比與土壤侵蝕模數的關聯程度大。人類活動指標體系與土壤侵蝕面積關聯程度大小依次為：>15°坡耕地面積(0.770)>農業人口密度(0.754)>種植指數(0.719)>單位面積第一產業產值(0.699)>土地開墾率(0.680)>人均糧食產量(0.664)>單位面積GDP(0.651)。這說明與土壤侵蝕關聯程度大的社會因素主要是>15°坡耕地面積、農業人口密度、種植指數3個因子，造成土壤侵蝕的主要原因是農業人口對土地的耕種和頻繁擾動，尤其是在>15°坡耕地上的農業活動。

表1 人類活動指標體系與土壤侵蝕的關聯度指數

3.3 干擾度結果分析

廣西各縣(區)的綜合干擾度指數范圍為0.47～2.36，根據等距法把干擾度指數分為微度干擾(<0.90)、輕度干擾(0.90～1.20)、中度干擾(1.20～1.50)、重度干擾(1.50～1.80)、極重度干擾(>1.80)5個等級，得到影響廣西土壤侵蝕的人類活動干擾度等級分布如圖2所示。統計各干擾區人類活動各指標體系的平均值，結果見表2。

從圖2可以看出，人類活動對土壤侵蝕微度干擾區主要分布在十萬大山北麓、大瑤山、鳳凰山等地，包括上思縣、憑祥市、金秀瑤族自治縣、南丹縣、鳳山縣、東蘭縣、金城江區和梧州市區，總面積約17 445 km2，主要是農業人口密度小、坡耕地面積少的地區，如金秀縣農業人口密度35.58人/km2，坡耕地面積26.451 km2。輕度干擾區主要分布在左江流域、右江流域、馱娘江流域、樂里河流域、尋江流域等地區，包括西林縣、田林縣、右江區、凌云縣、寧明縣、龍州縣、江州區、合浦縣、岑溪市等，總面積約71 664 km2，主要分布在廣西江河流域的上游。該地區以喀斯特山地為主，>15°坡耕地廣泛分布，坡耕地開墾對土壤侵蝕貢獻率較大。中度干擾區主要分布在賀江流域、桂江流域、融江流域、邕江流域等地區，包括隆林各族自治縣、八步區、蒙山縣、昭平縣、蒼梧縣、融水苗族自治縣、宜州市、西鄉塘區、青秀區、扶綏縣等，總面積約51 901 km2，主要分布在各流域的中段地區，土地開墾對土壤侵蝕的貢獻較大。重度干擾區主要分布在湘江流域的湘江上游平原、洛清江流域、北流河流域、濛江流域等地區，包括資源縣、全州縣、興安縣、臨桂縣、永福縣、鹿寨縣、柳江縣、武宣縣、藤縣、容縣、靈山縣等，總面積約42 531 km2。該區主要分布在桂東北湘桂鐵路沿線，以峰林平原和丘陵山地為主，人類活動因子較中度干擾區進一步加強。極重度干擾區主要分布在南流江流域、欽江流域等地區，包括北流市、博白縣、陸川縣、玉州區、興業縣、浦北縣、欽南區、欽北區、橫縣等，總面積約54 074 km2。該區的各指標體系平均值達到最大，尤其是農業人口密度干擾比較突出，如博白縣、興業縣、陸川縣、欽北區的農業人口密度均大于250人/km2。

圖2 廣西人類活動干擾度等級分布

干擾度農業人口密度土地開墾率人均糧食產量種植指數單位面積第一產業產值單位面積GDP>15°坡耕地面積微度77．0111．53196．100．9138．28622．5430．30輕度73．4916．94220．941．2752．31942．7983．65中度113．2224．74239．031．2192．311893．2774．47重度134．1232．14319．591．24112．301623．1179．00極重度209．0536．80396．651．56124．12854．0984．62

4 結 語

選取農業人口密度、土地開墾率、人均糧食產量、種植指數、單位面積第一產業產值，單位面積GDP、>15°坡耕地等作為影響廣西土壤侵蝕的人類活動因子。從人類活動的角度分析影響土壤侵蝕的社會因素，采用灰色系統理論的關聯度指數和干擾度指數分析人類活動對土壤侵蝕的干擾程度，得出以下結論：從桂西北到桂東南，人為干擾度由弱到強；桂西北地區以喀斯特山地為主，人少土薄，人為干擾度較弱，坡耕地開墾對土壤侵蝕的影響比較突出，建議在石山區>25°坡耕地實施退耕還林還草，加強水土流失治理，建立生態補償機制；桂中地區以盆地平原為主，農業比較發達，人為干擾度較桂西北大，建議優化農業結構，實施農業精細化管理；桂東南地區以丘陵山地、盆地夾雜地貌類型為主，人口密度大，農業以粗放型為主，人為干擾度最嚴重，建議調整農業產業結構，發展勞動密集型產業，增加農民收入，減少人類活動對環境的破壞。

[1] 王紅兵,許囧心,顏明.影響土壤侵蝕的社會經濟因素研究進展[J].地理科學研究進展,2011,30(3):268-274.

[2] 賈紹鳳.根據植被估算黃土高原的自然侵蝕和加速侵蝕——以安塞縣為例[J].水土保持通報,1995,15(4):25-32.

[3] 鄭粉莉,唐克利,張科利,等.自然侵蝕和人為加速侵蝕與生態環境演變[J].生態學報,1995,15(3):251-259.

[4] 許炯心.農村社會經濟因素變化對嘉陵江產沙量的影響[J].山地學報,2006,24(4):385-394.

[5] 廣西壯族自治區統計局.廣西統計年鑒2013[M].北京:中國統計出版社,2013:592-645.

[6] GEORGE R F,DANIEL C Y,GLENN A W,et al.User’s Guide: Revised Universal Soil Loss Equation Version 2[M].Washton D C:USDA-Agricultural Research Service,2003:10-15.

[7] 楊振,牛叔文,吳文恒.隴中黃土高原水土流失的人文因素分析[J].干旱區資源與環境,2005,19(6):124-128.

[8] 羅新正,朱坦,徐鶴,等.基于干擾度的遷西縣生態環境分區[J].水土保持學報,2002,16(2):103-106.

[9] 方一平,陳國階.四川省水土流失的人類活動響應及其防治策略[J].中國科學 E輯:技術科學,2003,33(增刊1):47-60.

(責任編輯 李楊楊)

S157

A

1000-0941(2017)02-0051-03

蔡卓杰(1989—)，男，廣西浦北縣人，碩士，從事GIS與RS在土壤侵蝕、水土保持中的應用研究；通信作者盧遠(1971—)，男，廣西南寧市人，教授，博士，主要從事生態遙感與土壤侵蝕研究工作。

2016-03-15