廣西壯族自治區土地利用與土壤侵蝕的關系

劉警鑒, 盧 遠, 劉斌濤, 華 璀

(1.廣西師范學院 地理科學與規劃學院, 廣西 南寧 530001; 2.中國科學院 水利部成都山地災害與環境研究所, 四川 成都 610041; 3.廣西師范學院 國土資源與測繪學院, 廣西 南寧 530001)

土壤侵蝕導致生態環境惡化、自然災害加劇，導致土層變薄、有機質含量降低，甚至在暴雨沖刷下，將大量攜帶養分、重金屬和化肥、農藥的土壤進入河流水庫,造成水體富營養化，使土壤肥力降低，致土地生產力下降，農業價值降低或喪失，嚴重威脅地區的生態安全、飲水安全和糧食安全[1]。國家在2010—2012年期間開展了第一次全國水利普查，同步進行了水土保持情況普查工作，獲取了廣西壯族自治區(以下簡稱廣西)的縣域水力侵蝕面積與分布，以及水土保持措施類型與面積等成果[2]。因此，為了開發利用好第一次全國水利調查水土保持專項調查成果資料與深入查清廣西土壤侵蝕的現狀。本文擬以RUSLE模型[3]為基礎，引入喀斯特石漠化修正因子M，計算分析廣西地區土壤侵蝕空間分布、面積、強度和動態變化情況，分析耕地、園地、林地、草地、裸地、工礦用地與土壤侵蝕的關系，以期為科學防治土壤侵蝕提供決策依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

廣西地處中國的南疆，介于東經104°26′—112°04′，北緯20°54′—26°24′之間，土地總面積2.37×105km2，耕地占20.62%，園地占4.65%，林地占56.61%，草地占4.73%?？傮w地勢西北高東南低，地形地貌以低山、丘陵地貌為主，占總面積的56.15%?？λ固氐孛舱伎偯娣e的34.48%，連片分布于桂西南、桂西北、桂中和桂東北；喀斯特地區地表層透水性強，土壤較薄，基巖裸露，土被不連續，植被生產力較低，土層抗蝕能力差，在降雨集中的情況下，很容易發生大面積的土壤侵蝕[4]。廣西屬于典型的熱帶、亞熱帶季風氣候，水熱條件充足，年均降雨量1 250～1 800 mm，集中降雨在3—9月，年均氣溫17～23 ℃；發育著磚紅壤、赤紅壤、紅壤、黃壤、黃棕壤、石灰巖土等土壤類型(紅黃性土壤占73.04%以上)；天然植被有針葉林、闊葉林、竹林、灌叢、草叢，植被覆蓋度高達88.57%；近年來廣西森林結構發生明顯變化，人工速生桉種植面積有明顯增長[5]。

1.2 數據來源

降雨數據來自中國氣象局數據網，時間為1980—2015年；土地利用/土地覆被數據來自國土“二調”數據；地貌數據來自中國科學院編制的《中華人民共和國地貌圖集(1∶100萬)》；地表覆蓋類型與管理方式野外調查單元成果來自第一次全國水利普查；土壤類型數據來自第二次全國土壤普查成果，比例尺1∶50萬；DEM數據由1∶5萬數字地形圖生成；時間基準為2015年的Landsat8 OLI遙感影像來自地理空間數據云。

1.3 土壤侵蝕模型

本次模型計算只考慮水力侵蝕，不考慮崩塌、崩崗、滑坡、泥石流等重力侵蝕或混合侵蝕造成的土壤侵蝕。因為廣西的喀斯特面積較大，土被不連續，并且依據馮騰等[6]的研究表明土壤侵蝕狀況受地表巖石和地表形態的影響很大，王小燕等[7]的研究表明當礫石置于表土之上的表土產沙量總是低于礫石嵌入表土的產沙量，以及王濟等[8]的研究表明同一坡度或不同坡度的坡面總侵蝕量均隨裸巖率的增大而減小，所以有必要引入喀斯特石漠化修正因子M，開展實現RUSLE模型在廣西地區的適應性改進，其計算模型為：

A=R×K×L×S×C×P×M

式中：A——土壤侵蝕模數〔t/(km2·a)〕；R——降雨侵蝕力因子〔(MJ·mm)/(hm2·h·a)〕[9-10]；K——土壤可蝕性因子〔(t·km2·h)/(hm2·MJ·mm)〕[11-12]；L，S——地形因子[13-14];L——坡長因子(無量綱);S——坡度因子(無量綱);C——地表植被覆蓋與管理因子(無量綱，0～1)[15]；P——水土保持措施因子(無量綱，0～1)[16-17]；M——喀斯特石漠化修正因子(無量綱)。

1.4 喀斯特石漠化修正因子M

本文借鑒國家重點基礎研究計劃(973計劃)項目：“典型山地水土要素時空耦合特征、效應及其調控”的研究成果，結合2011年底全國第二次石漠化監測的結果相互修正，評估獲得本次廣西地區的喀斯特石漠化數據。依據《巖溶地區土壤侵蝕綜合治理技術標準》(SL 461-2009)[18]給出裸巖率與石漠化強度的關系，綜合劉寶元等[19]、符素華等[20]、師長興等[21]的研究成果，喀斯特地區的土壤侵蝕，裸巖率為0%～50%的M因子與裸巖率近似符合線性衰減關系，裸巖率為50%以上的M因子與裸巖率近似符合指數衰減關系如圖1，由此計算廣西地區的喀斯特石漠化修正因子M(圖2)。

1.5 土壤侵蝕強度分級標準

研究區主要分為巖溶地區和南方紅壤丘陵區，因此，為了合理評價土壤侵蝕強度，本文融合《巖溶地區土壤侵蝕綜合治理技術標準》(SL461-2009)[18]和《南方紅壤丘陵區土壤侵蝕綜合治理技術標準》(SL657-2014)[22]劃分廣西土壤侵蝕強度標準，如表1所示。

圖1 裸巖率與M因子關系

2 結果與分析

2.1 土壤侵蝕成果合理性評價

從水文驗證分析來說，本文基于輸沙量=土壤侵蝕量×泥沙輸移比的公式，獲取了研究區11個水文站點的徑流量和輸沙量資料(2000—2015年)。綜合文安邦等[23]、景可等[24]的研究成果，并考慮流域內重力侵蝕、洼地沉積以及水庫淤積的影響，合理測算了廣西各個流域的泥沙輸移比。由表2可知，本次測算各個流域的推測輸沙量與實測輸沙量對比分析，有8個水文站相對誤差在15%范圍內，11個水文站相對誤差在25%范圍內。由此可得本次測算的推測輸沙量與實測輸沙量基本一致，表明本次基于RUSLE模型引入喀斯特石漠化修正因子來構建適宜廣西地區的土壤侵蝕模型是科學合理的。

圖2 廣西石漠化修正因子M分布

表1 廣西地區土壤侵蝕強度分級標準 t/(km2·a)

表2 水文驗證分析對比

2.2 全區土壤侵蝕空間格局分析

由表3可知，全區以微度侵蝕為主，土壤侵蝕面積為2.52×104km2，約占土地總面積的10.65%。各侵蝕強度占土地總面積的比例分別是，輕度占7.15%，中度占2.44%，強烈占0.60%，極強烈占0.29%，劇烈占0.10%。其中，喀斯特地區土壤侵蝕面積1.86×104km2，占總侵蝕面積的73.81%，占喀斯特面積的22.68%，凸顯喀斯特地區土壤侵蝕問題的嚴峻形勢。從測算數據來看，在桂東、桂南、桂東南地區，土壤侵蝕面積并不大，但是這幾個地區是廣西種植桉樹的主要區域。桉樹本身種植周期短，易于成林，在種植小苗或大片砍伐后，土地植被稀少，土壤的沙化現象更為嚴重，且在桉樹成林之后，其土地上的植被更稀少、枯枝落葉種類也少，甚至有時候往往是寸草不生的，因此很易出現多雨季節時大量的水土沖刷現象，會造成桉樹林存在嚴重的、潛在的土壤土壤隱患[25]。

表3 廣西地區市域土壤侵蝕狀況

如附圖4所示，從土壤侵蝕空間分布情況來看，位于桂西南的崇左市，桂中的柳江流域—紅水河流域—黔江流域交匯地帶，桂北河池的環江一帶，桂東北的桂江與賀江的西北側地帶、湘江東部地帶，百色的隆林地帶、田陽與田東地帶是廣西土壤侵蝕主要分布區域。如附圖5所示，本文也從分析耕地、園地、林地、草地、裸地、工礦用地與土壤侵蝕的關系，揭示全區土壤侵蝕分布格局與土地利用分布格局的關系。

由表3可知，全區年均土壤侵蝕量為3.21×107t。其中，喀斯特地區的年均土壤侵蝕量為9.95×105t，占總侵蝕量的31.01%。同時，根據估算結果，桂西、桂西北、桂西南、桂中、桂東北等區域是全區土壤侵蝕量的主要來源，為全區貢獻了71.73%的土壤侵蝕量。而桂東、桂南、桂東南地區土壤侵蝕量的占比較小，但并不表明土壤侵蝕量不大，依然存在嚴重的土壤侵蝕。由表3可知，全區平均土壤侵蝕模數為135.51 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達0.08 mm/a。喀斯特地區平均土壤侵蝕模數為121.27 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達0.07 mm/a。其中，喀斯特地區強烈以上等級，占對應總面積的1.72%，相比全區強烈以上等級占對應總面積的0.99%，可見喀斯特地區侵蝕的劇烈程度。從各市侵蝕強度來看，各市侵蝕強度差異不大，桂東北的賀州、桂林，桂北的柳州，桂南的欽州、防城港，桂西南的崇左，桂中的來賓均超過135.51 t/(km2·a)，防城港的侵蝕模數最高，達239.23 t/(km2·a)。

2.3 土地利用與土壤侵蝕特征分析

2.3.1 耕地土壤侵蝕狀況 由表4可知，耕地面積為4.88×104km2，其侵蝕面積達8 300 km2，占總侵蝕面積的32.94%，占耕地面積的17.01%。耕地平均侵蝕模數為247.03 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達0.11 mm/a；耕地年均侵蝕量1.21×107t，占總侵蝕量的37.58%，是區內侵蝕面積和侵蝕量貢獻最大的土地利用類型。

由表5可知，坡耕地平均侵蝕模數為892.88 t/(km2·a)，年侵蝕厚度達0.5 mm/a，是耕地侵蝕模數的3.61倍，是耕地侵蝕厚度的4.55倍，是總侵蝕厚度的6.25倍，可見坡耕地侵蝕程度劇烈。坡耕地年均侵蝕量7.23×106t，占耕地侵蝕量的59.99%，是土壤侵蝕貢獻最大的耕地類型。坡耕地坡度大、坡面平整度與水土保持措施較差，土地墾殖率高，人為活動強烈，極易在暴雨沖刷下造成嚴重的土壤侵蝕[13]。

表4 土地利用土壤侵蝕狀況

注：土壤侵蝕比例：耕地=耕地的輕度侵蝕面積/耕地侵蝕面積。

表5 坡耕地、坡園地各坡度土壤侵蝕狀況

2.3.2 園地土壤侵蝕狀況 園地面積為1.10×104km2，其侵蝕面積為1 600 km2，占總侵蝕面積的6.35%，占園地面積的14.54%。園地平均侵蝕模數為186.52 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達0.11 mm/a；園地年均侵蝕量2.05×106t，占總侵蝕量的6.39%。

由表5可知，坡園地是園地侵蝕的主要類型，其平均侵蝕模數為242.8 t/(km2·a)，年侵蝕厚度達0.14 mm/a；其年均侵蝕量達2.04×106t，占園地侵蝕量的99.41%，對園地的土壤侵蝕貢獻巨大。因為坡園地種植方式與坡耕地的種植方式類似，沒有很好的水土保持措施，人為干擾強烈，極易發生嚴重的土壤侵蝕。

2.3.3 林地土壤侵蝕狀況 林地面積為1.34×105km2，以微度侵蝕為主，其侵蝕面積為7 700 km2，占總侵蝕面積的30.56%，占林地面積的5.75%。林地平均侵蝕模數為74.06 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達0.05 mm/a；林地年均侵蝕量9.92×106t，占總侵蝕量的30.94%。通過土地利用數據對比分析，發現林地侵蝕主要發生在人工純林地(桉樹林)、疏林地和新造幼林地上，并且在有林地、灌木林地中，占土壤侵蝕的面積較大。

2.3.4 草地土壤侵蝕狀況 草地面積為1.12×104km2，人工草地與天然草地僅占草地面積的0.47%。草地侵蝕面積為4 800 km2，占總侵蝕面積的19.04%，占草地面積的42.86%。草地平均侵蝕模數為461.21 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達0.26 mm/a，高于耕地、園地的侵蝕強度，可見草地的土壤侵蝕不容忽視。草地年均侵蝕量5.16×106t，占總侵蝕量的16.10%。草地發生侵蝕的機制主要是自然因素，侵蝕區域多分布在桂北、桂西北、桂中等喀斯特地區，分布在坡度大、土壤層薄的裸巖荒坡上[26]。

2.3.5 裸地與工礦用地土壤侵蝕狀況 裸地面積為1.46×104km2，其侵蝕面積為1 800 km2，占總侵蝕面積的7.14%，裸地平均侵蝕模數為47.39 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達0.03 mm/a；裸地年均侵蝕量6.92×105t，占總侵蝕量的2.16%。從侵蝕強度和侵蝕面積來看，裸地侵蝕并不大，是因為其主要分布在桂北、桂西北、桂西、桂中的喀斯特地區，分散在緩坡山地地貌中，裸巖率與石漠化比例高，土壤層薄。

工礦用地面積為500 km2，其侵蝕面積為300 km2，占總侵蝕面積的1.19%。工礦用地平均侵蝕模數為2 625.45 t/(km2·a)，平均侵蝕厚度達1.51 mm/a，是所有地類中平均侵蝕模數和侵蝕厚度值最高的地類，遠遠超過了坡耕地的年均侵蝕模數和侵蝕厚度值。工礦用地年均侵蝕量1.31×106t，占總侵蝕量的4.09%。工礦用地因人為活動干擾非常強烈，加之植被覆蓋度低等因素，極易在降雨的情況下發生劇烈侵蝕。

3 討論與結論

(1) 以RUSLE模型為基礎，引入喀斯特石漠化修正因子M，測算廣西土壤侵蝕數據，通過分析土壤侵蝕面積、強度與空間格局，結合水文資料驗證分析，綜合表明土壤侵蝕調查結果與空間格局是合理的。但依然存在幾個問題：巖溶區、人工林(桉樹林等)、崩崗、山地災害的輸沙貢獻的不確定性以及泥沙輸移比的不確定性，這些問題將在接下來的工作中繼續研究完善。

(2) 喀斯特地區土壤層較薄，其侵蝕面積占總侵蝕面積的73.81%，侵蝕量占總侵蝕量的31.01%，凸顯喀斯特地區土壤侵蝕的嚴峻形勢。同時，比較各土地利用的土壤侵蝕量占總侵蝕量：耕地(37.58%)>林地(30.94%)>草地(16.10%)>園地(6.39%)>工礦用地(4.09%)>裸地(2.16%)，表明耕地和林地是土壤侵蝕的主要來源。其次，根據本文研究分析，耕地、林地、園地、工礦用地發生土壤侵蝕的機制主要受人類活動的影響，而草地、裸地的土壤侵蝕主要受自然因素的影響。

(3) 各土地利用類型主要以微度侵蝕為主，強烈以上等級，主要發生在耕地、園地，分別占其對應的總侵蝕面積的13.18%，9.25%。此外，草地、工礦用地的強烈以上侵蝕強度，分別占其對應的總侵蝕面積的7.80%，49.93%。由此可見，草地、工礦用地的侵蝕強度也不容忽視。同時，廣西地區人工林地(桉樹林等)種植面積日益增長，存在的土壤侵蝕隱患不容忽視。

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