土地利用與土壤侵蝕關系的研究方法

徐相忠 王碩

摘 要：土壤侵蝕是土地利用過程中所發生的環境問題之一，土地的不合理利用和地表覆被的減少對土壤侵蝕具有放大效應。只有深入研究土壤侵蝕，才能有效評估土地利用方式的合理性。介紹了國內外土地利用與土壤侵蝕研究的成果和方法，如基于模型的定量研究、基于3S技術的研究、基于137Cs核素示蹤技術的研究、基于景觀生態學的研究、基于湖泊沉積物的研究等5種方法。

關鍵詞：土壤侵蝕;土地利用;研究方法;覆被

文章編號：1004-7026（2019）09-0087-02? ? ? ? ?中國圖書分類號：S157.1? ? ? ? 文獻標志碼：A

土地利用是指人類有目的地開發和利用土地資源的活動[1]。土地利用變化包括土地資源的數量、質量和土地利用的結構隨時間的變化，土地利用的變化對土壤侵蝕有著直接的影響[2]。土壤侵蝕可以定義為土壤及其母質在水力、風力、凍融、溫度變化、重力、其他自然或人類活動的作用下被破壞、剝離、搬運[3]。土壤侵蝕引起的土地退化已經成為世界上最普遍、最嚴重的環境問題之一[4]。地表覆被的減少和土地利用的變化會加劇土壤侵蝕，這也是土地利用被納入土壤侵蝕研究中的主要原因。

從以前的研究中可以發現，土地利用會極大地影響徑流和土壤侵蝕的程度[5]，通過改變原有地表覆被類型及其覆蓋度、徑流狀況和土壤理化性質，從而影響土壤侵蝕的發展。人類活動會嚴重影響土壤自然侵蝕的速率，例如土地種植與管理、不合理的土地利用、放牧、砍伐森林等。其中，土地利用方式的不合理是導致侵蝕速率加快的主要因素。不合理利用土地使地形條件發生改變，土壤性質惡化，加劇了土壤的侵蝕，導致土地生產力退化。

1? 基于模型的定量研究

對于土壤侵蝕的研究最早可追溯到1877年德國土壤學家Ewald Wollny所做的土壤侵蝕試驗，他對坡度、坡向、植被、土壤類型等影響徑流和土壤侵蝕的因子進行了深入研究。Middleton于1930年最早提出了土壤可蝕性的概念。土壤侵蝕的定量研究一般認為始于Cook（1936），他認為地表植被對于地表具有一定的保護作用。經過多年的發展，土地利用方式被證實為影響土壤侵蝕的重要因素，土壤的可蝕性是土壤本身對土壤侵蝕能力的敏感程度。自20世紀60年代以來，國內外學者研究出了眾多土壤侵蝕預報模型，有 USLE、RUSLE、EUROSEM、WEPP、SWAT和InVEST等。土壤侵蝕模型可作為預報和動態監測土壤侵蝕量的重要工具，這些模型將土地利用作為影響土壤侵蝕的一個因子，將不同的土地利用方式劃分為不同的因子值，以此來計算不同的土地利用方式下土壤侵蝕狀況的差異，以便根據土壤侵蝕狀況的差異選擇合理的土地利用方式。根據土壤侵蝕模型建模手段的差異，可以將以上土壤侵蝕模型分為經驗統計模型（Empirical Model）和物理過程模型（Physical-based Model）。

2? 基于3S技術的研究

建立模型研究土地利用與土壤侵蝕的關系是行之有效的方法，但是這些模型通常只是將土地利用作為影響土壤侵蝕的一個因子，通過對比和分析不同土地利用方式下的土壤侵蝕量，選擇合適的土地利用方式，因而土地利用變化實質上是通過改變模型中相關因子的數值，影響土壤的理化性質，改變土壤的外部環境，從而使土壤可蝕性發生變化。運用模型研究存在的一個問題是部分數據獲取難度較大，而且缺乏統一的評價指標，難以對不同地區和不同流域進行比較分析。遙感和地理信息系統技術能在很大程度上對不同土地利用背景下的土壤侵蝕情況進行定量研究[12]，為水土流失的防治和土地資源的合理利用提供有效幫助。但是，在實際的應用中仍存在許多的問題，如偏遠地區的遙感數據難以獲取、遙感數據的處理技術與土壤侵蝕模型的結合等。

3? 基于137Cs核素示蹤技術

環境同位素示蹤技術應用于土壤侵蝕研究已經有幾十年的歷史。其中，應用放射性核素技術（如137Cs、210Pb、7Be 等）示蹤土壤侵蝕已經成為LUCC與土壤侵蝕研究的熱門領域。其中，由于137Cs簡單、高效、可靠，能同時進行宏觀大尺度和微觀小尺度的研究，可以用來反映土地利用與土壤侵蝕之間的關系，雖然利用137Cs示蹤法研究土壤侵蝕起步較晚，但是發展迅速。自然界不存在天然的137Cs，土壤中的137Cs主要來自20世紀60年代前后人類的大氣核實驗，137Cs的半衰期只有30年，而近幾十年全球范圍內沒有進行大氣核實驗。隨著137Cs半衰期的到來， 尋找一種能夠代替137Cs的環境同位素成為當務之急。

4? 基于景觀生態學的研究

土壤侵蝕與土地利用景觀格局有重要的關系。利用景觀生態學研究土地利用與土壤侵蝕關系，拓寬了研究的視角，彌補了土壤侵蝕研究在宏觀尺度上的不足，為土地利用格局規劃提供了理論依據。但是，目前大多數的研究基于單一土地利用或土地利用格局對于土壤侵蝕的影響，缺乏景觀格局演變與土壤侵蝕動態變化之間的研究。因此，在今后的研究中，應將景觀格局變化與區域土壤侵蝕變化相結合。

5? 基于湖泊沉積物的研究

基于湖泊沉積物的研究在土壤侵蝕的過程、機制和環境效應中顯示出了重大作用。通過利用放射性同位素、環境磁學等不同方法，對湖泊沉積物進行分析，提取土壤侵蝕的信息，彌補觀測資料的不足，拓展了土壤侵蝕學科的研究思路和方法。基于湖泊沉積物的研究方法已經成熟，但運用湖泊沉積物研究土壤侵蝕和土地利用關系的研究較少，研究方法比較單一。在今后的研究中，應將放射性同位素、磁性分析、元素地球化學分析、粒度分析等多種方法運用于土壤侵蝕與土地利用關系的研究中，將基于湖泊沉積物分析的研究與基于區域土壤侵蝕的研究相結合，提高研究的精度和可信度。

6? 結束語

土地利用變化從不同角度對土壤侵蝕產生了重要影響。二者之間的相互關系引起了學者的關注，并取得了大量的研究成果。國內外學者普遍認為，人類及其活動是導致土壤侵蝕的主要原因，土地利用通過改變環境條件，從多角度對土壤侵蝕產生影響，不合理的土地利用和覆被減少對土壤侵蝕有放大作用。

5種研究土地利用與土壤侵蝕的方法各有其優缺點，不同的方法有其適用的前提和時空尺度，具體選擇哪種方法需要結合研究的目的、時間、地點、精度等和研究區的具體情況（土地利用、地形、將水、尺度等）而定。

在未來的研究中，土地利用與土壤侵蝕的研究方法更傾向于創新型和多樣性。基于湖泊沉積物和基于景觀生態學的土地利用與土壤侵蝕的研究是近幾年興起的，利用湖泊沉積物進行研究可以彌補研究區域觀測資料的不足，利用同位素示蹤和沉積物環境磁學特征進行研究可以得到流域土壤侵蝕量和侵蝕速率的變化，進一步推算土地利用的時空變化對土壤侵蝕的影響。基于景觀生態學原理進行土地利用與土壤侵蝕的研究彌補了坡面研究的不足，在不同程度上將土地利用與土壤侵蝕聯系起來，拓寬了土壤侵蝕的研究視角。將不同學科、不同領域的理論和方法引入土地利用與土壤侵蝕的研究中，可以有力地推動土地利用與土壤侵蝕研究的進一步發展。

參考文獻：

[1]陳佑啟，楊鵬. 國際上土地利用/土地覆蓋變化研究的新進展[J]. 經濟地理，2001，（1）：95-100.

[2]Ferreira V， Panagopoulos T， Cakula A，et al.Predicting soil erosion after land use changes for?irrigating agriculture in a large reservoir of southern portugal [J]. Agriculture and Science? Procedia，2015 （4）：40-49.

[3]Eckelmann W， Baritz R， Bialousz S，et al （2006） Common criteria for risk area identification? according to soil threats. European Soil Bureau Research report No. 20， EUR 22185 EN. Office? for Official Publications of the European Communities， Luxembourg， 94 pp.

[4]Ganasri BP， Ramesh H （2016） Assessment of soil erosion by RUSLE model using remote sensing?and GIS—a case study of Nethravathi Basin [J]. Geosci Front 2017（6）：953-961.

[5]Mohammad， A.G， Adam， M.A. The impact of vegetation cover type on runoff and soil erosion?under different land uses [J]. Catena 2010，81（2）： 97-103.