江西省撫州市土壤侵蝕分布規律分析

熊舒蕓

（江西省水土保持科學研究院，南昌330000）

隨著我國經濟快速發展， 水土流失成為我國生態環境最突出的問題之一， 嚴重約束著我國經濟社會的可持續發展和生態文明建設進程。 江西省是中國南方地域紅壤區的中間， 也是水土流失最為嚴重的省份之一［1］。 水土流失受自然因素和人類活動的雙重影響，將制約區域經濟發展，造成不可逆轉的生態損失。因此，控制水土流失是地區可持續發展的重要環節。

1 研究區概況

撫州是江西省市轄的一個地級市， 是長江中游城市群的重要城市之一，地處于江西省的東部。行政區域總面積為1.9萬km2，占到全省總面積的11.27%［2］。撫州市東面、南面、西面都被山地所環繞，中部的丘陵地區與河流流域盆地縱橫交錯。 撫州市境內主要的地形是丘陵地區，山地和河谷平原也大量分布［3］。軍峰山是本市最高的山峰，海拔達到1761m。 撫州市地處于中國南方，濕潤多雨且氣候較為濕潤，降雨量十分充足，日照較為強烈，植物的生長周期較長。 撫州市境內的河道數量較多，達到了470條。 如圖1，撫州市土壤占地總面積為173.65萬hm2， 土壤類型分為黃壤、紅壤、山地草甸土、紅黏土、紫色土、新積土、粗骨土、潮土和水稻土9個土類及15個亞類、65個土屬、200個土種［4］。

圖1 撫州市地理位置

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本文采用MOD13Q1數據，采樣時間跨度16d，分辨率為30m。部分來自USGS數據中心，一部分來源于地理空間數據云， 直接從網站上下載的MODIS數據已做過大氣校正處置［5］。在envi 5.0中，將投影坐標變換為通用的墨卡托投影， 并利用研究區域的矢量數據對其進行切割。

本論文使用的遙感圖像來自從地理空間數據云下載的2016年6月分辨率為30m的Landsat TM圖像［6］。通過使用ARCGIS融合、切斷、視覺解釋的圖像處理，取得了2016年的撫州市土地利用及植被覆蓋數據。降雨數據來自于中國氣象科學數據網。

2.2 研究方法

2.2.1 土壤侵蝕分級

本文根據國家水利部頒布的SL190—2007《土壤侵蝕分類標準》， 使用Arc-GIS軟件的空間數據處理和分析功能，對撫州市土壤侵蝕強度進行分類［7］，如表1。

表1 土壤侵蝕強度劃分標準

用得到的遙感影像結合撫州市DEM數據。 利用Arc-GIS的地表分析功能，生成研究區的坡度柵格圖［8］。為了克服遙感數據時空的不確定性，利用envi軟件的純像素提取功能提取裸地和植被的純像素， 得到相應的NDVI值，然后分別計算裸地和植被的NDVI平均值， 并將NDVIsoil和NDVIveg值代入公式進行計算，提高植被覆蓋精度。

式中 NIR為近紅外波段；R為紅波段。

式中 c為植被覆蓋密度因子（%）；NDVIsoil為荒地或者沒有植被覆蓋區域的NDVI值；NDVIveg為全部被植被覆蓋區的NDVI值［9］。

使用Arc-GIS中的柵格計算工具， 根據SL190—2007《土壤侵蝕分級標準》，將三因子疊加計算，結果分為微度、輕度、中度、強度、特強、劇烈6個侵蝕強度等級。生成撫州市土壤侵蝕強度等級分布圖，計算各級侵蝕面積和比例。

2.2.2 侵蝕量計算

RUSLE模型是當前研究中最廣泛利用的土壤侵蝕模型之一。 RUSLE模型給野外工作的實際應用中帶來了極大便利， 而且在不同尺度的模型運用中也取得了較好效果［10］。 計算公式如下：

式中 A為土壤侵蝕量（t/km2·a）；R為降雨侵蝕力度因子［MJ·mm/（hm2·h·a）］；L為坡長；S為坡度因子；C為植被覆蓋度因子；P為水土保持因子。

使用統一降雨量標準來計算降雨侵蝕力， 將日降雨量大于12mm的降雨稱為侵蝕性降雨，計算公式為：

式中 Rn為第n個半月的時段降雨侵蝕力值［MJ·mm/（hm2·h·a）］；k為時段天數；Pj為時段內第jd的侵蝕性日降雨量（mm）［11］。

土壤侵蝕能力的指標可以用土壤可蝕性因子代表。 以撫州市土壤類型背景資料為基礎，得到撫州市不同類型土壤的基本數據，用式（5）計算土壤可蝕性值。

式中 SAN，SIL，CLA，C是砂粒、粉粒、黏粒和有機碳含量（%），其中SN1=1-SAN/100。

地形地貌條件， 為水土流失提供必要的地境條件， 坡度因子和坡長因子是地形中最重要的兩個分量。 在對土壤侵蝕的研究中，坡度和坡長往作為關鍵地形因子被加入到土壤侵蝕的計算中［12］。

以空間分辨率為30m×30m的DEM為根本， 操作ArcGIS軟件舉行坡度和坡長的提取［13］。 坡長系數計算公式如下：

S因子使用McCool的計算公式及劉寶元的陡坡計算公式：

式中 λ為水平坡長；α為坡長指數；21.91為標準小區的坡長（m）；θ為利用DEM提取的坡度。

根據遙感影像和前人的研究成果， 不同的土地利用類型給出了不同的p值。 農業用地、林地、水面、建設用地和荒地的p值分別為0.45，1，0，0，0.2［14］。

3 研究結果

3.1 水土流失因子計算

利用ArcGIS軟件，根據植被覆蓋分類標準，提取研究區內撫州市的植被覆蓋度， 得到撫州市各級植被覆蓋的面積和比例，如圖2，表2，表3。

圖2 撫州市植被覆蓋圖

表2 不同土地類型C因子

從圖2來看， 撫州市總體植被覆蓋較為良好，高植被覆蓋區域的面積占全市區比例最大， 為34.6%，主要集中在四周山地地區。 雖然單位面積土壤侵蝕量不高， 但占地面積大， 提供的侵蝕總量也相應提高。 占比最小的區域為低覆蓋植被區域，主要集中在中部流域的溝谷和城市建設用地當中， 是水土流失較易發生的區域。

表3 植被覆蓋占比

根據國家通用標準，研究區內所有撫州市按0°～5°，5°～8°，8°～15°，15°～25°，25°～35°，＞35°的坡度分為6個等級。 得到了撫州市的等級圖，并計算了等級的面積和比例。 由圖3可知，最大坡比為0°～5°的面積占27%，最小坡比大于35°的面積僅占9%。

圖3 坡度占比

根據中國科學院資源環境數據中心發布的土壤數據庫， 天水市土壤質地類型如表4，計算得到的天水市土壤K值在0.023～0.064之間。

表4 撫州市土壤類型表

3.2 土壤侵蝕量估算

土壤侵蝕強度分布如圖4。

圖4 土壤侵蝕強度分布

從圖4可看出：研究區總體侵蝕量不大，山區林地覆蓋較高的區域大部分為微度侵蝕， 面積占比較大，達79.42%，其余地區侵蝕分散且各類均有，其中極強度侵蝕區域占比為2.77%，劇烈侵蝕區域占比最小，為0.84%， 這兩個區域主要集中分布在中部河谷流域當中。 輕度、中度、強度侵蝕區域主要零星分布在山地，占比均較小，總和為16.96%，如表5。

表5 撫州市土壤侵蝕面積占比

經計算得出撫州市年均土壤侵蝕總量為12896344.36t，年均侵蝕模數為23094.16t/（km2·a）。各級侵蝕的侵蝕面積和侵蝕量如表6。

表6 土壤侵蝕量計算

土壤侵蝕及面積占比如圖5。

圖5 土壤侵蝕及面積占比

由圖5可知，在撫州市土壤侵蝕面積中，微度侵蝕的面積占比最大，雖然土壤侵蝕模數較低，但年均侵蝕量也達到了170萬t。 劇烈侵蝕區域的侵蝕模數值最大，在面積占比僅為0.84%的情況下，侵蝕量依然達到了375萬t。

4 結語

（1）分類標準估算結果顯示撫州市侵蝕中劇烈侵蝕和極強烈侵蝕占主要地位； 撫州市的植被覆蓋良好，高覆蓋區域占地面積最大，為34.6%，主要集中在山地地區。占比最小的地覆蓋植被區域，主要集中在中部溝谷，是水土流失的易發地。劇烈侵蝕區域稱為撫州市侵蝕最嚴重的區域，侵蝕量占比為29.09%。

（2）水土流失是江西省最大的自然災害之一，將不知不覺地帶走大量自然資源。 在城市水土保持管理中，要因地制宜，突出重點控制區，查明水土流失原因，從源頭上控制。 目前，撫州市水土流失最嚴重的地區是我國中部的撫河流域。 重點推進小流域綜合治理、水源涵養造林。 完善水土保持管理體制，尊重自然規律，為生態自愈創造良好條件。