基于USLE模型的土壤侵蝕研究

摘要：基于遙感（RS）和地理信息系統（GIS）技術，選取岷江上游地區較為典型的汶川縣作為主要研究區，在綜合考慮研究區的NDVI、地形、土壤類型、降雨量等數據資料的基礎上，結合USLE模型定量評估研究區2005年以及2010年的土壤侵蝕情況進行分析。

關鍵詞：RUSLE;土壤侵蝕;土壤可蝕性

引言

當今社會隨著人類社會經濟活動的擴張和日益頻繁，對于周邊的自然生態環境造成了不同程度的損害;其中以水土流失較為突出，水土流失是指土壤在遭受諸如風力、水力等一系列外力的作用下，被剝離、搬運的過程。水土流失是一種嚴重的生態環境問題，它不但造成了土壤資源的嚴重損失，使生態平衡調，而且帶來無法挽回的經濟損失[1]。通過掌握水土流失的空間分布及其變化特征，可以為水土流失預防與治理提供科學依據。本文利用現代衛星遙感技術以及地理空間技術，以岷江上游流域的小部分區域為主要研究對象，采用RUSLE模型對研究區土壤侵蝕進行快速的定量研究分析，找出水土流失的空間分布規律[2]，以便于實時監測大區域水土流失狀況，從而為進一步的水土流失防治提供科學的決策支持。

一、研究區概況

汶川縣位于四川盆地西北部邊緣，居阿壩藏族羌族自治州東南部，東鄰彭州市、都江堰市，南靠崇州市、大邑縣，西接寶興、小金縣，西北和東北分別與理縣、茂縣相連，縣域東西寬84公里，南北長105公里，總面積4084平方公里，森林覆蓋率達48%。縣城威州鎮位于縣境北部岷江與雜谷腦河交會處，海拔1325米，周圍有茶坪山脈、邛崍山脈等眾多山體圍繞，為州內重要農區縣之一。

二、研究區數據以及處理

遙感影像和DEM數據來源于地理空間數據云，分別為Landsat TM 2005年 以及Landsat ETM+影像和ASTER GDEM第2版數據，均為30m分辨率。通過ENVI 軟件對數據進行輻射定標、大氣校正以及裁剪等預處理。降水數據來源于中國氣象數據網提供的月平均降雨量，利用Arcgis對數據進行克里金插值、重投影、裁剪等預處理并重采樣為30m的空間分辨率。土壤類型數據是通過矢量轉柵格、重投影及重采樣為30m分辨率，得到適于模型的輸入數據。土地利用類型數據直接利用土地調查數據結果，經裁剪、重投影及重采樣等預處理，得到模型所需的輸入數據。

三、土壤侵蝕影像因子提取

本文選取 USLE 方程計算岷江上游土壤流失量[3]，其計算公式如下：

A=R×K×LS×C×P

式中：A為土壤侵蝕模數，單位為t·km-2·a-1;R為降雨侵蝕力因子，單位為MJ·mm/（hm2·h·a）;K 表示土壤可蝕性因子，單位為t·hm2·h/（hm2·MJ·mm）;L、S分別為坡長因子、坡度因子，通常以LS表示;C為植被覆蓋和管理因子;P為土壤保持措施因子;LS、C、P因子均為無量綱單位。

（一）降雨侵蝕力因子

降雨侵蝕力（R）能夠反映出降雨造成土壤侵蝕的潛力，其大小與降雨量、降雨時間、降雨動能等因素有關。本文選用 Weschmeier 經驗公式通過對月降雨量與年降雨量的計算來得到研究區的降雨侵蝕力（R）。其計算公式如下：

式中：Pm為年降雨量，單位為mm;Pmi表示月降雨量，單位為mm。

（二）土壤可蝕性因子

土壤可蝕性（K）能夠反映土壤對侵蝕的敏感性，土壤可蝕性（K）值的大小與土壤對侵蝕的抵抗能力呈負相關。一般來說，K 值高的土壤比 K 值低的土壤更易受到侵蝕。其計算公式為：

式中：Sa表示砂粒含量，單位為%;Si表示粉粒含量，單位為%;Ci表示黏粒含量，單位為%;C0表示有機碳含量，單位為%;

（三）地形因子

在USLE模型中，通常以坡度因子（S）、坡長因子（L）分別作為坡度、坡長對土壤侵蝕影響程度的定量指標。一般情況下，土壤流失量與坡度坡長呈正相關。計算公式如下：

（四）植被覆蓋與管理因子

USLE 模型中將植被覆蓋管理因子（C）作為反映植被抵抗降雨侵蝕能力的關鍵性指標;本文選用賦值法并借鑒前人研究的C值取值經驗利用第二章的土地利用分類成果估算C因子。

（五）水土保持措施因子

通過查閱文獻可知，由于水土保持措施因子的取值難以確定，目前還沒有普遍適用于全國各地的賦值標準。而土地利用類型某種程度上可以間接表現出區域內水土保持措施的力度，因此可以通過對其進行賦值獲取區域內水土保持措施因子的值。依據上述的公式計算每個土壤侵蝕影響因子計算土壤侵蝕模數再結合《土壤侵蝕分類標準》得到汶川縣2005年以及2010年的土壤侵蝕強度分級圖，如下圖所示：

四、討論與結論

2005年研究區內主要的土壤侵蝕強度等級為微度侵蝕與輕度侵蝕，其余強度等級面積較少，整個研究區北部主要為微度侵蝕以及少量的中度侵蝕;其余大部分為輕度侵蝕，中部有少量的強度侵蝕以及極強度侵蝕;東部地區整體的侵蝕情況較為嚴重，大部分為極強度侵蝕以及劇烈侵蝕;整體分布在水系附近尤其南部最為嚴重;2010年研究區內主要的土壤侵蝕強度等級主要為輕度侵蝕以及中度侵蝕;研究區北部有部分微度侵蝕;中部地區主要為輕度侵蝕;其余地區主要為中度侵蝕;從東北方沿著水系分布到西南方有明顯的強度等級變化，從輕度侵蝕逐漸變化為劇烈侵蝕;南部地區侵蝕最為嚴重，主要為劇烈侵蝕少部分極強度侵蝕;對比前后兩期的土壤侵蝕強度等級變化可以明顯看出隨著時間增長研究區內整體土壤侵蝕強度等級都有明顯惡化;整體分布大致在水系周圍，可能由于08年大地震的影響對研究區內的侵蝕強度造成了一定影響。

參考文獻：

[1]張科利，彭文英，楊紅麗. 中國土壤可蝕性值及其估算 [J].土壤學報，2007，44（ 1） ： 7-13.

[2]Boyle J F， Plater A J， Mayers C， et al. Land use， soil erosion， and sediment yield at Pinto Lake， California： comparison of a simplified USLE model with the lake sediment record [J].Journal of Paleolimnology， 2011， 45（2）：199-212.吳次芳，宋戈.2009.土地利用學[M].北京：科學出版社.

[3]李天宏，鄭麗娜.基于RUSLE模型的延河流域2001—2010年土壤侵蝕動態變化 [J].自然資源學報，2012，27（7）：1164-1175.

作者簡介：

王爾東（1995-），男，漢族，四川成都人，碩士，單位：成都理工大學地球科學學院，研究方向：大地測量與測量工程。