1986-2013年南京市土地利用變化對(duì)土壤侵蝕的影響

郭 賡, 丁鳴鳴, 錢(qián) 洲, 林 杰, 佟光臣, 崔琳琳

(1.南京林業(yè)大學(xué) 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心, 江蘇省水土保持與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210037;2.南京市水務(wù)局, 南京 210036; 3.南京市水土保持管理中心, 南京 210008; 4.浙江省寧海縣水利局, 浙江 寧海 315600)

土壤侵蝕是影響最廣、危害最嚴(yán)重的世界十大環(huán)境問(wèn)題之一，它不僅導(dǎo)致水土資源流失、土地生產(chǎn)力下降和糧食減產(chǎn)，還會(huì)帶來(lái)崩塌、滑坡、泥石流、洪水和水污染等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[1-4]，已經(jīng)成為影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的限定性因素之一。因此，快速、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)土壤侵蝕對(duì)于實(shí)現(xiàn)資源與環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展具有重要的意義。

土地利用/覆被變化(LUCC)長(zhǎng)期以來(lái)一直是全球環(huán)境研究的熱點(diǎn)和前沿問(wèn)題之一，其與土壤侵蝕的關(guān)系是國(guó)際地圈與生物計(jì)劃(International Geosphere Biosphere Program, IGBP)與全球環(huán)境變化的人文領(lǐng)域計(jì)劃(International Human Dimensions Programme on Global Environment Change, IHDP)的核心研究計(jì)劃之一，是全球環(huán)境研究的熱點(diǎn)和前沿問(wèn)題[5]。土地利用覆被格局及其變化的復(fù)雜化，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和演變產(chǎn)生了深刻的影響[6]，產(chǎn)生諸如城市熱島效應(yīng)[7-8]、地表徑流與土壤侵蝕[9-10]、土壤性質(zhì)變異[11-13]、水資源污染[14]、生物多樣性減少等[15]問(wèn)題。LUCC是土壤侵蝕的催化劑，可以改變氣候、土壤、植被等局部地區(qū)的微環(huán)境，進(jìn)而影響土壤侵蝕。因此，探討土地利用/覆被變化對(duì)土壤侵蝕的影響對(duì)區(qū)域內(nèi)水土流失防治等工作具有現(xiàn)實(shí)意義。

近年來(lái)，已有不少學(xué)者對(duì)LUCC與土壤侵蝕的關(guān)系進(jìn)行了研究分析。喻鋒等[16]利用USLE模型研究皇甫川流域不同土地利用類(lèi)型下土壤侵蝕分布規(guī)律，結(jié)果表明近幾十年流域土地利用變化劇烈，且林、灌措施是流域植被恢復(fù)和減少土壤侵蝕的首選。李婷等[17]利用ArcGIS 10.0及 InVEST土壤保持模型，著重探討了秦嶺山地丹江流域土地利用類(lèi)型方式轉(zhuǎn)變對(duì)流域土壤侵蝕的影響，結(jié)果表明2000—2010年耕地大面積轉(zhuǎn)為灌叢是該流域由土地利用類(lèi)型變化引起的土壤侵蝕減緩的主要原因。徐曉雅等[18]運(yùn)用USLE模型，借助ENVI和ArcGIS軟件，綜合分析了瀾滄縣 2000年、2010年、2014年三期土地利用變化和土壤侵蝕的特征，研究結(jié)果表明15 a間瀾滄縣土壤侵蝕總面積變化不大，草地和耕地的侵蝕面積減少，土壤侵蝕量下降，但2014年由于人類(lèi)活動(dòng)、人口增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程的加快等原因，林地和桉樹(shù)林地的土壤侵蝕加重。謝穎穎等[19]利用RS和GIS技術(shù)，運(yùn)用疊置分析和轉(zhuǎn)移矩陣分析的方法，研究分析了喀斯特山區(qū)土地利用變化與土壤侵蝕的關(guān)系，結(jié)果表明兩者間具有密切的聯(lián)系，其中耕地是該地區(qū)土壤侵蝕發(fā)生的主要土地利用類(lèi)型，耕地減少和草地增加分別與土壤侵蝕呈正相關(guān)和負(fù)相關(guān)關(guān)系，研究結(jié)果有利于土地資源的合理配置和喀斯特地區(qū)的生態(tài)保護(hù)。綜上所述，土地利用/覆被與土壤侵蝕相互影響，相互制約，土地利用/覆被的變化會(huì)影響土壤侵蝕的轉(zhuǎn)變，反之，會(huì)影響土地利用/覆被的轉(zhuǎn)變。

作為長(zhǎng)江流域四大中心城市和長(zhǎng)三角西部樞紐城市，南京市人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，地形起伏大，長(zhǎng)期不合理的開(kāi)發(fā)利用和降雨集中等特點(diǎn)，使得該地區(qū)土壤侵蝕環(huán)境較為復(fù)雜。因此，研究土地利用與土壤侵蝕間的耦合關(guān)系對(duì)于區(qū)域資源與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展具有重要理論和實(shí)際意義，以期更有效地指導(dǎo)城市土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整、優(yōu)化開(kāi)發(fā)保護(hù)布局、設(shè)計(jì)合理治理措施和規(guī)劃未來(lái)城市的生態(tài)布局和重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域，從而在促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)治理好水土流失。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

南京市位于長(zhǎng)江中下游平原，地理坐標(biāo)為31°14′—32°36′N(xiāo)，118°32′—119°14′E，共11個(gè)區(qū)，其中調(diào)整后的江南六區(qū)(鼓樓、玄武、秦淮、建鄴、雨花臺(tái)、棲霞)是中心城區(qū)。全市國(guó)土總面積約6 587.02 km2，其中丘陵崗地、平原洼地、江河湖泊等水面的面積比例大約為63∶24∶11，以低山丘陵為主。氣候?qū)儆诒眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，四季分明，年平均氣溫15.4℃，日照時(shí)數(shù)1 687 h，雨熱同期，降水充足，年平均降雨量1 106 mm，屬于南方紅壤水力侵蝕區(qū)。植被類(lèi)型屬于常綠落葉闊葉混交林，多為次生植被，以人工林為主。主要分布樹(shù)種有馬尾松(PinusmassonianaLamb.)、麻櫟(Quercusacutissima)、楓香(Liquidambarformosana)、冬青(LlexchinensisSims)等。該地區(qū)土壤主要有地帶性土壤(黃棕壤和少部分紅壤)和耕作性土壤(水稻土和灰潮土)兩種類(lèi)型。

1.2 數(shù)據(jù)源及其預(yù)處理

1.2.1 數(shù)據(jù)源 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源包括：南京市1986年、1996年、2002年三期的土地利用/覆被數(shù)據(jù)，空間分辨率為30 m(中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心提供)、氣象數(shù)據(jù)(來(lái)自國(guó)家氣象數(shù)據(jù)網(wǎng) www.cma.gov.cn)、土壤數(shù)據(jù)(來(lái)自www.geodata.cn)、南京市數(shù)字高程模型DEM(30 m)(來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云www.gscloud.cn)，南京市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料及統(tǒng)計(jì)年鑒等。

遙感影像數(shù)據(jù)源包括：Landsat 8 OLI及Landsat 5 Thematic Mapper數(shù)據(jù)。由于1986年和1996年兩期的遙感圖像受云霧等影響存在質(zhì)量問(wèn)題，沒(méi)有合適的數(shù)據(jù)源，故選用相鄰的1987年和1997年兩期數(shù)據(jù)進(jìn)行代替。此外，由于南京市地理范圍較大，TM影像上北部有小部分落在了120/37條帶上，因此需要兩景數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，共7景影像數(shù)據(jù)。遙感影像參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 遙感影像數(shù)據(jù)參數(shù)表

1.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理 遙感影像預(yù)處理包含輻射校正和幾何校正，其中輻射校正是遙感影像獲取地面物體真實(shí)反射率必不可少的步驟。本文采用ENVI軟件進(jìn)行輻射定標(biāo)和大氣校正，同時(shí)以校正好的南京市2007年的TM遙感影像為基準(zhǔn)，采用二次多項(xiàng)式擬合法進(jìn)行幾何校正，并將誤差控制在0.5個(gè)像元內(nèi)。最后，用南京的邊界矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行裁切，得到研究區(qū)域7景影像數(shù)據(jù)。

2 研究方法

2.1 土地利用類(lèi)型劃分

根據(jù)研究區(qū)的景觀(guān)特點(diǎn)，結(jié)合影像分辨率和研究目的，土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)解譯主要采用1984年全國(guó)農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會(huì)制定的《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》，采用該分類(lèi)方法的原因是為了與中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心提供的四期土地利用覆被分類(lèi)方案一致。為了本研究需要，最終將土地利用重分類(lèi)為6類(lèi)：耕地、林地、草地、居民點(diǎn)及建設(shè)用地、水域和其他用地。

2013年土地利用覆被數(shù)據(jù)是以2013年Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，參考GOOGLE EARTH高分辨率影像和2002年土地利用覆被數(shù)據(jù)以及國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)——地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)獲取的2013年土地利用覆被數(shù)據(jù)，人機(jī)交互解譯獲得，經(jīng)實(shí)地采樣驗(yàn)證，解譯精度在88%以上。

2.2 RUSLE模型

修正的通用土壤流失方程(RUSLE)表達(dá)式為：

Ai=f·R·K·LS·C·P

(1)

式中:Ai為年土壤流失量〔t/(km2·a)〕;R為降雨和徑流因子〔(MJ·mm)/(hm2·h·a)〕;K為土壤可蝕性因子〔(t·hm2·h)/(hm2·MJ·mm)〕;L為坡長(zhǎng)因子;S為坡度因子;C為植被覆蓋因子;P為水土保持措施因子,其中L,S,C與P為無(wú)量綱單位。f為轉(zhuǎn)換系數(shù),土壤流失量的單位為t/(hm2·a),我國(guó)習(xí)用t/(km2·a),二者轉(zhuǎn)換常數(shù)f為100。

2.3 RUSLE模型中各因子的確定

2.3.1 降雨侵蝕力因子的計(jì)算 降雨是引起土壤侵蝕最重要的外部因素之一，也是土壤侵蝕發(fā)生最直接的動(dòng)力之一。本研究以南京市31個(gè)氣象站點(diǎn)的逐日降雨量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選擇了章文波等[20]提出的日雨量估算模型計(jì)算降雨侵蝕力，公式為：

(2)

式中:M為某一半月時(shí)段的降雨侵蝕力值〔(MJ·mm)/(hm2·h·a)〕;k是指該半月時(shí)段內(nèi)的降雨天數(shù);Pj表示該半月時(shí)段內(nèi)第j天的日雨量,并且要求日雨量不得小于12 mm,否則記為0,上述12 mm閾值是與中國(guó)侵蝕性降雨標(biāo)準(zhǔn)相符合的[21]。半月時(shí)段的分隔日為每月第15日,每月前15 d作為一個(gè)半月時(shí)段,該月剩下天數(shù)作為另一個(gè)半月時(shí)段,以此全年共被劃分為24個(gè)時(shí)段[20]。

根據(jù)章文波的回歸計(jì)算，待定參數(shù)ɑ和β的擬合方程為：

(3)

α=21.586β-7.1891

(4)

式中:Pd12為日雨量不小于12 mm的日平均雨量(mm);Py12為日雨量不小于12 mm的年平均雨量(mm)。

2.3.2 土壤可蝕性因子的計(jì)算 本研究參考前人的研究并結(jié)合具體的實(shí)際情況，采用Williams等[22-23]于1990年提出的EPIC模型來(lái)計(jì)算K值，公式為：

(5)

式中：K為土壤可蝕性因子，為美國(guó)制單位，需要轉(zhuǎn)化為國(guó)際制單位〔(t·hm2·h)/(MJ·mm·hm2〕；SAN為土壤中砂粒含量(%)；SIL為土壤中粉粒含量(%)；CLA為土壤中黏粒含量(%)；C為土壤中有機(jī)碳含量(%)；SN1=1-SAN/100。該公式需要的砂粒、粉粒、黏粒及有機(jī)質(zhì)含量原始數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)土種志和中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所土壤數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.3.3 地形因子的計(jì)算 在大尺度上，坡度坡長(zhǎng)因子主要靠數(shù)字高程模型(DEM)來(lái)提取[24]。本文參考水利部2012年頒布的水土保持遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(SL592-2012)中采用的坡度與坡長(zhǎng)因子計(jì)算方法，結(jié)合南京市丘陵山區(qū)陡坡較多的實(shí)際情況，對(duì)坡度因子中部分參數(shù)參考劉寶元[25]陡坡公式進(jìn)行了修訂。

坡度因子計(jì)算公式：

(6)

坡長(zhǎng)因子計(jì)算公式：

(7)

(8)

式中:S為坡度因子;L為坡長(zhǎng)因子;λ為水平投影坡長(zhǎng)(m);M為坡長(zhǎng)指數(shù)。

2.3.4 植被覆蓋管理措施因子的計(jì)算 林杰等[26-27]提出以植被結(jié)構(gòu)因子—葉面積指數(shù)(LAI)取代長(zhǎng)期以來(lái)用于水土保持定量評(píng)價(jià)的植被覆蓋度，能有效的提高侵蝕預(yù)測(cè)精度。本文選擇BP模型和LAI，反演研究區(qū)的植被方向性覆蓋度和植被覆蓋管理措施因子C。

植被方向性覆蓋度與葉面積指數(shù)(LAI)間存在一個(gè)經(jīng)典物理意義上的轉(zhuǎn)換公式。Chen等[28](1997)和Kuusk等(2004)提出[29]：

Fcover(θ)=1-P(θ)=1-e-G(θ)LAI/cosθ

(9)

式中:Fcover(θ)是植被方向性覆蓋;P(θ)為冠層的孔隙率;G(θ)為葉片在太陽(yáng)入射方向上的投影,表征了葉子截光能力的大小;LAI是葉面積指數(shù);θ為太陽(yáng)入射天頂角;當(dāng)植被葉片呈球形隨機(jī)分布時(shí),G(θ)=0.5,公式(9)簡(jiǎn)化為:

Fcover(θ)=1-P(θ)=1-e-LAI/(2cosθ)

(10)

因此，只要從遙感影像上反演出長(zhǎng)時(shí)間序列LAI，即可準(zhǔn)確地估算出植被喬、灌和草垂直植被覆蓋度動(dòng)態(tài)變化。

蔡崇法等[30]通過(guò)徑流小區(qū)的多場(chǎng)人工降雨和天然降雨資料與地表覆蓋度之間的相關(guān)關(guān)系，用回歸分析方法建立了C因子與植被覆蓋度f(wàn)c(以百分?jǐn)?shù)表示)的關(guān)系式。林杰等[26]修訂了該模型如下：

(11)

2.3.5 水土保持措施因子的計(jì)算P因子是指其他條件相同情況下采用一定水土保持措施后的土壤流失量與無(wú)水土保持措施時(shí)的土壤流失量之比，一般介于0到1。在對(duì)研究區(qū)實(shí)際考察的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人的研究及經(jīng)驗(yàn)[31-32]，對(duì)不同土地利用類(lèi)型賦值，林地、草地、居民點(diǎn)及建設(shè)用地、水域、其他用地、水田、旱地對(duì)應(yīng)的P因子分別為1.00，1.00，0，0，1，0.01，0.35。

3 結(jié)果與分析

3.1 南京市土壤侵蝕時(shí)空變化

將計(jì)算的RUSLE模型中的各因子代入公式(1)，得到1986年、1996年、2002年、2013年四年的土壤侵蝕模數(shù)圖，統(tǒng)計(jì)分析不同年份土壤侵蝕模數(shù)的均值和最值(表2)。

由表2可知，1986—2013年南京市土壤侵蝕共經(jīng)歷了兩個(gè)階段：第一階段為1986—1996年，土壤侵蝕加劇，土壤侵蝕模數(shù)從1986年的245.98 t/(km2·a)上升到636.8 t/(km2·a)，土壤侵蝕面積由324.11 km2增加到457.06 km2，增加了132.95 km2，侵蝕面積比從5.29%增加到7.46%，增加了41.02%。第二階段為1996—2013年，土壤侵蝕得到了有效的治理，侵蝕模數(shù)從1996的636.8 t/(km2·a)降到175.27 t/(km2·a)，土壤侵蝕面積由457.06 km2減少到150.11 km2，減少了306.95 km2，侵蝕面積比從7.46%減少到2.45%，減少了67.16%，南京市土壤侵蝕嚴(yán)重的地區(qū)主要分布在位于江寧區(qū)的寧鎮(zhèn)山脈西段和浦口區(qū)的老山， 2000年以前這兩處采礦較多，采礦區(qū)基本為裸露山體，植被覆蓋率很低，2000年以后南京市政府關(guān)停了大多數(shù)的露天開(kāi)采的礦山、窯廠(chǎng)，生態(tài)條件才逐步改善，土壤侵蝕狀況得以遏制。

表2 南京市不同年份去除水體后土壤侵蝕模數(shù) t/(km2·a)

利用上述計(jì)算得到研究區(qū)土壤侵蝕分布圖，根據(jù)《土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL190-2007)中關(guān)于南方紅壤丘陵區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)侵蝕等級(jí)分為6個(gè)等級(jí)〔t/(km2·a)〕：分別為微度(<500)、輕度(500～2500)、中度(2500～5000)、強(qiáng)烈(5000～8000)、極強(qiáng)烈(8000～15000)、劇烈(>15000)，得到南京市4個(gè)年份的土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)。微度侵蝕所占比重最大，四期分別占總面積的94.71%，92.54%，95.34%和97.55%，輕度及其以上的土壤侵蝕占比依次為5.29%，7.46%，4.66%和2.45%，由此可知南京市水土保持的本底較好；其次是輕度侵蝕，四期分別占總面積的3.41%，4.44%，3.23%和1.53%。微度和輕度侵蝕的面積之和超過(guò)總面積的97%。然而，微度侵蝕的侵蝕量所占比例卻最小，四期分別為6.78%，3.11%，6.29%，4.31%；中度及其以上侵蝕類(lèi)型所占的面積雖然不超過(guò)總面積的3%，但四期侵蝕量的比例之和卻均超過(guò)77%，最高達(dá)88.9%；其中極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕的面積比不超過(guò)1.27%，但兩者侵蝕量比例之和卻超過(guò)53.49%，最高達(dá)76.58%，由此可見(jiàn)，南京市不同等級(jí)侵蝕面積與對(duì)應(yīng)的侵蝕量呈明顯的倒掛現(xiàn)象，因此較高等級(jí)侵蝕區(qū)應(yīng)當(dāng)是重點(diǎn)治理的區(qū)域，不可因?yàn)槊娣e較小而輕視。1986—1996年南京市除了微度侵蝕的面積下降之外，其他等級(jí)的侵蝕面積均有較明顯的增長(zhǎng)，中度及以上侵蝕類(lèi)型所占的侵蝕量比例之和從77.1%增加到88.9%，土壤侵蝕總量從150.4萬(wàn)t增加到387.32萬(wàn)t，侵蝕總量顯著增加。1996—2002年南京市除了微度侵蝕面積略有增加之外，其他侵蝕面積均有所減小，土壤侵蝕總量從387.32萬(wàn)t減少到145.76萬(wàn)t，侵蝕總量顯著減小。2002—2013年南京市的微度侵蝕面積繼續(xù)增大，其他等級(jí)的侵蝕面積也都繼續(xù)減小，土壤侵蝕總量從145.76萬(wàn)t減少到107.97萬(wàn)t，土壤侵蝕總量持續(xù)下降。2013年南京市的土壤侵蝕總量相比于1986年減少了28.2%，中度及以上侵蝕類(lèi)型所占面積比下降了0.96%，由此可知2013年南京市土壤侵蝕狀況相比于1986年有所改善。

從南京市土壤侵蝕強(qiáng)度的空間分布來(lái)看，土壤侵蝕主要發(fā)生在生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)擾動(dòng)比較頻繁的丘陵山區(qū)，主要分布在大、中型采礦挖沙、水泥廠(chǎng)等企業(yè)開(kāi)采而裸露的山體，如寧鎮(zhèn)山脈西段江寧區(qū)的黃龍山、小茅山等地，這些區(qū)域植被覆蓋遭到嚴(yán)重破壞，水土流失嚴(yán)重。1986—1996年侵蝕強(qiáng)度下降明顯，主要分布在江寧、溧水、浦口老山和六合東部的一些丘陵山區(qū)。

3.2 不同土地利用類(lèi)型的土壤侵蝕特征

從南京市四期土地利用類(lèi)型的面積(表3)可以看出，南京市土地利用類(lèi)型主要是耕地和居民點(diǎn)及建設(shè)用地，其次是林地和水域。從不同土地利用類(lèi)型對(duì)應(yīng)的土壤侵蝕狀況(表4)可以看出，南京市87%以上的土壤侵蝕量集中在林地和耕地，主要原因是南京市的林地多分布在丘陵山區(qū)，地形坡度較大，一旦植被破壞，植被覆蓋率迅速降低，在暴雨沖刷下很容易形成較大的土壤流失量；而對(duì)于耕地來(lái)說(shuō)，雖然總體上土壤侵蝕強(qiáng)度較輕，但是由于其本身面積比例大，所以最終累積的結(jié)果也比較大。草地和其他用地由于本身的面積就比較小，所以土壤侵蝕量也比較小。因此，南京市的土壤侵蝕治理重點(diǎn)要放在被破壞的山體上，必要時(shí)采取工程措施、生物措施與農(nóng)業(yè)措施相結(jié)合對(duì)破壞山體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

結(jié)合表3和表4可知，1986—1996年耕地和林地的面積比略有下降，分別由原來(lái)的67.29%和10.9%下降到65.28%和10.83%，但是其對(duì)應(yīng)的侵蝕量分別由286 340 t和1 133 150 t增加到687 748 t和2 730 124 t；與此相反，草地和其他用地面積比略有上升，分別由0.26%和0.07%上升到0.27%和0.08%，其對(duì)應(yīng)的侵蝕量分別由51 716.11 t和35 651.12 t增加到273 032.9 t和182 562 t，由此可知，該時(shí)段內(nèi)土壤侵蝕狀況加劇。1996—2013年耕地面積比由65.28%降低到45.58%，對(duì)應(yīng)的土壤侵蝕量也由687 748.3 t減少到167 521 t；相反，林地和居民點(diǎn)及建設(shè)用地的面積比由10.83%和13.52%增加到12.6%和27.27%，其中由林地引起的土壤侵蝕量由2 730 124 t減少到770 902 t，因此該時(shí)段內(nèi)土壤侵蝕狀況得到明顯改善。

從不同土地利用類(lèi)型中土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)的面積分布來(lái)看(圖1)，1986—2013年的4個(gè)時(shí)段內(nèi)不同土地利用類(lèi)型中的侵蝕強(qiáng)度等級(jí)構(gòu)成相一致，同一土地利用類(lèi)型中構(gòu)成的侵蝕強(qiáng)度的類(lèi)型和面積比很接近，且微度和輕度等級(jí)的面積在各土地利用類(lèi)型中均占主體。具體而言，在耕地中，侵蝕等級(jí)比重最大的為微度侵蝕，且四期均在94%以上，其次為輕度侵蝕，四期的面積比介于1.2%～4.6%；在林地中，侵蝕等級(jí)最大的仍為微度侵蝕，面積比介于70.1%～89.2%，其次為輕度侵蝕，面積比介于5.8%～15.4%，中度及其以上侵蝕介于5%～18.8%；在草地中，侵蝕等級(jí)排在前兩位的是微度侵蝕和輕度侵蝕，各自面積比分別介于75%～89.2%和6.4%～16.2%；居民點(diǎn)及建設(shè)用地和水域都是微度侵蝕；在其他用地中，侵蝕等級(jí)偏重，中度及其以上等級(jí)的面積比介于42.7%～83.8%。

表3 南京市不同年份不同土地利用類(lèi)型

表4 南京市不同年份不同土地利用類(lèi)型土壤侵蝕量

圖1 1986-2013年不同土地利用類(lèi)型在不同土壤侵蝕強(qiáng)度中的分布

3.3 土地利用變化與土壤侵蝕關(guān)系分析

從不同土地利用類(lèi)型引起的土壤侵蝕變化速率來(lái)看(圖2)， 1986—2013年近30 a時(shí)間內(nèi)由居民點(diǎn)及建設(shè)用地、水體和其他用地變化引起的土壤侵蝕變化速率波動(dòng)較小，侵蝕速率基本在500 hm2/a以下，且2002年之前由這3種土地利用類(lèi)型變化引起的土壤侵蝕速率呈增加趨勢(shì)，而2002年之后土壤侵蝕速率呈顯著下降趨勢(shì)；相反地，由耕地、林地和草地變化引起的土壤侵蝕變化速率波動(dòng)較大，其中由耕地變化引起的侵蝕速率在757～2 196 hm2/a，由林地變化引起的侵蝕速率介于1 096～2 711 hm2/a，由草地變 化引起的侵蝕速率介于257～1 009 hm2/a。

從1986—2013年的時(shí)間變異來(lái)看，1996—2002年除耕地外，其余土地利用類(lèi)型變化引起的侵蝕變化速率都達(dá)到最大值，1986—2002年除由耕地變化引起的侵蝕變化速率呈下降趨勢(shì)外，其余均呈上升趨勢(shì)，其中由林地變化引起的侵蝕變化速率呈急劇上升趨勢(shì)；1996—2013年，土壤侵蝕變化速率呈顯著下降趨勢(shì)，在2002—2013年除其他用地外，其余土地利用類(lèi)型變化引起的侵蝕變化速率達(dá)到最低值。

圖2 1986-2013年不同土地利用變化引起的

土地利用/覆被對(duì)土壤侵蝕的影響可以歸為3類(lèi)：無(wú)明顯影響、正面影響和負(fù)面影響。由于土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)換的多樣性，所以由其變化對(duì)侵蝕強(qiáng)度引起的影響也可以同時(shí)包含上述3個(gè)影響。

根據(jù)圖3可以看出，1986—1996年這一時(shí)段內(nèi)水域、居民點(diǎn)及建設(shè)用地和其他用地對(duì)土壤侵蝕無(wú)明顯影響，主要原因是前兩者類(lèi)型轉(zhuǎn)化具有不可逆性或者轉(zhuǎn)化成本巨大，而其他用地由于面積較小，因此變化不顯著。耕地變化對(duì)土壤侵蝕具有明顯的負(fù)面影響，主要是因?yàn)楦卦诳焖俪鞘谢尘跋轮饕飨蚓用顸c(diǎn)及建設(shè)用地、水域和林地。其中耕地在流向居民點(diǎn)及建設(shè)用地和水域時(shí)，由于二者侵蝕等級(jí)和大部分耕地均為微度，沒(méi)有下降的空間，故沒(méi)有體現(xiàn)出正面影響，但是在侵蝕模數(shù)數(shù)值上是降低的，地表硬化后土壤不再發(fā)生明顯侵蝕，但是水土流失及生態(tài)環(huán)境并沒(méi)有得到相應(yīng)的改善；耕地在流向林地時(shí)，尤其是流向經(jīng)濟(jì)林地時(shí)，主要發(fā)生在丘陵山區(qū)周?chē)斐赏寥狼治g狀況加劇，在提高一個(gè)等級(jí)處有明顯的波峰，其峰值為15 446.05 hm2。林地和草地尤其是林地對(duì)土壤侵蝕既具有正影響也具有負(fù)面影響，以正面影響為主，本時(shí)段內(nèi)兩者兼有的原因是林地流向居民點(diǎn)及建設(shè)用地的同時(shí)也流向耕地，在流向居民點(diǎn)及建設(shè)用地時(shí)主要起正面影響作用，降低了土壤侵蝕強(qiáng)度，而在流向耕地時(shí)主要起負(fù)面作用，增加了土壤侵蝕強(qiáng)度，尤其是毀林開(kāi)墾，陡坡開(kāi)墾，降低了植被蓋度，造成了大量的水土流失。林地在降低一個(gè)等級(jí)處和增加一個(gè)等級(jí)處各存在一個(gè)小的波峰，峰值分別為6 524.19，2 338.92 hm2；草地在降低兩個(gè)等級(jí)處也有一個(gè)小的波峰，峰值為1 743.57 hm2。由于耕地變化引起的侵蝕強(qiáng)度下降一個(gè)等級(jí)的面積遠(yuǎn)大于由林地和草地變化分別引起的增加一個(gè)等級(jí)和兩個(gè)等級(jí)的面積之和，造成研究區(qū)土壤侵蝕狀況加劇。

圖3 1986-1996年土地利用變化引起的土壤侵蝕強(qiáng)度變化

由圖4可以看出，1996—2002年這一時(shí)段內(nèi)整體趨勢(shì)與上一時(shí)段相同，但林地和耕地引起的變化幅度出現(xiàn)了互換，其中由林地變化引起的在下降一個(gè)等級(jí)處有個(gè)峰值為14616.5 hm2。此外，由林地和草地變化分別引起的下降一個(gè)等級(jí)和兩個(gè)等級(jí)的面積遠(yuǎn)大于由耕地變化引起的侵蝕強(qiáng)度上升一個(gè)等級(jí)的面積，所以該時(shí)段內(nèi)土壤侵蝕狀況有所緩解。

由圖5可以看出，2002—2013年這一時(shí)段內(nèi)整體趨勢(shì)與1996—2002時(shí)段相同，只是在引起的變化幅度上較上一時(shí)段趨緩，土壤侵蝕得到進(jìn)一步緩解。

圖5 2002-2013年土地利用變化引起的土壤侵蝕強(qiáng)度變化

4 結(jié) 論

(1) 南京市土壤侵蝕以微度侵蝕為主，其侵蝕面積比不小于92%，而其侵蝕量所占比重最小(<3.11%)。極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕的面積比不超過(guò)1.27%，但兩者侵蝕量比例之和超過(guò)53.49%，最高達(dá)76.58%。由此可見(jiàn)，南京市不同等級(jí)侵蝕面積與對(duì)應(yīng)的侵蝕量呈明顯倒掛現(xiàn)象，因此極強(qiáng)烈與劇烈侵蝕區(qū)是預(yù)防和加強(qiáng)整治的重點(diǎn)區(qū)域。從南京市土壤侵蝕強(qiáng)度的空間分布來(lái)看，土壤侵蝕主要發(fā)生在生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)擾動(dòng)比較頻繁的丘陵山區(qū)。

(2) 1986—2013年南京市的土壤侵蝕經(jīng)歷了一個(gè)先增加后減弱的過(guò)程。1986—1996年土壤侵蝕加劇，土壤侵蝕模數(shù)從245.98 t/(km2·a)增加到636.8 t/(km2·a)，侵蝕面積比增加了41.02%。1996—2013年土壤侵蝕得到了有效治理，侵蝕模數(shù)從636.8 t/(km2·a)減少到175.27 t/(km2·a)，侵蝕面積比減少了67.16%，結(jié)果表明南京市近年來(lái)土壤侵蝕治理效果顯著。

(3) 1986—2013年內(nèi)由居民點(diǎn)及建設(shè)用地、水體和其他用地變化引起的土壤侵蝕變化速率波動(dòng)較小，相反地，由耕地、林地和草地變化引起的土壤侵蝕變化速率波動(dòng)較大。從時(shí)間變異來(lái)看，1996—2002年土壤侵蝕速率變化最大，2002—2013年土壤侵蝕變化速率最為穩(wěn)定。

從不同土地利用覆被類(lèi)型對(duì)土壤侵蝕強(qiáng)度影響來(lái)看，水域、居民點(diǎn)及建設(shè)用地和其他用地對(duì)土壤侵蝕無(wú)明顯影響，而耕地對(duì)土壤侵蝕具有明顯的負(fù)面影響，主要是因?yàn)楦卦诳焖俪鞘谢尘跋轮饕飨蚓用顸c(diǎn)及建設(shè)用地、水域和林地，從而降低了土壤侵蝕強(qiáng)度。林地和草地變化對(duì)土壤侵蝕既有負(fù)面影響也具有正面影響，以正面影響為主，這主要是因?yàn)榱值丶攘飨蚋匾擦飨蚓用顸c(diǎn)及建設(shè)用地和水域，不同時(shí)期其主要影響不同。

因此，南京市需加大對(duì)于開(kāi)礦、生產(chǎn)開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目等重點(diǎn)區(qū)域的治理力度，加大線(xiàn)狀、河流、帶狀等生態(tài)廊道的建設(shè)，加大綠色景觀(guān)建設(shè)，優(yōu)化國(guó)土利用空間布局。