錦州市土壤侵蝕特征及土地利用類型變化分析

賈鵬天

（凌海市水利事業(yè)服務(wù)中心，遼寧 凌海 121200）

土壤侵蝕會(huì)導(dǎo)致土地生產(chǎn)能力下降、洪澇災(zāi)害加劇及土地資源破壞等[1]。調(diào)查顯示，我國面臨著嚴(yán)重的土壤侵蝕問題，每年土壤流失量達(dá)到49.80億t，對(duì)區(qū)域生態(tài)安全已構(gòu)成潛在威脅，研究分析土壤侵蝕特征顯得非常重要[2]。目前，我國相關(guān)研究大多側(cè)重于土壤侵蝕驅(qū)動(dòng)力、養(yǎng)分流失與土壤侵蝕特征以及時(shí)空動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)等方面[3-6]。錦州市地處“遼西走廊”東端，這是凌河流域的生態(tài)保護(hù)屏障。隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，森林覆被土地利用發(fā)生顯著改變，研究錦州市土地利用類型變化及土壤侵蝕特征對(duì)修復(fù)和保護(hù)凌河流域生態(tài)環(huán)境具有現(xiàn)實(shí)意義。鑒于此，文章以錦州市為例，采用GIS 技術(shù)與RUSLE 方程，從縣域和市域尺度上研究錦州市2020 年土壤侵蝕及其變化特征，并進(jìn)一步揭示不同用地類型的侵蝕狀況，旨在為凌河流域生態(tài)安全級(jí)錦州市生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況

錦州市地處遼寧省西南部，介于E120° 43' ～122° 36'，N40° 48'～42° 08'之間，總面積1 0301km2，這是連接渤海與東北內(nèi)陸的黃金走廊。地勢(shì)西北高、東南低，從東南向西北分別平原區(qū)、丘陵區(qū)和低山區(qū)，海岸線總長97.7km，近海水域12萬hm2。境內(nèi)屬暖溫帶半濕潤氣候，年均氣溫7.8～9.0℃，年降水量567mm，降水分布四季不均，其中60%～70%集中于夏季。錦州市主要繞陽河、大小凌河、女兒河、二郎洞水和觀音洞水等河流，其特點(diǎn)是流量小變化大，冰期長，含沙量高，利用率低，地區(qū)差異明顯等。全市森林覆蓋率從最初的20%逐年增大到2020年的42%，林草植被生長狀況和生態(tài)環(huán)境明顯改善。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

由地理空間數(shù)據(jù)云下載分辨率30m 的2020 年Landsat 遙感影像數(shù)據(jù)和DEM 數(shù)字高程模型，在ENVI 中對(duì)影像校正、裁剪拼接，以確保解譯數(shù)據(jù)不低于85%的精度要求。將土地劃分成未利用地、建設(shè)用地、水域、草地、林地和耕地等6 類。土壤數(shù)據(jù)來源于世界和諧土壤庫，分辨率1km，從錦州市氣象站2005—2020 年逐月降水資料提取降雨數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

錦州市土壤侵蝕空間分布特征利用GIS 技術(shù)與RUSLE 方程進(jìn)行研究，其表達(dá)式為：

式中：A表示土壤侵蝕量，t/(hm2·a)；R表示降雨侵蝕力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)；K表示土壤可蝕性因子t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；LS表示坡長、坡度因子，無量綱；C表示植被覆蓋與管理因子，無量綱；P表示水保措施因子，無量綱。

1）降雨侵蝕力因子R。它反映了降雨對(duì)土壤的潛在侵蝕能力，通常利用簡(jiǎn)易公式確定[7]。參考史冬梅等研究成果，考慮利用下式計(jì)算錦州市降雨侵蝕力：

式中：P表示年降雨量，mm。

2）土壤可蝕性因子K。該因子體現(xiàn)了侵蝕動(dòng)力對(duì)土壤的搬運(yùn)和剝蝕的敏感程度，其計(jì)算方法如下：

式中：SAN、SIL、CLA代表土壤中砂粒、粉粒和黏粒含量，%；C表示土壤有機(jī)碳含量，%。CLA代表＜0.002mm黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）。其中：SN1=1-SAN/100

3）坡度坡長因子S和L。它反映了土壤侵蝕受地形特征的影響作用，對(duì)緩坡、陡坡和坡長因子分別利用Mc Cool、劉保元等提出公式計(jì)算，即：

式中：θ、n代表坡度(°)和坡長指數(shù)；λ代表坡長，m。

4）植被覆蓋與管理因子C。該因子體現(xiàn)了土壤侵蝕受植被覆蓋的阻礙程度，其取值范圍0～1，應(yīng)用賦值法確定草地、林地、旱地、水田及其它地類的C因子值為0.03、0.02、0.32、0.12 和0[8-10]。

5）水保措施因子P。它反映了水保措施對(duì)減輕土壤侵蝕的作用，其取值范圍0～1，應(yīng)用賦值法對(duì)草地、林地、旱地、水田及其它地類的P因子值為0.8、1.0、0.5、0.01 和0。

將錦州市土壤侵蝕量按照《土壤侵蝕分級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)》合理劃分等級(jí)，如表2 所示。由于錦州市屬東北黑土區(qū)，微度侵蝕模數(shù)與土壤容許流失量200t/(km2·a)相當(dāng)，故微度侵蝕基本不會(huì)引起水土流失。

表1 土壤侵蝕等級(jí)劃分

表2 錦州市土壤侵蝕分級(jí)特征

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤侵蝕空間分布

錦州市2020 年土壤侵蝕量達(dá)到642.85 萬t，全市土壤侵蝕面積2 649.86km2，土壤侵蝕模數(shù)2 425.98t/(km2·a)，如表2 所示。

從表2 可以看出，錦州市微度侵蝕（1 136.70km2）占總侵蝕面積比例最高達(dá)到42.90%，年侵蝕量（20.06 萬t）所占比例3.21%，相應(yīng)的侵蝕模數(shù)176.48t/（km2·a）；輕度侵蝕（712.34km2）占總侵蝕面積比例較高為26.88%，年侵蝕量（121.96 萬t）所占比例19.52%，相應(yīng)的侵蝕模數(shù)1 712.10t/(km2·a)；中度侵蝕（355.52km2）占總侵蝕面積比例較低為13.42%，年侵蝕量（160.42 萬t）所占比例25.67%，相應(yīng)的侵蝕模數(shù)4 512.26t/（km2·a）；劇烈、極強(qiáng)烈和強(qiáng)烈侵蝕面積占比較小分別為0.49%、3.33%、12.99%，但年侵蝕量較高為23.21、98.95和218.25 萬t，占總侵蝕量比例為3.71%、15.84%和34.93%，相應(yīng)的侵蝕模數(shù)較高，三者分別達(dá)到17 978.31、11 223.91 和6 339.50t/（km2·a）。其中，劇烈侵蝕面積占比只有0.49%，但侵蝕量占比高達(dá)3.71%。總體而言，錦州市以輕度和微度侵蝕為主，劇烈和極強(qiáng)烈侵蝕量所占比例較高，應(yīng)特別注意對(duì)劇烈、極強(qiáng)烈等較高侵蝕等級(jí)的土壤侵蝕防治。

3.2 縣域尺度土壤侵蝕

錦州市不同分區(qū)的土壤侵蝕量和侵蝕模數(shù)具有明顯差異，如表3 所示。

由表3 可知，義縣、凌海市和黑山縣的侵蝕面積較大分別為1 020.64、644.81、499.44km2，所占比例為38.52%、24.33%和18.85%。其中，義縣以微度為主，其次是輕度，無劇烈侵蝕，義縣微度侵蝕占比達(dá)到41.03%。

從侵蝕強(qiáng)度上，凌海市、義縣、黑山縣的微度侵蝕面積均明顯較大分別為299.04、418.73 和231.15km2，輕度侵蝕面積也明顯較高為179.58、235.41、160.84km2， 中度侵蝕面積為112.22、152.26、62.74km2；義縣和北鎮(zhèn)市的強(qiáng)烈侵蝕面積明顯較大為155.28、100.81km2，而義縣的極強(qiáng)烈侵蝕面積明顯較高為58.97km2。從侵蝕量占比上，義縣、凌海市的侵蝕量占比較高為40.26%和25.15%，其次是黑山縣的16.45%和北鎮(zhèn)市的14.33%，而太和區(qū)侵蝕量占比較低為3.86%。從侵蝕模數(shù)上，義縣和凌海市的侵蝕模數(shù)較高達(dá)到3 228.61、2 507.36t/(km2·a)，這是因?yàn)橐陨系貐^(qū)的地形高差和降雨侵蝕力較高，固土保水能力較差。總體而言，錦州市太和區(qū)、黑山縣、北鎮(zhèn)市達(dá)到輕度侵蝕，凌海市和義縣達(dá)到中度侵蝕，且各分區(qū)的微度和輕度侵蝕面積占比較高均在60%以上[11-12]。

3.3 不同用地類型土壤侵蝕

受人類活動(dòng)干擾不同用地類型的土壤侵蝕特征具有明顯差異，如表4 所示。

表4 錦州市不同用地類型土壤侵蝕

從表4 可以看出，不同用地類型的侵蝕量、面積以及強(qiáng)度存在明顯差異[13-15]。具體而言，林地和旱地的侵蝕面積占比較大為41.56%、33.00%，其中旱地主要是微度侵蝕達(dá)到292.39km2，其次是輕度侵蝕的253.01km2；林地以輕度侵蝕為主達(dá)到497.92km2，微度侵蝕次之為279.64km2；未利用地、建設(shè)用地和水域侵蝕面積較小，所占比例為0.01%、3.48%、1.62%，并且主要是微度侵蝕，劇烈、極強(qiáng)烈和強(qiáng)烈侵蝕較少，劇烈侵蝕面積最小分別為0.01km2、2.10km2、0.91km2。從侵蝕量占比的角度上，水田、林地和旱地的侵蝕量占比較高分別為18.26%、27.62%、45.31%，未利用地、水域的侵蝕量占比較低為0.01%和1.25%。總體而言，北鎮(zhèn)市、黑山縣和太和區(qū)侵蝕產(chǎn)沙大多來源于水田、旱地和林地，其它地類具有較少侵蝕量。

4 結(jié) 論

1）錦州市2020 年土壤侵蝕量達(dá)到642.85 萬t，全市土壤侵蝕面積2 649.86km2，土壤侵蝕模數(shù)2 425.98t/（km2·a）；其中，錦州市微度侵蝕面積最廣達(dá)到1 136.70km2，占總侵蝕面積的42.90%，其次是中度和輕度侵蝕，強(qiáng)烈及以上侵蝕面積較小。

2）從縣域上，義縣、凌海市和黑山縣的侵蝕面積較大分別為1 020.64、644.81、499.44km2，所占比例為38.52%、24.33%和18.85%。從侵蝕量占比上，義縣、凌海市的侵蝕量占比較高為40.26%和25.15%，其次是黑山縣的16.45%和北鎮(zhèn)市的14.33%，而太和區(qū)侵蝕量占比較低為3.86%，各分區(qū)的微度和輕度侵蝕面積占比較高均在60%以上。

3）不同用地類型的土壤侵蝕量、侵蝕面積以及強(qiáng)度存在明顯差異，林地和旱地的侵蝕面積占比較大為41.56%、33.00%，未利用地、建設(shè)用地和水域侵蝕面積較小，所占比例為0.01%、3.48%、1.62%，錦州市侵蝕產(chǎn)沙大多來源于水田、旱地和林地，其它地類具有較少侵蝕量。