朝陽縣土壤風蝕空間分布及時間變化特征分析

張寶波

(朝陽縣古山子鎮水利水保站,遼寧 朝陽 122644)

朝陽縣屬于半濕潤半干旱大陸性季風氣候,地處遼西低山丘陵區,一直以來該區域飽受土壤風蝕和大風天氣的侵擾,特別是強烈的人類生產活動以及用地類型的改變加劇了風蝕過程,土壤風蝕引起的土壤退化、揚沙天氣等嚴重威脅著境內生態安全[1]。研究表明,我國每年因風蝕引起的有機碳、總氮流失量高達700萬t和400萬t,風蝕逐漸成為導致土壤碳氮流失的主要因素[2]。風蝕造成的細顆粒損失會使土壤結構更加沙質化,而細顆粒損失使土壤養分含量及有效性進一步下降,其中細顆粒物損失主要受土壤性質及地上部植被狀態等因素的影響[3-7]。近年來,我國許多學者廣泛探討了風蝕物垂直分布及其含量的變化規律、風蝕對土壤質量的影響等,而定量分析土壤風蝕物粒度與地表土壤養分組成及損失關系的較少。因此,為改善朝陽縣境內流域可持續發展環境,有效解決該段流域風蝕荒漠化問題,有必要動態監測分析流域土壤風蝕情況,旨在為科學治理大、小凌河及其它相似流域生態環境提供科學依據。

1 研究區概況

朝陽縣地處中緯段,屬于溫帶大陸性季風氣候區,年均降水量487.9mm,夏季占全年的80%左右,易造成不同時段的干旱。年均蒸發量1600～2000mm,春秋季多風易旱,風力2～3級,冬季風力較強,盛行西北風。縣域內土壤類型以褐土為主,土壤通透性差,腐殖質薄,抗沖蝕性弱,土壤侵蝕嚴重,極易發生水土流失。植被屬華北植物區系,以人工林為主,樹種主要有柳樹、紫穗槐、刺槐、楊樹、荊條、油松、沙棘等,經濟林主要有大扁杏、山杏、棗,種主要有狗尾草、披堿草、燕麥草、紫花苜蓿、沙打旺、蒲公英等。

朝陽縣主要有大、小凌河兩個水系,其中大凌河在朝陽縣境內長57km,流經西北部5個鄉鎮,流域面積10135km2,縣域內年均徑流量77634.1萬m3,主要支流有烏蘭河碩河、第二牤牛河、大房申河、馬家店河、下三家河、老虎山河、李杖子河、十二臺河、西德立吉河、黃道營子河、勝利河、十家子河、花張營子河、古山子河、東五家子河、奈林皋河;小凌河在朝陽縣境內長118km,流經東南部9個鄉鎮,流域面積2001km2,縣域內年均徑流量24992.49萬m3,主要支流有廣富營子河、大車戶溝河、黑牛營子河、孤竹營子河、滾龍河、根德營子河、朝陽溝河、四臺營子河、大四家子河、五十家子河、巴圖營子河。

2 材料與方法

2.1 數據來源

研究選取朝陽縣境內凌河流域所轄賈家店(編碼1#)、大杖子(編碼2#)、曹杖子(編碼3#)、洞子溝(編碼4#)、白大營(編碼5#)、四家子(編碼6#)、二道營(編碼7#)、東五家子(編碼8#)、苑杖子(編碼9#)、鞠杖子(編碼10#)、西房身(編碼11#)、王三溝(編碼12#)、半截溝(編碼13#)、溝門子(編碼14#)、北山(編碼15#)、梁東(編碼16#)、河東(編碼17#)、東大道(編碼18#)、秦家溝(編碼19#)、盧杖子(編碼20#)、南洼(編碼21#)、八大孟克(編碼22#)、滿達(編碼23#)、扎蘭營子(編碼24#)、三人溝(編碼25#)、大溝門(編碼26#)、西大溝(編碼27#)、于杖子(編碼28#)、金杖子(編碼29#)、廟溝(編碼30#)、元寶(編碼31#)、東南溝(編碼32#)共32條小流域為研究對象,由朝陽縣水土保持部門提供各小流域2018年和借鑒張濟等關于運用干燥度指數法來對遼西北地區土壤風蝕荒漠化的判斷分析一文中的分析數據,并對朝陽縣土壤風蝕遙感解譯數據[8]。

2.2 計算方法

根據朝陽縣境內大、小凌河所轄32條小流域土壤風蝕遙感解譯數據分別計算2018年和2022年各小流域中度、輕度風蝕面積比例及其占總風蝕面積比例,并利用公式(1)計算面積比例變化率Vi,其表達式為[9]:

(1)

式中:Si2022、Si2018為2022年和2018年小流域i的土壤風蝕面積比例。

3 結果與分析

3.1 土壤風蝕空間分布特征

小流域土壤風蝕面積比例變化圖見圖1。

圖1 小流域土壤風蝕面積比例變化圖

從圖1可以看出,2018年和2022年苑杖子(編碼9#)、鞠杖子(編碼10#)、西房身(編碼11#)、王三溝(編碼12#)、溝門子(編碼14#)、梁東(編碼16#)、河東(編碼17#)、東大道(編碼18#)、盧杖子(編碼20#)、南洼(編碼21#)、大溝門(編碼26#)、西大溝(編碼27#)、金杖子(編碼29#)、東南溝(編碼32#)共14小流域的風蝕面積比例超過50%,其中鞠杖子(編碼10#)、西房身(編碼11#)小流域風蝕面積比例均達到100%,2018年八大孟克(編碼22#)小流域的土壤風蝕面積比例也超過50%;2018年和2022年洞子溝(編碼4#)、白大營(編碼5#)、四家子(編碼6#)、二道營(編碼7#)及2022年八大孟克(編碼22#)小流域的土壤風蝕面積比例為0;其它小流域2018年和2022年的土壤風蝕面積比率處于2.5%～50.0%之間。

從圖2可以看出,2018年和2022年朝陽縣境內的32個小流域土壤風蝕以輕度為主,其中2018年和2022年均為輕度土壤風蝕的小流域共有17條,分別為賈家店(編碼1#)、大杖子(編碼2#)、曹杖子(編碼3#)、東五家子(編碼8#)、河東(編碼17#)、東大道(編碼18#)、秦家溝(編碼19#)、盧杖子(編碼20#)、滿達(編碼23#)、扎蘭營子(編碼24#)、三人溝(編碼25#)、大溝門(編碼26#)、西大溝(編碼27#)、于杖子(編碼28#)、金杖子(編碼29#)、廟溝(編碼30#)、元寶(編碼31#)。2018年苑杖子(編碼9#)、西房身(編碼11#)、王三溝(編碼12#)、半截溝(編碼13#)、溝門子(編碼14#)、北山(編碼15#)、梁東(編碼16#)、南洼(編碼21#)、八大孟克(編碼22#)、東南溝(編碼32#)10條小流域存在一定程度的中度風蝕,其中苑杖子(編碼9#)、北山(編碼15#)、八大孟克(編碼22#)和東南溝(編碼32#)4條小流域的中度風蝕比例超過50%。2022年苑杖子(編碼9#)、鞠杖子(編碼10#)、西房身(編碼11#)、王三溝(編碼12#)、半截溝(編碼13#)、溝門子(編碼14#)、北山(編碼15#)、梁東(編碼16#)、東南溝(編碼32#)9條小流域存在一定程度的中度風蝕,其中苑杖子(編碼9#)、半截溝(編碼13#)、東南溝(編碼32#)3個小流域的中度風蝕比率>50%。

(a)2018年

3.2 土壤風蝕時間變化特征

小流域土壤風蝕面積比例變化率,見圖3。

圖3 小流域土壤風蝕面積比例變化率

從圖3可以看出,2018—2022年朝陽縣境內大、小凌河所轄大多數小流域土壤風蝕面積比例沒有發生改變,只有苑杖子(編碼9#)、東南溝(編碼32#)小流域增加了6.4%和14.3%,而南洼(編碼21#)、八大孟克(編碼22#)、滿達(編碼23#)、扎蘭營子(編碼24#)4個小流域土壤風蝕面積比例均出現一定的減小,特別是八大孟克(編碼22#)小流域降幅最大達到100%,滿達(編碼23#)和扎蘭營子(編碼24#)小流域降幅也較大為67.4%、53.5%。

小流域不同程度土壤風蝕面積比例變化率,見圖4。

(a)輕度風蝕

從圖4可以看出,2018—2022年西房身(編碼11#)、王三溝(編碼12#)、北山(編碼15#)、南洼(編碼21#)、東南溝(編碼32#)小流域土壤輕度風蝕面積比例表現出一定的上升趨勢,除苑杖子(編碼9#)、半截溝(編碼13#)、溝門子(編碼14#)外其它小流域土壤中度風蝕面積比均表現出一定的下降趨勢。綜合考慮圖3變化率可知,除苑杖子(編碼9#)、半截溝(編碼13#)、溝門子(編碼14#)外,土壤中度風蝕面積比例的下降是輕度風蝕面積比例增加的主要來源,而鞠杖子(編碼10#)、半截溝(編碼13#)、溝門子(編碼14#)、八大孟克(編碼22#)小流域土壤輕度風蝕面積比例均表現出一定的下降趨勢[10]。

綜上分析,朝陽縣境內大、小凌河所轄小流域風蝕程度整體表現出下降趨勢,風蝕面積比例也表現出減少趨勢,研究分析導致該變化的原因如下:①近年來大、小凌河得到有效治理,通過種草造林使得凌河岸邊逐漸形成護灘林、護岸林保護帶;②朝陽縣水利部門對丘陵漫崗地帶實施林網控制和大規模造林,對其它難以治理和疏林地實施封山育林整治,使流域內逐漸達到林成網的局面;③對坡耕地等實施等高耕作、修建梯田等有效措施,有效控制了水土流失,達到了涵養水源的作用[11-13]。

4 結 論

文章以朝陽縣2018年和2022年32條小流域土壤風蝕遙感解譯數據為依托,從空間分布及時間變化上揭示該區域土壤風蝕特征。結果表明:2018年和2020年土壤風蝕面積占比達到50%的小流域有14條,其中2條風蝕面積比例達到100%;研究期間朝陽縣境內的32個小流域土壤風蝕以輕度為主,其中2018年和2022年均為輕度土壤風蝕的小流域共有17條,其它小流域均存在一定的輕度和中度侵蝕面積比例;隨著時間的變化土壤風蝕程度整體呈下降趨勢,風蝕面積比例也表現出減小趨勢。