基于RUSLE模型的程海流域土壤侵蝕研究

中圖分類號：F301 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9655（2025）增-0064-06

0 引言

一般來說，在純粹自然狀態下，由氣候變化、新構造運動等自然因素所導致的自然侵蝕很慢，常與成土過程處于動態平衡，故通常不會由自然因素破壞水土資源，土壤資源處于動態穩定當中[1]。但人類活動，如墾殖、建筑、砍伐森林等，對土壤侵蝕的影響不斷加強，常導致土壤侵蝕過程出現加速侵蝕現象[2]。土壤侵蝕問題，不僅因土壤物質被剝蝕而導致土壤退化，影響水土資源的開發，同時還使得如腐殖酸、氮磷化合物等土壤中的物質進入水體3造成江河湖泊的水質惡化。

由于我國面積廣闊、氣候多樣，植被類型與土地類型齊全，故土壤侵蝕面積廣、種類多；且歷史上人為的對土地資源的破壞性開發利用，加劇了土地的土壤侵蝕，使中國成為世界上土壤侵蝕最為嚴重的國家之一[4]。在我國土壤侵蝕敏感性的區劃研究當中，云貴高原地區由于地形起伏大、降水量較高，被認為是對土壤侵蝕最為敏感的區域之一[5]。程海是云南省的重點高原湖泊之一，其流域內的土壤侵蝕情況對臨近縣鎮的社會與經濟生活影響重大。

在土壤侵蝕研究領域，遙感定量法通過搜集往年的相關數據，能夠方便地通過模型計算出土壤侵蝕量，研究速度快。同時由于可以通過遙感衛星方便地獲取流域整體歷年的觀測影像，故可在短時間內獲得大量數據，進一步加快研究的速度，能夠研究的空間、時間范圍更廣，所需的人力與精力更少[6-8]。因此，本文使用遙感定量的研究方法，分析程海流域的土壤侵蝕情況。

本文以程海流域作為研究對象，使用RUSLE模型分別對其2000年、2005年、2011年、2016年、2021年的土壤侵蝕狀況進行了估算，分析其時間變化趨勢與空間分布特征，并初步推測導致其變化的可能原因。為程海流域的水土保持工作提供參考。

1研究背景

1.1 研究區域

程海位于中國云南省麗江市永勝縣中部，一般水位為 1503m ，湖面共長 18km ，寬約 4.5km ，水域總面積 78.8km^2[9] 。湖面呈現狹長形、南連期納河谷，北臨三川盆地。流域處在干熱河谷地帶，屬典型的高原季風氣候，較為干熱，流域蒸發量是降水量約3倍[13]。由于封閉、干熱，程海湖流域的生態脆弱性較強。且隨著流域內社會經濟發展、人口增多，人類活動對生態環境的影響日益增強，導致近年來程海湖面臨一系列的生態環境問題[10]

1.2 數據來源

本文所使用的數據來源如下：DEM數據與遙感數據來自地理空間云（http：//www.gscloud.cn），氣象觀測數據來自國家氣象科學數據中心（https：//data.cma.cn/），土壤類型數據來自中國科學院資源環境科學與數據中心（https：//www.resdc.cn/）。

2模型與方法

本文采用目前應用最廣泛的修正土壤流失方程（RULSE）進行程海流域土壤侵蝕的計算，該模型為美國農業局和土壤保持局聯合其它單位在1991年提出的對通用土壤流失方程（USLE）的修正結果[1]。其具體公式如下：

A=R×K×LS×C×P

式中： A -年單位面積的土壤侵蝕量， R 一降雨侵蝕力因子， MJ?mm?hm^-2?h^-1?a^-1 ；K一土壤可蝕性因子， ： L 一坡長因子；S—坡度因子； c 一植被覆蓋因子； P 一耕作措施因子。

3結果與討論

3.1土壤侵蝕量的計算

3.1.1 降雨侵蝕力因子 （R ）

基于麗江市氣象基準站所觀測的自2000一2021年的逐年平均降水量觀測數據，計算并得到了流域內2000、2005、2011、2016、2021年的R值（表1）。

3.1.2土壤可蝕性因子（K）

以土壤類型圖為數據源，通過確定區域土壤類型分布，對每種土壤利用類型分別賦值（表2）。

3.1.3 坡長與坡度因子（LS）

以程海湖流域的DEM數據，基于在云南地區的地形因子研究[12]，以柵格長度、坡向、坡度余弦為自變量，坡長為因變量，建立坡長的函數表達式，依照柵格逐一計算并提取出了坡長數據。

3.1.4植被覆蓋與管理因子（ c ）

基于Landsat系列遙感數據。在ENVI對各年份的遙感數據先后進行裁剪、空間校正、輻射定標、大氣糾正后，得到了流域內各年份的NDVI柵格數據。再基于NDVI計算出C因子的數值，并去除部分異常值。

3.1.5 耕作措施因子（ ）

基于研究流域內的土地利用類型，參照相關研究為不同的土地類型分別賦P值（表3）。

3.1.6 侵蝕模數及強度分級

基于得到的各侵蝕因子圖層，利用ArcGIS進行疊置分析，將各因子相乘，得到了土壤侵蝕模數（圖1）。并根據《SL190—2007土壤侵蝕分類分級標準》[13]中的土壤水力侵蝕分級標準，將土壤侵蝕強度分為不同等級（表4），并分類設色，形成了土壤侵蝕強度等級的分布（圖2）。

3.2土壤侵蝕狀況的時間特征

基于計算所得土壤侵蝕模數的統計結果，獲取了2000一2021年程海湖流域的平均土壤侵蝕模數，再將該值與流域面積相乘，得到了各年份內流域的土壤侵蝕總量（表5、圖3）。程海流域的土壤侵蝕狀況在2000一2005年內呈上升趨勢，由中度侵蝕轉變為強烈侵蝕，土壤侵蝕狀況嚴重。隨后在2005—2021年土壤侵蝕狀況明顯改善，由2005年的強烈侵蝕轉變為輕度或中度侵蝕，呈現出下降的趨勢，并在2011一2021年保持了較小的波動，表現為大致穩定的狀態。這一趨勢變化可能與早期對植被的破壞，以及此后推行退耕還林還草還湖和其他生態保護舉措有關。

根據不同年份各個土壤侵蝕強度等級的侵蝕量（表6）與占比（表7、圖4），可以看出在2011年之前，輕度侵蝕及以上的土壤侵蝕強度在土壤侵蝕總量中占較大比例，在2005年與2011年，輕度侵蝕及以上的侵蝕強度占比超過 50% 。尤其是在2011年，中度侵蝕及以上的侵蝕強度占比超 50% ，其中劇烈侵蝕的占比超過了 8.5% ，可見土壤侵蝕的狀況十分嚴重。而在2011年及后續年份，土壤侵蝕以微度侵蝕為主，微度侵蝕的土壤侵蝕量占土壤侵蝕總量的半數以上，中度侵蝕及以上的強度依照各年份平均情況其占比低于三分之一，強烈侵蝕及以上的強度始終在 25% 以下，而劇烈侵蝕的占比則保持在 0.6% 以下。由此可見，在2011年之后，程海流域的土壤侵蝕狀況不但在侵蝕總量上明顯減小，并且在強度等級的結構上，也表現出明顯的改善。造成這一改善的原因可能為：隨著生態保護措施以及退耕還林、還草、還湖等政策的實施，部分耕地，特別是坡耕地已轉變為生態用地，這使得流域植被覆蓋狀況得到了改善。隨著覆被狀況的改善，植被可以充分發揮水土保持功能，減弱土壤侵蝕作用。此外，由于植被覆蓋狀況和用地類型的改善，流域的局部微氣候和微地形可能也發生了良性變化，減少了土壤侵蝕總量，從而改善了流域土壤侵蝕情況。

由程海流域不同年份土壤侵蝕量與相關因子變化率（表8、圖5）可以看出，在2000—2021年間，各因子中變化率最大的為C因子，其余因子的變化率較小。土壤侵蝕變化率的曲線與C因子變化率的曲線最為相近，其變化情況大致同步。而土壤侵蝕變化率的曲線與其他因子變化率的曲線則沒有如此明顯的同步變化。故而可以推斷，植被覆蓋因子（C因子）應為2000—2021年程海流域土壤侵蝕狀況變化的主導因子。這同時也映證了之前對于流域土壤侵蝕狀況改善可能原因的猜測，即流域土壤侵蝕狀況的改善，是與流域植被覆蓋情況的改善同步的，植被覆蓋的改善，很可能是造成流域土壤侵蝕改善的主要原因。

3.3土壤侵蝕狀況的空間特征

以2021年為研究年份，經統計分析，得到程海流域內各高程帶土壤侵蝕量及占比（表9）。從表中可見， 1600m 以下的高程帶為輕度侵蝕，1600～2400m 的高程帶為中度侵蝕，2400m以上的高程帶又為輕度侵蝕。各高程帶之間土壤侵蝕狀況差異懸殊，其中 1600～2000m 的高程帶土壤侵蝕狀況最為惡劣，其面積不過總面積 40% ，但侵蝕量卻占侵蝕總量的 60% 以上。并且， 1600～2400m 這兩個高程帶的土壤侵蝕量之和占總量的 90% 以上。這種空間分異性，可能由以下原因導致：低海拔地區由于坡度較緩，且臨近村鎮建成區，地面多已固化，故侵蝕程度較輕；中海拔地區植被較為稀疏、生態環境較為脆弱，整體坡度較大，故侵蝕程度較強；高海拔地區，隨坡度較陡，但植被受人類活動影響較小，植被覆蓋率較高，故侵蝕程度較輕?？偠灾?，在程海流域內，海拔在 1600～2400m 的地區為土壤侵蝕的主要產生區，應是土壤侵蝕治理的重點區域。

由于坡度會影響地表徑流的流量流速以及地表風速，其對土壤侵蝕的強度有著重要影響。同樣以2021年為研究年份，根據程海流域各坡度帶土壤侵蝕量及占比（表10）可以看出， 15^° 以下的坡度帶為輕度侵蝕， 15～45^° 的坡度帶為中度侵蝕， 45^° 以上的坡度帶為強烈侵蝕。不同坡度帶的王壤侵蝕模數隨坡度增加呈現線性增長的趨勢。但與高程帶不同的是，不同坡度帶的土壤侵蝕模數與其土壤侵蝕量之間并非呈線性關系。按土壤侵蝕量由大到小對各坡度帶進行排序，則依次為15～25^° 、 25～35^° 、 8～15^° 、 35～45^° 、 8^° 以下與 45^° 以上。 45^° 以上的坡度帶的土壤侵蝕量占總比僅為5% 左右，而 8～45^° 的坡度帶占總量近 90% ，其中15～35^° 的坡度帶最為主要，占總量 50% 以上。由此可見，程海流域內， 8～45^° 的坡度帶是土壤侵蝕的主要產生區，其中又以 15～35^° 的坡度帶最為重要，應將這一坡度帶列為土壤侵蝕治理的重點關注區。

地表植被可以減緩風速與徑流流速，攔截一部分降雨，其根系也可以固定表層土壤，因此植被覆蓋度對土壤侵蝕亦有重要影響。根據2021年程海流域各NDVI帶土壤侵蝕量及占比（表11），0以下的NDVI帶為輕度侵蝕，0＼～0.75的NDVI帶為中度侵蝕，0.75＼～1的NDVI帶為微度侵蝕。與坡度類似，NDVI帶的王壤侵蝕模數與土壤侵蝕量之間不呈線性關系。按土壤侵蝕量由大到小對各NDVI帶進行排序，依次為0.25＼～0.5、0.5＼～0.75、0.75＼～1、0＼～0.25、0以下。其中0.25＼～0.75的NDVI帶的土壤侵蝕量占總量 90% 以上。由此可見，NDVI在 0.25～0.75 的植被稀疏或不甚茂密的地帶應是程海流域土壤侵蝕的主要產生區，應在土壤治理中著重關注裸露、植被稀疏或植被不甚茂密的地帶。

從2021年程海流域各土地利用帶土壤侵蝕量及占比（表12）中可以看出，水田、建成區、水面為微度侵蝕，旱地、林地或草地為中度侵蝕，裸地為強烈侵蝕。由于林地與草地的占地面積較大，盡管其土壤侵蝕模數并不過高，但其土壤侵蝕量卻占總量的 50% 以上。此外，裸地的占地面積不到 20% ，但土壤侵蝕量占比卻高達 45% 以上。由此可知，在程海流域內裸地、林地與草地是土壤侵蝕的主要發生區，其中裸地占地面積雖小，卻貢獻了大量的土壤侵蝕，故在土壤侵蝕治理中，應當重點關注裸地的土壤侵蝕治理。造成裸地土壤侵蝕強度較大的原因可能有以下幾點：由于裸地植被覆蓋度較小甚至幾乎無植被覆蓋，其表層王壤因無植物根系等固定較為松散，且缺乏植被對降水以及風的阻擋，更易受流水、風力作用影響導致出現土壤侵蝕；部分土地由于坡度太大，在開墾后因難以利用被棄置為裸地，受坡度影響其表層土壤更易被侵蝕。

4結論

（1）程海流域自2000一2021年，土壤侵蝕強度經過了由中度侵蝕到強烈侵蝕再到輕度侵蝕的變化，截至2021年，程海流域的土壤侵蝕模數為25.3023t?hm^-2?a^-1 ，總量為 5.77478×10⁵t ，平均土壤侵蝕強度為中度侵蝕

（2）程海流域的土壤侵蝕情況經過了先惡化，后改善的過程，近10年來趨于穩定，影響其時間變化的因素主要應為植被覆蓋因素。

（3）影響土壤侵蝕空間分異的因素主要有地形因素、植被覆蓋與土地利用方式，土壤侵蝕的空間分異特征顯示：高程在 1600～2000km 、坡度在 15～35^° 、NDVI在0.25＼～0.75、土地利用類型為裸地的地帶是土壤侵蝕的主要產生區域。也就是說，坡度陡峭且植被破壞嚴重的山腰地帶，是為土壤侵蝕最為嚴重的地區。

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Research on Soil Erosion in Chenghai Basin Based on the RUSLE Model

XIANGZai-wo，TUhu-yu，UNYi，HUANGue （School ofEarth Sciences，Yunnan University，Kunming 65o5oo，China）

Abstract：ThispaperusestheRUSLEmodeltocalculate thesoilerosionsituationintheChenghaiBasin from2Ooto2021，nd analyzes thesoilerosionsituationwithinthebasinbasedonthecalculationresults.Theanalysisshowsthatasof2O21，theaverage soilerosionintensityintheChenghaiBasinismoderateerosion.Intermsoftime，thesoilerosionsituationintheChenghaiBasin firstdeterioratedandthenimproved，andhasbenstablesince2l1.Themainfactorafectingitshangeisvegetationcoverage. Intermsofspaceareaswithlargeslopes，mediumaltitudes，andlowvegetationcoveragehavemoreseveresoilerosion.Themain factorsaffectingspatialdierentiationaretopographegetationcoverage，andlandusepaters.Basedonthecompreensive researchresults，thispaperbelievesthatthemountainwaistareawithsteepslopesandseverevegetationdamageisthemostseverely eroded area in the basin.

KeyWords：Soil erosion; Spatio-temporal distribution characteristics;RUSLE model; Chenghai Basin