基于RUSLE的異龍湖流域土壤侵蝕特征研究

中圖分類號：F301 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9655（2025）增-0070-05

0 引言

土壤侵蝕是全球范圍內普遍存在的重大生態環境問題，其形成過程受到氣候、地形、植被覆蓋和人類活動等多重因素的交互影響。小流域是土壤侵蝕的基本單元，科學地獲取和監測小流域土壤侵蝕，可對小流域地區水土保持措施的合理布設提供科學依據，并對小流域生態環境恢復和重建意義重大。模型模擬預測法是現代土壤侵蝕研究的主要方法之一，自20世紀70年代末期構建首個通用土壤流失計算模型（USLE）[1]。經過完善，科研團隊于1997年成功開發出修正版通用土壤流失方程（RUSLE）[2]顯著提升了土壤侵蝕定量評估的精度與適用性。此后，國外相關學者利用RUSLE模型、遙感（RS）和地理信息系統（GIS）對馬尼穆塔納迪次流域的多年平均土壤流失量進行研究，預測了降雨和土地利用變化共同影響下的年平均土壤流失量。20世紀70年代后，國內學者們逐步引入通用土壤流失方程（USLE）及其修正版本（RUSLE），針對不同地理區域的特征，系統開展了模型參數本地化校正工作。具體而言，通過優化各因子算法并驗證其區域適用性，改進后的模型已成功應用于我國多個典型侵蝕區，包括：黃土高原丘陵溝壑區[4]、東北漫崗區[5]東南紅壤丘陵區以及云貴高原斜坡耕地等。這一系列研究實踐不僅完善了土壤侵蝕預測模型的理論體系，也為區域水土保持規劃提供了科學依據。但利用RUSLE模型定量分析小流域土壤侵蝕的時空變化特征及土壤侵蝕強度與不同土地利用類型的關系的研究較少。因此，本文將GIS技術與RUSLE模型相結合，選取異龍湖流域，定量分析該流域的土壤侵蝕模數，確定其土壤侵蝕強度等級，分析不同土地利用類型與土壤侵蝕強度的空間耦合關系，揭示其分布格局特征與形成機制，從而為西南地區小流域土壤侵蝕防治提供理論依據和實踐指導。

1 研究區概況

異龍湖地處東經 102^°28^′～102^°38^′ ，北緯23^°28^′～23^°42^′ 。是中國云南省紅河哈尼族彝族自治州石屏縣境內的典型高原淡水湖泊。湖面面積約為 35.12km² ，流域面積則達到 360.4km² 。整個湖區沿西北至東南方向展布，海拔大約在 1420m 左右，地勢平坦，整體形態呈東西向條帶狀[8]。

流域屬于亞熱帶季風氣候，每年5一10月的集中強降雨，極易引發水土流失。土壤多為易侵蝕的沉積巖石風化土[1]，這在雨季更是加劇了土壤侵蝕的嚴重性。此外，由于流域內部分區域開展了農業活動，包括耕作和畜牧業，土地管理不當可能進一步加劇土壤侵蝕。同時，非法砍伐或森林破壞也會削弱土壤的固持能力，增加侵蝕風險。

異龍湖流域在以上自然特征和人為因素共同作用下，水土流失風險巨大，研究該區域土壤侵蝕，不僅對當地環境保護和自然資源管理具有指導意義，也為類似地理環境下的其他區域提供了寶貴的經驗和科學依據。

2數據與研究方法

2.1數據來源與處理

本研究所涉及的數據見表1。

2.2 研究方法

本研究采用修正通用土壤流失方程（RUSLE）作為基礎框架，構建了區域土壤侵蝕強度定量評估

模型。該模型的數學表達式可表述為：

A=R?K?LS?C?P

式中：A一土壤侵蝕模數，其物理內涵為單位面積年均土壤流失量，采用國際通用計量單位t/（ km²?a ）進行量化表征； R 一降雨侵蝕力因子，用于表征降水過程對地表土壤顆粒的剝離作用和徑流搬運能力，量綱為（ MJ?mm ）/（ km²?h?a_?^? ）； K 一土壤可蝕性因子，表征土壤抵抗侵蝕的敏感程度，量綱為（t·h） / （ MJ?mm ）； LS 一地形因子，綜合反映坡長和坡度對侵蝕過程的影響，為無量綱參數； C 一植被覆蓋與管理因子，表征地表植被對土壤的保護作用，為無量綱參數； P 一水土保持措施因子，表征工程措施對侵蝕的抑制效果，為無量綱參數。

使用RUSLE模型估算區域的總侵蝕量As計算公式為：

式中： A_i 一第類單元的侵蝕量； a_i 為第類單元的面積。

3結果與討論

3.1土壤侵蝕空間分布特征

將RUSLE模型各因子計算結果進行空間疊加運算，得到了異龍湖流域土壤侵蝕模數分布圖，異龍湖流域2020年的平均土壤侵蝕模數為762.96t/ （ km²?a ）。并依據水利部發布的《SL190—2017土壤侵蝕分類分級標準》[1生成了2020年異龍湖流域的土壤侵蝕強度分級圖（圖1）。

由表2可知，異龍湖流域2020年水土流失面積為 35.52km² ，其中土壤侵蝕模數為 500～ 2500t/AA （ km²?a ）的輕度侵蝕面積達到了 23.48km² ，占比約為總面積的 66.11% ，為侵蝕的主要類型。其次是侵蝕模數在 2500～8000t/ （ km²?a ）的中度侵蝕與強烈侵蝕，其侵蝕面積占比相差不大，且中度侵蝕易于轉化為強烈侵蝕，需著重關注。最后是土壤侵蝕模數為 8000t/Ω（km²?a） ）以上的極強烈侵蝕和劇烈侵蝕，主要分布在流域的上游地區，尤其是坡度較大、植被覆蓋度較低的地方。這些區域的土壤侵蝕模數明顯高于其他區域，主要原因是坡度增加了水流速度，而植被的缺失減少了土壤的保護作用。此外，流域內部分海拔較低地區由于過去不當的土地管理和耕作方式，盡管坡度不大，但侵蝕風強度仍然較高。這些區域的侵蝕主要是由表面徑流引起的，尤其是在強降雨期間。異龍湖流域的土壤侵蝕研究表明，侵蝕強度的空間分布具有顯著的異質性，因此應進一步探討關鍵變量變化對侵蝕預測的影響，制定或修改適合當地條件的侵蝕控制和土地管理方案。

3.2土壤侵蝕與土地利用的關系

流域不同的土地利用方式是土壤侵蝕發生面積和強度特征變化的一個重要影響因素。將土攘侵蝕強度分級數據與第三次全國國土調查劃分的土地利用數據[12]進行疊加分析，得到耕地，園地，林地，草地和城鎮用地的土壤侵蝕空間分布特征（見表3）。

不同土地利用類型在土壤侵蝕強度上有顯著差異。耕地和林地通常是土壤侵蝕的主要區域，而園地、草地和城鎮用地的土壤侵蝕強度較低。耕地以微度（ 21.40% ）和輕度侵蝕（ 31.77% ）為主，但隨著侵蝕強度的增加，耕地的侵蝕面積顯著減少。這表明耕地的侵蝕在侵蝕強度較高的情況下有所改善。耕地因為頻繁的耕作活動破壞了土壤結構，降低了土壤的團聚度，使其更易受到水蝕作用。園地的中度、強烈、極強烈侵蝕比例較高，特別是在強烈侵蝕和極強烈侵蝕中的占比分別達到 57.31% 和 63.13% 。園地由于其裸露的土壤和較少的植被覆蓋，在較陡的坡度和暴雨條件下更易受到侵蝕。林地盡管總面積大，但輕度侵蝕占比較高，這可能與地形復雜以及降水集中等因素有關。草地的土壤侵蝕強度較低，總面積和比例也較小，這與草地的植被覆蓋和土壤穩定性較好有關。城鎮用地的侵蝕強度相對較小，但在極強烈和劇烈侵蝕中占有一定比例，可能是由于道路和建筑物的建設破壞了原有的土壤結構，導致了局部的高強度侵蝕。

在進行土壤保護和流域管理策略制定時，考慮到不同土地利用類型對土壤侵蝕的影響至關重要。例如，增加林地和草地的面積，可以有效減少土壤侵蝕；同時，優化耕作方法和增加作物殘茬覆蓋，也能顯著降低耕地的侵蝕率。耕地和園地的侵蝕強度較高，特別是在強烈和極強烈的分類中，提示需要在這些區域加強水土保持措施。林地的防護作用較好，但在一些區域也需關注管理問題。草地表現出最好的防護效果，表明其在水土保持中的重要性。針對不同土地利用類型，建議采取差異化的水土保持策略，例如在耕地和園地中推廣覆蓋作物和有機肥施用，以降低侵蝕風險；而在草地中，則可通過合理放牧和適度管理來保持其生態功能。這些科學舉措能夠為未來的土地利用和土壤保護策略提供科學依據，幫助改善區域的生態環境和農業生產。

3.3土壤侵蝕的時間演變特征

引入2010—2020年土壤侵蝕強度轉移矩陣對近10年間異龍湖流域土壤侵蝕的演變狀況進行分析，由表4可知，微度侵蝕從 229.62km² 增加到258.24km² ，整體上微度侵蝕面積有所增加，說明更多區域的土壤侵蝕強度減輕，變為微度侵蝕。輕度和中度侵蝕分別增加了約 14km² 和 26km² 。這表明部分區域微度和輕度侵蝕地區在2022年有所減少，而中度侵蝕地區增加了。意味著一些原本侵蝕較輕的地區在這段時間內侵蝕程度加劇。同時，強烈侵蝕地區的治理取得了一定效果，因為這些地區的侵蝕程度并未見明顯增加，部分甚至有所降級。強烈和極強烈侵蝕占比較小，但這些區域的侵蝕強度依然存在，盡管在這兩類中沒有大幅變化，但仍然需要持續關注。2020年同時也出現了部分面積極小的劇烈侵蝕區域，這說明在經過有效的治理和保護下，流域整體向良好的方向發展，但是仍有小部分的地區土壤和植被結構遭到了破壞，應加強該地區的土地管理和農業實踐，減少和預防侵蝕的進一步惡化。

4結論

（1）異龍湖流域2020年土壤侵蝕狀況存在顯著的空間異質性，平均土壤侵蝕模數為762.96t/ （ km²?a ），水土流失面積為 35.52km² ，占流域總面積的比例較大。其中輕度侵蝕是主要類型，占 66.11% 。然而，中度、強烈及極強烈侵蝕主要集中于坡度較大、植被覆蓋較低的上游地區，需特別關注以避免進一步惡化。

（2）土地利用類型對土壤侵蝕具有重要影響。耕地和園地的侵蝕強度相對較高，尤其是耕地由于耕作活動易導致輕度至中度侵蝕；園地在中度和強烈侵蝕中占比較大，裸露土壤和較少植被是主要原因。林地和草地的侵蝕強度相對較低，草地表現出較好的水土保持效果。城鎮用地的局部高強度侵蝕則與基礎設施建設相關。

（3）土壤侵蝕強度轉移矩陣表明，2010—2020年，輕度侵蝕面積逐漸向微度侵蝕轉移，強烈與極強烈侵蝕面積有所減少，表明治理措施對部分區域的侵蝕控制效果顯著。然而中度侵蝕面積整體上有所增加，表明部分地區需加強監測與防治。且2020年有極少部分地區發生劇烈侵蝕，仍需持續關注和治理。

綜上所述，異龍湖流域土壤侵蝕的空間和時間演變特征強調了差異化管理和因地制宜的水土保持策略的重要性。未來應加強對高風險侵蝕區的治理，優化土地利用結構，并加大水土保持措施的力度，以促進流域生態系統的可持續發展。

參考文獻：

[1]WischmeierWH.SmithDD·Predictingrainfall—erosion lossesfromcropland and eastoftheRocky.ountains[S].USDA，ARS，AgricultureHandbook282，1965

[2]YoderDaniel，etal.ThefutureofRUSLE：InsidenewRevisedUniversal SoilLoessEquation[J].J.Soil and WaterConserva-tion，1995，50（5）：484-489.

[3]SathiyamurthiS.，RamyaM.，SaravananS.，SubramaniT..Estimationof soil erosion for a semi-urban watershed in Tamil Nadu，India us-ingRUSLE and geospatial techniques[J].Urban Climate，2023（48）.

[4]孫保平，趙廷寧，齊實.USLE在西吉縣黃土丘陵溝壑區的應用[J].中國科學院水利部西北水土保持研究所集刊（黃土高原試驗區土壤侵蝕和綜合治理減沙效益研究專集），1990（2）：50-58，15.

[5]張憲奎，許靖華，盧秀琴，等.黑龍江省土壤流失方程的研究[J].水土保持通報，1992（4）：1-9，18.

[6]楊武德，王兆騫，眭國平，等.紅壤坡地不同利用方式土壤侵蝕模型研究[J].土壤侵蝕與水土保持學報，1999（1）：53-59，69

[7]楊子生.滇東北山區坡耕地土壤流失方程研究[J].水土保持通報，1999，19（1）：4-12.

[8]王蘇民，竇鴻身.中國湖泊志[M].北京：科學出版社，1998：379-381

[9]云南省石屏縣志編纂委員會.石屏縣志[M].昆明：云南人民出版社，1990：56-70.

[10]翟紅娟，崔保山，趙欣勝等.異龍湖湖濱帶不同環境梯度下土壤養分空間變異性[J].生態學報，2006，26（1）：61-69.

[11]中華人民共和國水利部.土壤侵蝕分類分級標準：SL190一2007[S].北京：中國水利水電出版社，2008

[12]國務院第三次全國國土調查領導小組辦公室，自然資源部，國家統計局.第三次全國國土調查主要數據公報[J].自然資源通訊，2021（17）：7-8.

Soil Erosion Characteristics of YilongLake Watershed Based on RUSLE

PANJia，HUANGYue （School of Earth Sciences，Yunnan Unicersity，Kunming 65o5oo，China）

Abstract：Inthispaper，weemployedtheRevisedUniversalSoilLossEquation（RUSLE）model，integratedwithGspatial analysistechnology，toconductaquantitativeanalysisofsoilerosioncharacteristicswithintheYilongLakewatershedinYunnan Provinceovertheperiodfrom2O10to2O20.Ourobjectivesweretoelucidate thespatialandtemporaldistributionpatersofsoil erosionwithinthewatershedandtoexaminethecorelationbetweensoilerosionintensityandvariouslandusetypes.Theresults demonstrated that： ① Theaverage soil erosionmodulusin the YilongLakewatershed in 2O20 was 762.96t/（km²?a） ，with mild erosion accounting for 66.11% of the total eroded area ② Land use patterns had a significant impact on soil erosion，as cropland and garden landweremorepronetorosionspeciallyuringeavyrainfall，whereasforestlandandgrassandexibitedsuperiorsoilnd waterconservation effects. ③ Analysis of the soil erosion intensity transfer matrix revealed that the area experiencing mild erosion wasgraduallytrasitiongtoghteroionhileteegionsectedbystrongdverystrongrosondecreasedHoweeere wasanoverallincreaseintheareaexperiencingmoderateerosion，ithintenserosionobseedinspecificpockets.Tsefindngs suggestthatsoilerosioncontrolmeasureshavecommencedyeldingpositiveoutcomes.However，itremainscrucialtoitensify dynamicmonitoringofsoilerosionandlandusemanagement，devisediferentiatedsoilandwaterconservationstrategiesand optimizelanduse structures to address various erosion risks and foster sustainable development within the watershed.

Keywords：GIS;RUSLE modeling;soil erosion;YilongLakeWatershec

《環境科學導刊》稿件采用及發行數字期刊的聲明

《環境科學導刊》，投稿及聯系郵箱：hjkxdk@163.com；電話（傳真）：0871-64142389；國內統一連續出版物號：CN53-1205/X；國際標準連續出版物號：ISSN1673-9655。

《環境科學導刊》的數字版本已全文人編《中國期刊網》《中國知網》《萬方數據-數字化期刊群》《中國核心期刊（遴選）數據庫》《中國學術期刊綜合評價數據庫》《中文科技期刊數據庫（全文版）》《龍源期刊網》《長江文庫》、“超星移動圖書館”等。所有被本刊錄用并發表的稿件文章，將一律由本刊編輯部統一制作成數字版本在以上各數據庫發布，并參與光盤版匯編。作者在我刊投稿、辦理稿件錄用手續，則視為同意稿件在《環境科學導刊》刊登、同意稿件數字版本在以上網站、數據庫傳播。

《環境科學導刊》編輯部