王振穎,何遠(yuǎn)梅

(1.遼寧省水利水電科學(xué)院,110003,沈陽(yáng);2.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,100083,北京)

基于抽樣調(diào)查資料估算區(qū)域土壤侵蝕量

王振穎1,何遠(yuǎn)梅2

(1.遼寧省水利水電科學(xué)院,110003,沈陽(yáng);2.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,100083,北京)

區(qū)域土壤侵蝕量估算是土壤侵蝕調(diào)查的重點(diǎn)和難點(diǎn),為了利用抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)定量估算區(qū)域土壤侵蝕狀況,以2011年第1次全國(guó)水利普查中的水力侵蝕抽樣調(diào)查資料為基礎(chǔ),利用中國(guó)土壤流失方程(CSLE),通過(guò)地理信息系統(tǒng)估算2011年遼寧省的降雨侵蝕力、土壤可蝕性、地形、水土保持措施等侵蝕因子及侵蝕量,在此基礎(chǔ)上對(duì)全省的水力侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行分級(jí)和面積統(tǒng)計(jì),并與抽樣調(diào)查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示:全省各土壤侵蝕因子的估算結(jié)果與抽樣調(diào)查結(jié)果較為接近;土壤水蝕以微度和輕度侵蝕為主,每年全省約85%的土地處于微度侵蝕(＜1 000 t/km2),而強(qiáng)度侵蝕(＞5 000 t/km2)面積僅占2%;抽樣調(diào)查得到的獨(dú)立工礦用地、果園、旱地和其他土地的侵蝕模數(shù)較估算得出的侵蝕模數(shù)大,而在草地、其他林地等土地利用類(lèi)型上抽樣調(diào)查得到的侵蝕模數(shù)卻較估算得出的侵蝕模數(shù)小,主要原因可能是省域和抽樣單元計(jì)算地形因子的DEM數(shù)據(jù)精度不同?？傮w上,該研究為如何利用抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)估算全國(guó)土壤侵蝕狀況提供參考。

抽樣調(diào)查資料;中國(guó)土壤流失方程(CSLE);GIS應(yīng)用;區(qū)域土壤侵蝕;遼寧省

在較長(zhǎng)時(shí)段和較大空間尺度上的區(qū)域土壤侵蝕研究多依賴(lài)于土壤侵蝕試驗(yàn)與GIS技術(shù),其研究成果能較好地為水土保持宏觀決策提供支持,且與全球變化研究密切相關(guān)[1-4]。我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了3次全國(guó)性的土壤侵蝕調(diào)查[5]:20世紀(jì)50年代,采用人工調(diào)查法,根據(jù)植被蓋度與坡度,在地形圖上進(jìn)行侵蝕強(qiáng)度的等級(jí)劃分,該法耗時(shí)耗力,且無(wú)法定量評(píng)價(jià)土壤侵蝕量;20世紀(jì)80年代和90年代末期,在水利部組織下進(jìn)行的2次全國(guó)土壤侵蝕遙感調(diào)查與公告,是基于遙感影像資料和GIS技術(shù)的大尺度調(diào)查,主要以植被覆蓋度和坡度為依據(jù)確定土壤侵蝕類(lèi)型和強(qiáng)度[6],而并未考慮降雨、土壤可蝕性、坡長(zhǎng)、水土保持措施等重要因子。長(zhǎng)期以來(lái),土壤侵蝕動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、定量評(píng)價(jià)等方面的研究大多是在坡面和小流域等較小尺度上進(jìn)行的,對(duì)于區(qū)域土壤侵蝕的定量評(píng)價(jià)雖有研究[7-10],但尚未提出比較全面而實(shí)用的尺度轉(zhuǎn)換方法。在區(qū)域土壤侵蝕調(diào)查方法方面,美國(guó)農(nóng)業(yè)部提出的土壤侵蝕抽樣調(diào)查方法是最具有特色的,該法基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理在全國(guó)布設(shè)樣點(diǎn),利用USLE計(jì)算土壤流失量,再統(tǒng)計(jì)得到全國(guó)各類(lèi)土壤侵蝕面積及土壤侵蝕量[11]。

楊勤科等[12]對(duì)此種抽樣普查方法進(jìn)行了初步討論,建議采用我國(guó)土壤侵蝕最新模型,并結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)土壤侵蝕強(qiáng)度的定量估算,同時(shí)指出調(diào)查內(nèi)容應(yīng)包括主要的侵蝕影響因子;李智廣等[13]闡述了我國(guó)水力侵蝕抽樣調(diào)查方法;張巖等[14]為了測(cè)試抽樣方法和土壤侵蝕模型在土壤侵蝕普查中的適用性,以陜西吳起縣為試點(diǎn),對(duì)均勻抽樣方法和基于遙感數(shù)據(jù)的水蝕分級(jí)分類(lèi)方法進(jìn)行比較。這些研究為第1次全國(guó)水利普查提供了理論依據(jù)。在第1次全國(guó)水利普查水土保持情況普查中,雖然采用抽樣調(diào)查法獲取抽樣調(diào)查單元的實(shí)地?cái)?shù)據(jù),但如何快速準(zhǔn)確呈現(xiàn)區(qū)域土壤水力侵蝕的空間分布狀況與水力侵蝕量仍是亟待解決的問(wèn)題。本文基于GIS技術(shù),利用抽樣調(diào)查資料和中國(guó)土壤流失方程(CSLE),估算遼寧省的降雨侵蝕力、土壤可蝕性、地形、水土保持措施等因子及土壤侵蝕量,在此基礎(chǔ)上對(duì)全省土壤侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì),并將計(jì)算結(jié)果與抽樣調(diào)查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,該研究可為探索抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)估算區(qū)域土壤侵蝕狀況的方法提供參考。

1 研究區(qū)概況

遼寧省位于我國(guó)東北地區(qū)南部,含14個(gè)地級(jí)市,56個(gè)縣,地理坐標(biāo)為E 118°50＇～125°47＇,N 38° 43＇～43°29＇?？偯娣e30.61萬(wàn)km2,其中陸地面積14.59萬(wàn)km2,海域面積15.02萬(wàn)km2。遼東為海拔800 m左右的山地,遼西為海拔500 m以下的丘陵,山地和丘陵約占全省總面積的60%。遼寧省中部為海拔200 m以下的平原,約占全省總面積的33%,水面及其他約占7%。遼寧省屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,從東南向西北逐漸由濕潤(rùn)氣候向半濕潤(rùn)、半干旱氣候過(guò)渡。年平均氣溫在5.2～11.7℃之間,年平均降水量為500～1 000 mm,且由東向西逐漸減少。遼寧省的土壤地帶性分布明顯,從南至北呈現(xiàn)暖溫落葉闊葉林棕壤—中溫帶森林草甸黑土—草甸草原黑鈣土的緯度地帶性,從東至西呈現(xiàn)遼東山地丘陵為棕壤—下遼河平原為草甸土—遼西山地丘陵為褐土的經(jīng)度地帶性。地帶性森林植被主要為紅松(Pinus koraiensis)、沙松(Abies holophyllaMaxim)、闊葉混交林和暖溫帶落葉闊葉林。

2 材料和方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)源于2011年第1次全國(guó)水利普查中水土保持情況普查的水力侵蝕抽樣調(diào)查。遼寧省水蝕調(diào)查抽樣單元共1 287個(gè),其中1 235個(gè)調(diào)查單元是按照1%的密度布點(diǎn),另外52個(gè)點(diǎn)(分布在4個(gè)縣)按照0.25%的密度布點(diǎn)。基礎(chǔ)地理與專(zhuān)題地圖數(shù)據(jù)主要包括DEM、行政區(qū)劃圖、流域分界圖、土地利用圖。降水量數(shù)據(jù)為遼寧56個(gè)縣1981—2010年逐日降水量≥12 mm的資料。

2.2 土壤流失量估算方法

本研究所采用的土壤流失方程CSLE[15]計(jì)算公式如下:

式中:A為多年平均土壤流失量,t/hm;R為降雨侵蝕力因子,MJ·mm/(hm2·h);K為土壤可蝕性因子, t·hm2·h/(hm2·MJ·mm);S為坡度因子;L為坡長(zhǎng)因子;B為水土保持生物措施因子;E為水土保持工程措施因子;T為水土保持耕作措施因子。

2.2.1 降雨侵蝕力采用章文波等[16]提出的方法,利用日降雨量直接估算逐年半月降雨侵蝕力的簡(jiǎn)易計(jì)算模型計(jì)算降雨侵蝕力,得出各雨量點(diǎn)的多年平均降雨侵蝕力值后在ArcGIS下用Kriging內(nèi)插法進(jìn)行插值,從而得到全省的降雨侵蝕力空間分布圖。

2.2.2 土壤可蝕性因子在一定區(qū)域內(nèi)土壤類(lèi)型與土地利用方式密切相關(guān),所以土壤可蝕性與土地利用也密切相關(guān)。本研究基于1∶10萬(wàn)土地利用圖和抽樣調(diào)查結(jié)果推算全省的土壤可蝕性,步驟如下:1)計(jì)算縣級(jí)各土地利用條件下抽樣調(diào)查單元的平均土壤可蝕性因子;2)使用空間關(guān)聯(lián)方法對(duì)各縣不同土地利用斑塊賦予相應(yīng)的土壤可蝕性值,從而得到全省的土壤可蝕性因子空間分布圖。

2.2.3 坡度和坡長(zhǎng)因子土壤侵蝕普查成果中已經(jīng)基于1∶1萬(wàn)地形圖計(jì)算了各抽樣單元中各地塊的坡度和坡長(zhǎng)因子,但本研究中只有1∶5萬(wàn)地形圖生成的DEM,在進(jìn)行坡度和坡長(zhǎng)因子估算時(shí):1)根據(jù)1∶5萬(wàn)地形圖生成的DEM,計(jì)算并提取與抽樣單元相對(duì)應(yīng)地塊的S和L值;2)比較基于2種比例尺(1∶1萬(wàn)和1∶5萬(wàn))地形圖計(jì)算的S和L值,發(fā)現(xiàn)雖然兩者獲取的地形因子差異較大,但在特定區(qū)域仍具有較好的線性相關(guān)性;3)對(duì)于坡長(zhǎng)因子和坡度因子＞4(坡度≥25°)的部分,分別以地級(jí)市為單位建立2種土地利用類(lèi)型(大農(nóng)業(yè)用地、居民點(diǎn)及建設(shè)用地)基于1∶1萬(wàn)地形圖與基于1∶5萬(wàn)地形圖計(jì)算的地形因子的線性回歸方程,提取回歸方程的常數(shù)項(xiàng)和斜率作為校正參數(shù)圖層;4)把參數(shù)圖層和基于1∶5萬(wàn)地形圖計(jì)算的全省S和L圖層進(jìn)行運(yùn)算,得到校正后的坡度和坡長(zhǎng)因子圖。

2.2.4 生物措施因子、工程措施因子和耕作措施因子本研究根據(jù)全省1∶10萬(wàn)土地利用現(xiàn)狀圖和抽樣調(diào)查結(jié)果推算B、E、T值。具體方法如下:1)以縣為單位統(tǒng)計(jì)抽樣調(diào)查單元中各類(lèi)土地利用類(lèi)型的B、E、T均值;2)將B、E、T值聯(lián)結(jié)到土地利用類(lèi)型圖的屬性表中;3)將土地利用類(lèi)型圖進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,分別以B、E、T值作為字段,轉(zhuǎn)化成柵格大小為10 m×10 m的grid文件。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤侵蝕影響因子估算

3.1.1 降雨侵蝕力估算利用遼寧省抽樣單元與全省降雨侵蝕力的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),繪制遼寧省抽樣單元與全省降雨侵蝕力頻率分布對(duì)比圖(圖1)。

圖1 遼寧省抽樣單元與全省降雨侵蝕力頻率分布對(duì)比圖Fig.1 Frequency distribution of rainfall erosivity in the whole Liaoning Province and the sampling plots

從圖2可以看出:遼寧省的降雨侵蝕力主要分布在1 500～3 500 MJ·mm/(hm2·h)范圍內(nèi),并且1 500～3 500 MJ·mm/(hm2·h)的侵蝕力在抽樣調(diào)查和全省估算結(jié)果中所占比例分別為84.026%和75.551%。在1 500～3 500 MJ·mm/(hm2·h)的侵蝕力范圍中又以2 500～3 000 MJ·mm/(hm2·h)的比例為最大,占抽樣調(diào)查和全省估算結(jié)果的比例分別為36.038%和27.237%。通過(guò)對(duì)比可以看出2次估算的降雨侵蝕力差異不大。

3.1.2 土壤可蝕性因子估算由抽樣單元與全省各土地利用類(lèi)型K均值的比較結(jié)果(圖2)可知,抽樣調(diào)查和估算值的差異范圍為0～0.001 5,相對(duì)于抽樣單元的相對(duì)誤差均小于10%。全省估算值與抽樣調(diào)查的K均值誤差較大的是居民點(diǎn)、商服用地、獨(dú)立工礦用地及草地,但是這4種土地利用類(lèi)型所占面積比例很小?？梢?jiàn)本研究估算的全省各土地利用類(lèi)型的K均值與抽樣單元K均值非常接近。

3.1.3 地形因子估算根據(jù)1∶1萬(wàn)地形圖獲取抽樣單元中的地形因子,對(duì)基于1∶5萬(wàn)地形圖獲取的地形因子進(jìn)行線性校正。從圖3可以看出,經(jīng)過(guò)校正后坡度因子大于6的頻率大幅減少,校正后頻率分布情況與抽樣單元的坡度因子分布情況更為接近。

抽樣單元根據(jù)1∶1萬(wàn)地形圖計(jì)算的坡長(zhǎng)因子都在2.6以?xún)?nèi),基于1∶5萬(wàn)地形圖獲取的坡長(zhǎng)因子也都小于3。從圖3可以看出抽樣單元的坡長(zhǎng)因子接近于正態(tài)分布,主要集中在0.5到2,占85%左右。全省坡長(zhǎng)因子經(jīng)過(guò)調(diào)整,大于2的減少,1～2之間的增加,0～0.5之間的減少,與抽樣單元的坡長(zhǎng)因子分布情況趨于一致,但在0～1之間的調(diào)整結(jié)果不理想。

圖2 遼寧省抽樣單元與全省在不同土地利用類(lèi)型下平均土壤可蝕性K值對(duì)比圖Fig.2 Values of soil erodibility K under different land use in the whole Liaoning Province and the sampling plots

圖3 遼寧省坡度和坡長(zhǎng)因子校正前后與抽樣單元坡度坡長(zhǎng)因子頻率分布對(duì)比圖Fig.3 Frequency distribution of gradient and slope length factor in the whole Liaoning Province and the sampling plots before and after revising

3.1.4 生物措施因子B、工程措施因子E、耕作措施因子T的估算根據(jù)1 287個(gè)抽樣單元的調(diào)查結(jié)果,將遼寧省18類(lèi)土地利用類(lèi)型合并為8大類(lèi),分別為:耕地(水田、水澆地、旱地)、園地(果園、其他園地)、林地(有林地、灌木林地、其他林地)、草地(天然牧草地、人工牧草地、其他草地)、商服住宅公共用地及工礦用地(城鎮(zhèn)居民點(diǎn)、農(nóng)村居民點(diǎn)、獨(dú)立工礦用地、商服及公共用地)、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地、其他土地。遼寧省總面積是1 530.19萬(wàn)hm2,抽樣調(diào)查單元的總面積是9.794萬(wàn)hm2。從圖4可知,抽樣單元中各土地利用類(lèi)型的面積比例與全省各土地利用類(lèi)型的面積比例差異不大,因此抽樣調(diào)查的水土保持措施因子能很好地反映各土地利用類(lèi)型的水土保持措施因子。

圖4 遼寧省抽樣單元與全省不同土地利用類(lèi)型所占比例對(duì)比圖Fig.4 Proportions of different land use types in the whole Liaoning Province and the sampling plots

由圖5可知,抽樣調(diào)查和估算的全省水田、水澆地、旱地、獨(dú)立工礦用地的B均值都在0.9以上,其他土地的B均值在0.6左右,林地、草地和果園等的B均值都在0.2以下。僅通過(guò)生物措施因子來(lái)看,耕地和獨(dú)立工礦用地的水土保持效益最差。除其他土地外,估算的全省各土地利用類(lèi)型的B均值與抽樣調(diào)查單元的B均值雖有差異,但相對(duì)誤差均小于10%,說(shuō)明全省生物措施因子估算方法合理。水域及水利設(shè)施用地、其他土地和水澆地等的E均值接近于1,說(shuō)明這些土地利用類(lèi)型少有水土保持工程措施,而交通用地、工礦用地及商服用地等的E均值都小于0.3。耕地及人工牧草地的T值較小,均＜0.5,其余土地利用類(lèi)型的T值接近或等于1。抽樣單元的E值和T值也與全省估算值較為一致,說(shuō)明工程和耕作措施因子估算方法也是可行的。

3.2 土壤侵蝕強(qiáng)度比較

3.2.1 各級(jí)土壤侵蝕強(qiáng)度面積比較由遼寧省抽樣單元和省域土壤侵蝕強(qiáng)度匯總表(表1)可知,遼寧省土壤水蝕以微度和輕度為主,抽樣調(diào)查結(jié)果和估算結(jié)果都表明處于微度侵蝕的地區(qū)約占85%,強(qiáng)度侵蝕以上的地區(qū)所占面積不到2%。

圖5 遼寧省抽樣單元與全省各土地利用的B值、E值和T值對(duì)比圖Fig.5 Values of biological measure factor B,engineering measure factor E,and tillage measure factor T under different land use in the whole Liaoning Province and the sampling plots

3.2.2 不同土地利用類(lèi)型土壤侵蝕模數(shù)比較對(duì)比遼寧省抽樣調(diào)查和估算的不同土地利用條件下土壤水蝕模數(shù)(表2)可知,土壤侵蝕模數(shù)最大的是其他土地,但其他土地在全省的面積比例很小,可忽略,其次是旱地和草地,各種林地的侵蝕量居中,居民點(diǎn)、交通用地和水域、水田等土壤侵蝕較小。值得注意的是工礦用地的平均土壤侵蝕強(qiáng)度雖然小,但遼寧省作為工礦業(yè)重省,其工礦用地的總侵蝕量不容忽視。

從表2可以看出,抽樣調(diào)查得到土壤侵蝕模數(shù)和估算的土壤侵蝕模數(shù)之間存在一定差異,主要表現(xiàn)為抽樣調(diào)查得到的獨(dú)立工礦用地、果園、旱地、其他土地的侵蝕模數(shù)與估算得到的侵蝕模數(shù)相比較大,而在草地、其他林地等土地利用類(lèi)型上抽樣調(diào)查得到的侵蝕模數(shù)卻較小,主要原因可能是估算時(shí)采用的坡度、坡長(zhǎng)因子的地形數(shù)據(jù)精度與抽樣調(diào)查時(shí)不同。

表1 2011年遼寧省抽樣單元和省域土壤侵蝕強(qiáng)度比較Tab.1 Soil erosion intensities in the whole Liaoning Province and in the sampling plots in 2011

表2 2011年遼寧省不同土地利用土壤水蝕模數(shù)比較Tab.2 Soil erosion modulus under different land use in the Liaoning Province in 2011t/km2

3.3 侵蝕估算結(jié)果差異分析

抽樣調(diào)查結(jié)果和全省估算結(jié)果都說(shuō)明遼寧省土壤水蝕以微度和輕度為主(表1),但不同土地利用類(lèi)型的平均土壤侵蝕模數(shù)存在較大差異(表2),其原因主要有2方面:1)抽樣調(diào)查單元在實(shí)地勾繪地塊邊界的基礎(chǔ)上,較全面地記錄了土地利用、水土保持措施及土壤方面的信息,對(duì)于區(qū)域具有很好的代表性,但是2011年遼寧省抽樣調(diào)查單元的面積只占全省面積的0.64%,存在差異是正常的;2)省域估算和抽樣單元計(jì)算坡度、坡長(zhǎng)因子的地形數(shù)據(jù)精度不同。

4 討論

本文根據(jù)土壤侵蝕抽樣調(diào)查成果推求了全省范圍內(nèi)的土壤侵蝕模數(shù),其關(guān)鍵在于土壤侵蝕影響因子的估算。降雨侵蝕力因子的估算使用與抽樣調(diào)查完全相同的數(shù)據(jù),因此降雨侵蝕力因子的精度不存在問(wèn)題。土壤可蝕性因子以及生物、工程和耕作措施因子是基于抽樣調(diào)查成果和土地利用類(lèi)型圖估算得到的,由于土地利用類(lèi)型圖中缺少工程措施和耕作措施因子信息,只能根據(jù)抽樣調(diào)查單元中各種土地利用條件下的水土保持措施因子均值推算區(qū)域水土保持措施因子,所以對(duì)估算精度有一定影響。

計(jì)算省域土壤侵蝕模數(shù)最大的問(wèn)題是地形因子的估算,前人的研究和本研究的分析都表明基于1∶1萬(wàn)地形圖和1∶5萬(wàn)地形圖計(jì)算的坡度和坡長(zhǎng)因子差異較大。雖然本研究以地級(jí)市為單元對(duì)1∶5萬(wàn)地形圖獲取的坡度和坡長(zhǎng)因子進(jìn)行了校正,但地形因子的計(jì)算精度不高,會(huì)直接影響省域土壤侵蝕模數(shù)的估算精度。

通過(guò)對(duì)比全省和抽樣調(diào)查單元的土壤侵蝕因子值及各級(jí)土壤侵蝕強(qiáng)度面積,發(fā)現(xiàn)本研究方法合理,且估算精度較高,若能獲取更大比例尺的土壤類(lèi)型圖和地形圖,省域土壤侵蝕的估算精度可以得到進(jìn)一步提升。

5 結(jié)論

1)除坡度與坡長(zhǎng)因子外,遼寧全省土壤侵蝕因子的估算結(jié)果與抽樣調(diào)查結(jié)果較為接近。

2)土壤侵蝕強(qiáng)度估算結(jié)果和抽樣調(diào)查結(jié)果均表明:遼寧省土壤水蝕以微度侵蝕和輕度侵蝕為主,全省約85%的土地處于微度侵蝕,而強(qiáng)度侵蝕以上面積僅占2%。

3)抽樣調(diào)查得到的獨(dú)立工礦用地、果園、旱地、其他土地的侵蝕模數(shù)比估算得出的侵蝕模數(shù)大,而在草地、其他林地等土地利用類(lèi)型上抽樣調(diào)查得到的侵蝕模數(shù)卻比估算得出的侵蝕模數(shù)小,主要原因可能是省域和抽樣單元計(jì)算地形因子的DEM數(shù)據(jù)精度不同。

4)基于抽樣調(diào)查資料和侵蝕模型估算的區(qū)域土壤侵蝕模數(shù)和強(qiáng)度具有很高的可信度,此法為實(shí)現(xiàn)定期和持續(xù)的區(qū)域土壤侵蝕估算提供參考。

[1] 李銳,楊勤科.區(qū)域水土流失快速調(diào)查與管理信息系統(tǒng)研究[M].鄭州:黃河水利出版社,2000:1. LI Rui,YANG Qinke.The quick survey of regional water and soil loss and management information system[M]. Zhengzhou:The Yellow River Water Conservancy Press, 2000:1.

[2] 冷疏影,馮仁國(guó),李銳,等.土壤侵蝕與水土保持科學(xué)重點(diǎn)研究領(lǐng)域與問(wèn)題[J].水土保持學(xué)報(bào),2004,18 (1):1. LENG Suying,FENG Renguo,LI Rui,et al.Key research of soil erosion and conservation in China[J].Journal of Soil and Water Conservation,2004,18(1):1.

[3] 王禮先,張有實(shí),李銳,等.關(guān)于我國(guó)水土保持科學(xué)技術(shù)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2005,3 (1):1. WANG Lixian,ZHANG Youshi,LI Rui,et al.On key research domain of science and technology for soil and water conservation in China[J].Science of Soil and Water Conser1ation,2005,3(1):1.

[4] 楊勤科,李銳,曹明明.區(qū)域土壤侵蝕定量研究的國(guó)內(nèi)外進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2006,21(8):849. YANG Qinke,LI Rui,CAO Mingming.Advances of quantitative assessment on regional soil erosion[J].Advances in Earth Science,2006,21(8):849.

[5] 郭索彥,李智廣.我國(guó)水土保持監(jiān)測(cè)的發(fā)展歷程與成就[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2009,7(5):19. GUO Suoyan,LI Zhiguang.Development and achievements of soil and water conservation monitoring in China [J].Science of Soil and Water Conser1ation,2009,7 (5):19.

[6] 土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn):SL190—2007[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,1997:4. Standards for classification and gradation of soil erosion: SL 190-2007[S].Beijing:China Water Power Press, 1997:4.

[7] KIRKBY M J,ABRAHART R,MCMAHON M D,et al. MEDALUS soil erosion models for global change[J].Geomorphology,1998,24(1):35.

[8] KIRKBY M J,IMESON A C,BERGKAMP G J J,et al. Scaling up processes and models from the field plot to the watershed and regional areas[J].Journal of Soil and Water Conservation,1996,51(5):391.

[9] ZHANG X Y,DRAKE N A,WAINWRIGHT J W.Scaling land surface parameters for global-scale soil erosion estimation[J].Water Resources Research,2002,38(9): 1180.

[10]KING D,FOX D M,DAROUSSIN J,et al.Upscaling a simple erosion model from small areas to a large region [J].Nutrient Cycling in Agroecosystems,1998,50(1): 143.

[11]NUSSER S M,GOEBEL J J.The national resources inventory:a long term resource monitoring programme[J].Environmental and Ecological Statistics,1997,4(3):182.

[12]楊勤科,李銳,劉詠梅.區(qū)域土壤侵蝕普查方法的初步討論[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2008,6(3):1. YANG Qinke,LI Rui,LIU Yongmei.Discussions on methods of national regional soil erosion survey[J].Science of Soil and Water Conservation,2008,6(3):1.

[13]李智廣,符素華,劉寶元.我國(guó)水力侵蝕抽樣調(diào)查方法[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2012,10(1):77. LI Zhiguang,FU Suhua,LIU Baoyuan.Sampling program of water erosion inventory in the first national water resource survey[J].Science of Soil and Water Conservation,2012,10(1):77.

[14]張巖,劉憲春,李智廣,等.利用侵蝕模型普查黃土高原土壤侵蝕狀況[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012,28(10): 165. ZHANG Yan,LIU Xianchun,LI Zhiguang,et al.Surveying soil erosion condition in the Loess Plateau using soil erosion model[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2012,28(10):165.

[15]LIU Baoyuan,ZHANG Keli,XIE Yun.An empirical soil loss equation[C]∥Proceedings 12th International Soil Conservation Organization Conference.Beijing,China: Tsinghua University Press,2002,3:21.

[16]章文波,付金生.不同類(lèi)型雨量資料估算降雨侵蝕力[J].資源科學(xué),2003,25(1):36. ZHANG Wenbo,FU Jinsheng.Rainfall erosivity estimation under different rainfall amount[J].Resources Science, 2003,25(1):36.

Estimation of regional soil erosion based on sampling survey

WANG Zhenying1,HE Yuanmei2
(1.Liaoning Academy of Water Resources and Hydropower,110003,Shenyang,China; 2.College of Soil and Water Conservation,Beijing Forestry University,100083,Beijing,China)

[Background]The estimation of regional soil erosion is an important but difficult topic for soil erosion research.During the past years,artificial survey method had been used to make national soil erosion survey,classifying the soil erosion intensity in the topographic map according to vegetation coverage and slope gradient was time-consuming.The national soil erosion investigation based on remote sensing image and GIS technology in large scale had also be conducted,the soil erosion type and intensity were evaluated only according to vegetation coverage and slope,but without rainfall,soil erodibility and other important factors.Thus,how to present the regional spatial distribution of soil erosion quickly and accurately is an urgent issue.[Methods]In order to study method of estimating the regional soil erosion by survey data,Liaoning Province was taken as the study area,soil erosion factors(rainfall erosivity,soil erodibility,topography,soil and water conservation measures)and soil erosion modulus in 2011 were estimated using Chinese Soil Loss Equation(CSLE)based on GIS technology and sampling data from the first nationwide water resources survey in 2011.The soil erosion intensity of the whole Liaoning Province were graded,and compared with the statistical results in sampling plots.[Results]The results showed that the estimated soil erosion factors were relatively consistent with the sampling results apart from slope length and gradient.And the difference of scale accuracy of the topographic data mainly contributed to the difference of slope length and gradient between the whole Liaoning Province and sampling plots.Thedata from sampling plots and the whole province both showed the similar results that the intensity of soil erosion in Liaoning Province were mostly slight and light.Every year the intensity less than 1 000 t/km2accounted for about 85%of the area,while the one greater than 5 000 t/km2accounted for only 2%of the area.The soil erosion modulus of other land was the largest(1 777.65 t/km2),folllowed by the dryland(842.20 t/km2)and grassland(794.87 t/km2),the urban residence(11.69 t/km2),paddy field and water areas(17.14 t/km2)were the smallest.Compared to the estimated results of the whole province,the erosion modulus of sampling plots in the independent industrial and mining area,other garden and other land were larger with average values of 3 974.89 t/km2,1 656.95 t/km2and 807.74 t/ km2respectively,while the erosion modulus of sampling plots in grassland and other woodland were smaller with average values of 551.48 t/km2and 197.55 t/km2respectively,and these differences might resulted from the different resolutions of DEM data between the whole province and sampling plots[Conclusions]The research suggests that it is highly credible to estimate regional soil erosion modulus relying on sampling survey data and soil erosion model.And it can provide a reference for the estimation of regional soil erosion using sampling survey data.

sampling data;CSLE;ArcGIS;regional soil erosion;Liaoning Province

S157.1

:A

:2096-2673(2017)01-0015-07

10.16843/j.sswc.2017.01.003

2015- 10- 28

2016- 11- 17

王振穎(1966—),男,博士,教授級(jí)研究員。主要研究方向:3S技術(shù)應(yīng)用。E-mail:173667330@qq.com