程林++李慶辰++王艷霞++劉西漢++田海蘭

摘要：采用樹(shù)輪地貌學(xué)方法及土壤侵蝕速率時(shí)間變化分析方法，在河北省環(huán)首都山地4個(gè)代表性區(qū)域開(kāi)展土壤侵蝕研究。結(jié)果顯示，調(diào)查點(diǎn)的土壤侵蝕強(qiáng)度均在中度侵蝕以上，以極強(qiáng)度侵蝕和劇烈侵蝕為主。土壤侵蝕速率與坡度、地貌、巖性、植被狀況等環(huán)境因子及人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān)。人類(lèi)活動(dòng)痕跡區(qū)、陡坡區(qū)、山麓區(qū)，巖性為碎屑巖、輝綠巖、灰?guī)r、片麻巖或黃土狀土的分布區(qū)，樹(shù)木稀疏或林下植被稀疏區(qū)發(fā)生極強(qiáng)度侵蝕或劇烈侵蝕強(qiáng)度的可能性極高。對(duì)同一坡面調(diào)查點(diǎn)的分析顯示，土壤侵蝕對(duì)坡度和人類(lèi)活動(dòng)最敏感，其它依次是植被和地貌部位。對(duì)不同樹(shù)齡的調(diào)查點(diǎn)分析顯示，近百年來(lái)環(huán)首都山地土壤侵蝕速率增長(zhǎng)區(qū)域明顯。為全面治理水土流失，應(yīng)綜合劃定環(huán)首都山區(qū)土壤侵蝕敏感分區(qū)，開(kāi)展分區(qū)分級(jí)治理。

關(guān)鍵詞：環(huán)首都山地；土壤侵蝕；樹(shù)輪地貌學(xué)方法；環(huán)境因子

中圖分類(lèi)號(hào)：S157文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2017）06-0074-05

AbstractBased on the dendrogeomorphological method and soil erosion rate temporal variation analyze method，the soil erosion rate of 4 representative distracts in Hebei mountains around Beijing were researched. The results showed that the erosion intention of research points were all above middle degree erosion. Most of the research points were very intensive erosion or violent erosion. The soil erosion rate was related to slope， geomorphology， lithology， vegetation conditions and human activity. These research points as follows were easy to occur very intensive erosion or violent erosion， such as human activity district， steep slope district， foothill district， clastic rock district， diabase district， limestone district， gneiss district or loess-like soil district and tree or undergrowth sparse areas. The results of the same slope surface showed that the soil erosion was the most sensitive to slope and human activity， then was vegetation conditions and geomorphology. The results of points with different tree ages showed that the soil erosion rates in the last hundred years had a considerable increase. For all-round management of water and soil erosion， the sensitiveness zone of soil erosion in Hebei mountains around Beijing should be comprehensively designated，and the zonal and hierarchic control should be carried out.

KeywordsHebei mountains around Beijing；Soil erosion；Dendrogeomorphological method； Environmental factor

山地坡面侵蝕為山洪、崩塌、滑坡、泥石流等災(zāi)害提供了松散物質(zhì)來(lái)源，容易造成山區(qū)土地資源破壞、土壤肥力下降、庫(kù)塘湖泊淤積等一系列危害[1]。我國(guó)土壤侵蝕面積大、分布范圍廣、侵蝕強(qiáng)度大、侵蝕區(qū)域差異明顯、成因復(fù)雜[2]。河北為多山地區(qū)，山地以太行山、燕山為主，土壤侵蝕敏感區(qū)分布面積廣泛[3]。對(duì)河北省土壤侵蝕的研究主要以侵蝕現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)[4，5]、侵蝕敏感性分析[3，6]、影響因子評(píng)價(jià)[7-12]、侵蝕速率測(cè)算[13，14]為主。其中侵蝕速率測(cè)算主要基于遙感測(cè)量和RUSLE模型法，難以全面反映地形復(fù)雜區(qū)域的土壤侵蝕特征。

河北省環(huán)首都山地主要是保定、張家口、承德等地的太行山、燕山山地，為我國(guó)地勢(shì)第二級(jí)階梯和第三級(jí)階梯的過(guò)渡帶，山勢(shì)陡峻，氣候、地質(zhì)條件復(fù)雜，是京津冀生態(tài)環(huán)境重要的支撐區(qū)。本研究基于樹(shù)輪地貌學(xué)方法，對(duì)環(huán)首都山地的部分代表性區(qū)域進(jìn)行調(diào)查，對(duì)坡面土壤侵蝕速率進(jìn)行實(shí)測(cè)，研究環(huán)首都山地土壤侵蝕特征及影響因素，以期為區(qū)域生態(tài)環(huán)境管理提供理論參考。

1材料與方法

1.1調(diào)查區(qū)概況

調(diào)查區(qū)主要位于河北省環(huán)首都山地的淶源、興隆、豐寧、圍場(chǎng)四縣，分別代表環(huán)首都山地的夏季風(fēng)迎風(fēng)坡（淶源、興?。┖捅筹L(fēng)坡（豐寧、圍場(chǎng)）。調(diào)查地區(qū)的基本地理特征見(jiàn)表1。

1.2土壤侵蝕速率調(diào)查方法

傳統(tǒng)的土壤侵蝕調(diào)查方法包括測(cè)量學(xué)方法、遙感研究法、地球化學(xué)方法、水文學(xué)研究方法、土壤學(xué)研究方法等[15]。其中常用的地球化學(xué)方法為同位素分析法，即通過(guò)同位素（如137Cs等）分析測(cè)定核塵埃產(chǎn)生至今的土壤侵蝕情況。水文學(xué)觀測(cè)方法基于多年水文泥沙觀測(cè)資料[16]，而一般資料缺乏溶解質(zhì)及推移質(zhì)泥沙統(tǒng)計(jì)信息，計(jì)算結(jié)果在反映坡面侵蝕總量方面存在一定誤差。測(cè)量學(xué)方法基于測(cè)繪和遙感設(shè)備，多以提供近年內(nèi)重復(fù)監(jiān)測(cè)期內(nèi)的土壤侵蝕速率為主。從調(diào)查成本、耗時(shí)、數(shù)據(jù)精度等方面綜合考慮，這些方法在地形復(fù)雜的小區(qū)域內(nèi)應(yīng)用均存在一定不足。

為更直觀、精確地分析山地復(fù)雜地形小區(qū)域的坡面侵蝕，20世紀(jì)60年代以來(lái)，研究者開(kāi)始采用樹(shù)輪地貌學(xué)方法[17-19]，以某一暴露樹(shù)根自明顯暴露至今的年齡為時(shí)間尺度，以該暴露樹(shù)根最下部至正常地表的距離為侵蝕厚度，進(jìn)而獲得該樹(shù)根暴露期間的土壤侵蝕速率。該方法近來(lái)已在歐洲[17，21]、北美[18，22]和國(guó)內(nèi)部分地區(qū)[23-25]得到應(yīng)用。為提高調(diào)查分析過(guò)程的便捷性和數(shù)據(jù)的代表性，結(jié)合坡面樹(shù)木自生長(zhǎng)即存在不同強(qiáng)度的土壤侵蝕的特點(diǎn)，對(duì)該方法進(jìn)行改進(jìn)，采用全樹(shù)齡調(diào)查方法。侵蝕厚度為暴露最深的樹(shù)根最底部至當(dāng)前地表的高度。侵蝕時(shí)長(zhǎng)采用樹(shù)木主干的年輪。參照Gartner[17]公式，全樹(shù)齡法的土壤侵蝕速率計(jì)算方法見(jiàn)式（1）：

式中，Era為土壤侵蝕速率，單位為mm/a；Ex為侵蝕厚度，單位為mm；P為樹(shù)齡，單位為a。

依據(jù)該方法，選擇自然植被分布或人類(lèi)活動(dòng)影響較小的調(diào)查區(qū)，調(diào)查點(diǎn)選擇有樹(shù)根暴露的地點(diǎn)。使用生長(zhǎng)錐在樹(shù)木主干距地面1.3 m處鉆取寬約5 mm的樹(shù)輪樣品，通過(guò)晾曬、打磨、年輪測(cè)算獲得樹(shù)齡值。使用卷尺量算該樹(shù)木所在地點(diǎn)的侵蝕厚度。此外，記錄樹(shù)木的GPS位置、坡度、巖性、地貌、植被等信息。計(jì)算調(diào)查點(diǎn)土壤侵蝕速率，并根據(jù)《土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)》[26]標(biāo)準(zhǔn)劃定不同調(diào)查點(diǎn)的土壤侵蝕強(qiáng)度。

1.3土壤侵蝕速率時(shí)間變化分析方法

利用調(diào)查點(diǎn)樹(shù)木的主干樹(shù)齡分析不同年代的土壤侵蝕特征。將所有調(diào)查點(diǎn)劃分為不同的組，計(jì)算并比較每個(gè)樹(shù)齡組的平均侵蝕速率。計(jì)算方法見(jiàn)式（2）：

式中，Era為某一樹(shù)齡組的平均侵蝕速率，（Ex ）i為該組調(diào)查點(diǎn)的侵蝕厚度，（P）i為該組調(diào)查點(diǎn)的樹(shù)齡。通過(guò)對(duì)不同樹(shù)齡組的對(duì)比，可以反映不同時(shí)段以來(lái)的土壤侵蝕速率變化特征。

2結(jié)果與分析

2.1調(diào)查點(diǎn)土壤侵蝕總體特征

調(diào)查共獲取樣品82個(gè)，各調(diào)查區(qū)的調(diào)查點(diǎn)數(shù)量及其侵蝕強(qiáng)度分析結(jié)果見(jiàn)表2。調(diào)查點(diǎn)侵蝕速率介于2.86～38.71 mm/a，侵蝕強(qiáng)度均在中度以上，以極強(qiáng)度侵蝕和劇烈侵蝕為主。迎風(fēng)坡山區(qū)（興隆、淶源）調(diào)查點(diǎn)的侵蝕強(qiáng)度多高于背風(fēng)坡（豐寧、圍場(chǎng)），其中淶源調(diào)查點(diǎn)的侵蝕強(qiáng)度最高。

2.2土壤侵蝕與環(huán)境因子的關(guān)系

2.2.1土壤侵蝕與坡度的關(guān)系自然坡面的土壤侵蝕速率與調(diào)查點(diǎn)坡度呈現(xiàn)為較好的相關(guān)性。如圖1所示，坡度<45°時(shí)，侵蝕速率與坡度基本呈線性關(guān)系。坡度>45°時(shí)，侵蝕速率隨坡度變大表現(xiàn)為類(lèi)指數(shù)關(guān)系。受人類(lèi)活動(dòng)影響的調(diào)查點(diǎn)，其侵蝕速率均較高，和坡度變化無(wú)相關(guān)性。

2.2.2土壤侵蝕與植被的關(guān)系坡面土壤侵蝕速率和當(dāng)?shù)赝恋馗脖惶卣飨嚓P(guān)，其中受喬木密度影響尤為顯著。如圖2所示，三種不同樹(shù)木密度區(qū)的平均侵蝕速率分別為孤樹(shù)18.32 mm/a，稀樹(shù)12.55 mm/a，樹(shù)叢9.58 mm/a，樹(shù)木密度低值區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)度級(jí)別以上土壤侵蝕的可能性更高。此外，林下植被特征對(duì)坡面的保護(hù)作用顯著，裸地的土壤侵蝕速率明顯高于灌叢和草地。

2.2.3土壤侵蝕與地貌的關(guān)系土壤侵蝕速率與調(diào)查點(diǎn)地貌部位的相關(guān)性見(jiàn)圖3，山麓、山腰及山頂?shù)钠骄治g速率為17.27、11.19 mm/a及12.79 mm/a。其中山麓地區(qū)碎屑物質(zhì)豐富，降水匯集所導(dǎo)致的地下或地表水流速較高，所以出現(xiàn)強(qiáng)烈級(jí)別以上土壤侵蝕的可能性更高。山頂?shù)貐^(qū)水分相對(duì)較少，土壤侵蝕主要以風(fēng)化剝落為主，除個(gè)別外土壤侵蝕速率相對(duì)較低。

2.2.4土壤侵蝕與巖性的關(guān)系土壤侵蝕與基巖巖性的相關(guān)性見(jiàn)圖4。其中基巖為角礫巖（含斷層角礫巖、凝灰質(zhì)角礫巖）的調(diào)查點(diǎn)平均侵蝕速率達(dá)18.05 mm/a，且大多數(shù)調(diào)查點(diǎn)的侵蝕速率高于10 mm/a?；鶐r為輝綠巖、灰?guī)r的調(diào)查點(diǎn)侵蝕速率均高于10 mm/a。基巖為片麻巖或土質(zhì)為黃土狀土（主要為沖積黃土）的調(diào)查點(diǎn)侵蝕速率多高于10 mm/a，少數(shù)調(diào)查點(diǎn)侵蝕速率高于30 mm/a。

2.3土壤侵蝕對(duì)環(huán)境的敏感程度分析

為了考察土壤侵蝕速率對(duì)環(huán)境響應(yīng)的特點(diǎn)，將同一山體（基巖巖性多相同）的調(diào)查點(diǎn)編為一組，調(diào)查點(diǎn)數(shù)量超過(guò)3的組為有效組，共有15個(gè)有效組。若土壤侵蝕速率與因子之間呈現(xiàn)如上述章節(jié)所示的相關(guān)關(guān)系，則定義為敏感。據(jù)此，各有效組土壤侵蝕速率對(duì)環(huán)境的敏感程度見(jiàn)表3。由表3可知，在同一山體環(huán)境下，調(diào)查點(diǎn)土壤侵蝕速率對(duì)坡度變化最敏感，其次為植被、地貌、人類(lèi)活動(dòng)。

此外，有效組內(nèi)共有三組中調(diào)查點(diǎn)附近有人類(lèi)活動(dòng)痕跡（山路），這三組均對(duì)人類(lèi)活動(dòng)敏感。且有人類(lèi)活動(dòng)痕跡的調(diào)查點(diǎn)，其土壤侵蝕速率遠(yuǎn)高于組內(nèi)其他調(diào)查點(diǎn)?？梢?jiàn)土壤侵蝕速率變化對(duì)人類(lèi)活動(dòng)同樣非常敏感。

2.4近百年來(lái)土壤侵蝕速率的變化特征

根據(jù)調(diào)查點(diǎn)的樹(shù)輪特征對(duì)調(diào)查點(diǎn)進(jìn)行分組，樹(shù)齡小于70年的，每10年分為一組；樹(shù)齡大于70年的，分為70～89、90～119、120年及以上組。根據(jù)式（2），計(jì)算每組的平均侵蝕速率，結(jié)果見(jiàn)圖5。樹(shù)齡39年以內(nèi)調(diào)查點(diǎn)的平均侵蝕速率在15.83～17.57 mm/a，樹(shù)齡40～69年以內(nèi)調(diào)查點(diǎn)的侵蝕速率為11.51～12.19 mm/a，樹(shù)齡70年以上調(diào)查點(diǎn)的侵蝕速率為7.20～8.18 mm/a。由此可見(jiàn)，20世紀(jì)50年代以來(lái)，土壤侵蝕強(qiáng)度愈加嚴(yán)重，尤其是80年代以來(lái)，平均土壤侵蝕速率顯著增加。

3討論與結(jié)論

（1）通過(guò)研究調(diào)查點(diǎn)土壤侵蝕速率的規(guī)律性特征可以發(fā)現(xiàn)，坡度、地貌、巖性、植被等因子均是影響土壤侵蝕的重要因素。坡面侵蝕速率與坡度有良好的相關(guān)性。土壤侵蝕速率與調(diào)查區(qū)土地覆被特征相關(guān)，孤樹(shù)、稀樹(shù)分布區(qū)或林下植被稀疏區(qū)土壤侵蝕速率普遍較高。此外，地貌為山麓的區(qū)域，或基巖巖性為角礫巖、輝綠巖、灰?guī)r、片麻巖及黃土狀土分布區(qū)也有可能出現(xiàn)較嚴(yán)重的土壤侵蝕。

（2）調(diào)查樣品的分組分析結(jié)果顯示，同一山體或坡面（即基巖巖性相同或相似），土壤對(duì)坡度和人類(lèi)活動(dòng)最為敏感，其他依次為植被和地貌部位。

（3）通過(guò)分析近百年來(lái)土壤侵蝕速率變化特征可以發(fā)現(xiàn)，近百年來(lái)土壤侵蝕速率呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。尤其是20世紀(jì)80年代以來(lái)，平均土壤侵蝕速率顯著增加。

（4）河北省環(huán)首都山區(qū)是京津冀地區(qū)重要的生態(tài)環(huán)境保障區(qū)，是京津冀協(xié)同發(fā)展的重要生態(tài)屏障。為全面治理水土流失，有必要結(jié)合調(diào)查分析結(jié)果，綜合劃定環(huán)首都山區(qū)土壤侵蝕敏感分區(qū)，開(kāi)展分區(qū)分級(jí)治理，嚴(yán)格禁止高敏感區(qū)開(kāi)發(fā)，在裸地地區(qū)、山麓地區(qū)、碎屑巖及黃土狀土等土壤侵蝕高敏感性分布區(qū)開(kāi)展森林或地表灌草植被修復(fù)與維護(hù)，建設(shè)水土保持工程，推進(jìn)生態(tài)移民。

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