史璐瑤

（河北省承德水文勘測研究中心，河北 承德067000）

北方土石山區(qū)域面積達(dá)75.4萬km2， 其中有12.8萬km2遭受水土流失，是我國水力土壤侵蝕典型區(qū)之一［1］。 該地區(qū)為農(nóng)牧交錯(cuò)帶、干旱與半干旱過渡區(qū)，人為活動(dòng)強(qiáng)烈、地表覆被程度較低，加之夏季暴雨集中，極易產(chǎn)生水土流失。近40年來區(qū)域?qū)嵤┝恕叭薄狈雷o(hù)林建設(shè)、退耕還林還草工程，使得生態(tài)環(huán)境有一定恢復(fù)，土壤侵蝕程度得到有效遏制［2-3］。 在區(qū)域尺度上定量估算土壤侵蝕量與解析其空間分布特征是促進(jìn)水土保持治理的關(guān)鍵。 本研究擬以多源環(huán)境數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)， 定量揭示承德市土壤侵蝕模數(shù)及其強(qiáng)度分布，以期為區(qū)域國土資源管理提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

承德市地處我國華北平原向內(nèi)蒙古高原過渡帶，屬于農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)，地理坐標(biāo)為北緯40°12′～42°37′E，東經(jīng)115°54′～119°15′E，區(qū)域面積3.97萬km2。 該市地勢自北向南傾斜，依次是燕山山地、海河平原，海拔介于200～2118m，地勢相差較大。 區(qū)域?yàn)闇貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明、雨熱同期，夏季降水量集中，多年平均降水量539mm，氣溫9 ℃。 該市土壤侵蝕類型有風(fēng)力、水力、凍融侵蝕3種，其中風(fēng)力侵蝕主要分布在西北部裸露土石山區(qū)， 凍融侵蝕以北部山地區(qū)為主，水力侵蝕則廣泛分布。

2 RULSE原理與研究數(shù)據(jù)

2.1 RULSE模型原理

通用土壤流失方程 （RUSLE） 是美國學(xué)者Wischmeier［3］于20世紀(jì)60年代通過試驗(yàn)總結(jié)而提出，且經(jīng)國內(nèi)外學(xué)者校正后而廣泛應(yīng)用于估算土壤模數(shù)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?該模型綜合考慮了土壤侵蝕發(fā)生的動(dòng)力來源、受體防護(hù)、土壤性質(zhì)、地形等侵蝕環(huán)境因子，將土壤侵蝕量描述如下［4-5］：

式中 A為年侵蝕模數(shù) （t·km-2a-1）；R為降雨侵蝕動(dòng)力因子（MJ·mm/（hm2·h·a）），計(jì)算如式（2）；K為土壤可蝕性因子（t·hm2·h/（hm2·MJ·mm））；計(jì)算如式（3）；LS為坡長及坡度因子，計(jì)算如式（4）～（5）；C為植被覆蓋和作物管理因子；P為水土保持措施因子，林地、草地為1，旱地0.4，果園0.7，城鎮(zhèn)道路為0，未利用地為1。

式中 Pi為月平均降雨量（mm），P為年平均降雨量（mm），i=1，2…12；SAN、SIL、GLA分別為砂粒、粉砂、黏粒含量百分比；C為有機(jī)質(zhì)含量百分比；SN=1-SAN/100。

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

基于RULSE方程，選取對(duì)侵蝕發(fā)育敏感的環(huán)境因子作為侵蝕程度預(yù)測模型的輸入變量。 具體數(shù)據(jù)如下：

表1 土壤侵蝕敏感性環(huán)境因子數(shù)據(jù)集

使用ENVI 5.5處理landsat8 OLI影像，經(jīng)輻射定標(biāo)、地形校正后提取植被指數(shù)。 其他圖件資料和柵格化數(shù)據(jù)通過ArcGIS10.6平臺(tái)進(jìn)行空間處理計(jì)算。將上述環(huán)境因子統(tǒng)一坐標(biāo)、分辨率（30m），利用柵格計(jì)算器與重分類工具進(jìn)行土壤侵蝕建模與侵蝕強(qiáng)度分級(jí)［5］。

3 結(jié)果與分析

3.1 承德市RULSE各因子空間分布

提取RULSE各因子是估算土壤侵蝕模數(shù)的關(guān)鍵。 圖1為基于遙感和GIS技術(shù)的承德市土壤侵蝕環(huán)境因子空間分布圖。

圖1 承德市RULSE各因子空間分布

如圖1所示， 研究區(qū)降雨侵蝕力介于1390～2465（MJ·mm/（hm2·h·a））之間，平均值為1865（MJ·mm/（hm2·h·a）），呈現(xiàn)自南向北減少分布，這與區(qū)域降雨量分布特征一致。C因子（圖1（a））值介于0.34～1.00之間，北部土石山區(qū)植被生長狀況較差，因而C因子為低值，東南大部分地區(qū)為園地、耕地、建設(shè)用地，該地C 不能反映真實(shí)的植被管理狀況，因而該地C因子可能被高估。 P因子（圖1（b））空間分布與C因子分布相逆，具有相似空間特征，其值介于0.12～1.00。S因子（圖1（c））呈斑塊狀分布，與L因子格局近似。 K因子（圖1（f））值域?yàn)?.16～0.83，空間分布受DEM、河流影響。

3.2 承德市土壤侵蝕分布特征分析

圖3為承德市土壤侵蝕模數(shù)空間分級(jí)。 統(tǒng)計(jì)表明，研究區(qū)平均土壤侵蝕模數(shù)為2438.69t/（km2·a），表明該地土壤侵蝕相對(duì)較輕， 土壤侵蝕總量0.68 億t/a。從空間上看，該市土壤侵蝕強(qiáng)度斑塊呈塊狀分布，其中，微度侵蝕等級(jí)以班狀、帶狀分布，在河流上游或溝谷皆有分布； 強(qiáng)度和極強(qiáng)度呈斑點(diǎn)狀離散無序分布，這種分布特征主要由人為活動(dòng)干擾導(dǎo)致。 輕度、中度侵蝕斑塊呈面狀連續(xù)性分布。統(tǒng)計(jì)顯示，各侵蝕強(qiáng)度斑塊分布面積依次占： 微度 （20.24%）＞輕度（50.71%）＞中度 （26.07%）＞強(qiáng)度 （2.15%）＞極強(qiáng)（0.83%），以輕度侵蝕為主。

圖2 承德市土壤侵蝕空間分布

3.3 不同土地利用下土壤侵蝕分布特征分析

承德市用地類型中區(qū)以建設(shè)用地（城鄉(xiāng)建設(shè)地、道路、工礦用地）面積最大，占全市總面積的47.21%，其次是園地，達(dá)23.00%；植被用地（林地、草地）呈離散分布，占18.85%；耕地面積較少，僅為6.34%，其他用地面積為3.08%。 表1統(tǒng)計(jì)了不同土地利用類型下土壤侵蝕強(qiáng)度分布情況?？芍?，建設(shè)用地是區(qū)域土壤侵蝕發(fā)生的主要用地類型，侵蝕程度以微度、輕度、中度占優(yōu)，分布面積分別為3791，4888，1960km2。 經(jīng)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于承德市土地資源開發(fā)強(qiáng)度大、人為活動(dòng)影響強(qiáng)烈， 許多待建設(shè)開發(fā)用地地表覆被程度低、水保措施不全，從而易受侵蝕，而其中已建成的建設(shè)用地由于地表固結(jié)而不易侵蝕。 林草地由于較好的植被條件減弱降雨侵蝕力， 因此大部分地區(qū)以微度、輕度侵蝕為主，面積達(dá)3791，4888km2。 園地和耕地是區(qū)域主要生態(tài)農(nóng)業(yè)用地， 這兩種用地類型中強(qiáng)度及其以上的侵蝕面積達(dá)249km2， 占該地類面積的6.49%，這是不容忽視的。

表1 不同土地利用類型土壤侵蝕強(qiáng)度面積分布單位：km2

3.4 不同坡度條件下土壤侵蝕分布特征分析

利用ArcGIS平臺(tái)的Zonal histogram工具將土壤侵蝕強(qiáng)度圖與坡度分級(jí)圖進(jìn)行疊加統(tǒng)計(jì)， 得到不同坡度條件下侵蝕模數(shù)分布，結(jié)果如表2。 各坡度條件下 侵 蝕 面 積 分 布 依 次 為2°～5°（38.44%）＞0°～2°（28.08%）＞5°～8°（23.00%）＞8°～10°（8.85%）＞10°～17°（1.62%）。 該市大部分地區(qū)地形平坦， 陡坡分布較少，緩平地區(qū)的土壤侵蝕面積分布最廣泛。 其中0°～2°地帶以輕度侵蝕為主， 約5756km2， 占該坡度面積的52.66%。 2°～5°的坡度帶中， 輕度侵蝕面積達(dá)7785km2， 其 次 是 微 度、 中 度 侵 蝕， 分 別 達(dá)3032，2388km2。 其他坡度條件下也以輕度侵蝕分布面積最多。 從侵蝕強(qiáng)度來看，微度、輕度乃至及強(qiáng)度侵蝕，均大部分集中于2°～5°的地帶，因此該坡度帶是區(qū)域水土保持治理的主要區(qū)域。

表2 不同坡度條件下土壤侵蝕強(qiáng)度面積分布單位：km2

4 結(jié)語

本文基于多源環(huán)境數(shù)據(jù)，在遙感與GIS技術(shù)支持下，利用RULSE 方程估算了承德市土壤侵蝕空間分布。 結(jié)論如下：承德市土壤總量為0.68億t/a，平均土壤侵蝕模數(shù)為2438.69t/（km2·a）， 土壤侵蝕強(qiáng)度呈斑塊狀分布，以輕度、中度、微度侵蝕為主，強(qiáng)度以上侵蝕面積占10.79%。 在不同坡度帶上，2°～5°是該市侵蝕發(fā)生面積最大的坡度帶， 是區(qū)域水土流失治理重點(diǎn)區(qū)。在各土地利用類型中，侵蝕面積最大的建設(shè)用地， 眾多建設(shè)用地地類中未采取有效的植被覆蓋管理，加上人為活動(dòng)破壞地表，導(dǎo)致易于產(chǎn)生侵蝕。