陳晨晨, 武 謙, 張占友, 董 衛(wèi), 程 瑤, 王 金

(1.河北工程大學(xué) 河北省智慧水利重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 河北 邯鄲 056038; 2.河北工程大學(xué) 水利水電學(xué)院,河北 邯鄲 056038; 3.邯鄲市漳滏河灌溉供水管理處, 河北 邯鄲 056001; 4.北京湜沅科技有限公司, 北京 100070)

土壤侵蝕是指在水力、風(fēng)力、凍融或重力等外部地質(zhì)營(yíng)力作用下，對(duì)土壤及其母質(zhì)進(jìn)行破壞、剝蝕、搬運(yùn)和沉積的全部過程[1]。目前，它已成為我國(guó)重大的生態(tài)環(huán)境問題。研究發(fā)現(xiàn)，土壤侵蝕會(huì)導(dǎo)致土地退化、土壤肥力下降、泥石流和滑坡等自然災(zāi)害，也會(huì)嚴(yán)重影響河流的自然泄洪能力和梯級(jí)水電大壩的建設(shè)和利用[2]。土壤侵蝕不僅對(duì)土壤功能產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而且因其產(chǎn)生的大量泥沙進(jìn)入河流生態(tài)系統(tǒng)中，成為水庫(kù)沉積物重金屬污染的主要來源，同時(shí)還導(dǎo)致下游水庫(kù)蓄水減少和水輪機(jī)磨損，給水庫(kù)水質(zhì)和水電站的功能帶來了很大的負(fù)面影響[3-5]。山地丘陵區(qū)由于地形起伏、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，自然災(zāi)害較為頻繁，受強(qiáng)降雨、工程建設(shè)及城鎮(zhèn)化造成的植被破壞等因素的影響，發(fā)生的土壤侵蝕尤為嚴(yán)重[6]，尤其是云南地勢(shì)起伏，高山丘陵居多，瀾滄江中下游流域生態(tài)環(huán)境脆弱，流域分布眾多的斷裂帶，地震、崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，25°以上的坡耕地面積達(dá)1 500 km2，水土流失嚴(yán)重。因此瀾滄江流域云南段—瀾滄江中下游流域土壤侵蝕時(shí)空演變特征的研究對(duì)于流域內(nèi)水土保持規(guī)劃及梯級(jí)水電開發(fā)與運(yùn)行具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于地勢(shì)險(xiǎn)峻流域內(nèi)土壤侵蝕的計(jì)算主要是依據(jù)通用的土壤流失方程(USLE)模型和改進(jìn)的土壤流失方程(RUSLE)模型，利用遙感影像數(shù)據(jù)和地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)運(yùn)行模型。吳芳等[2]使用USLE模型和GIS技術(shù)探究湄公河流域云南段土壤侵蝕空間特征及其優(yōu)先治理區(qū)。Chuenchum等[7-8]利用RUSLE模型和GIS技術(shù)，從空間分布和泥沙淤積兩個(gè)方面估算瀾滄江流域年均土壤侵蝕，評(píng)估2030年和2040年未來情景下瀾滄江流域土壤侵蝕的空間分布及其產(chǎn)沙趨勢(shì)。以上學(xué)者在瀾滄江流域的研究結(jié)果證明ULSE和RUSLE模型在瀾滄江流域計(jì)算土壤侵蝕的可靠性。中國(guó)西南地區(qū)喀斯特流域地勢(shì)險(xiǎn)峻，高山、深谷居多，鄰近瀾滄江流域，受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，Chen等[9]利用現(xiàn)有土壤侵蝕數(shù)據(jù)驗(yàn)證RUSLE模型在地勢(shì)險(xiǎn)峻流域計(jì)算土壤侵蝕的準(zhǔn)確性。眾多研究表明，RUSLE模型加上GIS技術(shù)是用來評(píng)價(jià)地勢(shì)險(xiǎn)峻流域尺度上土壤侵蝕及其時(shí)空分布特征的有效工具[10-12]。關(guān)于瀾滄江流域土壤侵蝕空間分布的研究目前主要集中在土壤侵蝕強(qiáng)度和空間分布趨勢(shì)上，很少有研究探索控制瀾滄江流域土壤侵蝕的主要因素。因此，本次研究計(jì)劃采用RUSLE-GIS工具，同時(shí)引入一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法——隨機(jī)森林算法，朱青等[13]在贛江上游流域使用隨機(jī)森林算法系統(tǒng)地分析土壤侵蝕因子在不同子流域間的重要程度，該算法已被應(yīng)用于準(zhǔn)確掌握影響流域土壤侵蝕的主要因素，對(duì)于提升水土保持工作的精準(zhǔn)化具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。本次研究計(jì)劃在探明瀾滄江中下游流域土壤侵蝕時(shí)空分布特征的基礎(chǔ)之上，對(duì)降雨侵蝕因子、地形因子、植被覆蓋管理因子和土壤可蝕性因子進(jìn)行重要性分析，以期針對(duì)瀾滄江中下游流域土壤侵蝕問題提出合理的水土防治措施和對(duì)策，為流域管理者實(shí)施針對(duì)性的水土保持措施提供參考依據(jù)。并為接下來探究土壤侵蝕過程與梯級(jí)水庫(kù)重金屬遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制的影響提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

瀾滄江發(fā)源于中國(guó)青海省唐古拉山脈北部，東臨中緬國(guó)際邊界，北臨中老國(guó)際邊界。本文以瀾滄江中下游流域?yàn)檠芯繀^(qū)域。研究區(qū)域地形由南到北、由中低山到寬谷、由高山到深谷，地勢(shì)起伏較大，海拔為478～4 209 m，加之西南季風(fēng)的影響使得流域內(nèi)氣溫和降雨量呈現(xiàn)自下游向上游遞減的趨勢(shì)。但是局部地區(qū)會(huì)因?yàn)榈匦斡绊?，出現(xiàn)山體迎風(fēng)坡海拔越高，降水量越多的“地形雨”；山體背風(fēng)坡海拔越低，降雨量越少的“雨影區(qū)”現(xiàn)象[14]。本次研究區(qū)域雨影區(qū)較多，經(jīng)緯度在98°—101°E，22°—27°N。研究區(qū)域面積為78 200 km2，約占瀾滄江流域面積的50%。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 改進(jìn)的土壤流失方程(RUSLE)

RUSLE模型是一種經(jīng)驗(yàn)的土壤侵蝕模型，已被公認(rèn)為計(jì)算土地平均土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。該模型與GIS和遙感技術(shù)相結(jié)合，是目前最流行的土壤侵蝕模數(shù)估算模型[7-8]。在ArcGIS柵格計(jì)算器中將各因子相乘就可以得到瀾滄江中下游流域段的土壤侵蝕模數(shù)：

A=R×K×LS×C×P

(1)

式中：A為土壤侵蝕模數(shù)[t/(hm2·a)]；R為降雨侵蝕因子[(MJ·mm)/(hm2·h·a)]；K為土壤可蝕性因子[(t·hm2·h)/(MJ·hm2·mm)]；LS為地形因子；C為植被覆蓋管理因子；P為水土保持措施因子；LS，C和P均為無量綱單位。

2.1.1 降雨侵蝕因子(R)R因子代表由降雨引起的潛在土壤侵蝕能力，是評(píng)價(jià)流域內(nèi)土壤侵蝕狀況的主要?jiǎng)恿χ笜?biāo)。本文采用Wischmeier月尺度計(jì)算公式[15]，公式(2)近幾年被廣泛應(yīng)用于計(jì)算瀾滄江流域R因子：

(2)

式中:Pi為月降雨量(mm)。

2.1.2 土壤可蝕性因子(K)K因子是指在某一特定土壤類型的單位上，每一個(gè)侵蝕指數(shù)單位所測(cè)量的土壤流失率，它受土壤的各種物理、化學(xué)和礦物學(xué)性質(zhì)的影響。本文在考慮土壤質(zhì)地和有機(jī)碳的基礎(chǔ)上，利用公式(3)[16]計(jì)算K因子：

(3)

式中:OM為有機(jī)質(zhì),土壤中有機(jī)質(zhì)含量可以用土壤中總的有機(jī)碳換算得到,我國(guó)目前沿用的“Van Bemmelen,1.724”,土壤有機(jī)質(zhì)=土壤有機(jī)碳×1.724[17];M為原始粒徑組分(Clay,Silt,Sand)的乘積;S和P分別為土壤的結(jié)構(gòu)和種類。

2.1.3 地形因子(LS) 在RUSLE模型中，地形對(duì)土壤侵蝕的影響是用LS因子來表示的，LS因子是坡長(zhǎng)因子(L)和坡度因子(S)的乘積。本研究計(jì)劃采用公式(4)—(5)[18]計(jì)算LS因子：

(4)

(5)

式中:λ為坡長(zhǎng)(m)，是從坡面徑流的起點(diǎn)開始,垂直于等高線沿坡向下直到坡度減緩到足以發(fā)生沉積的水平距離,根據(jù)坡長(zhǎng)和坡度間的負(fù)相關(guān)關(guān)系[19],來進(jìn)一步確定LS因子的大小(表1)。θ為坡度;m為坡長(zhǎng)指數(shù)。

表1 坡長(zhǎng)-坡度關(guān)系

2.1.4 土地覆蓋管理因子(C)C因子是指種植模式和管理措施對(duì)土壤侵蝕產(chǎn)生的影響，也是指在特定條件下種植的土地與平整、連續(xù)休耕造成的土壤侵蝕損失之比。本研究采用歸一化差異植被指數(shù)(NDVI)進(jìn)行尺度變換來近似C因子[18,20]，相關(guān)公式(6)—(7)如下：

(6)

(7)

式中：AVHRR2為近紅外波段影像圖；AVHRR1為紅波段影像圖。研究發(fā)現(xiàn)[20]α，β值可分別取2，1。

2.1.5 水土保持措施因子(P)P因子代表實(shí)施土壤侵蝕保護(hù)措施過程中的成效，并被定義為特定耕作方式下的土壤流失與上下坡耕作方式下相應(yīng)損失的比值。已有研究中列舉大量P值取值范圍[7,13,21]，根據(jù)不同的土地利用類型，將瀾滄江中下游流域P因子進(jìn)行賦值，見表2。

表2 瀾滄江中下游流域段P因子值

利用GIS技術(shù)載入改進(jìn)的土壤流失方程，計(jì)算出瀾滄江中下游流域的R，K，LS，C和P因子，部分結(jié)果見圖1。

圖1 瀾滄江中下游流域土壤侵蝕因子分布

2.2 隨機(jī)森林算法(Random Forest)

隨機(jī)森林算法(RF)是Breiman[22]在2001年提出的一種組成式的有監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，通過對(duì)樣本單元和變量進(jìn)行抽樣，生成大量決策樹，從而對(duì)決策樹依次進(jìn)行分類，來建立評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性所需要的分類樹。變量的相對(duì)重要性是通過劃分變量節(jié)點(diǎn)異質(zhì)性的減少量并對(duì)所有分類樹進(jìn)行平均得到的。節(jié)點(diǎn)異質(zhì)性是由簡(jiǎn)單二元分類樹規(guī)則的基尼系數(shù)來定義。RF對(duì)多元共線性不敏感，其結(jié)果對(duì)缺失和非平衡的數(shù)據(jù)有較好的容忍度，且無需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。相對(duì)重要性評(píng)估是RF算法的一個(gè)重要特征，土壤侵蝕因子的相對(duì)重要程度越大，表明對(duì)土壤侵蝕的影響越大[13,23]。本研究基于R軟件中的RandomForest程序包，利用回歸算法來計(jì)算土壤侵蝕因子的相對(duì)重要程度值。

2.3 數(shù)據(jù)來源

為了提供探究瀾滄江中下游流域土壤侵蝕與梯級(jí)深大水庫(kù)重金屬遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制影響的支撐數(shù)據(jù)，根據(jù)瀾滄江深大水庫(kù)(小灣和糯扎渡水庫(kù))投產(chǎn)建成時(shí)間選擇本次研究年份。數(shù)據(jù)年份為2005年、2010年、2015年，主要數(shù)據(jù)來源分別為：瀾滄江中下游流域20個(gè)雨量站逐日降雨量和逐年降雨量數(shù)據(jù)，分別來源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(https:∥data.cma.cn/)和中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心(https:∥www.resdc.cn/)；土壤數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心和世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)(HWSD)中的中國(guó)土壤數(shù)據(jù)集；數(shù)字高程模型(DEM)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(https:∥ www.gscloud.cn/)，30 m空間分辨率；歸一化植被指數(shù)(NDVI)來源于地理空間數(shù)據(jù)云中Landsat 4-5，7，8遙感影像，下載范圍按照瀾滄江流域經(jīng)緯度(北緯21°30′—32°40′，東經(jīng)94°40′—101°50′)下載。該影像提供7個(gè)波段的影像圖，我們選取近紅外和紅波段影像來計(jì)算NDVI；土地利用類型，來源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心提供的中國(guó)土地利用遙感監(jiān)測(cè)1 km柵格數(shù)據(jù)。以上遙感數(shù)據(jù)均經(jīng)過統(tǒng)一化處理，利用ArcGIS裁剪提取研究區(qū)域，定義投影為WGS_1984_UTM_Zone_47N，數(shù)據(jù)重采樣像元大小為30 m×30 m。

3 結(jié)果與分析

3.1 瀾滄江中下游流域土壤侵蝕時(shí)間變化特征

本文選取瀾滄江中下游流域的土壤侵蝕數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析。運(yùn)用ArcGIS軟件，載入RUSLE模型計(jì)算出瀾滄江中下游流域2005—2015年平均土壤侵蝕量(圖2)。結(jié)果顯示2005—2015年瀾滄江中下游流域多年平均土壤侵蝕模數(shù)為2.52×103t/(km2·a)，初入中風(fēng)險(xiǎn)侵蝕級(jí)別。由于該研究區(qū)域土壤侵蝕方向的研究較少，缺少驗(yàn)證本次研究結(jié)果可靠性的數(shù)據(jù)，且本次研究與眾多學(xué)者在瀾滄江流域平均土壤侵蝕模數(shù)結(jié)果相比[2,7-8]，存在一定差異，但是整體空間分布趨勢(shì)基本一致。2005年土壤侵蝕模數(shù)的變化范圍在0～1.89萬 t/(km2·a)，平均土壤侵蝕模數(shù)為2.37×103t/(km2·a)；2010年土壤侵蝕模數(shù)的變化范圍在0～0.99萬 t/(km2·a)，平均土壤侵蝕模數(shù)為2.51×103t/(km2·a)，相比于2005年平均土壤侵蝕模數(shù)增加了約5.98%；2015年土壤侵蝕模數(shù)的變化范圍在0～1.58萬 t/(km2·a)，平均土壤侵蝕模數(shù)為2.67×103t/(km2·a)，相比于2010年平均土壤侵蝕模數(shù)增加了約5.68%。2005—2015年瀾滄江中下游流域平均土壤侵蝕模數(shù)呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢(shì)。

圖2 研究區(qū)域及子流域土壤侵蝕時(shí)空分布特征

本研究按照目前沿用的土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，見表3，對(duì)瀾滄江中下游土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行劃分，并計(jì)算相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的侵蝕面積。從表3中可以看出，瀾滄江中下游流域2005—2015年較低風(fēng)險(xiǎn)土壤侵蝕面積占比分別為8.55%，7.72%，6.56%，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積占比分別為48.37%，40.38%，35.91%，較低和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域呈現(xiàn)逐個(gè)時(shí)間段減小的趨勢(shì)；中風(fēng)險(xiǎn)土壤侵蝕面積占比分別為30.09%，42.82%，49.37%，隨著時(shí)間的變化呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)；較高和高風(fēng)險(xiǎn)侵蝕區(qū)域多年變化趨勢(shì)較小，但是始終呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。通過瀾滄江中下游流域土壤侵蝕整體時(shí)間變化規(guī)律，我們可以發(fā)現(xiàn)，2005—2010年土壤侵蝕空間分布并不均勻，具有很強(qiáng)的空間異質(zhì)性，但是自2010年以后，瀾滄江中下游流域土壤侵蝕空間分布的異質(zhì)性變得很弱。研究區(qū)域土壤侵蝕強(qiáng)度變化趨勢(shì)由低風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)向中風(fēng)險(xiǎn)侵蝕強(qiáng)度轉(zhuǎn)移，并且中風(fēng)險(xiǎn)侵蝕范圍在2010年以后大幅度增加。

表3 土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)劃分標(biāo)準(zhǔn)與侵蝕面積

利用ArcGIS的區(qū)域統(tǒng)計(jì)功能計(jì)算出瀾滄江中下游流域土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積轉(zhuǎn)移矩陣，見表4，2005—2010年流域內(nèi)侵蝕等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣主要集中在低和中風(fēng)險(xiǎn)，約占侵蝕面積的86%。2010—2015年流域內(nèi)侵蝕等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣也主要集中在低和中風(fēng)險(xiǎn)，約占侵蝕面積的89%。但是與2005—2010年相比，2010—2015年低風(fēng)險(xiǎn)面積轉(zhuǎn)移矩陣減小了約11%，中風(fēng)險(xiǎn)面積轉(zhuǎn)移矩陣增加了約17%，這表明2005—2015年，研究區(qū)域土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)一種良性發(fā)展的趨勢(shì)。

表4 土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積轉(zhuǎn)移矩陣 %

3.2 瀾滄江中下游流域土壤侵蝕空間變化特征

本次研究利用QGIS(Quantum GIS)軟件載入SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型，根據(jù)研究區(qū)域?yàn)憸娼邢掠瘟饔虻匦魏退捣植歼M(jìn)行子流域劃分，經(jīng)過水文計(jì)算后共得10個(gè)子流域S1—S10，子流域S1—S5，S6—S10分別位于瀾滄江中游和下游流域。根據(jù)土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，利用ArcGIS對(duì)中下游子流域的平均土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行劃分，得到子流域侵蝕風(fēng)險(xiǎn)的分布特征與侵蝕模數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖2—3)。

從圖2—3中可以看出，中下游子流域平均土壤侵蝕模數(shù)范圍為1 208.4～3 870.4 t/(km2·a)，基本處于較低風(fēng)險(xiǎn)以上和中風(fēng)險(xiǎn)侵蝕以下的區(qū)域。2005—2015年研究區(qū)域中游子流域平均土壤侵蝕模數(shù)差異性較大，其中2005年、2010年基本處于低風(fēng)險(xiǎn)侵蝕級(jí)別，2015年屬于中風(fēng)險(xiǎn)侵蝕級(jí)別，且2010年中游子流域S1—S3的平均土壤侵蝕模數(shù)是2005年的一倍左右，平均土壤侵蝕模數(shù)隨時(shí)間呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。2005—2015年研究區(qū)域下游子流域土壤侵蝕模數(shù)差異性較小，且侵蝕風(fēng)險(xiǎn)基本處于中風(fēng)險(xiǎn)侵蝕級(jí)別，平均土壤侵蝕模數(shù)隨時(shí)間呈現(xiàn)波動(dòng)遞減的趨勢(shì)。2005年中下游子流域S1，S2，S8和S10從低風(fēng)險(xiǎn)侵蝕級(jí)別到2010年變成了中風(fēng)險(xiǎn)侵蝕級(jí)別，下游子流域S9從中風(fēng)險(xiǎn)變成了低風(fēng)險(xiǎn)侵蝕級(jí)別。2010年中游子流域S3—S5從低風(fēng)險(xiǎn)侵蝕級(jí)別到2015年變成了中風(fēng)險(xiǎn)侵蝕級(jí)別。由表5可以看出，2005—2010年中游子流域S1—S2，下游子流域S8—S10平均高程增加，平均降雨量和植被覆蓋率減??；下游子流域S9平均高程增加，平均降雨量和植被覆蓋率大幅度減小。中下游子流域S1和S9平均海拔均在2 000 m以上，平均降雨量在1 000 mm以下；中下游子流域S2和S10平均海拔在1 500 m以下，平均降雨量在1 500 mm以上。2010—2015年中游子流域S3—S5平均高程和降雨量增加，S3，S4平均植被覆蓋率增加、平均海拔在1 500 m以下，平均降雨量接近1 500 mm，S5減小。中游子流域S2—S4和下游子流域S6與S10平均降雨量較高。研究表明瀾滄江中下游流域在西南季風(fēng)的影響下，迎風(fēng)坡地形較多且相對(duì)較高，潮濕氣流在爬升過程中會(huì)產(chǎn)生大量的降雨，易形成以“地形雨”為主的降雨區(qū)域；下游子流域S5和S9的平均降雨量較低，背風(fēng)坡較多且相對(duì)較低，易形成以“雨影區(qū)”為主的少量降雨區(qū)域。從整體上來看，瀾滄江中下游流域受西南季風(fēng)和地形的影響，降水呈現(xiàn)一種自下游向上游遞減的趨勢(shì)，局部受地形影響存在一定差異，且2005—2015年該流域植被覆蓋率逐漸下降。因此本次研究發(fā)現(xiàn)瀾滄江中下游流域地勢(shì)的起伏、降雨量空間分布的不一、植被覆蓋率的逐年降低是影響該流域土壤侵蝕時(shí)空分布特征的主要原因。

圖3 子流域2005-2015年平均土壤侵蝕模數(shù)統(tǒng)計(jì)

表5 子流域地理環(huán)境狀況

3.3 土壤侵蝕因子重要性分析

本次研究基于R語(yǔ)言中的隨機(jī)森林模型，計(jì)算出瀾滄江中下游流域2005—2015年土壤侵蝕因子指標(biāo)的Gini減小平均值，然后將其轉(zhuǎn)換為各個(gè)侵蝕因子指標(biāo)的相對(duì)重要程度并繪制成條形柱狀圖，結(jié)果見圖4。由圖4可以發(fā)現(xiàn)，影響瀾滄江中下游流域土壤侵蝕的主要侵蝕因子是地形因子(LS)和植被覆蓋管理因子(C)，兩者的重要程度之和在60%以上。基于聯(lián)合信息熵方法，吳芳等[2]發(fā)現(xiàn)土地利用類型、坡度和海拔是影響湄公河流域土壤侵蝕的主要因素；陳龍等[24]研究指出瀾滄江流域土壤侵蝕與坡度和海拔密切相關(guān)；姚華榮等[25]發(fā)現(xiàn)瀾滄江流域土地利用變化對(duì)土壤侵蝕變化具有強(qiáng)烈影響。以上研究結(jié)果與本次利用隨機(jī)森林算法研究結(jié)果基本一致。2010年植被覆蓋管理因子(C)的相對(duì)重要程度降低，地形因子(LS)對(duì)瀾滄江中下游土壤侵蝕影響程度增大，相對(duì)重要程度高達(dá)45%，這與2010年流域海拔的增加以及植被覆蓋率的減小有著很大關(guān)系。植被覆蓋管理因子(C)在2005—2015年都在很大程度上影響著瀾滄江中下游流域的土壤侵蝕，這也體現(xiàn)了流域內(nèi)整體的相似性[26]。此外水土保持措施因子(P)、降雨侵蝕因子(R)和土壤可蝕性因子(K)對(duì)土壤侵蝕的重要程度偏低，均未超過20%，表明這3種因子在整體上的差異性相對(duì)較小，各子流域間的變化起伏不大。通過隨機(jī)森林計(jì)算發(fā)現(xiàn)植被覆蓋管理因子(C)和地形因子(C)是瀾滄江中下游流域土壤侵蝕治理應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。因此，流域相關(guān)管理部門在治理土壤侵蝕的過程中，應(yīng)調(diào)整森林中喬木樹冠遮蔽地面的程度“郁閉度”，因?yàn)檫_(dá)到一定郁閉度的林草植被有保護(hù)土壤不被侵蝕的作用，還能增加土壤的肥沃程度。盡管郁閉度越高，保持水土的能力越強(qiáng)，但是李宗勛等[27]發(fā)現(xiàn)馬尾松林郁閉度過高或過低不利于水土保持。因此對(duì)于減緩瀾滄江中下游流域土壤侵蝕的不同種類的森林郁閉度還有待進(jìn)一步研究。同時(shí)應(yīng)禁止基本建設(shè)時(shí)對(duì)土地不合理的利用、毀林毀草、陡坡開荒，這種嚴(yán)重破壞了地面植被和穩(wěn)定地形的行為。實(shí)施適地適樹措施，大力開展防護(hù)林和封山育林，對(duì)旱地實(shí)施坡耕地退耕改梯田平種，耕作、輪作和培肥為一體化的水保措施，以降低土壤侵蝕強(qiáng)度和土壤侵蝕量。在出現(xiàn)大量“地形雨”和“雨影區(qū)”的子流域引入遙感分析技術(shù)，以便探測(cè)哪些地形會(huì)引起迎風(fēng)/背風(fēng)坡效應(yīng)[28]，來進(jìn)一步改善降雨分布不均勻?qū)е碌耐寥狼治g加劇狀況。

圖4 瀾滄江中下游流域土壤侵蝕因子的相對(duì)重要程度

4 結(jié) 論

本文通過調(diào)查瀾滄江中下游流域2005—2015年的地形資料、降雨資料、土壤類型、土地利用類型和植被覆蓋率，利用ArcGIS載入改進(jìn)的土壤流失方程模型，估算出2005年、2010年、2015年的平均土壤侵蝕量，研究發(fā)現(xiàn)流域2005—2015年多年平均土壤侵蝕屬于中度侵蝕風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，中、低風(fēng)險(xiǎn)侵蝕面積高達(dá)80%以上，隨著時(shí)間的變化，該流域土壤侵蝕空間分布特征呈現(xiàn)高、低侵蝕風(fēng)險(xiǎn)范圍收縮，中風(fēng)險(xiǎn)侵蝕范圍增大的趨勢(shì)。同時(shí)引入當(dāng)前熱門機(jī)器算法之隨機(jī)森林算法研究流域內(nèi)土壤侵蝕因子的重要程度，進(jìn)一步精準(zhǔn)識(shí)別影響瀾滄江中下游流域土壤侵蝕的主要因素是植被覆蓋管理因子(C)和地形因子(LS)，地形因子(LS)對(duì)流域土壤侵蝕的影響程度最大，植被覆蓋管理因子(C)次之。因此相關(guān)水土保持部門在制定水保措施時(shí)，應(yīng)考慮引入遙感技術(shù)(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)較高風(fēng)險(xiǎn)侵蝕地區(qū)的地形和植被覆蓋情況，一方面實(shí)施合理的工程施工進(jìn)行微地形生態(tài)修復(fù)，來進(jìn)一步改善由于地形引起的“地形雨”和“雨影區(qū)”現(xiàn)象，有利于減小流域內(nèi)土壤侵蝕時(shí)空分布的差異性；另一方面改善土地利用類型的使用情況，注重植被覆蓋度的提高，尋找合適的森林“郁閉度”，禁止人類活動(dòng)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)造成進(jìn)一步破壞。為流域管理者針對(duì)性治理瀾滄江中下游流域土壤侵蝕提供科學(xué)的依據(jù)。同時(shí)本次研究結(jié)果為探索瀾滄江中下游流域土壤侵蝕時(shí)空分布與梯級(jí)水庫(kù)重金屬時(shí)空分布的關(guān)系提供了基礎(chǔ)條件。