余恩旭, 張明芳,2, 蔣志魏, 徐亞莉, 鄧詩(shī)宇

(1.電子科技大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 成都 611731; 2.電子科技大學(xué) 長(zhǎng)三角研究院(湖州), 浙江 湖州 313001)

土壤侵蝕會(huì)引起土地退化、土壤肥力下降、泥沙淤積和生態(tài)環(huán)境惡化等問(wèn)題[1]。土壤侵蝕已成為全球的重要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，尤其在地形起伏較大的山區(qū)尤為嚴(yán)重[2]。岷江上游流域地處青藏高原到四川盆地的過(guò)渡帶，地形起伏大，地質(zhì)破碎，夏季多暴雨，易發(fā)生滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害；加之早期森林資源破壞嚴(yán)重，水土保持能力下降，局部土地沙化和石質(zhì)化等，導(dǎo)致該地區(qū)水土流失嚴(yán)重，被列為國(guó)家級(jí)水土保持重點(diǎn)預(yù)防和防治區(qū)域之一[3]。與此同時(shí)，岷江上游流域作為長(zhǎng)江上游重要水源涵養(yǎng)和水土保持區(qū)，是成都平原的生態(tài)圍欄。該區(qū)域土壤侵蝕變化直接影響長(zhǎng)江上游和成都平原的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。因此，開(kāi)展岷江上游土壤侵蝕的時(shí)空特征以及其成因研究十分必要，能夠?yàn)橄嚓P(guān)部門(mén)治理水土流失、構(gòu)筑長(zhǎng)江上游生態(tài)安全屏障提供科學(xué)依據(jù)。

部分學(xué)者圍繞岷江上游土壤侵蝕分布及驅(qū)動(dòng)因素開(kāi)展了相關(guān)研究[2,4-8]。根據(jù)龔雪梅的研究，1995—2014年岷江上游流域土壤侵蝕敏感性以輕度和中度為主，高度和極敏感區(qū)域主要分布在干旱河谷和高山裸土區(qū)[7]。姜琳等進(jìn)一步指出2000—2010年岷江上游流域侵蝕較嚴(yán)重的區(qū)域主要分布在25°～45°坡度帶、海拔<2 000 m和海拔4 000～5 000 m區(qū)域[2]。岷江上游流域土壤侵蝕主要受到地形、降水、土地利用、植被覆蓋和人類活動(dòng)的影響。據(jù)孟兆鑫等對(duì)岷江流域1995—2005年土壤侵蝕研究表明林地、草地面積之和與土壤侵蝕面積呈顯著線性相關(guān)，且降水是土壤侵蝕的驅(qū)動(dòng)因素之一[4]。劉金山等對(duì)岷江上游2015年土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果表明中度侵蝕區(qū)域分布在水網(wǎng)附近，并指出土壤侵蝕與土地利用類型和人類活動(dòng)關(guān)系密切[6]。但是上述研究多針對(duì)岷江上游流域某一年或短期土壤侵蝕空間分布特點(diǎn)和部分影響因素，尚不足以全面和系統(tǒng)地揭示區(qū)域土壤侵蝕的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)(趨勢(shì)性和平穩(wěn)性)、空間分布特征及其成因的區(qū)域分異規(guī)律。本研究應(yīng)用USLE模型，結(jié)合ArcGIS，SPSS等專業(yè)軟件，運(yùn)用相關(guān)性分析、平穩(wěn)性分析、趨勢(shì)分析、偏相關(guān)等方法研究岷江上游流域2001—2017年土壤侵蝕時(shí)空變化的趨勢(shì)性和平穩(wěn)性特征、時(shí)空分異規(guī)律及其對(duì)驅(qū)動(dòng)因子尤其是植被變化的響應(yīng)。本研究可為岷江上游流域土壤侵蝕分類治理、提升植被水源涵養(yǎng)功能、構(gòu)筑長(zhǎng)江上游生態(tài)安全屏障提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

岷江上游流域(102°35′—103°56′E，30°45′—33°09′N)位于青藏高原東南緣，橫斷山脈北端與川西高山峽谷東側(cè)的結(jié)合部，包含黑水縣、理縣、汶川縣、茂縣、松潘縣和都江堰市部分地區(qū)。流域面積約為2.287萬(wàn)km2，干流全長(zhǎng)約337 km(圖1)。該流域地處四川盆地丘陵山地過(guò)渡地帶，西北高東南低，流域海拔在724～5 893 m，地形起伏較大，地貌類型較復(fù)雜。岷江上游水資源充沛，年均流量約158億m3，豐水期(6—10月)流量占全年的 75%。受地形影響，氣候垂直分異明顯，沿海拔梯度分布亞熱帶、溫帶、亞高山和高山寒帶等多種氣候[9]。夏季溫涼，冬春寒冷，年均氣溫在5.7～13.5℃，干濕季分明，空間上降水分配不均，年均降水量約為500～850 mm。土壤種類較豐富，有高山草甸土、暗棕壤等[10]。受氣候和地形影響，植被類型多樣且呈現(xiàn)垂直分布規(guī)律[11]，森林、灌木和草甸的面積比重分別為35.38%，40.18%和24.13%[12]。岷江上游流域是典型貧困區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，生產(chǎn)生活多以傳統(tǒng)林業(yè)和牧業(yè)為主[5]。冷杉、云杉為該地區(qū)主要的針葉林樹(shù)種。建國(guó)初期，原始針葉林遭受到嚴(yán)重砍伐，天然林資源幾近枯竭，生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重；直到20世紀(jì)末，隨著“退耕還林”和“天然林保護(hù)工程”等生態(tài)保護(hù)項(xiàng)目的實(shí)施，該流域生態(tài)環(huán)境逐漸恢復(fù)[13]。

圖1 岷江上游流域區(qū)位

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

研究數(shù)據(jù)包括土地覆蓋、土壤、降水、植被指數(shù)、地形等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信息及來(lái)源見(jiàn)表1。MCD12Q1土地覆被數(shù)據(jù)用于研究不同土地利用類型/植被類型土壤侵蝕變化狀況；中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所發(fā)布的1∶100萬(wàn)中國(guó)土壤數(shù)據(jù)庫(kù)所包含的沙粒、黏粒、粉粒、有機(jī)質(zhì)含量等土壤理化信息用于土壤侵蝕模數(shù)中土壤可蝕性因子計(jì)算。基于SPOT/VEGETATION NDVI衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，采用最大值合成法生成2001—2017年 5—9月的空間分辨率為 1 km NDVI月值數(shù)據(jù)用于降雨侵蝕力因子計(jì)算；DEM數(shù)據(jù)空間分辨率為30 m，用于地形因子計(jì)算以及不同地形條件下土壤侵蝕狀況分析。降水柵格數(shù)據(jù)采用ANUSPLIN專業(yè)插值軟件對(duì)獲取的降水?dāng)?shù)據(jù)(txt文件)進(jìn)行插值得到。投影坐標(biāo)統(tǒng)一為WGS_1984_UTM_Zone_47N，空間分辨率統(tǒng)一為500 m×500 m。

表1 研究數(shù)據(jù)介紹

2.2 研究方法

2.2.1 土壤侵蝕模數(shù)計(jì)算 使用通用土壤流失方程計(jì)算岷江上游流域逐年土壤侵蝕模數(shù)(A)，涉及降雨侵蝕力因子(R)、土壤可蝕性因子(K)、植被覆蓋因子(C)、地形因子(LS)和水土保持措施因子(P)，求取土壤侵蝕模數(shù)后按照土壤侵蝕模數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)[14]進(jìn)行分級(jí)。其中LS因子空間分布圖由SAGA GIS軟件中Hydrology工具生成，P因子空間分布圖根據(jù)表3在ArcMap中生成，其余各因子的計(jì)算公式和相關(guān)說(shuō)明如下所示[9,15]：

A=R×K×LS×C×P

fc=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)

式中:A為土壤侵蝕模數(shù)〔t/(km2·a)〕;R為降雨侵蝕力因子〔MJ/(km2·a)〕;K為土壤可蝕性因子(t/MJ);LS為地形因子；C為植被覆蓋因子；P為水土保持措施因子,均無(wú)量綱;i為月份;Ji為月降水量；J為年降水量(mm);SD為沙粒含量；CI為黏粒含量；SI為粉粒含量；CA為有機(jī)碳含量,單位均為(%);fc為植被覆蓋度；NDVIveg為全植被覆蓋像元的NDVI值；NDVIsoil表示無(wú)植被覆蓋像元的NDVI值；將NDVI統(tǒng)計(jì)直方圖5%所對(duì)應(yīng)的值確定為NDVIsoil；NDVI統(tǒng)計(jì)直方圖95%所對(duì)應(yīng)的值定為NDVIveg。

2.2.2 趨勢(shì)、相關(guān)性以及平穩(wěn)性檢驗(yàn) Pearson相關(guān)系數(shù)方法常用來(lái)計(jì)算線性相關(guān)、相互獨(dú)立、成對(duì)觀測(cè)以及符合/接近正態(tài)分布的兩組變量之間直線相關(guān)性[16]。Kendall相關(guān)系數(shù)和Spearman相關(guān)系數(shù)是一種衡量?jī)蓚€(gè)變量依賴性的非參數(shù)指標(biāo)。這兩種方法對(duì)于數(shù)據(jù)的要求較少，不考慮數(shù)據(jù)的分布形態(tài)，適用性較廣[17-18]。本研究采用上述方法檢驗(yàn)土壤侵蝕模數(shù)與海拔、高程、年降水量等環(huán)境因子的時(shí)空相關(guān)性。使用偏相關(guān)方法分析不同類型植被(林地、灌木、草地)的土壤侵蝕模數(shù)和植被覆蓋、降水之間的相關(guān)性，分別排除降水和植被覆蓋度的影響。

單根檢驗(yàn)(DF檢驗(yàn))是用來(lái)檢驗(yàn)序列平穩(wěn)性的方法，本文所使用的ADF檢驗(yàn)是對(duì)DF檢驗(yàn)的擴(kuò)充。通過(guò)建立時(shí)間序列的自回歸方程，引入滯后算子構(gòu)建特征方程，根據(jù)特征根的絕對(duì)值來(lái)判斷序列是否平穩(wěn)，其準(zhǔn)確性受到自回歸方程精確性影響[19]。本文使用該方法檢驗(yàn)土壤侵蝕輕度及以上面積在時(shí)間序列上的平穩(wěn)性。

表2 土壤侵蝕模數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表3 岷江上游地區(qū)不同土地利用類型的P值[15]

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤侵蝕時(shí)空變化特征

據(jù)岷江上游流域2001年、2006年、2011年、2016年土壤侵蝕分級(jí)圖顯示，岷江上游流域土壤侵蝕多發(fā)生在西部、西南部、東北部和東南部，汶川縣、理縣、黑水縣和松潘縣土壤侵蝕較明顯(圖2)。其中強(qiáng)度、極強(qiáng)度和劇烈土壤侵蝕主要發(fā)生在松潘縣東部，黑水縣東部，理縣中部、北部及西部，汶川西部等地區(qū)。

據(jù)圖3A，整個(gè)流域土壤侵蝕以微度侵蝕為主，其次是輕度侵蝕、中度侵蝕和重度侵蝕，輕度及以上侵蝕面積總體變化趨勢(shì)不顯著(p>0.10)且變化平穩(wěn)(p<0.10)，但年際波動(dòng)明顯，其中2001年、2004年、2008年、2012年、2014年、2015年和2017年土壤侵蝕相對(duì)嚴(yán)重。2001—2017年流域土壤侵蝕變化趨勢(shì)的空間分異明顯。17年間土壤侵蝕模數(shù)呈顯著減小的區(qū)域主要分布在流域的西部和西南部，顯著增加的區(qū)域主要分布在北部和東南部(圖3B)。

圖2 2001-2017年岷江上游流域土壤侵蝕分級(jí)

2001—2017年土壤侵蝕模數(shù)變化顯著的區(qū)域主要集中在海拔2 500～5 000 m和坡度大于15°的地區(qū)。其中49.74%的土壤侵蝕模數(shù)顯著減小(p<0.10)區(qū)域位于2 500～4 000 m海拔帶，51.18%的土壤侵蝕模數(shù)顯著增大(p<0.10)區(qū)域位于4 000～5 000 m海拔帶。89.00%的土壤侵蝕模數(shù)顯著減小(p<0.10)區(qū)域位于坡度大于15°的地區(qū)，與此同時(shí)，81.80%土壤侵蝕模數(shù)顯著增大(p<0.10)也分布在坡度大于15°的地區(qū)(圖4)。就年均降水量看，土壤侵蝕顯著減少的區(qū)域主要分布在800～1 200 mm降水帶，土壤侵蝕顯著增加的區(qū)域主要分布在400～800 mm降水帶，面積占比分別為58.09%，53.81%。就土地利用類型看，土壤侵蝕顯著減少的區(qū)域主要分布在林地，而顯著增加的區(qū)域主要分布在草地。

3.2 土壤侵蝕時(shí)空分異規(guī)律

土壤侵蝕模數(shù)與海拔、坡度、年降水量、植被類型空間上顯著相關(guān)(p<0.05)(表4)，土壤侵蝕的時(shí)空分異規(guī)律明顯。

3.2.1 年降水量與土壤侵蝕 2001—2017年岷江上游年降水量呈上升趨勢(shì)(圖5A)，2001—2007年整體趨勢(shì)下降，波動(dòng)性較強(qiáng)；2008—2017年降水量增加，增速為170.33 mm/10 a。就各降水帶內(nèi)土壤侵蝕強(qiáng)度分布來(lái)看(圖5B)， 400～800 mm，800～1 200 mm、大于1 200 mm降水帶下的輕度及以上土壤侵蝕面積占比依次增加，說(shuō)明降水量越高的地帶其高強(qiáng)度土壤侵蝕的比例越高。

17年間，整個(gè)流域內(nèi)土壤侵蝕主要發(fā)生在降水量低的區(qū)域。400～800 mm降水帶土壤侵蝕面積占流域土壤侵蝕總面積的67.19%，并且以微度侵蝕為主，輕度及以上侵蝕比例僅為10.73%。800～1 200 mm降水帶土壤侵蝕面積占流域土壤侵蝕總面積的32.14%，其中43.77%為輕度及以上侵蝕。>1 200 mm降水帶土壤侵蝕面積最少(0.67%)，其中輕度及以上侵蝕面積占79.41%(表5)。

圖3 2001-2017年不同侵蝕級(jí)別趨勢(shì)及土壤侵蝕模數(shù)變化趨勢(shì)空間分布

圖4 土壤侵蝕模數(shù)變化趨勢(shì)分布特征

3.2.2 海拔與土壤侵蝕 據(jù)圖6A，不同海拔帶小于1 000 m(高平原)，1 000～2 500 m(低山)，2 500～4 000 m(中山)、和大于4 000 m(高山亞高山)，中度以上侵蝕面積分別占各海拔帶面積的0.44%，0.64%，1.93%，29.05%。即高海拔帶高強(qiáng)度土壤侵蝕發(fā)生比例更高。由圖6B，2001—2017年高平原和低山地帶土壤侵蝕面積無(wú)明顯增減，中山地帶輕度及以上侵蝕面積17年內(nèi)減少0.67%，相應(yīng)地，高山亞高山地帶增加1.05%。2001—2007年，中山、亞高山地區(qū)輕度及以上土壤侵蝕面積呈減少趨勢(shì)，分別減少4.05%，0.77%。2008—2017年，中山、亞高山地帶輕度及以上侵蝕面積分別增加1.66%，1.86%。說(shuō)明2008年地震后，中山和高山亞高山區(qū)域土壤侵蝕面積呈持續(xù)增加趨勢(shì)。

表4 土壤侵蝕模數(shù)與環(huán)境因子的空間相關(guān)性

圖5 2001-2017年岷江上游流域年際降水量變化及不同降水帶土壤侵蝕強(qiáng)度

表5 2001-2017年岷江上游流域降水帶與不同級(jí)別土壤侵蝕狀況

圖6 2001-2017年岷江上游流域不同海拔帶土壤侵蝕強(qiáng)度及比例變化

3.2.3 坡度與土壤侵蝕 據(jù)圖7A，坡度小于5°，5°～8°，8°～15°，15°～25°，25°～35°，大于35°地區(qū)輕度及以上侵蝕面積占各坡度帶比例分別為4.22%，7.76%，14.10%，19.38%，22.38%，26.45%，其中輕度及以上侵蝕集中發(fā)生在坡度大于15°地區(qū)，并隨著坡度增大高強(qiáng)度土壤侵蝕占比逐漸加大。

據(jù)圖7B，2001—2017年，坡度小于15°地帶土壤侵蝕變化不明顯，坡度大于15°地帶土壤侵蝕變化趨勢(shì)明顯，其中15°～25°，25°～35°坡度帶輕度及以上侵蝕面積分別增加0.40%，0.10%，大于35°坡度帶輕度及以上侵蝕面積減少0.75%。2001—2007年15°～25°，25°～35°，大于35°坡度帶土壤侵蝕狀況呈轉(zhuǎn)好趨勢(shì)，輕度及以上侵蝕面積分別減少0.75%，1.63%，3.04%。2008—2017年15°～25°，25°～35°，大于35°坡度帶土壤侵蝕加劇，各坡度帶輕度及以上侵蝕面積分別增加0.86%，0.90%，0.05%。

圖7 2001-2017年岷江上游流域不同坡度土壤侵蝕強(qiáng)度及比例變化

3.2.4 土地利用與土壤侵蝕 據(jù)圖8A，岷江上游流域土壤侵蝕主要發(fā)生在未利用地、草地、林地，而耕地、建設(shè)用地、水域濕地面積在該流域占比較少，且以微度侵蝕為主(99%以上)，其中耕地土壤侵蝕區(qū)域僅有0.68%發(fā)生輕度及以上退化。就每種土地利用類型內(nèi)發(fā)生較強(qiáng)土壤侵蝕的情況看，輕度及以上侵蝕程度未利用地(87.11%)>草地(39.75%)>林地(9.49%)。由圖8B看出，17年間，草地輕度及以上土壤侵蝕呈上升趨勢(shì)，2017年較2001年增加1.87%；2001—2007年草地土壤侵蝕有明顯改善，輕度及以上侵蝕面積下降0.55%，但2008—2017年侵蝕面積明顯上升，增加2.25%。2001—2017年林地、未利用地土壤侵蝕面積無(wú)明顯增減。

由圖9看出，不同林地類型發(fā)生輕度及以上土壤侵蝕面積占比由大到小分別為疏林地(15.04%)>針葉林(13.50%)>混交林(4.41%)>闊葉林(0.97%)，說(shuō)明疏林地易發(fā)生土壤侵蝕，針葉林、混交林次之，而闊葉林土壤侵蝕程度相對(duì)較低。

圖8 2001-2017年岷江上游流域不同土地利用類型土壤侵蝕強(qiáng)度及面積比例變化

圖9 不同林地類型土壤侵蝕強(qiáng)度

3.3 土壤侵蝕對(duì)長(zhǎng)期植被變化響應(yīng)

由圖10看出, 2001—2017年岷江上游流域林地、灌木和草地的NDVI總體均呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì)(p<0.05)，且變化過(guò)程大致相同。2001—2007年3種植被類型NDVI呈上升趨勢(shì)，受2008年汶川地震影響，2008—2010年NDVI有明顯下降，2010年后植被逐漸恢復(fù)，3種植被類型NDVI呈不同程度的上升趨勢(shì)。

分別對(duì)各植被類型的土壤侵蝕模數(shù)A與年降水量PRE，NDVI進(jìn)行偏相關(guān)分析，結(jié)果見(jiàn)表6。林地土壤侵蝕模數(shù)A與NDVI呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.66,p<0.05)；林地、灌木和草地土壤侵蝕模數(shù)A與年降水量PRE呈顯著正相關(guān)(r=0.73,p<0.05;r=0.64,p<0.05;r=0.95,p<0.05;r=0.92,p<0.05)。說(shuō)明林地土壤侵蝕主要受到植被覆蓋和降水的影響，而灌木和草地土壤侵蝕則主要受到降水的影響。

圖10 不同植被類型NDVI變化趨勢(shì)

表6 土壤侵蝕模數(shù)與年降水量和NDVI偏相關(guān)分析

4 討 論

4.1 土壤侵蝕空間分布規(guī)律及成因

研究結(jié)果表明岷江上游流域土壤侵蝕模數(shù)多年平均值為801.60 t/(km2·a)，與四川省水土重點(diǎn)防治區(qū)土壤侵蝕模數(shù)多年均值接近[20]；并且本研究2010年、2017年流域平均土壤侵蝕模數(shù)計(jì)算結(jié)果與劉佳[21]研究結(jié)果也基本一致。岷江上游流域土壤侵蝕以微度和輕度侵蝕為主，其次是輕度侵蝕、中度侵蝕和重度侵蝕?？傮w而言土壤侵蝕呈惡化趨勢(shì)，總體結(jié)果與相似區(qū)域研究基本相近[9,22-25]。盡管使用數(shù)據(jù)的來(lái)源、空間分辨率以及計(jì)算方法的不同會(huì)造成相同區(qū)域同一時(shí)間段內(nèi)識(shí)別結(jié)果的差異[2,9,21]，本研究識(shí)別出的土壤侵蝕分級(jí)空間分布與姜琳、鄧兵、祝聰?shù)萚2,15,26]得出的總體規(guī)律基本一致。該流域斷裂發(fā)育較多，地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)較活躍，地表破碎程度較大，并且分布有大面積典型干旱河谷生態(tài)脆弱區(qū)[27]。受地形地貌、降水、植被覆蓋、地質(zhì)活動(dòng)以及人類活動(dòng)的影響，土壤侵蝕分布的時(shí)空異質(zhì)性較高。

岷江上游流域土壤侵蝕主要分布在年降水量低的低海拔干旱河谷區(qū)。該流域約20.8%的區(qū)域?yàn)楦珊岛庸?1 300～2 200 m)，植被類型以干旱河谷灌叢為主，植被覆蓋度低，裸露地表比例較大，雨季極易發(fā)生大面積土壤侵蝕[15,21]。由于總體降水量低，該區(qū)域土壤侵蝕主要以微度和輕度侵蝕為主。而高海拔區(qū)域，降水量高，植被類型以闊葉林和暗針葉林為主，植被覆蓋度較高，林冠層和枯落物層對(duì)降水具有較強(qiáng)的截留作用，能夠有效地減少土壤侵蝕，土壤侵蝕分布面積較小。但是在高海拔、高降水區(qū)域，土壤侵蝕以高強(qiáng)度土壤侵蝕為主，與王猛等[28]研究結(jié)果一致。水土流失通常與侵蝕雨量呈極顯著的線性關(guān)系[29]，降水通過(guò)影響徑流大小從而影響土壤侵蝕程度[6]。由于該流域高海拔地區(qū)山高坡陡，集中高強(qiáng)度降水(集中發(fā)生在6—10月，多為大到暴雨)快速匯集產(chǎn)生徑流，極易發(fā)生泥石流、滑坡。地表若缺乏有效植被覆蓋，極易引發(fā)高強(qiáng)度土壤侵蝕[30-31]。

就地形而言，隨著海拔和坡度上升，土壤侵蝕程度越大，該結(jié)果與何興元[9]、邱國(guó)玉[32]等的研究結(jié)果一致。岷江上游流域植被分布隨海拔變化呈現(xiàn)垂直差異，海拔由低到高主要分布的植被為干旱森林和灌叢(1 300～2 600 m)、針闊混交林和針葉林(1 800～3 900 m)、高山灌叢(3 600～4 300 m)和高山草甸(>4 300 m)[33]。據(jù)研究表明，林地、草地、灌木土壤保持能力/強(qiáng)度由大到小分別為林地>灌木>草地[34-36]。高海拔4 000～5 000 m地區(qū)由于多高山裸土以及荒草地，土壤保持能力差，加之海拔3 800～4 200 m地區(qū)大部分地層屬于第四系，其結(jié)構(gòu)松散，顆粒較細(xì)，在地質(zhì)運(yùn)動(dòng)和集中強(qiáng)降雨沖刷下高海拔地區(qū)更易發(fā)生侵蝕[2,31]。與此同時(shí)，岷江上游流域約50%區(qū)域坡度大于45°，地勢(shì)陡峭，河谷深切。由于土壤入滲量隨坡度增大而減小，地表產(chǎn)流量隨之增大，加之重力作用隨坡度增加不斷增強(qiáng)，水力侵蝕效果越明顯，進(jìn)而導(dǎo)致坡度大的區(qū)域土壤侵蝕量越大[6,15,37]。

土地利用類型的差異也是造成流域土壤侵蝕空間分異明顯的重要因素之一。岷江上游流域發(fā)生較強(qiáng)土壤侵蝕的3種土地利用類型主要為未利用地、草地和林地。未利用地多為裸地，其植被稀疏、極易受到降水的侵蝕。雖然林地、草地均具有固結(jié)土壤表層，滯留水分，減少水土流失的能力[8]，但是森林植被覆蓋度相對(duì)較高，且根系較草地更發(fā)達(dá)粗壯，使得森林生態(tài)系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性[38]，林地土壤保持能力更強(qiáng)。相關(guān)研究也表明，林地、草地、未利用地土壤保持能力由大到小依次為林地>草地>未利用地(裸地)[35-36,39]。因此，岷江上游流域各土地利用類型發(fā)生土壤侵蝕程度由大到小依次為未利用地>草地>林地，基本與多數(shù)研究結(jié)果一致[2,21,40]。森林植被枯落物層能延緩坡面徑流產(chǎn)生，降低坡面徑流流速，在一定程度上減少坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙[41]。岷江上游流域不同林分枯落物儲(chǔ)量大致表現(xiàn)為闊葉林>針闊混交林>針葉林[42-45]，枯落物儲(chǔ)量越大，在一定程度上減少地表徑流能力越強(qiáng)。岷江上游流域針葉林主要分布在海拔3 500～4 500 m，闊葉林、混交林分布在海拔2 500～3 500 m[10]，呈現(xiàn)明顯地帶差異，高海拔地區(qū)更易發(fā)生土壤侵蝕。此外，由于不同林地類型下表層土壤抗蝕性表現(xiàn)為闊葉林>針闊混交林>針葉林[46-49]，疏林地水土保持能力很低，同時(shí)由于林冠層稀疏，強(qiáng)降雨下容易發(fā)生濺蝕，因此研究區(qū)不同林型土壤侵蝕程度差異表現(xiàn)為疏林地>針葉林>混交林>闊葉林。

4.2 土壤侵蝕長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)及成因

2001—2017年岷江上游流域土壤侵蝕呈緩慢增加趨勢(shì)，與年降水量的變化大致相同。因此降水是影響不同植被覆蓋區(qū)域土壤侵蝕的主要因子[50]。但不同時(shí)段影響因子有所差異。2001—2007年，各個(gè)海拔帶、坡度帶和土地利用類型的土壤侵蝕變化基本與降水年際波動(dòng)一致。盡管該時(shí)段林地、灌叢、草地植被指數(shù)均呈增加趨勢(shì)，但并未對(duì)土壤侵蝕起到明顯的減緩作用[2]。2008—2017年該地區(qū)大暴雨極端天氣頻發(fā)，降水量呈顯著增加的趨勢(shì)，同時(shí)岷江上游流域地處龍門(mén)山斷裂帶，地質(zhì)運(yùn)動(dòng)較活躍，尤其是受2008年汶川地震影響，大面積植被遭受破壞，同時(shí)在流域高海拔區(qū)域孕育了相當(dāng)豐富的固體松散物和堆積物，疊加陡峻的地勢(shì)條件，為岷江上游流域次生地質(zhì)災(zāi)害(泥石流、滑坡等)頻繁發(fā)生提供了有利條件。受地質(zhì)災(zāi)害和降水等因素的共同作用，流域土壤侵蝕呈逐年上升趨勢(shì)[51]，但趨勢(shì)性弱于降水量的變化。其中以高海拔帶(>2 500 m)、坡度大于25°以及草地為主的地區(qū)土壤侵蝕增加趨勢(shì)最為明顯。值得注意的是，2008—2017年林地和灌叢NDVI呈明顯增加趨勢(shì)，而草地NDVI增加速度弱于上述兩種土地利用類型。由此可見(jiàn)，天然林保護(hù)工程、退耕還林以及震后植被修復(fù)工程，顯著提高了林地和灌叢的植被覆蓋度[52]，對(duì)林地和灌叢區(qū)土壤侵蝕的控制起到了較好的效果，有效減緩了降水和地質(zhì)災(zāi)害對(duì)土壤侵蝕的增加作用。由于草地大量向林地轉(zhuǎn)移[21]，且草地結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易受干擾，因而草地植被恢復(fù)力度較林地和灌叢弱，其土壤侵蝕防止作用提升效果則不明顯。

綜合而言，岷江上游流域一系列植被恢復(fù)工程對(duì)土壤侵蝕控制起到了一定積極的作用，但并未從總體上遏制土壤侵蝕增加的趨勢(shì)。因此，未來(lái)該區(qū)域生態(tài)恢復(fù)的重點(diǎn)為進(jìn)一步研發(fā)林地、灌叢和草地水源涵養(yǎng)功能提升的恢復(fù)措施。尤其是需要加強(qiáng)對(duì)高海拔帶(>2 500 m)、坡度大于25°以及草地區(qū)域的植被恢復(fù)研究，進(jìn)一步提高各類型植被水源涵養(yǎng)功能，減少區(qū)域土壤侵蝕。

不過(guò)本研究針對(duì)性分析單因子與土壤侵蝕之間關(guān)系，對(duì)于不同因子之間的交互作用的考慮尚有欠缺。根據(jù)相關(guān)人員[53-55]在渭河流域、子午嶺地區(qū)、天山北坡中段山區(qū)和楊凌示范區(qū)的研究表明植被覆蓋度、造林面積、降雨、海拔、坡度、土壤類型、人類活動(dòng)等影響因子變化對(duì)土壤保持變化均起交互增強(qiáng)作用。王猛等對(duì)西南地區(qū)土壤侵蝕影響因子進(jìn)行交互作用分析也得出兩兩因子之間交互協(xié)同作用表現(xiàn)為非線性增強(qiáng)或相互增強(qiáng)，其中坡度和蓋度交互作用最大[28]。因此，在今后的研究中使用更高分辨率的數(shù)據(jù)并且可加強(qiáng)因子之間交互作用的研究，提升研究結(jié)果的完整性和精確度。

5 結(jié) 論

岷江上游流域輕度及以上土壤侵蝕區(qū)域主要分布在理縣、汶川縣、黑水縣和松潘縣。土壤侵蝕模數(shù)與海拔、坡度、年降水量和植被類型在空間上顯著相關(guān)，表現(xiàn)為隨海拔(坡度或年降水量)增加，土壤侵蝕程度增加。林地、草地、未利用地為岷江上游發(fā)生土壤侵蝕的主要土地利用類型，輕度及以上侵蝕程度表現(xiàn)為未利用地>草地>林地，不同林地類型土壤侵蝕程度表現(xiàn)為疏林地>針葉林>混交林>闊葉林。2001—2007年，各個(gè)海拔帶、坡度帶和土地利用類型的土壤侵蝕變化基本與降水年際波動(dòng)一致。2008—2017年受地質(zhì)災(zāi)害和降水等因素的共同作用，流域土壤侵蝕呈逐年上升趨勢(shì)，其中以高海拔帶(>2 500 m)、坡度大于25°以及草地為主的地區(qū)土壤侵蝕增加趨勢(shì)最為明顯。天然林保護(hù)工程、退耕還林以及震后植被修復(fù)工程，顯著提高了林地和灌叢的植被覆蓋度，有效減緩了降水和地質(zhì)災(zāi)害對(duì)土壤侵蝕的增加作用。而草地植被恢復(fù)力度較林地和灌叢弱，其土壤侵蝕防止作用提升效果則不明顯。