關(guān)鍵詞：地層巖性；土壤侵蝕；農(nóng)業(yè)資源；大方縣

0 引言

在不同地層巖性上，土壤侵蝕強(qiáng)度的不同伴隨著農(nóng)業(yè)資源的分配不均衡、不平等，各因子之間的變化伴隨著土壤侵蝕強(qiáng)度的變化。在一定的自然環(huán)境條件下，預(yù)防區(qū)域內(nèi)土壤侵蝕的發(fā)生，可以研究該區(qū)域內(nèi)地層巖性的變化，再?gòu)牟煌貙訋r性條件下的土壤侵蝕發(fā)生率、等級(jí)分布等找突破口。本研究從宏觀角度分析土壤侵蝕強(qiáng)度與不同地層巖性之間的相關(guān)關(guān)系，通過(guò)不同地層巖性對(duì)土壤侵蝕空間分布的影響可以掌握土壤侵蝕形成的機(jī)制，不同區(qū)域侵蝕強(qiáng)度等級(jí)的地層巖性分布情況可以找到治理侵蝕的對(duì)策，掌握不同地層巖性下土壤侵蝕治理對(duì)策，讓農(nóng)業(yè)資源得以保護(hù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

大方縣位于貴州省西北部，畢節(jié)機(jī)場(chǎng)距縣城20km，烏江支流六沖河北岸，大婁山西端。位于東經(jīng)105°15′47″～106°08′04″、北緯26°50′02″～27°36′04″。全縣轄38個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）359個(gè)行政村及1個(gè)國(guó)有林場(chǎng)7個(gè)工區(qū)。東西南北相距100余km，東南西北各與黔西市、織金縣、納雍縣和畢節(jié)市相接。全縣總面積3500.11km2，距畢節(jié)市中心約45.5km，距省城175km左右。地形地貌復(fù)雜多樣化，多以石灰土組合為主，出露地層由老至新分別為寒武系（C）、奧陶系（O）、二疊系（P）、三疊系（T）和侏羅系（J），地質(zhì)構(gòu)造處于侏羅山式褶皺帶的北西部，由一系列北北東向的緊密褶皺和近南北向的斷層或斷層束組成研究區(qū)域的構(gòu)造輪廓。

1.2 研究?jī)?nèi)容和目的

因發(fā)育程度、年代不同，研究區(qū)域各組巖石出露面積不同，巖性的軟硬程度決定了土壤侵蝕難易性，導(dǎo)致各地層巖性在不同的坡度、植被覆蓋度、土地利用類型條件下空間分布上有不同特征，通過(guò)ArcGIS提取疊加分析，得到研究區(qū)域各地層巖性出露面積在研究區(qū)域分布占比情況、侵蝕發(fā)生率、空間分布特征等情況；將研究區(qū)域矢量化的地質(zhì)圖與土壤侵蝕強(qiáng)度圖進(jìn)行疊加，得到不同時(shí)代地層下土壤侵蝕空間分布情況、不同巖組特征下土壤侵蝕空間分布情況、不同巖性下侵蝕等級(jí)分布情況、以及地層巖性與土壤侵蝕之間的相關(guān)關(guān)系。分析同一地層不同巖組類型下土壤侵蝕強(qiáng)度空間分布特征，比較不同地層同一巖組類型下空間分布及其與土壤侵蝕強(qiáng)度的空間分布相關(guān)性，可知研究區(qū)域不同地層巖性侵蝕情況及農(nóng)業(yè)資源利用情況，也可為研究區(qū)域土壤侵蝕治理提供參考依據(jù)[1]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

研究區(qū)域主要利用來(lái)源于中國(guó)地理空間數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)（www.gscloud.cn）的Landsat8OLITIRS衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品，空間分辨率30m，以地質(zhì)圖為數(shù)據(jù)源，運(yùn)用ArcGIS中SpatialAnalysis模塊中的Slope工具，以DEM圖為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行坡度提取并分類生成6個(gè)等級(jí)坡度。以遙感影像圖為數(shù)據(jù)源，運(yùn)用監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類法及結(jié)合實(shí)際調(diào)查提取土地利用類型現(xiàn)狀圖。基于ArcGIS軟件，用建立的植被覆蓋度圖、坡度分布圖及土地利用類型現(xiàn)狀圖疊加，依據(jù)水利部SL190—2007《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)大方縣的土壤侵蝕狀況進(jìn)行土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)，獲取研究區(qū)域土壤侵蝕強(qiáng)度圖。將地層巖性圖與土壤侵蝕等級(jí)圖疊加，分析研究區(qū)域不同時(shí)代地層與土壤侵蝕相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤侵蝕分布情況

運(yùn)用ArcGIS10.2將土地利用類型、植被覆蓋度、坡度圖疊加分析，并相應(yīng)地進(jìn)行分級(jí)歸納整合，最終得到土壤侵蝕柵格數(shù)據(jù)圖，將柵格土壤侵蝕圖矢量化成SHP格式，參照SL190—2007《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》中的面蝕（片蝕）分級(jí)指標(biāo)，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況制定了土壤侵蝕強(qiáng)度圖，根據(jù)土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將大方縣土壤侵蝕等級(jí)分為6個(gè)等級(jí)，得到大方縣土壤侵蝕強(qiáng)度，如圖1所示。

由圖1可知，總體上南片區(qū)和西片區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)于其他片區(qū)。從研究區(qū)域土壤侵蝕的空間分布看，中度及以上的侵蝕等級(jí)主要以南片區(qū)為主，其余地區(qū)呈零星分布，圖斑破碎，大面積的面蝕狀分布較少；在東部和北部地勢(shì)較為平坦地區(qū)，主要以輕度侵蝕為主；在北區(qū)及西南地區(qū)，與織金縣、納雍縣、七星關(guān)區(qū)交接處有幾小塊區(qū)域土壤侵蝕較為強(qiáng)烈，以極強(qiáng)烈侵蝕和劇烈侵蝕為主，可能主要是由于該交接處區(qū)域植被稀少、懸崖峭壁導(dǎo)致坡度急劇增大，從而導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，土壤侵蝕加重[2-3]。

對(duì)研究區(qū)域土壤侵蝕狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。微度侵蝕也稱不明顯侵蝕或未侵蝕，即土壤流失量屬于可允許侵蝕范圍內(nèi)，研究區(qū)域內(nèi)容許土壤流失量lt;500t/（km2·年），已發(fā)生土壤侵蝕面積指輕度侵蝕及輕度侵蝕以上等級(jí)的面積總和。由表1可知，大方縣已發(fā)生土壤侵蝕面積136705.87hm2，占全縣總面積的39.01%，不明顯侵蝕或未侵蝕占全縣總面積的60.99%，中度及中度以上侵蝕占全縣總面積的11.36%，占侵蝕面積的29.11%，中度及以上侵蝕在總面積中的占比為中度侵蝕（58.39%）gt;強(qiáng)烈侵蝕（21.55%）gt;極強(qiáng)烈侵蝕（17.17%）gt;劇烈侵蝕（2.89%）。

2.2 地層巖組類型分布

2.2.1 地層巖組類型提取

地層巖性是影響土壤侵蝕的發(fā)生和土壤侵蝕強(qiáng)度的重要因素之一，不同地層巖性的差異對(duì)土壤流失速度有不一樣的影響，而土壤流失速度與土壤侵蝕的分布有極大的相關(guān)性。本研究將收集的1∶20000綜合水文地質(zhì)圖作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，對(duì)其進(jìn)行拼接、配準(zhǔn)，再根據(jù)大方縣行政邊界矢量圖截取研究區(qū)域?；贏rcGIS軟件對(duì)地圖矢量化，得到附有數(shù)值意義的地層巖組類型分布如圖2和圖3所示。

2.2.2 地層巖性空間分布特征

由圖2、圖3和表2可知，大方縣地層主要以二疊系和三疊系為主，巖組類型主要以石灰?guī)r和白云巖為主。在地層分布中，寒武系、奧陶系和侏羅系主要分布在研究區(qū)域周邊，呈零星狀態(tài)分布；在巖組類型分布中，巖性分布都呈分散狀態(tài)分布，不連續(xù)[4]。其中，地層分布面積：二疊系gt;三疊系gt;奧陶系gt;侏羅系gt;寒武系，巖組類型分布面積：石灰?guī)r（44.27%）gt;白云巖（23.15%）gt;頁(yè)巖（21.10%）gt;砂巖（11.49%）；在所有地層中，巖組類型面積分布占總面積最多的前3位分別是：二疊系中的石灰?guī)r（24.44%）、二疊系中的頁(yè)巖（19.18%）及三疊系中的石灰?guī)r（18.61%）。

2.3 不同地層土壤侵蝕發(fā)生率

應(yīng)用ArcGIS的空間疊加分析功能，將大方縣地層分布圖層與土壤侵蝕圖層進(jìn)行疊加分析?？臻g疊加分析結(jié)果既可以顯示不同地層分布各個(gè)侵蝕強(qiáng)度的面積，又可顯示不同侵蝕強(qiáng)度下不同地層分布的面積，從中可以發(fā)現(xiàn)不同地層分布的土壤侵蝕存在較明顯的空間分布現(xiàn)象[5]。

土壤侵蝕發(fā)生率是指不同地層巖性下土壤侵蝕發(fā)生的概率，即不同地層下的面積與相應(yīng)侵蝕總面積的比，運(yùn)用式（1）計(jì)算

土壤侵蝕發(fā)生率越高，表示該地層越容易發(fā)生土壤侵蝕，反之，土壤侵蝕發(fā)生率越低，表示該地層越不容易發(fā)生土壤侵蝕。

由圖4可知，不同地層土壤侵蝕平均發(fā)生率34.10%，其中二疊系、侏羅系、三疊系土壤侵蝕發(fā)生率均高于平均發(fā)生率，奧陶系、寒武系土壤侵蝕發(fā)生率低于平均發(fā)生率。大方縣土壤侵蝕發(fā)生率在地層分布上成明顯分布趨勢(shì)，地層侵蝕發(fā)生率最高的三疊系與最低的寒武系有22.3個(gè)百分點(diǎn)之差，地層侵蝕發(fā)生率最大為三疊系發(fā)生率達(dá)到46.36%，是所有地層中最容易發(fā)生土壤侵蝕的時(shí)代地層，其次是侏羅系，發(fā)生率達(dá)到40.32%；土壤侵蝕發(fā)生率最低的寒武系，僅為24.06%，而奧陶系、寒武系土壤侵蝕發(fā)生率差異不大。從不同地層土壤侵蝕發(fā)生率來(lái)看，研究區(qū)域土壤發(fā)生侵蝕從易到難依次為三疊系（46.36%）gt;侏羅系（40.32%）gt;二疊系（34.59%）gt;奧陶系（25.17%）gt;寒武系（24.06%）。

2.4 地層與土壤侵蝕相關(guān)關(guān)系

由圖5可知，研究區(qū)域以二疊系、三疊系廣泛出露，出露總面積達(dá)到303263.12hm2，占研究區(qū)域總面積的86.52%，而二疊系、三疊系出露面積已發(fā)生侵蝕的面積分別為52964.56和69616.4hm2，分別占已侵蝕總面積的38.74%和50.92%，而其他地層出露面積已發(fā)生侵蝕占侵蝕面積的46.48%。研究區(qū)域主要以微度侵蝕和輕度侵蝕為主，在不同地層下，隨著侵蝕強(qiáng)度等級(jí)的增強(qiáng)，侵蝕面積逐漸減少，侵蝕強(qiáng)度等級(jí)與侵蝕面積總體上成負(fù)相關(guān)關(guān)系[6-7]。隨著侵蝕強(qiáng)度等級(jí)增強(qiáng)，侵蝕面積變化最快的是二疊系和三疊系，隨著侵蝕強(qiáng)度增強(qiáng)，面積變化呈先慢后快的趨勢(shì)，其余地層隨著侵蝕強(qiáng)度等級(jí)增強(qiáng)，面積變化不明顯，但總體上都是呈負(fù)相關(guān)狀態(tài)。

侵蝕面積與侵蝕等級(jí)強(qiáng)度變化速率各為不一，其中奧陶系、三疊系、二疊系隨著侵蝕強(qiáng)度等級(jí)升高，面積速率變化先成負(fù)相關(guān)關(guān)系后成正相關(guān)關(guān)系；而寒武系一直成負(fù)相關(guān)關(guān)系；侏羅系先成負(fù)相關(guān)關(guān)系后成正相關(guān)關(guān)系再成負(fù)相關(guān)關(guān)系[8]?？傮w上來(lái)說(shuō)，大方縣不同時(shí)代地層土壤侵蝕面積總體趨勢(shì)是逐漸減少的，這可能是由于研究區(qū)域近幾年重視生態(tài)環(huán)保，大量的植樹造林，導(dǎo)致林草植被覆蓋度高，植被綠化好，有些地方劇烈侵蝕增強(qiáng)可能處于地層邊緣地帶，坡度陡然增加導(dǎo)致的[9-11]。

2.5 不同巖性土壤侵蝕發(fā)生率

由圖6可知，不同巖性土壤侵蝕平均發(fā)生率38.95%，其中白云巖和石灰?guī)r土壤侵蝕發(fā)生率高于平均發(fā)生率，砂巖和頁(yè)巖土壤侵蝕發(fā)生率低于平均發(fā)生率。大方縣巖性土壤侵蝕發(fā)生率差異不大，巖性侵蝕發(fā)生率最大的白云巖與最小的砂巖僅有0.93個(gè)百分點(diǎn)之差。最大巖性侵蝕發(fā)生率為白云巖，巖性侵蝕發(fā)生率達(dá)到39.55%，其次是石灰?guī)r，侵蝕發(fā)生率達(dá)到38.97%，頁(yè)巖侵蝕發(fā)生率38.67%，土壤侵蝕發(fā)生率最低的是砂巖，侵蝕發(fā)生率38.62%。

整體來(lái)看，石灰?guī)r與白云巖土壤侵蝕發(fā)生率較高，充分說(shuō)明了土壤侵蝕發(fā)生率和土壤侵蝕強(qiáng)度與灰?guī)r和白云巖的分布有相關(guān)關(guān)系。主要原因可能是研究區(qū)灰?guī)r和白云巖的可溶性巖石純度最高，土壤繼承巖性的特點(diǎn)更完整，所以石灰?guī)r與白云巖在土壤產(chǎn)生過(guò)程中土壤侵蝕的發(fā)生率高[12]。

2.6 不同巖性下侵蝕等級(jí)分布

由圖7可知，大方縣土壤侵蝕中不同巖性的分布具有明顯的差異，在不同侵蝕強(qiáng)度下這種差異更為明顯。在不同巖性基底下土壤侵蝕等級(jí)的分布情況，微度侵蝕所占的比例相較于其他侵蝕等級(jí)所占比例都大，在白云巖中占13.99%、在砂巖中占7.05%；最高占比在石灰?guī)r中占27.01%、在頁(yè)巖中占12.95%。輕度侵蝕和中度侵蝕次之，極強(qiáng)烈侵蝕和劇烈侵蝕都相對(duì)較小。中度侵蝕在石灰?guī)r中比例最大，為3.48%；其次在白云巖中占1.38%。中度侵蝕及中度以上侵蝕等級(jí)在白云巖中占1.98%、在砂巖中占1.28%、在石灰?guī)r中占5.34%及在頁(yè)巖中占2.77%，雖然中度侵蝕及中度以上侵蝕等級(jí)在大方縣主要巖性分布中占比不大，但大方縣屬于石漠化水土流失嚴(yán)重地區(qū)之一，不應(yīng)忽視治理[13]。已發(fā)生侵蝕占比情況中石灰?guī)r（17.25%）gt;白云巖（9.15%）gt;頁(yè)巖（8.17）gt;砂巖（4.44%）。

在研究區(qū)域內(nèi)，大方縣不同巖性下高強(qiáng)度侵蝕等級(jí)表現(xiàn)都不明確，侵蝕等級(jí)的差別主要表現(xiàn)在微度侵蝕和輕度侵蝕中，可能主要是由于大方縣近幾年在生態(tài)環(huán)保、退耕還林還草上更加重視，植被覆蓋度高，加之務(wù)工人員大量外出，受到人為開荒種地干擾較少，導(dǎo)致高強(qiáng)度等級(jí)侵蝕不明顯[14]。

2.7 巖性與土壤侵蝕相關(guān)關(guān)系

大方縣以石灰?guī)r和白云巖面積分布最廣，最容易發(fā)生土壤侵蝕，出露總面積達(dá)到236301.4hm2，占行政區(qū)域總面積的67.41%，出露面積達(dá)到已發(fā)生侵蝕的面積分別為32089.51和60468.55hm2，分別占總已侵蝕總面積的23.47%和44.23%。由圖8可知，大方縣主要以微度侵蝕和輕度侵蝕為主，在不同巖性下，隨著侵蝕強(qiáng)度等級(jí)的增強(qiáng)，侵蝕面積逐漸減少，侵蝕強(qiáng)度等級(jí)與巖性侵蝕面積總體上成負(fù)相關(guān)關(guān)系。隨著侵蝕強(qiáng)度等級(jí)增強(qiáng)，石灰?guī)r面積變化速率最快，其次頁(yè)巖面積變化速率次之，面積變化速率最慢的是白云巖，呈先慢后快的趨勢(shì)。不同巖性分布與土壤侵蝕強(qiáng)度之間有著明顯的相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明巖性軟弱性決定了研究區(qū)土壤侵蝕發(fā)生的難易程度，即巖石抗蝕能力弱與土壤侵蝕成負(fù)相關(guān)關(guān)系，即巖石理化性質(zhì)決定了其抗蝕能力大小，土壤抗蝕性能力越大，說(shuō)明土壤結(jié)構(gòu)體穩(wěn)定，其抵抗徑流對(duì)土壤本身的沖刷分散及懸浮能力就越強(qiáng)，土壤越不易分散，使其不容易被雨水沖走，所以土壤抗沖性就越強(qiáng)，越不容易發(fā)生水土流失[15-16]。

從面積變化速率來(lái)看，4種巖性都表現(xiàn)出侵蝕等級(jí)的升高，侵蝕面積的變化速率先降低后升高，即侵蝕面積變化速率與侵蝕等級(jí)先成負(fù)相關(guān)關(guān)系后成正相關(guān)關(guān)系。雖然大方縣高強(qiáng)度侵蝕等級(jí)面積和范圍較小，劇烈侵蝕面積都占比很小，但由于大方縣高強(qiáng)度侵蝕主要集中于西南片區(qū)，土地利用率較高，人為因素較大，加之該片區(qū)植被覆蓋度低，所以不容小覷該地方水土流失情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

研究區(qū)域內(nèi)已發(fā)生土壤侵蝕面積136705.87hm2，占全縣總面積的39.01%，以輕度侵蝕和中度侵蝕為主，分別占已發(fā)生侵蝕面積的70.89%和17.00%，未侵蝕或者不明顯侵蝕面積213823.13hm2，占總面積的60.99%。總體分布呈由北向南地表土層逐漸變薄、基巖裸露程度增大、植被覆蓋逐漸降低，林業(yè)森林資源差，導(dǎo)致土壤侵蝕逐漸增強(qiáng)。

耕地主要集中在西南片區(qū)，土地相對(duì)平整，人文因素干預(yù)較大，農(nóng)業(yè)資源相對(duì)好，土壤侵蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致外營(yíng)力大于土壤自身黏合力，產(chǎn)生土壤移動(dòng)，養(yǎng)分流失，從而致使水土流失，所以想要控制水土流失，就必須提高土壤黏和力或者減小外動(dòng)力作用。研究不同地層年代、巖組類型等地質(zhì)條件下土壤侵蝕在空間分布上的差異特征、不同巖性與水土流失地質(zhì)尺度上的分布相關(guān)性，從宏觀空間尺度上研究地層巖性對(duì)區(qū)域土壤侵蝕空間分布的影響，對(duì)提高土壤黏和力，減小外動(dòng)力可提供參考方案，對(duì)今后面源污染的治理、土壤耕地保護(hù)和利用、生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)及生態(tài)環(huán)境建設(shè)、農(nóng)業(yè)資源的合理開發(fā)及可持續(xù)利用提供參考依據(jù)。