基于RUSLE模型的遼寧省土壤侵蝕定量研究

高璐，王學(xué)鳳，曲本亮，曹永強(qiáng)

（1.遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧大連 116029;2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038; 3.大連市環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，遼寧大連 116023）

基于RUSLE模型的遼寧省土壤侵蝕定量研究

高璐1，王學(xué)鳳2，曲本亮3，曹永強(qiáng)1

（1.遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧大連 116029;2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038; 3.大連市環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，遼寧大連 116023）

以降雨量、土壤、遙感影像及土壤侵蝕普查數(shù)據(jù)等為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，運(yùn)用GIS技術(shù)，結(jié)合修正的通用土壤流失方程（RUSLE）模型對(duì)遼寧省土壤侵蝕狀況進(jìn)行研究，分析了土壤侵蝕的空間分布特征以及與不同土地利用類型的關(guān)系。研究結(jié)果表明:2011年遼寧省土壤侵蝕面積為459.36萬(wàn)hm2，年均土壤流失量為1.64億t，年平均侵蝕模數(shù)為3 637.8 t/（km2·a），屬于中度侵蝕，土壤侵蝕面積呈現(xiàn)上升趨勢(shì);遼西低山丘陵區(qū)的土壤侵蝕最為嚴(yán)重，侵蝕面積為191.99萬(wàn)hm2，城市受人為不合理的生產(chǎn)活動(dòng)影響嚴(yán)重，導(dǎo)致土壤侵蝕面積增加;林地依舊是遼寧省土壤侵蝕發(fā)生的最主要的土地類型，占侵蝕總面積的57.66%，占土地利用類型的38.20%。

土壤侵蝕;RUSLE模型;定量分析;遼寧省;土地利用類型

1 研究背景

土壤侵蝕是全球性的重大環(huán)境問(wèn)題之一［1］，是限制當(dāng)今人類生存與發(fā)展的全球性環(huán)境災(zāi)害。土壤侵蝕會(huì)造成土壤養(yǎng)分流失、水質(zhì)污染、生產(chǎn)力下降、惡化生態(tài)和人類生存環(huán)境［2］，在國(guó)內(nèi)外受到長(zhǎng)期重視，因此對(duì)土壤侵蝕進(jìn)行調(diào)查、研究、監(jiān)測(cè)和評(píng)估具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)于這一重大的環(huán)境問(wèn)題，19世紀(jì)國(guó)外學(xué)者就開(kāi)始對(duì)土壤侵蝕進(jìn)行研究［3-5］，并且相繼建立了一系列的基于經(jīng)驗(yàn)的土壤侵蝕模型［6］。RUSLE模型［7-10］是代表模型USLE的修正模型，修正后的公式結(jié)構(gòu)合理、參數(shù)代表性普遍;結(jié)合GIS和RS，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和綜合能力，將成為土壤侵蝕研究工具和水土保持規(guī)劃的主要研究手段。O.Terranova［11］運(yùn)用RUSLE模型和GIS對(duì)地中海區(qū)域進(jìn)行土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)的模擬實(shí)驗(yàn);V.Prasannakumar［12］運(yùn)用RUSLE模型對(duì)印度的喀拉拉邦區(qū)域進(jìn)行土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;徐麗芬［13］以中國(guó)渤海為例，采用RUSLE模型和信息傳播模型在不同降雨情況下對(duì)土壤侵蝕進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;陳思旭［14］、張旭群［15］、李天宏［16］等學(xué)者也在不同方面對(duì)土壤侵蝕進(jìn)行了研究。本文采用高分辨率遙感數(shù)據(jù)以及空間技術(shù)等手段，結(jié)合RUSLE模型以及土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)遼寧省2011年土壤侵蝕狀況進(jìn)行定量分析。

2 區(qū)域概況及研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于我國(guó)東北地區(qū)的南部，處于118°53'E—125°46'E，38°43'N—43°26'N之間，全省總面積為1 463.162萬(wàn)hm2。地勢(shì)大致為:自北向南、自東西兩側(cè)向中部?jī)A斜，山地丘陵分列東西兩廂。屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，是東北地區(qū)降水量最多的省份，年降水量在600～1 100 mm之間。遼寧省森林覆蓋率為37%，面積約為5萬(wàn)km2，中部為平原棕黃土地帶，西部為低山丘陵生草棕色森林土黃白土地帶，北部土質(zhì)結(jié)構(gòu)差，水土流失最嚴(yán)重。在2005年第4次土壤侵蝕遙感普查中，土壤侵蝕面積占全省總面積比例的28.91%［17］，土壤侵蝕情況不容樂(lè)觀，所造成的生態(tài)環(huán)境退化，會(huì)加劇貧困、影響社會(huì)穩(wěn)定、阻礙社會(huì)進(jìn)步，并將在未來(lái)成為影響遼寧省生態(tài)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大問(wèn)題。

2.2 所用數(shù)據(jù)來(lái)源

所用數(shù)據(jù)為2011年遼寧省土壤侵蝕面積（分市）統(tǒng)計(jì)表、遼寧省第4次土壤侵蝕遙感普查數(shù)據(jù)、遼寧省高程圖、遼寧省各市1980—2011年逐日降雨數(shù)據(jù)、遼寧省1∶150萬(wàn)土壤類型圖、遼寧省地形圖及2011年遼寧省土地利用資料。

2.3 研究方法

本文選用目前應(yīng)用最廣、適用范圍最大的修正的通用土壤流失方程（RUSLE）進(jìn)行土壤侵蝕的量化，其計(jì)算公式為

式中:A為年均土壤侵蝕模數(shù)（t/（km2·a））;R為降雨侵蝕力因子（（MJ·mm）/（km2·h·a））;K為土壤可蝕性因子（（t·km2·h）/（km2·MJ·mm））; LS為坡長(zhǎng)坡度因子，無(wú)量綱;C為地表植被覆蓋與管理因子，無(wú)量綱;P為水土保持措施因子，無(wú)量綱。將遙感數(shù)據(jù)和非遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合，經(jīng)過(guò)各因子的算式，計(jì)算出各因子的值，最終將各因子逐年相乘獲得研究區(qū)內(nèi)土壤侵蝕模數(shù)。本文只對(duì)遼寧省水蝕狀況進(jìn)行研究分析。

3 結(jié)果分析

3.1 遼寧省土壤侵蝕現(xiàn)狀分析

根據(jù)RUSLE模型的式（1）以及《遼寧省水利基礎(chǔ)信息集》［18］中所獲得的數(shù)據(jù)，遼寧省現(xiàn)有土壤侵蝕面積為459.36萬(wàn)hm2，占全省總面積的31.39%，年均土壤流失量為1.64億t，年平均侵蝕模數(shù)為3 637.8 t/（km2·a），屬于中度侵蝕。與2005年第4次遙感普查結(jié)果（土壤侵蝕面積為422.95萬(wàn)hm2，年均土壤流失量為1.18億t，平均土壤侵蝕模數(shù)為2 801 t/（km2·a））相比，侵蝕面積增加了36.41萬(wàn)hm2，由原來(lái)的28.9%上升到31.39%，增加了2.49%，平均每年增加0.28%，說(shuō)明遼寧省土壤侵蝕呈上升趨勢(shì)。

3.2 遼寧省侵蝕強(qiáng)度等級(jí)分析

在研究區(qū)內(nèi)，侵蝕強(qiáng)度等級(jí)以輕度侵蝕、中度侵蝕以及強(qiáng)烈侵蝕為主，伴有少量的極強(qiáng)烈侵蝕和劇烈侵蝕，詳見(jiàn)表1、表2。以2011年為例，輕度侵蝕面積為237.69萬(wàn)hm2，占全省總面積的16.25%;中度侵蝕面積為121.23萬(wàn)hm2，占全省總面積的8.29%;強(qiáng)烈侵蝕面積為64.57萬(wàn)hm2，占全省總面積的4.41%;極強(qiáng)烈侵蝕面積為27.94萬(wàn)hm2，占全省總面積的1.91%;劇烈侵蝕面積為7.93萬(wàn)hm2，占全省總面積的0.54%。與2005年土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果比較分析，遼寧省的侵蝕面積較大，由平均侵蝕模數(shù)評(píng)判土壤侵蝕強(qiáng)度，研究區(qū)內(nèi)依舊為中度侵蝕，但其受降水變化以及人為活動(dòng)等因素的影響較大，導(dǎo)致了平均侵蝕模數(shù)和侵蝕面積的不斷增長(zhǎng)。

表1 土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1Classification of level of soil erosion

表2 遼寧省土壤侵蝕等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2Evaluation results of level of soil erosion in Liaoning province

3.3 遼寧省土壤侵蝕空間差異性分析

3.3.1 各市土壤侵蝕現(xiàn)狀分析

遼寧省2005年和2011年各市土壤侵蝕面積對(duì)比如圖1。

圖1 2005年和2011年遼寧省各市土壤侵蝕面積對(duì)比Fig.1Comparison among areas of soil erosion of all cities in Liaoning province in 2005 and 2011

對(duì)比各城市土壤侵蝕分布情況，侵蝕面積最大的是朝陽(yáng)市，面積為80.85萬(wàn)hm2，盤(pán)錦市的侵蝕面積最小，為0.67萬(wàn)hm2。強(qiáng)烈以下的侵蝕最嚴(yán)重的是朝陽(yáng)市、丹東市和大連市，面積分別為77.53，49.27，48.3萬(wàn)hm2;極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕最嚴(yán)重的城市為丹東市，面積為6.12萬(wàn)hm2。土壤侵蝕占各市總面積40%以上的有營(yíng)口市、葫蘆島市、大連市和朝陽(yáng)市;在30%～40%的有阜新市、丹東市和鞍山市;在20%～30%的有鐵嶺市、錦州市和本溪市;其余各市在20%以下。

遼寧省各市在近6 a內(nèi)，土壤侵蝕面積均出現(xiàn)增加的現(xiàn)象。侵蝕面積的增加，主要受自然因素和人為因素的影響，而人為不合理的生產(chǎn)活動(dòng)是造成土壤加速侵蝕的主導(dǎo)因素。近幾年遼寧省經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，開(kāi)礦、改擴(kuò)建電廠、新建高速公路以及城市基礎(chǔ)建設(shè)等各類開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目大量增加，造成了由開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)帶來(lái)的短時(shí)間內(nèi)侵蝕面積的增加。盲目地追求經(jīng)濟(jì)效益，從而破壞了生態(tài)平衡;同時(shí)由于管理上的疏忽與不當(dāng)，放任這些不合理的土地利用的存在，更加加劇了水土流失的嚴(yán)重性從而促使土壤侵蝕面積增加。

3.3.2 各區(qū)域土壤侵蝕現(xiàn)狀分析

遼寧省2005年和2011年各區(qū)域土壤侵蝕面積對(duì)比如圖2。

圖2 2005年和2011年各區(qū)域土壤侵蝕面積對(duì)比Fig.2Comparison among areas of soil erosion of regions in Liaoning province in 2005 and 2011

土壤侵蝕面積區(qū)域分布仍以遼西低山丘陵區(qū)的錦州、朝陽(yáng)、阜新和葫蘆島4市的土壤侵蝕最為嚴(yán)重。該地區(qū)土壤侵蝕面積為191.99萬(wàn)hm2，占全省總侵蝕面積的41.80%。其中輕度侵蝕面積為110.92萬(wàn)hm2，中度侵蝕面積為49.49萬(wàn)hm2，強(qiáng)烈侵蝕面積為22.22萬(wàn)hm2，極強(qiáng)烈侵蝕面積為7.96萬(wàn)hm2，劇烈侵蝕為1.40萬(wàn)hm2。遼寧東部山區(qū)侵蝕面積為158.04萬(wàn)hm2，占全省總侵蝕面積的34.40%，其中中度以上侵蝕面積為40.73萬(wàn)hm2。遼寧中部丘陵漫崗區(qū)侵蝕面積為109.29萬(wàn)hm2，占全省總侵蝕面積的23.80%，其中中度以上侵蝕面積為28.13萬(wàn)hm2。

地形環(huán)境、地貌環(huán)境、土壤環(huán)境以及社會(huì)人文環(huán)境都是影響遼寧各區(qū)域土壤侵蝕面積增加的因素。遼西地區(qū)的輕度、中度侵蝕主要分布在旱地上，強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈侵蝕主要分布在中覆蓋度的草地、有林地和疏林地上。從圖2和表3中2005年侵蝕面積發(fā)現(xiàn)遼西研究區(qū)內(nèi)輕度侵蝕面積呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，而中度以上侵蝕面積呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，而且增長(zhǎng)的幅度較大，所以更應(yīng)該對(duì)中度以上侵蝕進(jìn)行重點(diǎn)治理，減少耕地的分布是減少遼西地區(qū)土壤侵蝕的主要措施。自然因素所導(dǎo)致的土壤侵蝕現(xiàn)狀很難改變，但是，人為因素導(dǎo)致的可以通過(guò)合理、適當(dāng)?shù)恼{(diào)整土地利用類型從而達(dá)到抑制土壤侵蝕的發(fā)生。

表3 遼西地區(qū)不同研究時(shí)間侵蝕面積對(duì)比Table 3Comparison of erosion areas of western Liaoning province in 2005 and 2011

4 土壤侵蝕和不同土地利用類型的關(guān)系

就土壤侵蝕而言，土地利用類型是造成水土流失的重要的因子，是土壤侵蝕的促進(jìn)因素。從遼寧省2011年和2005年土壤侵蝕與土地利用的關(guān)系發(fā)現(xiàn)（表4），林地是侵蝕發(fā)生的最主要的土地類型，林地侵蝕占整個(gè)遼寧省侵蝕面積的57.66%（2011年）和27.10%（2005年），增長(zhǎng)了30.56%。其次，耕地也是侵蝕發(fā)生的另一個(gè)主要的土地類型，占遼寧省侵蝕面積的30.62%（2011年）和36.40% （2005年），但相比較侵蝕面積有所減少。將2005年和2011年比較，林地的侵蝕面積增加得最多，為150.12萬(wàn)hm2，同時(shí)草地、水域以及城鄉(xiāng)、工礦等建設(shè)用地的面積也有著不同程度的增加。充分表明在2005—2011年間，由于人口的激增、對(duì)糧食迫切的需求以及人類不同程度的開(kāi)發(fā)活動(dòng)等所造成的不同土地利用類型的土壤侵蝕面積，正在不斷增加。

表4 2005年和2011年遼寧省不同土地利用類型的土壤侵蝕面積Table 4Areas of soil erosion with different types of land use in Liaoning province in 2005 and 2011

由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，各類開(kāi)發(fā)項(xiàng)目對(duì)林地的需求也大幅度增加，特別是國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的進(jìn)一步加大，對(duì)林地的需求也迅速膨脹，同時(shí)退耕還林和封山育林的一些措施也使得林地的面積增加，因此林地的侵蝕面積呈現(xiàn)相對(duì)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。研究范圍內(nèi)林地多質(zhì)量較差，結(jié)構(gòu)單一，均為水土保持較為脆弱的林地。同時(shí)人口的增加對(duì)蠶場(chǎng)生態(tài)環(huán)境的超負(fù)荷壓力而產(chǎn)生的蠶場(chǎng)沙化現(xiàn)象;各類建設(shè)項(xiàng)目的開(kāi)礦、采石等對(duì)生態(tài)影響較大的林地經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目，極易造成對(duì)環(huán)境以及生態(tài)系統(tǒng)的破壞，都是造成林地土壤侵蝕最根本的原因。因此要在現(xiàn)有林地的基礎(chǔ)上實(shí)施工程措施，加快水保林建設(shè)，對(duì)單一林地實(shí)施混交，合理利用開(kāi)發(fā)林地，因地制宜地使用林地，科學(xué)有效地管理和保護(hù)林地。

5 結(jié)論

（1）遼寧省2011年土壤侵蝕面積為459.36萬(wàn)hm2，年均土壤流失量為1.64億t，年平均侵蝕模數(shù)為3 637.8 t/（km2·a），屬于中度侵蝕，與2005年第4次遙感普查結(jié)果相比，侵蝕面積增加了36.41萬(wàn)hm2，占比例由原來(lái)的28.9%上升到31.39%，增加了2.49%，平均每年增加0.28%，土壤侵蝕面積土壤侵蝕呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

（2）侵蝕面積最大的城市是朝陽(yáng)市，面積為80.85萬(wàn)hm2，而盤(pán)錦市是侵蝕面積最小的城市，為0.67萬(wàn)hm2。城市受人為不合理的生產(chǎn)活動(dòng)影響嚴(yán)重，從而造成土壤加速侵蝕。土壤侵蝕面積區(qū)域分布仍以遼西地區(qū)的土壤侵蝕最為嚴(yán)重，為191.99萬(wàn)hm2;遼寧東部山區(qū)侵蝕面積為158.04萬(wàn)hm2;遼寧中部丘陵漫崗區(qū)侵蝕面積為109.29萬(wàn)hm2。地形環(huán)境、地貌環(huán)境、土壤環(huán)境以及社會(huì)人文環(huán)境都是影響遼寧省各區(qū)域土壤侵蝕面積增加的因素。

（3）林地是侵蝕發(fā)生的最主要的土地類型，全省有一半以上侵蝕面積發(fā)生在林地。研究范圍內(nèi)林地多質(zhì)量較差、頻現(xiàn)蠶場(chǎng)沙化現(xiàn)象和各類對(duì)生態(tài)環(huán)境有影響的建設(shè)項(xiàng)目，因此導(dǎo)致土壤侵蝕格外嚴(yán)重。因此要加強(qiáng)林地的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，合理利用開(kāi)發(fā)林地，因地制宜地使用林地，科學(xué)有效地管理和保護(hù)林地。

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（編輯:姜小蘭）

Quantitative Study on Soil Erosion in Liaoning Province Based on RUSLE Model

GAO Lu1，WANG Xue-feng2，QU Ben-liang3，CAO Yong-qiang1
（1.School of Urban and Environmental Sciences，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China; 2.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China; 3.Dalian Municipal Design and Research Institute of Environmental Science，Dalian 116023，China）

Based on the rainfall，soil，remote sensing image and census data of soil erosion，in this paper，we used GIS and 3S technology in association with revised universal soil loss equation（RUSLE）model to analyze the spatial distribution characteristics of the soil erosion and relationship between the distribution and land type in Liaoning province.The results of this research are as follows:1）area of soil erosion of Liaoning province in 2011 is 4 593 600 hm2，with annual mean soil loss of 164 million tons and the average annual erosion modulus of 3 637.8 t/（km2·a）and it belongs to moderate erosion，moreover，the area of soil erosion shows the tendency of increase;2）soil erosion in hilly region of western Liaoning is the most severe and area of soil erosion is 1.919 9 million hm2，and cities are seriously affected by unreasonable human activities that lead to the increase of area of soil erosion;3）forest land is still the main land type with soil erosion in Liaoning province，accounting for about 57.66%of the total area of erosion and 38.20%of the land type.

soil erosion;RUSLE model;quantitative analysis;Liaoning province;type of land utilization

S157

A

1001-5485（2015）12-0025-05

10.11988/ckyyb.20140966

2015，32（12）:25-29

2014-11-18;

2015-02-09

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51579126）;流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目（IWHR-SKL-201501）

高璐（1991-），女，遼寧大連人，碩士研究生，從事水環(huán)境方面的研究，（電話）13352418116（電子信箱）gl1991sara@163.com。

曹永強(qiáng)（1972-），男，內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人，教授，博士，從事水文水資源方面的研究，（電話）0411-82158364（電子信箱）caoyongqiang@lnnu.edu.cn。