貴州草海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)土壤侵蝕動(dòng)態(tài)特征

吳際通，鄭開(kāi)顏

（1.貴陽(yáng)市森林資源管理站，貴州貴陽(yáng)550003；2.河北中醫(yī)學(xué)院，河北石家莊050000）

貴州草海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)土壤侵蝕動(dòng)態(tài)特征

吳際通1，鄭開(kāi)顏2

（1.貴陽(yáng)市森林資源管理站，貴州貴陽(yáng)550003；2.河北中醫(yī)學(xué)院，河北石家莊050000）

為促進(jìn)草海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)濕地科學(xué)管理和可持續(xù)發(fā)展，用土地利用類(lèi)型、坡度和植被覆蓋度對(duì)保護(hù)區(qū)土壤侵蝕等級(jí)進(jìn)行分析，以土壤侵蝕綜合指數(shù)對(duì)研究區(qū)1992－2013年的土壤侵蝕狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，土壤侵蝕以輕度侵蝕為主，1992年、2001年、2013年不同土壤侵蝕等級(jí)比重依次均為輕度＞中度＞強(qiáng)烈＞極強(qiáng)烈＞劇烈，土壤侵蝕綜合指數(shù)分別為2.33、2.67和2.73。研究區(qū)土壤侵蝕不嚴(yán)重，但呈現(xiàn)加重的趨勢(shì)。

草海；土壤侵蝕等級(jí)；土壤侵蝕綜合指數(shù)

濕地是地球上水陸相互作用形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)，是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀和人類(lèi)最重要的生存環(huán)境之一，在蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候、控制土壤侵蝕、促淤造陸及降解環(huán)境污染等方面起著極其重要的作用［1］。土壤侵蝕是土地退化、河道和湖泊淤積的根本原因，貴州省是土壤侵蝕較嚴(yán)重的省份之一，根據(jù)貴州省第一次水利普查公報(bào)（2013年），全省土壤侵蝕面積55 269.40km2，占全省土地總面積的31.37%，其中輕度侵蝕面積27 700.40km2，中度侵蝕面積16 356.32km2，強(qiáng)烈侵蝕面積6 011.53km2，極強(qiáng)烈侵蝕面積2 960.00km2，劇烈侵蝕面積2 241.15km2。貴州威寧草海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于貴州省西部威寧縣縣城西南面，保護(hù)區(qū)面積120km2，是一個(gè)完整、典型的高原濕地生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)維持和調(diào)節(jié)當(dāng)?shù)睾椭苓厖^(qū)域生態(tài)環(huán)境有重要的作用，研究其土壤侵蝕變化具有重要意義。筆者以草海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)1992年、2001年和2013年的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用土地利用類(lèi)型、坡度和植被覆蓋度疊加分析土壤侵蝕狀況，并以土壤侵蝕綜合指數(shù)對(duì)不同時(shí)期的土壤侵蝕作綜合評(píng)價(jià)，為草海濕地科學(xué)管理和可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

草海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于云貴高原中部頂端的烏蒙山麓腹地，地處貴州省威寧彝族回族苗族自治縣縣城的西南側(cè)，地理位置為26°45′～27°00′N(xiāo)，104°10′～104°25′E，總面積96km2，是貴州高原上最大的天然淡水湖泊，主要保護(hù)典型高原濕地生態(tài)系統(tǒng)和以黑頸鶴為主要代表的珍稀鳥(niǎo)類(lèi)。氣候?qū)偕降販嘏瘞駶?rùn)季風(fēng)氣候，年平均溫10.2℃，7月平均氣溫最高為17.7℃，元月最低氣溫為1.9℃，冬季長(zhǎng)，無(wú)夏季，年平均降雨量950.9mm，干濕季節(jié)明顯［］。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

研究的數(shù)據(jù)源是2013年10月13日Landsat 8OLI數(shù)據(jù)、2001年6月14日的Landsat 7ETM＋數(shù)據(jù)、1992年8月16日的Landsat 5TM數(shù)據(jù)，用于提取研究區(qū)三期土地利用圖。采用ENVI 5.2軟件對(duì)遙感影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、波段合成和大氣校正［3］，以1∶10 000地形圖（1990年12月航攝，1992年4月調(diào)繪）為基準(zhǔn)對(duì)影像進(jìn)行多項(xiàng)式校正，誤差控制在一個(gè)像元以?xún)?nèi)，坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一為高斯－克呂格投影3°分帶，北京54坐標(biāo)系。

坡度數(shù)據(jù)利用R2V軟件對(duì)研究區(qū)1∶10 000地形圖進(jìn)行矢量化，用ArcGIS軟件生成數(shù)字高程模型，再用坡度提取工具（Slope）提取，將其分為6個(gè)等級(jí)，1級(jí)坡度＜5°，2級(jí)5～8°，3級(jí)8～15°，4級(jí)15～25°，5級(jí)25～35°，6級(jí)＞35°。植被覆蓋度圖為利用ERDAS軟件對(duì)每期的遙感影像提取NDVI植被指數(shù)，進(jìn)而以像元二分模型計(jì)算得到［4］，將其分為5個(gè)等級(jí)，覆蓋度1級(jí)＜30%，2級(jí)30%～45%；3級(jí)45%～60%，4級(jí)60%～75%，5級(jí)＞75%。

1.3 監(jiān)督分類(lèi)

研究區(qū)土地利用類(lèi)型分為濕地（湖泊、坑塘和沼澤）、林地、灌草地（灌林地和草地）、建設(shè)用地（居民地和交通用地）和旱地五大類(lèi)。通過(guò)野外調(diào)查，記錄不同地類(lèi)的若干GPS坐標(biāo)點(diǎn)，并與影像疊加建立解譯標(biāo)志，利用ERDAS軟件進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)制1992年、2001年和2013年的土地利用圖。

1.4 土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)

土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)根據(jù)《全國(guó)土壤侵蝕遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中的水力侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)SL190－2007”（表1）確定，利用ArcGIS軟件空間分析模塊（Spatial Analyst）中的重分類(lèi)（Reclassify）工具將坡度圖、植被覆蓋度圖按照分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重分類(lèi)，借助柵格轉(zhuǎn)矢量面（Raster to Polygon）工具將坡度分級(jí)圖和植被覆蓋度分級(jí)圖轉(zhuǎn)成矢量數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)換過(guò)程不對(duì)邊界作簡(jiǎn)化處理），再利用矢量數(shù)據(jù)疊置分析的交集操作（Intersect）工具將土地利用圖、坡度圖和植被覆蓋度圖進(jìn)行交集操作，得到包含土地利用類(lèi)型、坡度和覆蓋度屬性因子的綜合數(shù)據(jù)，添加“侵蝕等級(jí)”字段，按照分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的條件利用查詢(xún)工具（Select By Attributes）確定不同時(shí)期的土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)。

表1 土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The grading standard of soil erosion intensity

1.5 土壤侵蝕綜合評(píng)價(jià)

為了對(duì)研究區(qū)不同時(shí)期的土壤侵蝕情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，引入土壤侵蝕綜合指數(shù)［5］反映不同時(shí)期土壤侵蝕的嚴(yán)重程度，其計(jì)算公式如下：

式中，Wij為第i類(lèi)第j級(jí)的土壤侵蝕強(qiáng)度的分級(jí)值，Aij為第i類(lèi)第j級(jí)土壤侵蝕強(qiáng)度的面積比重。土壤侵蝕強(qiáng)度的分級(jí)值越高，表示對(duì)土壤侵蝕的綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)越大，但目前缺少分級(jí)值確定標(biāo)準(zhǔn)，筆者依據(jù)西南巖溶區(qū)水土流失強(qiáng)度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［6］，借鑒多項(xiàng)式方程模型法［7］確定不同侵蝕等級(jí)的權(quán)重分值，即用1（微度）、2（輕度）、3（中度）、4（強(qiáng)烈）、5（極強(qiáng)烈）和6（劇烈）作為自變量，土壤侵蝕分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的侵蝕模數(shù)中值作因變量，得土壤侵蝕模數(shù)中值與侵蝕等級(jí)的多項(xiàng)式擬合方程：

式中，y為土壤侵蝕模數(shù)中值，x為侵蝕等級(jí)）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤侵蝕動(dòng)態(tài)變化

從表2看出，1992年土壤侵蝕面積22.95km2，占保護(hù)區(qū)總面積的23.68%；2001年土壤侵蝕面積24.41km2，占保護(hù)區(qū)總面積的25.17%；2013年土壤侵蝕面積25.56km2，占保護(hù)區(qū)總面積的26.34%，土壤侵蝕變化呈擴(kuò)張趨勢(shì)。土壤侵蝕等級(jí)所占比例由大到小依次為輕度侵蝕＞中度侵蝕＞強(qiáng)烈侵蝕＞極強(qiáng)烈侵蝕＞劇烈侵蝕，說(shuō)明研究區(qū)侵蝕情況以輕度侵蝕為主。強(qiáng)烈侵蝕和極強(qiáng)烈侵蝕面積比例都不大，但呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢(shì)；劇烈侵蝕所占比例最小，1973年面積最大達(dá)0.04%。

表2 草海保護(hù)區(qū)1973－2009年土壤侵蝕等級(jí)面積及比例Table 2 Area and proportion of different soil erosion grade in Caohai National Nature Reserve during 1973－2009

表3 草海保護(hù)區(qū)土壤侵蝕指數(shù)權(quán)重值Table 3 Weight of soil erosion comprehensive index in Caohai National Nature Reserve

2.2 土壤侵蝕綜合評(píng)價(jià)

用土壤侵蝕模數(shù)中值與侵蝕等級(jí)的多項(xiàng)式擬合方程y＝13.75x3－65.54x2＋150.71x－84，R2＝1.0推算劇烈侵蝕的中值為1 430.82t／（km2·a）（表3），以劇烈侵蝕侵蝕模數(shù)中值為基準(zhǔn)，將不同侵蝕等級(jí)的實(shí)際中值與基準(zhǔn)值的比值作為不同侵蝕強(qiáng)度的權(quán)重指標(biāo)。由于微度侵蝕的侵蝕模數(shù)相對(duì)較小，其流失量小于規(guī)定土壤容許流失量，在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)生態(tài)環(huán)境影響不大，在水土保持綜合治理中也基本不予考慮，所以將其權(quán)重指標(biāo)確定為0［8］。通過(guò)計(jì)算，研究區(qū)1992年、2001年和2013年的土壤侵蝕綜合指數(shù)分別為2.33、2.67和2.73，土壤侵蝕呈加重趨勢(shì)。1992－2009年期間土壤侵蝕呈加重趨勢(shì)，年增幅分別為1.62%和0.19%，說(shuō)明雖然土壤侵蝕還在繼續(xù)加重，但加重的速率得到一定控制。

3 結(jié)論

1）研究區(qū)1992年、2001年、2013年土壤侵蝕面積分別為22.95km2、24.41km2和25.56km2，土壤侵蝕面積呈增加的趨勢(shì)。

2）研究區(qū)三個(gè)階段土壤侵蝕等級(jí)所占比例由大到小依次均為輕度＞中度＞強(qiáng)烈＞極強(qiáng)烈＞劇烈，研究區(qū)土壤侵蝕狀況以輕度侵蝕為主；強(qiáng)烈侵蝕和極強(qiáng)烈侵蝕面積比例都不大，但呈擴(kuò)大趨勢(shì)；劇烈侵蝕所占比例最小，2013年面積最大達(dá)0.04%。

3）1992年、2001年、2013年三個(gè)時(shí)期土壤侵蝕綜合指數(shù)分別為2.33、2.67和2.73，表明研究區(qū)在20年來(lái)土壤侵蝕呈加重的趨勢(shì)，但加重的趨勢(shì)得到一定程度緩解，因此需要進(jìn)一步采取相應(yīng)的措施遏制加重的趨勢(shì)。

致謝：感謝貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)喻理飛教授、林學(xué)院譚偉教授對(duì)論文數(shù)據(jù)采集提供的幫助及論文寫(xiě)作方面提出的寶貴建議。

［1］崔保山，劉興土.濕地恢復(fù)研究綜述［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，1999，14（4）：1－11.

［2］喻元秀.草海高原濕地區(qū)域環(huán)境承載力研究［D］.貴陽(yáng)：貴州師范大學(xué)，2005.

［3］鄧書(shū)斌.ENVI遙感圖像處理方法［M］.北京：科學(xué)出版社，2010：270，289.

［4］李苗苗，吳炳方，顏長(zhǎng)珍，等.密云水庫(kù)上游植被覆蓋度的遙感估算［J］.資源科學(xué)，2004，26（4）：153－159.

［5］楊存健，劉紀(jì)遠(yuǎn)，張?jiān)鱿?重慶市土壤侵蝕與其背景的空間分析［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2000，14（3）：84－87.

［6］曹建華，將忠誠(chéng)，楊德生，等.中國(guó)西南巖溶區(qū)土壤允許流失量及防治對(duì)策［J］.中國(guó)水土保持，2008（12）：40－45.

［7］梁 音，楊 軒，蘇春麗，等.基于EI的南方紅壤區(qū)土壤侵蝕縣域差異與趨勢(shì)分析［J］.土壤學(xué)報(bào)，2009，46 （1）：24－29.

［8］李智廣，羅志東.縣域土壤侵蝕嚴(yán)重性評(píng)價(jià)方法初探——土壤侵蝕嚴(yán)重指數(shù)的定義與應(yīng)用［J］.水土保持通報(bào)，2006，26（4）：41－43，51.

（責(zé)任編輯：聶克艷）

Dynamic Characteristics of Soil Erosion in Guizhou Caohai National Nature Reserve

WU Jitong1，ZHENG Kaiyan2
（1.Guiyang Station of Forest Resources and Management，Guiyang，Guizhou550003；2.Hebei University of Chinese Medicine，Shijiazhuang，Hebei 050000，China）

The soil erosion grade of Guizhou Caohai National Nature Reserve is determined by analyzing land utilization pattern，slope and vegetation coverage and the soil erosion status from 1992to 2013is comprehensively evaluated by the soil erosion comprehensive index to promote the scientific management and sustainable development of wetland in Caohai National Nature Reserve.Results：The soil erosion grade is mild mainly.The proportion of different soil erosion grades is mild＞moderate＞intensity＞very intensity＞severe in 1992，2001and 2013.The soil erosion comprehensive index in 1992，2001and 2013is 2.33，2.67and 2.73respectively.In conclusion，the soil erosion degree is not serious but the soil erosion degree presents an increase trend in Caohai National Nature Reserve.

Caohai；soil erosion grade；soil erosion comprehensive index

X157

A

1001－3601（2016）08－0362－0154－03

2016－01－19；2016－08－07修回

國(guó)家科技支撐計(jì)劃子專(zhuān)題“草海濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”（2011BAC02B02）、“草海濕地水鳥(niǎo)與生物多樣性保育技術(shù)研究與示范”（2011BAC02B0202－02）；貴州省國(guó)際科技合作計(jì)劃項(xiàng)目“草海濕地景觀格局對(duì)黑頸鶴的影響及期環(huán)境教育模式研究”［黔科合外G字（2012）7013］；河北省中醫(yī)藥管理局科研計(jì)劃項(xiàng)目“基于款冬花轉(zhuǎn)錄組的三萜化合物生物合成相關(guān)酶基因的發(fā)掘”（2015003）

吳際通（1986－），男，助理工程師，在讀碩士，從事恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究。E－mail：wujitong3017＠163.com

＊通訊作者：鄭開(kāi)顏（1986－），女，講師，博士，從事藥用植物學(xué)研究。E－mail：zhengkaiyan168＠126.com