廣西人類活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕的影響

蔡卓杰，盧 遠(yuǎn)，謝坤堅(jiān)

(1.廣西師范學(xué)院 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院/北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530001；2.廣西水土保持監(jiān)測總站，廣西 南寧 530023)

廣西人類活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕的影響

蔡卓杰1,2，盧 遠(yuǎn)1，謝坤堅(jiān)1

(1.廣西師范學(xué)院 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院/北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530001；2.廣西水土保持監(jiān)測總站，廣西 南寧 530023)

土壤侵蝕；關(guān)聯(lián)度；干擾度；人類活動(dòng)；廣西

選取農(nóng)業(yè)人口密度、土地開墾率、人均糧食產(chǎn)量、種植指數(shù)、單位面積第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、單位面積GDP、>15°坡耕地面積等7個(gè)人類活動(dòng)指標(biāo)，采用灰色系統(tǒng)理論關(guān)聯(lián)度指數(shù)定量分析各指標(biāo)對(duì)土壤侵蝕的影響程度，用干擾度指數(shù)分析人類活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕的干擾。結(jié)果表明，影響廣西土壤侵蝕的人類活動(dòng)干擾度指數(shù)范圍為0.47～2.36，從綜合干擾度分析土壤侵蝕的人地關(guān)系，把影響土壤侵蝕的人類活動(dòng)劃分為微度干擾區(qū)、輕度干擾區(qū)、中度干擾區(qū)、重度干擾區(qū)、極重度干擾區(qū)，基于各干擾區(qū)提出有針對(duì)性的土壤侵蝕預(yù)防措施，減輕人類活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕的影響，為廣西土壤侵蝕治理提供人類活動(dòng)響應(yīng)的科學(xué)依據(jù)。

土壤侵蝕受自然因素和社會(huì)因素的共同影響[1]，自然因素中降雨、地形、植被等直接影響侵蝕過程，而社會(huì)因素的影響則更加復(fù)雜。隨著土壤侵蝕研究的深入，對(duì)其社會(huì)因素的研究成果不斷增多：賈紹鳳[2]研究黃土丘陵區(qū)人類活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕的影響，發(fā)現(xiàn)人為加速侵蝕面積占總侵蝕面積的83%；鄭粉莉等[3]對(duì)黃土高原土地開墾加速侵蝕現(xiàn)象進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)人為加速侵蝕現(xiàn)象以侵蝕溝為主，在土壤侵蝕影響因素中人類活動(dòng)占據(jù)主導(dǎo)地位；許炯心[4]通過研究認(rèn)為農(nóng)民人均收入小于400元/年時(shí)，嘉陵江產(chǎn)沙量將呈現(xiàn)突變式增長?？梢姡祟惢顒?dòng)與土壤侵蝕狀況密切相關(guān)。本研究以廣西壯族自治區(qū)為例，在土壤侵蝕研究的基礎(chǔ)上，探索人類活動(dòng)因素與土壤侵蝕之間的關(guān)系，以期為廣西土壤侵蝕治理提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

廣西壯族自治區(qū)地處我國南部，位于E104°26′～112°04′、N20°54′～26°24′，北回歸線貫穿全區(qū)中部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，降水豐富，年均降水量在1 070 mm以上。地處云貴高原東南邊緣，以山地丘陵性盆地地貌為主，盆地大小相雜，山系多呈弧形，層層相套。河流眾多，河流大多沿著地勢呈傾斜面從西北流向東南，形成了以紅水河—西江為主干流的橫貫廣西中部、支流分布于兩側(cè)的樹枝狀水系。土地總面積約23.67萬km2，總?cè)丝? 159萬人，其中鄉(xiāng)村人口2 761萬人。根據(jù)廣西第一次水利普查公報(bào)數(shù)據(jù)，廣西土壤侵蝕面積5.05萬km2，占土地總面積的21.34%。

1.2 指標(biāo)選取及數(shù)據(jù)來源

為研究人類活動(dòng)各指標(biāo)因子與土壤侵蝕的相關(guān)性，根據(jù)指標(biāo)選取的綜合性、可操作性、代表性和區(qū)域完整性等原則，選取農(nóng)業(yè)人口密度、土地開墾率、人均糧食產(chǎn)量、種植指數(shù)、單位面積第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、單位面積GDP、>15°坡耕地面積等7個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子。各縣(區(qū))的土地面積、農(nóng)業(yè)人口數(shù)量、糧食產(chǎn)量、種植面積、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、GDP數(shù)據(jù)來自《廣西統(tǒng)計(jì)年鑒2013》[5]，土地開墾率、>15°坡耕地面積來自全國第二次土地調(diào)查廣西土地面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

2 研究方法

2.1 土壤侵蝕評(píng)價(jià)方法

以修正的通用土壤流失方程RUSLE[6]為模型，在第一次全國水利普查廣西水利普查空間抽樣調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合廣西的地形地貌等特點(diǎn)，對(duì)RUSLE模型進(jìn)行改進(jìn)，加入裸巖和石漠化因子M，計(jì)算公式為

A=R·K·LS·C·P·M

(1)

式中：A為土壤侵蝕模數(shù)，t/(km2·a)；R為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)； K為土壤可蝕性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；LS為坡長坡度因子，無量綱；C為地表覆蓋與管理措施因子，無量綱；P為水土保持措施因子，無量綱；M為裸巖和石漠化修正因子，無量綱。

2.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析法

土壤侵蝕及人類活動(dòng)影響因素所組成的“人-地-水系統(tǒng)”，屬于灰色系統(tǒng)范疇[7]?；疑P(guān)聯(lián)分析法是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度來衡量因素之間關(guān)聯(lián)程度的一種方法。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度來分析廣西人類活動(dòng)與土壤侵蝕之間的關(guān)聯(lián)性程度，先要對(duì)各指標(biāo)因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即無量綱化，采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。把各縣(區(qū))的土壤侵蝕面積和土壤侵蝕模數(shù)數(shù)列稱為母數(shù)列，標(biāo)準(zhǔn)化后表示為{Xm(i)}(m= 1,2；i=1,2,…,110)，把影響土壤侵蝕的人類活動(dòng)因素?cái)?shù)列稱為子數(shù)列，標(biāo)準(zhǔn)化后表示為{Xj(i)}(j=1,2,…,7；i=1,2,…,110)，ξmj(i)為母數(shù)列{Xm(i)}與子數(shù)列{Xj(i)}的關(guān)聯(lián)系數(shù)，Rmj為母數(shù)列{Xm(i)}與子數(shù)列{Xj(i)}關(guān)聯(lián)度指數(shù)，計(jì)算公式分別為

(2)

(3)

式中：ρ為分辨系數(shù)，取0.5，用于提高關(guān)聯(lián)因素之間的差異顯著性；Δmj(i)為母數(shù)列{Xm(i)}和子數(shù)列{Xj(i)}的絕對(duì)差，Δmj(i)=|Xm(i)-Xj(i)|；Δmin、Δmax為母數(shù)列與子數(shù)列絕對(duì)差的最小值、最大值。

2.3 干擾度分析法

干擾度是人類活動(dòng)干擾生態(tài)環(huán)境的強(qiáng)度，研究人類活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕的干擾度是解析土壤侵蝕動(dòng)因的關(guān)鍵[8]。關(guān)聯(lián)度指數(shù)反映各個(gè)人類活動(dòng)指標(biāo)因子與水土流失的關(guān)聯(lián)程度的大小，而無量綱化指標(biāo)因子數(shù)值表示該因子對(duì)水土流失影響的絕對(duì)量。所以，將關(guān)聯(lián)度指數(shù)作為干擾度計(jì)算指標(biāo)因子的權(quán)重[9]，則干擾度Dm是指標(biāo)因子權(quán)重Rmj與對(duì)應(yīng)無量綱指標(biāo)因子Xj(i)的乘積之和，其計(jì)算公式為

(4)

3 結(jié)果分析

3.1 土壤侵蝕評(píng)價(jià)結(jié)果

利用遙感解譯的土地利用數(shù)據(jù)，結(jié)合降雨、地形、地貌、土壤類型和土壤理化性質(zhì)、植被覆蓋度、水土保持措施等數(shù)據(jù)，計(jì)算廣西土壤侵蝕模數(shù)，并根據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)對(duì)廣西土壤侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行分級(jí)，得到廣西土壤侵蝕強(qiáng)度分布圖，如圖1所示。統(tǒng)計(jì)得出，廣西土壤侵蝕面積為4.789萬km2，占土地總面積的20.23%，其中：輕度侵蝕面積3.189萬km2、中度0.994 km2、強(qiáng)烈0.395萬km2、極強(qiáng)烈0.138 km2、劇烈0.073 km2。根據(jù)各縣(區(qū))的土壤侵蝕強(qiáng)度，利用ArcGIS 10.0的分區(qū)統(tǒng)計(jì)工具，統(tǒng)計(jì)各縣(區(qū))的土壤侵蝕面積和土壤侵蝕模數(shù)作為計(jì)算土壤侵蝕與人類活動(dòng)因子關(guān)聯(lián)度指數(shù)的母數(shù)列。

圖1 廣西土壤侵蝕強(qiáng)度分布

3.2 關(guān)聯(lián)度結(jié)果分析

人類活動(dòng)各指標(biāo)與土壤侵蝕面積和土壤侵蝕模數(shù)之間的關(guān)聯(lián)度指數(shù)結(jié)果如表1所示。從表中可以看出，人類活動(dòng)指標(biāo)體系與土壤侵蝕面積的關(guān)聯(lián)程度比與土壤侵蝕模數(shù)的關(guān)聯(lián)程度大。人類活動(dòng)指標(biāo)體系與土壤侵蝕面積關(guān)聯(lián)程度大小依次為：>15°坡耕地面積(0.770)>農(nóng)業(yè)人口密度(0.754)>種植指數(shù)(0.719)>單位面積第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(0.699)>土地開墾率(0.680)>人均糧食產(chǎn)量(0.664)>單位面積GDP(0.651)。這說明與土壤侵蝕關(guān)聯(lián)程度大的社會(huì)因素主要是>15°坡耕地面積、農(nóng)業(yè)人口密度、種植指數(shù)3個(gè)因子，造成土壤侵蝕的主要原因是農(nóng)業(yè)人口對(duì)土地的耕種和頻繁擾動(dòng)，尤其是在>15°坡耕地上的農(nóng)業(yè)活動(dòng)。

表1 人類活動(dòng)指標(biāo)體系與土壤侵蝕的關(guān)聯(lián)度指數(shù)

3.3 干擾度結(jié)果分析

廣西各縣(區(qū))的綜合干擾度指數(shù)范圍為0.47～2.36，根據(jù)等距法把干擾度指數(shù)分為微度干擾(<0.90)、輕度干擾(0.90～1.20)、中度干擾(1.20～1.50)、重度干擾(1.50～1.80)、極重度干擾(>1.80)5個(gè)等級(jí)，得到影響廣西土壤侵蝕的人類活動(dòng)干擾度等級(jí)分布如圖2所示。統(tǒng)計(jì)各干擾區(qū)人類活動(dòng)各指標(biāo)體系的平均值，結(jié)果見表2。

從圖2可以看出，人類活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕微度干擾區(qū)主要分布在十萬大山北麓、大瑤山、鳳凰山等地，包括上思縣、憑祥市、金秀瑤族自治縣、南丹縣、鳳山縣、東蘭縣、金城江區(qū)和梧州市區(qū)，總面積約17 445 km2，主要是農(nóng)業(yè)人口密度小、坡耕地面積少的地區(qū)，如金秀縣農(nóng)業(yè)人口密度35.58人/km2，坡耕地面積26.451 km2。輕度干擾區(qū)主要分布在左江流域、右江流域、馱娘江流域、樂里河流域、尋江流域等地區(qū)，包括西林縣、田林縣、右江區(qū)、凌云縣、寧明縣、龍州縣、江州區(qū)、合浦縣、岑溪市等，總面積約71 664 km2，主要分布在廣西江河流域的上游。該地區(qū)以喀斯特山地為主，>15°坡耕地廣泛分布，坡耕地開墾對(duì)土壤侵蝕貢獻(xiàn)率較大。中度干擾區(qū)主要分布在賀江流域、桂江流域、融江流域、邕江流域等地區(qū)，包括隆林各族自治縣、八步區(qū)、蒙山縣、昭平縣、蒼梧縣、融水苗族自治縣、宜州市、西鄉(xiāng)塘區(qū)、青秀區(qū)、扶綏縣等，總面積約51 901 km2，主要分布在各流域的中段地區(qū)，土地開墾對(duì)土壤侵蝕的貢獻(xiàn)較大。重度干擾區(qū)主要分布在湘江流域的湘江上游平原、洛清江流域、北流河流域、濛江流域等地區(qū)，包括資源縣、全州縣、興安縣、臨桂縣、永福縣、鹿寨縣、柳江縣、武宣縣、藤縣、容縣、靈山縣等，總面積約42 531 km2。該區(qū)主要分布在桂東北湘桂鐵路沿線，以峰林平原和丘陵山地為主，人類活動(dòng)因子較中度干擾區(qū)進(jìn)一步加強(qiáng)。極重度干擾區(qū)主要分布在南流江流域、欽江流域等地區(qū)，包括北流市、博白縣、陸川縣、玉州區(qū)、興業(yè)縣、浦北縣、欽南區(qū)、欽北區(qū)、橫縣等，總面積約54 074 km2。該區(qū)的各指標(biāo)體系平均值達(dá)到最大，尤其是農(nóng)業(yè)人口密度干擾比較突出，如博白縣、興業(yè)縣、陸川縣、欽北區(qū)的農(nóng)業(yè)人口密度均大于250人/km2。

圖2 廣西人類活動(dòng)干擾度等級(jí)分布

干擾度農(nóng)業(yè)人口密度土地開墾率人均糧食產(chǎn)量種植指數(shù)單位面積第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值單位面積GDP>15°坡耕地面積微度77．0111．53196．100．9138．28622．5430．30輕度73．4916．94220．941．2752．31942．7983．65中度113．2224．74239．031．2192．311893．2774．47重度134．1232．14319．591．24112．301623．1179．00極重度209．0536．80396．651．56124．12854．0984．62

4 結(jié) 語

選取農(nóng)業(yè)人口密度、土地開墾率、人均糧食產(chǎn)量、種植指數(shù)、單位面積第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值，單位面積GDP、>15°坡耕地等作為影響廣西土壤侵蝕的人類活動(dòng)因子。從人類活動(dòng)的角度分析影響土壤侵蝕的社會(huì)因素，采用灰色系統(tǒng)理論的關(guān)聯(lián)度指數(shù)和干擾度指數(shù)分析人類活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕的干擾程度，得出以下結(jié)論：從桂西北到桂東南，人為干擾度由弱到強(qiáng)；桂西北地區(qū)以喀斯特山地為主，人少土薄，人為干擾度較弱，坡耕地開墾對(duì)土壤侵蝕的影響比較突出，建議在石山區(qū)>25°坡耕地實(shí)施退耕還林還草，加強(qiáng)水土流失治理，建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制；桂中地區(qū)以盆地平原為主，農(nóng)業(yè)比較發(fā)達(dá)，人為干擾度較桂西北大，建議優(yōu)化農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)施農(nóng)業(yè)精細(xì)化管理；桂東南地區(qū)以丘陵山地、盆地夾雜地貌類型為主，人口密度大，農(nóng)業(yè)以粗放型為主，人為干擾度最嚴(yán)重，建議調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，增加農(nóng)民收入，減少人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的破壞。

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(責(zé)任編輯 李楊楊)

S157

A

1000-0941(2017)02-0051-03

蔡卓杰(1989—)，男，廣西浦北縣人，碩士，從事GIS與RS在土壤侵蝕、水土保持中的應(yīng)用研究；通信作者盧遠(yuǎn)(1971—)，男，廣西南寧市人，教授，博士，主要從事生態(tài)遙感與土壤侵蝕研究工作。

2016-03-15