云南省土壤侵蝕分布特征及動(dòng)態(tài)變化

丁劍宏，陳奇伯，陶余銓，黎建強(qiáng)

(1.云南省水利水電科學(xué)研究院，云南 昆明 650228；2.西南林業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650224)

云南省位于中國(guó)西南邊陲，地處長(zhǎng)江、珠江、紅河、瀾滄江、怒江、伊洛瓦底江六大水系的上游或源頭地區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，切割劇烈，山高坡陡谷深，坡耕地分布廣泛，氣候條件變化多樣，生態(tài)環(huán)境敏感脆弱，是全國(guó)水土流失最為嚴(yán)重的省份之一。宏觀上把握全省及重要區(qū)域的土壤侵蝕和治理現(xiàn)狀及其分布特征，對(duì)云南省水土保持工作的科學(xué)決策具有十分重要的意義。

1 云南省土壤侵蝕影響因素

1.1 地形地貌

云南省地形地貌呈現(xiàn)山高、谷深，坡長(zhǎng)、坡陡的態(tài)勢(shì)，平均海拔2 000m左右，整體地勢(shì)從西北向東南傾斜，海拔相差較大，垂直地帶性明顯[1]。全省地形坡度<5°的平地僅占9.11%，地形坡度以>15°的坡地占74.81%，>35°的極陡坡地占19.69%，坡長(zhǎng)>50m的山地占51.04%，>90m的長(zhǎng)坡山地占32.17%。長(zhǎng)坡、陡坡的不利地形地貌為加速地表徑流匯集提供了有利條件，為土壤侵蝕、流失、輸移的發(fā)生發(fā)展提供了極大的內(nèi)動(dòng)力，是造成水土流失的根源。

1.2 氣候

云南地處低緯高原季風(fēng)氣候區(qū)，冬季受干燥的大陸季風(fēng)控制，夏季盛行濕潤(rùn)的海洋季風(fēng)，氣候主要屬低緯山原季風(fēng)氣候。全省氣候類型豐富多樣，立體氣候特點(diǎn)顯著。年溫差小，日溫差大，降水較多，干濕分明，分布不均。全省總體降水豐沛，是我國(guó)降水較多的省份之一，大部分地區(qū)多年平均降水量在1 000mm以上，但由于冬夏兩季受不同大氣環(huán)流的控制和地形緯度的影響，降水量在時(shí)空分布上極為不均，降水量最多是6-8月的雨季，約占全年降水量的60%，且短歷時(shí)局地強(qiáng)降雨較多，11月至次年4月的冬春季節(jié)為旱季，降水量只占全年的10%-20%[1]。

1.3 土壤

云南省的土壤分屬7個(gè)土綱、19個(gè)土類、41個(gè)亞類、175個(gè)土屬，各土類所占土地面積大小不等，其中，紅壤是全省面積最大、分布最廣的土類，占全省土地面積的30.22%，其次為赤紅壤，占13.93%，紫色土占12.87%，占比最小的是火山灰土和沼澤土，分別僅占全省土地面積的0.04%和0.03%[1]。構(gòu)成云南省土壤的母質(zhì)主要是基性結(jié)晶巖類風(fēng)化殘積坡積的玄武巖、花崗巖、砂頁(yè)巖類，紫色巖類殘積坡積物以及古紅壤風(fēng)化物，形成的土壤以(赤)紅壤、紫色土和黃(棕)壤為主，占全省土地面積的74.94%，占耕地面積的50%以上，非耕地的紅、黃壤多數(shù)為荒山荒坡。這幾類土壤在高濕多雨的氣候條件下易風(fēng)化，遇水易分解，肥力弱，抗沖抗蝕能力差，表層土壤流失嚴(yán)重，露出板結(jié)而無(wú)結(jié)構(gòu)的土層，透水性差，易形成地表徑流。

1.4 植被

云南地處泛北極植物區(qū)系和古熱帶植物區(qū)系的交換地帶，植物組成成分復(fù)雜，寒、溫、熱三帶的植物均有分布，其植被分布的一般規(guī)律為從南到北隨緯度的增加和海拔的升高，依次分布著熱帶雨林季雨林、熱帶稀樹草原旱生植被；亞熱帶常綠闊葉林、混交林和針葉林；溫帶、寒溫帶針葉林[2]。

歷史上大量的亂砍濫伐、毀林開荒等不合理行為導(dǎo)致云南原本很好的森林植被遭受嚴(yán)重破壞，雖然近20年持續(xù)進(jìn)行植樹造林、封山育林，但截至目前，云南省林地面積中，疏林地、未成林幼林地和跡地等殘次林地面積還比較大，約占林地面積的30%，林地資源的質(zhì)量不高；草地放牧強(qiáng)度過(guò)大，退化嚴(yán)重，大多成為荒草地。植被覆蓋度不高的地表，受雨滴強(qiáng)力擊濺容易順著山坡下瀉造成土壤流失。

2 研究方法

2.1 土壤侵蝕現(xiàn)狀調(diào)查方法

通過(guò)野外調(diào)查、資料收集、遙感影像解譯等手段，獲取云南省降水、土壤、地形、植被、土地利用和水土保持措施等土壤侵蝕影響因子數(shù)據(jù)，在地理信息系統(tǒng)中進(jìn)行疊加計(jì)算分析，利用中國(guó)土壤流失方程(Chinese Soil Loss Equation，CSLE)[3]計(jì)算土壤侵蝕模數(shù)，依據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(SL190-2007)》分析土壤侵蝕強(qiáng)度、面積和空間分布。具體技術(shù)路線見(jiàn)圖1。

中國(guó)土壤流失方程是在美國(guó)通用土壤流失方程式(USLE)[4]基礎(chǔ)上，由我國(guó)水土保持專家經(jīng)過(guò)修正建立的[5]，近年普遍用于我國(guó)土壤侵蝕遙感調(diào)查，具體表達(dá)式見(jiàn)公式①。

圖1 云南省土壤侵蝕現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)路線圖

M=R·K·LS·B·E·T①,式中：M為土壤侵蝕模數(shù)，單位為t/(hm2·a)；R為降雨侵蝕力因子，單位為MJ·mm/(hm2·h·a)；K為土壤可蝕性因子，單位為t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；LS為坡長(zhǎng)坡度因子，無(wú)量綱；B為生物措施因子，無(wú)量綱；E為工程措施因子，無(wú)量綱；T為耕作措施因子，無(wú)量綱。

2.2 土壤侵蝕現(xiàn)狀數(shù)據(jù)源

2.2.1 氣候資料

收集云南省126個(gè)氣象站1950-2012年共63年的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，用于計(jì)算全省降雨侵蝕力因子R。

2.2.2 土壤資料

收集云南省1︰75萬(wàn)比例尺土壤圖，從《中國(guó)土種志》《云南省土種志》和《云南省第二次土壤普查數(shù)據(jù)資料集》中收集到涵蓋云南省所有土類的土種資料347個(gè)，分屬19個(gè)土類、51個(gè)亞類、209個(gè)土屬，審核剔除其中同土異名、同位異土等73個(gè)，對(duì)剩余274個(gè)土壤剖面資料中缺失理化性質(zhì)資料的222個(gè)典型土種進(jìn)行野外調(diào)查，取樣測(cè)定其理化性質(zhì)參數(shù)，用于計(jì)算全省土壤可蝕性因子。同時(shí)從云南省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站收集了14個(gè)徑流場(chǎng)、54個(gè)徑流小區(qū)2014-2015兩年間所有徑流泥沙監(jiān)測(cè)資料，用于驗(yàn)證和修訂土壤可蝕性因子K值。

2.2.3 地形數(shù)據(jù)

收集云南省1︰1萬(wàn)數(shù)字高程模型(DEM)地形數(shù)據(jù)10 188幅，占全省13 878幅的73.4%，其中5m分辨率的9 379幅，12.5m分辨率的809幅；收集云南省1︰5萬(wàn)數(shù)字高程模型(DEM)地形數(shù)據(jù)976幅，占全省976幅的100%，分辨率為10m。用于計(jì)算全省坡長(zhǎng)坡度因子LS值[6]。

2.2.4 遙感影像

收集云南省2010-2014年間250m分辨率的24期MODIS遙感影像和2013-2015年間2季30m分辨率的TM遙感影像，對(duì)其進(jìn)行地面幾何精糾正和大氣輻射校正、單景數(shù)據(jù)波段間的配準(zhǔn)、縱橫向隨機(jī)條紋的基本濾除和CCD影像色調(diào)的平衡歸一化校正以及去噪聲處理等措施后，融合生成高時(shí)空分辨率植被蓋度數(shù)據(jù)，用于計(jì)算云南省生物措施因子B值。

收集云南省2011-2014年間0.5m分辨率的WorldView遙感影像3 570幅，其中2011年733幅、2012年1 385幅、2013年1 198幅、2014年254幅，經(jīng)過(guò)地面幾何精糾正和大氣校正后，用于解譯水土保持工程措施E值。

2.2.5 其他資料

從云南省水利普查數(shù)據(jù)中收集整理與水土保持工程措施和耕作措施賦值相關(guān)的資料，收集流域徑流泥沙測(cè)驗(yàn)資料、省市水土保持試驗(yàn)觀測(cè)成果、野外徑流小區(qū)實(shí)測(cè)資料和有關(guān)著作等紙質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯編資料，計(jì)算全省工程措施因子E值和耕作措施因子T值。

2.3 土壤侵蝕動(dòng)態(tài)變化分析方法

以云南省水利廳、云南省水利水電科學(xué)研究所完成的《云南省2004年土壤侵蝕現(xiàn)狀遙感調(diào)查報(bào)告》為基礎(chǔ)，用于對(duì)比分析10年間全省、六大江河流域及各地州(市)的土壤侵蝕動(dòng)態(tài)變化。

3 結(jié)果與分析

3.1 云南省土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)特征

計(jì)算和統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，截至2015年，云南省土壤侵蝕總面積104 727.74km2，占全省土地總面積的27.33%，其中輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕面積分別為63 078.39km2、17 617.13km2、11 422.68km2、8 056.56km2和4 552.98km2，分別占全省土壤侵蝕面積的60.23%、16.82%、10.91%、7.69%和4.35%，占全省國(guó)土面積的16.46%、4.60%、2.98%、2.10%和1.19%。

3.2 主要江河流域土壤侵蝕分布特征

由表1可知，云南省金沙江、珠江、紅河、瀾滄江、怒江和伊諾瓦底江六大流域的土壤侵蝕面積分別為32 133.61km2、18 160.03km2、22 761.33km2、19 308.58km2、8 846.46km2和3 717.73km2，分別占流域面積的29.29%、30.97%、30.74%、21.83%、25.90%和19.58%。

表1 云南省六大流域土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)表

3.3 各州市土壤侵蝕分布特征

全省16個(gè)州(市)均存在不同強(qiáng)度等級(jí)的土壤侵蝕，從空間分布上看，土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)較高、面積分布較廣的是昭通、文山、紅河、臨滄和普洱局部等地，迪慶、西雙版納和德宏侵蝕相對(duì)較輕，見(jiàn)表2。

表2 云南省各州(市)土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)表

續(xù)表2

州(市)侵蝕強(qiáng)度分級(jí) 輕度 中度 強(qiáng)烈 極強(qiáng)烈 劇烈 面積/km2%面積/km2%面積/km2%面積/km2%面積/km2%云南省 63 078.3960.2317 617.1316.8211 422.6810.928 056.567.694 552.984.35昆明市 4 042.2260.721 063.4515.97801.1412.03595.148.94155.492.34曲靖市 6 357.4465.811 641.8917.00920.369.54542.105.61198.742.06玉溪市 2 002.7356.61682.6219.30366.2310.35352.769.97133.283.77保山市 3 275.9161.64994.7218.72517.889.75410.417.72115.952.18昭通市 4 481.3251.161 496.0217.08951.0310.861 261.4214.40568.096.49麗江市 2 937.5868.21629.9214.63307.557.14296.876.89134.003.11普洱市 4 344.4652.161 266.4115.211 126.4313.52954.0711.46637.327.65臨滄市 3 042.4244.871 320.4519.471 242.1118.32720.7610.63454.866.71楚雄州 6 894.5868.171 706.5216.87693.356.86445.504.40374.083.70紅河州 5 941.1259.741 515.3715.241 079.4710.85694.486.98714.047.18文山州 6 731.7259.021 748.5415.331 759.8115.43655.525.75509.404.47西雙版納州2 096.7963.76760.4323.12147.154.47172.535.25111.473.39大理州 5 268.8768.82987.0312.88734.659.60400.955.24264.443.45德宏州 1 416.3665.70353.5916.40150.927.00129.426.00105.434.89怒江州 1 661.1156.54615.2020.94380.1712.94232.937.9348.701.66迪慶州 2 583.7666.56834.9721.51244.436.30191.704.9427.690.71

各州(市)中，土壤侵蝕面積占全省土壤侵蝕總面積比例較高的是文山、楚雄和紅河，分別占全省土壤侵蝕面積的10.89%、9.66%和9.50%，西雙版納、怒江和德宏的侵蝕面積占比相對(duì)較低，分別占全省土壤侵蝕面積的3.14%、2.81%和2.06%。

土壤侵蝕面積占其土地面積比例較高的是昭通、文山和楚雄，分別占其土地面積的39.05%、36.32%和35.55%，較低的是普洱、西雙版納和迪慶，分別占其土地面積的18.78%、17.31%和16.71%。

3.4 土壤侵蝕動(dòng)態(tài)變化

3.4.1 全省土壤侵蝕強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化

2004年與2015年云南省兩期土壤侵蝕調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 2004與2015年兩次調(diào)查土壤侵蝕面積變化表

全省土壤侵蝕面積總體呈減少趨勢(shì)，其中輕度和中度侵蝕面積減少，其余強(qiáng)度侵蝕面積增加趨勢(shì)明顯。全省土壤侵蝕總面積減少29 534.04km2，減少22.00%。輕度、中度侵蝕面積分別減少12 971.09km2和29 025.07km2，分別減少17.06%和62.23%；強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈侵蝕面積分別增加1 436.38km2、6 627.05km2和4 398.69km2，分別增加14.38%、463.59%和2 850.87%。

3.4.2 各州市土壤侵蝕強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化

2004年與2015年云南省土壤侵蝕調(diào)查結(jié)果表明，全省16個(gè)州(市)的土壤侵蝕面積均有不同程度的減少。各州(市)土壤侵蝕面積動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。

一是土壤侵蝕面積總體減少。除鎮(zhèn)沅、福貢、雙江等10個(gè)縣(市)的土壤侵蝕面積較2004年略有增加外，其余119個(gè)縣(市、區(qū))的土壤侵蝕面積都小于2004年調(diào)查值，全省土壤侵蝕減少總面積為29 534.04km2。分州(市)看，全省16個(gè)州(市)的土壤侵蝕面積均有不同程度的減少，減少最大的是紅河，減少面積3 399.83km2，其次是曲靖，減少面積3 163.22km2，大理、文山和楚雄3州(市)的減少面積也在2 000km2以上。

二是輕、中級(jí)別的侵蝕面積顯著降低。中度侵蝕面積減少最為顯著，減少總面積29 025.07km2，所有州(市)中度侵蝕面積都減少，減少面積最多的是文山，減少3 338.48km2，最少的是西雙版納，減少140.77km2。大部分州(市)中度侵蝕面積減少量都在1 000km2以上。

三是強(qiáng)烈以上等級(jí)的侵蝕面積增加。全省強(qiáng)烈侵蝕面積共增加1 436.38km2，昆明、昭通、麗江等7州(市)面積減少，減少最大的是昭通，減少901.07km2，減少最小的是迪慶，減少82.22km2；曲靖、玉溪、保山等9州(市)面積增加，增加最大的是文山，增加1 149.49km2，增加最小的是曲靖，增加31.34km2；全省極強(qiáng)烈侵蝕面積共增加6 627.05km2，所有州(市)都增加，增加面積最大的是昭通，增加972.12km2，增加最小的為迪慶，增加51.81km2；全省劇烈侵蝕面積共增加4 398.69km2，所有州(市)都增加，增加面積最大的是紅河，增加708.35km2，增加最小的為迪慶，增加19.52km2。

3.4.3 云南省六大江河流域土壤侵蝕強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化

與2004年相比，六大流域土壤侵蝕面積均呈下降趨勢(shì)，面積減少最大的是金沙江流域，其次為紅河流域、瀾滄江流域、珠江流域、怒江流域和伊洛瓦底江流域；面積減少幅度最大的是紅河流域，其次為瀾滄江流域、伊洛瓦底江流域、金沙江流域、珠江流域和怒江流域。六大流域土壤侵蝕面積變化見(jiàn)表4。

表4 六大流域兩次調(diào)查土壤侵蝕面積變化表

4 結(jié)論與討論

云南省土壤侵蝕調(diào)查利用遙感解譯和模型計(jì)算等技術(shù)手段[7]，全面考慮降水、土壤、地形、土地利用及水土保持工程、生物、耕作措施等土壤侵蝕的重要影響因素，定量計(jì)算土壤侵蝕模數(shù)，評(píng)價(jià)土壤侵蝕強(qiáng)度、面積及分布。調(diào)查方法和技術(shù)手段較以往有了較大改進(jìn)，首次整合全省1︰1萬(wàn)地形數(shù)據(jù)計(jì)算坡長(zhǎng)坡度因子；首次在全省尺度上利用0.5m高分辨率遙感影像解譯水土保持工程措施，構(gòu)建全省水土保持工程措施數(shù)據(jù)庫(kù)；由以往目視解譯的定性判讀轉(zhuǎn)變?yōu)槔猛寥狼治g模型的定量分析計(jì)算，土壤侵蝕強(qiáng)度判定依據(jù)更為科學(xué)和客觀；高精度數(shù)據(jù)成果大幅提高了土壤侵蝕調(diào)查的準(zhǔn)確度和可靠性，不僅克服了傳統(tǒng)調(diào)查考慮因子不全，無(wú)法反映水土保持措施狀況，不能定量計(jì)算等不足，也為開展土壤侵蝕調(diào)查提供了方法參考和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

4.1 土壤侵蝕成因

云南省的土壤侵蝕是在短歷時(shí)局地強(qiáng)降雨、陡坡長(zhǎng)坡的地形地貌、復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造和巖性、郁閉度不高的植被、可蝕性大的土壤質(zhì)地成分等不利的自然因素，以及大面積陡坡無(wú)工程措施耕地順坡耕作、輪歇等不合理的粗放耕作方式和大量的生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)等人為因素雙重作用下，以面蝕、溝蝕、滑坡、泥石流等侵蝕形式為主，造成水土資源和土地生產(chǎn)能力的破壞和損失。

4.2 全省土壤侵蝕現(xiàn)狀

調(diào)查結(jié)果表明，云南省土壤侵蝕以水力侵蝕為主，全省土壤侵蝕總面積104 727.74km2，占土地總面積的27.33%，其中輕度侵蝕面積63 078.39km2，中度侵蝕面積17 617.13km2，強(qiáng)烈侵蝕面積11 422.68km2，極強(qiáng)烈侵蝕面積8 056.56km2，劇烈侵蝕面積4 552.98km2。全省年均土壤侵蝕總量48 143×104t，平均侵蝕模數(shù)1 256t/(km2·a)，年均侵蝕深0.93mm。

調(diào)查結(jié)果顯示，滇東北、滇東南和滇西南地區(qū)土壤侵蝕較為嚴(yán)重，滇西北、滇南土壤侵蝕較輕；六大流域中，金沙江、珠江和紅河流域土壤侵蝕較為嚴(yán)重，伊洛瓦底江流域較輕，侵蝕較為嚴(yán)重的區(qū)域是金沙江、紅河、瀾滄江和怒江的中下游及珠江全流域地區(qū)，這與云南省地形、植被等自然條件及人類活動(dòng)影響和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較為相符。

4.3 土壤侵蝕治理成效

與公布的2004年土壤侵蝕調(diào)查結(jié)果相比，土壤侵蝕總面積減少了29 534.04km2，減少22.00%，總體呈現(xiàn)侵蝕總面積減少，輕度和中度侵蝕面積顯著減少，強(qiáng)烈以上級(jí)別侵蝕面積增加的變化趨勢(shì)，表明土壤侵蝕狀況總體有明顯好轉(zhuǎn)。

4.4 成果是云南省開展水土保持生態(tài)建設(shè)的重要依據(jù)

調(diào)查結(jié)果表明，全省有3.44×104km2的坡耕地不具備水土保持工程措施，其中地形坡度25°以下的有2.22×104km2，25°以上的陡坡耕地有1.22×104km2，主要分布在昭通、普洱、臨滄、文山、紅河及曲靖等農(nóng)業(yè)人口眾多或者地形坡度較大的地區(qū)，這些無(wú)措施陡坡耕地是產(chǎn)生強(qiáng)烈土壤侵蝕的根源，全省強(qiáng)烈以上級(jí)別的土壤侵蝕主要發(fā)生在15°以上陡坡無(wú)措施耕地上，因此，這些區(qū)域是云南省將來(lái)開展水土保持生態(tài)建設(shè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。

同時(shí)，調(diào)查形成了全省地形、降水、土壤、水土保持措施等一系列土壤侵蝕影響因素分析成果，獲得了全省、各州(市)、各縣(市、區(qū))、各流域土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)及其空間分布成果，可廣泛應(yīng)用于各級(jí)水利部門指導(dǎo)水土保持規(guī)劃、預(yù)防監(jiān)督、綜合治理和監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)等。