基于RUSLE模型的梅河口市土壤侵蝕動(dòng)態(tài)分析

劉 盼， 任春穎， 王巖松， 劉建祥

(1.中國(guó)科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所濕地生態(tài)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 長(zhǎng)春 吉林， 130102;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3.松遼水利委員會(huì)松遼流域水土保持監(jiān)測(cè)中心站, 長(zhǎng)春 吉林， 130021)

東北黑土區(qū)是中國(guó)主要的糧食生產(chǎn)基地[1]，也是東北地區(qū)重要的生態(tài)屏障。長(zhǎng)期以來(lái)，自然因素和不合理的人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致東北黑土區(qū)出現(xiàn)了侵蝕溝發(fā)育嚴(yán)重[2]、土層變薄[3]等水土流失問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力下降[1]，阻礙了黑土區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1,3]。土壤侵蝕定量分析與評(píng)價(jià)是水土流失治理的前提，而掌握區(qū)域土壤侵蝕動(dòng)態(tài)變化對(duì)評(píng)價(jià)該地區(qū)的水土保持治理效果、指導(dǎo)水土保持措施優(yōu)化配置、水土資源的保護(hù)和可持續(xù)利用具有重要意義[4]。

土壤侵蝕定量評(píng)價(jià)方法有侵蝕模型法、數(shù)字高程法和核示蹤法[5]。常用的侵蝕模型包括基于經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和基于物理過(guò)程的侵蝕模型兩大類(lèi)[5]?；谖锢磉^(guò)程的侵蝕模型[6-7]通常需要輸入大量參數(shù)，參數(shù)不易獲得且輸入?yún)?shù)的可變性會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不確定性增加。因此，基于物理的模型應(yīng)用范圍受到限制[8]。修正通用土壤流失方程(RUSLE)[9]是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，它具有模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)獲取容易、計(jì)算快速等優(yōu)點(diǎn)。該模型與GIS/RS技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)柵格尺度土壤侵蝕模擬與預(yù)測(cè)，被廣泛用于土壤侵蝕量估算[10-11]、動(dòng)態(tài)變化分析[4]、土壤侵蝕空間分異特征分析[12]以及水土流失敏感性分析[13]等。基于RUSLE模型在東北黑土區(qū)的研究主要集中在流域尺度的土壤侵蝕及動(dòng)態(tài)變化研究[14-16]。水土保持項(xiàng)目的實(shí)施以流域和縣域尺度居多[17]，而目前在東北黑土區(qū)開(kāi)展的基于縣域尺度的土壤侵蝕動(dòng)態(tài)研究較少深入開(kāi)展影響因素方面的分析。

吉林省梅河口市是國(guó)家農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)黑土區(qū)水土流失重點(diǎn)治理項(xiàng)目縣之一，截至2017年，水利部對(duì)該區(qū)域的水土流失進(jìn)行了多年治理，治理措施是否有效、效果是否顯著，是國(guó)家以及相關(guān)部門(mén)亟需了解的問(wèn)題。本研究擬結(jié)合3S技術(shù)，運(yùn)用RUSLE模型計(jì)算梅河口市2010年、2017年的土壤侵蝕模數(shù)，并從土地利用類(lèi)型、坡度和水土保持措施3個(gè)方面深入分析土壤侵蝕變化特征及其影響因素，以期為區(qū)域水土保持治理工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

梅河口市位于吉林省東南部，地理位置為42°08′—43°02′N(xiāo)，125°15′—126°03′E，面積2 174.60 km2。地形南北斜長(zhǎng)、東西較窄。地勢(shì)西南和東北兩端稍高，中部較低，地面高程為230～440 m。梅河口市屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為4.6 ℃，年平均降水量為708.3 mm。土壤類(lèi)型主要有草甸土、白漿土、水稻土、沖積土、棕壤等。全市分為3個(gè)綜合區(qū)域，西南地區(qū)種植多為旱地；中部平原是以水稻、玉米為主的糧食產(chǎn)區(qū)；東北部是以玉米、大豆為主的低山丘陵農(nóng)牧經(jīng)濟(jì)區(qū)。全市主要有輝發(fā)河、一統(tǒng)河、大沙河三大河流，海龍水庫(kù)和堿水水庫(kù)兩大灌區(qū)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與遙感影像處理

本研究選用的遙感數(shù)據(jù)為2017年Landsat OLI數(shù)據(jù)和2010年Landsat TM數(shù)據(jù)，軌道號(hào)為11830，11831，空間分辨率為30 m，影像可從地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/)免費(fèi)獲取。輔以1∶5萬(wàn)地形圖對(duì)Landsat影像進(jìn)行幾何校正，校正使用二次多項(xiàng)式和最近鄰像元法且將均方根誤差控制在0.5個(gè)像元內(nèi)；其次對(duì)影像進(jìn)行大氣校正。對(duì)兩期影像進(jìn)行鑲嵌并使用研究區(qū)邊界進(jìn)行裁剪得到研究區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的影像可作為分類(lèi)的數(shù)據(jù)源。

非遙感數(shù)據(jù)包括：①土壤數(shù)據(jù)。土壤理化性質(zhì)源自全國(guó)第二次土壤普查成果，土壤類(lèi)型分布源自1∶100萬(wàn)全國(guó)土壤數(shù)據(jù)。②1∶5萬(wàn)數(shù)字化地形圖數(shù)據(jù)。包含等高線、高程點(diǎn)、水系等要素。③降雨數(shù)據(jù)。源自梅河口市氣象站點(diǎn)30 a逐日侵蝕性降雨量資料。④文字資料。包含水土流失治理項(xiàng)目可行性報(bào)告和工程措施設(shè)計(jì)圖等，由松遼水利委員會(huì)提供。

結(jié)合遙感影像的色調(diào)、形狀、紋理及空間位置等特征，進(jìn)行野外調(diào)查，以此建立土地利用解譯標(biāo)志。根據(jù)解譯標(biāo)志，在ArcGIS軟件中，采取人機(jī)交互的方式對(duì)地物進(jìn)行勾繪、解譯，得到研究區(qū)的土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)。根據(jù)解譯結(jié)果和影像預(yù)設(shè)野外調(diào)查樣點(diǎn)，使用GPS獲取野外驗(yàn)證樣點(diǎn)64個(gè)，對(duì)土地利用分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。最后以遙感影像為基礎(chǔ)，結(jié)合水土流失治理項(xiàng)目范圍圖和實(shí)地調(diào)查結(jié)果，解譯獲取研究區(qū)水土保持措施分布結(jié)果。

2.2 RUSLE模型及土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)

2.2.1 RUSLE模型 本研究利用修正的美國(guó)通用水土流失方程(RUSLE)[9]對(duì)梅河口市的土壤侵蝕進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。RUSLE模型為：

A=R×K×L×S×C×P

(1)

式中：A——土壤侵蝕模數(shù)；R——降雨侵蝕力因子；K——土壤可蝕性因子；L——坡長(zhǎng)因子；S——坡度因子；C——植被覆蓋與管理因子；P——水土保持措施因子。下同。

(1) 降雨侵蝕力因子R。降雨侵蝕力因子是描述降水導(dǎo)致土壤侵蝕潛在能力大小的定量指標(biāo)。本研究的降雨資料為氣象站點(diǎn)近30 a的逐日侵蝕性降雨量資料，因此選擇章文波等[18]提出的降雨侵蝕力計(jì)算模型，其模型為：

(2)

式中：M——某半月時(shí)段的侵蝕力值；k——半月內(nèi)的天數(shù)(d)；Pj——半月時(shí)間內(nèi)第jd的侵蝕性日雨量(mm)，其日雨量大于12 mm，否則以0計(jì)算；半月時(shí)段以每月15日為界進(jìn)行劃分，每月前15 d作為一個(gè)半月，剩下的天數(shù)作為另一個(gè)半月，全年依次劃分為24個(gè)時(shí)段；α，β——模型待定參數(shù)。

β=0.836 3+18.144/Pd12+24.455/Py12

(3)

α=21.586β-7.189 1

(4)

式中：Pd12——日降雨量≥12 mm的日平均降雨量(mm)；Py12——大于侵蝕性日雨量的年平均雨量(mm)。

基于式(3)—(4)，計(jì)算研究區(qū)逐年各半月的降雨侵蝕力，累加得到年降雨侵蝕力，取多年平均得到年均降雨侵蝕力。

(2) 土壤可蝕性因子K。土壤可蝕性因子是反映土壤性能和土壤被蝕的難易程度的指標(biāo)。本研究參考第一次全國(guó)水利普查——水土保持情況普查中的公式計(jì)算公式K因子[19]計(jì)算公式如下：

(5)

(3) 坡度和坡長(zhǎng)因子。坡度因子S和坡長(zhǎng)因子L用來(lái)反映地形地貌特征對(duì)土壤侵蝕的影響，通常放在一起考慮，視為地形因子。RUSLE模型中的公式是通過(guò)大量試驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)公式，適合緩坡區(qū)域，針對(duì)梅河口市坡度在9%～55%陡坡土壤侵蝕，采用國(guó)內(nèi)研究者發(fā)展研究的坡度因子S的計(jì)算公式[20]為：

(6)

坡長(zhǎng)因子L的計(jì)算公式為：

L=(λ/22.1)m

(7)

(8)

式中：S——坡度因子；θ——坡度值(°)；L——坡長(zhǎng)因子；λ——坡長(zhǎng)(m)。

(4) 植被覆蓋與管理因子C。植被覆蓋與管理因子(C)主要反映有關(guān)植被覆蓋和變化對(duì)土壤侵蝕的綜合作用，是侵蝕動(dòng)力的抑制因子。本研究根據(jù)相關(guān)研究成果[21-25]，基于前期獲取的土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)，采用直接賦值的方法得到研究區(qū)不同土地利用類(lèi)型的C因子值(表1)。

表1 梅河口市不同土地利用類(lèi)型C因子值

(5) 水土保持措施因子P。水土保持措施因子是指其他條件相同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)實(shí)施水土保持措施后的土地土壤流失量與標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)上順坡耕作土壤流失量之比[21]。借鑒相關(guān)參考文獻(xiàn)[24,26]，結(jié)合本研究實(shí)際水保情況，得到研究區(qū)不同水土保持措施類(lèi)型的P因子值(表2)。

2.2.2 土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 本研究將土壤侵蝕模數(shù)按照黑土區(qū)水土流失綜合防治標(biāo)準(zhǔn)(SL446-2009)[27]土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)(表3)。

表2 梅河口市不同水土保持措施類(lèi)型P因子值

表3 土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤侵蝕強(qiáng)度分析

將上述各因子的柵格圖，設(shè)置統(tǒng)一的投影和柵格分辨率，通過(guò)因子疊加運(yùn)算得到土壤侵蝕模數(shù)，并按黑土區(qū)的土壤侵蝕標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)，得到研究區(qū)2010年、2017年兩個(gè)時(shí)期的土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)結(jié)果(表4)。

表4 梅河口市土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)統(tǒng)計(jì)

2010年、2017年研究區(qū)的土壤侵蝕以輕度及以下侵蝕強(qiáng)度為主，占整個(gè)土壤侵蝕面積的比例分別為84.62%和85.10%；其次為中度侵蝕、強(qiáng)烈侵蝕和劇烈侵蝕，極強(qiáng)烈侵蝕面積所占比例最少。研究區(qū)整體土壤侵蝕較輕，但強(qiáng)烈及以上侵蝕強(qiáng)度仍占有一定比例，說(shuō)明研究區(qū)局部區(qū)域水土流失嚴(yán)重。2010—2017年，研究區(qū)的平均土壤侵蝕模數(shù)由698.75 t /(km2·a)下降至678.25 t /(km2·a)，土壤侵蝕狀況有所改善。不同強(qiáng)度等級(jí)的土壤侵蝕呈現(xiàn)出“兩增四減”的趨勢(shì)，即微度和輕度侵蝕所占面積和比例有所增加，中度及以上強(qiáng)度的土壤侵蝕面積和比例減少。不同強(qiáng)度對(duì)應(yīng)平均侵蝕模數(shù)以劇烈侵蝕下降較多，輕度和中度侵蝕略有下降，而其他等級(jí)的平均侵蝕模數(shù)基本不變。

2010年、2017年微度侵蝕呈東北—西南帶狀分布(圖1)，但2017年微度侵蝕分布范圍較2010年有所擴(kuò)大，擴(kuò)大區(qū)域主要位于研究區(qū)的北部和中部。2010年，輕度和中度侵蝕分布主要分布在研究區(qū)的南部和北部；強(qiáng)烈和極強(qiáng)烈侵蝕零散分布在研究區(qū)北部；劇烈侵蝕小片狀分布在研究區(qū)南部。2017年，輕度侵蝕主要位于研究區(qū)西南部，較2010年分布范圍有所縮??；強(qiáng)烈和極強(qiáng)烈的分布區(qū)域與2010年基本一致；劇烈侵蝕以東南部為主且分布范圍較2010年有所擴(kuò)大。

圖1 梅河口市土壤侵蝕強(qiáng)度及變化分布

對(duì)2017年、2010年的土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)結(jié)果求差，得到研究區(qū)土壤侵蝕變化空間分布(圖1)。其中，小于0的值表示侵蝕減輕，0表示侵蝕狀況基本不變，大于0的值表示侵蝕加重。研究區(qū)土壤侵蝕狀況為基本不變>侵蝕減輕>侵蝕加重，對(duì)應(yīng)面積和所占比例依次為1 880.99，214.60，79.0 km2，86.50%，9.87%，3.63%。土壤侵蝕減輕的區(qū)域主要位于研究區(qū)的北部和東北—西南帶狀區(qū)域，其他區(qū)域零星分布；土壤侵蝕加重的區(qū)域主要在研究區(qū)的東南部、西南小片狀以及中部小帶狀區(qū)域。

3.2 土壤侵蝕與影響因素分析

3.2.1 土地利用與土壤侵蝕 不同土地利用類(lèi)型對(duì)應(yīng)不同植被覆蓋和人類(lèi)干擾程度，不合理的人類(lèi)活動(dòng)會(huì)加劇土壤侵蝕[3]。研究區(qū)的土地利用類(lèi)型包含耕地、林地、草地、居工用地(居民地與工礦交通運(yùn)輸用地)、水域和其他用地(包含未利用地、裸巖、沙地等)6大類(lèi)。2010年、2017年研究區(qū)土地利用以耕地和林地為主，二者之和分別占土地利用總面積的89.96%和86.53%，其次為居工用地、水域、草地和其他用地。2010—2017年耕地和林地的面積分別減少41.29 km2和33.24 km2；居工用地、水域、草地、其他用地的面積分別增加39.34 km2，1.47 km2，31.99 km2，1.74 km2。其中，居工用地增加的面積主要來(lái)自耕地；草地增加的面積主要來(lái)自耕地和林地。

不同土地利用類(lèi)型對(duì)應(yīng)不同侵蝕強(qiáng)度(表5)。2010年、2017年耕地以中度及以下強(qiáng)度侵蝕為主，強(qiáng)烈及以上強(qiáng)度侵蝕所占比例也較大，約10%。林地、居工用地和其他用地以輕度及以下侵蝕強(qiáng)度為主，所占比例超過(guò)對(duì)應(yīng)土地利用類(lèi)型總侵蝕的90%。草地和水域的侵蝕強(qiáng)度極低。2010—2017年，耕地的微度和輕度侵蝕比例增加，其他侵蝕等級(jí)所占比例減少。水域的土壤侵蝕情況基本不變。草地、居工用地、其他用地的土壤侵蝕具有類(lèi)似的變化趨勢(shì)，以微度侵蝕所占比例減少，其他強(qiáng)度等級(jí)的侵蝕所占比例增加。其中，其他用地強(qiáng)烈以上侵蝕強(qiáng)度所占比例增加最大。

表5 梅河口市不同土地利用類(lèi)型的土壤侵蝕強(qiáng)度

2010年不同土地利用類(lèi)型的平均侵蝕模數(shù)大小為耕地>林地>其他用地>居工用地>草地>水域，2017年為耕地>其他用地>林地>居工用地>草地>水域。2010—2017年研究區(qū)平均土壤侵蝕模數(shù)減少了20.50 t /(km2·a)。其中，耕地的土壤侵蝕模數(shù)降低了37.49 t /(km2·a)，而其他用地、草地和居工用地的侵蝕模數(shù)變化較大，分別增加了82.05，48.34，33.84 t /(km2·a)，林地和水域的土壤侵蝕模數(shù)略有增加。

研究區(qū)中部小塊條狀區(qū)域的土地利用(附圖7—8)由耕地轉(zhuǎn)換為其他用地導(dǎo)致區(qū)域土壤侵蝕加重。其他用地一般為裸巖、沙地和未利用地等，缺乏植被對(duì)地面的保護(hù)作用，而雨水對(duì)地表的強(qiáng)烈沖刷作用使土壤中的顆粒物發(fā)生遷移，從而更易發(fā)生侵蝕。研究區(qū)東南部的土地利用由林地轉(zhuǎn)換為耕地和草地，西南小片狀區(qū)域則由水域轉(zhuǎn)換為草地，類(lèi)似相對(duì)難以發(fā)生侵蝕的土地利用類(lèi)型向易于發(fā)生侵蝕的土地類(lèi)型的轉(zhuǎn)換加重了局部區(qū)域的土壤侵蝕。總之，土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)換實(shí)質(zhì)為對(duì)應(yīng)的C因子取值發(fā)生改變，在同等條件下，C因子取值越大，土壤侵蝕越嚴(yán)重。

3.2.2 坡度與土壤侵蝕 坡度是影響土壤侵蝕發(fā)生的主要因素之一，侵蝕強(qiáng)度隨著坡度的變化而變化。本研究根據(jù)黑土區(qū)的坡度侵蝕劃分標(biāo)準(zhǔn)[27]將坡度劃分為9個(gè)等級(jí)，分析不同坡度下土壤侵蝕特征(圖2)。土壤侵蝕發(fā)生在坡度0°～3°的面積為1 458.6 km2，占整個(gè)研究區(qū)的三分之二；土壤侵蝕分布在坡度3°～5°，5°～15°，15°～25°的比例分別為10.05%，17.88%，4.23%；不足1%的土壤侵蝕發(fā)生在坡度大于25°的區(qū)域?？傮w上，研究區(qū)土壤侵蝕面積隨著坡度的增加而減少，95%的土壤侵蝕分布在坡度小于15°的區(qū)域，侵蝕面積達(dá)2 065.87 km2。因此，水土流失治理應(yīng)集中在坡度低于15°的區(qū)域。

2010年、2017年，微度侵蝕主要發(fā)生在坡度小于1.5°的區(qū)域，侵蝕面積所占比例分別為82.73%和84.72%，隨著坡度的升高所占比例有逐漸減少的趨勢(shì)，在3°以上趨于平穩(wěn)。輕度侵蝕主要分布在0.25°～3°和5°～15°的坡度帶上，兩年所占比例分別為70.75%和68.41%。強(qiáng)烈和極強(qiáng)烈侵蝕分布具有一致性，0°～3°所占比例較低，隨著坡度的增加侵蝕分布比例增加，以5°～8°分布比例最大。劇烈侵蝕則以5°以上分布為主，在8°～15°帶上所占面積比例最大。

2010年、2017年，平均土壤侵蝕模數(shù)總體隨著坡度的增加而增大。2010年，0°～4°帶上對(duì)應(yīng)輕度及以下強(qiáng)度侵蝕，4°～25°對(duì)應(yīng)中度侵蝕。2017年，0°～5°對(duì)應(yīng)輕度及以下強(qiáng)度侵蝕，15°～25°是強(qiáng)烈侵蝕，其他坡度帶為中度侵蝕。2017年與2010年相比，<8°的各個(gè)坡度帶上的土壤侵蝕模數(shù)都有所下降，而8°～25°帶上的侵蝕模數(shù)有所增加，以15°～25°坡度帶侵蝕模數(shù)增加最多。

圖2 梅河口市坡度-土壤侵蝕關(guān)系

3.2.3 水土保持措施與土壤侵蝕 研究區(qū)的水土保持措施包含地埂、改壟、梯田、封禁治理、水保林和其他治理措施6大類(lèi)(表6)。首先，根據(jù)研究區(qū)5人班小流域2017年水保措施實(shí)施面積和遙感解譯措施面積計(jì)算水保措施解譯面積的準(zhǔn)確率，得到解譯面積總體精度為88.93%，梯田、水保林、封禁治理和其他措施解譯的準(zhǔn)確率依次為85.19%，91.49%，87.07%，92.31%。其次，在ArcGIS軟件中以水保措施斑塊為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，運(yùn)用隨機(jī)點(diǎn)工具獲取水保措施驗(yàn)證點(diǎn)，并結(jié)合谷歌高分影像和專(zhuān)家知識(shí)對(duì)驗(yàn)證點(diǎn)的精度進(jìn)行驗(yàn)證，獲得水保措施驗(yàn)證點(diǎn)的精度為81.25%。解譯獲取研究區(qū)2011—2013年水保措施實(shí)施面積為146.59 km2，水保林所占比例超過(guò)一半。2014—2017年實(shí)施水保措施的面積為25.84 km2，以地埂、水保林和封禁治理為主。2011—2017年，共實(shí)施水保措施面積172.43 km2，占整個(gè)研究區(qū)面積的7.9%。其中，水保林實(shí)施面積最大為83.27 km2，占水土保持措施比例為48.29%；其次為地埂和改壟，實(shí)施面積和所占比例依次為36.21 km2，27.54 km2，21.01%，15.97%；封禁治理和其他治理措施所占比例較少。

總體上，2011—2013年水土保持措施分布在研究區(qū)的北部和中部，2014—2017年分布在其南部和東南部。其中，97.32%的水土保持措施分布在坡度<15°，高程<435 m的區(qū)域，其他區(qū)域的水土保持措施分布極少。不同類(lèi)型的水土保持措施分布區(qū)域也不同。水保林主要分布在坡度<15°的北部和中部地區(qū)，改壟主要分布于研究區(qū)北部，地埂和梯田主要分布在坡度<8°的北部和東南部地區(qū)，封禁治理和其他水土保持措施主要分布在坡度5°～25°之間的南部和東南部區(qū)域。坡度>25°的區(qū)域分布著極少比例的封禁治理和水保林。水土保持措施的分布區(qū)域與土壤侵蝕減輕區(qū)域基本一致。因此，水土保持措施的實(shí)施是該地區(qū)土壤侵蝕減輕的主要原因。但部分水保項(xiàng)目附近存在少量侵蝕加重的區(qū)域，可能是因?yàn)樗４胧?shí)施過(guò)程中的一些不合理操作造成的新的水土流失。

表6 梅河口市各種水土保持措施面積統(tǒng)計(jì)

不同水土保持措施的水保效果存在差別(圖3)，2017表示研究階段不同水保措施實(shí)施位置處的平均土壤侵蝕模數(shù)，2010年對(duì)應(yīng)無(wú)水保措施的土壤侵蝕模數(shù)。水土保持措施的實(shí)施在不同程度上降低了區(qū)域的土壤侵蝕。其中，封禁治理措施效果最明顯，對(duì)應(yīng)土壤侵蝕模數(shù)降低了1 573.47 (km2·a)；其次為其他措施、梯田和地埂，平均侵蝕模數(shù)分別減少了749.43，451.18，344.06 t/(km2·a)；改壟和水保林實(shí)施區(qū)域的土壤平均侵蝕模數(shù)變化相對(duì)較小，分別為100.46 t/(km2·a)和35.51 t/(km2·a)。水保措施的治理效果主要表現(xiàn)在坡耕地以及荒山荒坡和林草稀疏區(qū)域的治理上。荒山荒坡和林草稀疏區(qū)主要治理措施為封禁治理和水保林，封禁治理可以防止人畜進(jìn)入林區(qū)破壞植被，且與水保林共同提高林地的郁閉度，防止雨滴直接濺擊地表土壤，從而減輕區(qū)域水土流失。坡耕地區(qū)域，改壟和地埂植物帶的實(shí)施可以達(dá)到初步控制水土流失的作用，而結(jié)合梯田修建等水保措施的實(shí)施在很大程度上減緩或控制了區(qū)域的土壤侵蝕。

圖3 水土保持措施-土壤侵蝕關(guān)系

2010—2017年研究區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)變化較小，僅減少20.5 t/(km2·a)，但治理區(qū)域的平均土壤侵蝕模數(shù)存在明顯降低，由2010年的506.55 t/(km2·a)下降至2017年的352.47 t/(km2·a)，土壤侵蝕量也由8.73×104t減少至6.08×104t，說(shuō)明區(qū)域水土流失治理工作取得一定成效，但治理后的區(qū)域仍存在一定強(qiáng)度的侵蝕。因此，區(qū)域水土流失治理工作有待加強(qiáng)。

4 結(jié)論與討論

(1) 梅河口市2010年、2017年土壤侵蝕以微度和輕度侵蝕為主，其平均土壤侵蝕模數(shù)分別為698.75，678.25 t/(km2·a)，土壤侵蝕狀況有所改善。2010—2017年土壤侵蝕變化趨勢(shì)為基本不變>侵蝕減輕>侵蝕加重。其中，土壤侵蝕減輕的區(qū)域主要位于研究區(qū)的北部和東北—西南帶上，侵蝕加重的區(qū)域主要位于研究區(qū)的東南部及其他小片狀區(qū)域。

(2) 梅河口市的土地利用以耕地和林地為主，而土壤侵蝕強(qiáng)度表現(xiàn)為耕地>其他用地>林地>居工用地>草地>水域。2010—2017年，耕地的侵蝕模數(shù)減少了37.49 t/(km2·a)，其他用地的侵蝕模數(shù)增加最多為82.05 t/(km2·a)。耕地向居工用地和其他用地的轉(zhuǎn)換以及林地向耕地和草地的轉(zhuǎn)換等加重了區(qū)域的土壤侵蝕。

(3) 梅河口市土壤侵蝕面積隨著坡度的增加而減少，其中，95%的土壤侵蝕發(fā)生在坡度<15°的區(qū)域，而土壤侵蝕強(qiáng)度隨著坡度的增加而增大。2010—2017年，坡度<8°的區(qū)域土壤侵蝕模數(shù)下降，土壤侵蝕狀況得到改善，坡度>8°的區(qū)域，土壤侵蝕有所加重。

(4) 梅河口市的水土保持措施以水保林、改壟和地埂為主，占整個(gè)水保面積的85.52%。水土保持措施主要分布在研究區(qū)北部和東南部，與土壤侵蝕減輕分布區(qū)域基本一致。2010—2017年，水保項(xiàng)目實(shí)施區(qū)域的土壤侵蝕模數(shù)減少了154.08 t/(km2·a)，土壤侵蝕量減少了2.65×104t，說(shuō)明水保措施在改善水土保持功能上取得一定成效，但治理后的土壤仍存在較大強(qiáng)度的侵蝕，水土流失治理工作有待加強(qiáng)。

本研究的不足在于：模型中C因子取值建立在土地利用分類(lèi)基礎(chǔ)之上，而Landsat影像數(shù)據(jù)較粗的分辨率和解譯經(jīng)驗(yàn)的缺乏都可能導(dǎo)致分類(lèi)結(jié)果的不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響C值。其次，p值數(shù)據(jù)的獲取多以黑龍江賓縣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，而區(qū)域的差異可能導(dǎo)致p值的差異。如何獲取精確的p值以及基于高分影像數(shù)據(jù)獲取C值都有待進(jìn)一步研究。