基于CSLE模型評(píng)價(jià)江西省土壤侵蝕強(qiáng)度空間分布

廖元群，萬小星，龔長春，李相璽，奚同行，齊述華

（1.江西師范大學(xué) 鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/地理與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330022；2.江西省水政監(jiān)察總隊(duì)，江西 南昌 330009；3.江西省水土保持科學(xué)研究院，江西 南昌 330029）

0 引言

土壤侵蝕指在外營力（水力、風(fēng)力、重力、凍融張縮力等）作用下，土壤物質(zhì)剝離、遷移或沉積的過程。目前，土壤侵蝕仍是全球性的生態(tài)環(huán)境問題，其形成和發(fā)生的過程主要是地形、土壤、降雨、植被以及土地利用方式等多因子共同作用的結(jié)果[1]。由Wischmeier[2]等建立的美國通用土壤流失方程USLE和Renard[3]等修正通用土壤流失方程RUSLE，以及劉寶元[4，5]等建立的中國土壤流失方程（CSLE），在土壤侵蝕估算評(píng)價(jià)中得到廣泛運(yùn)用。

USLE和RUSLE模型適用于坡度為3°～18°緩坡地的土壤侵蝕評(píng)價(jià)，并不完全符合我國地形地貌的實(shí)際情況，也沒有考慮坡耕地水土保持措施的水土保持功能[6]。江西省位于我國南方紅壤丘陵區(qū)，經(jīng)果林種植開發(fā)歷史由來已久，存在大量由陡坡地改造的經(jīng)果林，并修建了水平階（反坡梯田）等水土保持措施。因此在我國南方紅壤丘陵區(qū)采用USLE和RUSLE模型來進(jìn)行土壤侵蝕評(píng)價(jià)，會(huì)存在一定誤差。劉寶元[4，5]等根據(jù)我國實(shí)際情況，對(duì)USLE模型進(jìn)行修正，構(gòu)建了中國水土流失方程（CSLE），該模型考慮了水土保持措施對(duì)土壤侵蝕評(píng)價(jià)影響。

本文按照水利部印發(fā)《區(qū)域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)定（試行）》的要求，基于CSLE模型計(jì)算2019年江西省土壤侵蝕模數(shù)和土壤侵蝕強(qiáng)度，分析江西省土壤侵蝕現(xiàn)狀及土地利用方式對(duì)土壤侵蝕的影響。

1 研究區(qū)概況

江西省位于北緯 24°29′14″～30°04′41″，東經(jīng) 113°34′36″～118°28′58″之間。地處長江中下游南岸，東臨浙江省、福建省，南連廣東省，西接湖南省，北毗湖北省、安徽省。全省面積16.69萬km2，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，降雨季節(jié)性明顯。地形以丘陵山地為主，地勢南高北低，東、西、南三面環(huán)山，北部為鄱陽湖平原，中南部山地丘陵與河谷平原交錯(cuò)分布。土壤主要以紅壤、黃壤為主，以紅壤分布最廣，占總面積的56%。由于紅壤的保水保肥能力較差，透水性差，極易發(fā)生土壤侵蝕。2018年江西省水土保持公報(bào)數(shù)據(jù)顯示江西省輕度以上土壤侵蝕面積為24 464.25km2，其中輕度侵蝕面積為20 736.3km2，中度侵蝕面積為2 127.57km2，強(qiáng)烈侵蝕面積為867.17km2，極強(qiáng)烈侵蝕面積為552.89km2和劇烈面積為180.32km2。江西省仍然是土壤侵蝕嚴(yán)重的省份之一，侵蝕治理任務(wù)依然艱巨。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1CSLE模型

按照水利部印發(fā)的《區(qū)域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)定（試行）》的要求，采用劉寶元[4]等提出的中國土壤流失方程CSLE模型計(jì)算：

式中：A為土壤侵蝕模數(shù)，t/（hm2·a），表示單位面積坡面多年平均年土壤流失量；R為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/（hm2·h·a），由水利部信息中心分發(fā)；K為土壤可蝕性因子，t·hm2·h/（hm2·MJ·mm），由水利部信息中心分發(fā)；L和S分別為坡長和坡度因子：坡長因子指其他條件一致的情況下，某種坡長的坡面土壤侵蝕量與22.13m坡長坡面土壤侵蝕量的比值[7]，坡度因子是指降雨、土壤、坡長、地表狀況等條件一致時(shí)，某坡度下的坡面土壤侵蝕量與坡度為5.14°時(shí)坡面土壤侵蝕量的比值[7]；采用江西省1：50 000地形圖重采樣生成10m空間分辨率DEM基礎(chǔ)上，利用符素華等[7]研發(fā)的地形因子模塊完成計(jì)算；B為植被覆蓋與生物措施因子：通過收集2016～2018年江西省范圍內(nèi)23期Landsat TM和MODIS影像，采用融合法計(jì)算得到24個(gè)半月尺度的30m空間分辨率的NDVI數(shù)據(jù)，根據(jù)像元二分模型計(jì)算植被覆蓋度（FVC），分別計(jì)算各地類的B因子值；E和T因子分別為工程措施因子和耕作措施因子：根據(jù)水利部印發(fā)《區(qū)域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)定（試行）》中各工程措施因子賦值表和耕作措施因子賦值表進(jìn)行賦值。

利用ArcGIS軟件對(duì)各個(gè)土壤侵蝕計(jì)算因子進(jìn)行柵格疊加運(yùn)算，獲取土壤侵蝕模數(shù)，并根據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（SL190-2007）[8]，實(shí)現(xiàn)土壤侵蝕強(qiáng)度空間分布制圖。

2.2 土地利用數(shù)據(jù)

根據(jù)2019年高分1號(hào)2m分辨率衛(wèi)星遙感影像，參照水利部印發(fā)《區(qū)域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)定（試行）》中的土地利用分類系統(tǒng)，將土地利用類型劃分為8個(gè)一級(jí)地類和25個(gè)二級(jí)地類，通過人機(jī)交互解譯方法，獲取2019年江西省土地利用數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用現(xiàn)狀

根據(jù)土地利用分類結(jié)果（見圖1），統(tǒng)計(jì)耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地和其他土地的面積和占比，表明：江西省耕地面積為32 428.17km2，占國土總面積的19.41%；園地面積為5 273.79km2，占國土總面積的3.16%；林地面積為105 623.39km2，占國土總面積的63.22%；草地面積為2 277.38km2，占國土總面積的1.36%；建設(shè)用地面積為9 843.32km2，占國土總面積的5.89%；交通運(yùn)輸用地面積為1 300.62km2，占國土總面積的0.78%；水域及水利設(shè)施用地面積為10 174.3km2，占國土總面積的6.09%；其他土地面積為143.03km2，占國土總面積的0.09%。

圖1 江西省土地利用圖

3.2 土壤侵蝕空間分布

江西省輕度以上土壤侵蝕總面積為24 151.18km2，占全省土地總面積的14.45%。其中：輕度侵蝕面積為22 022.2km2，占侵蝕總面積的91.17%；中度侵蝕面積為1 257.15km2，占侵蝕總面積的5.21%；強(qiáng)烈侵蝕面積為508.51km2，占侵蝕總面積的2.11%；極強(qiáng)烈侵蝕面積為282.11km2，占侵蝕總面積的1.17%；劇烈侵蝕面積為81.21km2，占侵蝕總面積的0.34%（見表1）。

表1 江西省土壤侵蝕面積及面積占比

圖2 江西省土壤侵蝕強(qiáng)度空間分布圖

3.2.1 各縣（市、區(qū)）土壤侵蝕結(jié)果

從分縣土壤侵蝕面積來看：修水縣土壤侵蝕面積最大，達(dá)到1 123.81km2，占土地總面積的24.95%；其次為寧都縣、遂川縣、贛縣和鄱陽縣，土壤侵蝕面積依次為 820km2、710.11km2、705.13km2和 627.3km2；于都縣、興國縣和信豐縣土壤侵蝕面積也相對(duì)較大，侵蝕面積在500～600km2之間；其余縣土壤侵蝕面積均在500km2以下，其中潯陽區(qū)、西湖區(qū)、青云譜區(qū)、東湖區(qū)和珠山區(qū)均為城市建成區(qū)，土壤侵蝕面積較小，侵蝕面積均在0～1km2范圍內(nèi)。

從分縣土壤侵蝕面積占比來看：南康區(qū)土壤侵蝕面積占比最大，占總國土面積的28.15%，其次為昌江區(qū)、廣昌縣、修水縣和定南縣，土壤侵蝕面積占比依次為27.89%、27.16%、24.95%和24.88%。

從各地級(jí)市轄區(qū)統(tǒng)計(jì)來看（圖3）：贛州市的土壤侵蝕面積、侵蝕面積占比和強(qiáng)烈以上侵蝕面積都為最大，分別為7 051.12km2、17.91%和298.84km2。贛州市作為江西省面積最大的地級(jí)市，下轄18個(gè)縣（市、區(qū)）中有14個(gè)縣（市、區(qū)）為國家級(jí)水土流失重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)，4個(gè)縣（市、區(qū)）為省級(jí)水土流失重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)，土壤侵蝕治理任務(wù)艱巨。其次為上饒市，土壤侵蝕面積和強(qiáng)烈以上侵蝕面積均排在各市前列。

圖3 各地級(jí)市土壤侵蝕面積及強(qiáng)烈以上侵蝕面積

3.2.2 土地利用方式對(duì)土壤侵蝕的影響

土壤侵蝕受多種因素的綜合影響，土地利用類型是影響土壤侵蝕最重要的因素，土地利用方式不同對(duì)土壤侵蝕具有明顯的分異效應(yīng)[9]。土地利用改變了原有地表植被類型及其覆蓋度和微地形，從而影響土壤侵蝕的動(dòng)力和侵蝕阻力系統(tǒng)，在區(qū)域土壤侵蝕發(fā)展中起重要作用。將江西省土地利用現(xiàn)狀結(jié)果與土壤侵蝕結(jié)果進(jìn)行疊加分析，得到各個(gè)土地利用類型的土壤侵蝕結(jié)果（見表2和圖4）。

圖4 不同土地利用類型的土壤侵蝕面積占比

表2 不同土地利用類型的土壤侵蝕面積

江西省各地類侵蝕面積大小依次為：林地（19 089.21km2）>建設(shè)用地 （1 671.64km2）>耕地（1 638.13km2）>園地（1 011.67km2）>草地（666.46km2）>交通運(yùn)輸用地（64.42km2）>其他用地（9.65km2）；各地類侵蝕面積占該地類總面積的比例大小依次為：草地（29.26%）＞園地（19.18%）＞林地（18.07%）＞建設(shè)用地（16.98%）＞其他用地（6.75%）＞耕地（5.05%）＞交通運(yùn)輸用地（4.95%）。

江西省不同土地利用類型土壤侵蝕主要以輕度侵蝕為主，主要分布在耕地、園地和林地。江西省水田和水澆地多分布于地勢平坦的平原地區(qū)和山谷盆地之間，且修建土坎水平梯田等水土保持措施。旱地則多分布于坡地上，水土保持措施分布較少，在暴雨的沖刷下易造成土壤侵蝕，因此江西省耕地土壤侵蝕主要以坡耕地土壤侵蝕為主。林地侵蝕以輕度侵蝕為主，輕度侵蝕面積占其土地利用面積的17.57%，中度以上侵蝕面積只占其土地利用面積的0.5%；強(qiáng)烈以上侵蝕面積主要集中在采礦用地，面積為503.27km2，占強(qiáng)烈以上侵蝕總面積的57.73%。由于采礦用地在開采和生產(chǎn)建設(shè)過程中對(duì)地表造成極大的生態(tài)破壞，且缺乏天然植被保護(hù)和有效的水土保持措施，因此極易造成土壤侵蝕。

4 結(jié)論

（1）2019年江西省輕度以上土壤侵蝕總面積為24 151.18km2，與2018年江西省水土保持公報(bào)數(shù)據(jù)相比，全省輕度以上侵蝕面積減少313.07km2，中度以上侵蝕面積減少1 598.97km2，水土流失狀況持續(xù)好轉(zhuǎn)，水土流失實(shí)現(xiàn)面積和強(qiáng)度“雙下降”。

（2）江西省土壤侵蝕以輕度侵蝕為主，占總侵蝕面積的91.17%，主要分布在耕地、園地和林地，強(qiáng)烈以上侵蝕主要分布在采礦用地。

（3）草地占全省國土面積的1.36%，其中草地侵蝕面積666.46km2，占草地面積的29.26%；園地占全省國土面積的3.16%，其中園地侵蝕面積1 011.67km2，占園地面積的19.18%；林地占全省國土面積的63.22%，其中林地侵蝕面積19 089.21km2，占林地面積的18.07%，以輕度侵蝕為主。