2021十大孔兌區(qū)域土壤侵蝕空間分布特征

于海云，覃湘棟，龐治國(guó)，3，王志軍，付俊娥，3

(1.內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；3.水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心，北京 100038；4.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利事業(yè)發(fā)展中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

1 研究背景

十大孔兌是指黃河內(nèi)蒙古段由南向北并列流入黃河的十條一級(jí)支流所構(gòu)成的流域，其不僅是晉陜蒙接壤地區(qū)國(guó)家能源重化工基地的組成部分，還分布有包鋼生產(chǎn)生活水源地和鄂爾多斯市現(xiàn)代農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)業(yè)帶和新興工業(yè)園，整體區(qū)位十分重要[1]。十大孔兌位于黃河中上游多沙粗沙區(qū)，流域內(nèi)暴雨頻發(fā)，加之流域中上游屬于極易發(fā)生土壤侵蝕的地貌類型，造成十大孔兌區(qū)域較為嚴(yán)重的土壤侵蝕，這不僅會(huì)破壞流域上游的土地資源和生態(tài)環(huán)境，同時(shí)由于土壤侵蝕，暴雨引發(fā)的洪水會(huì)攜帶大量泥沙泄入流域下游與黃河，造成下游農(nóng)田與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)施沖毀、黃河主河道淤堵等災(zāi)害。整體而言，土壤侵蝕對(duì)區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與自然環(huán)境保護(hù)都極為不利[2-4]，已成為十大孔兌區(qū)域最為嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一，開(kāi)展土壤侵蝕評(píng)估與監(jiān)測(cè)研究十分重要。

土壤侵蝕的評(píng)估與監(jiān)測(cè)早是通過(guò)在監(jiān)測(cè)站點(diǎn)建立標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)[5]和集沙盤[6-7]，測(cè)算土壤流失量以評(píng)價(jià)研究區(qū)整體的侵蝕狀態(tài)，該方法監(jiān)測(cè)面積小、成本高，很難表征土壤侵蝕的空間變化趨勢(shì)。雖然站點(diǎn)監(jiān)測(cè)有缺陷，但可通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立多因子與土壤侵蝕量之間的關(guān)系模型[8-11]，這些因子(植被覆蓋、坡度、風(fēng)速、土地利用等)多數(shù)是可以通過(guò)遙感技術(shù)獲取，這使得基于遙感手段監(jiān)測(cè)評(píng)估土壤侵蝕成為可能。國(guó)內(nèi)土壤侵蝕遙感監(jiān)測(cè)評(píng)估研究較多，如童珊等結(jié)合RUSLE模型、CA-Markov模型及LMDI模型對(duì)祁連山南坡2000到2019的土壤侵蝕進(jìn)行了時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，分析了不同地形條件下的土壤侵蝕變化特征，并對(duì)土壤侵蝕影響因素進(jìn)行了定量分析研究[12]；葛德祥等基于USLE模型開(kāi)展二灘庫(kù)區(qū)蓄水前后的土壤侵蝕變化評(píng)估[13]；高泗強(qiáng)等基于修正后的RUSLE模型進(jìn)行土壤侵蝕模數(shù)計(jì)算，后借助地理信息系統(tǒng)進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)出重慶市縣級(jí)行政區(qū)尺度的土壤侵蝕特征[14]；鄒秦英等基于2018的土地利用數(shù)據(jù)，借助RUSLE模型計(jì)算了汾河上游的土壤侵蝕模數(shù)，并對(duì)汾河上游的土壤侵蝕空間分布特征進(jìn)行了總結(jié)[15]。

十大孔兌作為內(nèi)蒙古自治區(qū)土壤侵蝕的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，該區(qū)域1951—2010向黃河輸送的均泥沙量為1939萬(wàn)t[16]，超過(guò)該流域入黃泥沙總量的十分之一，由于嚴(yán)重的土壤侵蝕引發(fā)的各類環(huán)境問(wèn)題，我國(guó)在十大孔兌區(qū)域開(kāi)展了大量的生態(tài)監(jiān)測(cè)與治理研究。如劉殿君等[17]以淤積概化法監(jiān)測(cè)了十大孔兌區(qū)域354座淤地壩多個(gè)時(shí)的減沙量，其認(rèn)為淤地壩仍是該區(qū)域最有效的水土保持措施；滑永春等[18]基于遙感生態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)模型分析了十大孔兌區(qū)域近20生態(tài)環(huán)境健康度的分布格局及變化趨勢(shì)，認(rèn)為該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境仍有待改善。所以為十大孔兌區(qū)域生態(tài)環(huán)境的良性發(fā)展，土壤侵蝕的定評(píng)估與空間特征分析十分必要，本文基于多源數(shù)據(jù)結(jié)合中國(guó)水土流失方程(Chinese Soil Loss Equation)與多地類的風(fēng)力侵蝕模型對(duì)2021的十大孔兌區(qū)域的土壤侵蝕進(jìn)行評(píng)估，而后基于評(píng)估結(jié)果總結(jié)十大孔兌土壤侵蝕的空間分布特征，并綜合多個(gè)因素開(kāi)展土壤侵蝕特征分析，為十大孔兌的土壤侵蝕治理與生態(tài)恢復(fù)提供參考。

2 研究區(qū)及數(shù)據(jù)

2.1 研究區(qū)十大孔兌位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部鄂爾多斯市境內(nèi)，流域總土地面積為1.08萬(wàn)km2，整體地勢(shì)南高北低，流域由南向北包含砒砂巖丘陵溝壑、庫(kù)布齊沙漠、沖洪積平原三個(gè)侵蝕地貌類型。十大孔兌區(qū)域氣候上屬于典型大陸性氣候，平均氣溫7℃左右，平均降雨在200～400 mm，蒸發(fā)量約為2200 mm。十大孔兌的主要土地利用類型是林地，面積為3830.09 km2，其次是草地和耕地，面積分別為3019.5 km2和2013.93 km2，具體分布如圖1所示。

圖1 十大孔兌區(qū)域土地利用空間分布圖Fig.1 Sketch map of land use in Ten Kongduis

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)土壤侵蝕模數(shù)的計(jì)算需要多種數(shù)據(jù)支撐，包括地形、土地利用、植被覆蓋、降雨、風(fēng)速、表土濕度等，下面介紹數(shù)據(jù)來(lái)源。植被數(shù)據(jù)采用基于Landsat多光譜數(shù)據(jù)對(duì)MODIS歸一化植被指數(shù)產(chǎn)品降尺度至10 m分辨率的植被指數(shù)數(shù)據(jù)，每半月一，1共計(jì)24數(shù)據(jù)，每進(jìn)行更新。土地利用數(shù)據(jù)采用的是鄂爾多斯市2021土地利用目視解譯成果，目視解譯使用的遙感影像是基于高分1、2號(hào)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后形成的2 m分辨率數(shù)字正射影像，解譯成果經(jīng)過(guò)多次修正與實(shí)地驗(yàn)證，整體精度較高，每進(jìn)行更新。降雨、風(fēng)速、土壤侵蝕因子、表土濕度、坡度坡長(zhǎng)因子等數(shù)據(jù)均采用水利部2021水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)下發(fā)的官方數(shù)據(jù)，其中：降雨、風(fēng)速和表土濕度數(shù)據(jù)是由長(zhǎng)時(shí)序監(jiān)測(cè)資料或遙感產(chǎn)品綜合計(jì)算得出，基本可以反映十大孔兌區(qū)域的一間的氣象變化規(guī)律；土壤侵蝕因子數(shù)據(jù)是綜合水利普查數(shù)據(jù)和區(qū)域內(nèi)徑流小區(qū)監(jiān)測(cè)資料計(jì)算得出；坡度坡長(zhǎng)因子是由30 m數(shù)字高程模型計(jì)算得出，這些數(shù)據(jù)水利部每五更新一次，使數(shù)據(jù)的科學(xué)可靠性有所保證。

3 方法

3.1 水蝕模數(shù)計(jì)算土壤的水力侵蝕計(jì)算模型較多，包括通用水土流失方程、改進(jìn)通用水土流失方程等，其與區(qū)域降雨、土壤質(zhì)地、坡度、植被等多個(gè)參數(shù)相關(guān)。本文參考2022度水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南，采用中國(guó)土壤流失方程CSLE[19]計(jì)算十大孔兌區(qū)域的土壤水力侵蝕模數(shù)。方程基本形式如式(1)：

Mw=RKLSBET

(1)

式中：Mw為土壤水力侵蝕模數(shù)，t·hm-2·a-1；R為多平均降雨侵蝕力因子；K為土壤可蝕性因子，t·hm2·h·hm-2·MJ-1·mm-1；B為植被覆蓋和生物措施因子，利用MODIS歸一化植被指數(shù)產(chǎn)品和Landsat多光譜影像采用參數(shù)修訂方法計(jì)算得出；L、S、E、T分別為是坡長(zhǎng)因子、坡度因子、水保工程措施因子和土地耕作措施因子，均無(wú)量綱，各因子具體計(jì)算參考2022度水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南[20]。

3.2 風(fēng)蝕模數(shù)計(jì)算土壤風(fēng)力侵蝕主要發(fā)生在沙地、裸土地、耕地、草地上，結(jié)合十大孔兌的土地利用現(xiàn)狀，參考2022度水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南，本文選用了三種風(fēng)力侵蝕模型[20-21]，分別針對(duì)耕地、園林草地和沙地。

耕地風(fēng)力侵蝕模型的基本形式如式(2)所示：

(2)

式中：Mfa為每半月耕地上的風(fēng)力侵蝕模數(shù)，t·hm-2·a-1；W為半月內(nèi)的表土濕度因子，其值在0到1之間；Hj為半月內(nèi)各風(fēng)速等級(jí)累計(jì)發(fā)生的時(shí)間，min，具體計(jì)算參考2022度水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南；Z0為土地表面粗糙程度，cm；j為風(fēng)速等級(jí)的序號(hào)，風(fēng)速在5～40 m/s內(nèi)按照1 m/s為間隔劃分成35個(gè)等級(jí)，取值為1到35的整數(shù)；Uj為第j個(gè)等級(jí)下的平均風(fēng)速，m/s，例如風(fēng)速等級(jí)是5～6 m/s，Uj的值就是5.5 m/s。

園林草地上的風(fēng)力侵蝕模型計(jì)算公式如式(3)所示：

(3)

式中：Mfg是每半月內(nèi)的園林草地上的風(fēng)力侵蝕模數(shù)，t·hm-2·a-1；V是植被覆蓋度，根據(jù)歸一化植被指數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出。

沙地上的風(fēng)力侵蝕模數(shù)采用式(4)進(jìn)行計(jì)算。

(4)

式中Mfs是每半月內(nèi)沙地上的風(fēng)力侵蝕模數(shù)，t·hm-2·a-1。

上述風(fēng)力侵蝕計(jì)算都是半月時(shí)間尺度，為得到區(qū)域上全的風(fēng)力侵蝕模數(shù)，需要進(jìn)行求和運(yùn)算，計(jì)算公式如式(5)所示：

(5)

式中：Mtotal是全風(fēng)力侵蝕模數(shù)；Mhaf是各種地類上半月內(nèi)的侵蝕模數(shù)。

3.3 侵蝕分級(jí)侵蝕模數(shù)是根據(jù)氣象、植被等數(shù)據(jù)計(jì)算的土壤侵蝕估計(jì)量，根據(jù)侵蝕的估計(jì)量可對(duì)區(qū)域的土壤侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行分級(jí)，本文主要參考了土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(SL190-2007)[22]，將風(fēng)力與水力侵蝕均劃分為微度、輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈和劇烈六個(gè)等級(jí)，具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(單位：t·hm-2·a-1)

3.4 侵蝕綜合分析模數(shù)分級(jí)后，同一區(qū)域即會(huì)有一個(gè)風(fēng)力侵蝕強(qiáng)度，也會(huì)有水力侵蝕強(qiáng)度，需要依據(jù)侵蝕等級(jí)判斷該區(qū)域發(fā)生土壤侵蝕的主要方式。參考十大孔兌往的土壤侵蝕監(jiān)測(cè)成果，十大孔兌區(qū)域的水力侵蝕面積大于風(fēng)力侵蝕面積，所以采取以下分析策略：若該像元風(fēng)力侵蝕強(qiáng)度大于水力侵蝕強(qiáng)度，則將該像元設(shè)定為風(fēng)力侵蝕區(qū)并采用其風(fēng)力侵蝕強(qiáng)度作為最終土壤侵蝕強(qiáng)度；若該像元的水力侵蝕強(qiáng)度大于等于風(fēng)力侵蝕強(qiáng)度時(shí)，則將其認(rèn)定為水力侵蝕區(qū)并將其水力侵蝕強(qiáng)度作為最終土壤侵蝕強(qiáng)度。

4 十大孔兌2021度土壤侵蝕評(píng)估結(jié)果

經(jīng)上述方法計(jì)算可以得到十大孔兌區(qū)域2021土壤侵蝕的空間分布(如圖2(a))。輕度及以上等級(jí)被判定為該區(qū)域?qū)儆谕寥狼治g區(qū)，則十大孔兌土壤侵蝕區(qū)面積為4398.85 km2，占十大孔兌總土地面積的40.86，其中水力侵蝕面積為2461.56 km2，占總侵蝕面積的55.96，風(fēng)力侵蝕面積為1937.29 km2，占總侵蝕面積的43.04。本研究也收集了2020的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并按照上述方法評(píng)估了該十大孔兌區(qū)域的土壤侵蝕(圖2b)。相較于2020，2021十大孔兌區(qū)域的土壤侵蝕面積呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，侵蝕總面積減少了55.16 km2，其中水力、風(fēng)力侵蝕面積分別減少了42.95 km2和12.21 km2。綜合兩土壤侵蝕的空間分布，水力侵蝕主要分布在十大孔兌上游，且地塊較為破碎，整體分布離散；風(fēng)力侵蝕主要分布于十大孔兌中下游，風(fēng)力侵蝕地塊整體相對(duì)完整，分布較為集中。

圖2 2021和2020十大孔兌區(qū)域土壤侵蝕空間分布圖Fig.2 Spatial distribution diagram of soil erosion in Ten Kongduis in 2021 and 2020

2021十大孔兌區(qū)域各強(qiáng)度等級(jí)的土壤侵蝕面積如圖3，輕度等級(jí)、中度等級(jí)、強(qiáng)烈等級(jí)、極強(qiáng)烈等級(jí)和劇烈等級(jí)土壤侵蝕面積為2614.38 km2、1328.74 km2、276.29 km2、194.45 km2和40.15 km2，分別占總侵蝕面積的59.62、29.68、5.92、4.01和0.77。十大孔兌區(qū)域土壤侵蝕面積中：輕度和中度土壤侵蝕強(qiáng)度面積占比較大，兩強(qiáng)度面積占總侵蝕面積的89.30，其中風(fēng)力和水力侵蝕面積基本各占一半，整體別較??；強(qiáng)烈及以上侵蝕面積在總侵蝕面積中占比較小，僅為10.70，且該部分土壤侵蝕類型主要是水力侵蝕，風(fēng)力侵蝕占比極小。

圖3 2021十大孔兌區(qū)域土壤侵蝕強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)柱狀圖Fig.3 Statistical histogram of soil erosion intensity of Ten Kongduis in 2021

5 分析與討論

2021鄂爾多斯市水土保持公報(bào)[23]顯示十大孔兌風(fēng)力侵蝕面積為1113.77 km2、水力侵蝕面積為2401.02 km2。對(duì)比本研究的評(píng)估結(jié)果，發(fā)現(xiàn)水力侵蝕面積較為接近，但風(fēng)力侵蝕面積存在較大的異。進(jìn)一步對(duì)比兩者的空間分布，發(fā)現(xiàn)公報(bào)數(shù)據(jù)與本研究評(píng)估結(jié)果在空間分布上基本一致，但公報(bào)的統(tǒng)計(jì)范圍與本研究有異，公報(bào)僅統(tǒng)計(jì)十大孔兌上游(區(qū)域南部)和部分下游區(qū)域(區(qū)域北部十條河流、溝道的沿岸)的土壤侵蝕，結(jié)合十大孔兌上游水蝕、中下游風(fēng)蝕的土壤侵蝕空間分布特征，可知本研究相較于公報(bào)數(shù)據(jù)多出的風(fēng)蝕面積主要源于區(qū)域下游未參與公報(bào)統(tǒng)計(jì)范圍的風(fēng)力侵蝕區(qū)。以此而言，本研究土壤侵蝕評(píng)估結(jié)果具備一定的準(zhǔn)確性與合理性的，所以可以圍繞本研究評(píng)估結(jié)果開(kāi)展下述的討論分析。

5.1 基于土地利用的土壤侵蝕空間分析將2021與2020兩的土壤侵蝕結(jié)果按照兩土地利用類型進(jìn)行分區(qū)面積統(tǒng)計(jì)，得到不同土地利用類型各強(qiáng)度等級(jí)土壤侵蝕面積表(表2)，由表2可知，十大孔兌區(qū)域土壤侵蝕面積在不同土地利用類型上別較大。近些，草地、林地兩種土地利用類型由于面積基數(shù)較大，其土壤侵蝕面積分別位居第一和第二位，同時(shí)二者在侵蝕強(qiáng)度分布上也極為相似，相較于其他地類侵蝕強(qiáng)度分布較為分散，至于侵蝕面積占該地類面積的比例，可以看出林地要明顯低于草地，說(shuō)明草地相較于林地更容易發(fā)生土壤侵蝕，這也是符合侵蝕規(guī)律的；耕地上的土壤侵蝕面積位居第三，在侵蝕強(qiáng)度上分布較為集中，輕度侵蝕占該地類總侵蝕面積的96；其他土地(包括鹽堿地、沙地和裸土地)上的土壤侵蝕面積位居第四，侵蝕強(qiáng)度上以中度侵蝕為主，且侵蝕面積占該地類面積比例超過(guò)90，說(shuō)明這些地類上極易發(fā)生土壤侵蝕；草地、林地、耕地和其他土地是十大孔兌區(qū)域土壤侵蝕的主要來(lái)源地，其余地類上的侵蝕面積占比較小。

表2 不同土地利用類型(一級(jí)類)[24]土壤侵蝕面積及比例

十大孔兌區(qū)域不同土地利用類型上的風(fēng)力、水力侵蝕面積如圖4所示，結(jié)合圖2和圖4進(jìn)行分析。

圖4 十大孔兌區(qū)域不同土地利用類型侵蝕面積堆積柱狀圖Fig.4 Schematic diagram of wind and water erosion area of Ten Kongduis in different land use

(1)十大孔兌區(qū)域發(fā)生水力侵蝕的主要土地利用類型是草地與林地，而這兩種土地利用類型集中分布在十大孔兌上游，這是水力侵蝕主要分布在孔兌上游的部分原因。為了更詳盡的探究其原因，需要分別對(duì)水力侵蝕模型的7個(gè)因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，本研究統(tǒng)計(jì)了不同侵蝕強(qiáng)度下的各因子平均值(表3)，從中可以發(fā)現(xiàn)，降雨侵蝕因子、坡度因子、坡長(zhǎng)因子與土壤可蝕性因子的平均值與水力侵蝕強(qiáng)度呈顯很強(qiáng)的一致性，說(shuō)明降雨、地形和地貌對(duì)水力侵蝕的空間分布都有貢獻(xiàn)，但對(duì)比各因子的變化幅度，坡度因子和坡長(zhǎng)因子的變化幅度最大，所以推測(cè)地形坡度可能是影響水力侵蝕空間分布的重要因素，結(jié)合十大孔兌上游特殊的地貌進(jìn)行分析，區(qū)域上游屬于砒砂巖丘陵溝壑，大坡度地形出現(xiàn)頻繁，且土壤抗沖蝕力不足，最終導(dǎo)致了南部區(qū)域嚴(yán)重的水力侵蝕。

表3 不同水力侵蝕強(qiáng)度下的因子平均值

(2)十大孔兌區(qū)域的風(fēng)力侵蝕主要集中在耕地和其他土地(包括鹽堿地、沙地和裸土地)上，風(fēng)力侵蝕可以分為兩部分：其一是由西向中部延伸的條形風(fēng)蝕區(qū)，其位于庫(kù)布齊沙漠，主要的土地利用類型是沙地，該區(qū)域地勢(shì)平坦、風(fēng)速較大且植被覆蓋較，最終導(dǎo)致區(qū)域風(fēng)力侵蝕模數(shù)較大，在1000～2500 t·hm-2·a-1之間，侵蝕強(qiáng)度為中度侵蝕；其二是區(qū)域下游的輕度風(fēng)蝕區(qū)，其位于沖洪積平原，易發(fā)生風(fēng)力侵蝕，但由于該區(qū)域土地利用類型主要是耕地，相較于沙地，耕地?fù)碛凶魑镏脖桓采w且地表相對(duì)粗糙，具備一定的風(fēng)蝕抵抗能力，所以在侵蝕模數(shù)上相對(duì)沙地較小，侵蝕強(qiáng)度整體集中在輕度侵蝕。

5.2 基于植被覆蓋的土壤侵蝕空間分析本研究獲取了202124(每半月一)的十大孔兌區(qū)域的植被覆蓋度數(shù)據(jù)，考慮到季節(jié)影響選取植被最旺盛的第14數(shù)據(jù)分析植被覆蓋情況。由圖5可知，十大孔兌區(qū)域除去中游庫(kù)布齊沙漠，植被覆蓋度整體呈現(xiàn)出北高南低的趨勢(shì)。十大孔兌下游的植被覆蓋度普遍在0.7以上，高植被覆蓋說(shuō)明該區(qū)域抵抗水力侵蝕能力較強(qiáng)，模數(shù)計(jì)算上體現(xiàn)在B因子(植被覆蓋和生物措施因子)較小，加之十大孔兌北部多為沖擊平原，地勢(shì)平坦小，坡度坡長(zhǎng)因子較小，兩者共同作用影響十大孔兌下游的水蝕模數(shù)，使得孔兌下游水力侵蝕面積較?。皇罂變吨杏螏?kù)布齊沙漠的植被覆蓋度極低，基本在0.1以下，由于植被狀態(tài)較，導(dǎo)致該區(qū)域抵抗風(fēng)力侵蝕的能力較，造成風(fēng)力侵蝕模數(shù)較大最終形成大面積的中度風(fēng)蝕區(qū)；十大孔兌上游的植被覆蓋度普遍在0.35以下，相較于一般的林地和草地，其植被覆蓋度偏低，再者考慮上游是砒砂巖丘陵溝壑，部分區(qū)域由于坡度較大，致使植被無(wú)法有效的固持土壤，抵抗降雨造成的水力侵蝕，最終導(dǎo)致了十大孔兌上游嚴(yán)重的水力侵蝕，同時(shí)也闡明了上游區(qū)域水力侵蝕地塊較為破碎的原因。

圖5 2021十大孔兌第14植被覆蓋度空間分布圖Fig.5 The spatial distribution of vegetation coverage in the 14th phase of Ten Kongduis in 2021

5.3 縣區(qū)尺度的土壤侵蝕空間分析十大孔兌區(qū)域覆蓋鄂爾多斯市東勝區(qū)、達(dá)拉特旗、準(zhǔn)格爾旗、杭錦旗4旗縣(區(qū))的部分區(qū)域，各旗縣(區(qū))在十大孔兌區(qū)域的占地面積分別為939.54 km2、7919.75 km2、400.91 km2、1504.51 km2，該部分的土壤侵蝕情況如圖6、圖7所示。分析可以發(fā)現(xiàn)：(1)十大孔兌區(qū)域的土壤侵蝕主要發(fā)生在達(dá)拉特旗、杭錦旗和鄂爾多斯東勝區(qū)境內(nèi)，三者侵蝕面積之和占十大孔兌總侵蝕面及的97.47；(2)不同旗縣境內(nèi)部分的風(fēng)力和水力侵蝕面積分配有明顯異，杭錦旗境內(nèi)部分以風(fēng)力侵蝕為主，鄂爾多斯市東勝區(qū)境內(nèi)部分則以水力侵蝕為主，準(zhǔn)格爾旗與達(dá)拉特旗境內(nèi)則是風(fēng)力、水力侵蝕面積各占一半，這種侵蝕特征可能與縣區(qū)所覆蓋的侵蝕地貌息息相關(guān)，杭錦旗境內(nèi)部分靠近中游庫(kù)布齊沙漠，所以侵蝕基本以風(fēng)蝕為主，鄂爾多斯市東勝區(qū)完全由砒砂巖丘陵溝壑覆蓋，故以水力侵蝕為主，準(zhǔn)格爾旗與達(dá)拉特旗則包含兩個(gè)以上的侵蝕地貌，所以風(fēng)力、水力侵蝕面積別較??；(3)強(qiáng)烈及以上土壤侵蝕主要屬于水力侵蝕，基本發(fā)生在達(dá)拉特旗和鄂爾多斯東勝區(qū)境內(nèi)。

圖6 十大孔兌各縣區(qū)不同土壤侵蝕強(qiáng)度面積堆積柱狀圖Fig.6 Accumulation column chart of different soil erosion intensities of Ten Kongduis in each county

圖7 十大孔兌各縣區(qū)不同侵蝕強(qiáng)度面積堆積柱狀圖Fig.7 Columnar chart of accumulation area of different erosion intensities of Ten Kongduis in each county

6 結(jié)論

本研究基于多源數(shù)據(jù)結(jié)合多種土壤侵蝕模型對(duì)2021十大孔兌區(qū)域的土壤侵蝕做出評(píng)估，結(jié)果表明2021度十大孔兌區(qū)域的土壤侵蝕面積為4398.85 km2，占區(qū)域總面積的40.86，其中水力侵蝕和風(fēng)力侵蝕面積分別為2461.56 km2和1937.29 km2。侵蝕強(qiáng)度上，輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈和劇烈土壤侵蝕面積分別為2614.38 km2、1328.74 km2、276.29 km2、194.45 km2和40.15 km2，整體以中輕度侵蝕為主，研究進(jìn)而從多角度分析十大孔兌區(qū)域的土壤侵蝕特征，最終得到如下結(jié)論：

(1)十大孔兌區(qū)域的水力侵蝕離散分布于孔兌上游，而上游屬于砒砂巖丘陵溝壑區(qū)，雖然土地利用類型多為林地和草地，但該區(qū)域的坡度變化大、土壤可蝕性較高且植被覆蓋度相對(duì)較低，使得該區(qū)域土壤抵抗降雨侵蝕的能力不足，最終導(dǎo)致了孔兌上游嚴(yán)重的水力侵蝕。所以十大孔兌水力侵蝕的分布是由區(qū)域地形地貌、植被覆蓋等多因子共合同作用導(dǎo)致的，其中地形地貌對(duì)侵蝕分布的影響相對(duì)較大。

(2)十大孔兌區(qū)域的風(fēng)力侵蝕聚集分布于孔兌中下游，且集中在沙地和耕地上，孔兌中游的庫(kù)布齊沙漠區(qū)域，植被覆蓋度極低，土壤抵抗風(fēng)蝕能力較，是孔兌中風(fēng)蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域，其次是下游的沖洪積平原，但由于耕地的植被覆蓋度較高，擁有一定抵抗風(fēng)蝕的能力，所以侵蝕強(qiáng)度上基本輕度侵蝕。十大孔兌區(qū)域風(fēng)力侵蝕的分布主要受到區(qū)域土地利用和植被覆蓋度的影響。

(3)十大孔兌區(qū)域的土壤侵蝕集中在達(dá)拉特旗、東勝區(qū)和杭錦旗境內(nèi)，且由于各縣區(qū)部分所覆蓋的侵蝕地貌不同，各縣區(qū)在風(fēng)力和水力侵蝕面積比例上有很大異，東勝區(qū)境內(nèi)的部分被砒砂巖丘陵溝壑區(qū)覆蓋，土壤侵蝕以水力侵蝕為主，杭錦旗境內(nèi)的部分靠近中游的庫(kù)布齊沙漠，故以風(fēng)力侵蝕為主，達(dá)拉特旗和準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)的部分包含多種地貌類型，所以風(fēng)力、水力侵蝕面積相不大。