基于遙感和GIS的黃土高原西吉縣土壤侵蝕評價

李雷++蘇廣旭++康廷祥++周子淵+++徐景東++蘇怡寧

摘 要：以寧夏回族自治區(qū)固原市西吉縣為研究區(qū)域，使用通用水土流失方程計算了西吉縣土壤侵蝕強度，并分析了不同坡度和不同土地利用中的土壤侵蝕。結(jié)果表明，西吉縣土壤侵蝕多發(fā)在8～25°的坡地，坡耕地和草地是土壤侵蝕的主要發(fā)生區(qū)域，建議加大坡改梯建設(shè)，維護舊梯田，在草地或有稀少灌木的荒坡草地中種植灌木。

關(guān)鍵詞：水土保持；土壤侵蝕；通用水土流失方程；西吉縣

我國是世界上水土流失最為嚴重的國家之一，嚴重的水土流失，不僅破壞水土資源，惡化生態(tài)環(huán)境，加劇自然災(zāi)害，而且嚴重制約我國經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。通過RS、GIS技術(shù)，可以在較短周期獲取現(xiàn)時性強的定性和定量區(qū)域土壤侵蝕強度信息，從而為水土流失治理工作提供決策依據(jù)。

本研究基于全國水土流失動態(tài)監(jiān)測與公告項目，選取祖厲河渭河上游重點治理區(qū)寧夏回族自治區(qū)固原市西吉縣作為研究區(qū)域，通過RS、GIS結(jié)合外業(yè)實地調(diào)查，并利用通用水土流失方程對該區(qū)域土壤侵蝕強度進行了評價。

1 研究區(qū)域概況

西吉縣隸屬于寧夏回族自治區(qū)南部，六盤山西麓。地處東經(jīng)105°20′-106°04′，北緯35°35′-6°14′，屬黃土高原干旱丘陵區(qū)，地勢南低北高，海拔1688-2633m，總面積3129平方公里。西吉縣地處黃土高原中心地帶，地勢南低，北、東、西漸次增高，東西長67km，南北寬74km。平均海拔2400m，分葫蘆河川道平原區(qū)、西南部黃土丘陵溝壑區(qū)和東北部土石山區(qū)三個地貌類型。境內(nèi)有葫蘆河、清水河、祖厲河三條水系，均屬季節(jié)性河流。地下水儲量估算為7564萬m3/年?，F(xiàn)轄3鎮(zhèn)16鄉(xiāng)，296個行政村，4個居委會，總?cè)丝?1.1萬人，其中農(nóng)業(yè)人口46萬人，占90%，回族29萬人，占56.8%，是寧夏人口第一大縣、少數(shù)民族聚居縣和國家、自治區(qū)扶貧開發(fā)重點縣。

2 研究方法

2.1 模型選取

研究選用經(jīng)驗土壤侵蝕強度評價模型通用水土流失方程USLE作為定量研究西吉縣土壤侵蝕的模型，具體表述為（式（1））：

A=f·R·K·S·L·C·P（1）

式中：A代表土壤侵蝕量（t/km2·a）；R為降雨侵蝕力因子；K表征土壤的可蝕性因子；S和L分別為表征地形特征的坡度和坡長因子；C和P分別是作物覆蓋-管理因子及采取的控制侵蝕措施因子；f使A 的單位（因R、K 使用美制單位）轉(zhuǎn)換為的常數(shù)，其值為224.2。

2.2 降雨侵蝕力因子

本研究采用Wischmeier經(jīng)驗公式（式（2）），該公式既考慮年降水總量，又考慮降水的年內(nèi)分布：

（2）

式中：Pi-各月平均降雨量；P-年平均降雨量。

本研究中收集了西吉縣30年月平均降雨量，如表1所示：

將表1數(shù)據(jù)代入公式進行計算，得出西吉縣R值為53.2921。

2.3 土壤可侵蝕性因子

通過查詢中國土壤數(shù)據(jù)庫，得到西吉縣各種土壤的成分含量，并通過計算得到土壤可侵蝕性K值，并將值賦至西吉縣土壤類型分布圖。

2.4 地形因子

2.5 植被覆蓋因子和水土保持因子

研究中對采用2014年6-9月的資源3號測繪衛(wèi)星影像作為遙感信息源，通過人機交互解譯判讀了西吉縣的土地利用分類，并使用e-cognition軟件結(jié)合該區(qū)域多光譜影像和NDVI對植被圖層中不同植被覆蓋度進行劃分；之后將野外實地調(diào)查的500多個植被解譯標(biāo)志點與NDVI建立回歸關(guān)系，得到研究區(qū)域的植被覆蓋度圖。

植被覆蓋因子采用蔡崇法（2000）提出的植被覆蓋度與C因子的方程（式（10）），該方法簡單，含義明確，適合通過遙感手段在大范圍內(nèi)應(yīng)用：

（10）

式中：C-植被覆蓋因子，c-植被覆蓋度

水土保持措施因子P，是指特定保持措施下的土壤流失量，與未實施保持措施之前，相應(yīng)地塊順坡耕作時的土壤流失量之比值。根據(jù)西吉縣土地利用及農(nóng)田經(jīng)營情況實際調(diào)查并結(jié)合已有研究結(jié)果確定研究區(qū)P值，對水土保持措施因子P賦值，如表2。

3 結(jié)果與分析

3.1 西吉縣土壤侵蝕強度分級統(tǒng)計表

經(jīng)過地圖代數(shù)運算并按照中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準SL190-960《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準》對研究區(qū)域土壤侵蝕量分級，得到西吉縣土壤侵蝕強度圖（圖1）和分級侵蝕面積統(tǒng)計表（表3），結(jié)合圖表易知，微度侵蝕面積占53.03%，輕度及以上土壤侵蝕面積占47.97%，水土流失情況較為嚴重。土壤侵蝕強度空間分布由西南部黃土溝壑丘陵區(qū)、東北土石山區(qū)、葫蘆河川道平原區(qū)依次減弱。

3.2 不同坡度下土壤侵蝕強度統(tǒng)計與分析

按照土壤侵蝕分類分級標(biāo)準，對西吉縣不同坡度的土壤侵蝕強度面積進行了統(tǒng)計，如表4，因微度侵蝕面積較大，影響柱狀對比圖示意效果，故予移除。結(jié)合圖表可以看出，除微度侵蝕外，8～25°的面積占土壤侵蝕面積的79.4%，屬于土壤侵蝕集中區(qū)域。

3.3 不同土地利用下土壤侵蝕強度統(tǒng)計

結(jié)合土地利用類型水土保持效力，將土地利用分類三級類歸并至二級類，如表5，并對不同土地利用類型的土壤侵蝕強度進行分類統(tǒng)計得到表5和圖?？梢钥闯銎赂睾筒莸卣既h面積的32.25%，占所有土壤侵蝕的65%。

4 結(jié)束語

結(jié)合西吉縣土壤侵蝕強度、坡度、土地利用、實地調(diào)查等情況綜合分析，西吉縣土壤侵蝕較為嚴重，土壤侵蝕主要分布在8～25°的坡地上，土地利用類型中以坡耕地與草地所占的比重大。

建議在水土保持治理工作中，重點治理西南部土壤侵蝕集中的區(qū)域，加大坡改梯建設(shè)，維護舊梯田，在草地或有稀少灌木的荒坡草地中更多種植灌木。

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