沂蒙山區(qū)土壤侵蝕監(jiān)測與建議

徐淑鵬 ，梁瑜晗 ，徐 晶

沂蒙山區(qū)地處淮河流域的東北部，是山東省土壤侵蝕較為嚴(yán)重的地區(qū)，本文利用“3S”技術(shù)對沂蒙山區(qū)的土壤侵蝕狀況進(jìn)行監(jiān)測，通過分析土壤侵蝕相關(guān)數(shù)據(jù)，從研究區(qū)整體和縣域尺度對研究區(qū)土壤侵蝕現(xiàn)狀進(jìn)行了空間分布特征分析。本研究考慮到行政區(qū)域的完整性和水力侵蝕的地形地貌特征，結(jié)合DEM數(shù)據(jù)，對該地區(qū)主要山地丘陵區(qū)范圍內(nèi)的縣級行政區(qū)進(jìn)行提取，并以提取的各縣行政區(qū)外邊界作為研究區(qū)邊界。研究區(qū)涉及山東省臨沂市及濰坊市、濟(jì)寧市、日照市、淄博市的部分地區(qū)，共計(jì)14個縣（市），總面積23729km2。沂蒙山區(qū)屬于暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫12～14℃，多年平均降水量為830mm，汛期平均降水量為592mm。研究區(qū)屬于斷塊構(gòu)造發(fā)育，海拔在40～1150m之間。植被類型為暖溫帶落葉闊葉林，土壤類型主要為棕壤土、褐土、潮土。研究區(qū)主要為山地丘陵，因此水土流失類型以水力侵蝕為主。

1 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究基于“3S”技術(shù)與土壤侵蝕模型（USLE模型）進(jìn)行研究區(qū)土壤侵蝕量計(jì)算。該模型表達(dá)式為：

式中：A 為土壤侵蝕模數(shù)，t·km－2·a－1；R 為降雨侵蝕力因子，MJ·mm·km－2·h－1·a－1；K 為土壤可蝕性因子，t·km2·h·MJ－1·mm－1·km－2；L 為坡長因子；S為坡度因子；C為植被覆蓋和經(jīng)營管理因子；P為水土保持措施因子。

氣象數(shù)據(jù)為研究區(qū)周邊國家級氣象站降雨數(shù)據(jù)，土壤類型數(shù)據(jù)來自山東省土壤類型圖，地形數(shù)據(jù)來自山東省30m分辨率DEM，遙感數(shù)據(jù)為2012年夏季LandsatTM影像。各參數(shù)具體處理方法如下：

1）降雨侵蝕力因子（R）作為土壤侵蝕氣候因子的定量評價指標(biāo)，反映降雨引起土壤侵蝕的潛在能力，計(jì)算公式如下：

式中：Pi表示月降雨量，mm；P為年降雨量，mm。

2）土壤可蝕性因子（K）根據(jù)本研究實(shí)地調(diào)查和山東省土壤類型圖矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行賦值和柵格轉(zhuǎn)換，得到研究區(qū)K值柵格數(shù)據(jù)。

3）坡長因子（L）與坡度因子（S）計(jì)算如下：

式中：λ為坡長，m；m為坡長指數(shù)；θ為坡度。

4）植被覆蓋和經(jīng)營管理因子（C）計(jì)算如下：

式中：N為植被覆蓋度，%。

5）水土保持措施因子（P）。水土保持因子（P）大小由土壤流失與標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域上土壤流失之比決定。結(jié)合本研究區(qū)的水土保持狀況，將P值與C值合并進(jìn)行分析計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)土壤侵蝕模數(shù)空間分布特征

通過ArcGIS空間分析模塊，基于USLE模型對各因子?xùn)鸥駭?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到研究區(qū)2012年土壤侵蝕模數(shù)。可知，研究區(qū)土壤侵蝕模數(shù)的空間分布具有明顯差異，西北部高于其他區(qū)域，土壤侵蝕模數(shù)由西北向東南逐漸減小。其空間變化特征與降雨侵蝕力一致，表明氣候因子對水土流失具有顯著作用。

2.2 研究區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度空間分布特征

對研究區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行分級，并對不同土壤侵蝕強(qiáng)度的面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知，研究區(qū)總體上以輕度侵蝕分布最廣，其面積為10077km2，占總面積的42.47%；中度及以上侵蝕的面積為6423km2，占總面積的27.07%；發(fā)生土壤侵蝕面積達(dá)研究區(qū)面積的69.54%。由此可見，沂蒙山區(qū)屬于山東省內(nèi)土壤侵蝕較為嚴(yán)重的地區(qū)。

將研究區(qū)內(nèi)各縣不同土壤侵蝕強(qiáng)度下所對應(yīng)的面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對比（圖1），并依據(jù)土壤侵蝕模數(shù)200t/km2·a將各縣劃分為土壤侵蝕區(qū)和非土壤侵蝕區(qū)，并計(jì)算各類型區(qū)面積，可知各縣土壤侵蝕狀況具有明顯差異。從各級土壤侵蝕強(qiáng)度對比（圖2）分析可知，莒南縣、臨沂市、臨沭縣、蒼山縣和郯城縣以微度侵蝕即非水土流失為主，土壤侵蝕面積占總面積的42.4%以下，其中臨沭縣和郯城縣土壤侵蝕面積僅占縣域面積的9.6%和11.0%，土壤侵蝕程度較輕；臨朐縣、沂水縣、莒縣、蒙陰縣、泗水縣、沂南縣、平邑縣和費(fèi)縣以輕度侵蝕為主，但各級土壤侵蝕總面積達(dá)到各縣面積的72.2%～96.1%；而沂源縣土壤侵蝕面積為縣域面積的99%，輕度～劇烈侵蝕強(qiáng)度所占面積較均勻，土壤侵蝕較為嚴(yán)重。

圖1 各縣不同土壤侵蝕程度所對應(yīng)面積

圖2 各縣土壤侵蝕面積比例

3 結(jié)論與建議

1）沂蒙山區(qū)土壤侵蝕程度整體上呈現(xiàn)出自西北向東南逐漸減小的趨勢。這與降雨侵蝕力因子的空間分布規(guī)律相一致，因此在大尺度土壤侵蝕監(jiān)測中，應(yīng)重點(diǎn)結(jié)合降雨等氣候因子進(jìn)行土壤侵蝕驅(qū)動力分析。

2）沂源縣、臨朐縣、蒙陰縣土壤侵蝕最為嚴(yán)重，土壤侵蝕面積達(dá)到90%以上，應(yīng)及時采取相關(guān)措施進(jìn)行治理；臨沭縣和郯城縣的土壤侵蝕面積約占縣域面積的10%，可考慮在今后的開發(fā)建設(shè)中以預(yù)防保護(hù)為主，預(yù)防土壤侵蝕的發(fā)生發(fā)展。

3）針對沂蒙山區(qū)不同縣區(qū)土壤侵蝕程度空間差異較大的現(xiàn)狀，應(yīng)加強(qiáng)沂蒙山區(qū)水土資源的保護(hù)與監(jiān)測，保護(hù)好現(xiàn)有水土保持成果；對植被稀疏地區(qū)應(yīng)積極開展退耕還林、還草等植被恢復(fù)措施；另外，通過坡面、溝道治理措施和小型水利工程措施改變坡面和溝道徑流特征，也是研究區(qū)較為實(shí)際的土壤侵蝕治理措施。