新疆伊犁土壤侵蝕分布規律及侵蝕量研究

張新艷

(鄯善縣水管總站，新疆 鄯善 838200)

1 研究區概況

伊犁河谷位于天山西部為中國關鍵農牧業基地，其河谷兩側堆積了大量泥土，且谷地具有復雜地形，且有大面斜坡。在豐水的季節，由于坡面抗侵蝕能力脆弱，由此引發水土流失問題。根據統計分析，該區域的水土流失面積達3.74×104km2，達總體的66%的流域總面積，其中被水侵蝕面積高達3.73×104km2，已成為影響生態安全的關鍵因素和生態環境亟待解決的問題[1]。地理位置圖，見圖1。

圖1 地理位置圖

2 數據來源及研究方法

RUSLE分析模式作為關鍵的土壤侵蝕模型分析工具。該工具模型出現給野外土壤分析帶來便捷性，并在多種場景分析中具備優異的處理效果[2]，計算公式為：

A=R*K*L*S*C*P

(1)

式中：A為土壤侵蝕量，t/km2·a；R為降雨侵蝕力度因子，MJ·mm/(hm2·a)；L、S為坡長和坡度因子；C為植被覆蓋度因子；P為水土保持因子。

2.1 氣象數據

通過RLISLE模型計算伊犁土壤侵蝕問題。對此需要獲取區域氣象數據，而該區域的氣象條件處于多變之中，因此會影響該模型的實際使用效果[3]。對此為了實現提升處理效果，本工作中具體收集了2005-2015年中的伊犁及其周邊縣氣象站逐日降水數據，經過一定處理作為數據輸入。

2.2 遙感數據

文章的所有數據來自于包括從美國國家航天局和地理空間數據云下載的免費數據，以及研究團隊前期研究所購買的一部分數據，數據類型為Landsat OLI,TM和MSS。影像拍攝時間為2018年。

2.3 DEM

文章DEM數據采集于某地理空間數據云平臺。對所研究地區的DEM數據進行拼接處理，從而能夠覆蓋該區域，對此可得完整圖片的分辨率為30m×30m下，伊犁地區高程圖，見圖2。對此分析可知，該區域中部低四周高，最高海拔可達5757m;東南地區地勢偏低，海拔最低為314m[3]。

圖2 伊犁地區高程圖

2.4 土壤數據

對應的土壤數據采集與世界土壤數據庫，其由HWSD所提供。該數據庫中，中國境內數據主要采集自南京土壤所第二次全國土地調查1:100萬土壤數據[4]。數據的空間分辨率為1km，數據格式為grid柵格格式，投影為WGS84，主要分類系統為FAO-900。

3 土壤侵蝕各因子計算

3.1 降雨侵蝕力因子

文章研究主要對象為伊利河谷及其周邊地區，而根據相應額數據模型擬合分析可知，對應的適應性數據計算方式為[5]：

(2)

式中：R為年降雨侵蝕力，M·mm)/hm2·h·a；P為為第i月的降雨量，mm；P為年平均降雨量，mm。上述計算方法相對簡便，對應的數據也便于獲取，對應的精度也相對較高。由此將上述公式作為本項目的主要計算工具模型，對此可以獲取對應的年降雨侵蝕力，降雨侵蝕力分布圖，見圖3。

圖3 降雨侵蝕力分布圖

伊犁地區總體R因子平均值處于1600至5014之間。在空間分布上，西南部和中東部地區R值分布較高，其中最大值多位于中東區域，R值最大值為5014，北部地區的降雨侵蝕力值平均水平較低。

3.2 坡度

一般而言，水土流失問題出現同地形地貌條件密不可分，而地形地貌條件中主要影響因素為坡度因子和坡長因子等。因此在文章研究中，首先考慮土壤地形坡度因子和坡長因子。對此依托獲取的相關數據在ArcGIS 10.2軟件中，利用DEM高程模型，然后運用“空間分析”模塊中的“地表分析”工具生成研究區的坡度分布柵格圖，并按5°、5°-8°、8°-15°、15°-25°、25°-35°和>35°的范圍進行重新分類。

根據統計，伊犁坡度的平均值為20.65°，最大值為80.10°，最小值為0°。坡度分布圖，見圖4。由上圖4可以看出，伊犁中部及中西部地區的坡度值較小，該地區多為平地，相應地土壤侵蝕強度也較低。中部以外的地區坡度值逐漸增高，地勢險峻，土壤侵蝕發生的強度也會相應升高。

圖4 坡度分布圖

3.3 植被覆蓋因子

根據分析可知，被植被覆蓋區域土壤緊實，因而侵蝕影響相對被抑制。對此可根據植被覆蓋程度機型相應的分析。根據DEM數據，依托Arc-GIS地表分析技術形成對應的地形坡度功能。此外為了降低該模型針對遙感數據的不確定性問題，依托envi軟件繼續寧植被覆蓋區域和非覆蓋區域的分別提取，并將NDVIsoil和NDVIve值代入公式進行計算，提高植被覆蓋精度[6]。

(3)

式中：NIR為近紅外波段，R為紅波段。

(4)

式中：c為植被覆蓋密度因子，%；NDVIsoil為荒地或者沒有植被覆蓋區域的NDVI值；NDVIveg為全部被植被覆蓋區的NDVI值[7]。

伊犁地區植被覆蓋總體較高，平均值為0.65，在地區邊界的高山處植被覆蓋較平均值低，中東部地區植被覆蓋度最高，最大值為0.92.結合土壤可蝕性圖與坡度圖來看，坡度較高的山地植被覆蓋度出現降低，土壤可蝕性提升。植被因子覆蓋圖，見圖5。

圖5 植被因子覆蓋圖

3.4 土壤可蝕性

侵蝕對土壤的影響極大，容易造成土壤疏松，水土流失的情況。根據分析可知，這種侵蝕作用實際上是各種的因素作用于土壤的綜合影響。對此文章依托土Wischmeier等人方法模型進行計算，獲得K值公式。

K=[2.1×10-4(12-0M)M1.14+3.25(S-2)+2.5(P-3)/100×Ratio]

(5)

式中：K為土壤可蝕性值，t·h·hm-4·MJ·mm-1；OM為土壤有機質含量百分比，%;M為美制區分(粉粒+極細砂)與(100——黏粒)百分比之積；S為土壤結構系；P為滲透等級，S和P依托對照表獲取;Ratio表示美制單位轉國標的系數，一般取值0.1317。

獲取到的伊犁地區土壤空間分布數據是矢量數據，依托ArcGIS10.2軟件的轉換工具進行數據轉換。對此根據公式(2)，可計算出該區域土壤可蝕性值(K)。伊犁地區土壤可蝕性因子，見圖6。經計算可知對應的土壤可蝕性因子平均值為0.0491。而腐蝕性低地區為中部地區，其中最小值是0。伊犁中部地區整體的土壤可蝕性值處于中等水平，趨近于平均值。伊犁土壤侵蝕強度分布圖，見圖7。

圖6 伊犁地區土壤可蝕性因子

圖7 伊犁土壤侵蝕強度分布圖

4 土壤侵蝕分布與侵蝕量分析

對此文章進行相關統計分析。根據研究可知，可將該區域的土壤類型分為無土壤侵蝕強度類型，建設用地劃分為微土壤侵蝕強度類型。土壤侵蝕強度劃分標準，見表1。

表1 土壤侵蝕強度劃分標準

表2 伊犁土壤侵蝕面積占比表

從圖7可知，該區域土壤侵蝕分布不集中，由此分布面積較為廣泛，整體達總流域面積的45.1%。這些侵蝕區域當多處于平原、高臺區域以及丘陵地區等。輕、中度區域比列分別為29.6%、3.2%。以強度和高強度為主要形式，這些區域分別占比為1.4%、11.3%。而劇烈區域相對較少，主要分布在山區，主要特點為植被稀疏，土壤疏松，且對應的比例為0.57%，而主要侵蝕嚴重時段為春季伊犁土壤侵蝕量計算表，見表3。

表3 伊犁土壤侵蝕量計算表

根據相關計算可知，年均侵蝕量為19.556萬t，對應的單位總量可達3.120萬t/km2·a。此外根據表3可知，對應的侵蝕情況分別為：微度侵蝕2.82萬km2，565.3萬t；輕度侵蝕1.85萬km2，927.65t；中度侵蝕0.20萬km2，501.4萬t；侵蝕量最小的區域為強烈侵蝕0.08萬km2，438.75萬t，伊犁年侵蝕量最大的區域是劇區域，侵蝕面積0.58萬km2。

圖8 侵蝕面積與侵蝕量占比圖

5 結 論

文章依托來自各大研究單位的DEM格式的遙感數據，并依托這些數據對當前伊犁河谷進行模型分析，得出：伊犁地區總體R因子平均值處于1600-5014之間，侵蝕力較低，坡度的平均值為20.65°，最大值為80.10°，最小值為0°。植被覆蓋總體較高，平均值為0.65。根據分析可知，對應的該地區的微性腐蝕面積達45.1%，占比第一，而強烈區域面積最小，其對應面積比例為1.4%。對應侵蝕量劇烈區域展占量達8837萬t，而對應的強烈區域侵蝕量為433萬t。