孟良崮小流域水土流失動態(tài)變化及影響因素

董明明，邢先雙，郭 靜，孟 琳，杜子龍，陳 建

(1.山東省水文中心，山東 濟南 250002； 2.濰坊市水文中心，山東 濰坊 261061；3.水發(fā)技術(shù)集團有限公司，山東 濟南 250100)

1 研究區(qū)概況

孟良崮小流域位于山東省臨沂市蒙陰縣垛莊鎮(zhèn)(118°17′E、35°58′N)，地勢東北高、西南低；屬暖溫帶大陸性季風氣候區(qū)，四季分明，雨熱同期，年均降水量733.4 mm，降水主要集中在7—9月，年均氣溫12.8 ℃，極端最高氣溫40 ℃，極端最低氣溫-21.1 ℃，年均無霜期200 d；母巖以花崗巖、片麻巖等為主，土壤多為黃棕壤和棕壤，質(zhì)地以砂質(zhì)壤土為主。小流域內(nèi)生產(chǎn)活動以農(nóng)業(yè)為主，主要農(nóng)作物有小麥、水稻、玉米、大豆、花生等；水土流失以水力侵蝕為主，水土保持措施以低標準土坎梯田為主。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

采用山東省水土保持監(jiān)測站提供的研究區(qū)2 m分辨率GF-1影像數(shù)據(jù)，采樣時間為2015、2019年的3月，時值春季植被覆蓋情況較好，有利于解譯土地利用和水土保持措施信息。

2.2 研究方法

以孟良崮小流域為研究區(qū)，采用遙感監(jiān)測、野外調(diào)查、模型計算和統(tǒng)計分析相結(jié)合的方法，開展水土流失因子提取、侵蝕模數(shù)計算和動態(tài)變化分析，在現(xiàn)狀調(diào)查(2019年)的基礎(chǔ)上，分析2015—2019年水土流失動態(tài)變化，以期為小流域綜合治理提供依據(jù)。

(1)水力侵蝕模型。采用中國土壤流失方程(CSLE)計算土壤侵蝕模數(shù)，方程基本形式為

A=R·K·L·S·B·E·T

(1)

式中：A為土壤侵蝕模數(shù)；R為降雨侵蝕力因子；K為土壤可蝕性因子；L為坡長因子；S為坡度因子；B為植被覆蓋與生物措施因子；E為水土保持工程措施因子；T為耕作措施因子。

其中：采用水利部下發(fā)的250 mR因子及24個半月降雨侵蝕力比例，經(jīng)投影變換，重采樣，生成10 mR因子柵格數(shù)據(jù)。K因子采用水利部下發(fā)的10 mK因子柵格數(shù)據(jù)。利用MODIS歸一化植被指數(shù)產(chǎn)品，采用參數(shù)修訂方法，得到24個半月30 m空間分辨率的植被覆蓋度，結(jié)合24個半月降雨侵蝕力比例和土地利用類型計算B因子值，經(jīng)面轉(zhuǎn)柵格，生成10 m空間分辨率的B因子柵格數(shù)據(jù)。根據(jù)解譯獲取的土壤侵蝕地塊屬性表的工程措施類型或代碼字段值，查水土保持工程措施因子賦值表，獲取土坎水平梯田E因子值為0.084，經(jīng)面轉(zhuǎn)柵格，生成10 m空間分辨率的E因子柵格數(shù)據(jù)。根據(jù)解譯獲取的土壤侵蝕地塊屬性表的耕作措施輪作區(qū)代碼字段值，查耕作措施輪作措施賦值表，獲取山東丘陵水澆地二熟旱坡地花生棉花一熟區(qū)T因子值為0.425，經(jīng)面轉(zhuǎn)柵格，生成10 m空間分辨率的T因子柵格數(shù)據(jù)。另外，L、S因子的計算公式分別為

(2)

(3)

(4)

上三式中：λi、λi-1分別為第i個和第i-1個坡段的坡長，m；m為坡長指數(shù)；θ為坡度，(°)。

當?shù)貕K的坡度大于30°時，一律取30°代入公式計算坡度因子。除執(zhí)行上述規(guī)定外，林地采用公式S=10.8sinθ+0.03計算S因子值。生成的L、S因子柵格數(shù)據(jù)分辨率均重采樣為10 m。

(2)土壤侵蝕模數(shù)計算。基于GIS平臺，采用中國土壤流失方程(CSLE)和因子計算值，對各因子進行圖層柵格乘積運算，得到每個柵格的土壤侵蝕模數(shù)。依據(jù)《土壤侵蝕分類分級標準》(SL 190—2007)，進行土壤侵蝕強度分級。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用現(xiàn)狀及動態(tài)變化

孟良崮小流域土地總面積104 hm2，土地利用以林地(有林地、灌木林地)為主，其次為耕地(旱地)和園地(果園)，之后是交通運輸用地(農(nóng)村道路和其他交通用地)和建設(shè)用地(農(nóng)村建設(shè)用地)。2015—2019年研究區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣見表1。由表1知，2015—2019年土地利用轉(zhuǎn)移主要為耕地向園地和林地的轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移面積分別為2.82、1.53 hm2，此外園地向耕地和林地的轉(zhuǎn)移面積分別為0.72、0.01 hm2，林地向耕地的轉(zhuǎn)移面積為0.92 hm2；各土地利用類型面積中耕地面積減少了2.71 hm2，園地面積增加了2.09 hm2，林地面積增加了0.62 hm2，其他土地利用類型面積無變化。

表1 2015—2019年研究區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

3.2 植被覆蓋現(xiàn)狀及動態(tài)變化

2015、2019年研究區(qū)園地、林地不同覆蓋度面積見表2。2019年研究區(qū)園地、林地覆蓋面積為80.31 hm2，總體上以中覆蓋度及以上面積占主體。與2015年相比，2019年園地、林地覆蓋面積增加了2.71 hm2，其中低覆蓋度和中低覆蓋度面積有所下降，分別下降了15.20、1.71 hm2，中、中高、高覆蓋度面積有所增加，分別增加了2.57、2.18、14.90 hm2。這說明研究區(qū)植被覆蓋面積有所增加，植被狀況整體向好。

表2 2015、2019年研究區(qū)園地、林地不同覆蓋度面積

3.3 水土流失現(xiàn)狀與動態(tài)變化

2019年研究區(qū)不同土地利用類型(二級類)水土流失面積統(tǒng)計見表3。2019年研究區(qū)水土流失總面積為54.42 hm2，占土地總面積的52.33%，總體上以輕度侵蝕(46.76 hm2)為主，其次為中度侵蝕(5.79 hm2)，局部有強烈侵蝕、極強烈侵蝕和劇烈侵蝕分布，面積較少，分別為0.97、0.17、0.73 hm2。水土流失主要發(fā)生在有林地和灌木林地，面積分別為18.98、15.31 hm2，其次是果園和旱地，面積為9.33、8.67 hm2，農(nóng)村建設(shè)用地和農(nóng)村道路水土流失面積較少，分別為1.10、1.03 hm2。2019年各侵蝕強度水土流失分布見圖1。

表3 2019年研究區(qū)不同土地利用類型(二級類)水土流失面積統(tǒng)計

圖1 2019年研究區(qū)各侵蝕強度水土流失分布

2015—2019年研究區(qū)水土流失面積動態(tài)變化見表4。分析水土流失面積變化的原因，一方面是隨著研究區(qū)土地利用的轉(zhuǎn)變，特別是園地和林地面積增加，以及植被覆蓋度的提高，水土流失整體呈下降趨勢；另一方面是流域管理部門加強了監(jiān)督管理，關(guān)停了部分采礦項目，嚴重水土流失區(qū)域得到了有效治理。

表4 2015—2019年研究區(qū)水土流失面積動態(tài)變化

4 建 議

外業(yè)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：2015—2019年研究區(qū)造林和梯田面積沒有變化，但是由于水保措施效益的持續(xù)發(fā)揮，流要地類林地中楊樹較多，林下除草是造成林地水土流失的主要原因；園地以種植山楂、板栗為主，多為坡地果園，地表覆蓋物少，容易形成水土流失；耕地水土流失多發(fā)生于緩坡耕地。因此，建議在研究區(qū)造林要因地制宜，在林下種植有經(jīng)濟效益的灌木及草本植物，發(fā)揮其減少水土流失、涵養(yǎng)水源的作用；探索適宜于緩坡耕地的綜合治理模式、植被帶建設(shè)技術(shù)、降水就地攔蓄地埂修筑技術(shù)，通過深翻整地或增施有機肥等措施提高耕地質(zhì)量；當?shù)剞r(nóng)民水土保持意識還較薄弱，應(yīng)加大宣傳力度，保障水土保持措施效益的持續(xù)發(fā)揮。