朝陽縣土壤風蝕空間分布及時間變化特征分析

張寶波

(朝陽縣古山子鎮(zhèn)水利水保站,遼寧 朝陽 122644)

朝陽縣屬于半濕潤半干旱大陸性季風氣候,地處遼西低山丘陵區(qū),一直以來該區(qū)域飽受土壤風蝕和大風天氣的侵擾,特別是強烈的人類生產(chǎn)活動以及用地類型的改變加劇了風蝕過程,土壤風蝕引起的土壤退化、揚沙天氣等嚴重威脅著境內(nèi)生態(tài)安全[1]。研究表明,我國每年因風蝕引起的有機碳、總氮流失量高達700萬t和400萬t,風蝕逐漸成為導致土壤碳氮流失的主要因素[2]。風蝕造成的細顆粒損失會使土壤結構更加沙質化,而細顆粒損失使土壤養(yǎng)分含量及有效性進一步下降,其中細顆粒物損失主要受土壤性質及地上部植被狀態(tài)等因素的影響[3-7]。近年來,我國許多學者廣泛探討了風蝕物垂直分布及其含量的變化規(guī)律、風蝕對土壤質量的影響等,而定量分析土壤風蝕物粒度與地表土壤養(yǎng)分組成及損失關系的較少。因此,為改善朝陽縣境內(nèi)流域可持續(xù)發(fā)展環(huán)境,有效解決該段流域風蝕荒漠化問題,有必要動態(tài)監(jiān)測分析流域土壤風蝕情況,旨在為科學治理大、小凌河及其它相似流域生態(tài)環(huán)境提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

朝陽縣地處中緯段,屬于溫帶大陸性季風氣候區(qū),年均降水量487.9mm,夏季占全年的80%左右,易造成不同時段的干旱。年均蒸發(fā)量1600～2000mm,春秋季多風易旱,風力2～3級,冬季風力較強,盛行西北風。縣域內(nèi)土壤類型以褐土為主,土壤通透性差,腐殖質薄,抗沖蝕性弱,土壤侵蝕嚴重,極易發(fā)生水土流失。植被屬華北植物區(qū)系,以人工林為主,樹種主要有柳樹、紫穗槐、刺槐、楊樹、荊條、油松、沙棘等,經(jīng)濟林主要有大扁杏、山杏、棗,種主要有狗尾草、披堿草、燕麥草、紫花苜蓿、沙打旺、蒲公英等。

朝陽縣主要有大、小凌河兩個水系,其中大凌河在朝陽縣境內(nèi)長57km,流經(jīng)西北部5個鄉(xiāng)鎮(zhèn),流域面積10135km2,縣域內(nèi)年均徑流量77634.1萬m3,主要支流有烏蘭河碩河、第二牤牛河、大房申河、馬家店河、下三家河、老虎山河、李杖子河、十二臺河、西德立吉河、黃道營子河、勝利河、十家子河、花張營子河、古山子河、東五家子河、奈林皋河;小凌河在朝陽縣境內(nèi)長118km,流經(jīng)東南部9個鄉(xiāng)鎮(zhèn),流域面積2001km2,縣域內(nèi)年均徑流量24992.49萬m3,主要支流有廣富營子河、大車戶溝河、黑牛營子河、孤竹營子河、滾龍河、根德營子河、朝陽溝河、四臺營子河、大四家子河、五十家子河、巴圖營子河。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究選取朝陽縣境內(nèi)凌河流域所轄賈家店(編碼1#)、大杖子(編碼2#)、曹杖子(編碼3#)、洞子溝(編碼4#)、白大營(編碼5#)、四家子(編碼6#)、二道營(編碼7#)、東五家子(編碼8#)、苑杖子(編碼9#)、鞠杖子(編碼10#)、西房身(編碼11#)、王三溝(編碼12#)、半截溝(編碼13#)、溝門子(編碼14#)、北山(編碼15#)、梁東(編碼16#)、河東(編碼17#)、東大道(編碼18#)、秦家溝(編碼19#)、盧杖子(編碼20#)、南洼(編碼21#)、八大孟克(編碼22#)、滿達(編碼23#)、扎蘭營子(編碼24#)、三人溝(編碼25#)、大溝門(編碼26#)、西大溝(編碼27#)、于杖子(編碼28#)、金杖子(編碼29#)、廟溝(編碼30#)、元寶(編碼31#)、東南溝(編碼32#)共32條小流域為研究對象,由朝陽縣水土保持部門提供各小流域2018年和借鑒張濟等關于運用干燥度指數(shù)法來對遼西北地區(qū)土壤風蝕荒漠化的判斷分析一文中的分析數(shù)據(jù),并對朝陽縣土壤風蝕遙感解譯數(shù)據(jù)[8]。

2.2 計算方法

根據(jù)朝陽縣境內(nèi)大、小凌河所轄32條小流域土壤風蝕遙感解譯數(shù)據(jù)分別計算2018年和2022年各小流域中度、輕度風蝕面積比例及其占總風蝕面積比例,并利用公式(1)計算面積比例變化率Vi,其表達式為[9]:

(1)

式中:Si2022、Si2018為2022年和2018年小流域i的土壤風蝕面積比例。

3 結果與分析

3.1 土壤風蝕空間分布特征

小流域土壤風蝕面積比例變化圖見圖1。

圖1 小流域土壤風蝕面積比例變化圖

從圖1可以看出,2018年和2022年苑杖子(編碼9#)、鞠杖子(編碼10#)、西房身(編碼11#)、王三溝(編碼12#)、溝門子(編碼14#)、梁東(編碼16#)、河東(編碼17#)、東大道(編碼18#)、盧杖子(編碼20#)、南洼(編碼21#)、大溝門(編碼26#)、西大溝(編碼27#)、金杖子(編碼29#)、東南溝(編碼32#)共14小流域的風蝕面積比例超過50%,其中鞠杖子(編碼10#)、西房身(編碼11#)小流域風蝕面積比例均達到100%,2018年八大孟克(編碼22#)小流域的土壤風蝕面積比例也超過50%;2018年和2022年洞子溝(編碼4#)、白大營(編碼5#)、四家子(編碼6#)、二道營(編碼7#)及2022年八大孟克(編碼22#)小流域的土壤風蝕面積比例為0;其它小流域2018年和2022年的土壤風蝕面積比率處于2.5%～50.0%之間。

從圖2可以看出,2018年和2022年朝陽縣境內(nèi)的32個小流域土壤風蝕以輕度為主,其中2018年和2022年均為輕度土壤風蝕的小流域共有17條,分別為賈家店(編碼1#)、大杖子(編碼2#)、曹杖子(編碼3#)、東五家子(編碼8#)、河東(編碼17#)、東大道(編碼18#)、秦家溝(編碼19#)、盧杖子(編碼20#)、滿達(編碼23#)、扎蘭營子(編碼24#)、三人溝(編碼25#)、大溝門(編碼26#)、西大溝(編碼27#)、于杖子(編碼28#)、金杖子(編碼29#)、廟溝(編碼30#)、元寶(編碼31#)。2018年苑杖子(編碼9#)、西房身(編碼11#)、王三溝(編碼12#)、半截溝(編碼13#)、溝門子(編碼14#)、北山(編碼15#)、梁東(編碼16#)、南洼(編碼21#)、八大孟克(編碼22#)、東南溝(編碼32#)10條小流域存在一定程度的中度風蝕,其中苑杖子(編碼9#)、北山(編碼15#)、八大孟克(編碼22#)和東南溝(編碼32#)4條小流域的中度風蝕比例超過50%。2022年苑杖子(編碼9#)、鞠杖子(編碼10#)、西房身(編碼11#)、王三溝(編碼12#)、半截溝(編碼13#)、溝門子(編碼14#)、北山(編碼15#)、梁東(編碼16#)、東南溝(編碼32#)9條小流域存在一定程度的中度風蝕,其中苑杖子(編碼9#)、半截溝(編碼13#)、東南溝(編碼32#)3個小流域的中度風蝕比率>50%。

(a)2018年

3.2 土壤風蝕時間變化特征

小流域土壤風蝕面積比例變化率,見圖3。

圖3 小流域土壤風蝕面積比例變化率

從圖3可以看出,2018—2022年朝陽縣境內(nèi)大、小凌河所轄大多數(shù)小流域土壤風蝕面積比例沒有發(fā)生改變,只有苑杖子(編碼9#)、東南溝(編碼32#)小流域增加了6.4%和14.3%,而南洼(編碼21#)、八大孟克(編碼22#)、滿達(編碼23#)、扎蘭營子(編碼24#)4個小流域土壤風蝕面積比例均出現(xiàn)一定的減小,特別是八大孟克(編碼22#)小流域降幅最大達到100%,滿達(編碼23#)和扎蘭營子(編碼24#)小流域降幅也較大為67.4%、53.5%。

小流域不同程度土壤風蝕面積比例變化率,見圖4。

(a)輕度風蝕

從圖4可以看出,2018—2022年西房身(編碼11#)、王三溝(編碼12#)、北山(編碼15#)、南洼(編碼21#)、東南溝(編碼32#)小流域土壤輕度風蝕面積比例表現(xiàn)出一定的上升趨勢,除苑杖子(編碼9#)、半截溝(編碼13#)、溝門子(編碼14#)外其它小流域土壤中度風蝕面積比均表現(xiàn)出一定的下降趨勢。綜合考慮圖3變化率可知,除苑杖子(編碼9#)、半截溝(編碼13#)、溝門子(編碼14#)外,土壤中度風蝕面積比例的下降是輕度風蝕面積比例增加的主要來源,而鞠杖子(編碼10#)、半截溝(編碼13#)、溝門子(編碼14#)、八大孟克(編碼22#)小流域土壤輕度風蝕面積比例均表現(xiàn)出一定的下降趨勢[10]。

綜上分析,朝陽縣境內(nèi)大、小凌河所轄小流域風蝕程度整體表現(xiàn)出下降趨勢,風蝕面積比例也表現(xiàn)出減少趨勢,研究分析導致該變化的原因如下:①近年來大、小凌河得到有效治理,通過種草造林使得凌河岸邊逐漸形成護灘林、護岸林保護帶;②朝陽縣水利部門對丘陵漫崗地帶實施林網(wǎng)控制和大規(guī)模造林,對其它難以治理和疏林地實施封山育林整治,使流域內(nèi)逐漸達到林成網(wǎng)的局面;③對坡耕地等實施等高耕作、修建梯田等有效措施,有效控制了水土流失,達到了涵養(yǎng)水源的作用[11-13]。

4 結 論

文章以朝陽縣2018年和2022年32條小流域土壤風蝕遙感解譯數(shù)據(jù)為依托,從空間分布及時間變化上揭示該區(qū)域土壤風蝕特征。結果表明:2018年和2020年土壤風蝕面積占比達到50%的小流域有14條,其中2條風蝕面積比例達到100%;研究期間朝陽縣境內(nèi)的32個小流域土壤風蝕以輕度為主,其中2018年和2022年均為輕度土壤風蝕的小流域共有17條,其它小流域均存在一定的輕度和中度侵蝕面積比例;隨著時間的變化土壤風蝕程度整體呈下降趨勢,風蝕面積比例也表現(xiàn)出減小趨勢。