中国水土保持ＳＷＣＣ ２０１１年第１期 ・３９・ 汶川地震重灾区土壤侵蚀敏感性评价 徐天献 ，王玉宽 ，傅斌 （１．中科院／水利部成都山地灾害与环境研究所，四川成都６１００４１；２．中国科学院研究生院，北京１０００４９） ［关键词］土壤侵蚀；敏感性；评价；地震重灾区；汶川 ［摘要］以通用土壤流失方程为基础，选择降雨侵蚀力、土壤可蚀性、地形起伏度、植被覆盖自然因子作为土壤侵蚀敏 感性的评价指标，根据汶川地震重灾区自然环境特征，制定评价指标的分级标准，在ＧＩＳ技术支持下生成单因子敏感性 评价图，在此基础上基于ＡｒｃＧＩＳ的空间叠加分析功能，完成单因子的叠加运算，从而实现土壤侵蚀敏感性综合评价。结 果表明：研究区土壤侵蚀敏感性以高度敏感和中度敏感为主，轻度敏感次之，不敏感和极敏感所占比例较小。空间上土 壤侵蚀敏感性呈块状不连续分布，但侵蚀敏感性区域又相对集中，分布特征与地貌类型关系较大。针对不同的土壤侵蚀 敏感等级。提出了相应的水土保持对策。 ［中图分类号］Ｓ１５７ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１０００—０９４１（２０１１）０１—００３９—０４ 造成严重影响。根据全国第二次土壤侵蚀遥感调查，研究区土 壤侵蚀总面积３４ ９５３．３ ｋｍ ，其中轻度侵蚀１０ ６００．４ ｋｍ ，中度 侵蚀１５ ６７８．４ ｋｍ ，强烈及其以上侵蚀８ ６７４．５ ｋｍ 。 ２研究方法 土壤侵蚀敏感性是指在自然状况下发生土壤侵蚀可能性 的大小，它是评价生态系统对人类活动影响的敏感程度的指 标，有利于人们认识易形成土壤侵蚀的区域并进行科学防 治” 。目前，国内外对土壤侵蚀敏感性评价有多种方法，不同 地区采用的方法差异较大，尚未出现应用范围较广、适用性较 强的评价模型，加上对土壤侵蚀敏感性等级的界定没有统一的 标准，因此对影响土壤侵蚀敏感性的各单因子评价也未能完全 做到定量化 。鉴于此，本研究以汶川地震重灾区为研究区 域，结合通用土壤流失方程及研究区自然环境特征，选取合适 的土壤侵蚀影响因子及计算模型，建立了研究区土壤侵蚀敏感 ２０世纪６０年代初，Ｗｉｓｃｈｍｅｉｅｒ和Ｓｍｉｔｈ提出了如式（１）所 示的通用土壤流失方程（ＵＳＬＥ） Ｊ Ａ＝Ｒ・Ｋ・ＬＳ・Ｃ・Ｐ （１） 式中：Ａ为土壤流失量； 为降雨侵蚀力因子；Ｋ为土壤可蚀性因 子；ＬＳ为地形因子，即坡度与坡长因子；Ｃ为植被覆盖因子；Ｐ为 水保措施因子。 性评价指标体系，并在ＡｒｃＧＩＳ软件支持下，完成了对研究区土 壤侵蚀敏感性有影响的单因子及多因子综合评价，得到了研究 区土壤侵蚀敏感性的数量特征及空间分布特征，为研究区灾后 重建及水土保持规划提供了科学依据。 １研究区概况 ＵＳＬＥ已被广泛地应用于我国土壤侵蚀的预报和防治 ， 如周伏建等 采用ＵＳＬＥ和数量化理论分别预报了福建省顺坡 撂荒地和具有植物措施的坡地土壤流失量；张宪奎等 通过对 ７年试验数据的分析，建立了黑龙江省土壤流失方程并确定了， ２００８年５月１２日，中国西南地区遭受了一场里氏８．０级 的大地震。地震造成了重大的人员伤亡和财产损失，同时也对 区内生态环境造成了巨大破坏。地震重灾区位于四川省西北 部川西高原向盆地的过渡地带，涉及成都、绵阳、德阳、广元、阿 坝、雅安等６个市（州）的３０个县（区），总土地面积７６ ４０９ ｋｍ ，总人口１ ３８５．６３万人。在地貌上，研究区处于我国第一阶 梯向第二阶梯的过渡地带，西北部主要为高原边缘，中部为中 方程中诸因子的求算方法、数值及该省土壤允许流失量；肖寒 等 采用ＲＵＳＬＥ估算了海南岛的现实土壤侵蚀量和潜在土壤 侵蚀量。本研究主要考虑了 、Ｋ、 及Ｃ因子，Ｐ因子与人类 活动密切相关而与生态系统的自然敏感性关系不大，因此研究 中暂不考虑此因子的影响。 ２．１ 降雨侵蚀力因子（ ） 降雨侵蚀力是指由降雨引起的土壤侵蚀的潜在能力。本 研究采用章文波等 提出的用日降雨量计算降雨侵蚀力的方 法，计算模型为 Ｍ ＝ （Ｄ，） （２） 高山地，东部为山前平原和低山丘陵。东部山地为亚热带湿润 季风气候，西部山地为干旱河谷气候。由于整个区域地势梯度 变化显著，立体气候明显，各地气候差异特别大，气温、降水、光 照分布极不均衡，常对重灾区水土流失、生态环境和农业生产 ［基金项目］国家自然科学基金项目（４０７７１１２３）；国家科技支撑计划子 专题项目（２００８ＢＡＤ９８Ｂ０５） 式中： 为第ｉ个半月时段的降雨侵蚀力值，ＭＪ－ｍｍ／（ｈｍ ・ ｈ）； 为该半月时段内的天数；Ｄ，为该半月时段内第 天的侵蚀 性日降雨量，要求日降雨量≥１２ ｍｍ，否则以０计算；ｏｒ和口均为 ・４０・ 中国水土保持ＳＷＣＣ ２０１１年第１期 模型待定参数，利用日降雨量估计 和口的计算式为 料，计算出研究区各气象站点的 值，在ＡｒｅＧＩＳ中利用各气象 卢＝０．８３６ ３＋１８．１４４，ｏ２￣＋２４．４５５Ｐ￣１ ＝（３） （４） 站点的经纬度坐标将其转换成点数据集，运用ＡｒｅＧＩＳ中的地统 ２１．５８ Ｉ７ 计分析模块进行插值，得到研究区降雨侵蚀力分布图，然后根 据表１的分级标准对其进行重新分类，得到研究区降雨侵蚀力 式中：Ｐｄ－ 为日降雨量≥１２ ｍｍ的日平均降雨量，ｍｍ；，Ｐｙ，２为日 降雨量≥１２ ｍｍ的年平均降雨量，ｍｍ。 对土壤侵蚀敏感性的影响分布图（图１）。 根据以上公式，利用长江上游气象站点的多年降雨观测资 注：表中ＮＤＶＩ为植被指数。 Ｉ高度敏感Ｉ极敏感 Ｉ一高度敏感－■极敏感 图１研究区降雨侵蚀力对土壤侵蚀敏感性的影响分布 图２ 研究区土壤可蚀性对土壤侵蚀敏感性的影响分布 ２．２土壤可蚀性因子（Ｋ） 乘积进行量化。对于大尺度的分析来说，坡度坡长因子是很难 土壤可蚀性表示土壤抵抗外力侵蚀的能力，其数值越大表 计算的。在ＤＥＭ上的一定分析窗口内，不同高程值的栅格点 明土壤越容易被侵蚀。对 值有影响的主要是土壤质地。Ｋ 越多、地面高程变化和地面起伏频率越大，就越易发生土壤侵 值的计算采用Ｗｉｌｌｉａｍｓ等 在侵蚀一生产力影响评价模型 蚀。因此，也可用地形高程变异系数来表示地形变化的频率大 （ＥＰＩＣ）中发展形成的计算式，即 小，并将其作为宏观尺度上的地形指标之一＿ｌ 。本研究采用地 Ｋ＝｛０．２＋０．３ｅｘｐ［一０．０２５ ６ＳＡＮ（１一ＳＩＬ／ＩＯ０）］｝×［Ｓ１Ｌ／ 形起伏度来反映地形因子对土壤侵蚀敏感性的影响。采用研 （ＣＬＡ＋ｓ儿）］ ×｛１．０—０．０２５Ｃ／［Ｃ＋ｅｘｐ（３．７２—２．９５Ｃ）］｝× 究区３０ ｍ×３０ ｍＤＥＭ数据作为地形起伏度的数据源，在Ａｒｅ． ｛１．０—０．７ＳＮ１／［ＳＮｌ＋ｅｘｐ（一５．５１＋２２．９ＳＮ１）］｝ （５） ＧＩＳ的空间分析模块支持下，取１１栅格×１１栅格为窗口进行地 式中：鲥Ⅳ、ＳＩＬ、ＣＬＡ和Ｃ分别是土壤中砂粒、粉粒、黏粒和有机 形起伏度提取，根据表１的分级标准进行重新分类，从而生成 碳含量，％；ＳＮｉ＝１一ＳＡＮ／ＩＯ０。 地形起伏度对土壤侵蚀敏感性的影响分布图（图３）。 使用式（５）要求土壤颗粒分析采用美国制标准，而我国第 二次土壤普查中土壤颗粒分析采用的是国际制标准，因此必须 进行土壤质地转换。转换方法采用梁音等“。。提出的计算机模 拟法，即在计算机上应用方程Ｙ＝似 和Ｙ＝口 ＋ ＋ｃ进行 模拟，得出每个土壤类型的转换方程，两个方程中 ＝Ｉｎ Ｐ，Ｐ 为粒径大小（ｍｍ），ｙｇ粒径＜Ｐ的累计颗粒含量（％），ｏ、ｂ、ｃ为 待定参数，然后利用方程进行转换，将转换结果代入式（５）计算 出各土壤类型的Ｋ值。以土壤类型图为基础底图，在ＡｒｃＧＩＳ中 制作研究区土壤可蚀性值的空间分布图，再根据表１的分级标 准对其进行重新分类，得到研究区土壤可蚀性对土壤侵蚀敏感 性的影响分布图（图２）。 ２．３地形因子（ｔｓ） 一高度敏感＿■极敏感 地形因子对土壤侵蚀的影响可通过坡度（Ｓ）与坡长（Ｌ）的 图３研究区地形对土壤侵蚀敏感性的影响分布 徐天献等：汶川地震重灾区土壤侵蚀敏感性评价 ・４ｌ・ ２．４植被覆盖因子（Ｃ） 土地面积也存在一定差异。 植被冠层和地表覆盖可以保护地表土壤免受雨滴打击，减 ３．１ 土壤侵蚀对降雨的敏感性评价 弱径流冲刷，从而减少土壤侵蚀 。植被指数（ＮＤＶＩ）是反映 研究区土壤侵蚀对降雨的敏感性以高度敏感为主，所占比 地表植被覆盖状况的指标之一，当植被覆盖度在２５％～８０％ 例超过４０％，其次是中度敏感和极敏感，所占比例分别为 时，ＮＤＶＩ随植被覆盖量呈线性增加，因此利用ＮＤＶＩ可以测定 ２４．５４％和２４．６９％，不敏感和轻度敏感所占比例很小（表２）。 植被覆盖程度” 。本研究采用Ｔｅ Ｍ０ＤＩｓ卫星数据提取 在空间分布上，研究区中部的安县、江油市和东部的三台县以 ２５０ ｍ分辨率的ＮＤＶＩ指数，选取２００４－－２００６年７＿＿９月份（最 及南部的都江堰市、崇州市降雨侵蚀力最大，其次为北川县、绵 大值）的ＮＤＶＩ数据进行分析，并从２００４－－２００６年的数据中筛 竹县、德阳县、东北部的苍溪县以及最南部的宝兴县，这些地区 选出云量小于１０％的数据进行遥感影像分析，得到研究区３年 土壤侵蚀对降雨的敏感性都在高度以上；研究区西部和北部地 平均的ＮＤＶＩ值，结合土地利用现状图，综合确定植被覆盖因子 区以及汶川县的东北部地区降雨侵蚀力最低，以不敏感和轻度 对土壤侵蚀敏感性的影响，并根据表１对不同级别的植被指数 敏感为主。 进行分级赋值，得到植被覆盖因子对土壤侵蚀敏感性的影响分 表２降雨对土壤侵蚀敏感性的影响评价结果 布图（图４）。 ３．２ 土壤侵蚀对土壤可蚀性的敏感性评价 研究区土壤以砂壤质地的紫色土和棕壤为主，对土壤可蚀 性的敏感性较高：高度敏感面积最大，为２４ ３１９．６３ ｋｍ ，占研究 区总面积的３２％；其次为中度敏感和极敏感区，二者所占比例 之和接近５０％；不敏感面积最少，所占比例不到１０％（表３）。 ■■Ｉ高度敏感Ｉ■极敏感 在空间分布上，龙门山区的平武县、青川县、朝天区和宝兴县以 及龙门山山前平原区是土壤侵蚀的高度敏感和极敏感区，东部 图４研究区植被覆盖对土壤侵蚀敏感性的影响分布 的盆地低山丘陵区主要以中度敏感为主。 ２．５土壤侵蚀敏感性综合评价 单因子对土壤侵蚀敏感性的影响仅反映了某一因子对土 表３土壤可蚀性对土壤侵蚀敏感性的影响评价结果 壤侵蚀的作用程度，没有将研究区土壤侵蚀敏感性的空间变异 特征综合反映出来 。根据各因子的分级及赋值，利用Ａｒｃ． ＧＩＳ的空间分析功能和几何平均数法，将上述各单因子对敏感 性的影响分布图进行计算，然后根据表１的分级标准将５Ｓ 分 为５级，绘制出研究区土壤侵蚀敏感性综合评价图（图５）。 ３．３ 土壤侵蚀对地形的敏感性评价 研究区地形对土壤侵蚀的敏感性较大，以中高度敏感为 主，高度敏感所占比例超过４５％，中度敏感也接近３０％（表４）。 在空间分布上，西部的高原边缘区和中部的龙门山区以高度敏 感和极敏感为主，东部的盆地低山丘陵区以中度敏感为主，而 南部的龙门山山前平原区则以不敏感和轻度敏感为主。 表４地形对土壤侵蚀敏感性的影响评价结果 图５研究区土壤侵蚀敏感性综合评价 ３结果分析 表２－＿６是降雨、土壤可蚀性、地形、植被覆盖因子对土壤 ３．４土壤侵蚀对植被覆盖的敏感性评价 侵蚀敏感性的影响评价及综合评价结果。因空间栅格数据统 研究区土壤侵蚀对植被覆盖的敏感性以轻度敏感占绝对 计存在误差，故５个表中的面积合计值不一致，且与研究区总 优势，所占比例超过５０％；其次为中度敏感，所占比例为 ３１．８９％；不敏感、高度敏感和极敏感区所占比例均不到１０％ ・４２・ 中国水土保持ＳＷＣＣ ２０１１年第１期 （３）从研究区土壤侵蚀敏感性分布与现状分布特点看，研 （表５）。不敏感区主要分布在西部的高原边缘区，中部的龙门 山区和龙门山山前平原区以轻度敏感为主，东部的盆地低山丘 陵区主要以中度敏感和高度敏感为主，极敏感区零星分布在南 究区土壤侵蚀相当严重，必须采取有效的防治措施。高度敏感 和中度敏感区所占比例较大，且是强烈和中度侵蚀的主要分布 区，在该区必须因地制宜地进行农业生产，严禁乱砍滥伐、毁林 开荒，加强对现有植被的保护，同时采取有效的措施进行水土 部龙门山山前平原区的彭州市、什邡市北部以及汶川县的东北 部。 表５植被覆盖对土壤侵蚀敏感性的影响评价结果 流失动态监测。对于轻度敏感和不敏感区，应继续做好常规的 水土保持工作。 ［参考文献】 ［１］王效科，欧阳志云，肖寒，等．中国水土流失敏感性分布规 ３．５土壤侵蚀敏感性综合评价 就土壤侵蚀敏感性的数量特征而言，研究区土壤侵蚀以中 度敏感（２５ ６０５．４５ ｋｍ２）和高度敏感（２８ ５３３．９８ ｋｍ ）为主，所 占比例分别为３３．７３％和３７．５９％；其次为轻度敏感，面积为 １３ ４１４．１３ ｋｍ ，占１７．６７％；极敏感所占比例最小，为４．０２％，面 积为３ ０４９．０５ ｋｍ （表６）。不敏感主要分布在西部高原边缘的 冰川分布地区以及龙门山区平武县的西北部，轻度敏感主要分 布在南部龙门山山前平原区的南部以及最北端的松潘县北部， 中、高度敏感区分布范围较大，占据了大部分龙门山区和东部 的盆地低山丘陵区以及西部部分高原边缘区，极敏感区主要分 布在都江堰市、彭州市、什邡市、绵竹市北部的龙门山区一段 （龙门山区向山前平原区过渡段）以及零星分布于龙门山区与 西部高原边缘区的过渡地带。 表６土壤侵蚀敏感性综合评价结果 ４结语 （１）本研究根据通用土壤流失方程的基本原理，结合研究 区自然环境特征，选择降雨侵蚀力、土壤可蚀性、地形、植被覆 盖４个评价指标，在ＧＩＳ技术的支持下对研究区土壤侵蚀敏感 性进行了评价。评价结果表明，研究区土壤侵蚀以中度敏感和 高度敏感为主，轻度敏感次之，不敏感和极敏感所占比例较小。 在空间分布上，土壤侵蚀敏感性呈块状不连续分布，但侵蚀敏 感性区域又相对集中，分布特征与地貌类型关系较大。这种评 价方法虽快速、精确、可行，但也存在一些不足，如用地形代替 坡度坡长因子具有一定的不确定性、未考虑水保措施因子的影 响等，如果能对各因子赋予一定的权重，将会取得更好的效果。 （２）降雨、地形、土壤质地以及自然植被状况等因素对土壤 侵蚀的分布有重要影响，但在局部地区土壤侵蚀状况与侵蚀敏 感性并不完全一致，这是由人类活动的作用程度及土地利用方 式的不同造成的。土壤侵蚀是自然因素和人为因素综合作用 的结果，合理利用土地资源、加强对植被的保护和恢复是防治 土壤侵蚀的重要途径。 律及其区划研究［Ｊ］．生态学报，２００１，２１（１）：１４—１９． ［２］陈燕红，潘文斌，蔡芫镔．基于ＲＵＳＬＥ的流域土壤侵蚀敏感 性评价——以福建省吉溪流域为例［Ｊ］．山地学报，２００７， ２５（４）：４９０—４９６． ［３］Ｗｉｓｃｈｍｅｉｅｒ Ｗ Ｈ，Ｓｍｉｔｈ Ｄ Ｄ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｒａｉｎｆａｌｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ｌｏｓ． ｓｅｓ：Ａ ｇｕｉｄｅ ｔｏ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｐｌａｎｎｉｎｇ［Ｍ］．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ：ＵＳ— ＤＡ Ｈａｎｄｂｏｏｋ，１９７８． ［４］杨勤科，李锐．中国水土流失和水土保持定量研究进展 ［Ｊ］．水土保持通报，１９９８，１８（５）：１３—１８． ［５］周伏建，陈明华，林福兴，等．福建省土壤流失预报研究 ［Ｊ］．水土保持学报，１９９５，９（１）：２５—３０，３６． ［６］张宪奎，许靖华，卢秀琴，等．黑龙江省土壤流失方程的研 究［Ｊ］．水土保持通报，１９９２，１２（４）：１—９，１８． ［７］肖寒，欧阳志云，王效科，等．ＧＩＳ支持下的海南岛土壤侵蚀 空间分布特征［Ｊ］．土壤侵蚀与水土保持学报，１９９９，５（４）： ７５—８０． ［８］章文波，付金生．不同类型雨量资料估算降雨侵蚀力［Ｊ］． 资源科学，２００３，２５（１）：３５—４１． ［９］Ｗｉｌｌｉａｍｓ Ｊ Ｒ，Ｊｏｎｅｓ Ｃ Ａ，Ｄｙｋｅ Ｐ Ｔ．Ｔｈｅ ＥＰＩＣ ｍｏｄｅｌ ｄｏｃｕｍｅｎ． ｔ￣ｉｏｎ［Ｍ］．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ Ｄ Ｃ：Ｕ Ｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ， １９９０． ［１０］梁音，史学正．长江以南东部丘陵山区土壤可蚀性Ｋ值研 究［Ｊ］．水土保持研究，１９９９，６（２）：４７—５２． ［１１］刘新华，张晓萍，杨勤科，等．不同尺度下影响水土流失地 形因子指标的分析与选取［Ｊ］．西＝ｊＥ农林科技大学学报： 自然科学版，２００６，３２（６）：１０７—１１１． ［１２］刘宝元，谢云，张科利．土壤侵蚀预报模型［Ｍ］．北京：中国 科学技术出版社，２００１：１１． ［１３］广西壮族自治区土地管理局．广西土地资源［Ｍ］．南宁： 广西人民出版社，１９９９． 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