吴楠楠等

摘要：借助RS和GIS技术获取研究区土壤侵蚀的相关影响因子，运用RUSLE土壤侵蚀模型，计算研究区土壤侵蚀模数，进行侵蚀强度分级，并探讨不同坡度和坡向条件下的土壤侵蚀特征。结果表明，研究区平均土壤侵蚀模数为1 173.755 t/（km2·a），年侵蚀总量约9.56×107 t；约96%的区域为微度侵蚀；轻度以上侵蚀主要发生在西部和北部的低山丘陵区，侵蚀土壤面积占总面积的3.32%，但泥沙流失量的比重为72.024%，是防治水土流失的关键区域；随着坡度的增加，侵蚀面积呈先减小后增大而后又减小的趋势，8°～15°坡度带是土壤侵蚀状况的转折点；不同坡向条件下，土壤侵蚀面积由大到小的顺序为半阳坡、阳坡、阴坡和平地，半阳坡侵蚀面积约占总侵蚀面积的50%。

关键词：土壤侵蚀；坡度；坡向；低山丘陵区；淮河

中图分类号：S714.7 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）16-3755-05

Abstract： Based on to RS and GIS techniques， the primary factors affecting the soil erosion were calculated through the RUSLE model of soil erosion. The total amount and degree of soil erosion together with the analysis of different slope gradients and aspects were studied. The results showed that annual average soil erosion modulus was 1 173.755 t/（km2·a） and the erosion amount was 9.56×107 t， with 96% study area in tiny degree erosion. The light or high degree eroded area was mainly distributed in the low mountain and western and northern hilly areas， occupying only 3.32% of total study area with 72.024% of sediment losing. It was key area for protecting soil erosion. With the increase of slope gradient， the erosion area was reduced firstly， then increased and decreased finally. The slope gradient of 8° to 15° was the turning point for the soil erosion. Under different slope aspects， the soil erosion areas from high to low were half sunny slope， sunny slope， shady slope and flat slope. The erosion area of half sunny was 50% of total eroded area.

Key words： soil erosion； slope； aspect； the low mountain and hilly areas； Huaihe river

土壤侵蚀是土地退化的根本原因，也是导致生态环境恶化的重要因素之一。它是指地球表面的土壤及其母质受水力、风力、冻融、重力等外力的作用，在各种自然因素和人为因素的影响下发生的各种破坏、分离、搬运和沉积的现象[1]。自然因素是土壤侵蚀发生和发展的潜在条件，主要有气候、土壤、地形、地质和植被等。植被的多少控制着土壤侵蚀的强弱。地貌制约着土地利用方式和水土流失程度。陡坡耕种是人为加速土壤侵蚀的重要原因之一[2]。已有人对坡度与土壤侵蚀的关系进行了深入的研究，如李秀霞等[3]对黄河流域土壤侵蚀影响因子的空间相关性进行了分析；杨存建等[4]借助GIS技术分析了不同坡度等级下的土壤侵蚀特征；曹文洪[5]通过径流小区试验和标桩观测试验剖析了坡度坡长与土壤侵蚀率之间的关系，建立了福建省土壤侵蚀预报模型；崔吉林等[6]对不同坡度及坡向的松花坝流域土壤侵蚀特征进行了相关研究。以上研究采用不同的方法，对不同区域土壤侵蚀与地形因子的规律性进行了探讨，但是目前对淮河北部支流低山丘陵区土壤侵蚀与坡度、坡向相互关系的研究比较少。

本研究借助RS和GIS技术，依据全国统一的土壤侵蚀强度分级标准[7]，以县级行政区域为评价单元，选取土壤侵蚀的影响因子，利用RUSLE模型估算土壤侵蚀模数，对研究区内不同坡度、不同坡向的土壤侵蚀特征进行分析，从小尺度上探讨土壤侵蚀与坡度坡向之间的空间关系，为水土流失的科学防治提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域

研究区域位置如图1所示，淮河北部支流低山丘陵区位于淮河流域西北、河南省的中偏西南部，地处东经111°42′30″-114°14′15″，北纬32°16′52″-34°35′39″，覆盖河南省的17个县市区域，辖区总面积25 281 km2，地貌类型多样，山地丘陵约占49%，海拔高度相差悬殊，年平均气温14～16 ℃，多年平均降水量在700 mm以上，河流主要有淮河一级支流沙颍河和洪汝河，二级支流北汝河、澧河、南汝河、红河、臻头河，此外还有石漫滩、白龟山等28个大中型水库。土壤类型复杂，主要有黄棕壤、棕壤、褐土、潮土、沙姜黑土、水稻土、红粘土、石质土等。另外，西北部伏牛山分布区土壤呈现出复杂的垂直带性分布，由上至下依次分布着草甸土、棕壤、黄棕壤、褐土。研究区地形错综复杂，加上近几十年不合理的开发利用，森林植被大肆砍伐，造成水土流失不断加剧。

1.2 研究方法与数据来源

1.2.1 基础数据源 ①研究区30 m分辨率DEM数字高程图（http：//datamirror.csdb.cn/index.jsp），用于提取坡度、坡向及坡长信息。②1∶20万河南省土壤质地图（河南大学提供），该研究区有壤土、壤粘土、砂土、砂壤土、砂粘壤土、粉壤土、粉砂粘土、粉粘壤土和粘壤土共9类土壤质地类型。③河南省气象数据库（1964-2009年），包含研究区17个县市的降雨量、温度、日照等数据。④第123行37列、124行36列、124行37列、125行36列和125行37列的Landsat4-5 TM 2009年7-9月有效时相遥感影像。本研究主要参照《全国土地利用现状分类》（GB/T 21010-2007），结合研究区土地覆盖特点和遥感信息的可判性，在实际调查基础上，将研究区土地利用类型分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用用地6个一级类型和15个二级类型，得到覆盖研究区的土地利用类型现状图。

1.2.2 坡度的分级统计 依据《全国土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-2007），一般将坡度分为如下的7个等级：0°～5°为1级、5°～10°为2级、10°～15°为3级、15°～20°为4级、20°～25°为5级、25°～35°为6级、>35°为7级。按照《水土保持综合治理技术规范坡耕地治理技术》（GB/T 16453.1-2008）水土保持的要求，坡耕地水土流失的治理主要依据流域的坡度不同分别采取不同的措施进行防治：对坡度>25°的耕地实行退耕还林还草，坡度在5°～25°的耕地主要改造成梯田，坡度在5°以下主要通过改变微地形、增加地面植被、增加土壤入渗、减少土壤蒸发等保土耕作的方式防治水土流失。

根据上述规范及不同坡度治理措施的要求，参照崔吉林等[6]的坡度等级划分，将本研究区内的坡度按照0°～5°、5°～8°、8°～15°、15°～25°、25°～35°、>35°分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ共6个等级。基于DEM数据，利用GIS技术，提取研究区的坡度信息并分析统计，分级的统计结果见表1。

利用ArcGIS 10.0软件统计分析，发现研究区的最大坡度约60°，平均值达5.68°，以平缓坡为主要地貌类型，坡度在25°以上的面积占很小比例，而坡度在5°～25°的土地资源不可小视。

1.2.3 坡向的分级统计 坡向通过影响土壤水分和日照时数从而对土壤侵蚀产生作用，是引起土壤侵蚀的一个重要因子[8]。以DEM为数据基础，利用ArcGIS 10.0软件表面分析工具集下的坡向工具，对研究区的坡向信息进行提取，并使用重分类工具对坡向进行分级统计，每一坡向所占比例和面积见表2。对比分析表2中各种坡向类型的面积值，呈现出半阳坡>阳坡>阴坡>平地的分布特征。

1.2.4 土壤侵蚀模型的建立 关于土壤侵蚀计算方法，国内外学者提出了许多估算模型，例如USLE、RUSLE、WEPP、PSL和ANSWERS等[9，10]，其中RUSLE模型以形式简单、使用方便，受到普遍使用。因此本研究也采用RUSLE模型，该模型方程表达式为：

A=R×K×LS×C×P （1）

其中，A为土壤侵蚀模数；R为降雨侵蚀力因子，从河南省气象数据库获取；K为土壤可侵蚀因子，可由1∶20万河南省土壤质地图推算求出；LS为坡长坡度因子，基于DEM数据利用ArcGIS 10.0软件提取；C为植被覆盖因子，P为水土保持因子，二者是在土地利用类型现状图基础上计算得到。

另外依据《全国土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-2007），借助GIS技术，将同一侵蚀强度的像元归并，形成土壤侵蚀强度等级分布，统计得到研究区的不同侵蚀等级的土壤面积和比例（表3）。

2 结果与分析

2.1 土壤侵蚀状况分析

从不同侵蚀等级的土壤情况统计表中（表3）可以看出，淮河北部支流低山丘陵区土壤侵蚀以微度侵蚀为主，占土地总面积的96.681%，且随着侵蚀等级的增加面积不断缩小。研究区平均土壤侵蚀模数为1 173.755 t/（km2·a），年侵蚀总量为95 648 740 t；微度侵蚀等级的土壤面积占很大比重，泥沙流失量占研究区总流失量的27.976%；轻度侵蚀的土壤面积占总面积的3.233%，但泥沙流失量比重为51.181%；中度以上侵蚀面积占总面积的比重仅有0.087%，而泥沙流失量比重却达20.843%。因此，轻度以上侵蚀区域是预防和加强水土流失治理的重点区域。

从图2可以发现，研究区土壤侵蚀的空间分布特征：微度侵蚀、轻度侵蚀主要分布在中部、东部的平原和丘陵的耕作区；中度以上侵蚀则主要分布在西部和北部坡度较大、植被覆盖率较低的低山丘陵区。

2.2 不同坡度土壤侵蚀分布特征

利用ArcGIS 10.0软件的空间分析工具，对土壤侵蚀图与坡度图进行叠加和统计，得出研究区土壤侵蚀与坡度对应关系。从表4可以看出，研究区微度侵蚀主要分布在坡度小于5°和8°～15°的坡度带；轻度侵蚀在0°～35°之间均有分布，其中以8°～15°分布最大；中度以上侵蚀主要集中于8°～15°。

从整体土壤侵蚀面积来看，主要有以下特征：随着坡度的增加，侵蚀面积呈现出先降低再升高后又降低的趋势；8°～15°的坡度带是研究区土壤侵蚀状况的转折点。因此8°～15°坡度等级是淮河北部支流低山丘陵区主要的土壤流失治理与防治的关键区域。

2.3 不同坡向土壤侵蚀强度分异规律

坡向表示地面任意点高程变化值的最大方向，坡向影响着日照时数、太阳辐射量、空气湿度、土壤分布、植被种类等，进而影响着土壤侵蚀方式和侵蚀量。借助GIS技术，通过对研究区土壤侵蚀图与坡向图进行叠加和统计，得到不同坡向土壤侵蚀面积状况（表5）。从表5可以看出，微度侵蚀主要发生在半阳坡，其次是阳坡和阴坡；轻度至极强度侵蚀主要发生在半阳坡，且阳坡侵蚀面积略大于阴坡侵蚀面积；剧烈侵蚀也主要分布在半阳坡，但侵蚀面积阳坡小于阴坡。总体上看，研究区土壤侵蚀面积从大到小的顺序为半阳坡、阳坡、阴坡和平地；半阳坡侵蚀面积占总侵蚀面积的近50%。由此，半阳坡是淮河北部支流低山丘陵区泥沙流失防治主要区域。

3 小结

1）淮河北部支流低山丘陵区土壤侵蚀以微度侵蚀为主，占研究区土地总面积的96.681%，且随着侵蚀等级的增加面积不断缩小。轻度以上侵蚀的土壤面积占总面积的3.32%，但泥沙流失量比重为72.024%，是预防和加强水土流失治理的重点区域。

2）研究区土壤微度和轻度侵蚀主要发生在中部、东部的平原和丘陵的农耕区；中度以上侵蚀则主要分布在坡度较大、植被覆盖率较低的西部及北部低山丘陵区。

3）从坡度与土壤侵蚀相关性可以看出，随着坡度的增加，侵蚀面积呈现先减少后增大而后又降低的趋势；8°～15°坡度带是土壤侵蚀状况的转折点，是淮河北部支流低山丘陵区主要的土壤流失治理与防治的关键区域。

4）从坡向与土壤侵蚀相关性可知，研究区土壤侵蚀面积从大到小的顺序为半阳坡、阳坡、阴坡、平地的现象；半阳坡侵蚀面积占总侵蚀面积的近50%，是淮河北部支流低山丘陵区泥沙流失防治主要区域。

5）针对淮河北部支流低山丘陵区土壤侵蚀现状，提出以下防护对策：对坡度小于25°的坡耕地，建设具有一定蓄水能力的临时性地块，采取深耕、密值、间作套种等农耕措施；坡度大于25°的耕地，采取生物措施，进行退耕还林还草，保护林草资源，大力发展生态林和经济林，提高植被覆盖率；在极强度和剧烈侵蚀区，加强水土保持工程措施。

参考文献：

[1] 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.

[2] 李 勇，张建辉，杨俊诚，等.陕北黄土高原陡坡耕地土壤侵蚀变异的空间格局[J].水土保持学报，2000，14（4）：17-21.

[3] 李秀霞，倪晋仁.土壤侵蚀及其影响因素空间相关性分析[J].地理科学进展，2009，28（2）：161-166.

[4] 杨存建，刘纪远，张增祥，等.GIS支持下不同坡度的土壤侵蚀特征分析[J].水土保持学报，2002，16（6）：46-49.

[5] 曹文洪.土壤侵蚀的坡度界限研究[J].水土保持通报，1993，13（4）：1-5.

[6] 崔吉林，陈 丽，方向京.松花坝流域不同坡度及坡向土壤侵蚀的特征研究[J].西部林业科学，2012，41（6）：63-67.

[7] 水利电力部.水利电力部颁发关于土壤侵蚀类型区划分和强度分级标准的规定（试行）[J].中国水土保持，1984，4（10）：17-19.

[8] 查 轩，黄少燕，陈世发.退化红壤地土壤侵蚀与坡度坡向的关系—基于GIS的研究[J].自然灾害学报，2010，19（2）：32-39.

[9] 蔡强国，刘纪根.关于我国土壤侵蚀模型研究进展[J].地理科学进展，2003，22（3）：242-250.

[10] 杨勤科，李 锐，曹明明.区域土壤侵蚀定量研究的国内外进展[J].地球科学进展，2006，21（8）：849-856.

（责任编辑 彭西甜）

3 小结

1）淮河北部支流低山丘陵区土壤侵蚀以微度侵蚀为主，占研究区土地总面积的96.681%，且随着侵蚀等级的增加面积不断缩小。轻度以上侵蚀的土壤面积占总面积的3.32%，但泥沙流失量比重为72.024%，是预防和加强水土流失治理的重点区域。

2）研究区土壤微度和轻度侵蚀主要发生在中部、东部的平原和丘陵的农耕区；中度以上侵蚀则主要分布在坡度较大、植被覆盖率较低的西部及北部低山丘陵区。

3）从坡度与土壤侵蚀相关性可以看出，随着坡度的增加，侵蚀面积呈现先减少后增大而后又降低的趋势；8°～15°坡度带是土壤侵蚀状况的转折点，是淮河北部支流低山丘陵区主要的土壤流失治理与防治的关键区域。

4）从坡向与土壤侵蚀相关性可知，研究区土壤侵蚀面积从大到小的顺序为半阳坡、阳坡、阴坡、平地的现象；半阳坡侵蚀面积占总侵蚀面积的近50%，是淮河北部支流低山丘陵区泥沙流失防治主要区域。

5）针对淮河北部支流低山丘陵区土壤侵蚀现状，提出以下防护对策：对坡度小于25°的坡耕地，建设具有一定蓄水能力的临时性地块，采取深耕、密值、间作套种等农耕措施；坡度大于25°的耕地，采取生物措施，进行退耕还林还草，保护林草资源，大力发展生态林和经济林，提高植被覆盖率；在极强度和剧烈侵蚀区，加强水土保持工程措施。

参考文献：

[1] 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.

[2] 李 勇，张建辉，杨俊诚，等.陕北黄土高原陡坡耕地土壤侵蚀变异的空间格局[J].水土保持学报，2000，14（4）：17-21.

[3] 李秀霞，倪晋仁.土壤侵蚀及其影响因素空间相关性分析[J].地理科学进展，2009，28（2）：161-166.

[4] 杨存建，刘纪远，张增祥，等.GIS支持下不同坡度的土壤侵蚀特征分析[J].水土保持学报，2002，16（6）：46-49.

[5] 曹文洪.土壤侵蚀的坡度界限研究[J].水土保持通报，1993，13（4）：1-5.

[6] 崔吉林，陈 丽，方向京.松花坝流域不同坡度及坡向土壤侵蚀的特征研究[J].西部林业科学，2012，41（6）：63-67.

[7] 水利电力部.水利电力部颁发关于土壤侵蚀类型区划分和强度分级标准的规定（试行）[J].中国水土保持，1984，4（10）：17-19.

[8] 查 轩，黄少燕，陈世发.退化红壤地土壤侵蚀与坡度坡向的关系—基于GIS的研究[J].自然灾害学报，2010，19（2）：32-39.

[9] 蔡强国，刘纪根.关于我国土壤侵蚀模型研究进展[J].地理科学进展，2003，22（3）：242-250.

[10] 杨勤科，李 锐，曹明明.区域土壤侵蚀定量研究的国内外进展[J].地球科学进展，2006，21（8）：849-856.

（责任编辑 彭西甜）

3 小结

1）淮河北部支流低山丘陵区土壤侵蚀以微度侵蚀为主，占研究区土地总面积的96.681%，且随着侵蚀等级的增加面积不断缩小。轻度以上侵蚀的土壤面积占总面积的3.32%，但泥沙流失量比重为72.024%，是预防和加强水土流失治理的重点区域。

2）研究区土壤微度和轻度侵蚀主要发生在中部、东部的平原和丘陵的农耕区；中度以上侵蚀则主要分布在坡度较大、植被覆盖率较低的西部及北部低山丘陵区。

3）从坡度与土壤侵蚀相关性可以看出，随着坡度的增加，侵蚀面积呈现先减少后增大而后又降低的趋势；8°～15°坡度带是土壤侵蚀状况的转折点，是淮河北部支流低山丘陵区主要的土壤流失治理与防治的关键区域。

4）从坡向与土壤侵蚀相关性可知，研究区土壤侵蚀面积从大到小的顺序为半阳坡、阳坡、阴坡、平地的现象；半阳坡侵蚀面积占总侵蚀面积的近50%，是淮河北部支流低山丘陵区泥沙流失防治主要区域。

5）针对淮河北部支流低山丘陵区土壤侵蚀现状，提出以下防护对策：对坡度小于25°的坡耕地，建设具有一定蓄水能力的临时性地块，采取深耕、密值、间作套种等农耕措施；坡度大于25°的耕地，采取生物措施，进行退耕还林还草，保护林草资源，大力发展生态林和经济林，提高植被覆盖率；在极强度和剧烈侵蚀区，加强水土保持工程措施。

参考文献：

[1] 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.

[2] 李 勇，张建辉，杨俊诚，等.陕北黄土高原陡坡耕地土壤侵蚀变异的空间格局[J].水土保持学报，2000，14（4）：17-21.

[3] 李秀霞，倪晋仁.土壤侵蚀及其影响因素空间相关性分析[J].地理科学进展，2009，28（2）：161-166.

[4] 杨存建，刘纪远，张增祥，等.GIS支持下不同坡度的土壤侵蚀特征分析[J].水土保持学报，2002，16（6）：46-49.

[5] 曹文洪.土壤侵蚀的坡度界限研究[J].水土保持通报，1993，13（4）：1-5.

[6] 崔吉林，陈 丽，方向京.松花坝流域不同坡度及坡向土壤侵蚀的特征研究[J].西部林业科学，2012，41（6）：63-67.

[7] 水利电力部.水利电力部颁发关于土壤侵蚀类型区划分和强度分级标准的规定（试行）[J].中国水土保持，1984，4（10）：17-19.

[8] 查 轩，黄少燕，陈世发.退化红壤地土壤侵蚀与坡度坡向的关系—基于GIS的研究[J].自然灾害学报，2010，19（2）：32-39.

[9] 蔡强国，刘纪根.关于我国土壤侵蚀模型研究进展[J].地理科学进展，2003，22（3）：242-250.

[10] 杨勤科，李 锐，曹明明.区域土壤侵蚀定量研究的国内外进展[J].地球科学进展，2006，21（8）：849-856.

（责任编辑 彭西甜）