杨 洁，汪邦稳，2

(1.江西省水土保持科学研究所，江西南昌330029;2.北京师范大学地理学与遥感科学学院，北京100875)

水土流失是我国生态环境问题的集中体现[1]，水土流失评价是水土流失研究的重要内容之一[2]。鉴于当前我国建立的区域水土流失评价模型还不够成熟以及建立模型所需的基础数据难以获取，因此水土流失评价模型的推广与应用受到了限制。我国进行区域水土流失评价大都采用美国通用土壤流失方程(USLE)[3-4]，由于我国侵蚀环境具有自身的特点，直接应用USLE模型不太合适，因此刘宝元等基于USLE模型，结合我国的实际构建了中国土壤流失预报方程(China Soil Loss Erosion，简称CSLE)[5]。本研究利用CSLE模型，在构建该模型各因子算法适合赣南地区侵蚀环境的基础上，利用现有的基础数据，对赣南地区近30年来不同时期的水土流失进行了评价，为该地区水土保持规划和水土流失综合防治提供了基础数据和理论支持，对维护该地区的生态安全和保障区域粮食安全具有重要的意义。

1 评价方法

刘宝元等基于美国USLE的建模经验所建立的中国土壤流失预报方程(CSLE)为

式中:A为多年平均土壤流失量，t/(hm2·a);R为降雨侵蚀力，MJ·mm/(hm2·a);K为土壤可蚀性因子，t·h/(MJ·mm·a);S为坡度因子，无量纲;L为坡长因子，无量纲;B为水土保持生物措施因子，无量纲;E为水土保持工程措施因子，无量纲;T为水土保持耕作措施因子，无量纲。

根据赣南地区侵蚀环境特征，结合现有的研究成果，我们对CSLE模型中的各因子算法和值的获取进行了研究，构建了针对该区水土流失评价的各因子值计算和获取方法。在此基础上，利用现有的基础数据，对模型中的各因子值进行获取，然后在ArcGIS软件的支持下，依据CSLE模型获取赣南地区不同时期水土流失栅格数据，从而对该地区的水土流失进行评价。

2 基础数据

2.1 R值获取

从1980、1998、2008年赣南地区18个观测站点的日降雨量资料中获取R值。

2.2 K值获取

土壤数据主要包括土壤类型、土壤质地数据，这些数据分别来源于江西省水土保持科学研究所和《江西红壤》、《中国土种志》。K值是在赣南土壤类型矢量数据基础上，根据土种志和土壤图资料，通过查获所有土壤类型的理化性质(沙粒、粉粒、黏粒、有机质、有机碳含量)计算得到的。

2.3 SL值获取

基于覆盖赣南地区的1∶5万地形图，利用ANUDEM生成赣南地区的DEM。

2.4 B值获取

植被数据包括覆盖赣南地区的1980年MSS、1998年TM和2008年TM及覆盖赣南地区25 m分辨率的DEM。

2.5 E值获取

数据包括以县(区)为单位的1980、1998和2008年各年的基本农田面积、经果林面积、水平竹节沟面积、塘坝或山塘数量、谷坊数量等。

3 赣南地区不同时期水土流失分布特征

利用各基础数据获取各因子值数据，然后将获取的各因子值数据在ArcInfo下依据式(1)进行计算，获取赣南地区不同时期的水土流失分布。

3.1 水土流失的时间变化

参照水利部《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)，统计出赣南地区各时期不同侵蚀强度的面积分布如表1。

表1 赣南地区不同时期土壤侵蚀强度分布 km2

从表1可知各个时期不同级别的土壤侵蚀面积分布状况，总体上土壤侵蚀强度明显减弱，表明自1980年赣南地区开始实施水土保持重点治理工程以来，水土流失得到了有效控制，尤其是中轻度土壤侵蚀面积有了明显减少，这是因为中轻度土壤侵蚀地区土地资源被破坏程度较轻，所以治理修复较强烈以上水土流失区容易。而强烈以上土壤侵蚀面积自1980至2008年总体呈下降趋势，但1980至1998年正值我国改革开放、经济快速发展时期，大规模的开发建设造成了新的水土流失，致使这一时期强烈以上土壤侵蚀面积有所增加。1998至2008年随着国家水土保持重点治理工程的加强和退耕还林还草工程的实施，强烈以上土壤侵蚀面积呈减少态势。

3.2 水土流失的空间变化

利用不同时期土壤侵蚀的栅格数据，在ArcMap下进行数学运算，分别获取1980至1998年、1998至2008年期间的土壤侵蚀变化空间分布图。由该图和相关资料可知，1980至1998年期间侵蚀模数增大的区域主要分布在赣南的北部地区，侵蚀模数减小的地区主要分布在赣南的南部地区;1998至2008年侵蚀模数增大的地区主要分布在赣南的南部地区，侵蚀模数减小的地区主要分布在赣南的北部地区。

通过对不同海拔土壤侵蚀变化面积统计可知:①无论是1980至1998年期间还是1998至2008年期间，海拔150 m以下土壤侵蚀处于恶化的面积都是最小，海拔600 m以上区域侵蚀变化处于稳定的面积都是最大，这是因为海拔低的地方主要为水域、海拔高的地方主要为山地，这些地方受人类活动影响小，故能相对稳定。②土壤侵蚀恶化和改善的区域都比较集中地分布在海拔200—450 m的地区。这主要是因为赣南地区海拔200—450 m是人类活动比较集中的区域，受人类干扰影响很大。在这个海拔高度范围内，土壤侵蚀状况改善的主要原因一方面是自然的原因，在无人为干扰的情况下植被正向演替;另一方面是人为的原因，主要是退耕还林和实施封禁治理的结果。在海拔200—450 m区域土壤侵蚀恶化的原因，可能是开发建设项目和不合理的人类生产生活活动所致。不同时段土壤侵蚀恶化现象在海拔600 m以上的地区也有分布，这可能是人为或自然的火烧山使得植被遭到破坏所致。

3.3 土壤侵蚀主控因子分析

在影响土壤侵蚀的因子中，降雨是气候因子，是造成土壤侵蚀的原动力，是主要的驱动因子，而土壤可蚀性、地形、水土保持生物措施和水土保持工程措施4个因子都是陆地表面因子，其中:土壤可蚀性因子是通过对土壤质地和土壤孔隙度的改善来减小降雨对土壤的侵蚀的;地形因子是通过改变降雨径流的二次分配影响土壤侵蚀的;水土保持生物措施因子和水土保持工程措施因子一方面是通过增加地表粗糙度、改变微地形、减小降雨对地表的击溅、降低径流二次分配动能来减小土壤侵蚀的，另一方面是通过生物代谢作用改良土壤来影响土壤可蚀性的。为了分析地形、土壤、水土保持生物措施和水土保持工程措施因子对土壤侵蚀的影响程度，在ArcMAP支持下，用分析工具(Analysis Tools)中的随机布点(generate random points)函数，在工作区域随机布设100个样点，得到样点分布图层，然后把该图层分别与各因子图叠加，利用gridspot工具分别在相应图层上获取相应分布点的值，采用SPSS软件分析不同时期各因子对土壤侵蚀的影响程度，从而得到如表2所示的各因子与土壤侵蚀的相关系数。

表2 不同时期各因子与土壤侵蚀的相关系数

从表2可以看出，不同时期地表各因子对土壤侵蚀影响程度的显著性不同:1980年土壤可蚀性、地形和水土保持生物措施因子与土壤侵蚀的相关性都表现为显著，其中土壤可蚀性、水土保持生物措施因子与土壤侵蚀的相关性表现为极显著;1998年土壤可蚀性和水土保持生物措施因子与土壤侵蚀的相关性表现为极显著;2008年只有土壤可蚀性因子与土壤侵蚀的相关性表现为极显著。所以，从1980到1998再到2008年，地表各因子与土壤侵蚀的显著性关系越来越差，结合土壤侵蚀的影响因子和土壤侵蚀动态分析结果，可知随着赣南地区水土流失面积的逐渐减小，土壤侵蚀强度在逐渐变弱，对土壤侵蚀影响显著的地表因子也越来越少。这主要是由于1980年以来随着赣南地区水土流失治理力度的逐渐加大，植被状况得到明显改善，微地形也得到了改观，所以水土保持生物措施和地形因子对土壤侵蚀的影响越来越小。红壤是赣南地区的主要土壤，其可蚀性强，在短时间内其主要特性很难改变，因而土壤可蚀性因子就成为影响该区土壤侵蚀的主导因子。

从以上可以看出，不同时期的土壤侵蚀主导因子有所不同:1980年影响土壤侵蚀的主导因子有土壤可蚀性、水土保持生物措施和地形因子，1998年的主导因子有土壤可蚀性和水土保持生物措施因子，2008年只有土壤可蚀性因子。这说明加强水土流失治理可以减少影响土壤侵蚀的主导因子，反之可以针对不同时期影响土壤侵蚀的主导因子进行有针对性的治理，从而使治理收到更好的效果。

3.4 赣南地区土壤侵蚀预测

利用式(1)模型对赣南地区的土壤侵蚀进行预测。在影响土壤侵蚀的因子中，降雨、地形、土壤都是自然因子，短时间内受人类活动影响很小，而植被和水土保持措施则随着土地利用和植被覆盖的变化差异很大，受人类活动影响明显。所以，研究中以水土保持生物措施和工程措施因子为对象，分析其在无人类干扰和人类采取有利措施保护下未来一段时间内的变化，进而分析在其影响下的土壤侵蚀变化趋势。

3.4.1 土壤侵蚀因子值的确定

(1)B值的确定。根据对赣南现状的调查和植被演替规律，结合地形条件，在2008年土地利用和植被盖度的基础上和在ArcGIS的Workstation支持下，利用AML语言编写程序，计算获取赣南地区未来10年和30年的植被盖度状况，并赋予相应的B值。

(2)E值的确定。水土保持工程在蓄水拦沙方面具有其他措施不可替代的作用。赣南地区的水土流失多分布在低山丘陵区，在这些地区布设的工程措施一般为谷坊和水平竹节沟。因此，利用赣南地区土地利用和植被演替恢复时间，结合已经实施的水土保持工程、1983年以来中央对赣南水土流失治理投资增长比例和各县(区)水土流失治理面积的增长比例、各县(区)现状水土流失面积，对未来10年、30年赣南各县(区)水土保持工程措施潜在治理面积进行计算，并用E值计算方法得到相应的E值。

3.4.2 土壤侵蚀变化趋势

在获取土壤侵蚀影响因子值的基础上，利用式(1)获取未来10年和30年的土壤侵蚀强度及面积分布。在获取未来不同时期土壤侵蚀分布图的基础上，利用ArcGIS软件功能，依据水利部《土壤侵蚀分类分级标准》，对获取的未来不同时期的土壤侵蚀分布图的属性数据进行统计，得到未来不同时期土壤侵蚀强度预测结果(表3)。

从表3可以看出，在未来的10和30年里，微度侵蚀的面积将不断增加，轻度以上的侵蚀面积将不断减少。10年后和30年后赣南地区水土流失面积分别为3 563和1 693 km2;强烈以上侵蚀面积分别为956和453 km2。与2008年相比，10年后水土流失面积减少44.8%，30年后水土流失面积减少74.4%;从空间格局上分析，10年后和30年后的水土流失区主要分布在河道两侧，因为这里主要是人类居住的区域，受人类活动影响最大，易造成水土流失。

表3 预测未来不同时期赣南地区土壤侵蚀状况 km2

4 结语

(1)1980年以来，赣南地区水土流失面积和土壤侵蚀模数在逐渐减小，尤其是近10年来水土流失面积减小的速度在加快，这说明近30年来特别是近10年来，赣南地区水土流失治理迅速，效果明显。但是，目前赣南地区水土流失仍然比较严重，尤其是强烈以上的侵蚀面积所占比重较大。

(2)降雨是水土流失的源动力，是水土流失的主要控制因子。水土流失的地表各因子在不同时期对水土流失影响的主导程度不同。如1980年影响水土流失的地表主导因子有土壤可蚀性、水土保持生物措施和水土保持工程措施因子，1998年主导因子就变成了土壤可蚀性和水土保持生物措施因子，到2008年主导因子就只有土壤可蚀性因子了。这说明随着区域水土流失治理程度的提高，影响水土流失的主导因子会逐渐变少，据此可以针对不同时期影响水土流失的主导因子进行综合治理，从而使治理收到更好的效果。

(3)以水土保持生物措施和工程措施因子作为水土流失变化的主导因子，以现阶段的治理水平和速度，对赣南地区未来10年和30年的水土流失状况进行了模拟。模拟结果是，在未来的10年和30年里，赣南地区的水土流失面积将会进一步减小，尤其是强烈以上的流失面积减小迅速，这说明赣南地区水土流失潜在可治理面积还比较大，需要进一步加强综合治理。

[1]赵其国.我国南方当前水土流失与生态安全中值得重视的问题[J].水土保持通报，2006，26(2):1-8.

[2]李锐，上官周平，刘宝元，等.近60年我国土壤侵蚀科学研究进展[J].中国水土保持科学，2009，7(5):1-6.

[3]Fu B J，Zhao W W，Chen L D，et al.Assessment of soil erosion at large watershed scale using RUSLE and GIS:A case study in the Loess Plateau of China[J].land degradation ＆ development，2005，16(1):73-85.

[4]Yang D W，Kanae S J，Oki T K，et al.Global potential soil erosion with reference to land use and climate changes[J].Hydrological Processes，2003，17(14):2913-2928.

[5]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.