赵明月，赵文武，安艺明，靳婷

(地表过程与资源生态国家重点实验室(北京师范大学)，北京师范大学资源学院，100875，北京)

青海湖流域是青海省牧区自然水热条件最好的地区，是青藏高原东北部的特殊生态功能区，对区域气候有着重要的影响;但由于区域及全球气候变化和人类不合理利用，造成流域内湖泊萎缩、草地退化、植被破坏、土地沙漠化和生物多样性减少等一系列突出的生态和环境问题。近几十年来，由于气候暖干化、青海湖水量减少、人口增长等，导致青海湖流域的草场退化，土壤侵蚀加剧［1］。面对日益严峻的土壤侵蚀状况，对青海湖流域进行土壤侵蚀敏感性评价目前已经显得较为重要。近年来，研究者们针对土壤侵蚀及其预报和防治有很多研究［2－4］，对不同地区的土壤侵蚀敏感性进行了评价［5－10］，主要探讨了土壤侵蚀敏感性的影响因素及其在区域内的空间分布规律及其区划研究。笔者以青海湖流域为研究区域，选择降雨侵蚀力、地形起伏度、土壤质地、植被类型为评价因子，对流域内土壤侵蚀敏感性进行研究和分析，探讨流域土壤侵蚀敏感性的区域分布特征，为流域生态环境治理提供科技支撑。

1 研究区概况

青海湖(E 99°36'～100°47'，N 36°32'～37°15')是我国最大的内陆湖泊，位于青藏高原东北隅，海拔3 194 m。青海湖流域地处E 97°50'～101°20'，N 36°15'～38°20'，是一个四周群山环绕的封闭式内陆盆地，南傍青海南山，北依大通山，东靠日月山，西邻阿木尼尼库山，海拔3 194 ～5 174 m，总面积2 万9 661.18 km2。地势西北高，东南低，形成三级夷平面(4 200 ～4 600 m，3 800 ～4 000 m，3 500 ～3 600 m)［11］。

青海湖流域处于我国东部季风区、西北部干旱区和西南部高寒区的交汇地带，属高原大陆性气候;年平均气温－3.4 ～6.3 ℃，年降水量为200 ～445 mm，年日照时间为2 430 ～3 330 h，年蒸发量为1 300 ～2 400 mm;多风沙天气，年平均风速3.2 ～4.4 m/s，大风时间10.8 ～13.2 d，沙尘时间10.8 ～13.2 d。其主要植被类型为高寒草甸、高寒草原、高寒泥石流植被、沙生植被、盐生植被和沼泽草甸等。土壤类型有高山寒漠土、高山草甸土、高山草原土、山地草甸土、灰褐土、黑钙土、栗钙土、沼泽土和风沙土等［1］。

2 研究方法与数据来源

根据《生态功能区划技术暂行规程》［12］，结合青海湖流域土壤侵蚀现状及其特征，研究中选择降雨侵蚀力、地形起伏度、土壤质地、植被类型作为评价指标，以ArcGIS 软件作为技术平台，进行青海湖流域土壤侵蚀敏感性评价。土壤侵蚀敏感性指数计算采用《生态功能区划技术暂行规程》中的计算方法。

式中:Sj为空间单元j 土壤侵蚀敏感性指数;Ci为因素i 敏感性等级值(i 分别为降雨侵蚀力敏感值、地形起伏度敏感值、土壤质地敏感值和植被类型敏感值)。其中，各级的分类赋值以及分级标准见表1。

2.1 降雨侵蚀力因子

降雨侵蚀力因子是一项评价降雨引起的土壤分离和搬运的动力指标，反映了降雨对土壤侵蚀的潜在能力。在本研究中，降雨侵蚀力因子的评价分解为3 个步骤。

2.1.1 流域年均降雨量的空间插值 根据青海流域及其毗邻区域雨量站点多年平均降雨量数据①数据来源于中国气象科学数据共享服务网。，在ArcGIS 中用Kriging 空间插值得到流域多年平均降雨量分布。

2.1.2 年降雨量和年降雨侵蚀力关系的模型拟合

基于《青海省水文年鉴》［13］中青海湖流域雨量站点的2006—2008 年的逐次降雨数据，根据《第一次全国水利普查水土流失普查细则》［14］中的相关公式(式(2)～(5))，计算各雨量站点的年降雨侵蚀力，拟合年降雨量和年降雨侵蚀力的关系模型。

半月降雨侵蚀力

式中:R半月j为第j 半月降雨侵蚀力，MJ·mm/(hm2·h);Pd为第d 日≥12 mm 的日降雨量;d=1，2，…，m，是日降雨量≥12 mm 的时间，d;α，β 为回归系数;Pd10为≥12 mm 日降雨量平均值，mm;Py10为≥12 mm 的日降雨量的年总量，mm。

年降雨侵蚀力

式中R 为年降雨侵蚀力，MJ·mm/(hm2·h·a)。

2.1.3 青海湖流域降雨侵蚀力估算与分级赋值在ArcGIS 中根据年降雨量和年降雨侵蚀力二者之间的关系函数对降雨量空间分布图进行栅格计算，得到流域的年降雨侵蚀力空间分布图。结合《生态功能区划技术暂行规程》［12］中年降雨侵蚀力对土壤侵蚀敏感程度的分级赋值标准(表1)，即降雨侵蚀力敏感值，得到流域内降雨侵蚀力分值图。

2.2 地形起伏度因子

地形因子对土壤侵蚀的影响可通过坡度与坡长的乘积进行量化。对于大尺度的分析来说，坡度坡长因子难以准确计算，因此采用地形起伏度这一指标来评价地形因子对土壤侵蚀的敏感性。该研究基于DEM 数据(分辨率25 m，数据来源于国际科学数据服务平台)，在ArcGIS 的空间分析模块支持下，以500 m×500 m 为基本单元提取地形起伏度，根据分级标准进行重新分类，从而生成地形起伏度对土壤侵蚀敏感性的影响分布图。根据地形起伏对土壤侵蚀敏感程度进行分级赋值(表1)，即地形起伏敏感值，进而得到流域内地形起伏分值图。

2.3 土壤质地因子

《生态功能区划技术暂行规程》［12］规定，土壤质地对土壤侵蚀敏感性的影响分为5 级(表1)。本研究以青海省1∶100 万土壤图为基础底图，对青海流域内的土壤类型进行数字化，得到青海湖流域土壤类型图。结合《青海土壤》［15］《青海土种志》［16］，按土壤质地进行分类，得到青海湖流域土壤质地分布图，根据土壤质地对土壤侵蚀敏感程度进行分级赋值(表1)，即土壤质地敏感值，进而得到流域内土壤质地分值图。

2.4 植被类型因子

植被是影响土壤侵蚀最敏感的因素之一，主要是因为植被对降雨能量的削减作用、保水作用和抗侵蚀作用。本研究中根据《中国植被图(1 ∶100万)》［17］得到青海湖流域植被类型图，再根据《生态功能区划技术暂行规程》［12］中规定的植被类型对土壤侵蚀敏感程度进行分级赋值(表1)，即植被类型敏感值，进而得到流域内植被类型分值图。

3 结果与分析

3.1 降雨侵蚀力分析

根据青海省雨量站点数据，在ArcGIS 中用Kriging 插值得到流域的降雨量空间分布图(图1)，可以看出，青海湖流域降雨量呈现出从东南向西北逐渐降低的趋势。

图1 青海湖流域降雨量空间分布图Fig.1 Spatial distribution of rainfall in Qinghai Lake Basin

根据《青海省水文年鉴》［13］逐次降雨过程数据和式(1)～(5)，可以得到青海湖流域各雨量站点的逐年降雨侵蚀力，详见表2。根据青海湖流域各雨量站点的年降雨侵蚀力与降雨量，拟合二者之间的关系模型为

式中x 为年降雨量，mm。

表2 青海湖流域各雨量站点的降雨侵蚀力Tab.2 Rainfall erosivity at rainfall observation stations in Qinghai Lake Basin MJ·mm/(hm2·h·a)

根据式(6)和流域降雨量空间分布图，通过GIS栅格计算，得到流域降雨侵蚀力空间分布图(图2)，在此基础上，采用表1 中的分级标准对降雨侵蚀力进行分级赋值。结果表明，研究区土壤侵蚀对降雨的敏感性以中度和高度敏感为主，中度敏感占到94.01%(表3)。在空间分布上，研究区大部分对降雨侵蚀力的敏感性为中度敏感，东部局部地区高度敏感;这主要是因为东部的降雨量较高，对土壤的侵蚀作用亦比较明显。

图2 青海湖流域降雨侵蚀力分值图Fig.2 Scores figure of rainfall erosivity distribution in Qinghai Lake Basin

表3 降雨侵蚀力因子对土壤侵蚀敏感性的影响评价结果Tab.3 Evaluation results of effect of rainfall erosivity on sensitivity of soil erosion

3.2 地形起伏度分析

通过对地形起伏度因子的分析，得到青海湖流域土壤侵蚀对地形起伏度的敏感程度。由表4 和图3 可以看出，研究区地形对土壤侵蚀的敏感性较大，以中度敏感和高度敏感为主，所占比例分别为22.16%和32.01%。在空间分布上，极敏感区域主要分布在西北部山地，而环湖地区敏感性为不敏感和轻度敏感。这主要是由于流域内西北部多山地，地形起伏大，而环湖地区地势相对平坦。

表4 地形起伏度对土壤侵蚀敏感性的影响评价结果Tab.4 Evaluation results of effect of terrain roughness on sensitivity of soil erosion

图3 青海湖流域地形起伏度分值图Fig.3 Scores figure of terrain roughness in Qinghai Lake Basin

3.3 土壤质地分析

通过对土壤质地的分析，得到青海湖流域土壤侵蚀对土壤质地的敏感程度(表5 和图4)。研究区内的土壤以壤土和砂壤土为主，所以对土壤可蚀性的敏感度较高。土壤质地对土壤侵蚀敏感性以中度敏感为主，主要分布在环湖地区以及流域中部，所占比例为40.46%。西北部山区以及青海湖南部处于高度敏感区，该区域内主要的土壤类型为砂壤土、粉黏土和壤黏土。环湖局部地区为轻度敏感或不敏感，其主要土壤类型为粗砂土、细砂土和黏土。

表5 土壤质地对土壤侵蚀敏感性的影响评价结果Tab.5 Evaluation results of effect of soil texture types on sensitivity of soil erosion

3.4 植被类型分析

通过对植被类型的分析，得到青海湖流域土壤侵蚀对植被类型的敏感程度。由表6 和图5 可以看出:研究区内土壤侵蚀对植被类型的敏感性以不敏感为主，占到流域面积的71.66%;西北部山区和环湖地区间或分布有轻度敏感区，所占比例为9.02%;环湖地区大部处于中度敏感区，局部高度敏感，高度敏感性区域只占到3.68%。这主要是因为青海湖流域植被覆盖率较高，草本、草甸分布较广，从而对土壤侵蚀敏感性较低。

图4 青海湖流域土壤质地分值图Fig.4 Scores figure of soil texture types in Qinghai Lake Basin

表6 植被类型对土壤侵蚀敏感性的影响评价结果Tab.6 Evaluation results of effect of vegetation types on sensitivity of soil erosion

3.5 土壤侵蚀敏感性分析

上述各单因子对土壤侵蚀敏感性的评价，只反映了某一因子的作用程度。由于各影响因子对土壤侵蚀的作用不同，运用GIS 空间叠加分析功能和几何平均数法计算土壤侵蚀敏感性综合指数来综合反映土壤侵蚀敏感性的区域差异，计算公式为(1)，计算结果见图6，土壤侵蚀敏感性不同等级及其在各县的分布情况见表7。

图5 青海湖流域植被类型分值图Fig.5 Scores figure vegetation type in Qinghai Lake Basin

图6 青海湖流域土壤侵蚀敏感分级图Fig.6 Classification map of sensitivity of soil erosion in Qinghai Lake Basin

表7 青海湖流域土壤侵蚀敏感程度分布情况Tab.7 Distribution of soil erosion sensitive areas in different counties

由表7 和图6 可以看出:青海湖流域内大部分地区为中度敏感区，其面积为8 396.17 km2，占流域总面积的62.02%;轻度敏感区域面积相对较少，其面积为5 018.25 km2，占流域总面积的16.92%。高度敏感和极敏感区域以块状形式分布在流域内，其面积分别为6 176.90 km2和69.86 km2，主要分布在环湖地区的天峻县西北部和海晏县东部。该区植物稀疏、人口较多，过度放牧和不合理的开垦时有发生，从而导致土壤可蚀性高，土壤侵蚀程度加重。对于各个县而言，青海湖流域内4 个县的土壤侵蚀敏感性区域分布相差较大。共和县和海晏县的轻度敏感区分布较广，分别占本县面积的40.98%和41.92%;中度敏感区域面积较大，其中刚察县的中度敏感区面积达到62.73%;高敏感区域在各县所占面积比分布较均匀，幅度为所占比例为18.16%～26.94%;极敏感区域全部分布在天峻县，面积较小，为69.87 km2，主要是因为该区域土壤起伏度较大，易受侵蚀，地表为裸露石山，故土壤极易受侵蚀影响。

4 结论与讨论

青海湖流域总体土壤侵蚀敏感程度较高，主要以中度和高度敏感性为主。其中，中度及中度以上敏感类型的面积为2 万4 642.93 km2，占83.08%。

在空间分布上，土壤侵蚀敏感性呈块状不连续分布，侵蚀敏感性区域相对集中，中度敏感和高度敏感区主要集中在环湖地区和西北部山区，分布特征与地貌类型关系较大。

从研究区土壤侵蚀敏感性分布来看，研究区的土壤环境及生态环境比较脆弱，而且青海湖作为我国最大的淡水湖和良好的畜牧业基地，必须采取有效的防治措施。在该区应当因地制宜的进行畜牧业生产，禁止过度放牧，加强对现有植被和水域的保护，同时采取有效的措施进行水土流失动态监测。

［1］ 高小红，王一谋，冯毓荪，等.基于遥感和GIS 的青海湖地区土地利用变化及其对生态环境影响的研究［J］.遥感技术与应用，2002，17(6):304－309

［2］ 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

［3］ Bancy M M，Royston P C M，Francis N G，et al.Assessment of erosion hazard with the USLE and GIS: A case study of the upper Ewaso Ng’iro North basin of Kenya［J］.International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation，2000，2(2):28－86

［4］ 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

［5］ Liu Lin，Liu Xuehua.Sensitivity analysis of soil erosion in the northern loess plateau［J］.Procedia Environment Sciences，2010(2):134－148

［6］ 王小丹，钟祥浩，范建容.西藏水土流失敏感性评价及其空间分异规律［J］.地理学报，2004，59(2):183－188

［7］ 刘康，康艳，曹明明，等.基于GIS 的陕西省水土流失敏感性评价［J］.水土保持学报，2004，18(5):168－170

［8］ 杨广斌，李亦秋，安裕伦.基于网格数据的贵州土壤侵蚀敏感性评价及其空间分异［J］.中国岩溶，2006(3):73－78

［9］ Li Cheng，Li Junxiang，Zhu Feige.Sensitivity evaluation and key sensitive factors identification of soil erosion around Hangzhou bay based on RUSLE［J］.The Journal of Applied Ecology，2009，20(7):77－85

［10］Yan Jia，Du Jun，Xue Chongsheng，et al.A GIS－based evaluation on sensitivity of soil erosion in Yishusi river watershed.advances in computation and intelligence［C］.Third International Symposium，ISICA 2008 Wuhan，China，December 2008:19－21

［11］中国科学院兰州地质研究所.青海湖综合考察报告［M］.北京:科学出版社，1979:74－76

［12］国家环境保护总局.生态功能区划技术暂行规程［EB/OL］.［2011－09－06］.http:∥sts.mep.gov.cn/stbh/stglq/200308/t20030815_90755.htm

［13］青海水文局.青海省水文年鉴［Z］.西宁:青海水文局，2008

［14］第一次全国水利普查办公室水土保持专项普查工作组.第一次全国水利普查水土流失普查细则［EB/OL］.［2011－09－06］.http:∥www.cnscm.org/stbczxpc/jszl/201007/P020100701399938074492.pdf

［15］青海省农业资源区划办公室.青海土壤［M］.北京:中国农业出版社，1997

［16］青海省农业资源区划办公室.青海土种志［M］.北京:中国农业出版社，1995

［17］ 中国科学院中国植被图编辑文员会.中华人名共和国植被图［M］.北京:地质出版社，2007