沂蒙山区土壤侵蚀监测与建议

2018-11-14徐淑鹏梁瑜晗

山东水利 2018年10期

徐淑鹏，梁瑜晗，徐晶

沂蒙山区地处淮河流域的东北部，是山东省土壤侵蚀较为严重的地区，本文利用“3S”技术对沂蒙山区的土壤侵蚀状况进行监测，通过分析土壤侵蚀相关数据，从研究区整体和县域尺度对研究区土壤侵蚀现状进行了空间分布特征分析。本研究考虑到行政区域的完整性和水力侵蚀的地形地貌特征，结合DEM数据，对该地区主要山地丘陵区范围内的县级行政区进行提取，并以提取的各县行政区外边界作为研究区边界。研究区涉及山东省临沂市及潍坊市、济宁市、日照市、淄博市的部分地区，共计14个县（市），总面积23729km2。沂蒙山区属于暖温带季风气候区，多年平均气温12～14℃，多年平均降水量为830mm，汛期平均降水量为592mm。研究区属于断块构造发育，海拔在40～1150m之间。植被类型为暖温带落叶阔叶林，土壤类型主要为棕壤土、褐土、潮土。研究区主要为山地丘陵，因此水土流失类型以水力侵蚀为主。

1 数据来源与处理

本研究基于“3S”技术与土壤侵蚀模型（USLE模型）进行研究区土壤侵蚀量计算。该模型表达式为：

式中：A 为土壤侵蚀模数，t·km－2·a－1；R 为降雨侵蚀力因子，MJ·mm·km－2·h－1·a－1；K 为土壤可蚀性因子，t·km2·h·MJ－1·mm－1·km－2；L 为坡长因子；S为坡度因子；C为植被覆盖和经营管理因子；P为水土保持措施因子。

气象数据为研究区周边国家级气象站降雨数据，土壤类型数据来自山东省土壤类型图，地形数据来自山东省30m分辨率DEM，遥感数据为2012年夏季LandsatTM影像。各参数具体处理方法如下：

1）降雨侵蚀力因子（R）作为土壤侵蚀气候因子的定量评价指标，反映降雨引起土壤侵蚀的潜在能力，计算公式如下：

式中：Pi表示月降雨量，mm；P为年降雨量，mm。

2）土壤可蚀性因子（K）根据本研究实地调查和山东省土壤类型图矢量数据进行赋值和栅格转换，得到研究区K值栅格数据。

3）坡长因子（L）与坡度因子（S）计算如下：

式中：λ为坡长，m；m为坡长指数；θ为坡度。

4）植被覆盖和经营管理因子（C）计算如下：

式中：N为植被覆盖度，%。

5）水土保持措施因子（P）。水土保持因子（P）大小由土壤流失与标准区域上土壤流失之比决定。结合本研究区的水土保持状况，将P值与C值合并进行分析计算。

2 结果与分析

2.1 研究区土壤侵蚀模数空间分布特征

通过ArcGIS空间分析模块，基于USLE模型对各因子栅格数据进行计算，得到研究区2012年土壤侵蚀模数。可知，研究区土壤侵蚀模数的空间分布具有明显差异，西北部高于其他区域，土壤侵蚀模数由西北向东南逐渐减小。其空间变化特征与降雨侵蚀力一致，表明气候因子对水土流失具有显著作用。

2.2 研究区土壤侵蚀强度空间分布特征

对研究区土壤侵蚀强度进行分级，并对不同土壤侵蚀强度的面积进行统计分析可知，研究区总体上以轻度侵蚀分布最广，其面积为10077km2，占总面积的42.47%；中度及以上侵蚀的面积为6423km2，占总面积的27.07%；发生土壤侵蚀面积达研究区面积的69.54%。由此可见，沂蒙山区属于山东省内土壤侵蚀较为严重的地区。

将研究区内各县不同土壤侵蚀强度下所对应的面积进行统计对比（图1），并依据土壤侵蚀模数200t/km2·a将各县划分为土壤侵蚀区和非土壤侵蚀区，并计算各类型区面积，可知各县土壤侵蚀状况具有明显差异。从各级土壤侵蚀强度对比（图2）分析可知，莒南县、临沂市、临沭县、苍山县和郯城县以微度侵蚀即非水土流失为主，土壤侵蚀面积占总面积的42.4%以下，其中临沭县和郯城县土壤侵蚀面积仅占县域面积的9.6%和11.0%，土壤侵蚀程度较轻；临朐县、沂水县、莒县、蒙阴县、泗水县、沂南县、平邑县和费县以轻度侵蚀为主，但各级土壤侵蚀总面积达到各县面积的72.2%～96.1%；而沂源县土壤侵蚀面积为县域面积的99%，轻度～剧烈侵蚀强度所占面积较均匀，土壤侵蚀较为严重。