孔繁鹏 何金宝 吕祥熙 赵建 李国旗

摘要 随着我国农业生产的大力发展，土地利用率越来越高，水土流失现象也变得愈发严重，对土壤水分、肥力保持等产生了十分严重的危害。拟结合通用土壤流失方程对宝清县水土流失遥感评价展开系统探究，希望能对改进水土流失状况监测工作起到一定的启示作用。

关键词 通用土壤流失方程;水土流失;侵蚀

中图分类号：S157 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）12–0088–04

水土流失一种山区、丘陵地区渐进性灾害。土壤的成土通常都需要很长的一个过程，遭到破坏后短时间内难以有效恢复。地表土流失，剩余土壤保持养分和水分的能力减弱会大大减少作物的出苗、生长和产量，一些被严重侵蚀的土壤根本无法用于作物生產。侵蚀还会降低土壤吸收水分的能力，导致洪水泛滥，产生大面积的积水。

根据《宝清县水土保持规划（2020—2030年）》研究成果显示：宝清县的水土流失以水力侵蚀为主要类型，主要表现形式为面蚀和沟蚀。第一次水利普查情况成果显示：宝清县水土流失总面积为1 952.8 km2，占全县总面积的19.54%;宝清县长度在100～5 000 m的侵蚀沟1 681条，沟壑总面积9.5 km2，沟壑密度0.05 km/km2。

水土流失是导致宝清县黑土地退化、变薄、变瘦的主要原因之一。既往对宝清县水土流失的研究多局限于实地调查，对宝清县水土流失因子和全域的水土流失评价没有系统的研究。因此，通过遥感和实地调查相结合的方式对工作区水土流失情况进行系统解析和研究具有重要意义，其主要目的在于确定土壤侵蚀模数大小。在实际测量过程中需要对土壤侵蚀影响因子以及模数之间的关系进行分析和测量，从而计算出不同因子所产生的影响，方便后续制定防治策略。

1 水土流失评价因子提取

本研究基于修正通用土壤流失方程（RUSLE）为评价模型，对各个因子进行提取。利用国家气象科学数据中心提供的降雨数据，计算降雨侵蚀力因子，根据收集的1∶100 000宝清县土壤数据来计算土壤可蚀性因子;以宝清县1∶50 000标准地形图为基础提取模型所需的坡长和坡度因子;利用遥感技术来获取相应数据，包含了土壤侵蚀有关的植被覆盖以及土地利用信息等，通过计算获取水土保持因子。之后借助RUSLE模型对因子进行运算，分析和得到各个像元的年土壤侵蚀模数，将其按照对应的强度等级进行划分。RUSLE模型的核心内容是对6个因子的计算，原理的逻辑技术流程见图1。

1.1 降雨侵蚀力因子

降雨对水土流失的影响效果显著，降雨的侵蚀力因子越大，土壤的侵蚀强度也就越强，二者呈正比。此外，土壤侵蚀的数量对降雨侵蚀力的变化非常敏感，对其进行深入细致的研究可以深化了解土壤侵蚀的形成机理。本研究以月降雨侵蚀力的模型，采用公式：

R=0.3589F1.9462                             （1）

（2）

式（1）、（2）中，P为年平均降雨量（mm），Pi为第i月的平均降雨量（mm），R为多年平均降雨侵蚀力（MJ·mm·hm-2·h-1·a-1），计算出每个站点的降雨侵蚀力R值后，根据降雨站点的空间分布，使用GIS软件的空间分析功能，采用反距离权重法实现R因子在区域内的空间插值，得到宝清县降雨侵蚀力因子的空间分布图（图2）。

1.2 土壤可蚀性因子

土壤可蚀性是评价土壤对侵蚀敏感程度的重要指标，表征土壤对降雨冲刷和径流搬运的抵抗力，是进行土壤侵蚀预报的重要参数。土壤可蚀性是一项较为复杂的概念性内容，其自身的大小会受到多方因素的影响，但总的来说，此类数值的大小主要还是受土壤质地以及人为活动2个因素的影响。K值由土壤本身的理化性状决定，与外界的自然条件无关。

本研究结合宝清县土壤的实际情况，综合国内学者对于黑龙江省土壤侵蚀方面的大量研究，得到不同土壤类型侵蚀性因子值（表1）。综合宝清县1∶100 000土壤类型，制得土壤可蚀性因子空间分布图（图3）。

1.3 坡度和坡长因子

地形也是一个重要的影响因子，不同的地形下所形成的土壤侵蚀也会有所不同，主要有2个因子，即坡度和坡长因子。坡度和坡长属加速水土流失的动力因子，这2个因素所带来的影响最为显著。坡度因子具体的含义是在其他条件相同的情况下，土壤流失量与标准径流小区典型坡面土壤流失量的比值，此类坡度的影响相较于坡长来说有更大的影响。地形因子在DEM基础上生成，坡度因子计算现在已经比较成熟，坡度因子的计算采用以下公式：

（3）

式（3）中，S为坡度因子;θ为坡度，使用GIS软件的空间分析功能，制得坡度因子空间分布图（图4）。

坡长因子的计算采用以下公式：

L=（λ/22.13）m                               （4）

（5）

式（4）、（5）中，L坡长因子;λ为水平坡长（m）;m坡长指数。其中，通过使用GIS软件的水分分析工具对DEM数据依次进行填洼、流向、流量处理得到水平坡长λ。m通过空间分析工具将计算得到的坡度数据按公式（5）分类赋值得到，制得宝清县坡长因子空间分布图（图5）。

1.4 植被覆盖与管理因子

植被覆盖与管理因子同样也是造成水土流失的重要因素，指在相同的地形情况之下，不同的植被特征所带来的影响，此类影响同样也可以看作是人类行为所带来的一系列影响。植被覆盖度与其有很好的相关性，C因子是无量纲数，其值介于0～1之间。

本研究以2020年宝清县遥感影像提取的为数据源，综合宝清县第三地全国国土调查成果数据和前人研究成果进行计算，计算公式如下：

Fc=（NDVI-NDVImin）/（NDVImax-NDVImin）                                                 （6）

NDVI=（NIR-R）/（NIR+R）            （7）

式（6）、（7）中，Fc为植被覆盖度，NDVI为归一化植被指数，NDVImax和NDVImin分别表示研究区内NDVI的最大值和最小值。NIR和R分别表示近红外波段和红光波段的反射率。

根据表2进行计算，制得宝清县植被覆盖与管理因子空间分布图（图6）。虽然有些用地类型的植被覆盖很低，如河流、水库、居民地、道路等，但是一般不会发生土壤侵蚀，故C值为0。

1.5 水土保持因子

水土保持因子主要是指土壤利用人为的水土保持方法进行保护和保障，此类方法与传统未实施保障的土壤流失量进行对比，以此观察二者之间的差距和对比，其中包含一系列顺坡耕作、横坡耕作等造成的土壤侵蚀。P因子是无量纲数，其值介于0～1之间。0代表防治措施很好，基本不发生侵蚀的地区;1表示未采取任何控制措施的地区。目前对P值的估计多以土地利用类型为参考。本研究参照美国农业部手册703号手册和国内学者关于水土保持因子的研究成果，根据表3对宝清县不同土地利用类型的P因子进行计算，制得宝清县水土保持因子空间分布图（图7）。宝清县森林、草地等大部分土地利用方式没有采取水土保持措施，其P值取1;农田中仅部分耕地有保护措施，P值为0.352，最终得到宝清县水土保持因子空间分布图。

2 结论

将计算得到的各因子的栅格图层重采样并统一到同一投影坐标系下，在此基础上运用GIS软件的空间分析模块地图代数工具进行各因子间复合运算，得到宝清县土壤侵蚀模数空间分布情况。宝清县的土壤侵蚀类型以水蚀为主，因此，按照国家水利部颁发的水蚀区土壤侵蚀分级标准（表4），将侵蚀类型划分为微度侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀、极强度侵蚀和剧烈侵蚀6个级别（图8）。

宝清县中、西部大片区域土壤侵蚀模数处于较高级别，地区大部分为山地山丘，总体海拔相对较高;尖山子乡附近地区侵蚀模数级别也较高，这一地区是剥蚀残丘地区，地势相对周边较高，土壤侵蚀情况相对严重。宝清县大部分地区地势平坦，坡度较小，平均侵蚀模数处于较低级别（表5、图9）。

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责任编辑：黄艳飞

Remote Sensing Evaluation of Soil and Water Loss in Baoqing County Based on Modified Universal Soil Loss Equation （RUSLE）

KONG Fan-peng et al（Mudanjiang Nat-ural Resources Comprehensive Survey Center of China Geological Survey， Mudanjiang， Heilongjiang 157000）

Abstract With the vigorous development of human beings in agricultural production， the utilization rate of land is higher and higher. Since modern times， the phenomenon of soil and water loss has become more and more serious， which has a very serious adverse impact on soil moisture and fertility conservation. This paper intended to systematically explore the remote sensing evaluation of soil and water loss in Baoqing County combined with the general soil loss equation， hoping to play a certain role in improving the monitoring of soil and water loss.

Key words General soil loss equation; Soil erosion; Erode