广西人类活动对土壤侵蚀的影响

蔡卓杰，卢 远，谢坤坚

(1.广西师范学院 地理科学与规划学院/北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室，广西 南宁 530001；2.广西水土保持监测总站，广西 南宁 530023)

广西人类活动对土壤侵蚀的影响

蔡卓杰1,2，卢 远1，谢坤坚1

(1.广西师范学院 地理科学与规划学院/北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室，广西 南宁 530001；2.广西水土保持监测总站，广西 南宁 530023)

土壤侵蚀；关联度；干扰度；人类活动；广西

选取农业人口密度、土地开垦率、人均粮食产量、种植指数、单位面积第一产业产值、单位面积GDP、>15°坡耕地面积等7个人类活动指标，采用灰色系统理论关联度指数定量分析各指标对土壤侵蚀的影响程度，用干扰度指数分析人类活动对土壤侵蚀的干扰。结果表明，影响广西土壤侵蚀的人类活动干扰度指数范围为0.47～2.36，从综合干扰度分析土壤侵蚀的人地关系，把影响土壤侵蚀的人类活动划分为微度干扰区、轻度干扰区、中度干扰区、重度干扰区、极重度干扰区，基于各干扰区提出有针对性的土壤侵蚀预防措施，减轻人类活动对土壤侵蚀的影响，为广西土壤侵蚀治理提供人类活动响应的科学依据。

土壤侵蚀受自然因素和社会因素的共同影响[1]，自然因素中降雨、地形、植被等直接影响侵蚀过程，而社会因素的影响则更加复杂。随着土壤侵蚀研究的深入，对其社会因素的研究成果不断增多：贾绍凤[2]研究黄土丘陵区人类活动对土壤侵蚀的影响，发现人为加速侵蚀面积占总侵蚀面积的83%；郑粉莉等[3]对黄土高原土地开垦加速侵蚀现象进行研究，发现人为加速侵蚀现象以侵蚀沟为主，在土壤侵蚀影响因素中人类活动占据主导地位；许炯心[4]通过研究认为农民人均收入小于400元/年时，嘉陵江产沙量将呈现突变式增长。可见，人类活动与土壤侵蚀状况密切相关。本研究以广西壮族自治区为例，在土壤侵蚀研究的基础上，探索人类活动因素与土壤侵蚀之间的关系，以期为广西土壤侵蚀治理提供决策依据。

1 研究区概况和数据来源

1.1 研究区概况

广西壮族自治区地处我国南部，位于E104°26′～112°04′、N20°54′～26°24′，北回归线贯穿全区中部，属亚热带季风气候区，降水丰富，年均降水量在1 070 mm以上。地处云贵高原东南边缘，以山地丘陵性盆地地貌为主，盆地大小相杂，山系多呈弧形，层层相套。河流众多，河流大多沿着地势呈倾斜面从西北流向东南，形成了以红水河—西江为主干流的横贯广西中部、支流分布于两侧的树枝状水系。土地总面积约23.67万km2，总人口5 159万人，其中乡村人口2 761万人。根据广西第一次水利普查公报数据，广西土壤侵蚀面积5.05万km2，占土地总面积的21.34%。

1.2 指标选取及数据来源

为研究人类活动各指标因子与土壤侵蚀的相关性，根据指标选取的综合性、可操作性、代表性和区域完整性等原则，选取农业人口密度、土地开垦率、人均粮食产量、种植指数、单位面积第一产业产值、单位面积GDP、>15°坡耕地面积等7个指标作为评价因子。各县(区)的土地面积、农业人口数量、粮食产量、种植面积、第一产业产值、GDP数据来自《广西统计年鉴2013》[5]，土地开垦率、>15°坡耕地面积来自全国第二次土地调查广西土地面积统计结果。

2 研究方法

2.1 土壤侵蚀评价方法

以修正的通用土壤流失方程RUSLE[6]为模型，在第一次全国水利普查广西水利普查空间抽样调查的基础上，结合广西的地形地貌等特点，对RUSLE模型进行改进，加入裸岩和石漠化因子M，计算公式为

A=R·K·LS·C·P·M

(1)

式中：A为土壤侵蚀模数，t/(km2·a)；R为降雨侵蚀力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)； K为土壤可蚀性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；LS为坡长坡度因子，无量纲；C为地表覆盖与管理措施因子，无量纲；P为水土保持措施因子，无量纲；M为裸岩和石漠化修正因子，无量纲。

2.2 灰色关联度分析法

土壤侵蚀及人类活动影响因素所组成的“人-地-水系统”，属于灰色系统范畴[7]。灰色关联分析法是根据因素之间发展趋势的相似或相异程度来衡量因素之间关联程度的一种方法。根据灰色关联度来分析广西人类活动与土壤侵蚀之间的关联性程度，先要对各指标因子进行标准化处理，即无量纲化，采用极差标准化方法进行标准化。把各县(区)的土壤侵蚀面积和土壤侵蚀模数数列称为母数列，标准化后表示为{Xm(i)}(m= 1,2；i=1,2,…,110)，把影响土壤侵蚀的人类活动因素数列称为子数列，标准化后表示为{Xj(i)}(j=1,2,…,7；i=1,2,…,110)，ξmj(i)为母数列{Xm(i)}与子数列{Xj(i)}的关联系数，Rmj为母数列{Xm(i)}与子数列{Xj(i)}关联度指数，计算公式分别为

(2)

(3)

式中：ρ为分辨系数，取0.5，用于提高关联因素之间的差异显著性；Δmj(i)为母数列{Xm(i)}和子数列{Xj(i)}的绝对差，Δmj(i)=|Xm(i)-Xj(i)|；Δmin、Δmax为母数列与子数列绝对差的最小值、最大值。

2.3 干扰度分析法

干扰度是人类活动干扰生态环境的强度，研究人类活动对土壤侵蚀的干扰度是解析土壤侵蚀动因的关键[8]。关联度指数反映各个人类活动指标因子与水土流失的关联程度的大小，而无量纲化指标因子数值表示该因子对水土流失影响的绝对量。所以，将关联度指数作为干扰度计算指标因子的权重[9]，则干扰度Dm是指标因子权重Rmj与对应无量纲指标因子Xj(i)的乘积之和，其计算公式为

(4)

3 结果分析

3.1 土壤侵蚀评价结果

利用遥感解译的土地利用数据，结合降雨、地形、地貌、土壤类型和土壤理化性质、植被覆盖度、水土保持措施等数据，计算广西土壤侵蚀模数，并根据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)对广西土壤侵蚀强度进行分级，得到广西土壤侵蚀强度分布图，如图1所示。统计得出，广西土壤侵蚀面积为4.789万km2，占土地总面积的20.23%，其中：轻度侵蚀面积3.189万km2、中度0.994 km2、强烈0.395万km2、极强烈0.138 km2、剧烈0.073 km2。根据各县(区)的土壤侵蚀强度，利用ArcGIS 10.0的分区统计工具，统计各县(区)的土壤侵蚀面积和土壤侵蚀模数作为计算土壤侵蚀与人类活动因子关联度指数的母数列。

图1 广西土壤侵蚀强度分布

3.2 关联度结果分析

人类活动各指标与土壤侵蚀面积和土壤侵蚀模数之间的关联度指数结果如表1所示。从表中可以看出，人类活动指标体系与土壤侵蚀面积的关联程度比与土壤侵蚀模数的关联程度大。人类活动指标体系与土壤侵蚀面积关联程度大小依次为：>15°坡耕地面积(0.770)>农业人口密度(0.754)>种植指数(0.719)>单位面积第一产业产值(0.699)>土地开垦率(0.680)>人均粮食产量(0.664)>单位面积GDP(0.651)。这说明与土壤侵蚀关联程度大的社会因素主要是>15°坡耕地面积、农业人口密度、种植指数3个因子，造成土壤侵蚀的主要原因是农业人口对土地的耕种和频繁扰动，尤其是在>15°坡耕地上的农业活动。

表1 人类活动指标体系与土壤侵蚀的关联度指数

3.3 干扰度结果分析

广西各县(区)的综合干扰度指数范围为0.47～2.36，根据等距法把干扰度指数分为微度干扰(<0.90)、轻度干扰(0.90～1.20)、中度干扰(1.20～1.50)、重度干扰(1.50～1.80)、极重度干扰(>1.80)5个等级，得到影响广西土壤侵蚀的人类活动干扰度等级分布如图2所示。统计各干扰区人类活动各指标体系的平均值，结果见表2。

从图2可以看出，人类活动对土壤侵蚀微度干扰区主要分布在十万大山北麓、大瑶山、凤凰山等地，包括上思县、凭祥市、金秀瑶族自治县、南丹县、凤山县、东兰县、金城江区和梧州市区，总面积约17 445 km2，主要是农业人口密度小、坡耕地面积少的地区，如金秀县农业人口密度35.58人/km2，坡耕地面积26.451 km2。轻度干扰区主要分布在左江流域、右江流域、驮娘江流域、乐里河流域、寻江流域等地区，包括西林县、田林县、右江区、凌云县、宁明县、龙州县、江州区、合浦县、岑溪市等，总面积约71 664 km2，主要分布在广西江河流域的上游。该地区以喀斯特山地为主，>15°坡耕地广泛分布，坡耕地开垦对土壤侵蚀贡献率较大。中度干扰区主要分布在贺江流域、桂江流域、融江流域、邕江流域等地区，包括隆林各族自治县、八步区、蒙山县、昭平县、苍梧县、融水苗族自治县、宜州市、西乡塘区、青秀区、扶绥县等，总面积约51 901 km2，主要分布在各流域的中段地区，土地开垦对土壤侵蚀的贡献较大。重度干扰区主要分布在湘江流域的湘江上游平原、洛清江流域、北流河流域、濛江流域等地区，包括资源县、全州县、兴安县、临桂县、永福县、鹿寨县、柳江县、武宣县、藤县、容县、灵山县等，总面积约42 531 km2。该区主要分布在桂东北湘桂铁路沿线，以峰林平原和丘陵山地为主，人类活动因子较中度干扰区进一步加强。极重度干扰区主要分布在南流江流域、钦江流域等地区，包括北流市、博白县、陆川县、玉州区、兴业县、浦北县、钦南区、钦北区、横县等，总面积约54 074 km2。该区的各指标体系平均值达到最大，尤其是农业人口密度干扰比较突出，如博白县、兴业县、陆川县、钦北区的农业人口密度均大于250人/km2。

图2 广西人类活动干扰度等级分布

干扰度农业人口密度土地开垦率人均粮食产量种植指数单位面积第一产业产值单位面积GDP>15°坡耕地面积微度77．0111．53196．100．9138．28622．5430．30轻度73．4916．94220．941．2752．31942．7983．65中度113．2224．74239．031．2192．311893．2774．47重度134．1232．14319．591．24112．301623．1179．00极重度209．0536．80396．651．56124．12854．0984．62

4 结 语

选取农业人口密度、土地开垦率、人均粮食产量、种植指数、单位面积第一产业产值，单位面积GDP、>15°坡耕地等作为影响广西土壤侵蚀的人类活动因子。从人类活动的角度分析影响土壤侵蚀的社会因素，采用灰色系统理论的关联度指数和干扰度指数分析人类活动对土壤侵蚀的干扰程度，得出以下结论：从桂西北到桂东南，人为干扰度由弱到强；桂西北地区以喀斯特山地为主，人少土薄，人为干扰度较弱，坡耕地开垦对土壤侵蚀的影响比较突出，建议在石山区>25°坡耕地实施退耕还林还草，加强水土流失治理，建立生态补偿机制；桂中地区以盆地平原为主，农业比较发达，人为干扰度较桂西北大，建议优化农业结构，实施农业精细化管理；桂东南地区以丘陵山地、盆地夹杂地貌类型为主，人口密度大，农业以粗放型为主，人为干扰度最严重，建议调整农业产业结构，发展劳动密集型产业，增加农民收入，减少人类活动对环境的破坏。

[1] 王红兵,许囧心,颜明.影响土壤侵蚀的社会经济因素研究进展[J].地理科学研究进展,2011,30(3):268-274.

[2] 贾绍凤.根据植被估算黄土高原的自然侵蚀和加速侵蚀——以安塞县为例[J].水土保持通报,1995,15(4):25-32.

[3] 郑粉莉,唐克利,张科利,等.自然侵蚀和人为加速侵蚀与生态环境演变[J].生态学报,1995,15(3):251-259.

[4] 许炯心.农村社会经济因素变化对嘉陵江产沙量的影响[J].山地学报,2006,24(4):385-394.

[5] 广西壮族自治区统计局.广西统计年鉴2013[M].北京:中国统计出版社,2013:592-645.

[6] GEORGE R F,DANIEL C Y,GLENN A W,et al.User’s Guide: Revised Universal Soil Loss Equation Version 2[M].Washton D C:USDA-Agricultural Research Service,2003:10-15.

[7] 杨振,牛叔文,吴文恒.陇中黄土高原水土流失的人文因素分析[J].干旱区资源与环境,2005,19(6):124-128.

[8] 罗新正,朱坦,徐鹤,等.基于干扰度的迁西县生态环境分区[J].水土保持学报,2002,16(2):103-106.

[9] 方一平,陈国阶.四川省水土流失的人类活动响应及其防治策略[J].中国科学 E辑:技术科学,2003,33(增刊1):47-60.

(责任编辑 李杨杨)

S157

A

1000-0941(2017)02-0051-03

蔡卓杰(1989—)，男，广西浦北县人，硕士，从事GIS与RS在土壤侵蚀、水土保持中的应用研究；通信作者卢远(1971—)，男，广西南宁市人，教授，博士，主要从事生态遥感与土壤侵蚀研究工作。

2016-03-15