新农小流域植被恢复的土壤侵蚀效应评估

刘益民

(沈阳市水利科学研究所，辽宁 沈阳 110043)

土壤侵蚀是全球范围内的一个生态环境问题，其治理工作也是复杂，困难的。土壤侵蚀会对土地造成严重的损害，导致土壤退化和土地肥力下降的现象。土壤侵蚀还会造成河道阻塞，河库淤塞等问题，对社会生产以及人类生活环境造成严重的危害。在进行土壤侵蚀治理中，最有效的措施就是进行植被恢复[1]。植被恢复减少土壤侵蚀现象的发生主要有三个原因：一是树冠可以减少雨滴的动力势能，减少雨滴对地面的直接冲击。二是植被的根系，可以起到固化土壤的作用，减弱土壤侵蚀现象[2]。三是落叶覆盖在土地表面，可以有效的减少地面径流对土壤的冲击力。新农小流域经过工程建设和植被恢复，有效的减弱了土壤侵蚀现象，对植被恢复的土壤侵蚀效应进行评估可以为水土保持和植被建设积累丰富的经验[3]。

1960年，国外学者在对美国的土壤进行研究之后，建立了土壤流失方程，随后在进行土壤侵蚀研究中，土壤流失方程发挥了巨大的作用[4-6]。随着人们生态保护意识的提高，我国对土壤侵蚀的研究也逐渐迈向正规化，我国的学者专家根据我国的土壤特性，对土壤流失方程的部分参数进行了本土化处理，形成了RUSLE修正土壤流失方程，该方程在我国的土壤侵蚀研究中发挥了巨大的作用。本文就是根据RUSLE模型和GIS技术来测定在植被恢复前后新农小流域土壤侵蚀效应，探究植被恢复对土壤侵蚀的影响。

1 研究区概况和研究方法

1.1 新农小流域概况

新农小流域位于新民市东北部，隶属于新农乡境内。小流域总面积17.63 km2，有水土流失面积0.833 km2，占总面积的4.72%，其地貌属于该低山丘陵区，有风沙土和砂砾岩石，该流域平地土层较厚，土层一般在60～160 cm之间，丘陵山坡上土层较薄，有部分石质。属于半干旱季风大陆性气候，四季分明，雨热同季，多风少雨。该地区的特点是春季风大干旱、夏季炎热多雨、秋季凉冷早霜、冬季严寒干燥[7]。该流域降水比较集中，日照比较充足，温差较大。平均温度为7.5℃,最热是7月份。平均温度为22℃～23℃，最高温度为35.3℃，最冷是1月份，平均气温为-8.9℃～11.8℃,最低气温为-30.4℃,该地区平均降雨量为570 mm,降雨主要集中在7—9月份，全年无霜期为154 d，多年平均径流75 mm，最大冻土深度1.2 m。该流域有沟壑面积160 hm2，占总面积的0.67%，沟壑密度为1.5 km/km2，此流域大多数为小支沟和毛沟，多为V型沟。该流域地形平坦，小于5度的20 082 hm2，占总面积的100%。小流域林地多为人造林，树种主要为杨树，有少部分刺槐、柳树和少许果树，该流域林草覆盖率占土地面积11.5%。侵蚀类型主要为轻度水力侵蚀，有侵蚀面积0.833 km2，土壤侵蚀模数1 000～1 800 T/km2·a。

1.2 研究方法

1.2.1 数据的采集

本文对降水量的数据采集是来自中国气象局数据库中新民市2007-2015年的平均降水量。由于新农小流域的土壤变化较小，本评估跨度时间不长，所以采用2011年土壤可蚀性参数作为模型的土壤参数。DEM图像的产生是将地形图经过Arcgis10.2进行矢量处理，之后利用插值产生具有合适分辨率的DEM。收集所有数据之后，通过Excel软件和Arcgis10.2平台对数据进行处理，最终得到各年份的土壤变化特征。

1.2.2 计算方法

RUSLE模型的建立和五个因素有关：地区的降水量，土壤的可蚀性数据，地形因素，作物因素以及水土保持措施因素。方程式表达为：

A=R×K×LS×C×P

公式中A代表年土壤平均侵蚀量，单位用[t/(hm2·a)]表示

降雨侵蚀力R:降雨侵蚀力的计算方法是：

R=αPβ

式中：P表示地区的年平均降水量，α，β是模型参数。

K:土壤可蚀性因子。土壤可蚀性因数是在根据监测点测定的土壤数据的技术上，利用公式进行计算，计算的方法为：

在公式中SANd为土壤中的沙粒含量；SILi为土壤中粉粒的含量；CLAi为黏粒含量；C表示土壤中有机质的含量。

LS：地形因子。陡坡的一些物理量对土壤侵蚀的影响也是比较大的，陡坡的长度和坡度都是影响土壤侵蚀的因素。

C:代表植被覆盖因子。P:代表水土保持措施因子

在日常生活中，我们知道没有植被覆盖的土地比有植被覆盖的土地更容易发生土壤侵蚀现象，科学研究也证明植被覆盖是影响土壤侵蚀的一个重要因素[8]。在进行土壤侵蚀评估的过程中，一种地形的植被覆盖因子用一个常数表示，水坝地区为0.31，农耕地为0.31，草地为0.06，不同地形的因子常数是不同的。

水土保持措施因子是用数字表达对土壤改造之后对土壤侵蚀的影响。修建工程或者植树造林都会改变水土保持措施因子。该因子在0～1之间变化，数据越小，表示水土保持措施越完善[9]。

2 结果分析

2.1 降雨侵蚀力的变化

在土壤容易受水流侵蚀的地区，降雨侵蚀力是影响土壤侵蚀的重要原因。降雨侵蚀力主要的和雨水有关，降雨量的大小，雨滴的大小以及降雨的类型都会对降雨侵蚀力造成影响。本文对新农小流域的2007-2015年的年平均降水量进行统计，在进行植被恢复之前的平均降水量为637 mm,植被恢复之后为664 mm,经计算之后得到降雨侵蚀力分别为：2 229.53 MJ·mm·hm2·(h·y)-1,2 324.69 mm·hm2·(h·y)-1。

2.2 土壤侵蚀强度的变化

土壤侵蚀强度的概念是在单位面积内，土壤在外力的作用下与土壤母质的分离与位移程度。根据RUSLE模型，在经过ARCGIS10.2平台处理之后，根据《土壤侵蚀分类级别标准》对流域的土地进行侵蚀强度分级。

通过分析，我们可以知道，在进行植被恢复前后，土壤侵蚀强度是在空间上是发生了巨大的变化。在进行植被恢复之后，发生强烈侵蚀的土壤面积变小了，发生强烈侵蚀的土壤侵蚀强度逐渐减小。在植被恢复之前，3类土壤侵蚀强度的土地面积占全部面积的26.54%，在进行植被恢复使，当年3类土壤侵蚀强度的土地面积占全部面积的44.2%，植被恢复工作完成之后，经过环境的自我恢复，3类土壤侵蚀强度的土地面积占全部面积的51.2%。数据表明，植被恢复是有利于改善土壤侵蚀状况的。

2.3 土地利用类型的转变对土壤侵蚀度的影响

治理项目实施后将合理利用土地资源，调整土地利用结构，治理期末建成经济结构合理，效益显著的新农村。小流域治理前总面积1 763 hm2。其中农业用地1 080 hm2，林业用地126 hm2，牧业用地202 hm2、渔业用地20 hm2、草地2 hm2、其他用地305 hm2(工矿、居民、发展用地、道路等).调整后项目总面积为1 763 hm2，农业农地986 hm2、林业用地423 hm2、牧业用地103 hm2，渔业用地16 hm2、草地52 hm2，其他用地183 hm2。为了试验土地类型的变化对土壤侵蚀强度的影响，试验人员选取2007，2012,2015三年的土地类型分布状况进行研究。利用ARCGIS10.2平台对土壤侵蚀轻度的栅格图和土壤利用栅格图进行叠加分析，。

在进行植被恢复之前，土地侵蚀主要以强烈侵蚀为主，2007年，强度侵蚀以上等级土地侵蚀面积占总面积的49%，在进行初步植被恢复之后，2012年强度侵蚀以上等级只占26%，之后土壤侵蚀现象得到有效治理，强度以上侵蚀土壤面积趋于稳定，并逐渐减小。

2.4 土壤侵蚀强度的坡度分析

土地坡度对土壤侵蚀也具有一定的影响，按照统一的规定，在进行土地坡度对土壤侵蚀造成的影响时，我们把坡度分为四个等级，15度以下，15～25度，25～35度，35度以上，实验人员对2007,2011,2015三个年份，不同坡度土壤的侵蚀情况进行研究，得到数据，如表一所示。从表中我们可以发现，在进行植被恢复之前，土壤侵蚀主要以强度侵蚀以上为主且多发生在坡度比较高的地区。在进行植被恢复之后，土壤的侵蚀强度发生变化，以轻微土壤侵蚀为主，25度以下地区土壤侵蚀面积增大。

表1 植被恢复前后不同坡度侵蚀强度区面积比对比表

3 结语

本文就新农小流域的植被恢复工程对土壤的侵蚀效应进行评估，2010年开始，新农流域开始对土地侵蚀现象进行整治，2012年整治工作全部结束，整治措施包括积极的执行植树造林，改善土地使用类型，完成1号、Ⅱ号两条沟道综合治理。本文对新农流域的基本状况进行简单的介绍，之后收集降水量，土壤可蚀性参数等数据作为基本评估条件，建立RUSLE修正模型，利用ARCGIS10.2技术对新农小流域的土壤侵蚀现象进行全面的评估，利用植被恢复前后的土地图片和土壤侵蚀统计数据进行对比。评估结果显示通过植树造林，改变土壤利用类型，修建塘坝，护坡等方式是可以对土壤侵蚀现象进行治理的，新民流域的土壤侵蚀工作是卓有成效的。当然在评估的过程中，由于存在一些不确定因素，会对数据计算造成一定的偏差，如在评估坡度土地对土壤侵蚀的影响时，土壤的重力也会造成一定的影响，统计降雨量的时候，由于新农流域的降雨记录不完全，部分数据参考周边地区的降水量。这也是这次评估中的不足之处。

[1]杜荣海.辽宁省水资源量情势浅析[J].水土保持应用技术.2016.(02)：27-28.

[2]刘启和.基于辽阳县地下水资源质量评价的研究[J].水土保持应用技术.2016.(05)：47-49.

[3]程海英.锦州市城区水资源现状及优化配置方案[J].水土保持应用技术.2015.(06)：22-23+32.

[4]全占东.水足迹理论视角下辽河流域水资源评价[J].水土保持应用技术.2017.(01)：22-24.

[5]黄亮.水资源可持续发展存在的问题及对策[J].水土保持应用技术.2013.(04)：32-34.

[6]李学森.凌河流域水资源现状及保护措施[J].水土保持应用技术.2015.(03)：36-37.

[7]张海军.水资源保护监测存在问题及建设初探[J].水土保持应用技术.2016.(03)：40-43.

[8]曲锦艳.辽宁省水资源存在的问题与保护对策[J].水土保持应用技术.2002.(06)：16-17.

[9]姚建.浅谈城市生活用水水平衡测试分析[J].地下水.2013.(06)：35-36+40.