基于GIS与RUSLE的土壤侵蚀研究

张洪鑫

摘 要： 对辽宁省土壤侵蚀进行数据量化研究，成为国土空间规划决策提供理论依据。在GIS技术的支持下，利用降雨量、土壤成分、土地分类、高程、NDVI等数据，结合修正后RUSLE模型估算研究区土壤侵蚀。研究表明土壤侵蚀的产生是由于地形、土壤、气候、植被覆盖等自然因素以及土地开发模式等人为活动的作用结果。研究区土壤侵蚀的主要空间分布为研究区西部和东部。

关键词： 土壤侵蚀;RUSLE;GIS;辽宁省

【中图分类号】S714     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.30.237

辽宁省地貌变化不一，部分土质单一、土质松散、暴雨经时短、强度较大等特点，各类人工活动较强，土壤侵蚀较为严重。土壤侵蚀的危害能让土壤肥力下降、加速减化、危及农业，且湖河等水资源的质量明显下潜以及水的灾害加重，这些都损害了生态环境、社会和经济的持续发展，这也成为国土空间规划不可不考虑的因素。不合时宜的土地利用增强了土壤侵蚀的发生。如果对土壤侵蚀定量研究和评价，明白其土壤侵蚀导致的强度和区域，为有效遏制土壤侵蚀和改善土地利用方式提供重要的科学参考价值。但是传统的土壤侵蚀调查有时间长、成本高，故并不能有效运用。21世纪GIS和RS技术发展迅速能够大量应用于土壤侵蚀研究。现在已经形成了许多土壤侵蚀评价模型，通过大量资料分析表明，RUSLE模型操作简单、时间短。RUSLE模型能从定性转变到定量的研究。本文在GIS和RS以及RUSLE模型的操作下，對辽宁省土壤侵蚀进行了定量研究，为国土空间规划提供科学依据。

1 研究区概况

辽宁省坐落我国东北地区的南部。地理坐标介于东经118°53′至125°46′，北纬38°43′至43°26′之间在全省陆地总面积中，山地占59.5%;平地占32.4%;水域和其他占8.1%。地形大体为从北到南，从东西两侧向中部倾斜，丘陵与山地分布东西两侧，中部平原较低，大体向渤海湾倾斜。省内有大小河流320多条，主要有辽河、浑河以及界河鸭绿江等，形成辽宁省的主要水系。辽宁地处中纬度的南半部，欧亚大陆东岸，属温带大陆性季风气候，雨热同季，光照丰硕，四季分明。辽宁省土壤分布：有棕壤、潮棕壤、褐土、潮土、草甸土、沼泽土、泥炭土、水稻土等类型。

2 数据与方法

2.1 数据来源

本研究的基础数据包括：辽宁省的30m分辨率数DEM，数据来源NASA的earthdata;全国787个国家气象站点2015— 2020年日均降雨数据，来源于中国气象数据共享服务网;2018年研究区土地利用数据，基于遥感解译制作而成，空间分辨率为10m;2018年 MODIS合成NDVI数据，空间分辨率为 250m;联合国粮农组织 （FAO）和维也纳国际应用系统研究所（HASA）构建的1km分辨率世界土壤特征数据（HWSD）。为了方便计算，最终利用ArcGIS软件重采样，统一为为30m分辨率，精度一致。

2.2 土壤侵蚀模型

本研究采用美国土壤水土保持局提出的修正土壤流失方程RUSLE模型进行模拟研究，方程表达程式为：

A=R×K×L×S×（1-C）（1）

（1）式中：A——年均土壤侵蚀量〔t/（km2？a）〕;

R——降雨侵蚀因子[MJ？mm/（hm2？h？a）];

K——土壤可侵蚀因子[t？hm2？h/（MJ？mm？hm2）];

L——坡长因子;

S——坡度因子;

C——耕作管理植被覆盖因子。

2.2.1 降雨侵蚀力R因子计算

雨水量是诱导土壤发生侵蚀重要因素之一，能够表示对土壤的侵蚀能量大小，降雨的分布空间特征不同程度决定了土壤侵蚀的规律分布。目前很多学者提出了多种基于月平均降雨量计算R的公式，由于辽宁省空间趋势特征，本研究选用自然资源部关于《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价指南（试行）》中的办法以下简称“双评价”，此公式适合中国大部分地区。降雨侵蚀力R方程表达式为：

R=∑24k=1R半月k=1n

∑ni=1∑mi=0αP1.7265i，j，k

（2）

（2）式中：R半月k为第K个半月的降雨侵蚀力，为一年的24个月;

i为所用降雨资料的年份;

j为第i年第k个半月侵蚀性降雨日的天数;

Pi，j，k为第i年第k半月第j个侵蚀性降雨量，

a为参数无量纲，暖季时取值为0.3937，冷季为0.3101。

2.2.2  土壤可侵蚀性因子计算

土壤可侵蚀性因子K是反应土壤中颗粒能够被水的能量分离和搬运的难易程度，主要与土壤质地、有机质含量、土体结构、渗透性等土壤理化性质有关。本研究通过世界土壤数据库（HWSD）和EPIC模型公式计算 K值。选自于自然资源部关于“双评价”中办法，其中土壤侵蚀性因子方程表达式：

K=[-0.01383+0.51575Kepic]×0.1317

Kepic={0.2+0.3exp[-0.0256ms（1-msilt/100）]}×

[msilt/（mc+msilt）]0.3×

{1-0.25orgC[orgC+exp（3.72-2.95orgC）]}×

{1-0.7（1-ms/100）/{（1-ms/100）+