新疆青河县土壤侵蚀分类及分布范围研究

朱智元

（青河县水利局，新疆 青河 836200）

在我国大力发展经济的同时，越来越多的生态环境被破坏，水土流失与土壤侵蚀目前已成为我国影响最大的问题之一，主要表现为其产生较为持久，产生条件较低，不断侵害地区的土地资源，制约经济发展[1]。新疆地区处于我国大陆深处，气候干旱，有多种水土流失方式共同影响着生态环境发展，因此，对该地区进行土壤侵蚀研究是具有现实意义的[2]。

1 研究区概况

清河县位于阿勒泰山系南部，是阿勒泰地区最东端的县城。地势呈现出北部高南部低的趋势，全县海拔平均海拔1218 m，最高海拔点3659 m，最低点仅为900 m，落差达到2750 m。地形结构较为复杂，为地质灾害的发生提供了极为优良的环境。清河县的气候特点为温带干旱气候。冬天的空气干燥、寒冷、漫长，夏天又有风又凉爽。清河县总径流量9.97 亿m3，地下水总储量8 亿m3，总水能23 万kW。清河县地理位置见图1。

图1 青河县地理位置图

2 数据与研究方法

2.1 数据来源

本文采用MOD13Q1 数据。该数据的采集时间间隔为15 d，遥感数据精度为30 m。通用墨卡托投影坐标系，进行相应的前期处理，使得图像达到使用要求。

遥感影像数据集主要采集自Landsa 遥感卫星，它的分辨率为30 m。利用ENVI 软件的人机监督分类功能，目视解译出土地利用数据。采用ARCGIS 软件计算出植被覆盖度数据。此外，青河县降水量数据从中国气象科学数据网采集获得，并在GIS 中进行插值处理分析。

2.2 研究方法

2.2.1 土壤侵蚀分级

根据国家水利部颁布的《土壤侵蚀分类标准》（SL 190-2007），按照平均流失厚度，使用GIS 软件对青河县土壤侵蚀强度进行分类。

利用前期所得的遥感影像与高程模型数据，将数据加载至ENVI 软件中，提取出裸露表面与植被覆盖表面的元像素，并利用以下公式分别计算NDVI 值。并将得到的NDVIsoil和NDVIve值代入以下公式中，以提高植被覆盖率的精度。

式中：NIR 为近红外波段，R 为红波段。

式中：c 为植被覆盖密度因子，%；NDVIsoil为裸露表面的NDVI值；NDVIveg为有植被覆盖的NDVI 值。

根据《土壤侵蚀分类标准》（SL 190-2007），利用ARC-GIS 的网格计算工具对三个土壤侵蚀因子进行计算，按照微度、轻度、中度、强烈、极强和重度六个类别进行重分类，将分类结果成图显示，并统计不同等级的侵蚀范围面积以及其所占比例。

2.2.2 侵蚀量计算

目前，我国进行土壤侵蚀模拟最常用的是RUSLE 模型，RUSLE 模型在对土壤侵蚀的研究中起到极大的方便，减少外业工作的工作量，此外，它可以较好地规避尺度效应对研究结果带来的影响。计算公式如下：

式中：A 为土壤侵蚀量，t/（km2·a）；R 为降雨侵蚀力度因子，MJ·mm/（hm2·a）；L、S 分别为坡长和坡度因子；C 为植被覆盖度因子；P 为水土保持因子。

降雨对土壤的侵蚀程度可以用降雨量标准算法来表示，日降雨量大于12 mm 将会发生侵蚀作用，此时可称为侵蚀性降雨。计算公式为：

式中：Rn为第n 个半月的时段降雨侵蚀力值，MJ·mm/（hm2·h·a）；k 为时段天数；Pj为研究时间内第j 天的降雨量，mm。

通过收集青河县砂粒（SAN）、粉粒（SIL）、粘粒（CLA）和有机碳（C）含量，采用以下计算公式来计算土壤可蚀性因子的值。

式中：SAN、SIL、CLA 和 C 分别为砂粒、粉粒、粘粒和有机碳含量，%。

地形地貌条件是土壤侵蚀产生的温床。坡度因子和坡长因子是土壤侵蚀发生过程中控制侵蚀物质纵向下切力的分量。在土壤侵蚀研究中，坡度和坡面长度是土壤侵蚀计算中的关键因素。

以空间分辨率为30 m×30 m 的landsat 中的DEM 为根本，操作ARCGIS 软件举行坡度和坡长的提取。坡长系数计算公式如下：

S 因子使用刘宝元的陡坡计算公式：

式中：θ 是使用ARCGIS 提取出的坡度值采用公式直接计算得出，α 为坡长指数，该地区的标准坡长为21.91 m。

3 水土流失研究结果

3.1 各个因子计算

植被覆盖度对于地区的水土流失程度有着重要的影响，植被的枝叶可以截留雨水，减弱雨水对土壤层的冲刷，此外，植被的根部可以有效加强土壤固结程度，对土壤起到保护作用。本次植被覆盖解译利用ENVI 和ARCGIS 软件进行，并对提取到的植被覆盖解译图中的数据进行统计分析，得出不同覆盖度所占面积，见图2。利用ENVI 软件的目视解译法，人工目视划分出土地利用的分类情况，见图3。

图2 青河县植被覆盖图

图3 土地利用分级图

图4 土地利用占比图

由图4 可见，青河县南部地区多尚未开发的荒地，北部地区为草地与林地的集中区域，地域分布较为鲜明。草地面积占比最高，达到51%，建筑用地占比仅为2.2%。南部地区由于植被覆盖量较低，容易形成风化侵蚀现象。各土地利用类型的C因子见表2。

表2 各土地利用类型下的C 因子

根据青河县植被覆盖图（图5），青河县总体植被覆盖较好，青河县植被覆盖由北向南呈现出逐渐稀疏的趋势，植被覆盖率低的地区占整个城区的比例最大，占62.4%，主要分布在南部地区，是水土流失的易发区。所占比例最小的是高覆盖植被区，占3.3%，主要集中在县城中部。根据植被覆盖度和土地利用分析，青河县南部植被覆盖度较低，水土流失风险较大。

图5 植被覆盖占比图

根据国家通用标准，研究区内所有青河县坡度分为6个等级，见图6。根据青河县的坡度分类等级图计算等级的面积和比例。由图6 可知，最大坡比为0～5°的面积占32%，最小坡度为5°～8°，占比仅为11%。

图6 坡度占比图

根据公式得出青河县的土壤可蚀性K 值在0.023～0.064之间。可见，青河县土壤类型分布主要分为四个区域，南部地区、中部地区、中部与北部过度地区和北部地区。

图7 土壤分类图

3.2 土壤侵蚀量估算

利用第二节中所列公式，与前期所得数据，使用ARCGIS 10.4 软件叠加分析青河县土壤侵蚀强度。

图8 土壤侵蚀强度分布图

从土壤侵蚀分布（图8）可以看出：研究区的地表侵蚀类型有着较大的区域差异性，北部地区地势偏高，多为山地，降雨量较多，易产生水力侵蚀和冻融侵蚀。其中冻融侵蚀的面积占比为4.3%；水力侵蚀主要分布在草地和林地区域，占比为32.7%；风力侵蚀主要分布在南部植被覆盖较低的区域，占比最高，达到63%。

青河县大部分地区都为微度侵蚀地区，占比为37.2%。面积占比随侵蚀强度的增强而降低，见图9。剧烈侵蚀的面积占比最低，仅为3.3%。

图9 侵蚀量占比图

3.3 防治对策

在新疆水土流失严重区域，以及侵蚀重点区域，应统筹规划植树造林工作。合理选择草、灌木、乔木搭配方式，降低风力侵蚀与水力侵蚀所带来的水土流失。在降水量较大区域，可以选择种植草地，草种的选择应该以抗逆性较高的为主，达到一次治理，长期受用的效果。此外，在沟壑系统中，需要采取适当的水土工程建设，建立拦挡坝体系群。由于新疆地区水保措施实行较晚，开展的研究还处于初级阶段，政府应该加大水土保持科研项目的投资，并进行大量的技术推广。

4 结论

水土流失是新疆最大的自然灾害之一，每年都有大量的国家土地及自然资源被消耗损失。新疆地区地处于内陆，年降雨量较少，但是积雪融化和风力带来的侵蚀作用却非常强烈。对该地区土壤侵蚀的类型以及空间分布规律的研究是非常有必要的。青河县的中部植被覆盖良好，而南部植被覆盖较少，容易形成风力侵蚀，风力侵蚀的面积占比也达到了63%，是水土流失的易发地。青河县大部分地区分类标准估算结果显示青河县侵蚀微度和轻度占主要地位，两者总和占比66.1%。