基于RUSLE模型的辽宁省土壤侵蚀定量研究

高璐，王学凤，曲本亮，曹永强

（1.辽宁师范大学城市与环境学院，辽宁大连 116029;2.中国水利水电科学研究院，北京 100038; 3.大连市环境科学设计研究院，辽宁大连 116023）

基于RUSLE模型的辽宁省土壤侵蚀定量研究

高璐1，王学凤2，曲本亮3，曹永强1

（1.辽宁师范大学城市与环境学院，辽宁大连 116029;2.中国水利水电科学研究院，北京 100038; 3.大连市环境科学设计研究院，辽宁大连 116023）

以降雨量、土壤、遥感影像及土壤侵蚀普查数据等为基础数据，运用GIS技术，结合修正的通用土壤流失方程（RUSLE）模型对辽宁省土壤侵蚀状况进行研究，分析了土壤侵蚀的空间分布特征以及与不同土地利用类型的关系。研究结果表明:2011年辽宁省土壤侵蚀面积为459.36万hm2，年均土壤流失量为1.64亿t，年平均侵蚀模数为3 637.8 t/（km2·a），属于中度侵蚀，土壤侵蚀面积呈现上升趋势;辽西低山丘陵区的土壤侵蚀最为严重，侵蚀面积为191.99万hm2，城市受人为不合理的生产活动影响严重，导致土壤侵蚀面积增加;林地依旧是辽宁省土壤侵蚀发生的最主要的土地类型，占侵蚀总面积的57.66%，占土地利用类型的38.20%。

土壤侵蚀;RUSLE模型;定量分析;辽宁省;土地利用类型

1 研究背景

土壤侵蚀是全球性的重大环境问题之一［1］，是限制当今人类生存与发展的全球性环境灾害。土壤侵蚀会造成土壤养分流失、水质污染、生产力下降、恶化生态和人类生存环境［2］，在国内外受到长期重视，因此对土壤侵蚀进行调查、研究、监测和评估具有重要的现实意义。

对于这一重大的环境问题，19世纪国外学者就开始对土壤侵蚀进行研究［3-5］，并且相继建立了一系列的基于经验的土壤侵蚀模型［6］。RUSLE模型［7-10］是代表模型USLE的修正模型，修正后的公式结构合理、参数代表性普遍;结合GIS和RS，具有很强的实用性和综合能力，将成为土壤侵蚀研究工具和水土保持规划的主要研究手段。O.Terranova［11］运用RUSLE模型和GIS对地中海区域进行土壤侵蚀风险的模拟实验;V.Prasannakumar［12］运用RUSLE模型对印度的喀拉拉邦区域进行土壤侵蚀风险评估;徐丽芬［13］以中国渤海为例，采用RUSLE模型和信息传播模型在不同降雨情况下对土壤侵蚀进行了风险评估;陈思旭［14］、张旭群［15］、李天宏［16］等学者也在不同方面对土壤侵蚀进行了研究。本文采用高分辨率遥感数据以及空间技术等手段，结合RUSLE模型以及土壤侵蚀强度分级标准，对辽宁省2011年土壤侵蚀状况进行定量分析。

2 区域概况及研究方法

2.1 研究区域概况

研究区位于我国东北地区的南部，处于118°53'E—125°46'E，38°43'N—43°26'N之间，全省总面积为1 463.162万hm2。地势大致为:自北向南、自东西两侧向中部倾斜，山地丘陵分列东西两厢。属于温带大陆性季风气候区，是东北地区降水量最多的省份，年降水量在600～1 100 mm之间。辽宁省森林覆盖率为37%，面积约为5万km2，中部为平原棕黄土地带，西部为低山丘陵生草棕色森林土黄白土地带，北部土质结构差，水土流失最严重。在2005年第4次土壤侵蚀遥感普查中，土壤侵蚀面积占全省总面积比例的28.91%［17］，土壤侵蚀情况不容乐观，所造成的生态环境退化，会加剧贫困、影响社会稳定、阻碍社会进步，并将在未来成为影响辽宁省生态和经济可持续发展的重大问题。

2.2 所用数据来源

所用数据为2011年辽宁省土壤侵蚀面积（分市）统计表、辽宁省第4次土壤侵蚀遥感普查数据、辽宁省高程图、辽宁省各市1980—2011年逐日降雨数据、辽宁省1∶150万土壤类型图、辽宁省地形图及2011年辽宁省土地利用资料。

2.3 研究方法

本文选用目前应用最广、适用范围最大的修正的通用土壤流失方程（RUSLE）进行土壤侵蚀的量化，其计算公式为

式中:A为年均土壤侵蚀模数（t/（km2·a））;R为降雨侵蚀力因子（（MJ·mm）/（km2·h·a））;K为土壤可蚀性因子（（t·km2·h）/（km2·MJ·mm））; LS为坡长坡度因子，无量纲;C为地表植被覆盖与管理因子，无量纲;P为水土保持措施因子，无量纲。将遥感数据和非遥感数据相结合，经过各因子的算式，计算出各因子的值，最终将各因子逐年相乘获得研究区内土壤侵蚀模数。本文只对辽宁省水蚀状况进行研究分析。

3 结果分析

3.1 辽宁省土壤侵蚀现状分析

根据RUSLE模型的式（1）以及《辽宁省水利基础信息集》［18］中所获得的数据，辽宁省现有土壤侵蚀面积为459.36万hm2，占全省总面积的31.39%，年均土壤流失量为1.64亿t，年平均侵蚀模数为3 637.8 t/（km2·a），属于中度侵蚀。与2005年第4次遥感普查结果（土壤侵蚀面积为422.95万hm2，年均土壤流失量为1.18亿t，平均土壤侵蚀模数为2 801 t/（km2·a））相比，侵蚀面积增加了36.41万hm2，由原来的28.9%上升到31.39%，增加了2.49%，平均每年增加0.28%，说明辽宁省土壤侵蚀呈上升趋势。

3.2 辽宁省侵蚀强度等级分析

在研究区内，侵蚀强度等级以轻度侵蚀、中度侵蚀以及强烈侵蚀为主，伴有少量的极强烈侵蚀和剧烈侵蚀，详见表1、表2。以2011年为例，轻度侵蚀面积为237.69万hm2，占全省总面积的16.25%;中度侵蚀面积为121.23万hm2，占全省总面积的8.29%;强烈侵蚀面积为64.57万hm2，占全省总面积的4.41%;极强烈侵蚀面积为27.94万hm2，占全省总面积的1.91%;剧烈侵蚀面积为7.93万hm2，占全省总面积的0.54%。与2005年土壤侵蚀强度等级评价结果比较分析，辽宁省的侵蚀面积较大，由平均侵蚀模数评判土壤侵蚀强度，研究区内依旧为中度侵蚀，但其受降水变化以及人为活动等因素的影响较大，导致了平均侵蚀模数和侵蚀面积的不断增长。

表1 土壤侵蚀强度分级标准Table 1Classification of level of soil erosion

表2 辽宁省土壤侵蚀等级评价结果Table 2Evaluation results of level of soil erosion in Liaoning province

3.3 辽宁省土壤侵蚀空间差异性分析

3.3.1 各市土壤侵蚀现状分析

辽宁省2005年和2011年各市土壤侵蚀面积对比如图1。

图1 2005年和2011年辽宁省各市土壤侵蚀面积对比Fig.1Comparison among areas of soil erosion of all cities in Liaoning province in 2005 and 2011

对比各城市土壤侵蚀分布情况，侵蚀面积最大的是朝阳市，面积为80.85万hm2，盘锦市的侵蚀面积最小，为0.67万hm2。强烈以下的侵蚀最严重的是朝阳市、丹东市和大连市，面积分别为77.53，49.27，48.3万hm2;极强烈和剧烈侵蚀最严重的城市为丹东市，面积为6.12万hm2。土壤侵蚀占各市总面积40%以上的有营口市、葫芦岛市、大连市和朝阳市;在30%～40%的有阜新市、丹东市和鞍山市;在20%～30%的有铁岭市、锦州市和本溪市;其余各市在20%以下。

辽宁省各市在近6 a内，土壤侵蚀面积均出现增加的现象。侵蚀面积的增加，主要受自然因素和人为因素的影响，而人为不合理的生产活动是造成土壤加速侵蚀的主导因素。近几年辽宁省经济飞速发展，开矿、改扩建电厂、新建高速公路以及城市基础建设等各类开发建设项目大量增加，造成了由开发建设活动带来的短时间内侵蚀面积的增加。盲目地追求经济效益，从而破坏了生态平衡;同时由于管理上的疏忽与不当，放任这些不合理的土地利用的存在，更加加剧了水土流失的严重性从而促使土壤侵蚀面积增加。

3.3.2 各区域土壤侵蚀现状分析

辽宁省2005年和2011年各区域土壤侵蚀面积对比如图2。

图2 2005年和2011年各区域土壤侵蚀面积对比Fig.2Comparison among areas of soil erosion of regions in Liaoning province in 2005 and 2011

土壤侵蚀面积区域分布仍以辽西低山丘陵区的锦州、朝阳、阜新和葫芦岛4市的土壤侵蚀最为严重。该地区土壤侵蚀面积为191.99万hm2，占全省总侵蚀面积的41.80%。其中轻度侵蚀面积为110.92万hm2，中度侵蚀面积为49.49万hm2，强烈侵蚀面积为22.22万hm2，极强烈侵蚀面积为7.96万hm2，剧烈侵蚀为1.40万hm2。辽宁东部山区侵蚀面积为158.04万hm2，占全省总侵蚀面积的34.40%，其中中度以上侵蚀面积为40.73万hm2。辽宁中部丘陵漫岗区侵蚀面积为109.29万hm2，占全省总侵蚀面积的23.80%，其中中度以上侵蚀面积为28.13万hm2。

地形环境、地貌环境、土壤环境以及社会人文环境都是影响辽宁各区域土壤侵蚀面积增加的因素。辽西地区的轻度、中度侵蚀主要分布在旱地上，强烈、极强烈、剧烈侵蚀主要分布在中覆盖度的草地、有林地和疏林地上。从图2和表3中2005年侵蚀面积发现辽西研究区内轻度侵蚀面积呈现减少的趋势，而中度以上侵蚀面积呈现增长的趋势，而且增长的幅度较大，所以更应该对中度以上侵蚀进行重点治理，减少耕地的分布是减少辽西地区土壤侵蚀的主要措施。自然因素所导致的土壤侵蚀现状很难改变，但是，人为因素导致的可以通过合理、适当的调整土地利用类型从而达到抑制土壤侵蚀的发生。

表3 辽西地区不同研究时间侵蚀面积对比Table 3Comparison of erosion areas of western Liaoning province in 2005 and 2011

4 土壤侵蚀和不同土地利用类型的关系

就土壤侵蚀而言，土地利用类型是造成水土流失的重要的因子，是土壤侵蚀的促进因素。从辽宁省2011年和2005年土壤侵蚀与土地利用的关系发现（表4），林地是侵蚀发生的最主要的土地类型，林地侵蚀占整个辽宁省侵蚀面积的57.66%（2011年）和27.10%（2005年），增长了30.56%。其次，耕地也是侵蚀发生的另一个主要的土地类型，占辽宁省侵蚀面积的30.62%（2011年）和36.40% （2005年），但相比较侵蚀面积有所减少。将2005年和2011年比较，林地的侵蚀面积增加得最多，为150.12万hm2，同时草地、水域以及城乡、工矿等建设用地的面积也有着不同程度的增加。充分表明在2005—2011年间，由于人口的激增、对粮食迫切的需求以及人类不同程度的开发活动等所造成的不同土地利用类型的土壤侵蚀面积，正在不断增加。

表4 2005年和2011年辽宁省不同土地利用类型的土壤侵蚀面积Table 4Areas of soil erosion with different types of land use in Liaoning province in 2005 and 2011

由于经济建设的迅猛发展，各类开发项目对林地的需求也大幅度增加，特别是国家对基础设施建设投入的进一步加大，对林地的需求也迅速膨胀，同时退耕还林和封山育林的一些措施也使得林地的面积增加，因此林地的侵蚀面积呈现相对增长的趋势。研究范围内林地多质量较差，结构单一，均为水土保持较为脆弱的林地。同时人口的增加对蚕场生态环境的超负荷压力而产生的蚕场沙化现象;各类建设项目的开矿、采石等对生态影响较大的林地经济项目，极易造成对环境以及生态系统的破坏，都是造成林地土壤侵蚀最根本的原因。因此要在现有林地的基础上实施工程措施，加快水保林建设，对单一林地实施混交，合理利用开发林地，因地制宜地使用林地，科学有效地管理和保护林地。

5 结论

（1）辽宁省2011年土壤侵蚀面积为459.36万hm2，年均土壤流失量为1.64亿t，年平均侵蚀模数为3 637.8 t/（km2·a），属于中度侵蚀，与2005年第4次遥感普查结果相比，侵蚀面积增加了36.41万hm2，占比例由原来的28.9%上升到31.39%，增加了2.49%，平均每年增加0.28%，土壤侵蚀面积土壤侵蚀呈现上升趋势。

（2）侵蚀面积最大的城市是朝阳市，面积为80.85万hm2，而盘锦市是侵蚀面积最小的城市，为0.67万hm2。城市受人为不合理的生产活动影响严重，从而造成土壤加速侵蚀。土壤侵蚀面积区域分布仍以辽西地区的土壤侵蚀最为严重，为191.99万hm2;辽宁东部山区侵蚀面积为158.04万hm2;辽宁中部丘陵漫岗区侵蚀面积为109.29万hm2。地形环境、地貌环境、土壤环境以及社会人文环境都是影响辽宁省各区域土壤侵蚀面积增加的因素。

（3）林地是侵蚀发生的最主要的土地类型，全省有一半以上侵蚀面积发生在林地。研究范围内林地多质量较差、频现蚕场沙化现象和各类对生态环境有影响的建设项目，因此导致土壤侵蚀格外严重。因此要加强林地的基础设施建设，合理利用开发林地，因地制宜地使用林地，科学有效地管理和保护林地。

［1］刘娜，王克林，张伟，等.土壤侵蚀及其评价、校验方法研究进展［J］.中国农学通报，2011，27（18）:1-6，（LIU Na，WANG Ke-lin，ZHANG Wei，et al.Progress on the Study of Soil Erosion，Evaluation and Validation［J］. Chinese Agricultural Science Bulletin，2011，27（18）:1-6.（in Chinese））

［2］张燕，张洪，彭补拙，等.不同土地利用方式下农地土壤侵蚀与养分流失［J］.水土保持通报，2003，23（1）: 23-31.（ZHANG Yan，ZHANG Hong，PENG Bu-zhuo，et al.Soil Erosion and Nutrient Loss of Various Land Use Patterns［J］.Bulletin of Soil and Water Conservation，2003，23（1）:23-31.（in Chinese））

［3］吴发启，张洪江.土壤侵蚀学［M］.北京:科学出版社，2012.（WU Fa-qi，ZHANG Hong-jiang.Soil Erosion［M］. Beijing:Science Press，2012.（in Chinese））

［4］杨勤科，李锐，曹明明.区域土壤侵蚀定量研究的国内外进展［J］.地球科学进展，2006，21（8）:849-856. （YANG Qin-ke，LI Rui，CAO Ming-ming.Advances of Quantitative Assessment on Regional Soil Erosion［J］. Advantage in Earth Sciences，2006，21（8）:849-856. （in Chinese））

［5］YU Z W.Surface Interpolation from Irregularly Distributed Points Using Surface Splines with Fortran Program［J］. Computers＆Geosciences，2001，27（7）:877-882.

［6］张光辉.土壤侵蚀模型研究现状及展望［J］.水科学进展，2002，13（3）:389-396.（ZHANG Guang-hui.Research Situation and Prospect of the Soil Erosion Model［J］.Advances in Water Science，2002，13（3）:389-396.（in Chinese））

［7］WISCHMEIER W H，SMITH D D.Predicting RainfallerosionLossesfromCroplandEastoftheRocky Mountains:A Guide for Selection of Practices for Soil and Water Conservation［R］.Washington:U.S.Department of Agriculture，1965.

［8］WISCHMEIER W H，SMITH D D.Predicting Rainfall E-rosion Losses:A Guide to Conservation Planning［R］. Washington:U.S.Department of Agriculture，1978.

［9］RENARD K G，FOSTER G R，WEEIES G A.Predicting Soil Erosion by Water:A Guide to Conservation Planning with the Revised Universal Soil Loss Equation（RUSLE）［R］.Washington:U.S.Department of Agriculture，1997.

［10］陈云明，刘国彬，郑粉莉，等.RUSLE侵蚀模型的应用及进展［J］.水土保持研究，2004，11（4）:80-83.（CHEN Yun-ming，LIU Guo-bin，ZHENG Fen-li，et al.Progress and Application on Soil Erosion Model of RUSLE［J］.Research of Soil and Water Conservation，2004，11（4）:80-83.（in Chinese））

［11］TERRANOVA O.Soil Erosion Risk Scenarios in the Mediterranean Environment Using RUSLE and GIS:An Application Model for Calabria（Southern Italy）［J］.Geomorphology，2009，112（3）:258-245.

［12］PRASANNAKUMAR V.Estimation of Soil Erosion Risk within A Small Mountainous Sub-watershed in Kerala，India，Using Revised Universal Soil Loss Equation（RUSLE） and Geo-information Technology［J］.Geoscience Frontiers，2012，3（2）:209-215.

［13］XU L F.Risk Assessment of Soil Erosion in Different Rainfall Scenarios by RUSLE Model Coupled with Information Diffusion Model:A Case Study of Bohai Rim，China［J］. Catena，2012（100）:74-82.

［14］陈思旭，杨小唤，肖林林，等.基于RUSLE模型的南方丘陵山区土壤侵蚀研究［J］.资源科学，2014，36（6）:1288-1297.（CHEN Si-xu，YANG Xiao-huan，XIAO Lin-lin，et al.Study of Soil Erosion in the Southern Hillside Area of China Based on RUSLE Model［J］.Resources Science，2014，36（6）:1288-1297.（in Chinese））

［15］张旭群，陈耀强，陈浩昆，等.基于GIS和RUSLE的粤东黄冈河流域土壤侵蚀评估［J］.中国水土保持，2013，（2）:34-37.（ZHANG Xu-qun，CHEN Yao-qiang，CHEN Hao-kun，et al.Evaluation on Soil Erosion of Huanggang River Basin in Eastern Guangdong Based on GIS and RUSLE［J］.Soil and Water Conservation in China，2013，（2）:34-37.（in Chinese））

［16］李天宏，郑丽娜.基于RUSLE模型的延河流域2001-2010年土壤侵蚀动态变化［J］.自然资源学报，2012，27（7）:1164-1175.（LI Tian-qi，ZHENG Li-na.Soil E-rosion Changes in the Yanhe Watershed from 2001 to 2010 Based on RUSLE Model［J］.Journal of Natural Resources，2012，27（7）:1164-1175.（in Chinese））

［17］曹忠杰，蔡景平，何建明，等.辽宁省第四次土壤侵蚀遥感普查成果分析［J］.水土保持应用技术，2007，（5）: 21-22.（CAO Zhong-jie，CAI Jing-ping，HE Jian-ming，et al.Investigation Result Analysis of the Fourth Remote Sensing of Soil Erosion in Liaoning Province［J］.Technology of Soil and Water Conservation，2007，（5）:21-22. （in Chinese））

［18］辽宁省水利厅.辽宁省水利基础信息集［M］.北京:中国水利水电出版社，2013.（Department of Water Resources of Liaoning Province.Basic Information Collection of Liaoning Provincial Water Conservancy［M］.Beijing: China Water and Power Press，2013.（in Chinese））

（编辑:姜小兰）

Quantitative Study on Soil Erosion in Liaoning Province Based on RUSLE Model

GAO Lu1，WANG Xue-feng2，QU Ben-liang3，CAO Yong-qiang1
（1.School of Urban and Environmental Sciences，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China; 2.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China; 3.Dalian Municipal Design and Research Institute of Environmental Science，Dalian 116023，China）

Based on the rainfall，soil，remote sensing image and census data of soil erosion，in this paper，we used GIS and 3S technology in association with revised universal soil loss equation（RUSLE）model to analyze the spatial distribution characteristics of the soil erosion and relationship between the distribution and land type in Liaoning province.The results of this research are as follows:1）area of soil erosion of Liaoning province in 2011 is 4 593 600 hm2，with annual mean soil loss of 164 million tons and the average annual erosion modulus of 3 637.8 t/（km2·a）and it belongs to moderate erosion，moreover，the area of soil erosion shows the tendency of increase;2）soil erosion in hilly region of western Liaoning is the most severe and area of soil erosion is 1.919 9 million hm2，and cities are seriously affected by unreasonable human activities that lead to the increase of area of soil erosion;3）forest land is still the main land type with soil erosion in Liaoning province，accounting for about 57.66%of the total area of erosion and 38.20%of the land type.

soil erosion;RUSLE model;quantitative analysis;Liaoning province;type of land utilization

S157

A

1001-5485（2015）12-0025-05

10.11988/ckyyb.20140966

2015，32（12）:25-29

2014-11-18;

2015-02-09

国家自然科学基金项目（51579126）;流域水循环模拟与调控国家重点实验室开放基金项目（IWHR-SKL-201501）

高璐（1991-），女，辽宁大连人，硕士研究生，从事水环境方面的研究，（电话）13352418116（电子信箱）gl1991sara@163.com。

曹永强（1972-），男，内蒙古丰镇人，教授，博士，从事水文水资源方面的研究，（电话）0411-82158364（电子信箱）caoyongqiang@lnnu.edu.cn。