贵州草海国家级自然保护区土壤侵蚀动态特征

吴际通，郑开颜

（1.贵阳市森林资源管理站，贵州贵阳550003；2.河北中医学院，河北石家庄050000）

贵州草海国家级自然保护区土壤侵蚀动态特征

吴际通1，郑开颜2

（1.贵阳市森林资源管理站，贵州贵阳550003；2.河北中医学院，河北石家庄050000）

为促进草海国家级自然保护区湿地科学管理和可持续发展，用土地利用类型、坡度和植被覆盖度对保护区土壤侵蚀等级进行分析，以土壤侵蚀综合指数对研究区1992－2013年的土壤侵蚀状况进行综合评价。结果表明，土壤侵蚀以轻度侵蚀为主，1992年、2001年、2013年不同土壤侵蚀等级比重依次均为轻度＞中度＞强烈＞极强烈＞剧烈，土壤侵蚀综合指数分别为2.33、2.67和2.73。研究区土壤侵蚀不严重，但呈现加重的趋势。

草海；土壤侵蚀等级；土壤侵蚀综合指数

湿地是地球上水陆相互作用形成的独特生态系统，是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一，在蓄洪防旱、调节气候、控制土壤侵蚀、促淤造陆及降解环境污染等方面起着极其重要的作用［1］。土壤侵蚀是土地退化、河道和湖泊淤积的根本原因，贵州省是土壤侵蚀较严重的省份之一，根据贵州省第一次水利普查公报（2013年），全省土壤侵蚀面积55 269.40km2，占全省土地总面积的31.37%，其中轻度侵蚀面积27 700.40km2，中度侵蚀面积16 356.32km2，强烈侵蚀面积6 011.53km2，极强烈侵蚀面积2 960.00km2，剧烈侵蚀面积2 241.15km2。贵州威宁草海国家级自然保护区位于贵州省西部威宁县县城西南面，保护区面积120km2，是一个完整、典型的高原湿地生态系统，对维持和调节当地和周边区域生态环境有重要的作用，研究其土壤侵蚀变化具有重要意义。笔者以草海国家级自然保护区1992年、2001年和2013年的数据为基础，用土地利用类型、坡度和植被覆盖度叠加分析土壤侵蚀状况，并以土壤侵蚀综合指数对不同时期的土壤侵蚀作综合评价，为草海湿地科学管理和可持续发展奠定基础。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

草海国家级自然保护区位于云贵高原中部顶端的乌蒙山麓腹地，地处贵州省威宁彝族回族苗族自治县县城的西南侧，地理位置为26°45′～27°00′N，104°10′～104°25′E，总面积96km2，是贵州高原上最大的天然淡水湖泊，主要保护典型高原湿地生态系统和以黑颈鹤为主要代表的珍稀鸟类。气候属山地温暖带湿润季风气候，年平均温10.2℃，7月平均气温最高为17.7℃，元月最低气温为1.9℃，冬季长，无夏季，年平均降雨量950.9mm，干湿季节明显［］。

1.2 数据来源及处理

研究的数据源是2013年10月13日Landsat 8OLI数据、2001年6月14日的Landsat 7ETM＋数据、1992年8月16日的Landsat 5TM数据，用于提取研究区三期土地利用图。采用ENVI 5.2软件对遥感影像进行辐射定标、波段合成和大气校正［3］，以1∶10 000地形图（1990年12月航摄，1992年4月调绘）为基准对影像进行多项式校正，误差控制在一个像元以内，坐标系统统一为高斯－克吕格投影3°分带，北京54坐标系。

坡度数据利用R2V软件对研究区1∶10 000地形图进行矢量化，用ArcGIS软件生成数字高程模型，再用坡度提取工具（Slope）提取，将其分为6个等级，1级坡度＜5°，2级5～8°，3级8～15°，4级15～25°，5级25～35°，6级＞35°。植被覆盖度图为利用ERDAS软件对每期的遥感影像提取NDVI植被指数，进而以像元二分模型计算得到［4］，将其分为5个等级，覆盖度1级＜30%，2级30%～45%；3级45%～60%，4级60%～75%，5级＞75%。

1.3 监督分类

研究区土地利用类型分为湿地（湖泊、坑塘和沼泽）、林地、灌草地（灌林地和草地）、建设用地（居民地和交通用地）和旱地五大类。通过野外调查，记录不同地类的若干GPS坐标点，并与影像叠加建立解译标志，利用ERDAS软件进行监督分类制1992年、2001年和2013年的土地利用图。

1.4 土壤侵蚀强度分级

土壤侵蚀强度等级根据《全国土壤侵蚀遥感调查技术规程》中的水力侵蚀强度分级标准SL190－2007”（表1）确定，利用ArcGIS软件空间分析模块（Spatial Analyst）中的重分类（Reclassify）工具将坡度图、植被覆盖度图按照分级标准进行重分类，借助栅格转矢量面（Raster to Polygon）工具将坡度分级图和植被覆盖度分级图转成矢量数据（转换过程不对边界作简化处理），再利用矢量数据叠置分析的交集操作（Intersect）工具将土地利用图、坡度图和植被覆盖度图进行交集操作，得到包含土地利用类型、坡度和覆盖度属性因子的综合数据，添加“侵蚀等级”字段，按照分级标准中的条件利用查询工具（Select By Attributes）确定不同时期的土壤侵蚀强度等级。

表1 土壤侵蚀强度分级标准Table 1 The grading standard of soil erosion intensity

1.5 土壤侵蚀综合评价

为了对研究区不同时期的土壤侵蚀情况进行综合评价，引入土壤侵蚀综合指数［5］反映不同时期土壤侵蚀的严重程度，其计算公式如下：

式中，Wij为第i类第j级的土壤侵蚀强度的分级值，Aij为第i类第j级土壤侵蚀强度的面积比重。土壤侵蚀强度的分级值越高，表示对土壤侵蚀的综合指数的贡献越大，但目前缺少分级值确定标准，笔者依据西南岩溶区水土流失强度的分级标准［6］，借鉴多项式方程模型法［7］确定不同侵蚀等级的权重分值，即用1（微度）、2（轻度）、3（中度）、4（强烈）、5（极强烈）和6（剧烈）作为自变量，土壤侵蚀分级标准的侵蚀模数中值作因变量，得土壤侵蚀模数中值与侵蚀等级的多项式拟合方程：

式中，y为土壤侵蚀模数中值，x为侵蚀等级）。

2 结果与分析

2.1 土壤侵蚀动态变化

从表2看出，1992年土壤侵蚀面积22.95km2，占保护区总面积的23.68%；2001年土壤侵蚀面积24.41km2，占保护区总面积的25.17%；2013年土壤侵蚀面积25.56km2，占保护区总面积的26.34%，土壤侵蚀变化呈扩张趋势。土壤侵蚀等级所占比例由大到小依次为轻度侵蚀＞中度侵蚀＞强烈侵蚀＞极强烈侵蚀＞剧烈侵蚀，说明研究区侵蚀情况以轻度侵蚀为主。强烈侵蚀和极强烈侵蚀面积比例都不大，但呈现扩大趋势；剧烈侵蚀所占比例最小，1973年面积最大达0.04%。

表2 草海保护区1973－2009年土壤侵蚀等级面积及比例Table 2 Area and proportion of different soil erosion grade in Caohai National Nature Reserve during 1973－2009

表3 草海保护区土壤侵蚀指数权重值Table 3 Weight of soil erosion comprehensive index in Caohai National Nature Reserve

2.2 土壤侵蚀综合评价

用土壤侵蚀模数中值与侵蚀等级的多项式拟合方程y＝13.75x3－65.54x2＋150.71x－84，R2＝1.0推算剧烈侵蚀的中值为1 430.82t／（km2·a）（表3），以剧烈侵蚀侵蚀模数中值为基准，将不同侵蚀等级的实际中值与基准值的比值作为不同侵蚀强度的权重指标。由于微度侵蚀的侵蚀模数相对较小，其流失量小于规定土壤容许流失量，在实际生产中对生态环境影响不大，在水土保持综合治理中也基本不予考虑，所以将其权重指标确定为0［8］。通过计算，研究区1992年、2001年和2013年的土壤侵蚀综合指数分别为2.33、2.67和2.73，土壤侵蚀呈加重趋势。1992－2009年期间土壤侵蚀呈加重趋势，年增幅分别为1.62%和0.19%，说明虽然土壤侵蚀还在继续加重，但加重的速率得到一定控制。

3 结论

1）研究区1992年、2001年、2013年土壤侵蚀面积分别为22.95km2、24.41km2和25.56km2，土壤侵蚀面积呈增加的趋势。

2）研究区三个阶段土壤侵蚀等级所占比例由大到小依次均为轻度＞中度＞强烈＞极强烈＞剧烈，研究区土壤侵蚀状况以轻度侵蚀为主；强烈侵蚀和极强烈侵蚀面积比例都不大，但呈扩大趋势；剧烈侵蚀所占比例最小，2013年面积最大达0.04%。

3）1992年、2001年、2013年三个时期土壤侵蚀综合指数分别为2.33、2.67和2.73，表明研究区在20年来土壤侵蚀呈加重的趋势，但加重的趋势得到一定程度缓解，因此需要进一步采取相应的措施遏制加重的趋势。

致谢：感谢贵州大学生命科学学院院长喻理飞教授、林学院谭伟教授对论文数据采集提供的帮助及论文写作方面提出的宝贵建议。

［1］崔保山，刘兴土.湿地恢复研究综述［J］.地球科学进展，1999，14（4）：1－11.

［2］喻元秀.草海高原湿地区域环境承载力研究［D］.贵阳：贵州师范大学，2005.

［3］邓书斌.ENVI遥感图像处理方法［M］.北京：科学出版社，2010：270，289.

［4］李苗苗，吴炳方，颜长珍，等.密云水库上游植被覆盖度的遥感估算［J］.资源科学，2004，26（4）：153－159.

［5］杨存健，刘纪远，张增祥.重庆市土壤侵蚀与其背景的空间分析［J］.水土保持学报，2000，14（3）：84－87.

［6］曹建华，将忠诚，杨德生，等.中国西南岩溶区土壤允许流失量及防治对策［J］.中国水土保持，2008（12）：40－45.

［7］梁 音，杨 轩，苏春丽，等.基于EI的南方红壤区土壤侵蚀县域差异与趋势分析［J］.土壤学报，2009，46 （1）：24－29.

［8］李智广，罗志东.县域土壤侵蚀严重性评价方法初探——土壤侵蚀严重指数的定义与应用［J］.水土保持通报，2006，26（4）：41－43，51.

（责任编辑：聂克艳）

Dynamic Characteristics of Soil Erosion in Guizhou Caohai National Nature Reserve

WU Jitong1，ZHENG Kaiyan2
（1.Guiyang Station of Forest Resources and Management，Guiyang，Guizhou550003；2.Hebei University of Chinese Medicine，Shijiazhuang，Hebei 050000，China）

The soil erosion grade of Guizhou Caohai National Nature Reserve is determined by analyzing land utilization pattern，slope and vegetation coverage and the soil erosion status from 1992to 2013is comprehensively evaluated by the soil erosion comprehensive index to promote the scientific management and sustainable development of wetland in Caohai National Nature Reserve.Results：The soil erosion grade is mild mainly.The proportion of different soil erosion grades is mild＞moderate＞intensity＞very intensity＞severe in 1992，2001and 2013.The soil erosion comprehensive index in 1992，2001and 2013is 2.33，2.67and 2.73respectively.In conclusion，the soil erosion degree is not serious but the soil erosion degree presents an increase trend in Caohai National Nature Reserve.

Caohai；soil erosion grade；soil erosion comprehensive index

X157

A

1001－3601（2016）08－0362－0154－03

2016－01－19；2016－08－07修回

国家科技支撑计划子专题“草海湿地生态系统恢复与重建关键技术研究与示范”（2011BAC02B02）、“草海湿地水鸟与生物多样性保育技术研究与示范”（2011BAC02B0202－02）；贵州省国际科技合作计划项目“草海湿地景观格局对黑颈鹤的影响及期环境教育模式研究”［黔科合外G字（2012）7013］；河北省中医药管理局科研计划项目“基于款冬花转录组的三萜化合物生物合成相关酶基因的发掘”（2015003）

吴际通（1986－），男，助理工程师，在读硕士，从事恢复生态学研究。E－mail：wujitong3017＠163.com

＊通讯作者：郑开颜（1986－），女，讲师，博士，从事药用植物学研究。E－mail：zhengkaiyan168＠126.com