贵州省黔西县土壤侵蚀敏感性评价

张景华， 高 慧， 欧阳渊， 张建龙

(中国地质调查局成都地质调查中心，610081，成都)

国内学者对土壤侵蚀敏感性开展了大量的研究，但这些研究多数是基于通用土壤流失方程(USLE)、在非喀斯特地区开展的[1-3]，在喀斯特地区的研究则较少。李阳兵等[4]注意到基于通用土壤流失方程的水土流失敏感性评价在喀斯特地区的不足，并认为喀斯特地区水土流失特征与地层岩性有密不可分的关系；罗俊等[5]在河池市开展水土流失敏感性评价时，认为碳酸盐岩区水土流失的风险较非碳酸盐岩区更大，敏感性受岩性的影响比非碳酸盐岩区更明显；凡非得等[6]探讨了西南喀斯特地区水土流失敏感性与岩性之间的关系，认为敏感程度与岩石中的酸不溶物含量有关。这些研究注意到了地质条件对喀斯特地区水土流失的影响，但只是从岩性角度进行了分析。黔西县碳酸盐岩分布超过县域面积的90%，其土壤侵蚀有别于非喀斯特地区，除受降雨、地形、土壤、植被影响外，还受地质背景制约。笔者根据其地质特点，选取降雨侵蚀力、坡度、土壤质地、植被类型、土壤允许流失量和基岩裸露率作为评价指标，评价土壤侵蚀敏感性，并从构造和岩性2个方面分析土壤侵蚀敏感性空间分异特征与地质背景之间的关系，以期为黔西县水土保持和生态环境建设提供依据。

1 研究区概况

黔西县位于贵州省毕节地区东南部，乌江支流鸭池河左岸、六广河的西北岸，E105°47′～106°26′，N 26°45′～27°20′，面积2 504.56 km2，县城距省会贵阳118 km；地势西北高、东南低，最高峰海拔1 821 m，最低点海拔704 m，平均海拔1 250 m；属中亚热带湿润季风气候区，四季分明，雨热同季，多年平均气温13.8 ℃，多年平均降水量958.738 mm。黔西县是乌江流域的重要生态屏障，在保障流域生态安全中起着重要的作用，但同时，作为典型的喀斯特山地县，碳酸盐岩分布面积2 261.09 km2，占90.28%，由于多方面的原因，境内喀斯特山区的生态环境脆弱。

2 材料与方法

2.1 数据来源

笔者所使用的数据包括黔西县行政区图、年降雨量等值线图、DEM、土壤类型图、地质图、石漠化分布图和土地利用现状图，并对各类数据进行处理，统一转换为Gauss Kruger投影，为单因子和综合评价做好准备。

2.2 评价指标与分级

黔西县土壤侵蚀除与降水、地形、土壤、植被有关外，还与特殊的地质环境有很大关系，其地质环境的突出特点为碳酸盐岩分布广、纯度高、石漠化较发育。碳酸盐岩是可溶性岩石，能够成土的物质主要为酸不溶物，在溶蚀速率一定的情况下，其风化成土快慢，取决于酸不溶物的含量[7-10]，碳酸盐岩成土速率慢，加之先成的土壤总有一部分会被剥蚀带走，成土条件差，土壤允许流失量远低于非碳酸盐岩区。黔西县石漠化较发育，导致碳酸盐岩区土层不连续，局部地区岩石裸露，而岩石裸露率越高，则土壤侵蚀越敏感。黔西县碳酸盐岩的成土特征及其石漠化发育程度，将不可避免对土壤侵蚀产生影响，土壤允许流失量和基岩裸露率应当作为土壤侵蚀敏感性评价的重要指标；因此，选取降雨侵蚀力、坡度、土壤质地、植被类型、土壤允许流失量和基岩裸露率作为评价指标，并参考《生态功能区划暂行规程》[11]的有关规定，确定土壤侵蚀敏感性的评价指标(表1)。

表1 黔西县土壤侵蚀敏感性评价指标Tab.1 Evaluation indicators of soil erosion sensitivity in Qianxi county

2.3 单因子敏感性评价

2.3.1 降雨侵蚀力 本文采用王万忠等[12-13]建立的R值估算方法，采用如下公式计算黔西县年降雨侵蚀力R。

R=0.207(PI60/100)1.205。

(1)

式中：R为年侵蚀力，m·t·cm/(hm2·h·a)；P为年降雨量，mm；I60为年最大60 min降雨量，mm。

以黔西县年降雨量等值线图为基础数据，采用式(1)计算降雨侵蚀力R值，依据表1中的敏感性分级标准，绘制土壤侵蚀敏感性降雨侵蚀力单因子评价图。

2.3.2 坡度 黔西县发育三级夷平面，每级夷平面内的地形起伏度较小，而岩溶地貌十分发育，地貌形态完整性差，地形破碎，洼地、峰丛遍布，其间多发育有溶沟、石芽、石隙槽、溶洞、漏斗等犬牙交错的微地貌。在这种地貌形态下，影响土壤侵蚀强度的地形因素主要为坡度。因此，采用黔西县DEM进行坡度分析，然后按表1中的分级标准重分类，得到土壤侵蚀敏感性坡度单因子评价图。

2.3.3 土壤质地 当其他因素不变时，土壤侵蚀强弱主要取决于土壤可蚀性K值。徐燕等[14]认为贵州喀斯特山区土壤物理性质是影响土壤抗蚀性能的内在因素；高华端等[15]认为贵州省喀斯特地区原状土土壤可蚀性K值与土壤质地和有机质含量关系密切。考虑到大量测量土壤有机质含量的难度，笔者使用土壤质地替代土壤可蚀性K值进行土壤侵蚀敏感性评价。采用土壤图和相关资料，生成黔西县土壤质地分布图，按表1中的分级标准赋值，并转换为栅格图像，得到土壤侵蚀敏感性土壤质地单因子评价图。

2.3.4 植被类型 植被是减弱土壤侵蚀、防止水土流失的1个重要因素。李会等[16]通过对贵州省安顺市陈旗小流域不同土地利用方式下的喀斯特土壤抗蚀性进行研究，认为不同植被类型和土地利用方式，会影响土壤的抗蚀性指标，导致土壤抗蚀性发生变化；因此，采用黔西县土地利用现状图，按表1的分级标准分级赋值，并转换为栅格图像，得到土壤侵蚀敏感性植被类型单因子评价图。

2.3.5 土壤允许流失量 在溶蚀速率一定的情况下，碳酸盐岩成土的快慢，主要取决于其酸不溶物的含量。通过采样测试，37件碳酸盐岩样品的酸不溶物含量最小为0.89%、最大为20.69%，平均为5.00%，且碳酸盐岩越纯、酸不溶物含量越小；与之对比，2件碎屑岩样品的酸不溶物含量分别为56.13%、84.81%，平均为70.47%，远高于碳酸盐岩，是碳酸盐岩的14.09倍，假定风化溶蚀速率相同，相同时间内，碎屑岩所成的土壤厚度是碳酸盐岩的14.09倍。显然，酸不溶物含量与岩性关系密切，而酸不溶物含量又与土壤允许流失量关系密切；因此，可以采用岩石组合类型来表征土壤允许流失量。采用黔西县地质图，按表1的分级标准分级赋值，并转换为栅格图像，得到土壤侵蚀敏感性土壤允许流失量单因子评价图。

2.3.6 基岩裸露率 黔西县石漠化较发育，导致碳酸盐岩区土层分布不连续，部分地区土壤已经侵蚀殆尽形成裸岩。通过分析，黔西县石漠化程度与碳酸盐岩裸露率呈正相关，且碳酸盐岩占县域面积的90%以上；因而，石漠化程度可以用来表征基岩裸露率。石漠化程度越重，基岩裸露率越高，则土壤侵蚀越敏感；因此，采用黔西县石漠化分布图，按表1的分级标准分级赋值，并转换为栅格图像，得到土壤侵蚀敏感性基岩裸露率单因子评价图。

2.4 土壤侵蚀敏感性评价

单因子土壤侵蚀敏感性评价图只反映1种因子下的土壤侵蚀敏感程度，要将黔西县土壤侵蚀敏感性的区域差异综合地反映出来，需要将所有因子的土壤侵蚀敏感性评价图进行叠加，开展综合评价，采用如下公式的计算土壤侵蚀敏感性指数

(2)

式中：Sj为j空间单元土壤侵蚀敏感性指数，Si为i因子敏感性等级分值。然后在ArcGIS中对得到的结果采用自然间断点分级法分成5级，得到黔西县土壤侵蚀敏感性评价图(图1)。

图1 黔西县土壤侵蚀敏感性评价图Fig.1 Evaluation map of soil erosion sensitivity in Qianxi county

3 结果分析

黔西县土壤侵蚀敏感性分为不敏感、轻度敏感、中度敏感、高度敏感和极敏感5个等级，各敏感性等级面积与比例见表2，土壤侵蚀以轻度—中度敏感为主，二者合计1 726.21 km2，占68.93%。

黔西县土壤侵蚀敏感性具有明显的地域分布特点。不敏感主要集中分布于中坪—重新—中建3个乡镇的交界地带、县城周边和锦星—金碧—五里一带，轻度敏感全县皆有分布、没有明显的分布规律，中度敏感主要集中分布于仁和、定新、花溪、中建和锦星等乡镇，高度—极敏感主要集中分布于定新、铁石、沙井、锦星等乡镇及永兴—协和—中坪3个乡镇的交界地带、以定新乡最为集中，全县整体土壤侵蚀敏感性较低、局部较高(图1)。

表2 黔西县土壤侵蚀敏感性统计表Tab.2 Area and percentage of each soil erosion sensitivity class in Qianxi county

4 土壤侵蚀敏感性与地质背景的关系

土壤侵蚀是地球外营力和内营力共同作用的结果，不论内营力形成的构造运动、岩浆活动还是外营力引起的风化、剥蚀、搬运作用，都是地质作用的体现，这些地质作用对土壤侵蚀的影响与区域地质背景有着紧密的联系，而对1个区域内土壤侵蚀影响最大的就是构造和岩性。

4.1 构造与土壤侵蚀敏感性

根据构造特征，黔西县可以划分为黔西复式向斜带和沙井—太来复式背斜带，不同的构造部位发育不同的地貌形态，地表分布不同岩性。黔西复式向斜带由一系列北东向宽缓向、背斜组成，受其控制，主要发育构造侵蚀低中山、溶丘谷地和峰丛谷地3种地貌类型，构造侵蚀低中山岩性主要为碎屑岩，溶丘谷地和峰丛谷地岩性主要为碳酸盐岩；沙井—太来复式背斜带由一系列北东向紧闭背、向斜组成，受其控制，主要发育峰丛洼地和溶蚀侵蚀峡谷2种地貌类型，岩性主要为碳酸盐岩。各构造单元和地貌单元敏感性面积比例见图2和图3。

图2 黔西县不同构造单元土壤侵蚀敏感性Fig.2 Area percentage of each soil erosion sensitivity class by structural unit in Qianxi county

图3 黔西县不同地貌单元土壤侵蚀敏感性Fig.3 Area percentage of each soil erosion sensitivity class by geomorphic unit in Qianxi county

从图2中可以看出，黔西复式向斜带和沙井—太来复式背斜带各敏感性比例较接近，除不敏感和轻度敏感略有差别外，中度—极敏感极为接近，整体而言，2个构造带的土壤侵蚀敏感性比例较为一致，表明构造并不直接控制黔西县的土壤侵蚀敏感性。

在黔西复式向斜带内(图3)，地貌单元不同，土壤侵蚀敏感性及其影响因素不同。构造侵蚀低中山以不敏感为主，该区切割深度约200～400 m，切割不大，土地利用类型主要为有林地，是境内植被覆盖度最高的地区，土壤侵蚀主要受自然因素影响；溶丘谷地以不敏感—轻度敏感为主，谷地一般长几千米至十几千米、宽1至几千米，其间多为城镇、居民点和耕地，地形平缓开阔、谷坡平缓，不利于土壤侵蚀发生，但受人为活动影响，轻度敏感接近一半；峰丛谷地以轻度—中度敏感为主，谷地一般长1 000～5 000 m、宽100～500 m，谷地凹凸不平、谷坡较陡，比较有利于土壤侵蚀发生。

在沙井—太来复式背斜带内(图3)，峰丛洼地以轻度—中度敏感为主，该区地形地貌有利于土壤侵蚀发生，土壤侵蚀主要受自然因素影响；溶蚀侵蚀峡谷各敏感性等级都未占绝对优势，但相较同一构造带内的峰丛洼地。该区不敏感和轻度敏感比例降低、中度—极敏感比例上升，不敏感—轻度敏感和中度—极敏感比例各占一半左右，是土壤侵蚀最敏感的区域，该区为境内相对高差最大的地区，山峦叠嶂、峭壁对峙，土地利用类型以灌木林地和草地为主，植被覆盖较差，土壤侵蚀主要受自然因素影响。

可见构造虽不直接影响土壤侵蚀，但通过控制地貌形态和岩性分布，间接影响着黔西县壤侵蚀敏感性的分布。

4.2 岩性与土壤侵蚀敏感性

根据岩性组合特征和碳酸盐岩含量，将黔西县岩性分为碎屑岩、碎屑岩夹碳酸盐岩、碳酸盐岩与碎屑岩互层、碳酸盐岩夹碎屑岩和纯碳酸盐岩5种组合类型，分别统计其中的敏感性面积比例(图4)。

图4 黔西县不同岩性土壤侵蚀敏感性Fig.4 Area percentage of each soil erosion sensitivity class by lithology in Qianxi county

碎屑岩绝大部分不敏感；碎屑岩夹碳酸盐岩绝大部分不敏感—轻度敏感；碳酸盐岩与碎屑岩互层相较前2类，虽然大部分为轻度敏感，但不敏感比例大幅降低、中度—高度敏感比例大幅升高；碳酸盐岩夹碎屑岩相较碳酸盐岩与碎屑岩互层，不敏感—轻度敏感比例大幅降低、中度—高度敏感比例大幅升高；纯碳酸盐岩相较碳酸盐岩夹碎屑岩，不敏感—中度敏感比例小幅降低，高度敏感比例大幅升高，而极敏感比例上升了1个数量级，中度—极敏感比例接近一半。

可见岩性直接影响着黔西县土壤侵蚀的敏感程度，碳酸盐岩含量越多，土壤侵蚀越敏感，绝大部分高度—极敏感区都分布在碳酸盐岩区，且是石漠化较为严重的区域。

5 结论与讨论

1)黔西县土壤侵蚀除了与降水、地形、土壤、植被有关外，还受地质背景制约，在评价土壤侵蚀敏感性时，与地质背景紧密相关的土壤允许流失量和基岩裸露率也应作为重要的评价指标。

2)黔西县土壤侵蚀敏感性以轻度—中度敏感为主，占68.93%，全县整体土壤侵蚀敏感性较低、局部较高，高度敏感—极敏感主要集中分布于定新、铁石、沙井、锦星等乡镇及永兴—协和—中坪3个乡镇的交界地带，定新乡土壤侵蚀最敏感。

3)地质背景对黔西县土壤侵蚀敏感性有着深远的影响。岩性直接影响着土壤侵蚀的敏感程度，碳酸盐岩含量越多，土壤侵蚀越敏感，这与李阳兵等[4]和凡非得等[6]的研究结果一致，然而，二者并未考虑构造对土壤侵蚀敏感性的影响。笔者认为，构造虽然不直接影响土壤侵蚀敏感性，但通过控制地貌形态和岩性分布间接影响着壤侵蚀敏感性。从这种意义上来说，构造对喀斯特地区土壤侵蚀敏感性影响深远，在开展喀斯特地区土壤侵蚀敏感性研究与分析时，需要考虑区域构造所带来的影响。

4)鉴于黔西县土壤侵蚀高度—极敏感区绝大部分都在碳酸盐岩区，受岩性制约，成土条件差，这些地区的当务之急是开展水土流失综合治理，保护残存的土壤。

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