新疆伊犁土壤侵蚀分布规律及侵蚀量研究

张新艳

(鄯善县水管总站，新疆 鄯善 838200)

1 研究区概况

伊犁河谷位于天山西部为中国关键农牧业基地，其河谷两侧堆积了大量泥土，且谷地具有复杂地形，且有大面斜坡。在丰水的季节，由于坡面抗侵蚀能力脆弱，由此引发水土流失问题。根据统计分析，该区域的水土流失面积达3.74×104km2，达总体的66%的流域总面积，其中被水侵蚀面积高达3.73×104km2，已成为影响生态安全的关键因素和生态环境亟待解决的问题[1]。地理位置图，见图1。

图1 地理位置图

2 数据来源及研究方法

RUSLE分析模式作为关键的土壤侵蚀模型分析工具。该工具模型出现给野外土壤分析带来便捷性，并在多种场景分析中具备优异的处理效果[2]，计算公式为：

A=R*K*L*S*C*P

(1)

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。

2.1 气象数据

通过RLISLE模型计算伊犁土壤侵蚀问题。对此需要获取区域气象数据，而该区域的气象条件处于多变之中，因此会影响该模型的实际使用效果[3]。对此为了实现提升处理效果，本工作中具体收集了2005-2015年中的伊犁及其周边县气象站逐日降水数据，经过一定处理作为数据输入。

2.2 遥感数据

文章的所有数据来自于包括从美国国家航天局和地理空间数据云下载的免费数据，以及研究团队前期研究所购买的一部分数据，数据类型为Landsat OLI,TM和MSS。影像拍摄时间为2018年。

2.3 DEM

文章DEM数据采集于某地理空间数据云平台。对所研究地区的DEM数据进行拼接处理，从而能够覆盖该区域，对此可得完整图片的分辨率为30m×30m下，伊犁地区高程图，见图2。对此分析可知，该区域中部低四周高，最高海拔可达5757m;东南地区地势偏低，海拔最低为314m[3]。

图2 伊犁地区高程图

2.4 土壤数据

对应的土壤数据采集与世界土壤数据库，其由HWSD所提供。该数据库中，中国境内数据主要采集自南京土壤所第二次全国土地调查1:100万土壤数据[4]。数据的空间分辨率为1km，数据格式为grid栅格格式，投影为WGS84，主要分类系统为FAO-900。

3 土壤侵蚀各因子计算

3.1 降雨侵蚀力因子

文章研究主要对象为伊利河谷及其周边地区，而根据相应额数据模型拟合分析可知，对应的适应性数据计算方式为[5]：

(2)

式中：R为年降雨侵蚀力，M·mm)/hm2·h·a；P为为第i月的降雨量，mm；P为年平均降雨量，mm。上述计算方法相对简便，对应的数据也便于获取，对应的精度也相对较高。由此将上述公式作为本项目的主要计算工具模型，对此可以获取对应的年降雨侵蚀力，降雨侵蚀力分布图，见图3。

图3 降雨侵蚀力分布图

伊犁地区总体R因子平均值处于1600至5014之间。在空间分布上，西南部和中东部地区R值分布较高，其中最大值多位于中东区域，R值最大值为5014，北部地区的降雨侵蚀力值平均水平较低。

3.2 坡度

一般而言，水土流失问题出现同地形地貌条件密不可分，而地形地貌条件中主要影响因素为坡度因子和坡长因子等。因此在文章研究中，首先考虑土壤地形坡度因子和坡长因子。对此依托获取的相关数据在ArcGIS 10.2软件中，利用DEM高程模型，然后运用“空间分析”模块中的“地表分析”工具生成研究区的坡度分布栅格图，并按5°、5°-8°、8°-15°、15°-25°、25°-35°和>35°的范围进行重新分类。

根据统计，伊犁坡度的平均值为20.65°，最大值为80.10°，最小值为0°。坡度分布图，见图4。由上图4可以看出，伊犁中部及中西部地区的坡度值较小，该地区多为平地，相应地土壤侵蚀强度也较低。中部以外的地区坡度值逐渐增高，地势险峻，土壤侵蚀发生的强度也会相应升高。

图4 坡度分布图

3.3 植被覆盖因子

根据分析可知，被植被覆盖区域土壤紧实，因而侵蚀影响相对被抑制。对此可根据植被覆盖程度机型相应的分析。根据DEM数据，依托Arc-GIS地表分析技术形成对应的地形坡度功能。此外为了降低该模型针对遥感数据的不确定性问题，依托envi软件继续宁植被覆盖区域和非覆盖区域的分别提取，并将NDVIsoil和NDVIve值代入公式进行计算，提高植被覆盖精度[6]。

(3)

式中：NIR为近红外波段，R为红波段。

(4)

式中：c为植被覆盖密度因子，%；NDVIsoil为荒地或者没有植被覆盖区域的NDVI值；NDVIveg为全部被植被覆盖区的NDVI值[7]。

伊犁地区植被覆盖总体较高，平均值为0.65，在地区边界的高山处植被覆盖较平均值低，中东部地区植被覆盖度最高，最大值为0.92.结合土壤可蚀性图与坡度图来看，坡度较高的山地植被覆盖度出现降低，土壤可蚀性提升。植被因子覆盖图，见图5。

图5 植被因子覆盖图

3.4 土壤可蚀性

侵蚀对土壤的影响极大，容易造成土壤疏松，水土流失的情况。根据分析可知，这种侵蚀作用实际上是各种的因素作用于土壤的综合影响。对此文章依托土Wischmeier等人方法模型进行计算，获得K值公式。

K=[2.1×10-4(12-0M)M1.14+3.25(S-2)+2.5(P-3)/100×Ratio]

(5)

式中：K为土壤可蚀性值，t·h·hm-4·MJ·mm-1；OM为土壤有机质含量百分比，%;M为美制区分(粉粒+极细砂)与(100——黏粒)百分比之积；S为土壤结构系；P为渗透等级，S和P依托对照表获取;Ratio表示美制单位转国标的系数，一般取值0.1317。

获取到的伊犁地区土壤空间分布数据是矢量数据，依托ArcGIS10.2软件的转换工具进行数据转换。对此根据公式(2)，可计算出该区域土壤可蚀性值(K)。伊犁地区土壤可蚀性因子，见图6。经计算可知对应的土壤可蚀性因子平均值为0.0491。而腐蚀性低地区为中部地区，其中最小值是0。伊犁中部地区整体的土壤可蚀性值处于中等水平，趋近于平均值。伊犁土壤侵蚀强度分布图，见图7。

图6 伊犁地区土壤可蚀性因子

图7 伊犁土壤侵蚀强度分布图

4 土壤侵蚀分布与侵蚀量分析

对此文章进行相关统计分析。根据研究可知，可将该区域的土壤类型分为无土壤侵蚀强度类型，建设用地划分为微土壤侵蚀强度类型。土壤侵蚀强度划分标准，见表1。

表1 土壤侵蚀强度划分标准

表2 伊犁土壤侵蚀面积占比表

从图7可知，该区域土壤侵蚀分布不集中，由此分布面积较为广泛，整体达总流域面积的45.1%。这些侵蚀区域当多处于平原、高台区域以及丘陵地区等。轻、中度区域比列分别为29.6%、3.2%。以强度和高强度为主要形式，这些区域分别占比为1.4%、11.3%。而剧烈区域相对较少，主要分布在山区，主要特点为植被稀疏，土壤疏松，且对应的比例为0.57%，而主要侵蚀严重时段为春季伊犁土壤侵蚀量计算表，见表3。

表3 伊犁土壤侵蚀量计算表

根据相关计算可知，年均侵蚀量为19.556万t，对应的单位总量可达3.120万t/km2·a。此外根据表3可知，对应的侵蚀情况分别为：微度侵蚀2.82万km2，565.3万t；轻度侵蚀1.85万km2，927.65t；中度侵蚀0.20万km2，501.4万t；侵蚀量最小的区域为强烈侵蚀0.08万km2，438.75万t，伊犁年侵蚀量最大的区域是剧区域，侵蚀面积0.58万km2。

图8 侵蚀面积与侵蚀量占比图

5 结 论

文章依托来自各大研究单位的DEM格式的遥感数据，并依托这些数据对当前伊犁河谷进行模型分析，得出：伊犁地区总体R因子平均值处于1600-5014之间，侵蚀力较低，坡度的平均值为20.65°，最大值为80.10°，最小值为0°。植被覆盖总体较高，平均值为0.65。根据分析可知，对应的该地区的微性腐蚀面积达45.1%，占比第一，而强烈区域面积最小，其对应面积比例为1.4%。对应侵蚀量剧烈区域展占量达8837万t，而对应的强烈区域侵蚀量为433万t。