孟良崮小流域水土流失动态变化及影响因素

董明明，邢先双，郭 静，孟 琳，杜子龙，陈 建

(1.山东省水文中心，山东 济南 250002； 2.潍坊市水文中心，山东 潍坊 261061；3.水发技术集团有限公司，山东 济南 250100)

1 研究区概况

孟良崮小流域位于山东省临沂市蒙阴县垛庄镇(118°17′E、35°58′N)，地势东北高、西南低；属暖温带大陆性季风气候区，四季分明，雨热同期，年均降水量733.4 mm，降水主要集中在7—9月，年均气温12.8 ℃，极端最高气温40 ℃，极端最低气温-21.1 ℃，年均无霜期200 d；母岩以花岗岩、片麻岩等为主，土壤多为黄棕壤和棕壤，质地以砂质壤土为主。小流域内生产活动以农业为主，主要农作物有小麦、水稻、玉米、大豆、花生等；水土流失以水力侵蚀为主，水土保持措施以低标准土坎梯田为主。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

采用山东省水土保持监测站提供的研究区2 m分辨率GF-1影像数据，采样时间为2015、2019年的3月，时值春季植被覆盖情况较好，有利于解译土地利用和水土保持措施信息。

2.2 研究方法

以孟良崮小流域为研究区，采用遥感监测、野外调查、模型计算和统计分析相结合的方法，开展水土流失因子提取、侵蚀模数计算和动态变化分析，在现状调查(2019年)的基础上，分析2015—2019年水土流失动态变化，以期为小流域综合治理提供依据。

(1)水力侵蚀模型。采用中国土壤流失方程(CSLE)计算土壤侵蚀模数，方程基本形式为

A=R·K·L·S·B·E·T

(1)

式中：A为土壤侵蚀模数；R为降雨侵蚀力因子；K为土壤可蚀性因子；L为坡长因子；S为坡度因子；B为植被覆盖与生物措施因子；E为水土保持工程措施因子；T为耕作措施因子。

其中：采用水利部下发的250 mR因子及24个半月降雨侵蚀力比例，经投影变换，重采样，生成10 mR因子栅格数据。K因子采用水利部下发的10 mK因子栅格数据。利用MODIS归一化植被指数产品，采用参数修订方法，得到24个半月30 m空间分辨率的植被覆盖度，结合24个半月降雨侵蚀力比例和土地利用类型计算B因子值，经面转栅格，生成10 m空间分辨率的B因子栅格数据。根据解译获取的土壤侵蚀地块属性表的工程措施类型或代码字段值，查水土保持工程措施因子赋值表，获取土坎水平梯田E因子值为0.084，经面转栅格，生成10 m空间分辨率的E因子栅格数据。根据解译获取的土壤侵蚀地块属性表的耕作措施轮作区代码字段值，查耕作措施轮作措施赋值表，获取山东丘陵水浇地二熟旱坡地花生棉花一熟区T因子值为0.425，经面转栅格，生成10 m空间分辨率的T因子栅格数据。另外，L、S因子的计算公式分别为

(2)

(3)

(4)

上三式中：λi、λi-1分别为第i个和第i-1个坡段的坡长，m；m为坡长指数；θ为坡度，(°)。

当地块的坡度大于30°时，一律取30°代入公式计算坡度因子。除执行上述规定外，林地采用公式S=10.8sinθ+0.03计算S因子值。生成的L、S因子栅格数据分辨率均重采样为10 m。

(2)土壤侵蚀模数计算。基于GIS平台，采用中国土壤流失方程(CSLE)和因子计算值，对各因子进行图层栅格乘积运算，得到每个栅格的土壤侵蚀模数。依据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)，进行土壤侵蚀强度分级。

3 结果与分析

3.1 土地利用现状及动态变化

孟良崮小流域土地总面积104 hm2，土地利用以林地(有林地、灌木林地)为主，其次为耕地(旱地)和园地(果园)，之后是交通运输用地(农村道路和其他交通用地)和建设用地(农村建设用地)。2015—2019年研究区土地利用转移矩阵见表1。由表1知，2015—2019年土地利用转移主要为耕地向园地和林地的转移，转移面积分别为2.82、1.53 hm2，此外园地向耕地和林地的转移面积分别为0.72、0.01 hm2，林地向耕地的转移面积为0.92 hm2；各土地利用类型面积中耕地面积减少了2.71 hm2，园地面积增加了2.09 hm2，林地面积增加了0.62 hm2，其他土地利用类型面积无变化。

表1 2015—2019年研究区土地利用转移矩阵 hm2

3.2 植被覆盖现状及动态变化

2015、2019年研究区园地、林地不同覆盖度面积见表2。2019年研究区园地、林地覆盖面积为80.31 hm2，总体上以中覆盖度及以上面积占主体。与2015年相比，2019年园地、林地覆盖面积增加了2.71 hm2，其中低覆盖度和中低覆盖度面积有所下降，分别下降了15.20、1.71 hm2，中、中高、高覆盖度面积有所增加，分别增加了2.57、2.18、14.90 hm2。这说明研究区植被覆盖面积有所增加，植被状况整体向好。

表2 2015、2019年研究区园地、林地不同覆盖度面积

3.3 水土流失现状与动态变化

2019年研究区不同土地利用类型(二级类)水土流失面积统计见表3。2019年研究区水土流失总面积为54.42 hm2，占土地总面积的52.33%，总体上以轻度侵蚀(46.76 hm2)为主，其次为中度侵蚀(5.79 hm2)，局部有强烈侵蚀、极强烈侵蚀和剧烈侵蚀分布，面积较少，分别为0.97、0.17、0.73 hm2。水土流失主要发生在有林地和灌木林地，面积分别为18.98、15.31 hm2，其次是果园和旱地，面积为9.33、8.67 hm2，农村建设用地和农村道路水土流失面积较少，分别为1.10、1.03 hm2。2019年各侵蚀强度水土流失分布见图1。

表3 2019年研究区不同土地利用类型(二级类)水土流失面积统计

图1 2019年研究区各侵蚀强度水土流失分布

2015—2019年研究区水土流失面积动态变化见表4。分析水土流失面积变化的原因，一方面是随着研究区土地利用的转变，特别是园地和林地面积增加，以及植被覆盖度的提高，水土流失整体呈下降趋势；另一方面是流域管理部门加强了监督管理，关停了部分采矿项目，严重水土流失区域得到了有效治理。

表4 2015—2019年研究区水土流失面积动态变化

4 建 议

外业调查发现：2015—2019年研究区造林和梯田面积没有变化，但是由于水保措施效益的持续发挥，流要地类林地中杨树较多，林下除草是造成林地水土流失的主要原因；园地以种植山楂、板栗为主，多为坡地果园，地表覆盖物少，容易形成水土流失；耕地水土流失多发生于缓坡耕地。因此，建议在研究区造林要因地制宜，在林下种植有经济效益的灌木及草本植物，发挥其减少水土流失、涵养水源的作用；探索适宜于缓坡耕地的综合治理模式、植被带建设技术、降水就地拦蓄地埂修筑技术，通过深翻整地或增施有机肥等措施提高耕地质量；当地农民水土保持意识还较薄弱，应加大宣传力度，保障水土保持措施效益的持续发挥。