2015—2017年吉林省榆树市水土流失动态变化分析

王 博

（吉林建筑科技学院，长春 130114）

榆树市地处吉林省中北部，位于世界黄金玉米带，因处于松嫩平原腹地，土壤是特殊的黑钙土，所以是吉林省著名的产粮大县。据统计榆树市在2004年的粮食产量为46亿斤，2005年的粮食产量为46.5亿斤，2006年粮食产量是47.5亿斤，在2021年1月7日榆树市第十八届人民代表大会第六次会议报告中指出2020年榆树市的粮食产量达到59.31亿斤，保持全国县（市）第一位。

2015年与2017年榆树市作为松辽流域国家级重点治理区研究项目县域之一进行动态水土流失监测，获取该区域水力侵蚀强度分级面积统计、植被盖度分级面积统计、土地利用类型分类面积统计以及在进行治理水土流失时所采取的水土保持治理措施。

本文在计算水力侵蚀强度分级面积时所采用的模型是由学者Wischmeier和Smith提出的通用水土流失方程USLE模型，该模型在公式上十分简单，公式的构成主要是通过影响水土流失发生的几个重要影响因素相互叠加来最终求得年均土壤侵蚀量，所以已经在研究土壤侵蚀的领域得到了广泛的应用。影响水土流失发生的因素主要包括降雨因素、土壤被侵蚀的能力因素、地形因素、不同的土地利用状况土壤侵蚀发生的风险大小因素及水土保持措施对土壤侵蚀的影响因素这5方面。

土壤侵蚀的发生已经严重危害到人类自身的生存发展，是全球需要共同面对共同解决的环境问题，严重的土壤侵蚀会造成土壤急剧退化，厚厚的黑土层在一定的时间内迅速变薄，有机质的含量变低，耕地面积大幅度减少，从而造成粮食产量的降低；另外土壤退化表现方式之一就是土壤的盐碱化，盐碱化程度高的土壤会发生板结，植物生产在吸收矿物元素时会受到抑制和影响[1]，也会加重土地干旱情况的发生；土壤侵蚀不断的加重同时会造成河道内含沙量的不断淤积，以及下游河床的升高，水位升高的同时加剧了洪涝灾害的发生，生态环境加速恶劣[2]；土壤侵蚀也会造成湖泊库塘内泥沙的淤积，水库容水量变小，当发生洪涝灾害时，储洪能力就会大为减弱，从而影响湖泊的开发和利用[3]；土壤侵蚀的发生会携带土壤中大量的重金属、化肥等物质流进江河湖泊，本是给予植物养分的肥料会使得水体富营养化，造成水体污染[3]；土壤侵蚀同样危害到城市的发展和人民的财产安全，由于人类不加节制地乱砍滥伐，破坏地表植被，造成土地裸露，会加剧城市内风沙的天气，加剧台风暴雨山体滑坡等地质灾害的发生[3]。

本文利用USLE模型分别对榆树市2015年和2017年土壤侵蚀做定量分析，计算出不同侵蚀类型面积及比例并进行对比分析，再利用GIS的空间分析功能通过转移矩阵进行可视化说明，摸索榆树市土壤侵蚀类型分布的规律，掌握榆树市土壤侵蚀发生的特征、水土流失现状，为日后的环境保护、水保等工作提供可借鉴的依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

吉林省榆树市位于东经126°01′44″～127°05′09″，北纬44°30′57″～45°15′02″，居于黑龙江省哈尔滨市、吉林省长春市和吉林省吉林市中间位置，也是三市围成的经济区域中心。北部与黑龙江省五常市、双城市毗邻；东南方向与吉林省舒兰市相邻；南部和西南方向与吉林省长春市九台区和长春市德惠市毗邻；西部方向紧邻吉林省扶余市。榆树市边界周长为345 km，整个土地面积为4 722 km2。

榆树市的气候特征属于东北地区季风性中温带半湿润气候，气温受到季风的影响，冬季与夏季风向更替显著，四季分明，春季干燥多风，夏季湿润多雨，秋季温凉怡人，冬季受冬季风的影响，风大干燥寒冷夜长。年均降水量为536.4 mm。年均日照时长为2 674.5 h，日照率为60%。年平均气温为4℃，高热温度出现在夏季的7月份，夏季7月的平均气温为22.64℃，低寒温度出现在冬季的1月份，冬季的1月份平均气温约为-18℃。农作物的生长周期与霜期的长短有着密切的联系，无霜期即没有霜时间越长，农作物的生长周期也就越长，榆树市的无霜期大约143 d左右，平均初霜日在9月的中下旬出现，平均终霜日在5月初左右。

榆树市的土壤主要包括黑土、黑钙土等多种类型。森林资源、野生药材和水面养殖等产业均比较丰富且发展前景可观。

1.2 数据来源

遥感影像以高分辨卫星为数据源，包括ZY-3卫星和GF-1卫星，ZY-3卫星影像、GF-1卫星影像的空间分辨率分别为2 m和8 m。影像的投影系统根据2012年中华人民共和国水利部公布的关于批准SL 592—2012《水土保持遥感监测技术规范》标准为水利行业标准来确定相应的参数；大地坐标系统采用属于地心坐标系统的2000国家大地坐标系；高程基准采用的是以青岛验潮站在1952—1979年间的潮汐观测资料为依据的计算结果，即1985国家高程基准；对榆树市地形数据进行拓扑检查、运用Arcgis软件对栅格图幅数据进行裁剪从而构建出1∶5万的数字高程模型即DEM数据；搜集榆树监测区域内有关的水保措施初设图、植被图等专业性图件资料；榆树市内气象站点从1980—2009年间30年的降水数据；以及进行过的即将进行的水土保持治理等项目的成果资料。

1.3 研究方法

本文采用通用水土流失方程USLE模型进行土壤侵蚀的定量分析。该方程的表达式为

式中：A为预测土壤侵蚀量；R为为降雨侵蚀力因子；K为土壤可蚀性因子；LS为坡长与坡度因子；C为植被覆盖与管理因子；P为水保措施因子。各因子求得的模型和解算方法具体详见参考文献[4-8]。

根据降雨侵蚀力模型，得到榆树市在1980年至2009年间年均侵蚀性降雨量为352.1 mm，年均降雨侵蚀力为1 947.4 MJ.mm/（hm2.h）。

分别根据各因子的计算公式求得土壤可蚀性因子、坡度坡长因子、植被覆盖与管理因子及水土保持措施因子的栅格数据，并在Arcgis软件的支持下，通过USLE模型对六因子进行叠加处理得到侵蚀模数，再依据土壤侵蚀分类分级标准对其进行分级处理，最终得到不同侵蚀强度下各自的面积。本文对榆树市坡度分级采取了2种方式，一种是国家标准，另外一种是黑土区标准。

本文需要对2015年和2017年榆树市的遥感影像在Arcgis软件的支持下通过目视解译的方式解译出2年的土地利用，并需要通过野外实地调查来修正解译的土地利用，使其符合率达到95%，并建立土地利用解译标志。

2 结果与分析

2.1 土地利用现状

本文将土地利用按照一级类进行划分，分为耕地、园地、林地、草地、居民点及工矿交通用地、水域及水利设施用地、未利用地和其他土地。按照二级类分别统计了榆树市2017年与2015年各地类的面积及所占的比例。

2017年榆树市土地利用中耕地所占面积最大，面积为3 897.8 km2，与2015年基本相同，其中水田面积为603.24 km2，旱地面积为3 294.56 km2，耕地占榆树市总土地利用面积的82.54%；居于第二的地类为居民点及工矿交通用地，面积为392.78 km2，占8.32%；林地面积为302.03 km2，占6.40%，其中有林地面积为276.56 km2；水域及水利设施用地、草地和其他土地面积分别为82.59、27.66、7.54 km2，占比分别为1.75%、0.59%、0.40%。

2015年榆树市土地利用中耕地所占的面积最大，面积为3 897.6 km2，其中水田面积为602.9 km2，旱地面积为3 294.7 km2，耕地占榆树市总土地利用面积的82.54%；其次为居民点及工矿交通用地、林地，面积分别为392.7、302.1 km2，分别占榆树市总土地利用的8.32%、6.4%；面积较小的为水域及水利设施用地、草地和其他土地利用，面积分别为82.6、27.2和7.6 km2，占比分别为1.75%、0.59%、0.41%。

榆树市主要以旱地为主，林地主要分布于榆树市东部，草地、居民点及工矿交通用地分布于榆树市全境，区内主要的大型河流较少。

2.2 植被盖度现状

2017年榆树市林地和草地总面积为329.69 km2，占总土地面积的6.98%，其中低覆盖为主要类型，面积为89.10 km2，占总林草面积的27.03%；中覆盖面积为67.76 km2，占20.55%；中低覆盖面积为64.20 km2，占比19.47%；中高覆盖面积为54.97 km2，占比16.67%；高覆盖面积为53.66 km2，占比16.28%。

2015年榆树市林地和草地总面积为329.8 km2，占总土地面积6.98%，其中低覆盖为主要类型，面积为85.4 km2，占总林草面积25.89%；中覆盖面积为67.1 km2，占20.34%；中低覆盖面积为66.40 km2，占比20.13%；中高覆盖面积为57.6 km2，占比17.46%；高覆盖面积为53.34 km2，占比16.17%。

2.3 土壤侵蚀现状

2017年与2015年榆树市总侵蚀面积相同均为2 142.40 km2，占榆树市总土地面积的45.37%。榆树市没有发生侵蚀的面积为2 579.5 km2，占榆树市总土地面积的54.63%。轻度侵蚀面积为1 046.10 km2，中度侵蚀面积为974.30 km2，强烈侵蚀面积为77.80 km2，极强烈侵蚀面积为20.10 km2，剧烈侵蚀面积为24.10 km2，分别占总侵蚀面积的百分比为48.83%、45.48%、3.63%、0.94%和1.12%。

2015年榆树市年侵蚀总量为2 892 675.6 t，以轻度、中度侵蚀量为主，其中轻度侵蚀量为985 815.7 t，平均侵蚀模数942.4（t/km2.a），中度侵蚀量1 408 707 t，平均侵蚀模数为1 445.9（t/km2.a）；剧烈侵蚀量196 456.9 t，平均侵蚀模数为8 151.7（t/km2.a）；强烈、极强烈侵蚀量依次递减，分别为219 638.7 t，平均侵蚀模数为2 823.1（t/km2.a）；极强烈侵蚀量为82 057.3 t，平均侵蚀模数为4 082.5（t/km2.a）。

3 2015—2017年动态变化对比分析

3.1 土地利用对比分析

榆树市2017年与2015年土地利用类型及面积几乎保持一致，地类之间只有微小的变化，水田的面积呈增大的趋势，增加了0.34 km2，居民点及工矿交通用地呈增加的趋势，增加了0.08 km2，旱地、有林地、疏林地、水域及水利设施用地呈减少的趋势，分别减少了0.14、0.04、0.03和0.01 km2；高覆盖草地增加了1.37 km2，中高覆盖草地增加了1.64 km2。榆树市2017年与2015年土地利用面积对比表见表1。

表1 榆树市2017年与2015年土地利用面积对比表

3.2 植被盖度对比分析

榆树市2017年与2015年植被覆盖面积相差不大，高覆盖、中覆盖和低覆盖呈增加的趋势。分别增加了0.32、0.66和3.70 km2；中高覆盖与中低覆盖呈减少的趋势，分别减少了2.63、2.2 km2。榆树市2017年与2015年植被覆盖度分级统计表见表2。

表2 榆树市2017年与2015年植被覆盖度分级统计对比表

3.3 土壤侵蚀对比分析

榆树市2017年与2015年土壤侵蚀几乎持平，分析原因，2年的土地利用地类之间的面积只有微小的变化，植被覆盖度之间也是变化无几，并且本文在计算榆树市2年降雨侵蚀力R因子时，用的都是1980—2009年间的降雨数据。

4 结论

本文在Arcgis软件的支持下通过目视解译的方法分别得到吉林省榆树市2015年与2017年的土地利用，根据前人研究的各因子计算方法求得各个因子栅格数据，并通过叠加的方式求得不同土壤侵蚀类型面积及比例，最终得出两年间土地利用和植被覆盖度均相差无几，榆树市从2015年到2017年间土壤侵蚀几乎持平，没有发生明显的变化。