1、国土与自然资源研究24TERRITORY&NATURALRESOURCESSTUDY文章编号：1 0 0 3-7 8 53(2 0 2 3)0 5-0 0 2 4-0 7基金项目：黑龙江省大学生创新创业训练计划项目(202110231002)。20002020年海伦市土壤侵蚀时空变化分析韩子琳,李正则,张蕾,马静静,李苗*（哈尔滨师范大学地理科学学院，哈尔滨1 50 0 2 5）摘要：本研究以土壤侵蚀较为严重的海伦市为例，基于中国土壤流失方程（Chinese Soil Loss Equation,CSLE）对土壤侵蚀程度与时空变化情况进行定量分析，着重探讨降水与土地利用格局变化对土壤侵蚀的影响
2、。研究结果表明，(1)研究区2 0 0 0 一2 0 2 0年土壤侵蚀面积增加了57.8 2 km，且土壤侵蚀强度均有从侵蚀较低等级向较高等级变化的趋势。（2)2 0 0 0 一2 0 2 0 年不同土地利用类型土壤侵蚀差异显著，侵蚀面积表现为耕地 其他用地 林地 建设用地 水域。（3)2 0 0 0 一2 0 2 0 年不同等级的平均降水量土壤侵蚀总面积变化不明显，但同一等级的平均降水量的土壤侵蚀率逐渐降低。关键词：CSLE模型；土壤侵蚀；土地利用;GIS中图分类号：S157.1doi:10.16202/ki.tnrs.2023.05.006Temporal and Spatial Chan
3、ges of Soil Erosionin Hailun City from 2000 to 2020Han Zilin,Li Zhengze,Zhang Lei,Ma Jingjing,Li Miao*(College of Geographical Science,Harbin Normal University,Abstract:Based on the Chinese Soil Loss Equation(CSLE),thisstudy quantitative analysis the spatial and temporal variation of soilerosion in
4、Hailun,China,the effects of precipitation and land usepattern change on soil erosion were discussed.The results showedthat,(1)the area of soil erosion increased by 57.82 km?from 2000to 2020,and the area of soil erosion tended to deteriorate to ahigher level of soil erosion intensity.(2)The effects o
5、f soil erosionon different land types from 2000 to 2020 were significantlydifferent.Soil erosion area of different land use types:cultivatedland other land woodland construction land waters.(3)From 2000 to 2020,the total area of erosivity soil erosion ofdifferent grades of precipitation had no obvio
6、us change,but theerosivity soil erosion rate of the same grade of precipitationgradually decreased.Key words:CSLE model;soil erosion;land use;GIS0引言土壤侵蚀是指地球表面的土壤及其母质受水力、风力、冻融、重力等外力的作用，在自然因素和人为因素的影响下,发生的分离破碎、搬运及沉积的现象。土壤侵蚀可能会导致土地退化、土质恶化、土壤肥力降低、土地生产力降低等一系列问题，还会造成河道2023No.5与水域淤积，从而加剧干旱和洪涝等灾害的发生，是威胁生态环境与
7、社会经济可持续发展的主要因素 2-5。近些年来，我国土壤侵蚀面积不断增大,造成了严重的水土流失，每年有大量泥沙汇人河流与海中 5。据中国水土保持公报统计数据显示,2 0 1 9年土壤侵蚀总面积占国土总面积的2 8.2%6 。土壤侵蚀易引发土壤养分贫、土壤沙化、土壤板结、土壤水分流失等一系列问题闪,因此土壤侵蚀研究对于合理实施水土保持措施和土地资源管理具有重要的现实意义8。土壤侵蚀模型是进行土壤侵蚀、土地资源合理利用和水土保持规划等定量评价的有效工具 9。美国农业部首先开发出通用土壤流失方程(Universal Soil LossEquation,USLE）经验模型，其描述了土壤流失率、降雨、径
8、流、土壤属性、地形、植被覆盖度以及土地管理等因素之间的关系，因为其结构简单，参数获取容易而得到广泛应用 9-1 0 。1 997 年Renard等对其进行修订，提出修正通用土壤流失方程（RevisedUniversal SoilLoss Equation,RUSLE)。随后我国土壤学家刘宝元在USLE模型与RUSLE模型的基础上，根据我国水土保持的实际情况，充分考虑了植被覆盖、生物措施、工程措施以及耕作措施,建立了中国土壤流失方程 1 2-1 5。该模型在国内常被应用于区域土壤侵蚀研究中，并且从文献标识码：A多尺度进行了验证与应用 1 6-2 4。本研究以位于东北黑土区侵蚀较为明显的海伦市为研
9、究区，利用CSLE模型评价其土壤侵蚀状况。首先对研究区土壤侵蚀等级进行划分，然后分析土壤侵蚀的空间特征和时间变化规律,最后着重探讨降水与土地利用格局变化对土壤侵蚀的具体影响，以期为区Harbin 150025,China)域土壤侵蚀防治和水土保持规划提供科学依据 2 5。1研究区概况黑龙江省海伦市，位于松嫩平原黑土地带，地处黑龙江省中部，是黑龙江省绥化市下辖县级市，北邻北安市,南接绥化市北林区和望奎县，西望青冈、明水和拜泉县，总面积为46 6 7 km。海伦市位于寒温带大陆性季风气候区，年气温在-40.3 3 7.7 之间，气温年较差较大，年平均气温在2.5左右，年均温较低 2 6。海伦市受季
10、风影响较大，年降水量为50 0 6 0 0 mm，6 8月份为雨季，占全年降水的6 0%7 0%；年日照时数为26002800h，活动积温为2 40 0 2 6 0 0；无霜期约1 2 0 d27,全年太阳总辐射量为1 1 1.3 2 cm228。土壤母质绝大部分为河湖相冰水沉积物，其上覆盖深厚黄土性黏土（厚度深达1 0 3 0 m)29,土壤类型以黑土和草甸土为主，其中黑土占土地总面积的6 3.4%，是耕地的主要土壤类型，为植被生长提供了有利条件。海伦市植被类型有森林、灌丛、草原和沼泽，森林主要分布在东北部,灌丛主要分布在林缘或河漫滩泛滥地 3 0 。农田主要作物有大豆、玉米、水稻、小麦等，
11、素有“粮仓”之称。韩子琳等2 0 0 0 一2 0 2 0 年海伦市土壤侵蚀时空变化分析2数据来源与方法2.1数据来源研究数据主要包括遥感影像、DEM数据、土壤类型数据、降水数据以及植被覆盖度等。2 0 0 0 年6 月Landsat5TM、2 0 2 0 年6 月Landsat80LI的遥感影像来源于地理空间数据云,2 0 1 0 年7 月Landsat5TM的遥感影像来源于美国地质调查局官网（USGS）。D EM数据来源于地理空间数据云,空间分辨率为3 0 m。土壤数据来源于资源环境科学与数据中心和联合国粮农组织(FAO)和维也纳国际应用系统研究所(IASA)所构建的世界土壤数据库(HWS
12、D)。降水数据来源于资源环境科学与数据中心和国家科技基础条件平台国家地球系统科学数据中心。植被覆盖度(VFC)数据来源于数据禾,空间分辨率为1 km。2.2方法2.2.1遥感影像分类根据研究区土地资源和遥感影像分布特点，利用支持向量机分类法将研究区分为林地、耕地、水域、建设用地、其他用地(未利用地、沼泽地、盐碱地等)3 1。支持向量机(Support Vector Machine,SVM)是一种基于统计学理论的机器学习方法，以结构风险最小化为原则，在统计样本较少的情况下亦能确保分类精度和分类效果 2 。2.2.2CSLE 模型土壤侵蚀模数利用中国土壤流失方程CSLE计算 3 ,计算公式为：(1
13、)A=RKLSBET式中,A为年均土壤流失量(thma-);R为研究区降水因子(MJmmhm-h-la-);K为土壤可侵蚀因子（thmhMJ-lmm-hm）;L为坡长因子;S为坡度因子;B为生物措施因子;E为工程措施因子;T为耕作措施因子。2.2.3降水侵蚀力因子R降雨侵蚀力是降雨量、降雨强度、雨型和雨滴动能的函数,是导致土壤侵蚀的潜在能力 3 4。本研究以1 0年为单位分析海伦市土壤侵蚀时空变化，根据生产建设项目土壤流失量测算导则得到计算公式为：R,;=0.067P,1627式中,Ra为多年平均降水侵蚀力因子（MJmmhm-.h-);Pa为多年平均降雨量(mm）。2.2.4土壤可蚀性K土壤可
14、蚀性是指土壤对侵蚀的敏感性,K值越大，土壤越容易受侵蚀。本研究采用Williams等在EPIC(Erosion Productivity Impact Caculator）模型中K值的估算方法 3 ,计算公式为：0.25C25式中,SAN为砂粒含量(%);S为粉粒含量(%);CLA为粘粒含量(%);C 为有机碳含量(%),SN=-1-%1002.2.5坡长因子L和坡度因子 S坡长、坡度因子是指标准小区条件下，任意坡长、坡度的单位面积土壤流失量与标准小区条件下单位面积土壤流失量之比值 3 4。坡度越大，坡长越长,其地势越陡峭,越容易发生土壤侵蚀。本研究采用刘宝元 3 等提出的计算公式：10.8s
15、in0+0.0365S=16.8sin0-0.55014(21.9sin0-0.960140.2810.3103入L=22.13，=0.435式中,S为坡度因子;为坡度（）;L为坡长因子;入为坡长(m);m为坡长指数。2.2.6生物措施因子B生物措施因子与植被覆盖度密切相关，目前采用B值表示植被防止土壤侵蚀功能的定量化，本研究参考谢红霞 3 4 等对B值的研究,赋予研究区不同土地利用类型的B值,见表1。表1 不同土地利用类型和不同植被覆盖度下的B值土地利用类型植被盖度(%）B值土地利用类型植被盖度（%）B值林地02020404060608080100水域一建设用地一2.2.7工程措施因子E和耕
16、作措施因子T依据区域水土流失动态监测技术规定(2 0 1 8)水土保持工程措施因子、耕作措施因子赋值表获取其值。该研究区经调查未发现相关工程措施因子,E值均赋为1。耕作措施因子是衡量采取耕作措施的土壤流失量与相同条件下无耕作措施（传统耕作措施）的流(2)失量之比,无量纲,其取值范围是0 1。耕作措施因子T的值越小,即指某种耕作措施保土效益越好 3 6 。该研究区属于松嫩平原喜温作物一熟区,T赋为0.3 3 1 3 7。3结果与分析3.1土地利用现状从土地利用类型分布图（图1)可以看出海伦市主要以林地和耕地为主，建设用地和水域呈分散分布。林地主要分布于东北部，其他类型用地主要分布在西部，但有逐渐向东扩展的趋势。3.2土壤侵蚀程度0.7SV1(3)SN+exp(-5.51+22.9SN)(4)(5)0.100草地0.0800.0600.0200.00400.353按照土壤侵蚀分类分级标准将计算出的土壤02020404060608080100平耕地一坡耕地一0.4500.2400.1500.0900.0430.2300.470 26韩子琳等2 0 0 0 一2 0 2 0 年海伦市土壤侵蚀时
