基于GIS和RUSLE的典型喀斯特流域土壤侵蚀时空演变规律

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土壤侵蚀是我国政府和民众普遍关注的热点问题,也是国际学术前沿研究的热点问题(张佳华,2004;胡良军,1998;陈奇伯等,2001;徐艳杰等,2012;姚妤等,2011)。喀斯特地区由于特殊的地质地貌背景和降水,使之成为土壤侵蚀严重、生态环境逐渐恶化、人民生活贫困的地区。喀斯特地区的岩石种类主要以白云岩和石灰岩为主,它们都属于碳酸盐岩类。这类的岩石具有坚硬、抗风化能力强的特征,正因为碳酸盐岩的这些特性决定了喀斯特地区的土壤环境情况,加上坡度又高又陡,土壤的成土速率非常低,致使喀斯特地区的土壤十分贫瘠,植被生长困难等问题的发生。因此,喀斯特地区的土壤侵蚀不仅使得土壤的质量发生了变异,也对生态环境和农业生产都造成了十分严重的影响和破坏,逐渐成为制约喀斯特地区农业发展的主导因素。所以,弄清喀斯特地区的土壤侵蚀状况与规律,对防治喀斯特地区的土壤侵蚀与退化,解决喀斯特地区土壤贫瘠,改善生态环境具有十分重要科学指导价值,如何正确估算和评价喀斯特地区土壤侵蚀情况,对评价土壤侵蚀与土地生产力关系,实施小流域水土保持规划,确认引起水土流失的关键因子等方面也具有重要意义。但是,长期以来喀斯特地区的水土流失并未引起相关部门以及政府的广泛重视(Pu Junbing et al.,2013;Zhu Hanhua et al.,2012)。主要是因为在过去的研究中,人们往往沿用非喀斯特地区的水土流失评价标准,由于喀斯特地区的土壤侵蚀模数普遍偏小,得出喀斯特地区水土流失轻微的结论。这是一个长期存在的误区。根据水利部2007年颁布的土壤侵蚀分类分级标准(SL190-2007),轻度侵蚀的侵蚀模数指标的下限因各土壤侵蚀类型区的土壤允许流失量不同而异,在喀斯特地区为500 t·km-2·yr-1。从目前的研究成果得到,喀斯特地区的土壤侵蚀模数多低于500 t·km-2·yr-1,如若按照上述的统一指标来判断,却发现土壤侵蚀的级别均在轻度侵蚀级别之内(曹建华等,2008),但根据实地调查和研究,该地区的土壤侵蚀却已经对当地的生态环境和农业生产造成了极大的危害(蔡运龙,1996),如:石漠化问题(。喀斯特石漠化地区极易发生山洪、滑坡、泥石流,再加上岩溶发育,更容易导致水旱灾害频繁发生,引起一系列重大的生态环境问题(Yuan Daoxian,1997;袁道先,2006),由土壤侵蚀导致的石漠化问题,不但引起土地生产力的下降(苏维词,2004;李阳兵等,2003;卢耀如等,2006),也已形成恶性循环,造成喀斯特地区山穷、水枯、林衰、土瘦等,一些地方的水土流失发展到了无土可流的阶段(S.J.Wang et al.,1999),成为中国农村贫困面最广、贫困人口最多、贫困程度最深的地区(S.J.Wang et al.,2002),严重制约了区域社会经济的可持续发展(王克林,2008),对在喀斯特地区人们的生存亮起了红灯。因此,准确而又可靠的喀斯特山地土壤流失量数值,对正确认识喀斯特地区石漠化的过程和机制(Xiaoyong Bai et al.,2011;Yue Y M et al.,2013;Qi X et al.,2013),判别喀斯特山地石漠化严重程度(严冬春等,2008;李豪等,2009),确定喀斯特地区的土壤侵蚀量,是极为重要和迫切的(彭涛等,2009;Xiaoyong Bai et al.,2013)。本文试图以典型喀斯特流域为例,在GIS和RS技术支持下,结合典型喀斯特流域土壤侵蚀的实际调查和测试,采用修正的通用土壤流失方程(RUSLE),估算该流域1973、1990、2002、2013年的土壤侵蚀量,分析土壤侵蚀的时空分布演变规律,以期为喀斯特地区防治水土流失提供科学依据和实践指导。研究结果如下:(1)从时间上来看,1973-2013年普定后寨河流域的土壤侵蚀模数的变化呈逐渐减小的趋势,土壤侵蚀模数分别为222.72 t/(km2·a),192.26t/(km2·a),177.97t/(km2·a),103.82t/(km2·a),土壤侵蚀总量从1973年的118376.28t减少到2013年的26121.10t,降低幅度达到22%。(2)从空间上来看,该典型喀斯特流域的土壤侵蚀与当地的地形坡度的关系十分密切,土壤侵蚀强度等级变化最为活跃的地区主要是集中在上游的峰丛洼地区域,值得注意的是:8°~25°坡度的区域对侵蚀总量的贡献率占到了40.81%,是该流域受到侵蚀的主要坡度段;(3)该典型喀斯特流域的平均土壤侵蚀模数值普遍偏低,数值基本上是在1000t/(km2·a)以下,介于微度侵蚀和轻度侵蚀之间。总体上来看,近40年以来,后寨河流域的中度侵蚀和强度侵蚀情况仍在不断的加剧,土壤侵蚀量的增加速度较快。因此,在保证该流域的强度、极强度侵蚀不增加的前提下,中强度侵蚀区域是有关部门和政府需要预防和加强侵蚀整治和相关水土保持规划和措施布置的重点区域。
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