全 文 ：GIS支持下岷江上游土壤侵蚀动态研究*
何兴元1* *
胡志斌1, 2
李月辉1
胡远满1
( 1 中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110016; 2中国科学院研究生院,北京 100039)
摘要
利用 TM 数据,采用 3S 技术和通用土壤侵蚀方程( RUSLE)研究岷江上游地区 3 个典型时期的
土壤侵蚀动态, 并对影响侵蚀的主要因子进行初步分析. 结果表明,研究区 3 个时期侵蚀面积分别占研究
区总面积的 1
28%、1
84%和 1
70% ;年平均侵蚀模数分别为 832
64、1 048
74 和1 362
11 t!km- 2 ,以微
度侵蚀、轻度侵蚀为主,伴有少量的中度侵蚀. 侵蚀面积比较小,侵蚀程度比较轻.侵蚀与坡度呈显著正相
关,侵蚀大多发生在> 25∀的区域, 1986 年占总侵蚀量的 93
65% , 1995 年为 93
81% , 2000 年为 92
71% ;
在海拔上, 中山、亚高山、高山以及干旱河谷是侵蚀发生的主要地带, 1986 年占总侵蚀量的 98
21% , 1995
年为 97
63% , 2000 年为 99
27% ;不同类型的植被直接影响到侵蚀的发生, 灌木林地以及新退耕的疏林
地是 3 个时期侵蚀的主要发生地, 过度放牧导致草场退化, 也产生了微度侵蚀;侵蚀的发生和土壤类型密
切相关, 燥褐土、石灰性褐土最易发生侵蚀, 是控制侵蚀的重点区域; 人口的增长、户数的增加是侵蚀发生
的驱动因子, 人口与户数增长导致资源需求压力的增大, 侵蚀呈线性增加.
关键词
岷江上游
土壤侵蚀
地理信息系统
遥感
通用土壤侵蚀方程
文章编号
1001- 9332( 2005) 12- 2271- 08
中图分类号
Q149; S157. 1
文献标识码
A
Dynamics of soil erosion at upper reaches of Minjiang River based on GIS. HE Xingyuan1 , HU Zhibin1, 2, L I
Yuehui1, HU Yuanman1 ( 1 I nstitute of App lied Ecology , Chinese A cademy of Sciences , Shenyang 110016, Chi
na; 2 Graduate School of Chinese A cademy of Sciences, Beij ing 100039, China) . Chin. J . A pp l . Ecol. , 2005,
16( 12) : 2271~ 2278.
Based on TM and ET M imag ines, and employ ing G IS technique and empir ical Revised Universal Soil Loss Equa
tion ( RUSLE) model, this paper studied t he dynamics of soil erosion at the upper reaches of M injiang R iver dur
ing thr ee typical per iods, with the main affecting factors analy zed. The results showed that the so il erosion ar ea
was increased by 1
28% , 1
84% and 1
70% in 1986, 1995 and 2000, r espectiv ely. The average erosion modulus
was increased fr om 832. 64 t!km- 2!yr - 1 in 1986 to 1 048
74 t!km- 2!yr- 1 in 1995 and reached 1 362. 11 t!
km- 2!yr - 1 in 2000, and soil loss was mainly of slight and light erosion, companying with a small quantity of
middling erosion. T he area of soil erosion was small, and t he degree w as light. T here was a significant corr elation
between slope and soil loss, which mainly happened in the regions w ith a slope larger than 25∀, and accounted for
93
65% , 93
81% and 92
71% of the total erosion in 1986, 1995 and 2000, respectively . As for the altitude,
middling, semihigh and high mountains and dry valley were liable to soil erosion, w hich accounted for 98
21% ,
97
63% and 99
27% of the total erosion in 1986, 1995 and 2000, respectively . Different vegetation had a signif
icant effect on soil erosion, and shrub and newly restor ed forest w ere the main er osion area. Excessive depasture
no t only resulted in the degradation of pasture, but also led to slight soil erosion. Land use type and so il type also
contributed to so il loss, among which, dr ycinnamon so il and calcic graycinnamon soil were t he most dangerous
ones needing more protection. So il loss w as also linearly increased w ith increasing population and households,
which suggested that the increase of populat ion and households w as t he driv ing factor for soil loss increase in this
area.
Key words
Upper reaches of M injiang R iver, Soil erosion, Remote sensing, G IS, RUSLE.
* 国家重点基础研究发展规划资助项目( 2002CB111506) .
* * 通讯联系人.
2005- 04- 19收稿, 2005- 09- 19接受.
1
引

言
土壤侵蚀是最活跃、最敏感的生态致灾因子之
一,在特定的地质条件下会诱发滑坡、崩塌和泥石流
等山地灾害.土壤侵蚀导致的水土流失会造成河道
淤积, 加剧洪涝灾害等[ 8, 14] , 所以土壤侵蚀研究一
直是水土保持的研究重点之一. 随着三峡工程的建
设、1998年长江特大洪灾的警示, 长江流域特别是
长江上游的水土保持、生态环境建设进入了一个新
的时期[ 14] . 岷江是长江水系中水量较大的一条支
流,岷江上游流域成为长江的重要源头区域之一,是
我国一个重要的大尺度、复合型生态过渡带,也是一
个生态系统脆弱区. 由于人口增长导致土地利用开
发强度的增大,土壤侵蚀已成为该区域可持续发展
不可忽视的重要问题. 目前,针对长江上游主要干流
流域土壤侵蚀开展了一些工作[ 8, 15] , 但是关于岷江
上游的土壤侵蚀研究, 尤其是对影响侵蚀的各个因
应 用 生 态 学 报
2005年 12 月
第 16 卷
第 12 期





























CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 2005, 16( 12)#2271~ 2278
子进行深入分析还鲜见报道[ 18] .了解该区域土壤侵
蚀动态与空间格局、分析其影响因子以及其演化规
律,对于土壤侵蚀的预测预报和防治有重要意义, 也
将为生态退耕、区域可持续发展决策提供重要依
据[ 7, 12, 15, 19] .
2
研究地区与研究方法
2
1
研究地区概况
岷江是长江重要支流之一,发源于青藏高原东端岷山南
麓.岷江上游指岷江流域都江堰以上区域( 102∀59∃~ 104∀14∃
E∃, 31∀26∃~ 33∀16∃N) ,其范围与四川省阿坝藏族羌族自治州
的汶川县、理县、茂县、黑水和松潘五县的行政辖区基本重
合,全流域面积约为 224 189 km2, 人口约38 万人( 2000 年) ,
聚居了以羌族、藏族为主的大量少数民族, 是经济相对滞后
的少数民族贫困山区.岷江上游地区地处四川盆地丘陵山地
向川西北高原的过渡地带,属于高山峡谷区, 最高海拔 6 253
m, 最低海拔 870 m, 最大相对高差达5 383 m.整个地势由西
北向东南降低,地表切割由北向南加剧,坡面与谷地的侵蚀
与堆积活动较为强烈. 区域气候与植被气候垂差异明显. 气
候在受水平地带性影响的同时,受海拔高度变化的影响也很
显著.一般在河谷区, 降水少、蒸发大, 温暖而干燥; 而向中
山、高山过渡, 气温降低, 降水增加, 蒸发减小, 湿度增大, 凉
爽而湿润.同时, 土壤垂直分异显著 ,土壤类型较复杂. 土地
利用以林地为主,草地其次, 耕地少 ,土壤中砾石含量高, 生
产力不高.因其气候多样, 森林资源丰富, 生物种类繁多, 是
一个具有高度生物多样性的地区[ 7, 10~ 12, 15, 16, 18, 19] .
图 1
研究区示意图
Fig. 1 Locat ion of the study area.
2
2
研究方法
2
2
1 数据处理
本研究采用的数据主要包括 1986 年、
1995 年和 2000 年的 LandsatTM 遥感影像 (分辨率 30 m ) ,
岷江上游流域 1#25万基础地理信息数据库, 1#25 万 DEM, 1
#25 万地质图, 1#10万地形图, 1#100 万土壤数据库(包括土
壤类型矢量数据以及粘粒( % )、粉砂( % )、砂粒( % )、有机质
( %)、全氮 ( % )、土层深度 ( cm )等栅格数据) , 1990~ 2000
年月平均降雨量, 1986~ 2000 年研究区统计年鉴等.
通过对研究区 LandsatTM 1986、1995 和 2000 年 3 期遥
感影像进行人工目视解译得到土地利用/土地覆盖的动态变
化数据[ 12] . 综合中国%土地利用现状调查技术规程&和土地
的用途、经营特点、利用方式和覆盖特征等因素, 将不同景观
类型分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用土地共
6 个一级类型和 15个二级类型.
土壤侵蚀分类依据 1997 年开始实施的国家行业标准
%( SL l9096( B)土壤侵蚀分类分级标准&进行土壤侵蚀强度
的划分(表 1) .
坡度分为 6 级: 一级 < 5∀、二级 5∀~ 8∀、三级 8∀~ 15∀、四
级 15∀~ 25∀、五级 25∀~ 35∀、六级> 35∀.
人口数据和以上的属性数据由 MS EXCEL2003、
SPSS12
0处理.
2
2
2 研究方法
研究区的主要侵蚀类型是水力侵蚀,其影
响因子可以概括为地形、地表组成物质、植被、气候以及人为
活动等. 目前土壤侵蚀定量模型大致有经验统计模型和物理
模型两种类型. RUSLE 模型[ 21, 29, 30]是经验统计模型的典型
代表, 1965 年,由美国农业部研制, 用于定量预报农地或草
地坡面多年平均年土壤流失量.该模型不受局部地理、气候
因素的限制,是目前预测土壤侵蚀最常用的方法,在土地资
源调查、水土保持规划等方面起到了重要作用.我国从 20 世
纪 80年代以来开始引进通用土壤流失方程[ 5] , 对于我国土
壤侵蚀预报模型的研制起到了积极作用[ 5, 23, 31] . 随着 3S 技
术的发展,结合通用水土流失方程, 为快速准确的土壤侵蚀
动态提供了快速便利的手段[ 1~ 4, 6, 13, 25] .本研究采用这一模
型. 其数学表达式为:
A = f ∋ R ∋ K ∋ L ∋ S ∋ C ∋ P
式中, A: 土壤侵蚀量( t!km- 2!yr- 1 ) ; f : 224
2; R: 降雨侵蚀
力因子; K: 土壤可蚀性因子; L :坡长因子; S: 坡度因子; C: 植
被覆盖因子; P:土壤侵蚀控制措施因子.
将研究区相关数据层转化为 30 m ∋ 30 m 的栅格数据,
利用 ARCGIS 8
3 空间分析功能模块计算相关因子. RUSLE
方程所需的因子计算完后, 应用 RUSLE 方程分别计算出
1986 年、1995 年和 2000 年 3 个时期的土壤侵蚀量, 并按照
表 1 的分类要求对结果进行分类.
表 1
土壤侵蚀强度分类指标体系
Table 1 Classification indexes of soil erosion intensity
侵蚀强度
S oil erosion
intensity levels
微度侵蚀
S light
erosion
轻度侵蚀
Lowlevel
erosion
中度侵蚀
Mediumlevel
erosion
强度侵蚀
Highlevel
erosion
极强度侵蚀
Ult rahigh
level erosion
剧烈侵蚀
Acute
erosion
1 2 3 4 5 6
侵蚀模数
Average soil erosion modulus
( t!km- 2!yr. - 1)
< 1000 1000~ 2500 2500~ 5000 5000~ 10000 10000~ 20000 > 20000
2272 应
用
生
态
学
报

















16卷


计算各因子的技术路线图见图 2.
图 2
土壤侵蚀计算流程图
Fig. 2 Diagram of soil erosion calculat ion.


1) R 因子:降雨侵蚀力 R因子是一项评价降雨引起的土
壤分离和搬运的动力指标,其值难以直接测定,大多用降雨
参数来估算[ 6] ,其算法视所用降雨观测资料的详尽程度分为
经典法和简便法两大类. W ischmeier[ 26, 27]曾提出 EI 模式, 但
由于该方法需要详细的降雨时序的雨量和雨强资料难以得
到满足,因而未能广泛采用; A rno ldus [ 4]提出了一种简便的 R
值计算方法, 采用研究区的月降水和年降水资料来修订
Fournier指数( MFI) , 然后利用一个普遍适用的 R 因子方程
来计算 R值. 该公式同时考虑了年降水量和降水的分布, 数
据较为容易获取[ 1, 2, 34] . 其公式为:
F = (12
i= 1
j i
2 / J
式中, i 为月份; j i 为月降水量; J 为年降水量. R 与该指数的
关系为:
R = 4
17 ! F - 152
研究区 R因子计算结果见表 2.
表 2
研究区植被类型、R因子、C因子、P因子表
Table 2 Vegetation type and the value of R factor, P factor and C factor
一级
Code
景观类型
Landscape
types
二级
Sub
code
景观类型
L andscape t ypes
R因子
R
factor
P 因子
P
factor
C因子
C
factor
1 耕
地 11 水
田 Paddy f ield 326
75 0
15 0
10
Farmland 12 旱
地 Dry land 372
89 0
30 0
19
2 林
地 21 有林地 Forest land 280
00 1
00 0
55
Forest land 22 灌木林地 Shrub land 343
05 1
00 0
34
23 疏林地 Open forest land 343
05 1
00 0
34
24 其它林地 Other forest land 343
05 1
00 0
55
3 草
地 31 高盖度草High coverage grass 269
88 1
00 0
15
Grass land 32 中盖度草Moderate coverage grass 269
88 1
00 0
15
33 低盖度草 Low coverage grass 269
88 1
00 0
15


2) K 因子: 土壤可蚀性因子 K 值, 主要表达土壤的性
质,反映土壤被降雨侵蚀力分离、冲蚀和搬运的难易程度. 估
算 K值国内外主要有长年小区实测法、查诺模图法、公式计
算法和查表法等[ 19] . 本研究采用Williams 等[ 24]发展的 K 因
子估算法. 该法使用方便,仅由土壤有机碳、土壤颗粒组成数
据即可以估算.
K = {0
2+ 0
3exp[ - 0
0256! Sd ! (1 - S i/ 100) } ] ∋
[ S i / ( C l + S i ) ]
0
3 ∋ {1
0 - 0
25 ! C/ [ C +
exp( 3
72 - 2
95 ! C) ] } ∋ [ 1
0 - 0
7 ! (1 -
S d/ 100) ] { 1- Sd / 100+ exp[ - 5
51+ 2
29! ( 1-
S d/ 100) ] }
式中, Sd 为沙粒含量(% ) , S i 为粉粒含量(% ) , Cl 为粘粒含
量(% ) , C 为有机碳含量 (% ) . 利用该公式结合研究区 1#
100 万土壤数据库计算出研究区 K 值(表 3) .
表 3
主要土壤类型 K值表
Table 3 Value of K factor
土壤类型
Soil types
K 值
K factor
高山草甸土 Alpine meadow soil 0
13
酸性棕壤 Acid brow n forest soil 0
16
燥褐土 Cinnamon soil 0
23
暗棕壤 Dark brow n forest soil 0
24
亚高山草甸土 Subalpine m eadow soil 0
13
石灰性褐土 Calcic cinnamon soil 0
27
高山灌丛草甸土Alpine bushw ood meadow soil 0
13
高山寒漠土 Alpine frost desert soil 0
27
中性粗骨土 Regosols 0
18
石质土 Lithosol 0
30
棕色石灰 Rendzinas 0
21


3)地形因子( T 因子) :在 ArcGIS 8
3 中, 利用1#25 万数
字高程模型数据( DEM ) , 根据 Moo re和 Wilson[ 20, 25, 28]提出
的方程获得 L 因子、S 因子,由 L 因子、S 因子相乘得到地形
因子[ 19, 20] :
S = ( sin
/ 0
0896) 0
6
L = ( e/ 22
13) m
T = S ! L
式中, c 为水平坡长( m) ,
为百分比坡度, 二者皆由 DEM 作
栅格计算获得; 22
13 为标准小区坡长; m 为坡长指数,其取
值条件为:

) 9
m = 0
5

9 >
) 3
m = 0
4
3 >
) 1
m = 0
3
1 >

m = 0
2
4) C 因子:它受到植被、作物种植顺序、生产力水平、生
长季长短、栽培措施、作物残余物管理、降雨分布等因素的控
制[ 9, 17, 19, 32] .本研究采用蔡崇法[ 6]的植被覆盖度( c)与 C 因
子方程, 具有简单、准确、适于本研究区等特点.取值条件为 :
C = 1
C = 0
6508 - 0
34361 ! lg c
C = 0


c = 0
0 < c ∗ 78
3%
c > 78
3%
研究区 C 因子计算结果见表 2.
5) P因子 :侵蚀防治措施因子 P 是指采用专门措施后的
土壤流失量与采用顺坡种植时的土壤流失量的比值,一般指
人为的地表耕作情况对土壤流失的相对大小, 与坡度和地表
形状有一定关系[ 18, 32, 33] , P 值变化于 0~ 1 之间, 0 代表防治
措施很好,基本不发生侵蚀的地区, 而 1 代表未采取任何控
制措施的地区. 自然植被区和坡耕地 P 因子一般取值为 1,
凡修水平梯田的为 0
01, 介于两者之间的治理措施的坡耕
227312 期












何兴元等: GIS 支持下岷江上游土壤侵蚀动态研究











地则取值于 0
02~ 0
9[ 6] .一般而言, 侵蚀控制措施有: 等高
耕作、等高带状种植和修梯田等. 其中,梯田(等高)耕作方式
是最为有效的防治侵蚀措施. 本研究区内,农田 98%以上靠
天然降水,几乎没有人为水保措施, 因此,农田 P因子统一为
0
4;农林交错区因农业措施较少, 取 P 因子为 0
6; 其他类
型 P因子为 1(表 2) .
3
结果与分析
3
1
不同时期侵蚀动态总体分析
由表 4 可以看出, 研究区 3个时期侵蚀面积分
别占研究区总面积的 1
28% ( 2 864
43 km 2 )、
1
84%( 4 122
70 km2)和 1
70% ( 3 820
18 km2 ) .
研究区以微度侵蚀(侵蚀等级 1)、轻度侵蚀(侵蚀等
级2)为主, 伴有少量的中度侵蚀. 1986 年、1995 年
和 2000 年微度侵蚀占总侵蚀量的 95
18%、
96
30%和 92
72%; 轻度侵蚀量分别为 3
63%、
2
81%和 5
51%, 表明研究区总体侵蚀面积比较
小,侵蚀程度较轻.
表 4
侵蚀等级面积百分比
Table 4 Percent of erosion area
侵蚀强度
Soil erosion
intensity levels
1986
面积Area
( km
2
)
%
1995
面积Area
( km
2
)
%
2000
面积Area
( km
2
)
%
微
度 Slight 2726
40 95
18 3970
12 96
30 3541
84 92
71
轻
度 Lowlevel 104
10 3
63 115
93 2
81 210
45 5
51
中
度Mediumlevel 32
44 1
13 35
13 0
85 65
07 1
70
强
度Highlevel 1
08 0
04 1
14 0
03 1
97 0
05
极强度Ultrahighlevel 0
25 0
01 0
25 0
01 0
42 0
01
剧
烈Acute 0
17 0
01 0
14 0
00 0
42 0
01
总
计 Total 2864
43 100
00 4122
70 100
00 3820
15 100
00


3 个时期的年平均侵蚀模数分别为 832
64、
1 048
74和1 362
11 t!km- 2, 表明研究区土壤侵蚀
程度呈日益加剧的趋势.以 1986年为基准作比较,
1995 年侵蚀面积增加了 0
44% , 总侵蚀增量为
25
95%; 2000年相应值为 0
33%和 63
59%; 侵蚀
强度有从微度侵蚀、轻度侵蚀为主向中度侵蚀过渡
的危险( 1986年、1995年和 2000年中度侵蚀面积分
别为 1
13%、0
85%和 1
7%) .
从总侵蚀面积、侵蚀等级分布(表 4)分析, 1986
~ 1995年研究区侵蚀总面积大幅增加, 增加量为
43
93% ( 1 258
27 km2) ,总侵蚀量增加了 25
95%;
1995~ 2000年侵蚀总面积减少了 7
34% ,而总侵蚀
量比 1995 年增加了 29
88% , 比 1986 年增加了
63
59% ,侵蚀强度明显增大.
3
2
侵蚀的空间分布及变化
由图 3可以看出, 研究区土壤侵蚀的空间分布
以微度侵蚀、轻度侵蚀为主. 1986 年微度侵蚀主要
发生在卧龙自然保护区、米亚罗自然保护区以及黑
水河流域;轻度侵蚀主要发生在岷江干流,从汶川县
到松潘县皆有分布; 中度以上侵蚀主要发生在岷江
干流、杂谷脑河的河谷地带. 1995 年的侵蚀分布和
1986年相似,但是分布范围有所扩大, 侵蚀强度也
比 1986年强;尤其是卧龙自然保护区侵蚀面积有较
大的增加. 2000年侵蚀更为分散,面积略有减小,但
是侵蚀强度增大.
3
3
土壤侵蚀相关因子分析
3
3
1 侵蚀与坡度
研究区土壤侵蚀主要是 1级、2
级和 3级( 1986年、1995年和 2000年 3个级别侵蚀
面积 占 侵 蚀 总 面 积 的 99
95%、99
96% 和
99
93% ) .由表 5可以看出,侵蚀在各个坡度皆有分
布,但主要发生在陡坡地区. 其中 4、5、6 级尤其是
5、6级( 25∀以上)占据了侵蚀量的主要部分, 1986年
为 93
65%、1995 年 为 93
81%、2000 年 为
92
71% .同时,侵蚀与坡度呈正相关关系,随着坡长
和坡度的增大,径流增大, 侵蚀量越大, 侵蚀模数增
大,细沟和浅沟侵蚀明显增强. 另外, 研究区从汶川
县到接近松潘县的广大河谷两岸为干旱河谷,地势
陡峭,是侵蚀的多发地带.
图 3
侵蚀量分布图
Fig. 3 Spatial distribut ion of soil erosion.
2274 应
用
生
态
学
报

















16卷
表 5
土壤侵蚀与坡度关系
Table 5 Relationship between soil erosion and slope ( km2)
时期
Year
坡度等级
Slope class
侵蚀等级 Gradat ion of soil erosion
微度侵蚀 Slight erosion
面积
Area
%
轻度侵蚀Lowlevel erosion
面积
Area
%
中度侵蚀Mediumlevel erosion
面积
Area
%
总计 Total
面积
Area
%
1986 1( < 5∀) 13
91 0
51 0
03 0
03 0
00 0
00 13
93 0
49
2( < 8∀) 27
53 1
01 0
39 0
37 0
11 0
34 28
03 0
98
3( < 15∀) 133
30 4
89 4
85 4
66 1
58 4
87 139
72 4
88
4( < 25∀) 406
35 14
90 16
40 15
75 5
40 16
65 428
15 14
95
5( < 35∀) 1335
33 48
98 52
27 50
21 16
04 49
44 1403
64 49
03
6( > 35∀) 809
98 29
71 30
17 28
98 9
31 28
69 849
45 29
67
合计 Total 2726
40 100
00 104
10 100
00 32
44 100
00 2862
94 100
00
1995 1( < 5∀) 24
60 0
62 0
11 0
10 0
00 0
00 24
71 0
60
2( < 8∀) 42
80 1
08 0
75 0
65 0
14 0
39 43
68 1
06
3( < 15∀) 180
33 4
54 4
49 3
87 1
75 4
97 186
57 4
53
4( < 25∀) 542
39 13
66 16
90 14
58 4
93 14
04 564
22 13
69
5( < 35∀) 1923
32 48
44 57
76 49
82 17
31 49
29 1998
39 48
49
6( > 35∀) 1256
69 31
65 35
93 30
99 11
00 31
31 1303
61 31
63
合计 Total 3970
12 100
00 115
93 100
00 35
13 100
00 4121
18 100
00
2000 1( < 5∀) 17
15 0
48 0
25 0
12 0
00 17
40 0
46
2( < 8∀) 37
40 1
06 1
00 0
47 0
30 0
47 38
70 1
01
3( < 15∀) 207
23 5
85 11
63 5
53 3
10 4
77 221
97 5
81
4( < 25∀) 560
86 15
84 37
65 17
89 10
50 16
13 609
01 15
95
5( < 35∀) 1716
61 48
47 101
86 48
40 33
49 51
47 1851
96 48
51
6( > 35∀) 1002
59 28
31 58
06 27
59 17
67 27
16 1078
32 28
25
合计 Total 3541
84 100
00 210
45 100
00 65
07 100
00 3817
35 100
00
3
3
2 侵蚀与海拔
研究区的地貌类型是以中山
( 11
66% )、亚高山( 64
75%)、高山( 22
98% )为主,
三者占研究区总面积的 99
39% . 由表 6 和表 7 可
以看出,研究区的侵蚀主要发生在 2 500~ 5 000 m
的中山、亚高山到高山地带, 1986年侵蚀面积占总
侵蚀面积的 98
63%、1995年为 97
72%、2000年为
99
27%.亚高山是研究区的主要地貌类型, 土地利
用/土地覆盖变化的主要区域,通过 3个时期对比分
析,侵蚀有从中山、亚高山转向高山地带的趋势, 其
原因主要是森林资源的破坏和草地过度放牧.
3
3
3侵蚀与土壤类型
研究区的土壤类型共有 26
种,其中高山草甸土( 21
21% )广泛分布于研究区西
部地区、酸性棕壤( 18
90% )集中分布于北部、暗棕
壤( 16
10%) 分布于米亚罗区域、亚高山草甸土
( 14
17% )分布在松潘县北部的草原地区、石灰性褐
土( 10
65%)广泛分布于岷江干流及支流两侧. 这 5
种土壤面积占研究区总面积的 81
03% ,是研究区
的主要土壤类型,也是研究区侵蚀产生的主要来源.
由表 8可以看出, 1986~ 1995年 5种主要土壤的侵
蚀率皆逐年增加,显示侵蚀面积在不断扩张, 侵蚀强
度增大; 1995~ 2000 年侵蚀率有所下降,但是亚高
山草甸土的侵蚀率有较大幅度的增加, 增加了
2
23%,显示草地受到了较为严重的干扰.需要指出
的是, 沿河流两侧分布的石灰性褐土和燥褐土一直
是侵蚀的发生区域, 其增速较快,有较大面积的侵蚀
发生,控制该区域的侵蚀不容迟缓.
表 6
海拔与地貌分类
Table 6 Classi fication of elevation and geomorphy
海拔等级
Elevat ion
class
地 貌
Geomophy
海 拔
Elevation
( m)
面 积Area
km 2 %
1 高平原 Upland plain > 200 0
65 0
00
2 低
山 Hilly > 1000 40
28 0
18
3 中
山 Moderate alpine > 2500 2614
10 11
66
4 亚高山 Subalpine > 4000 14517
12 64
75
5 高
山Alpine > 5000 5152
87 22
98
6 极高山 Ultraalpine > 6500 93
93 0
42
3
3
4 侵蚀与植被类型
由表 9可见, 研究区 3个
时期的土壤侵蚀在不同植被类型上都有发生. 1986
年侵蚀主要发生在有林地、灌木林地、疏林地以及中
盖度草上, 耕地侵蚀较少, 侵蚀面积仅为 10
78
km
2
; 1995年由于毁林开荒,旱作耕地 1、2、3级侵蚀
量较大, 侵蚀面积达 937
13 km2, 林地侵蚀强度有
所减弱, 侵蚀面积减少了 369
26 km2, 其原因在于
禁伐令的全面实行,增强了抚育措施,草地类型的侵
蚀增长较快, 侵蚀面积为 691
86 km2, 草地过载放
牧现象严重; 2000年各类型植被侵蚀面积皆有所减
少,但侵蚀强度向轻度侵蚀、中度侵蚀转移,林地仍
是侵蚀的主要产生地, 轻度侵蚀由 1995年的 61
58
km
2 上升到 114
32 km2, 中度侵蚀由 1995 年的
17
95 km2 上升到 36
48 km2, 上升幅度分别达
36
48%和 103
24%. 侵蚀产生的原因主要是大范
围的生态退耕,出现了大量的疏林地,其水土保持能
力还很低,容易发生侵蚀, 而草地侵蚀量急剧减少,
退耕还草后草地面积有较大的增长, 其水土保持能
力得到了显著的改善.
227512 期












何兴元等: GIS 支持下岷江上游土壤侵蚀动态研究











表 7
不同海拔的土壤侵蚀等级与面积
Table 7 Relationship between soil erosion and elevation ( km2)
时期
Year
海拔等级
Elevation class
侵蚀等级 Gradat ion of soil erosion
微度侵蚀 Slight erosion
面积
Area
%
轻度侵蚀Lowlevel erosion
面积
Area
%
中度侵蚀Mediumlevel erosion
面积
Area
%
总计T otal
面积
Area
%
1986 高平原 Upland plain 0
11 0
00 0
00 0
00 0
11 0
00
低
山 H illy 1
66 0
06 0
11 0
11 0
03 0
09 1
80 0
06
中
山 Moderate alpine 477
29 17
51 18
81 18
07 4
93 15
20 501
20 17
50
亚高山 Subalpine 1737
36 63
72 66
01 63
41 21
44 66
10 1825
78 63
74
高
山 Alpine 474
44 17
40 18
06 17
35 5
48 16
91 498
34 17
40
极高山 Ult raalpine 35
54 1
30 1
11 1
06 0
55 1
71 37
20 1
30
合
计 Total 2726
4 100
00 104
1 100
00 32
44 100
00 2864
43 100
00
1995 高平原 Upland plain 0
11 0
00 0
00 0
00 0
11 0
00
低
山 H illy 1
33 0
03 0
08 0
07 0
03 0
08 1
44 0
03
中
山 Moderate alpine 559
2 14
09 17
67 15
24 4
38 12
46 581
56 14
11
亚高山 Subalpine 2388
8 60
17 69
53 59
98 22
38 63
72 2481
52 60
19
高
山 Alpine 931
23 23
46 26
26 22
65 7
53 21
45 965
44 23
42
极高山 Ult raalpine 89
45 2
25 2
38 2
05 0
8 2
29 92
63 2
25
合
计 Total 3970
12 100
00 115
93 100
00 35
13 100
00 4122
70 100
00
2000 高平原 Upland plain 0
08 0
00 0
00 0
00 0
08 0
00
低
山 H illy 1
27 0
04 0
08 0
04 0
03 0
04 1
39 0
04
中
山 Moderate alpine 595
77 16
82 34
9 16
59 11 16
90 642
14 16
81
亚高山 Subalpine 1937
11 54
69 113
13 53
76 35
68 54
83 2087
44 54
64
高
山 Alpine 987
54 27
88 61
3 29
13 17
92 27
54 1067
55 27
95
极高山 Ult raalpine 20
06 0
57 1
02 0
49 0
44 0
68 21
55 0
56
合
计 Total 3541
84 100
00 210
45 100
00 65
07 100
00 3820
15 100
00
表 8
主要土壤侵蚀率
Table 8 Erosion ratio of main soil type
土壤类型
S oil type
面 积
Area
( km2)
1986
侵蚀面积
Erosion area
( km2)
侵蚀率
Erosion rat io
( % )
1995
侵蚀面积
Erosion area
( km2)
侵蚀率
Erosion rat io
( % )
2000
侵蚀面积
Erosion area
( km2)
侵蚀率
Erosion rat io
( % )
亚高山草甸土 Subalpine meadow soil 3174
21 136
29 4
29 145
68 4
59 216
35 6
82
高山草甸土 Alpine meadow soil 4751
46 268
12 5
64 532
75 11
21 410
59 8
64
酸性棕壤 Acid brown forest soil 4234
62 456
04 10
77 634
36 14
98 527
62 12
46
暗棕壤 Dark brow n forest soil 3606
64 673
83 18
68 964
14 26
73 928
04 25
73
石灰性褐土 Calcic cinnamon soil 2386
71 793
28 33
24 990
54 41
50 848
84 35
57
燥褐土 Cinnamon soil 391
09 69
06 17
66 96
51 24
68 99
11 25
34
表 9
土壤侵蚀与植被类型关系
Table 9 Relationship between soil erosion and vegetation types( km2)
时期
Year
植被类型
Vegetation
type
侵蚀等级 Erosion class
微度侵蚀
Slight
erosion
轻度侵蚀
Lowlev el
erosion
中度侵蚀
Medium
level erosion
总计
To tal
1986 耕地 Farmland 10
53 0
17 0
08 10
78
林地 Forest land 2428
45 93
38 28
89 2550
72
草地 Grassland 287
43 10
55 3
46 301
44
合计 T otal 2726
40 104
10 32
44 2862
94
1995 耕地 Farmland 901
78 26
84 8
50 937
13
林地 Forest land 2101
93 61
58 17
95 2181
46
草地 Grassland 667
07 19
25 5
54 691
86
合计 T otal 3670
78 107
67 31
99 3810
45
2000 耕地 Farmland 6
43 0
44 0
17 7
04
林地 Forest land 1928
11 114
32 36
48 2078
91
草地 Grassland 41
39 2
13 0
58 44
10
合计 T otal 1975
92 116
90 37
23 2130
05
3
3
5人口、户数增长与土壤侵蚀
人类是生态环
境的最主要干扰因子.研究区人口与户数在 1986 ~
1995 年期间分别增长了 8
82%、21
99%, 1995 ~
2000年人口与户数大幅增长, 增长率为 13
85%和
25% .由于人口与户数的增长以及生活方式的改变,
对自然资源需求增多, 加剧了生态承载的压力.对 3
个时期总人口、总户数分别与总侵蚀量的拟合显示
(图 4) ,人口、户数的增长和侵蚀的发生密切相关,
尤其是户数的增长, 与侵蚀的增量呈现出线性相
关的特点.其原因是人口与户数增长导致对土地利


图 4
人口、户数增长与土壤侵蚀总量的关系
Fig. 4 Relationship betw een populat ion, household and soil erosion.
+ Linear;Observed.
2276 应
用
生
态
学
报

















16卷
用开发强度加大,加剧了土壤侵蚀速度和侵蚀强度,
进而使土壤侵蚀模数和土壤侵蚀量增加.
4
结

论
4
1
研究区侵蚀面积比较小,侵蚀程度比较轻, 侵
蚀还未成为该地区可持续发展的制约因子. 3 个时
期侵蚀面积分别占研究区总面积的 1
28%、1
84%
和 1
70%; 年 平均 侵蚀 模数 分别为 832
64、
1 048
74和 1 362
11 t!km- 2, 以微度侵蚀、轻度侵
蚀为主.
4
2
从侵蚀动态来看, 3个时期的侵蚀有加剧的趋
势. 1995 年 研 究 区 侵 蚀 面 积 大 幅 增加, 达
1 258
27 km2,总侵蚀量比 1986年增加了25
95% ;
2000年侵蚀总面积比 1995 年减少了 7
34% , 总侵
蚀量比 1995 年增加了 29
88% , 比 1986年增加了
63
59%, 侵蚀强度明显增大.
4
3
侵蚀与坡度呈显著正相关, 多发生在> 25∀的
坡度;从海拔上看,中山、亚高山、高山以及干旱河谷
是侵蚀发生的主要地带; 不同类型的植被直接影响
到侵蚀的发生, 灌木林地以及新退耕的疏林地是 3
个时期侵蚀的主要发生地,过度放牧导致草场退化,
也产生了微度侵蚀;侵蚀的发生和土壤类型有密切
关系,石灰性褐土、暗棕壤、酸性棕壤、高山草甸土和
亚高山草甸土是侵蚀的主要发生地,其中燥褐土、石
灰性褐土最易发生侵蚀, 是控制侵蚀的重点区域; 人
口的增长、户数的增加是侵蚀发生的直接驱动因子,
由于人口与户数增长对资源需求压力的增大, 侵蚀
呈线性增加.
4
4
减轻与控制土壤侵蚀的措施: 1)对现有毁林开
荒的旱作耕地进行,坡改梯−. 研究区 25∀以上的区
域侵蚀量占据了侵蚀量的主体 ( 3 个时期均大于
90% ) ,对目前坡度> 25∀土壤侵蚀严重的区域实行
生态退耕、还林还草, 提高地表植被覆盖率; 对其他
耕地逐步采用−坡改梯−或者推广保护性耕作技术措
施,尽量控制土壤侵蚀的发生. 2)建立山区多样化的
土地利用格局, 发展集水土保持与生态环境保护、农
林牧业综合发展增产增收与脱贫致富为一体的多功
能农业,充分发挥山区农业的生态、经济与社会功
能,实现区域可持续发展,并为减轻长江中下游的水
患、维护生态安全做出贡献.
参考文献
1
Alhomoud AS, Allison RJ, Sunna BF, et al . 1996. A study on geolo
gy, geomorphology, hydrology, groundw ater, and physical resources
of the decert if ied badia environment in jordan tow ards sustainable
developm ent. Env i ron G eol , 27: 198~ 209
2
Anys H, Bonn F, Merzouk A. 1994.Remote sensing and GIS based
mapping and modeling of w ater erosion and sediment yield in a se
miarid w atershed of morocco. Geocar t Int e, 9: 31~ 40
3
Arnoldous HMJ . 1980. An Approximation of the Rainfall Factor in
the Universal Soil Loss Equat ion. New York: John Wiley and Sons.
127~ 132
4
Arnoldus HMJ. 1977. Methodology used to determin e the max i
mum potent ial average annual soil loss due to sh eet and rill erosion
in Morocco. FA O Soi ls B ull , 34: 39~ 44
5
BiHX(毕华兴) , Zhu JZ(朱金兆) . 1995. Advances in research on
soil erosion model: S tatem ent. J Beij ing For Univ ( 北京林业大学
学报) , 17( 3) : 79~ 85( in Chinese)
6
Cai CF (蔡崇法) , Ding SW( 丁树文) . 2000. Study of applying
USLE and geographical information system IDRISI to predict soil
erosion in small watershed. J Soil Water Cons(水土保持学报) , 14
( 2) : 19~ 24( in Chinese)
7
Cai JS (蔡劲松) , Wan XN (万新南) . 2004. Status and quality
fuzzy evaluat ion on ecoenvironmental geology in the upper reaches
of M in jiang River. Res S oil Water Cons (水土保持研究) , 11( 2 ) :
113~ 114( in Chinese)
8
Chai ZX(柴宗新) , Fan JR(范建容) . 2001. Forest of soil erosion
change in the upper Yangtze River in the coming 50 years. J Nat
Disast (自然灾害学报) , 10( 4) : 15~ 19( in Chinese)
9
Edwards M , alEisaw i D, M illington A. 1996.T he use of ERS AT
SR2 data for monitoring rangeland vegetation in the eastern badia.
Jordan. Proceedings of the 22nd Annual Conference of the Remote
Sensing Society. 11~ 14 September 1996. University of Durham .
29~ 36
10
Fan H(樊
宏) , Zhang JP(张建平) . 2002. A Study on 50years
land use and cover change of w atershed study on land use/ cover in
arid valley of upper Minjiang w atershed. J Desert R es(中国沙漠) ,
22( 3) : 273~ 278( in Chinese)
11
Pu FD(溥发鼎) . 2000. T he present conditions of ecology and bio
diversity protect ion at upst ream of M injiang. Resour S ci (资源科
学) , 22( 5) : 83~ 85( in Chinese)
12
H u ZB(胡志斌) , He XY (何兴元) , J iang XB(江晓波) , et al .
2004. Landscape pattern change at the upper reach es of M injiang
River and it s driving force. Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) , 15
( 10) : 1797~ 1803( in Chinese)
13
Kirk A. 1998b. The ef fect of intensive irrigated agriculture upon
soil degradat ion: A case study from ashrafiyya, environment and de
velopment . In: Dut ton RW, Clarke JI, Bat tikhi AM, eds. Arid Land
Resources and T heir Management Jordan. s Desert Margin. Lon
don: Kegan Paul Internat ional. 127~ 156
14
Lang NJ(郎南军) , Zheng K(郑
科) , Wen SL(温绍龙 ) , et al .
2002. Canonical correlat ion analysis of factors causing soil erosion in
the J inshajiang River valley. J Beij ing For Univ (北京林业大学学
报) , 24( 3) : 39~ 44( in Chinese)
15
Lei XZ(雷孝章) , Huang LL( 黄礼隆) . 1997. S tudy on soil con
servative ef fect of protect ion forest system in the upper reaches of
the Yangtze River. J Beij ing For Univ (北京林业大学学报) , 19
( 2) : 25~ 29( in Chinese)
16
Li AN(李爱农) , Zhou WC(周万村) , Jiang XB(江晓波) , et al .
2003. Dynamic change of land use/ land cover during 15 years in
upper reaches of M injiang River supported by RS & GIS. J S oil
Water Cons(水土保持学报) , 17( 4) : 153~ 156( in Chinese)
17
Li HG(李红旮) , Cui WH (崔伟宏) . 2000. Analysis of soil erosion
in arid zone of cent ral Myanmar. J Remote S ensing (遥感学报) , 4
( 3) : 233~ 238( in Chinese)
18
Liu SL( 刘世梁) , Fu BJ (傅伯杰 ) , Ma KM ( 马克明) , et al .
2004. Effect s of vegetation types and landscape futures on soil prop
ert ies at th e plateau in th e upper reaches of M in jiang River. Chin J
Appl Ecol (应用生态学报) , 15(1) : 26~ 30( in Chinese)
19
Ma CF(马超飞) , Ma JW(马建文) , Hasi BG(哈斯巴干) , et al .
227712 期












何兴元等: GIS 支持下岷江上游土壤侵蚀动态研究











2001. Closing land forest or grass in Minjiang drainage based on RS
and GIS. Res Soi l Water Cons (水土保持学报) , 15( 4) : 20~ 24( in
Chinese)
20
Moore ID, Wilson JP. 1992. Lengthslope factors for the revised u
niversal soil loss equat ion: Simplified method of est imat ion. J Soi l
Water Cons, 47: 423~ 428
21 Morgan RPC. 1986. S oil Eros ion and Conservation. London: Long
man Group Limited.
22
Niu ZM ( 牛志明) , Xie MS (解明曙 ) , Sun G (孙
阁 ) , et al .
2001. NPS models applicat ion in the soil erosion simulat ing. J Bei
j ing For Univ (北京林业大学学报) , 23( 2) : 78~ 84( in Chines e)
23
Wei TX(魏天兴) , Zhu JZ(朱金兆) . 2002. Effect s of slope length
and grade on soil erosion in the gully regions in Loess Plateau. J
Beij ing For Univ (北京林业大学学报 ) , 24 ( 1) : 59~ 62( in Chi
nese)
24
Will iams JRR. 1983. EPIC- A new method for assessing erosion. s
effect s on soil product ivity. J Soi l Water Cons, 38: 381~ 383
25
Wilson JP. 1986. Est imat ing the topographic factor in the universal
soil loss equat ion for watersheds. J S oil Water Cons , 41( 3) : 179~
184
26
Wischm eier WH, Johnson CB, Cross BV. 1971. A soil erodibility
nomograph for farmland and conservat ion sites. J S oil Water Cons,
26: 189~ 193
27
Wischmeier WH. 1978. Use and misuse of the universal soil loss e
quat ion. J S oi l Water Cons, 31: 5~ 9
28
Wu DL(吴东亮) , Liu P J(刘鹏举) , T ang XM(唐小明) , et al .
2001. Simulat ing flow direct ion over rasterbased hillslopes and
comput ing topograph ic parameters ( LS) on GIS. J Beij ing For U
niv (北京林业大学学报) , 23( 5) : 10~ 14( in Chinese)
29
Xie Y(谢
云 ) , Lin Y (林
燕) , Zhang Y(张
岩 ) . 2003. The
developm ent and application of the universal soil loss equat ion. P rog
Geogr (地理科学进展) , 22( 3) : 279~ 287( in Chinese)
30
Yu XX(于兴修) , Yang GS (杨桂山) . 2003. Advances in research
on evaluat ing the factors of universal soil loss equation. J Nat Di sas
ter s(自然灾害学报) , 12( 3) : 14~ 18( in Chinese)
31
Zhang JH (张佳华 ) , Yao FM ( 姚凤梅 ) . 2004. S oil erosion in
Xingguo county of Jiangxi Province. J Beij ing For Univ (北京林业
大学学报) , 26( 1) : 53~ 56( in Chinese)
32
Zhang Y(张
岩) , Liu BY( 刘宝元 ) , Shi PJ (史培军 ) , et al .
2001. Crop covers factor est imat ing for soil loss predict ion. Ac ta
Ecol S in(生态学报) , 21( 7) : 1050~ 1055( in Chinese)
33
Zhang Y(张
岩) ,Yuan JP(袁建平) , Liu BY (刘宝元) , et al .
2002.Advance in researches on vegetat ion cover and management
factor in the soil erosion prediction model. Chin J App l Ecol (应用
生态学报) , 13( 8) : 1033~ 1036( in Chinese)
34
Zhou Y( 周
跃) , Liu HJ ( 刘洪江) , Zhang J (张
军) , et al .
2004. A preliminary study of dynamicsystem establishment for soil
erosion inspect in Yunnan M ountains. Res S oil Water Cons (水土保
持研究) , 11( 2) : 4~ 7( in Chinese)
作者简介
何兴元, 男, 1962 年生, 博士, 研究员, 博士生导
师,中国科学院沈阳应用生态研究所所长. 主要从事城市森
林生态学、植物微生物共生生态等方面研究, 发表论文 70
余篇, 其中 SCI 5 篇, 主编专著 3 部, 获发明专利 5 项. E
mail: hexy@ iae. ac. cn
2278 应
用
生
态
学
报

















16卷