全 文 ：中国生态农业学报 2016年 2月 第 24卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Feb. 2016, 24(2): 244255


* 国土资源部公益性行业项目(201311060)、河北省高等学校科学技术研究优秀青年基金项目(Y2012015)、河北省《生态补偿问题研究》
课题资助
** 通讯作者: 许皞, 主要研究方向为土地资源。E-mail: xuhao22003@126.com
陈召亚, 主要从事土壤与土地资源持续利用研究。E-mail: chenzhaoya1990@163.com
收稿日期: 20150906 接受日期: 20151203
* This study was supported by the Special Fund for Land-scientific Research in the Public Interest (No. 201311060), the Research Foundation
for Excellent Youngers in University of Hebei Province (No. Y2012015) and the Ecological Compensation Research of Hebei Province.
** Corresponding author, E-mail: xuhao22003@126.com
Received Sep. 6, 2015; accepted Dec. 3, 2015
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.150969
黄骅市土壤保持价值年内动态特征*
陈召亚1 李 超2 何 玲3 王树涛3 许 皞1,3** 马立军3
(1. 河北农业大学资源与环境科学学院 保定 071000; 2. 中国农业大学资源与环境学院 北京 100193;
3. 河北农业大学国土资源学院 保定 071000)
摘 要 掌握不同生态系统类型土壤侵蚀和土壤保持量的年内动态变化, 对于区域水土保持重点及时序安排
具有积极的指导作用。本研究在 GIS 支持下, 运用通用土壤流失方程(USLE)对河北省黄骅市不同生态系统年
内土壤侵蚀与保持量进行计算, 并利用市场价值法、机会成本法对各生态系统类型年内各月的土壤保持价值
进行测算, 研究黄骅市土壤保持价值年内动态特征。研究表明, 黄骅市全年各月土壤保持价值分配不均, 年内
动态特征与土壤保持量的季节动态变化规律一致, 8月达到最大峰值, 1—3月、10月、12月价值均为零, 5—8
月呈增加趋势, 5—9 月土壤保持价值占全年土壤保持价值的 82.47%。从各生态系统类型来看, 草地 8 月的单
位面积土壤保持价值最大, 为 128.87 元·hm2; 水域 9月的单位价值最小, 为 11.23元·hm2。 从土壤保持价值
构成来看, 年内各土壤保持功能单位面积贡献价值大小排序为: 减少土壤养肥流失价值>减少淤泥淤积价值>
减少废弃土地价值。研究区各生态系统类型的土壤保持价值具有明显随季节变化的规律, 在雨季受暴雨等短
期大量降水的影响, 土壤潜在的侵蚀量增大, 而生态系统的土壤保持功能和价值在此过程得以发挥作用。
关键词 土壤侵蚀 土壤保持功能 土壤保持价值 生态系统类型 年内动态变化
中图分类号: F301; F205; N31 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2016)02-0244-12
Intra-annual dynamics of soil conservation features in Huanghua City*
CHEN Zhaoya1, LI Chao2, HE Ling3, WANG Shutao3, XU Hao1,3**, MA Lijun3
(1. College of Resources and Environmental Sciences, Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China; 2. College of
Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 3. College of Land Resources,
Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China)
Abstract China is one of the countries in the world with the most severe soil erosion. Mastering various changes in regional soil
erosion, soil conservation and ecological dynamics is critical for prioritization of regional soil and water conservation in time and
space to combat soil erosion for sustainable development. At present, research on long-term soil conservation has ignored the erosion
force of rainfall and the dynamic changes in vegetation coverage. Using GIS and Universal Soil Loss Equation (USLE), we
calculated soil erosion and soil conservation amounts in a typical coastal saline soil region, Huanghua City of Hebei Province.
Furthermore, using market value and soil opportunity cost, we calculated monthly soil conservation value in the study area. The
dynamic characteristics of soil conservation in coastal land ecosystems were important for ecological security and the maintenance of
China’s coastal areas. The results showed uneven monthly distribution of soil conservation values that was in agreement with the
seasonal dynamics of soil conservation amount which peaked in August. The soil conservation value was zero for January, February,
March, October, and December, while it increased from May to August. Soil conservation value from May to September accounted
for 82.47% of the total of the year. Among different ecosystems, grassland showed the highest soil conservation value per unit area in
第 2期 陈召亚等: 黄骅市土壤保持价值年内动态特征 245


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August (128.87 Yuan·hm2). The soil conservation value per unit area of water body was minimum in September (11.23 Yuan·hm2).
For different functions of soil conservation, the order of value contributions to soil conservation value per unit area was value of
reducing soil fertility loss > value of reducing silt deposition > value of reducing land abandonment. The soil conservation values of
different ecosystems in the study area changed obviously with season. In the rainy season, the heavy short-durational rains increased
soil loss, when the soil conservation functions of ecosystems were more important for combating soil loss.
Keywords Soil erosion; Soil conservation function; Soil conservation value; Ecosystem type; Dynamic changes within one
year
生态系统服务的流量过程随时间呈动态变化 ,
但目前对生态服务流量过程的研究仍较为薄弱[12]。
迄今为止, 生态系统服务价值评价多是以年为单位
进行静态评价, 忽略了生态系统服务年内的动态差
异。现阶段对生态系统服务流量过程认知不足, 导
致无法形成系统方法来规划生态系统服务[3]。因此,
研究生态系统服务年内动态特征, 有利于加强对生
态系统服务形成机理的认知, 使生态系统服务更好
地为人类服务。
土壤侵蚀是近年来全世界面临的一个严峻问题,
中国是世界上水土流失最为严重的国家之一。然而,
目前对土壤保持价值的研究多以年为时间尺度[48],
忽略了降雨侵蚀力和植被盖度的年内动态变化, 因
此, 削弱了土壤保持价值评价的精度, 同时也缺少
对生态系统土壤保持价值年内动态变化特征的揭
示。近年来, 也有少数研究者开始关注土壤保持价
值年内动态变化特征的研究, 但主要集中于对森林
生态系统[9]或草地生态系统[10]在不同地区年内变化
特征的比较, 较少涉及同一地区不同生态系统类型
间土壤保持价值年内动态变化特征的揭示和比较。
如李士美等[9]对 5 种森林生态系统的土壤保值价值
年内动态进行了研究, 分析了不同森林生态系统土
壤保持价值的组成以及发挥土壤保值功能的集中时
间。裴厦等[10]对内蒙古温带草原和海北高寒草甸的
土壤侵蚀进行了特征分析, 并得出了侵蚀主要的发
生季节和具体时间。
滨海陆地生态系统处于陆地与海洋间的过渡地
带, 生态系统类型复杂、多样, 在维护海洋生态系统
与陆地生态系统的稳定性、维持海岸带社会经济的
可持续发展等方面发挥着重要作用。我国海岸线长
逾 3.2×104 km, 15 m等深线以内的浅海、滩涂、滨海
盐土有约 1.4×107 hm2, 研究滨海陆地生态系统土壤
保持价值年内动态特征, 对于保护我国沿海地区生
态安全, 维护社会具有重要意义。
本文以地处滨海地区的河北省黄骅市为研究对
象, 以研究区土地利用类型数据、逐月 NDVI数据、
化验所得土壤基础数据及DEM等数据为基础, 选用
通用土壤流失方程对逐月土壤侵蚀量进行估算, 通
过建立的滨海陆地生态系统土壤保持价值年内动态
评估模型对逐月土壤保持价值年内动态特征进行评
估与分析, 研究县域尺度滨海盐碱土区典型生态系
统土壤保持价值年内动态特征分析方法, 并比较分
析了黄骅市不同生态系统类型土壤保持价值年内动
态变化特征。
1 研究区概况及数据预处理
1.1 研究区概况
黄骅市位于河北省东南部, 为属沧州市管辖的
县级市 , 东临渤海 , 南接海兴县 , 西界沧县与孟村
回族自治县 , 北倚天津 , 地理坐标为北纬 38°09′~
38°39′, 东经 117°05′~117°49′, 总面积 2 177.83 km2,
海岸线长 65.8 km(图 1)。气候属暖温带半湿润大陆
性季风气候, 靠近渤海而略具海洋气候特征, 平均
气温为 12.0~12.9 , ℃ 年蒸发量 1 909.6 mm, 黄骅市
主要植被类型有夏玉米(Zea mays)、苜蓿(Medicago
sativa)、芦苇(Phragmites australis)、枣树(Zizyphus
jujuba)等, 其物候期如表 1所示。全市共设 4个镇、
6个乡、327个行政村, 以及中捷产业园区、南大港
产业园区和黄骅港区。
1.2 数据获取及预处理
1.2.1 遥感数据处理
以研究区 2011 年 LandSat-7TM 数据(地理空间
数据云网站下载获得, 成像时间 2011 年 6 月 25 日,
轨道号 122/33, 平均云量为 1.5)为基本数据源, 利用
ENVI 4.7对影像图进行波段组合、几何校正(误差值
不超过 0.5 个像元)、区域裁剪等数据预处理, 然后
在Arcgis 9.3支持下, 采用监督分类与目视解译结合
的解译方法, 参照土地利用分类方法, 获取研究区
2011年土地利用数据库, 并参考研究区 2011年土地
变更调查数据对研究区各土地利用类型面积及结构
比例进行调整、检验, 使解译结果的总精度及 Kappa
指数大于 0.8。
从地理空间数据云网站下载获得 MOD13Q1 的
MODIS数据产品, 时间跨度为 2011年 1—12月。此
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图 1 黄骅市地理位置图
Fig. 1 Geographical location of the study area of Huanghua City
表 1 黄骅地区主要植被物候期初始时段
Table 1 Initial period of main phenological periods of plants in the study area of Huanghua City
植物名称
Plant name
展叶期/返青/苗期
Leaf-expansion / turning
green / seedling stage
叶盛期/分枝
Leaf unfolding prime /
branching
开花期
Flowering stage
落叶期/黄枯期/割刈期
Deciduous period / wilting
date / cutting
参考文献
Reference
白刺
Nitratia
gangutorum
3月下旬
Last ten-day of March
4月中旬
Middle ten-day of April
5月上旬
First ten-day of May
11月下旬
Last ten-day of November
[11]
冬枣
Ziziphus jujube
‘Dongzao’
4月下旬
Last ten-day of April
5月下旬
Last ten-day of May
6月上旬
First ten-day of June
10月上旬
First ten-day of October
[12]
国槐
Sophora japonica
4月中旬
Middle ten-day of April
5月上中旬
First and middle ten-day of May
7月中旬
Middle ten-day of July
10月中旬
Middle ten-day of October
[13]
柳树
Salix spp.
3月中下旬
Middle and the last ten-day
of March
4月上旬
First ten-day of April
11月下旬
Last ten-day of November
[14]
芦苇
Phragmites
australis
4月下旬
Last ten-day of April
5月上中旬
First and middle ten-day
of May
8月中下旬
Middle and the last
ten-day of August
10月上中旬
First and middle ten-day of
October
[15]
夏玉米
Zea mays
6月上中旬
First and middle ten-day of
June
7月中旬
Middle ten-day of July

9月下旬或 10月上旬
Last ten-day of September or
first ten-day of October
[15]
棉花
Gossypium
hirsutum
4月下旬或 5月上旬
Last ten-day of April or the
first ten-day of May
6月上中旬
First and middle ten-day
of June
7月上旬
First ten-day of April
10月下旬
Last ten-day of October
[16]
冬小麦
Triticum aestivum
10月
October
3月中下旬
Middle and the last ten-day of
March

5月中下旬
Middle and the last ten-day of
May
[16]
苜蓿(一茬)
Medicago sativa
(the first crop)
3月上旬
First ten-day of March
3月下旬或 4月上旬
Last ten-day of March or First
ten-day of April
4月下旬
Last ten-day of April
5月中下旬
Middle and the last ten-day of
May
[17]
苜蓿(二茬)
Medicago sativa
(the second crop)
5月中下旬
Middle and the last ten-day
of May
6月上旬
First ten-day of June
6月下旬
Last ten-day of June
10月上中旬
First and middle ten-day of
October
[17]
草本类
Herbaceous plant
4月上旬
First ten-day of April
4月中下旬
Middle and the last ten-day of
April
4月中下旬
Middle and the last
ten-day of April
10月上旬
First ten-day of October
[18]
第 2期 陈召亚等: 黄骅市土壤保持价值年内动态特征 247


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产品为 16 d合成的 250 m空间分辨率的植被指数。
为保证与气象数据的时间分辨率保持一致, 采用最
大值合成法(MVC)将数据进行两两合成[1820], 生成
研究区逐月的 NDVI数据(图 2)。

图 2 黄骅市 2011年各月 NDVI空间分布图(30 m×30 m)
Fig. 2 Spatial distribution of monthly NDVI in the study area of Huanghua City in 2011 (30 m × 30 m)
1.2.2 调查及化验数据处理
2014年 7—8月, 对黄骅市进行了实地外业调查,
共调查样点 310个(图 3), 获取土样 300份。通过土
壤农化常规化验方法, 对土样的土壤容重进行化验,
对化验所得的土样的土壤容重取平均值得出黄骅市
土壤容重平均数据; 对收集的土样按照土地利用类

图 3 研究区内野外实地调查样点分布图
Fig. 3 Distribution of sampling points of field investigation in
the study area of Huanghua City
型进行分类, 通过土壤农化常规方法, 对样点土样
化验, 得出各生态系统类型样点的全氮、全磷、全
钾含量数据, 对各生态系统类型样点的全氮、全磷、
全钾含量数据分别取平均值, 得出黄骅市各生态系
统类型全氮、全磷、全钾含量数据(表 2)。
将黄骅市行政区划图与河北省土壤图进行空间
叠加, 得出黄骅市土壤类型分布图(图4), 结合《河
表 2 黄骅市不同土地覆被类型土壤营养元素含量
Table 2 Contents of soil nutrient elements of different land
cover types in the study area of Huanghua City g·kg1
土地覆被类型
Land cover type
全氮
Total
nitrogen
全磷
Total
phosphorus
全钾
Total
potassium
草地 Grassland 0.73 0.72 29.7
园地 Garden plot 0.70 0.66 28.1
城市用地 Urban land 0.44 0.53 15.3
盐田 Salt field 0.53 0.49 19.1
农田 Farmland 0.67 0.26 26.2
盐碱地 Saline land 0.32 0.38 13.1
水域 Water area 0.25 0.34 11.5
其他土地 Other land 0.48 0.38 18.5
湿地 Wetland 0.56 0.69 19.9
248 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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表 3 黄骅市土壤类型特征数据
Table 3 Parameters values of soil characteristics in the study area of Huanghua City
颗粒组织 Particle composition (%)
土壤类型
Soil type
面积
Area
(hm2)
沙粒
Sand
粉粒
Silt
黏粒
Clay
有机质含量
Organic matter
content
(g·kg1)
有机碳含量
Organic carbon
content
(g·kg1)
氯化物盐化潮土 Chloride salinized soil 626.36 45.40 44.92 9.68 7.61 4.39
壤性滨海潮滩盐土 Loamy soil in coastal tidal flat 5 289.85 42.75 36.29 20.96 13.58 7.90
壤质潮土 Medium loam soil 1 024.31 54.90 38.10 7.00 8.10 4.72
壤质盐化沼泽土 Salinized loamy swamp soil 3 832.67 54.99 35.70 9.31 5.23 3.04
砂壤质潮土 Sandy loam soil 5 718.90 71.08 22.54 6.38 11.74 6.78
盐场 Saltern 12 111.55 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
黏壤质滨海盐土 Coastal saline clay soil 189.99 9.52 41.66 48.82 13.06 7.57
黏性潮土 Clay moisture soil 7 785.36 7.55 27.52 64.93 12.03 7.02
黏性湿潮土 Clay humid fluvaquents 7 611.04 34.90 39.04 26.06 17.49 10.17
黏质盐化沼泽土 Clay loamy swamp soil 5 564.64 18.25 46.01 35.74 16.02 9.31

北土壤》(第 2 版)及中国土壤数据库(http://www.
soil.csdb.cn/)中相应数据, 得出黄骅市不同土壤类型
的土壤类型特征数据(表 4)。
1.2.3 降水量数据
由中国气象数据资源共享服务网 (http://cdc.
cma.gov.cn/)中国地面气象资料日值数据集获得黄
骅、泊头、沧州市 3 个站点的降水量数据, 并从黄
骅市周边 20 个县气象局收集获取各县 2011 年全年
的日降水量数据, 时间段为 2011年 1—12月。
1.2.4 其他数据
黄骅市 DEM 数据由地理空间数据云 (http://
www.gscloud.cn/)下载获得, 为 GDEM 30 m分辨率
数字高程数据产品。
2 研究方法
2.1 黄骅市生态系统分类
参考已有研究[2122], 结合全国土地利用现状分
类、中国科学院资源环境分类系统、滨海陆地土地
覆被特征和黄骅市的实际情况, 以土地利用方式为
基础, 将土地覆被类型划分为耕地、园地、草地、
建设用地、水域、盐碱地、湿地、盐田、其他土地
9类。根据黄骅市实际地类情况, 耕地包括水浇地和
旱地; 园林包括园地和林地, 具体为果园、其他园
地、有林地和其他林地; 草地包括天然牧草地和其
他草地; 建设用地包括城镇村及工矿用地和交通运
输用地; 水域包括河流水面、水库水面、坑塘水面、
沟渠和水工建筑用地; 盐碱地不再细分; 湿地主要
包括沿海滩涂、内陆滩涂和沼泽地; 盐田不再细分;
其他土地包括设施农用地及其他用地类型。根据滨
海陆地主要生态系统的具体情况, 把土地覆被类型
的耕地、园地、湿地、建设用地、盐碱地、盐田、
草地、水域和其他土地对应一种其最接近的生态系
统, 建立滨海陆地生态系统净化环境生态价值评估
的专门分类体系。表 4 即是最终建立的滨海陆地生
态系统净化环境生态价值评估的分类体系, 基本涵
盖了滨海陆地地区的主要土地覆被类型。通过野外
调查发现具有一定的实用性和普适性。根据解译的
30 m×30 m土地利用类型图得出各生态系统类型分
布图。
表 4 黄骅市典型生态系统分类表
Table 4 Ecosystem classification in the study area of Huanghua City
生态系统类型
Ecosystem type
城市
Urban
农田
Farmland
园地
Garden plot
草地
Grassland
盐田
Salt field
湿地
Wetland
盐碱地
Saline land
水域
Water area
其他
Others
土地利用类型
Land use type
建设用地
Construction land
耕地
Cultivated land
园地
Garden plot
草地
Grassland
盐田
Salt field
湿地
Wetland
盐碱地
Saline land
水域
Water area
其他土地
Other land

2.2 土壤侵蚀与保持量年内动态估算模型
本文选用通用的土壤流失方程(USLE), 通过遥
感技术、空间分析技术和实地调查获取各参数因子
来评价研究区年内各月的土壤侵蚀量。
土壤流失方程公式如下:
A R K L S C P      (1)
式中: A 为各月土壤侵蚀量, 单位为 t·hm2·month1;
R 为各月的降雨侵蚀力因子, 单位为 MJ·mm·hm2·h1;
第 2期 陈召亚等: 黄骅市土壤保持价值年内动态特征 249


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K为土壤可蚀性因子, 单位为 t·h·MJ1·mm1; L为坡
长因子; S为坡度因子; C为各月地表植被覆盖因子;
P为土壤保持措施因子。
土壤保持量等于潜在土壤侵蚀量与实际土壤侵
蚀量之差, 即:
 c pA A A  (2)
pA R K L S    (3)
式中: Ac为土壤保持量, 单位为 t·hm2·month1; Ap为
潜在土壤侵蚀量, 潜在土壤侵蚀量为无植被覆盖情
况下的土壤侵蚀情况, 即没有植物叶片对降水的截
留, 没有植物根系对土壤的保持与固定, 因此 Ap 计
算公式是不考虑公式(1)中的地表植被覆盖因子和土
壤保持措施因子; A是实际土壤侵蚀量。
各侵蚀因子计算公式如下:
1)降雨侵蚀力因子(R)
 
1
k
j
j
R D


  (4)
12 12
18.144 24.4550.836 3
d yP P
    (5)
7.189121.586   (6)
本文采用章文波等 [23]基于日降雨量资料的半
月降雨侵蚀力模型。式中 Ri 为第 i 月的侵蚀力
(MJ·mm·hm2·h1), Dj为该月内第 j天的≥12 mm侵
蚀性降雨标准的日雨量(mm), k 为该月时段内的时
间, Pd12为该月内日降雨量≥12 mm的日平均降雨量
(mm), Py12为日降雨量≥12 mm的年平均降雨量(mm)。
2)土壤可蚀性因子(K)
 
0.3
i i
d
e i
c
c c
d
d d
0.2 0.3exp 0.025 6 1
100
0.25
1.0
exp 3.72 2.95
10.7
100 (7)1.0
1 exp 5.51 22.9 1100 100
s sK s
s s
s
s s
s
s s
                             
                     

式中: Sd为土壤中沙粒含量; Si为土壤中粉粒含量, Se
为土壤中黏粒含量, Sc 为土壤中有机碳含量, 以上
单位均为%。
本文采用 Williams 等[24]的侵蚀生产力评价模型
EPIC, 其土壤可蚀性因子仅与土壤砂粒、粉粒、黏粒
含量和土壤有机质有关。式中 K 为土壤可蚀性因子,
Sd为土壤中沙粒含量(%), Si为土壤中粉粒含量(%), Se
为土壤中黏粒含量(%), Sc为土壤中有机碳含量(%)。
3)坡长因子(L)
22.13
mlL     
(8)
坡长因子的算法建立在 McCool 等[25]研究基础
之上。式中: L为坡长因子; l为坡长; m为坡长系数,
m 的取值可通过像元坡度百分比 θ 进行划分(当 θ≥
9%时 , m=0.5; 当 3%≤θ<9%时 , m=0.4; 当 1%≤
θ<3%时, m=0.3; 当 θ<1%时, m=0.2)。
4)坡度因子(S)
slope 10.8 0.03
slope 16.8 0.05
slope 21.91 0.96
S
         

   
slope 5
5 < slope < 14
slope 14

 

≤
≥
(9)
式中: S为坡度因子, slope表示坡度, 从 DEM图中
提取。
5)地表植被覆盖因子(C)
1
0.650 8 0.346 4lg
0
vC 
 

 
 
 
0
0 78.3%
78.3%
v
v




 
≥
(10)
式中: C 为各月地表植被覆盖因子; σv表示像元第 v
月的植被覆盖度, 从 DEM图像中提取。
6)土壤保持措施因子(P)
土壤保持措施因子(P)为采取保持措施后土壤
流失量与顺坡种植时土壤流失量比值[26]。P 为土壤
保持措施因子, 园地取值为耕地与林地的均值, 林
地 P值为 1, 盐碱地取值为草地和荒漠的均值, 荒漠
的 P 值为 0.33, 其他土地主要为设施农用地, 取值
参照建设用地。
土壤保持措施因子取值在 0与 1之间, 0表示没
有任何水土保持措施时的土壤侵蚀量, 1表示采取良
好的水土保持措施之后的土壤侵蚀量。该值因生态
系统类型不同而存在差异, 具体数值[30]见下表 5。
表 5 黄骅不同生态系统类型的土壤保持措施因子(P)值
Table 5 Factor values of soil conservation measure (P) of different ecosystems in the study area of Huanghua
生态系统类型
Ecosystem type
P值
P value
生态系统类型
Ecosystem type
P值
P value
生态系统类型
Ecosystem type
P值
P value
耕地 Cultivated land 0.47 建设用地 Construction land 0 湿地 Wetland 0
园地 Garden plot 0.74 水域 Water area 0 盐田 Salt field 0
草地 Grassland 0.80 盐碱地 Saline land 0.57 其他土地 Other land 0
250 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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2.3 土壤保持价值年内动态评估模型
土壤保持价值包括减少废弃土地价值、减少土
壤养肥流失价值、减少淤泥淤积价值之和[27]。基于
美国通用的水土流失方程(USLE)进行土壤形成与保
持物质量的计算, 利用机会成本法、市场价值法、
影子价格法和替代工程法对该价值进行估算。具体
公式为:
ac ef en esV V V V   (11)
式中: Vac表示土壤保持价值, Vef为减少土壤养肥流
失价值 ; Ven为减少淤泥淤积价值 ; Ves为减少废弃
土地价值。以上各价值均以土壤保持量为基础进
行计算。
根据 Ac, 分别计算 Vef、Ven和 Ves的值。
2.3.1 减少土壤养肥流失价值(Vef)
减少土壤养肥流失价值包括两部分, 一部分为
保持 N、P、K 的价值, 可通过施用化肥来折算; 一
部分为有机质保持价值 , 可用薪柴费用来替代核
算。具体公式如下：
4
ef c o10i iV A C P C     (12)
式中 : Vef 为减少土壤养肥流失价值 , 单位为
元·hm2·month1; Ci为土壤中 N、P、K的含量, 通过
试验数据获得(表 2); Pi为 N、P、K的单位价值(N、
P、K价格采用化肥市场 2011年底价格, 将 N、P、
K肥折纯之后价格为 2 549 元·t1)。
6
o soil soil o10C D T S    (13)
式中: oC 表示有机质保持价值; Dsoil为土壤容重, 由
试验数据求得, 本文取值 1.17 t·m3; Tsoil为平均土层
厚度, 本文取值 0.5 m; oS 为土壤有机质含量(%),
由试验数据获得(表 3)。
2.3.2 减少淤泥淤积价值(Ven)
减少淤泥淤积价值主要体现在减少洪涝及旱灾
发生机率。生态系统土壤保持功能可减少水土流失
导致的水域内淤泥增加、蓄水量减少、灾害抵御能
力减弱现象。这项功能的计算可通过替代工程法 ,
利用水库蓄水价值来计算。具体公式如下:
4
en c w soil24% 10V A P D     (14)
式 中 : Ven 为 减 少 淤 泥 淤 积 价 值 , 单 位 为
元·hm2·month1; Ac为 X像元处土壤保持量, 单位为
t·hm2·month1; 24%表示水土流失过程中 24%的土
壤会淤积在水域内[28]; Pw修建水库单位库容的平均
成本, 参照江波等[29]、郭伟[30]的研究成果, 根据建
筑安装工程资产投资价格指数计算, 得出 2011年我
国水库 1 m3库容的成本花费为 7.53元; Dsoil为土壤
容重, 本文取值 1.17 t·m3。
2.3.3 减少废弃土地价值(Ves)
减少废弃土地价值可通过机会成本法计算, 假
设地表种植不同植被, 由于植被的存在减少了表土
的损失, 创造了经济价值。具体公式如下:
4
es c f soil soil 10V A P D T     (15)
式中: Ves为减少废弃土地价值, 单位为元·hm2·month1;
Ac为 X像元处土壤保持量, 单位为 t·hm2·month1; Pf
地表经济收益, 单位为元·hm2·a1, 取 2011年农业、
牧业、渔业的平均收益[4]。根据 2012年《河北经济
年鉴》, 2011年黄骅市农林牧渔业总产值为 460 639
万元, 农用地面积 1 757.61 km2(该处所指农用地包
括耕地、园地、林地、草地、盐碱地、养殖水面、
设施农业用地等), 因此, 黄骅市单位面积平均地表
经济收益为: 2.6208 万元·hm2。Dsoil为土壤容重, 本
文取值 1.17 t·m3; Tsoil 为平均土层厚度, 本文取值
0.5 m。
3 结果及分析
3.1 土壤侵蚀与保持量年内动态特征分析
3.1.1 土壤侵蚀量年内动态分析
黄骅市2011年全年的土壤侵蚀总量为5.59 t·hm2,
全年的土壤侵蚀集中发生在 4—9月, 4—9月的土壤
侵蚀总量占全年土壤侵蚀量的 93.38%, 其中 8 月的
土壤侵蚀量最大, 达到 1.90 t·hm2, 占全年土壤侵蚀
总量的 33.99%。不考虑侵蚀量为零的月份, 黄骅市
2011年土壤侵蚀量最小的月份为 11月, 土壤侵蚀量
为 0.42 t·hm2, 占全年土壤侵蚀量的 6.62%(图 4)。

图 4 2011年黄骅市各生态系统类型土壤侵蚀量年内动
态变化
Fig. 4 Dynamic variations of soil erosion amounts of different
ecosystems in the study area of Huanghua City in 2011
黄骅市各生态系统类型单位面积土壤侵蚀量大小
排序为草地>园地>农田>盐碱地, 单位面积年土壤侵蚀
量分别为 1.06 t·hm2·a1、0.96 t·hm2·a1、0.83 t·hm2·a1、
0.28 t·hm2·a1。参照水利部颁布的强制性标准《土
第 2期 陈召亚等: 黄骅市土壤保持价值年内动态特征 251


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壤侵蚀分类分级标准》规定, 黄骅市各生态系统类
型现实土壤侵蚀量均低于全国各侵蚀类型区最低
容许土壤侵蚀量 2 t·hm2·a1, 说明该地区土壤的
肥力基本稳定 , 各生态系统发挥了重要的土壤保
持功能。
3.1.2 土壤保持量年内动态分析
黄骅市2011年全年的土壤保持总量为1 944.19 t·hm2。
全年中 4—9 月份的土壤保持总量占全年土壤保持
量的 93.40%, 其中 8 月的土壤保持量最大 , 达
558.31 t·hm2, 占全年土壤保持总量的 28.72%; 土
壤保持量最小的月份为 11 月, 为 128.36 t·hm2, 占
全年土壤保持量的 6.60%。
黄骅市各生态系统类型土壤保持功能呈现出相
似的动态变化规律(图 5), 5—8月呈现增加趋势, 其
动态曲线高峰值出现在 8 月, 与土壤侵蚀的季节动
态变化规律一致。从各生态系统类型年内动态变化
规律可以看出, 草地在 8 月份的土壤保持量达到最
大 , 为 87.77 t·hm2, 占草地全年土壤保持量的
25.65%, 不考虑土壤保持量为零的月份, 水域在 11
月份的土壤保持量最小, 为 7.51 t·hm2, 占水域全年
土壤保持量的 6.94%。

图 5 2011年黄骅市各生态系统类型土壤保持量年内动
态变化
Fig. 5 Dynamic variations of soil conservation amounts of
different ecosystems in the study area of Huanghua City in 2011
3.2 土壤保持价值年内动态特征分析
3.2.1 全年土壤保持价值分析
从表 6可知, 黄骅市 2011年全年的土壤保持价
值为 7.305107元, 各土壤保持价值构成中, 减少土
壤养肥流失价值贡献最大, 为 6.434107 元, 约占
全部土壤保持价值的 88.07%, 减少废弃土地价值贡
献最小, 为 0.61106 元, 约占全部土壤保持价值的
表 6 2011年黄骅市各生态系统类型全年土壤保持价值构成
Table 6 Composition of annual soil conservation values of different ecosystems in the study area of Huanghua City in 2011
减少土壤养肥流失价值
Value of reducing soil fertility loss
减少淤泥淤积价值
Value of reducing silt deposition
减少废弃土地价值
Value of reducing abandoned land 生态系统
类型
Ecosystem
types
面积
Area
(102hm2)
价值
Value
(Yuan·hm2)
总价值
Total value
(106 Yuan)
百分比 1)
Percent
(%)
价值
Value
(Yuan·hm2)
总价值
Total value
(106 Yuan)
百分比
Percent
(%)
价值
Value
(Yuan·hm2)
总价值
Total value
(106 Yuan)
百分比
Percent
(%)
土壤保持
价值
Value of soil
conservation
(Yuan·hm2)
土壤保持
总价值
Total value
of soil
conservation
(106 Yuan)
草地
Grassland
63.95 427.14 2.73 86.25 64.04 0.41 12.93 4.06 0.03 0.82 495.24 3.17
园地
Garden plot
64.26 383.63 2.47 86.45 56.34 0.36 12.70 3.81 0.02 0.86 443.79 2.85
城市
Urban
420.23 235.00 9.88 89.10 26.51 1.11 10.05 2.24 0.09 0.85 263.76 11.08
盐田
Salt field
157.02 301.51 4.73 88.06 37.88 0.59 11.07 2.98 0.05 0.87 342.37 5.38
农田
Farmland
774.00 364.00 28.17 87.31 49.53 3.83 11.88 3.40 0.26 0.82 416.92 32.27
湿地
Wetland
92.14 341.17 3.14 88.15 42.66 0.39 11.02 3.20 0.03 0.83 387.03 3.57
其他土地
Other land
123.65 268.26 3.32 88.15 33.50 0.41 11.01 2.57 0.03 0.84 304.32 3.76
盐碱地
Saline land
341.93 211.31 7.23 89.70 22.21 0.76 9.43 2.04 0.07 0.87 235.56 8.05
水域
Water area
140.66 190.00 2.67 91.46 15.86 0.22 7.64 1.89 0.03 0.91 207.75 2.92
总计 Total 2 177.84 — 64.34 88.07 — 8.10 11.09 — 0.61 0.84 — 73.05
1)百分比为各生态系统土壤保持单项功能价值占该生态系统土壤保持总价值的比例。1) The percent is the ratio of single function value of
soil conservation of one ecosystem to the total soil conservation value of the ecosystem.

0.84%; 从各生态系统类型看 , 贡献最大的为农田 ,
全年贡献总价值为 3.227107元, 占全部土壤保持价
值的 43.9%, 贡献最小的为园地, 这是由于园地面
积仅占黄骅市总面积的 2.95%, 园地全年贡献总价
值仅为 2.85106元, 占全部土壤保持价值的 3.9%。
黄骅市各生态系统类型单位面积年土壤保持价
252 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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值大小排序为草地>园地>农田>湿地>盐田>其他用
地>城市>盐碱地>水域 , 其中 , 草地单位面积年土
壤保持价值最大, 为 495.24 元·hm2, 水域最小, 为
207.75 元 ·hm2; 对各生态系统类型单位面积年土
壤保持价值构成进行比较发现, 最大的是草地的减
少土壤养肥流失价值, 为 427.14 元·hm2, 最小的是
水域的减少废弃土地价值, 为 1.89 元·hm2。
3.2.2 各生态系统类型土壤保持价值年内动态特征
分析
从图 6a可以看出, 各生态系统类型土壤保持价
值中减少土壤养分流失价值所占比例最大, 8月份的
单位面积减少土壤养分流失价值最大。其中 8 月份
草地减少土壤养分流失价值最高, 为 110.17元·hm2;
9月水域最低, 为 10.97元·hm2。黄骅市各生态系统
类型年内单位面积减少土壤养分流失价值大小排序
基本为草地>园地>农田>湿地>盐田>其他用地>城
市>盐碱地>水域。
从图 6b可以看出, 年内单位面积减少淤泥淤积
价值大小排序与减少土壤养分流失价值相同, 单位
面积减少淤泥淤积价值峰值出现在 8 月的草地, 为
17.08 元·hm2, 最小值出现在5月的水域, 为0.12元·hm2。
从图 6c可以看出, 年内减少废弃土地价值在土
壤保持价值中比重最小, 只占 0.84 左右, 其中单位
面积减少废弃土地价值峰值出现在 8 月的草地, 为
1.62 元·hm2, 最小值出现在 5 月的水域, 为 0.02
元·hm2, 变化趋势与单位价值大小排序与其他价值
基本一致。
从图 6d可以看出, 各生态系统类型土壤保持价
值年内动态变化中, 不考虑价值为 0的几个月, 8月
前湿地的土壤保持价值变化范围最大, 变化区间从
4月的 33.89 元·hm2至 8月的 105.77元·hm2; 其他
土地的变化范围最小 , 变化区间 4 月的 16.94
元·hm2至 8月的 76.86元·hm2。各生态系统类型全
年变化规律基本相似。

图 6 2011年黄骅市各生态系统类型减少土壤养肥流失价值(a)、减少淤泥淤积价值(b)、减少废弃土地价值(c)和土壤保
持总价值(d)的年内动态变化
Fig. 6 Monthly dynamic changes of value of reducing soil fertility loss (a), value of reducing silt deposition (b), value of reducing
abandoned land (c) and total value of soil conservation (d) of different ecosystems in the study area of Huanghua City in 2011

3.2.3 土壤保持价值构成年内动态特征分析
图 7表明, 单位面积土壤保持价值构成中, 贡献
度排序为减少土壤养肥流失价值>减少淤泥淤积价值>
减少废弃土地价值。其中, 贡献度最大的减少土壤养
肥流失价值, 年内贡献价值为 2 722.01 元·hm2·a1,
贡献最小的减少废弃土地价值 , 年内贡献价值为
第 2期 陈召亚等: 黄骅市土壤保持价值年内动态特征 253


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26.20元·hm2·a1。
各单位面积减少土壤养肥流失价值、减少淤泥
淤积价值、减少废弃土地价值呈现出一致的变化规
律, 1—3月、10月和 12月价值都为零, 5—8月呈现
增加趋势, 8月达到峰值, 与土壤保持量的季节动态
变化规律一致。全年土壤保持价值主要集中于 5—9
月, 创造的土壤保持价值约占全年土壤保持总价值
的 82.47%。
通过比较其累积价值, 得出减少土壤养肥流失价
值、减少淤泥淤积价值、减少废弃土地价值、土壤保
持价值在 4—8 月增加较快, 并且增加率逐月增大, 而
9月份以后增加趋势明显变缓, 累积价值也趋于平稳。

图 7 2011年黄骅市减少土壤养肥流失价值(a)、减少淤泥淤积价值(b)、减少废弃土地价值(c)和土壤保持总价值(d)
的年内动态变化
Fig. 7 Monthly dynamic changes of value of reducing soil fertility loss (a), value of reducing silt deposition (b), value of reducing
abandoned land (c) and total value of soil conservation (d) in the study area of Huanghua City in 2011
4 结论
本研究以月为时间尺度, 以 30 m×30 m栅格为
空间单元, 对滨海盐碱土区农田、草地、园地、湿
地、城市、盐碱地、盐田、水域等典型生态系统类
型土壤保持价值年内动态变化规律进行了定量分析
和探讨。研究发现, 受生态系统植被覆盖和气候条
件的影响, 年内各月土壤保持价值分配不均, 其年
内呈现出双峰型动态变化规律; 不同生态系统类型
对土地的利用方式不同, 导致同一地区不同生态系
统类型土壤保持价值各有差别。各生态系统类型中
8月份草地的土壤保持价值最高, 为 110.17元·hm2,
9月水域的土壤保持价值最低, 为 10.97元·hm2。年
内各月土壤保持价值及各月价值累积构成中, 减少
土壤养分流失价值的贡献率均最高, 减少废弃土地
价值的贡献率均最低; 土壤保持价值年内动态变化
中, 1—3月、10月和 12月价值都为零, 5—8月呈现
增加趋势, 8月达到峰值, 与土壤保持量的季节动态
变化规律一致, 全年土壤保持价值主要集中于 5—9
月, 创造的土壤保持价值约占全年土壤保持总价值
的 82.47%。
生态系统是一个动态系统, 因此其提供的生态
系统服务功能也具有动态性, 进行动态研究有助于
揭示生态系统服务形成机制及探讨可能的调控机
制。通过研究发现, 生态系统土壤保持价值具有明
显的季节变化规律, 在雨季受暴雨等侵蚀性降雨的
影响, 土壤潜在侵蚀量变大, 生态系统的土壤保持
功能和价值得以发挥。区域的各种人为生产及建设
活动应考虑到对土壤侵蚀的影响, 在高潜在侵蚀量
变大之前做好水土保持工作, 减少对植被等土壤保
持因子的破坏。本文仅对降雨造成的土壤侵蚀进行
了研究, 由于研究条件限制, 未对海浪和潮汐侵蚀
方面的土壤保持价值进行估算, 在今后的研究中应
予以完善; 本文研究了县域尺度滨海盐碱土区土壤
254 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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保持价值年内动态特征, 但选用的 MODIS 数据及
GDEM 数据空间分辨率有限, 土壤侵蚀结果势必会
产生一些误差, 在今后的研究中可加强运用高分辨
率遥感数据对土壤侵蚀量及土壤保持价值估算方面
的探索。
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