全 文 ：中国生态农业学报 2010年 3月 第 18卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, March 2010, 18(2): 241−244


* 国家自然科学基金项目(30070140)和山西省自然科学基金项目(2007011079)资助
李斌(1972~), 男, 副教授, 博士, 主要研究方向为环境生态。E-mail: libin4y@163.com
收稿日期: 2009-03-25 接受日期: 2009-07-26
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.00241
不同植被盖度下的黄土高原土壤侵蚀特征分析*
李 斌 1 张金屯 2
(1. 中北大学化工与环境学院 太原 030051; 2. 北京师范大学生命科学学院 北京 100875)
摘 要 利用地理信息系统(GIS)技术对黄土高原土壤侵蚀空间数据和植被盖度等级数据进行了空间叠加, 研
究不同盖度的植被对土壤侵蚀的影响。结果表明: 植被盖度等级为 1时, 黄土高原土壤侵蚀全部为水蚀, 占整
个土壤侵蚀的 100%; 植被盖度等级为 2 时, 土壤侵蚀主要以水蚀为主, 占整个土壤侵蚀的 95.61%; 植被盖度
等级为 3、4、5时, 土壤侵蚀仍主要以水蚀为主, 分别占整个土壤侵蚀的 74.90%、66.68%和 58.19%。冻融侵
蚀出现在植被盖度等级为 4 和 5 时, 占整个土壤侵蚀的比例均不大。随着植被盖度的增加水蚀所占比重逐渐
减小, 而风蚀、水−风混合侵蚀和冻融侵蚀所占比重逐渐加大。植被盖度等级为 5时, 水蚀、风蚀和水−风混合
侵蚀的土壤侵蚀指数均比其他植被盖度等级的土壤侵蚀指数大, 分别为 657.56、796.68和 596.79, 土壤侵蚀最
严重。黄土高原植被盖度变化对土壤侵蚀状况影响显著。
关键词 地理信息系统 黄土高原 土壤侵蚀 植被盖度
中图分类号: X87; S151.92 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2010)02-0241-04
Soil erosion characteristics under different vegetation coverage
in the Loess Plateau
LI Bin1, ZHANG Jin-Tun2
(1. College of Chemical Technology and Environment, North University of China, Taiyuan 030051, China; 2. College of Life Sci-
ences, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)
Abstract The relationship between vegetation coverage and soil erosion in the Loess Plateau was determined via spatial overlay
analysis on Geographical Information System platform. Water erosion accounts for 100% of all erosion in vegetation coverage grade
1; 95.61% in vegetation coverage grade 2, and 74.90%, 66.68% and 58.19% in vegetation coverage grade 3, 4 and 5 respectively.
Frozen erosion is mainly distributed in vegetation coverage grade 4 and 5. With increase in vegetation coverage grade, the proportion
of water erosion gradually decreases while those of wind, water-wind, and frozen erosion gradually increase. The soil erosion indexes
of water erosion, wind erosion and water-wind erosion for vegetation coverage grade 5 are 657.56, 796.68 and 596.79 respec-
tively—much higher than those for the rest vegetation coverage grades. Soil erosion is most severe for vegetation coverage grade 5.
Change in vegetation coverage has a significant impact on soil erosion in the Loess Plateau.
Key words Geographical Information System, Loess Plateau, Soil erosion, Vegetation coverage
(Received March 25, 2009; accepted July 26, 2009)
土壤侵蚀是土地退化的根本原因, 也是导致生
态环境恶化的重要原因。当前, 土壤侵蚀已成为全
球性的公害, 严重威胁着人类的生存与发展。我国
是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一, 我国的水土
流失面积达 3.67×106 km2, 占国土总面积的 38%, 每
年损失耕地 6.7×104 km2, 流失土壤 5×109 t。土壤侵
蚀引起的土地退化, 使下垫面性质发生改变, 从而
导致自然灾害发生, 如 2000年的北京沙尘暴。黄土
高原位于 100°52′~114°33′E, 33°41′~41°16′N, 是世
界上黄土分布面积最大、最集中和黄土地貌最典型
的地理单元。黄土高原地区天然植被已破坏殆尽 ,
目前仅残存零散分布的次生植物群落。受干旱气候、
复杂地形及稀疏植被等因素影响, 黄土高原成为现
今我国水土流失最严重的地区[1−2]。目前我国对黄土
242 中国生态农业学报 2010 第 18卷


高原地区的土壤侵蚀研究不少, 但主要从黄土高原
土壤侵蚀与旱地农业角度去研究[3−5]。总体来说黄土
高原地区的土壤侵蚀退化研究尚处于起步阶段, 其
脆弱的生态环境已成为西部大开发、大发展的制约
因子[6−7]。为系统理解多种尺度土壤侵蚀过程及其相
关的现代地表过程, 分析评估全球变化与区域土壤
侵蚀关系, 必须开展大尺度土壤侵蚀与水土保持格
局与规律研究[8−9]。而黄土高原作为景观是一个宏观
系统, 其观测尺度要比生态学其他分支(如生态系统
生态学)大得多, 大量空间数据的获取、分析和处理
是景观尺度研究的重要特征。地理信息系统具有对
空间数据的存贮和管理能力, 还提供强大的空间分
析手段, 利用地理信息系统技术和景观生态学方法
研究黄土高原景观尺度上不同植被盖度下的土壤侵
蚀特征, 可满足现代生态学研究大量庞杂的空间信
息的要求[10−14]。
本文在黄土高原土壤侵蚀研究的基础上, 应用
GIS 技术和景观生态学方法进行土壤侵蚀与其主要
影响因子植被盖度的空间分析, 揭示出其分布规律
及特点, 为政府部门的宏观决策提供数据支持。
1 研究方法
1.1 数据来源
本研究以黄土高原地区 1∶50 万土壤侵蚀类型
与强度图为基本分析图件。利用 GIS 软件 MAPGIS
将黄土高原地区 1∶50 万土壤侵蚀类型与强度图数
字化并提取斑块信息, 包括水力侵蚀、风力侵蚀、
水力–风力侵蚀和冻融侵蚀 4大侵蚀斑块类型[15]。统
计每个斑块的面积以及每个景观组分的总面积。
利用 MAPGIS将黄土高原地区 1∶50万植被类
型图数字化, 植被盖度情况用植被盖度等级来反映,
将黄土高原地区植被盖度等级划分为 5级: 1级植被
盖度>70%; 2级植被盖度介于 50%~70%; 3级植被盖
度介于 30%~50%; 4级植被盖度介于 10%~30%; 5级
植被盖度<10%[16]。同时在 GIS支持下将植被类型图
和土壤侵蚀类型与强度图按大地坐标进行空间叠加,
统计每个土壤侵蚀斑块的植被盖度等级。
1.2 土壤侵蚀指数
T=
1 1
n m
i j= =
∑∑WijAij (1)
式中, T为土壤侵蚀指数, Wij为第 i类第 j级土壤侵
蚀强度分级值, Aij为第 i类第 j级土壤侵蚀强度面积
比重。
不同土壤侵蚀类型的不同强度等级具有不同的
分级值, 具体划分如下: 水力侵蚀强度为微度、轻
度、中度、强度、极强和剧烈, 对应分值为 0、2、4、
6、8、10。水–风混合侵蚀强度为风蚀微度–水蚀微
度、轻度、中度、强度、极强与剧烈, 对应分值为 1、
3、5、6.5、9、10; 风蚀轻度–水蚀微度、轻度、中
度、强度、极强与剧烈, 对应分值为 3、3.5、5.5、7、
9、10; 风蚀中度–水蚀微度、轻度、中度、强度、
极强与剧烈, 对应分值为 4.5、5.5、6、7.5、9.5、10;
风蚀强度–水蚀微度、轻度、中度、强度、极强与剧
烈, 对应分值为 6.5、7、7.5、9.5、10、10。风力侵
蚀强度为微度、轻度、中度、强度与极强, 对应分
值为 0、2、4、6、8。冻融侵蚀不分级。土壤侵蚀指
数的大小能反映单元土壤受侵蚀的程度。土壤侵蚀指
数越大, 表明土壤侵蚀越强, 反之, 则越小[17−19]。
土壤侵蚀数据和植被盖度等级数据均被统一到
土壤侵蚀类型与强度数字图, 共同构成本项研究的
基本数据集。在此基础上, 在 GIS软件支持下, 对黄
土高原地区土壤侵蚀与其主要影响因子植被盖度进
行了深入的空间分析。
2 结果与分析
2.1 不同植被盖度下的水蚀强度百分比及水蚀指数
应用 GIS 技术, 将植被盖度等级数据与水蚀数
据进行叠加, 统计不同植被盖度等级下不同强度等
级的水蚀比例, 并计算不同植被盖度下的水蚀指数,
结果见表 1。由表 1可知, 当植被盖度等级为 3及以
上时, 轻度及以上侵蚀所占比重达 60%以上; 而植
被盖度等级为 1 和 2 时, 轻度及以上侵蚀所占比重
小于 15%; 当植被盖度等级为 5 级时, 轻度及以上
侵蚀所占比重达最大值 92.74%。轻度及以上侵蚀所
占比重的最小值出现在植被盖度等级为 1 时 , 为
0.44%。随着植被盖度等级从 1 到 5, 土壤侵蚀指数
逐渐增加, 在第 5级, 达最大值 657.56。
2.2 不同植被盖度下的风蚀强度百分比及风蚀指数
应用 GIS 技术, 将植被盖度等级数据与风蚀数
据进行叠加, 统计不同植被盖度等级下不同强度等
级的风蚀比例, 并计算不同植被盖度下的风蚀指数,
结果见表 2。由表 2 可知, 植被盖度等级为 3、4 和
5 时, 轻度及以上侵蚀所占比重最大, 达 100%。随
着植被盖度等级从 1 到 5, 土壤侵蚀指数逐渐增加,
第 5级时达最大值 796.68。
2.3 不同植被盖度下的水–风混合侵蚀强度百分比
及水–风混合侵蚀指数
应用GIS技术, 将植被盖度等级数据与水–风混
合侵蚀数据进行叠加, 统计不同植被盖度等级下不
同强度等级的水–风混合侵蚀的比例 , 并计算不同
植被盖度下的水–风混合侵蚀指数, 结果见表 3。由
表 3 可知, 在植被覆盖情况较好的地区, 即植被盖
第 2期 李 斌等: 不同植被盖度下的黄土高原土壤侵蚀特征分析 243


表 1 不同植被盖度下的水蚀强度百分比及水蚀指数
Tab. 1 Degree percentage and soil erosion index of water erosion under different vegetation coverage grades
侵蚀强度比例 Erosion degree percentage (%) 植被盖度等级
Vegetation
coverage grade
微度
Tiny
degree
轻度
Light
degree
中度
Medium
degree
强度
Heavy
degree
极强
Intensive
degree
剧烈
Severe
degree
轻度及以上
Light degree and
the above
土壤侵蚀指数
Soil erosion
index
1 99.56 0.06 0.38 0.44 2.40
2 87.98 8.39 3.19 0.44 12.02 32.18
3 36.63 6.64 26.60 28.84 1.12 0.17 63.37 223.38
4 25.58 8.22 23.54 28.72 10.20 3.74 74.42 401.92
5 7.26 5.63 6.29 37.54 18.45 24.83 92.74 657.56

表 2 不同植被盖度下的风蚀强度百分比及风蚀指数
Tab. 2 Degree percentage and soil erosion index of wind erosion under different vegetation coverage grades
侵蚀强度比例 Erosion degree percentage (%) 植被盖度等级
Vegetation
coverage grade
微度
Tiny degree
轻度
Light degree
中度
Medium degree
强度
Heavy degree
极强
Intensive degree
轻度及以上
Light degree and the above
土壤侵蚀指数
Soil erosion
index
1
2 0.12 99.88 99.88 199.76
3 20.22 78.49 1.29 100.00 362.14
4 15.75 84.21 0.04 100.00 568.58
5 0.49 99.51 100.00 796.68

表 3 不同植被盖度下的水−风混合侵蚀强度百分比及水–风混合侵蚀指数
Tab. 3 Degree percentage and soil erosion index of water-wind erosion under different vegetation coverage grades
侵蚀强度比例 Erosion degree percentage (%) 植被盖度
等级 Vegeta-
tion coverage
grade
风蚀强度
Wind
erosion de-
gree
微度水蚀
Tiny water
erosion
轻度水蚀
Light water
erosion
中度水蚀
Medium
water erosion
强度水蚀
Heavy water
erosion
极强水蚀
Intensive
water erosion
剧烈水蚀
Severe water
erosion
土壤侵蚀
指数
Soil ero-
sion index
微度 Tiny
轻度 Light
中度 Medium
1

强度 Heavy
微度 Tiny 100.00 100.00
轻度 Light
中度 Medium
2

强度 Heavy
微度 Tiny 14.23 287.86
轻度 Light 75.37
中度 Medium 10.04
3

强度 Heavy 0.36
微度 Tiny 19.83 11.56 0.37 0.72 340.24
轻度 Light 20.01 0.05 1.47
中度 Medium 42.72 0.23 2.81
4

强度 Heavy 0.23
微度 Tiny 16.27 5.64 1.54 5.31 10.42 18.70 596.79
轻度 Light 8.84 2.66 3.13 5.09 5.63 3.25
中度 Medium 9.11 1.17 2.08 0.60 0.16
5

强度 Heavy 0.30 0.03 0.07

度等级为 1 时, 未造成水–风混合侵蚀; 植被盖度等
级为 2 时, 仅存在微度风蚀–微度水蚀 1 种情况, 土
壤侵蚀指数为最小值, 仅为 100.00; 随着植被盖度
等级从 1到 5, 土壤侵蚀指数逐渐增加, 在第 5级达
到最大值 596.79。
2.4 不同植被盖度下的冻融侵蚀强度百分比
冻融侵蚀出现在植被盖度等级为 4 和 5 时, 冻
融侵蚀面积分别为 0.009 98 万 km2和 0.28 万 km2,
分别占黄土高原总面积的 0.016%和 0.45%, 主要分
布在青海东部的冷龙岭、大板山、拉脊山及黄河以
南植被盖度较少的高山地区。
2.5 不同植被盖度下的土壤侵蚀结构
应用 GIS 技术, 将植被盖度等级数据与土壤侵
蚀数据进行叠加 , 统计不同植被盖度等级下的水
蚀、风蚀和水–风混合侵蚀的比例, 结果见表 4。由
表 4 可知, 植被盖度等级为 1 时, 土壤侵蚀为水蚀,
占整个侵蚀的 100%; 植被盖度等级为 2 时, 主要以
水蚀为主, 占整个侵蚀的 95.61%; 植被盖度等级从
3 到 5 均主要以水蚀为主 , 分别占整个侵蚀的
74.90%、66.68%和 58.19%。随植被盖度的增加水蚀
244 中国生态农业学报 2010 第 18卷


所占比重逐渐减小, 而风蚀、水–风混合侵蚀和冻融
侵蚀所占比重逐渐加大。植被盖度等级为 4 时, 风
蚀所占比重较其他几个等级大, 达 21.34%; 植被盖
度等级为 5时, 水–风混合侵蚀和冻融侵蚀所占比重
较其他几个等级大, 分别为 21.86%和 1.77%。冻融
侵蚀出现在植被盖度等级为 4 和 5 时, 占整个侵蚀
的比例不大。

表 4 不同植被盖度下的土壤侵蚀结构
Tab. 4 Soil erosion structure under different vegetation
coverage grades %
植被盖度等级
Vegetation
coverage grade
水蚀
Water
erosion
风蚀
Wind
erosion
水–风混合侵蚀
Water-wind
erosion
冻融侵蚀
Frozen
erosion
1 100.00
2 95.61 4.21 0.18
3 74.90 9.34 15.76
4 66.68 21.34 11.91 0.07
5 58.19 18.19 21.86 1.77

3 结论和讨论
土壤侵蚀状况与许多因素有关, 如降雨量、地
形地势、地表植被覆盖、土壤及人为活动等[20]。本
研究在景观尺度上对土壤侵蚀状况进行分析, 土壤
侵蚀状况受地形地势等的影响较小 , 而对于降雨
量、植被覆盖所引起的土壤侵蚀状况的变化, 科学
家们的认识基本一致。黄土高原地域广阔, 南北、
东西跨度大, 在气候、地貌等因素共同作用下, 植被
变化明显, 自东南向西北, 植被从湿润的暖温性落
叶阔叶林植被过渡到干旱的荒漠半荒漠植被[21−22]。
黄土高原植被覆盖对土壤有较好的保护作用, 本文
所揭示的土壤侵蚀状况在组成和结构上的差异主要
是植被覆盖影响的结果。
黄土高原广泛分布的黄土, 质地均细、疏松, 抗
冲性和抗蚀性均很弱, 极易发生土壤侵蚀。经过对
土壤侵蚀与其主要影响因子植被盖度的空间分析 ,
可以看出, 黄土高原植被盖度>70%的地区, 主要是
吕梁山、子午岭、黄龙山、乔山、六盘山和陇山等
林区 , 植被较好 , 土壤侵蚀相对轻微 , 且以水蚀为
主; 黄土高原植被盖度介于 10%~70%的地区, 植被
覆盖较差 , 土壤侵蚀相对强烈 , 仍以水蚀为主 , 但
已有风蚀和水–风混合蚀侵 ; 黄土高原植被盖度
<10%的地区, 为光山秃岭的黄土高原沟壑区, 丧失
天然植被, 各种类型的侵蚀均有发生, 且侵蚀严重。
说明植被盖度变化对土壤侵蚀有较大影响。就土壤
侵蚀与植被关系而言, 植被对土壤有较好的保护作
用。土壤在天然植被保护而无人为干扰条件下, 仅
存在土壤侵蚀的潜在可能性 , 一旦植被遭到破坏 ,
不仅导致土壤侵蚀, 且土壤含水率迅速下降。植被
覆盖度与土壤水分之间具有显著相关关系, 土壤含
水量是抑制土壤侵蚀的主要因素之一[23], 因此建造
植被是治理土壤侵蚀和改善生态环境的根本措施。
植被盖度与土壤侵蚀的关系及其变化规律在景观或
更大尺度的生态系统研究中具有重要意义。
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