土壤侵蚀研究进展

基于 USLE、GIS、RS 的流域土壤侵蚀研究进展

摘要：本文系统地介绍了 ULSE 模型中各侵蚀因子及其相应的算法，总结了国内外研究中获取各因子的新方法，并简要介绍了土壤侵蚀分析研究的新模型及其进展。当前 GIS 和 RS 作为新兴技术在土壤侵蚀分析研究中发挥了重要的作用，文章针对当前 GIS、RS 和 ULSE 在土壤侵蚀评价中的应用，指出了目前 GIS 和RS 在侵蚀研究中存在的问题，并提出了自己的观点和建议。

关键词：通用土壤流失方程( USLE)；土壤侵蚀; RS； GIS

This paper systematically introduces ULSE erosion factors of each model and the corresponding algorithm, summed up the researches of a new method for each factor, and briefly describes the analytical study of soil erosion and its progress in the new model. Current GIS and RS as an emerging technology in the analysis of soil erosion has played an important role, articles for the current GIS, RS and ULSE soil erosion assessment in the application of GIS and RS are pointed out in the erosion problems, and put forward their views and suggestions.

Keywords: Universal Soil Loss Equation (USLE)； soil erosion; RS；GIS 土壤是地球上生物赖以生存的基本要素之一，土地以及不同质量的土壤生产了超过90%的人类和牲畜所需要的食物。土地退化的日益严重成为制约人类发展的重要因素，土壤侵蚀是其中一个重要原因。土壤侵蚀使土壤肥力下降，理化性质变劣，土壤利用率降低，生态环境恶化。目前全球土地退化日益严重，我国是世界上土壤侵蚀最为严重的国家之一，土壤侵蚀面积占国土面积的比例高达38。2%，研究土壤侵蚀的机理，有效地对其进行监控、治理已经成为全球关注的焦点。传统的土壤侵蚀量调查方法耗时、周期长，而且很难确定中等尺度流域的土壤侵蚀量。随着侵蚀过程和机理研究的不断深入以及土壤侵蚀影响因素和侵蚀空间分布规律探讨的不断加强，土壤侵蚀的研究也逐渐走上了多途径、多学科协同研究的道路。但许多定量研究方法长期以来都在坡面和小流域尺度上进行，很难在区域尺度上推广，而美国农业部颁布的在区域土壤侵蚀调查方面富有特色的通用水土流失方程( USLE) 正好弥补了这一方面的空缺。20 世纪 80 年代 USLE 开始引入中国，而且研究人员在探讨坡面和流域土壤流失量的同时，还开始注重应用

USLE 研究流域土壤流失的空间变化。90 年代开始中国的研究者开始将遥感和GIS技术与 ULSE 结合用于评价区域尺度上的土壤侵蚀，发展了完全基于 GIS 和RS 的中式 USLE。

1 经验统计模型

经验统计模型强调手段和方法，通过试验、观测资料和数理统计技术，选定影响土壤侵蚀的相关因素，得出计算土壤流失量的方程式。包括降雨模拟法、径流模拟法和地形、土壤等的模拟，这类方法可以有很多优点。如可以简化影响水土流失的土壤、地形等因子，从而使研究的问题容易解决；；通过对时间性很强的因素人为控制，使研究较少受到自然因素的制约；模拟降雨可以根据需要设计和进行不同雨强、不同降水时段和降水量的模拟，该方法在研究人类活动对水土流失影响机理方面广泛采用。

2 流域土壤侵蚀与 USLE 模型

土壤侵蚀是土壤或其他地面物质在水力、风力、冻融、重力等外营力作用下，被剥蚀、破坏、分离、搬运和沉积的过程。1965 年，W.Wischmeier 和 D.Smith 在对美国东部地区 30 个州 10 000多个径流小区近 30 年的观测资料进行系统分析的基础上，提出了著名的通用土壤流失方程 USLE

A = R·K·L S·C·P

该方程较为全面地考虑了影响土壤侵蚀的自然因素，通过降雨侵蚀力( R) 、土壤可蚀性( K) 、坡长坡度( LS) 、作物覆盖与管理( C) 和水土保持措施( P) 五大因子进行了定量计算。

我国不少学者采用USLE模型为蓝本,根据各研究地区实际情况对方程中有关因子进行修正,建立了不同的土壤侵蚀预报模型。刘宝元等(2002)以美国的USLE 为蓝本，利用黄土丘陵沟壑区安塞、子洲、离石、延安等径流小区的实测资料，建立了中国土壤流失预报方程。

3遥感与GIS技术在区域土壤侵蚀研究中的应用

遥感和GIS技术的应用使大范围土壤侵蚀量的计算成为可能。由于遥感影像的时效性，还可以实现土壤侵蚀的动态监测，从而进行有效防治;GIS能够获取遥感、GPS提供的时间和空间信息，实时动态模拟侵蚀发生、发展和演化过程，反映侵蚀时空变化，能较准确估算流域土壤侵蚀模数，为动态模拟土壤侵蚀时空

变化提供了可能。应用GIS技术不仅可以方便地进行参数输入，还可以按照计算结果描述土壤侵蚀空间分布差异，同时用户可用Gls模块中的数据分析工具，根据所需目的进行数据分析、查询和图形输出。遥感和GIS技术应用土壤侵蚀研究，可进行土壤侵蚀过程演化的模拟和预测，以高效率、高精度，定量、定性、定位三结合，实现真正地理意义上的区域土壤侵蚀空间分析和过程模拟预测。

遥感技术在土壤侵蚀研究中的应用

4 GIS 、RS 在土壤侵蚀分析中的应用

4.1 RS 在侵蚀因子计算中的应用

4.1.1 RS 在 C 因子中的计算应用 C 是根据地面

植被覆盖状况不同而反映植被对土壤侵蚀影像的因素，与土地利用类型、覆盖度密切相关。而利用遥感技术为研究区域的植被覆盖度的提取提供了极大的便利。根据植被覆盖度的像元二分模型，通过遥感传感器所观测到的信息可以表达为由绿色植被部分所贡献的信息和由无植被覆盖( 裸土) 部分所贡献的信息两部分组成。像元二分模型估算植被覆盖度时多采用光谱植被指数( SVI) ，此时植被覆盖度的估算公式为：

f c=SVI m−SVI min max min

式中:SVI m为某像元具体某时间的植被指数，SVI min代表裸土条件下的植被指数；SVI﷮m ax代表植被完全覆盖条件下的植被指数。

4.1.2 RS 在 LS 及 P 因子获取中的应用

通过遥感手段获取高分辨率影像，进而获取数字高程模型，例如可通过干涉雷达技术获取的雷达影像获取地形高程数据。已有研究表明 SRTM 数据适用于土壤侵蚀评价中地形因子的提取，利用 SRTM 数据获取30m 分辨率的 DEM 数据，然后通过 ARC / INFO 的GRID 模块提取地形坡度和坡长因子。通过获取的遥感影像，对影像进行监督分类结合目视解译的方法，获取研究区域的土地利用类型分类图，从而确定 P 因子。

4.2 GIS 在土壤侵蚀研究中的应用

4.2.1土壤侵蚀因子的获取

对于常用的 USLE，GIS 常用于获取 C 和 LS 因子，而对于 R 因子获取，研究中通常能够获取的的是各水文观测站的点数据及多年的等降雨量线，通过