梁山小流域綜合治理工程對生態(tài)服務(wù)價值的影響

(遼寧省葫蘆島市青山水庫管理局，遼寧 葫蘆島 125000)

中國是世界上水土流失最嚴(yán)重的國家之一。土壤侵蝕分布廣泛，強(qiáng)度高，原因復(fù)雜。中國的水土流失面積達(dá)150萬 km2，總損失巨大。尤其是西北黃土地區(qū)，南部紅壤地區(qū)，北部黑土的水土流失尤其嚴(yán)重，水土流失造成水資源和環(huán)境污染，池塘淤積威脅等一系列危害。危害城市安全，阻礙社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1-2]。

20世紀(jì)50年代以來，中國山西、陜西等省在黃土高原小流域綜合治理生態(tài)環(huán)境中開辟了小流域作為水土保持綜合治理的基本單位。八十年代大面積小流域綜合治理，長期以來，取得了豐富的經(jīng)驗及良好的效果[3]。小流域一般時第二，三級支流以下相對獨立的小流域，緊鄰流域及下游河段，流域面積100 km2。20世紀(jì)90年代以來，海外環(huán)境質(zhì)量評估取得了較快的發(fā)展。根據(jù)環(huán)境改革和管理的評估結(jié)果，大大提高了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。美國國家環(huán)境保護(hù)署在20世紀(jì)90年代初期的環(huán)境保護(hù)評估項目(EMAP)以及美國國家環(huán)?？偩衷?0世紀(jì)90年代中期的評估中對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評估。大西洋中部的大型生態(tài)環(huán)境。其他個人和組織也將景觀生態(tài)學(xué)，遙感和地理信息系統(tǒng)應(yīng)用于生態(tài)評估[4]。

1 基本現(xiàn)狀

梁山小流域總面積200.82 km2，水土流失面積為9 948.67 km2，均為風(fēng)力侵蝕(9 574.67 km2輕度侵蝕、374 km2中度侵蝕)，該流域位于新民的柳河西岸，海拔30～60 m之間，屬于半干旱輕度風(fēng)力侵蝕區(qū)域。

1.1 地貌情況

該流域有溝壑面積160 km2，占總面積的0.67%，溝壑密度為1.5 km/km2，大多數(shù)為小的支溝和毛溝，多數(shù)是V型溝。該流域地形平坦，小于5度的20 082 km2，占總面積的100%。

1.2 土地利用現(xiàn)狀

梁山小流域位于柳河西岸平原地帶，主要由棕土壤、草甸土、風(fēng)沙土、地表巖性亞沙土構(gòu)成。它分布的范圍為柳河西岸。梁山小流域總面積200.82 km2，其中農(nóng)業(yè)73.39 km2、牧業(yè)0.9 km2、林業(yè)65.66 km2、草場10 km2、果園1.00 km2、水域面積11.33 km2、荒地面積13.76 km2，村屯面積11.08 km2，城鄉(xiāng)居民4.3 km2，從中可以看出，流域內(nèi)土地利用比例不合理，土地潛力有待進(jìn)一步發(fā)展，必須調(diào)整，充分發(fā)揮土地資源，振興農(nóng)村經(jīng)濟(jì)。

1.3 植被

由于自然環(huán)境和人為因素如地理、氣候等因素，流域內(nèi)樹種單調(diào)，以楊樹為主。經(jīng)濟(jì)林的主要種類有葡萄，山楂和杏。流域內(nèi)有林地面積65.66 km2，流域內(nèi)的森林覆蓋率為37%。

1.4 水文、氣象

梁山小流域地處北溫帶，屬于大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，七月氣溫最高，平均氣溫23℃～24℃，最高氣溫35.8℃，最低氣溫在1月份，平均氣溫-8.5℃～-11.2℃，最低氣溫-30.4℃，年平均降水量500～550 mm，降水基本集中在7月份、8月份、9月份，年降雨量占全年的60%以上，年平均無霜期為156 d，10月底起霜早，晚霜終于2月底。年平均蒸發(fā)量為1 745 mm。由于降雨分布不均，往往造成春季干旱，夏季洪澇，秋季懸掛。這種氣候條件嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常發(fā)展。

2 土壤侵蝕影響計算

土壤侵蝕發(fā)生在土地表面，是一個復(fù)雜的地理過程，加上自然和人類的相互作用。土壤侵蝕引起的泥沙輸沙對流域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響，并引起越來越多的關(guān)注。基于土壤侵蝕機(jī)理，物理成因模型利用水力學(xué)，土壤學(xué)，水文學(xué)和河流泥沙動力學(xué)的基本理論知識，依據(jù)已經(jīng)知道的降雨和徑流條件描述水土流失和產(chǎn)沙的過程，給定土壤侵蝕一段的時間。物理模型的代表包括美國農(nóng)業(yè)部的WEPP(SoilErosionPrediction)，荷蘭Limburg省的LISEM(基于物理過程和GIS的土壤侵蝕和徑流的預(yù)測模型)，EUROSEM(田間和流域土壤侵蝕預(yù)測模型)，Williams等人美國農(nóng)業(yè)部建立了基于CREAMS模型和土壤和水評估工具(SWAT)的SWRRB模型。

中國土壤侵蝕定量的監(jiān)測開始于20世紀(jì)40年代。通過建立水土保持的試驗站，觀測和觀測土壤的侵蝕，建立了不同形式的土壤侵蝕的預(yù)報方程。20世紀(jì)70年代以后，中國開始研究土壤侵蝕的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，研究了降雨，雨滴動能，侵蝕和降雨徑流侵蝕力，植被覆蓋程度，植被的攔截，土壤可蝕性，微地形和侵蝕等特征的關(guān)系。以小流域為單元初步形成水土流失模式，為中國小流域水土保持提供初步的設(shè)想。

20世紀(jì)80年代，美國的水土流失普遍性方程開始被我國引入和應(yīng)用，對我國水土流失的經(jīng)驗?zāi)Ｐ彤a(chǎn)生了極大的影響。根據(jù)地表徑流的實測資料，許多研究人員結(jié)合我國水土流失的特點，對模型因子進(jìn)行了深入檢驗，重點研究侵蝕量與影響因子之間的定量關(guān)系，并建立了若干經(jīng)驗公式的區(qū)域水土流失。

2.1 USLE模型概述

美國農(nóng)業(yè)部的通用水土流失方程USLE(通用土壤方程)是目前應(yīng)用最廣泛的經(jīng)驗統(tǒng)計模型。1954年，美國農(nóng)業(yè)部在普渡大學(xué)設(shè)立全國徑流和水土流失的數(shù)據(jù)中心，收集了美國全部社區(qū)的降雨，徑流和泥沙的數(shù)據(jù)。基于之前的研究，Wischmeier等。利用國家水土流失統(tǒng)計資料，得到了土壤侵蝕的總體經(jīng)驗公式和USLE。1965年通過對水土流失方程的詳細(xì)介紹，其基本形式是(Wischmeier，1965)：A=R·K·L·S·C·P。USLE模型是一個典型的經(jīng)驗?zāi)Ｐ??；趯嶒烆I(lǐng)域所產(chǎn)生的特殊信息，在推廣和推廣中存在一定的不確定性，所以，在其他領(lǐng)域的應(yīng)用中需要作一些修改。在這個基礎(chǔ)上，本研究區(qū)域的USLE方程推導(dǎo)如下：A=f·R·K·L·S·C·P。其中A代表土壤侵蝕量，R代表降雨侵蝕因子，K代表土壤可蝕性因子，L代表坡長因子，S代表坡度因子，C代表作物管理因子，P代表土壤侵蝕控制因子。L因子和S因子，C因子和P因子常常被一起考慮。f為單位換算系數(shù)，當(dāng)f=224.2時，水土流失單位為t/(km2·年)。

2.2 R因子計算

R是評估降雨導(dǎo)致的土壤分離和去除的動態(tài)指標(biāo)(N.W.Hudson，1971)。直接測量降雨侵蝕力是十分困難的。降雨強(qiáng)度和降雨量經(jīng)常用來評估降雨的侵蝕力。本文采用Wischmeier利用多年平均月降水量經(jīng)驗公式來計算R值，又稱Pi2/P簡單算法，公式為：

式中：Pi表示多年平均降雨量(mm)，P表示年降雨量(mm)。本文利用歷年降水量計算研究區(qū)附近的4個氣象站的降水量，并按上述經(jīng)驗公式分別計算R值，并分別計算R值。同時，由于研究區(qū)面積較小，只有一個價值。

2.3 K因子計算

K因子土壤可蝕性因子按照下面公式計算。

其中a代表土壤有機(jī)質(zhì)含量，b代表土壤結(jié)構(gòu)等級，c代表土壤滲透等級，Soil粘、Soil粉、Soil砂分別代表土壤中粘粒、粉砂粒和砂粒的百分比含量(%)在土壤中。土壤結(jié)構(gòu)等級及滲透水平對應(yīng)表見1、表2。

表1 土壤的結(jié)構(gòu)等級對應(yīng)表

表2 土壤滲透等級對應(yīng)表

表3 土壤侵蝕強(qiáng)度的分級標(biāo)準(zhǔn)表

3 結(jié)語

根據(jù)上述土壤侵蝕的影像因子，根據(jù)RUSLE方程，分別計算了1987，2000，2002和2004年梁山流域土壤侵蝕模數(shù)。根據(jù)水利部頒布的水土流失等級標(biāo)準(zhǔn)，即表3，計算結(jié)果為等級統(tǒng)計，劃分為六級水土流失強(qiáng)度分級圖。

如圖1所示，梁山流域四年平均土壤侵蝕強(qiáng)度計算為中度侵蝕。2002年平均土壤侵蝕強(qiáng)度是4 755.31t/(km2·a)，2004年土壤侵蝕強(qiáng)度下降，約為3 048.38 t/(km2·a)。從1987年到2002年，自然環(huán)境惡化。1987年土壤侵蝕量從3 497.22 t/(km2·a)逐漸增加。

圖1 梁山小流域各年平均土壤侵蝕強(qiáng)度對比圖

[1]王振穎,蔡景平,張中凱.遼寧省水土流失現(xiàn)狀、動態(tài)變化及防治對策[J].水土保持應(yīng)用技術(shù).2002.(05)：32-36.

[2]許月卿,邵曉梅.基于GIS和RUSLE的土壤侵蝕量計算——以貴州省貓?zhí)恿饔驗槔齕J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報.2006(04) ：67-71.

[3]張晶.水土保持綜合治理效益評價研究綜述[J].水土保持應(yīng)用技術(shù).2015 (04):39-42.

[4]周江紅,林洪濤.東北黑土區(qū)水土流失狀況調(diào)查、分析及對策[J].水土保持應(yīng)用技術(shù).2003.(04)：43-44.