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基于RUSLE模型的加纳水土流失定量模拟研究
作者：庄园 刘友兆
来源：《企业科技与发展》2018年第07期
【摘 要】文章以位于非洲西部的加纳为研究区，基于基础地理空间基础数据库和遥感解译、反演数据成果，应用GIS技术和修正水土流失通用方程（RUSLE），对加纳水土流失状况进行了定量评估，重点分析了加纳国家尺度上的水土流失驱动因子和水土流失强度的空间分布规律，并对模型模拟的不确定性进行了分析。研究表明：①加纳平均土壤侵蚀模数为2.23 t·ha-1·y-1，全国每年土壤流失总量约为5 140.8万t，总体土壤侵蚀强度以微度为主；②全国土壤侵蚀强度总体呈现中部盆地地区低、周围高原山地高的空间分布格局，其中Volta、Western和Ashanti 3个省的水土流失情况最严重，而Central、Brong-Ahafo和Upper West等省份水土流失情况最轻微；③水土流失主要发生在阔叶林混合林地、裸地和灌木林地，热带草原和耕地的水土流失率分别为1.58 t·ha-1·y-1和2.18 t·ha-1·y-1。 【关键词】水土流失；模型模拟；RUSLE；GIS；RS
【中图分类号】S157 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）07-0091-02 0 引言
水土流失会引起原位土壤退化、土地生产力降低，同时土壤侵蚀和泥沙搬运还使得土壤有机C、N的含量和组分产生变化，进而影响到全球C、N、P、S循环乃至全球气候变化[1-4]。全球约有38%的农地由于水土流失而退化，非洲地区水土流失面积比例则为65%。非洲总体潜在侵蚀率为510 m3·km-2·y-1，是欧洲大陆的9倍，世界总体水平的10倍。
在非洲加纳，尽管此前有少量的粗分辨率的、全球性的水土流失研究覆盖了加纳区域，同时也有一些更精细尺度的坡面和小流域水土流失研究。但总体来说，在加纳国家尺度上的定量水土流失估算研究尚没有系统、可靠的结果。考虑到近20年来加纳受到人口增长的压力，地区土地覆被和土地利用发生了重大变化，由此导致区域水土流失风险日益加剧。为此，本研究目标如下：{1}根据卫星遥感解译、反演和其他地理空间数据，对影响水土流失的关键因子进行分析；{2}应用修正水土流失通用方程，完成对加纳国家尺度上的水土流失定量评估。 1 数据和方法 1.1 研究区概况
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加纳地处非洲西部、几内亚湾北岸，位于4°45'N～11°N、1°15'E～3°15'W，西邻科特迪瓦，北接布基纳法索，东毗多哥，南濒大西洋，国土面积为23.9万km2。加纳整体地势西北高，东南低；境内中部为盆地，周围有高原山地，50%以上领土属于白沃尔特河盆地。最大河流为沃尔特河，在加纳境内长1 100 km。博苏姆推湖是加纳唯一的内陆湖，位于库玛西地区，由火山喷发或陨石冲击而成。 1.2 RUSLE模型
在RUSLE模型中，土壤侵蚀量由降雨侵蚀因子、土壤抗蚀因子、坡长坡度因子、覆被管理因子和水土保持措施因子的乘积决定。具体公式为A=R×K×LS×C×P。
上式中，A为年平均土壤流失量（t·ha-1·y-1），R为降雨侵蚀因子（MJ·mm·ha-1·h-1·y-1），K为土壤抗蚀因子（t·ha·h·ha-1·MJ-1·mm-1），LS为坡长坡度因子，C为覆被管理因子，P为水土保持措施因子。
本研究以2000—2014年的降雨量数据、土壤数据、DEM、遥感数据为基础数据，在GIS支持下，首先计算得到上述水土流失各因子的空间分布数值，然后再估算得到加纳共和国土壤侵蚀模数的空间分布。在估算水土流失量时，事先剔除了不易遭受土壤侵蚀的地表类型（如城市、冰川、湿地和水域）。 1.3 结果和讨论
加纳境内不易受侵蚀的土壤面积为0.8万km2，占加纳总面积的3.36%，主要为水域、湿地和城镇；余下的23.1万km2为水土流失发生区。
2014年，加纳全国平均土壤侵蚀模数为2.23 t·ha-1·y-1，土壤损失总量约5 140.8万t。参考中国水利部颁布的《土壤侵蚀分类分级标准》[5]可知：土壤侵蚀强度以微度（0～5 t·ha-1·y-1）为主，面积约21万km2，占研究区域总面积的93%。此外，轻度侵蚀（5～10 t·ha-1·y-1）面积约9 119 km2（4.03%），中度侵蚀（10～20 t·ha-1·y-1）面积约3 441 km2（1.52%），强度侵蚀（20～50 t·ha-1·y-1）面积约1 885 km2（0.83%），极强（50～100 t·hm-2·y-1）和剧烈侵蚀（>100 t·ha-1·y-1）面积相当，分别为678 km2和7.5 km2，均占总研究区面积的0.3%左右（如图1所示）。
从空间上看，水土流失强度的空间分布呈现中部盆地地区土壤侵蚀模数较低、周围高原山地地区土壤侵蚀模数较高的规律，水土流失较严重区域集中在东北部Upper East和northern两省交界的纳潘杜里地区、东部沃尔特水库的北部、东部及西南地区、西部Northern和Brong-Ahafo交界的Bui国家公园地区及加纳西南大部分区域。
从省域上看，水土流失最严重的省份为Volta，平均土壤侵蚀模数达到4.82 t·ha-1·y-1；水土流失最轻微的省份为Central，其平均土壤侵蚀模数仅为0.53 t·ha-1·y-1。土壤侵蚀严重的省份有Volta、Western和Ashanti，这些省份中等及以上强度的水土流失国土面积占本省国土面
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积比例分别为5.65%、5.36%和5.12%；而Greater Accra、Eastern、Upper East、Northern和Brong-Ahafo 5个省份水土流失状况一般，中等及以上强度的水土流失国土面积占本省国土面积比例分别为3.89%、3.28%、2.86%、2.18%和1.88%。相较之下，Central和Upper West 2个省份的水土流失最为微弱，中等及以上强度的水土流失国土面积占本省国土面积比例仅为0.72%和0.69%。 参 考 文 献
[1]李占斌，朱冰冰，李鹏.土壤侵蚀与水土保持研究进展[J].土壤学报，2008（5）：802-809.
[2]张燕，彭补拙，高翔，等.人类干扰对土壤侵蚀及土壤质量的影响——以苏南宜兴低山丘陵区为例[J].地理科学，2002（3）：336-341.
[3]AREKHI S.Evaluating long-term annual sedimentyield estimating potential of GIS interfaced MUSLE model on two micro-watersheds[J].Pakistan Jour-nal of Biological Sciences Pjbs，2008，11（2）：270.
[4]NAHAYO L，LI L，KAYIRANGA A，et al.Agricult-ural impact on environment and counter measures in Rwanda[J].International Journal of Environmental Research & Public Health，2016，11（25）：2205-2212.
[5]SL190—2007，土壤侵蚀分类分级标准[S]. [责任编辑：钟声贤]