高寒高海拔地區水土保持與生態承載力關系研究

任弘宇，王 灝

(青海九0六工程勘察設計院，青海 西寧 810001)

近些年來，氣候變化對生態系統的影響已經非常明顯，主要表現在對自然植被分布影響[1]，造成植被的大量減少；水土流失加劇[2]，還有冰川及海平面變化等方面。植被變化與水土流失密切相關，因此加強水土保持與生態系統的研究意義重大。

生態系統是一個對方面因素相對穩定的關系網絡，生態承載力是物體對外界所能承受最大能力。隨著氣候的變化，對于生態承載力的影響也很明顯。不同的學者進行許多研究，國際上一些學者[3]提出了人類凈初級生產力占用的概念(HANPP)，該方法對潛在的經初級生產力進行劃分，來進一步進行分析研究。后來不同學者提出了狀態空間法[4]和綜合評價法[5]。生態系統在自然中的作用巨大，加強其修復意義重大[6]。關曉明[7]、袁克光[8]、仲朝暉[9]分別使用不同方法對生態系統承載力進行了相關研究。毛漢英[10]使用狀態空間法對不同地區的承載力進行了研究。海力且木·麥麥提[11]對新疆地區水資源的生態承載力進行了研究。周玲[12]對水土保持與生態系統承載力之間的敏感性進行了分析。我國還有許多學者將水土保持進行研究，楊艷輝[13]、白金[14]、樊華[15]等人實際工程中水土保持進行相關的分析總結，為水土保持與生態系統的研究提供了參考。高寒高海拔地區的氣候特殊，土壤比較脆弱，水土保持與該地區生態系統的關系比較復雜。

本文在前人的研究基礎上，結合實際情況針對高寒高海拔地區的水土保持與生態系統之間的關系進行分析，為實際情況提供指導。

1 區域概況

本文研究區域為某搞海拔高寒地區，擁有獨特的生態環境，覆蓋范圍比較廣。主要有高山和高原組成，內部河流眾多，該地區常年處于較低氣溫狀態，年均溫度低于12℃。降水量的空間變化較大，由北向南逐漸增加，由西向東逐漸增加；溫度變化與降雨變化的分布規律比較接近。該地區的風速較大，在整個區域內分布的差異較大，西北部向東南部逐漸減弱。區域內的土壤主要以高山草原土、亞高山草甸土、高山草甸土等組成，具體的土壤分布如圖1(a)所示。植被主要是以草原和草甸的天然植被為主，少數地區有人工種植的農業植被，區域內植被的分布如圖1(b)所示。

圖1 區域內特征量分布

2 理論介紹

本文研究水土保持與生態承載力的關系，使用通用的土壤流失方程(RUSLE)，該方程使用是通過無數次的試驗驗證得出的土壤侵蝕預測模型，適用于農田、流域和坡面的土壤流速預測研究。主要包含有土壤、降雨、地形、植被和管理因素等幾個方面。本文的生態承載力通過預測土壤侵蝕量來反映，具體的結構計算如下：

A=R·K·LS·C·P

(1)

式中，A—預測的土壤侵蝕量；R—降雨侵蝕力因子；K—土壤可侵蝕因子；C—植被覆蓋因子；P—水保措施因子，一般取值為1.0；LS—坡長與坡度因子。

根據公式(1)可知，需要對這幾個方面進行分析，下面依次進行相關的理論介紹。

降雨侵蝕力因子是由降雨侵蝕力預測模型來進行計算，具體算法如下：

(2)

(3)

α=21.586β(-7.1891)

(4)

式中，Ri—第i個時段的侵蝕力值，MJ mm hm-2h-1；Α—預測模型參數；Β—預測模型參數；Dj—半月時段第j天的日降雨量，mm；P(d12)—日平均侵蝕性降雨雨量，mm；P(y12)—年平均侵蝕性降雨雨量，mm。

土壤可侵蝕性因子是土壤受水力侵蝕的程度，計算公式如下：

(5)

(6)

式中，K—土壤可侵蝕因子，t h hm2MJ-1hm-2mm-1；Sa—土壤砂粒(0.05～2mm)；Si—粉粒(0.002～0.05mm)；Cl—粘粒(<0.002mm)；OC—有機碳含量，%。

坡度坡長因子是指土壤，降水等其他條件保持不變的情況下地形標準與對應的土壤侵蝕量的比值，該指標是無量綱。數值越大，表示地形對土壤水侵蝕的作用越明顯，計算公式如下：

(7)

L=(λ/22.13)α

(8)

(9)

式中，S—坡度因子；L—坡長因子；θ—坡度；α—坡長指數。

植被覆蓋因子中植被覆蓋度是一個很重要的因素，植被覆蓋度是保證一定區域內土壤的侵蝕量不超過的國家規定標準時的最小植被覆蓋度。計算公式如下：

(10)

式中，C—植被覆蓋因子；SC—植被覆蓋度，%。

根據公式(1)—(10)分別從降雨侵蝕力的時空分布規律、土壤可侵蝕性因子分布規律、坡度坡長因子分布規律、水土保持需要的最小植被蓋度這幾個不同方面對水土保持與生態系統之間的關系進行研究。

3 結果分析

3.1 降雨侵蝕力的時空分布規律

對該區域多年內每個月的降雨侵蝕力分布情況進行統計分析，選取6個典型月份進行展示，如圖2(a)—(f)所示。

圖2 不同月份降雨侵蝕力因子時空分布圖

根據圖2可知，在最初1月份降雨侵蝕力因子主要分布在南部和西部偏南位置處。隨著溫度的升高，到3月份時降雨侵蝕力因子的分布范圍逐漸增加在北部和東部局部出現了較大的降雨侵蝕力因子。在5月份和7月份時處于夏季雨量較大，研究區域的降雨侵蝕力因子普遍較大，較大值主要分布在東南部。

在9月份時降雨量相比7月份已有所下降，降雨侵蝕力因子已經出現明顯的下降，但是在東南部依然較大。11月份時降雨侵蝕力因子明顯減小，分布和1月份基本一致?？梢灾澜涤昵治g力因子在冬季較小，夏季較大，隨季節變化明顯。

對多年平均降雨侵蝕力因子進行整體統計分析，如圖3所示。

圖3 多年平均降雨侵蝕力因子時空分布圖

根據圖3可知，以年為單位對多年的降雨侵蝕力因子進行統計后可以很明顯的看出降雨侵蝕力因子的最大值主要分布在東南區域，要明顯大于1000MJ·mm·hm-2·h-1；最小值主要分布北部，降雨侵蝕力因子的分為范圍為60～150MJ·mm·hm-2·h-1。因此在東南部要加強降雨侵蝕力因子的檢測和防護。

通過對不同月份和不同年份的降雨侵蝕力因子進行統計分析，發現主要的分布范圍基本一致，在接下里影響因子的分析主要對多年平均統計的數據時空分布進行分析。

3.2 土壤可侵蝕性因子分布規律

對多年平均土壤侵蝕力因子進行整體統計分析，如圖4所示。

圖4 土壤可侵蝕性因子時空分布

根據圖4可知，該區域內土壤侵蝕性因子的較大值主要分布在西部和南部，該區域主要為高山草原土。北部及靠近東部位置的土壤侵蝕性因子相對較小。在研究區域內部分布的相對較為散亂，這主要是因為不同位置的土體成分不同。區域整體的土壤侵蝕性因子的平均值為0.035t·h·hm2·MJ-1·hm-2·mm-1。

3.3 坡度坡長因子分布規律

對多年平均坡度坡長因子進行整體統計分析，如圖5所示。

圖5 坡度坡長因子時空分布

根據圖5可知，在研究區域內坡度坡長因子的值相對較小，在西北部局部較大，整體上呈現出由西北向東南逐漸增加的趨勢。坡度坡長因子的分布趨勢基本與高區域的地形起伏分布接近。最大值出現的東南部和西北部局部需要對地形進行適當的注意，加強對坡度坡長因子的防護。

3.4 水土保持需要的最小植被蓋度

對多年平均水土保持需要的最小植被蓋度進行整體統計分析，如圖6所示。

圖6 維持水土保持功能需植被蓋度時空分布

根據圖6可知，研究區域內用來位置水土保持需要的最少植被覆蓋度的從西北向東南方向逐漸增加，最大值出現在東南部，最小值出現在北部附近，在最靠西北部位置需要的植被覆蓋度也較大。其整體分布趨勢與坡度坡長因子時空分布規律比較接近。

4 結論

本文從植被、降雨、土壤和地形幾個方面對某高寒高海拔地區水土保持與生態承載力之間關系進行分析，得出結論如下：

(1)降雨侵蝕力因子由北部向東南部逐漸增加，最大值出現在東南部位置附近；一年內在夏季降雨侵蝕力因子普遍較高、冬季則相對較低。

(2)土壤可侵蝕性因子分布相對較散亂，最小值出現在北部附近，最大值出現在南部及西部附近。

(3)坡度坡長因子分布規律和維持水土保持需要的最小植被蓋度分布規律基本一致，最大值均出現在東南部和西北部局部，整體上游西北向東南方向逐漸增加。

(4)綜合考慮在東南部出現土壤侵蝕程度較高，該區域的生態承載力相對較弱，應加強防護。