基于USLE模型的青海省天然林水土保持效应分析
背景
土壤侵蚀是各种自然因素和人为活动共同作用下的土壤物质被剥离、迁移、沉积的过程[1]。土壤侵蚀问题是世界范围内土壤环境破坏所面临的主要问题，是土壤退化最普遍的形式[2]。其对土地这一人类社会最基本的生产资料可造成严重且难以恢复的破坏，是实现人类社会可持续发展的重要障碍之一。土壤侵蚀可对土壤营养物质带来极大损失，给粮食安全带来重大威胁，并将土壤随水力或风力带走，对地貌形成破坏，严重的土壤侵蚀速度是成土速度的数百倍。2003年全球发生土壤侵蚀的土地面积为，严重侵蚀面积，平均每年损失耕地[3]。我国属于土壤侵蚀严重国家，国家层面在治理土壤侵蚀这一问题上给予了高度关注，《第一次全国水利普查(2013)》显示，我国土壤侵蚀情况较为严重，土壤侵蚀总面积为：水力侵蚀，占国土总面积的13.4％；风力侵蚀，占国土总面积的17.3%[4]。基于此，诸多学者对生态系统的水土保持效应开展了深入研究，也是当前生态环境建设与可持续发展的当务之急。
青海省为水土流失严重的内陆省份之一，青海省地处青藏高原的东北部，是一个多山的省区，山、戈壁、沙漠及丘陵占全省土地总面积的64.3%，其地形地貌特征深受大地构造和新构造动力的控制，省内约有4/5的地区海拔在3000m以上，这里植被稀疏，水土流失严重，面积约有33.4万km2，占全省总面积的46.4%。据国家第三次遥感调查，全省轻度以上水土流失面积达35.43万km2，占全省国土面积的49.21%，其中水蚀面积5.28万km2，风蚀面积15.07万km2，冻融侵蚀面积15.08万km2。研究青海地区土壤侵蚀情况对制定有针对性的水土保持措施具有重要意义，对该地区土壤侵蚀动态监测和准确评价能为今后的生态保护和生态工程建设提供决策支持。
天然林资源保护工程（简称天保工程）是我国六大林业重点工程之一，保护天然林生态系统功能和结构的完整性，根本上遏制生态环境恶化。天保工程在青海省的实施范围包括西宁、海东、海北、海南、黄南、果洛、玉树等7个州(市)的39个县(局)级实施单位，总面积39.13万km2，占全省面积的54.3%。20年来，青海省天保工程区累计完成营造林78.65万公顷，森林覆盖率从实施之初的8%增加到11.1%，天然林资源明显增加，森林质量不断提升。
青海省地区生态系统脆弱且生态系统服务功能具有重要意义，青海省天然林资源保护工程水土保持功能成效已引起社会的广泛关注。因此，本文定量评估青海省的土壤侵蚀量，分析其土壤侵蚀现状和空间分布特征，进而明确下一步优先实施水土保持措施和修复的重点区域。
1土壤侵蚀研究动态
土壤侵蚀作为一门学科进行研究始于19世纪后期。土壤科学的奠基人前苏联科学家Dokuchaev (1877年，1879年)首次关注土壤侵蚀带来的危害。德国土壤学家wollny (1877-1895年)首次进行了降水对土壤冲刷影响的实验研究，Kozmenko则对一片状侵蚀和细沟侵蚀率先进行了研究(1909-1910年)。美国密苏里大学Mille及其同事于1917年在密苏里农业实验站首次布设径流小区开展农作物及轮作对侵蚀和径流的影响研究，并于1923年第一次出版了野外试验小区的成果，该方法后来为各国水土保持工作者所沿袭利用，并且成为土壤侵蚀研究的经典方法。20世纪20年代，Bennett根据从19世纪80年代后期全美土壤普查中认识到土壤侵蚀在美国的普遍存在及其严重性，以及Mille的径流和侵蚀定量评价的研究方法，首次在全美不同自然地理区建立了10个代表不同土壤和气候条件的土壤侵蚀试验站网，开展土壤侵蚀的试验研究，为土壤侵蚀科学研究的发展奠定了初步基础[5]。
在欧洲19世纪后期促使土壤侵蚀学科发展的一个重要方面是Suren和Demontzey等科学家对山洪和雪崩发生过程及防治原理的研究。此后，土壤侵蚀研究工作除继续研究减少河流泥沙输移和河槽沉积外，对土壤侵蚀特征和土壤侵蚀防治工作也给予了极大关注。早期从事水文学、冰河学、农学、森林学、植物地理学的研究者主要根据本专业的科学原理和方法对土侵蚀现象和过程进行观测描述。
我国土壤侵蚀的研究始于20世纪20年代，当时金陵大学森林系的部分教师在晋、鲁、豫进行了土壤流失调查及径流观测，30年代在该校开设土壤侵蚀及其防治方法课程。40年代黄瑞采等[6]学者对陕甘黄土分布、特性与土壤侵蚀的关系等进行了深入的考察研究。1955~1958年的黄河中游水土保持综合考察，取得了一批宝贵的基础资料、图件和成果。黄秉维、朱显漠、席承藩等[7]对黄土高原土壤侵蚀分类和分区等做了大量开创性的工作，为我国的土壤侵蚀科学发展奠定了重要基础。1991年6月29日《水土保持法》的颁布、西部大开发对生态环境建设要求及国家将实施的经济与社会协调发展的战略正在推动土壤侵蚀科学研究向定的方向发展。20世纪70年代以来开展的人工模拟降雨技术在土壤侵蚀机理、土壤侵蚀定量评价和土壤侵蚀动力过程研究中发挥了重要的作用。20世纪80年代初引入美国通用土壤流失方程，结合各地自然条件建立了适合各地的模型参数指标，其中对降雨侵蚀力指标、标准径流小区选定等进行了修正。针对20世纪80年代黄河泥沙明显减少现象，开展了大量的降水与土保持减沙效益分析研究，提出了水保法和水文法的评价方法。20世纪80年代以来，开展了小流域综合治理试验示范研究，取得了一大批的研究成果，建立了适应于我国不同侵蚀类型区的水土保持技术体系，并在生产实践中得到了广泛应用。我国土壤侵蚀科学研究自20世纪50年代开始，取得了一批宝贵的研究成果，为我国土壤侵蚀学科发展莫定了重要基础。
2土壤侵蚀模型研究进展
土壤侵蚀预报是有效监测土壤流失和评估水保措施效益的手段，侵蚀模型则是进行土壤流失监测和预报的重要工具。自20世纪60年代以来，国内外己经开发出许多实用的土壤侵蚀预报模型。主要以通用土壤流失方程(Universal Soil Loss Equation， USLE)，和修正的通用土壤流失方程(Reresed Univercal Soil Equartion，RUSLE)为代表。
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