黄河流域生态保护与高质量发展已成为国家重大战略，土壤侵蚀和水土保持研究是生态保护的重要组成部分。土壤侵蚀受多种因素影响
［1-3］，是土地退化的表现之一。目前有关土壤侵蚀影响因素和过程机制机理
［4-7］、土壤侵蚀效应
［8-9］、土壤侵蚀特征等方面已有较多的研究报道。土壤侵蚀敏感性是区域生态环境质量评价、生态区划与管理、水土保持措施制定等的重要依据
［10］。用土壤侵蚀敏感性可评价土壤侵蚀对人类活动的敏感程度
［3］，识别容易形成土壤侵蚀的区域
［2］。目前对土壤侵蚀敏感性评价比较多，涉及不同区域和流域
［10-20］，但尚没有通用的模型
［12］，仍主要以通用土壤侵蚀方程为基础，选取评价指标进行敏感性分级，采用加权、非加权叠加模型或几何平均数法综合评价
［11，16］。另外，识别土壤侵蚀敏感性关键因子
［3，21］、选择土壤侵蚀敏感性研究的合适尺度
［22-23］、构建评价体系
［24］等也是主要研究内容。国外也有用土壤侵蚀风险区域模型来评价土壤侵蚀敏感性的
［25］。
黄土高原是我国土壤侵蚀典型地区之一，其土壤侵蚀和水土保持研究一直倍受重视。位于黄土高原的太原市90.6%的区域属于黄河流域，本文选择2000年、2005年、2010年、2015年以及2019年5个时期分析了太原市2000~2019年的土壤侵蚀敏感性，旨在揭示太原市土壤侵蚀敏感性时间动态变化与空间分异特征，识别容易产生土壤侵蚀的区域，评价土壤侵蚀对人类活动的敏感程度，为太原市生态环境保护与建设以及社会经济高质量发展提供科学依据。
1 研究区概况
太原市位于山西省境中央，太原盆地北端，介于E 111°30′~113°09′，N 37°27′~38°25′之间。东西约144 km，南北约107 km。西、北、东三面环山，中、南部为河谷平原，全市整个地形北高南低呈簸箕形，平均海拔约800 m。境内地貌形态复杂多样，山地、丘陵、平原、盆地、谷地均有分布，分为土石山区、黄土丘陵沟壑区、黄土丘陵阶地区3个单元。研究区属北温带大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。年平均气温9.5 ℃，无霜期平均202 d，年均降水量456 mm，降水主要集中在夏季。主要土类有灰褐土、棕壤土、草原草甸土、栗钙土等。植被类型主要为温带落叶阔叶林。太原市矿产资源丰富，处在“煤海”的中部，主要矿产有煤、铁和石膏等。
2 材料与方法
2.1 评价因子选择
本研究参考相关研究成果
［16，24，26-31，44］及《生态功能区划暂行规程》，选取降雨侵蚀力、地形起伏度、土壤质地因子以及植被覆盖因子来综合评价太原土壤侵蚀敏感性。
2.2 土壤侵蚀敏感性因子量化
2.2.1 降雨侵蚀力
本文采用山西省多年平均降雨侵蚀力和多年平均降雨量之间的相关关系计算降雨侵蚀力，其表达式
［32］为：
式中：R为降雨侵蚀力［MJ·mm/（hm2·h·a）］，P为降雨量（mm）。采用山西省28个气象站2000年、2005年、2010年、2015年和2019年的降雨量，根据公式（1）计算山西省28个气象站点的降雨侵蚀力，并通过ArcGIS进行普通克里格插值得到山西省2000年、2005年、2010年、2015年和2019年降雨侵蚀力插值图，然后裁剪出太原部分。
2.2.2 地形起伏度
地形起伏是导致土壤侵蚀的直接因素。小尺度研究中，坡度坡长是其主要指标，然而在大尺度的区域研究中，坡度只具有数学意义，而不具备土壤侵蚀和地貌学意义
［18，33-34］，地形起伏度是大尺度研究中比较合适的地形指标
［20，33-34］。地形起伏度是指地面一定距离范围内最大的高程差
［34］，地形起伏度的单位是m。地形起伏度通过30 m空间分辨率的DEM数据在ArcGIS空间分析模块下提取，得出太原地形起伏度图。
2.2.3 土壤质地
根据太原土壤类型图以及各类土壤性质描述得出不同土壤的土壤质地及空间分布图。
2.2.4 土地利用/植被覆盖
根据研究区土地利用现状/土地覆盖图对植被覆盖因子对土壤侵蚀敏感性进行赋值。土地利用现状/土地覆盖是用2000年、2005年、2010年、2015年和2019年Landsat数据，数据来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台（
http：//www.gscloud.cn））解译得到（解译精度经检验均在85%以上）。
参考《生态功能区划暂行规程》并结合太原市实际情况，将各因子分为5级（
表1）：不敏感、轻度敏感、中度敏感、重度敏感和极敏感，并分别赋予分值1、3、5、7和9分。
2.3 土壤侵蚀敏感性量化
在得到各因子敏感性分布图之后，对因子敏感性栅格图在ArcGIS中按照
公式（2）进行叠加运算，得到土壤侵蚀敏感性指数
［3，10-12，16-18，26，28，37，42-43］，并按照敏感性指数实际情况对之划分为5个级别（
表2），统计其面积比例。
式中：Ej 为空间单元上土壤侵蚀敏感性指数，Ek 为因子敏感性等级值。
3 结果与分析
3.1 土壤侵蚀单因子敏感性评价
3.1.1 地形起伏度敏感性评价
从各级敏感性面积占总面积比来看，敏感性以高度敏感为主，占太原总面积的68.512%；其次为中度敏感，占总面积的16.133%（
表3）；而不敏感面积最小。轻度和中度敏感主要分布在汾河河谷平原地区，而山地为高度敏感和极度敏感（
图1-A）。
3.1.2 土壤质地敏感性评价
从土壤质地敏感性看，敏感性主要以轻度敏感性为主，占总面积的近55%（
表3），主要分布在山地地区，其次为高度敏感性，主要分布在汾河河谷平原地区（
图1-B）。
3.1.3 降雨侵蚀力敏感性评价
降雨是侵蚀的动力，对其敏感性分析可以反映降雨对土壤侵蚀的影响
［11，28］。2000年、2005年和2010年降雨侵蚀力敏感性只有不敏感和轻度敏感两个等级（
表4），且分布很有规律：南部为不敏感，北部为轻度敏感（
图2）。2000年、2010年不敏感区域和轻度敏感区域面积相差不大，轻度敏感区域面积略大，2005年以不敏感区域占绝对优势。2015年以轻度敏感区域占比面积最大，其次为中度敏感区，中度敏感区主要分布在东部，且呈不连续块状分布。2019年降雨侵蚀力以中度敏感区为主，高度敏感区次之，分布上很有规律，从南往北，敏感性在逐渐增大。
3.1.4 土地利用/植被覆盖敏感性
土地利用/植被覆盖敏感性均以高度敏感为主，面积占到50%以上（
表5），但总体趋势从2000年到2019年面积在减小，同时轻度敏感性面积也呈减小趋势。
3.2 土壤侵蚀敏感性
土壤侵蚀敏感性2000年、2005年和2010年以中度敏感为主，面积均占到总面积的55%以上（
表6），2015年和2019年以高度敏感为主。从空间分布上看（
图4），2000年南部以中度敏感为主，分布面积广，其次为轻度敏感，北部以高度敏感和中度敏感为主。2005年中度敏感在全区都有分布，分布较均匀；其次为轻度敏感分布，呈块状分散分布于全区；高度敏感主要集中在东北部。2010年高度敏感区主要在北部，南部主要是中度敏感和轻度敏感区。2015年高度敏感区和中度敏感区分布于全区，2019年高度敏感区呈大面积连片分布，极度敏感区主要分布在中部和东北部。
2000年到2005年，不敏感、轻度敏感和中度敏感的大部分区域没有发生变化，高度敏感的大部分区域（92.675%）变为中度敏感区，极度敏感区域主要变为中度和高度敏感区域。2005年没有极度敏感区（
表7）。可见，2005年的敏感性比2000年减小了，尤其是北部地区（
图4）。
2005年到2010年，轻度敏感区的大部分转化为中度敏感区，近30%的中度敏感区域转化为高度敏感区域，北部转化明显。
2010年到2015年，近88%的不敏感区转化为轻度敏感区，约73%的轻度敏感区转为中度敏感区，近59%的中度敏感区转为高度敏感区，总体来说敏感性增强。从空间上来看，南部和东南部变化较大，从轻度和中度敏感转化为高度敏感。
2015年到2019年，近78%的轻度敏感区转化为中度敏感区，近78.5%的中度敏感区转化为高度敏感区，近13%的高度敏感区转化为极度敏感区，2019年总体来说敏感性增强，极度敏感区分布范围进一步扩大。
整体来讲，从2000年到2019年，太原市的土壤侵蚀敏感性增强，高度和极度敏感性面积绝大部分没有变化，而不敏感区域主要转化为轻度敏感区和中度敏感区，轻度敏感区主要转化为中度敏感区，中度敏感区主要转化为高度敏感区。2000年到2005年敏感性总体在降低，而2005年以后敏感性在不断增强。
4 讨论
4.1 建设用地土壤侵蚀敏感性
关于建设用地土壤侵蚀敏感性问题，一些文献把建设用地作为不敏感级别
［13，16，27，35］，认为建设用地不会发生土壤侵蚀，还有的文献认为建设用地属中度敏感性级别
［36］，也有一些文献把建设用地作为极度敏感级别
［3，17，31，37-38］。本研究认为，建设用地人工扰动大且频繁，而且建设用地在建设工程中大部分都把表层土壤甚至深层土壤剥离作为弃土，实质上等于产生了土壤侵蚀。另外，建设用地由于地表硬化更容易产生径流，硬化地表虽然没有土壤，但很难集聚土壤，假如有土壤也容易遭受侵蚀。土壤侵蚀敏感性评价不是判断其侵蚀量的大小，而是识别容易形成土壤侵蚀的区域，因此本文把建设用地归于极度敏感性级别。
4.2 土壤侵蚀敏感性
土壤侵蚀与降水、地形、土壤和植被、土地利用等因素有关
［39］。地形是影响土壤侵蚀的因素之一，坡长和坡度是小尺度上影响土壤侵蚀的地形因素，而地形起伏度是地面在一定范围内最大高程差，在大尺度上影响着土壤侵蚀
［29，40］。因此，本文选取地形起伏度作为度量土壤侵蚀敏感性的地形因子。山区地形起伏度越大，土壤侵蚀敏感性越大，而平原地区地形起伏度小，土壤侵蚀敏感性也小。从太原地形起伏土壤敏感性分布看，也符合这一规律。
土壤侵蚀与土壤类型、土壤结构、土壤质地、有机质含量有关
［24］。当其他因素不变时，土壤侵蚀强弱主要取决于土壤可蚀性
K值
［17］，
K值是由试验确定的定量值，大范围内不可能获得。但相关研究
［11，17］表明土壤可蚀性与土壤质地和土壤有机质含量有关，极细砂、粉砂含量多、渗透性高、有机质含量高的土壤，其抗侵蚀能力较低
［24］。大范围内测定土壤有机质有难度，因此许多研究
［17，26，37，41］用土壤质地代替土壤可蚀性因子
K值来评价土壤侵蚀敏感性。土壤质地反映的是土壤矿物颗粒的粗细，颗粒越细小，越容易遭受侵蚀，因而其敏感性高。山区土壤质地粗，平原及河谷地带土壤质地相对较细，因此，山区土壤质地的敏感性较小，平原及河谷地带土壤质地的敏感性较强，太原的土壤质地侵蚀敏感性分布也呈现这一规律，并与其他地区
［11，26，39］的规律一致。
作为影响土壤侵蚀敏感性因素，在一定时期内，地形和土壤质地基本是不变化的因素，随时间变化的是降雨和土地利用/植被覆盖。从2000年到2019年，土壤侵蚀敏感性差异较明显（
图1和
表6），从
图1和
图2可看出，土壤侵蚀敏感性变化趋势和降雨侵蚀敏感性变化趋势基本一致，将降雨侵蚀力敏感性图与土壤侵蚀敏感性图进行空间叠加分析，发现2000年、2005年和2010年土壤侵蚀敏感性的空间分布和降雨侵蚀力的空间分布高度一致。而其他因子敏感性与土壤侵蚀敏感性的空间分布一致性差。因此，太原土壤侵蚀敏感性主要受降雨侵蚀敏感性的影响，降雨是影响太原土壤侵蚀敏感性的关键性因子，这与其他地区的研究结论一致
［11，15，26］。降雨侵蚀敏感性空间分布及时间动态变化与降雨的空间分布和时间动态变化有关。太原市从2000年到2005年土壤侵蚀敏感性降低，2005年后不断增大，可见土壤侵蚀敏感性和降雨侵蚀力降低有很大关系。从太原市降雨侵蚀力与多年降雨量的关系可以看出，降雨量大，降雨侵蚀力大，土壤越容易遭受侵蚀，因而土壤侵蚀敏感性强。降雨通过雨滴击溅和径流冲刷对土壤颗粒进行分离和搬运，水力是土壤侵蚀最主要的营力，因而降雨是引起土壤侵蚀的动力
［42］。降雨侵蚀力不仅与降雨量的大小有关，也与降雨强度有关，强度大、历时短、频率高的暴雨具有强的土壤侵蚀效应
［48-49］。当然，土地利用/植被覆盖、地形以及土壤质地等因素也影响着土壤侵蚀敏感性，只是这几年，太原市的其他因子相对于降雨侵蚀力来说，不那么突出罢了。
土地利用状况及植被状况对土壤侵蚀具有重要影响，植被是土壤侵蚀的抑制因子
［11］，覆盖度高的林草地有利于减小雨滴对土壤的冲击，同时覆盖度高的林草地中发达的根系有利于固定土壤，因而林草地区域，尤其是高覆盖度的林草地区域土壤侵蚀敏感性低，而林草覆盖差的区域则土壤侵蚀敏感性高。已有研究
［45-46］表明，受人类活动影响的耕地的土壤侵蚀大于草地，而草地大于林地。退耕还林还草工程使耕地转变为林草地，林草植被与耕地相比具有更好的水土保持效益，有利于降低土壤侵蚀敏感性
［47］。土地利用是和人类活动密切相关的，是受人类活动影响最大的因子，因此可以通过积极的人类活动干预来提高植被覆盖，减小土壤侵蚀敏感性。如退耕还林还草、保护天然林等均可以有效提高植被覆盖，减小人类活动的不利影响，从而减小土壤侵蚀敏感性。2002年太原全面开展退耕还林工作，到2007年停止。因此，2000年到2005年土壤侵蚀敏感性降低不仅和降雨侵蚀力减小有关，还与退耕还林工程有关。研究
［51-53］表明，退耕还林还草工程有利于减小土壤侵蚀。太原在2014年虽然重启退耕还林工作，但力度没有之前大，退耕规模小，比如2002年到2004年3 a太原退耕还林6.626 7×10
4 hm
2，2017年和2018年两年退耕3 857.52 hm
2，加之，2005年后建设用地增加较快，建设用地占比从2005年的5.71%增加到2019年的10.11%，因此，各种因素综合作用，导致2005年后土壤侵蚀敏感性增强。可见，土地利用/植被覆盖对土壤侵蚀敏感性也起着非同小可的影响。土地利用/植被覆盖对土壤侵蚀的影响不仅表现在土地利用/植被覆盖类型上，而且不同的土地利用组合对土壤侵蚀也有显著影响
［49］。研究
［50］表明，在黄土高原区，“草+成熟林+草”和“草+幼林+成熟林+草”的土地利用组合更有利于控制土壤侵蚀，与“草+灌木”的土地利用组合相比，土壤侵蚀量降低了42%。因此在人工积极干预中不仅要增加林草地的面积，增加林草地覆盖度，也要合理搭配，合理组合，才能有效控制土壤侵蚀。
土壤侵蚀敏感性影响因素较多，原因复杂，是各因子综合作用的结果，不同的时间段，起主导作用的因子可能不同，不能一概而论，如何定量研究各因子在其中的作用，是以后努力的方向。
由于资料的限制，本文用土壤质地代替土壤可蚀性因子。由于缺乏太原土壤质地图，本研究采用土壤图和相关资料生成了太原土壤质地分布图，并在此基础上，按分级标准赋值，得到土壤质地敏感性评价图，可能会对研究结果有一定影响。
目前的研究多采用两种途径确定植被覆盖因子的敏感性，一种是根据不同的植被和土地利用现状来确定，另一种是根据植被指数来确定。根据不同的区域植被和土地利用现状图得到的植被和土地利用情况能精确反映每一种土地利用或植被类型的分布情况，如耕地中能区分水田、旱地、水浇地，森林中能区分针叶林和阔叶林等，但这些图往往时效性差，尤其是在做时间序列研究时，未必能获得研究所需年份的相关图件，有的研究还利用全国1∶100万植被图来确定一个市域的植被分布状况。根据植被指数，多是根据NDVI来确定植被的土壤侵蚀敏感性，对NDVI进行分级，来确定相应的敏感性级别。但用NDVI也存在问题：NDVI不分耕地和林草地，只要是NDVI指数相同或在同一范围内，就被归为同一类。
图5是太原市2000年8月份NDVI分布图，从图中可以看出，东南部平原区耕地的NDVI和山区林草地的在同一类，这样显然不能正确反映耕地和林地的土壤侵蚀敏感性差异。另外，对于大块水体，如汾河水库，NDVI也很低，就会归到极敏感或高敏感级别，显然不合适。
本研究用Landsat TM遥感影像解译的土地利用/植被覆盖类型图来确定植被覆盖因子，土地利用/植被覆盖是影响土壤侵蚀敏感性的重要因子之一，目前大多研究根据不同的植被类型来确定土壤侵蚀敏感性分级，但在区域尺度上用遥感影像作为数据源，受分辨率影响，未能达到区分植被类型的精度，但用遥感影像时效性强，对于时间序列的研究能够获得相关年份的数据，而且能区分出建设用地、耕地、林地、草地，还可以根据覆盖度高低进一步细分，避免了用NDVI或植被覆盖度等指数不区分耕地和林草地，甚至把水体的土壤敏感性归类错误的问题。当然，如能采用高分辨率遥感影像，进一步详细区分出不同的植被类型，效果会更好，但成本很高。
5 结论与建议
5.1 结论
1） 太原市土壤侵蚀敏感性2000年、2005年和2010年以中度敏感为主，面积均占到总面积的55%以上，2015年和2019年以高度敏感为主。从2000年到2005年土壤侵蚀敏感性降低，从2005年到2019年土壤侵蚀敏感性总体增强。
2） 从2000年到2019年，太原市不敏感、轻度敏感和中度敏感区域面积减少，其中不敏感性区域消失，轻度敏感性区域面积减少2.970%，中度敏感性区域减少47.328%，高度和极度敏感性区域增加，其中高度敏感性区域增加41.362%，极度敏感性面积增加8.991%。
3） 太原土壤侵蚀面感性受降雨、地形、土壤、土地利用/植被覆盖等多种因素影响，其中降雨是影响太原市土壤侵蚀敏感性的关键因子，土地利用/植被覆盖也起到非常重要的作用。
5.2 建议
要进一步巩固退耕还林（草）成果，同时根据相关研究成果，结合太原实际情况，探索适合的土地利用方式组合，降低土壤侵蚀敏感性。针对不同的土壤侵蚀敏感地区，采取不同的土地利用管理方式，对轻度敏感和不敏感区要做好林草地保护。对中度敏感区除要做好林草地保护外，还可以通过积极的人类活动干预，采用不同的土地利用方式组合，如“草+成熟林+草”和“草+幼林+成熟林+草”土地利用组合等，减小土壤侵蚀敏感性。高敏感与极敏感区都是人类活动比较强烈的区域，如农业区、采矿地、城镇居民点等，发展可持续的环境友好型的农业发展模式，对采矿地应及时做好生态修复，城镇居民点区域要尽量绿化，扩大植被覆盖。
京公网安备11010202008535号
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