第35卷第5期 2017年09月
干旱地区农业研究
Agricultural Rearch in the Arid Areas V o l.35N o.5
Sept. 2017
文章编号：1000-7601 (2017)05-0115-07 doi ： 10.7606/j. issn. 1000-7601.2017.05.17准噶尔盆地东部土壤风蚀敏感性分级及其区划研究张婷婷1>2，曹月娥1>2，卢刚3，杨建军1>2，吴芳芳1>2
(1.新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐830046 ; 2.教育部绿洲生态重点实验室，新疆乌鲁木齐830046;
3.新疆维吾尔自治区水土保持生态环境监测总站，新疆乌鲁木齐830046)
摘要：选取影响准东地区土壤风蚀的4个敏感性因子(风场强度、植被覆盖度、地形起伏度、土壤干燥度），结合GIS空间分析技术，将4个因子的敏感性划分为极敏感、高度敏感、中度敏感、低度敏感和不敏感5个等级，利用 层次分析法(AH P)确定敏感性因子权重，最后确定准东地区土壤风蚀综合敏感性分级及其分布规律，并对准东地区 进行区划研究。结果表明：准东地区土壤风蚀敏感性在空间分布上存在
显著差异，总体呈现为北高南低，西高东低 的分布态势；极敏感区、高度敏感区、中度敏感区、低度敏感区和不敏感区分别占准东地区总面积的15.27%、
17.20%、22.66%、19.49%和25.38%。通过对准东地区土壤风蚀敏感性分级研究，并提出其分区保护与建设措施，
以期为准东地区经济发展与环境保护提供科学参考。
关键词：准东地区；土壤风蚀；敏感性；区划
中图分类号：S157.1 文献标志码：A
Study on the nsitivity classification and regionalization of
soil wind erosion in Zhundong Area
ZHANG T ing-ting1’2, C A O Y ue-e1’2, LU Gang3, YANG Jian-jun1’2, WU Fang-fang1’2
(1. College of resource and Environment Science, Xinjiang University, Urumqi, Xinjiang830046, China;
2. Key Laboratory of Oasis Ecology, Ministry of E ducation, Urumqi, Xinjiang830046, China;
3. General Station of Soil and Water Conversation and Ecoenvironmental Monitoring of Xinjiang, Urumqi, Xinjiang830046, China)
Abstract：In this study, four nsitivity factors affecting the soil w ind erosion of Zhundong area including w ind energy intensity, vegetation coverage, re lie f degree of land surface and soil dryness were lected. Combining w ith GIS spatia l analysis technique, the nsitivities of the factors were classified into five grades; extremely nsitive, highly nsitiv e, moderately nsitive, low nsitive and innsitive, and general analytic hierarchy process (A H P) was ud to determ ine the nsitivity of the factor w eight. F inally we determine Zhundong area comprehensive soil w ind erosion nsitivity classification, d istrib u tio n, and Zhundong area planning. The results showed that Zhundong area exist significant d ifferences in the spatial distribution of soil w ind erosion nsitivity, and the trend of w ind erosion nsitivity in Zhundong area incread from east to west and from south to north; Extrem ely nsitive area, highly nsitive area, moderately nsitive area, low nsitive area and innsitive area occupied 15.27%, 17.20%, 22.66%, 17.20%and 25.38%of the total area, respectively. Some suggestions on the regional protection and construction were propod. This study can provide a scientific reference fo r area economic development and environ
mental protection.
Keywords：Zhundong area; soil w ind erosion; nsitivity; regionalization
土壤风蚀是风对地表土壤的侵蚀、搬运和堆积 过程，是风与地表颗粒的相互作用过程，当风速超过 颗粒的临界起动值时，地表颗粒就会离开地表进入 空气中[1_2]。风蚀是干旱、半干旱区突出的生态环 境问题之一，严重的土壤风蚀不仅危害风蚀源区，带走大量的地表颗粒物质，也会造成土壤养分和有机 物质的流失，引起土地的荒漠化，导致该区域整个生 态系统生产力降低，区域生态环境服务功能下降，影 响风蚀源区的生态环境和社会经济的可持续发展[3_4]。因此，土壤风蚀问题越来越受到国际社会
收稿日期：2016-07-02 修回日期：2016-09-29
基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学基金(2014211A018)
作者简介：张婷婷(1990—)，女，新疆乌鲁木齐人，硕士，研究方向为干旱区土壤风蚀。。
通信作者：曹月娥(1976—），女，新疆昌吉人，博士，副教授，从事国土整治与3S技术应用方面研究。E-mail:(
116干旱地区农业研究第35卷
的广泛关注，防控土壤风蚀成为荒漠化地区治理的主要任务[5]。房地产广告
土壤风蚀科学已经在风蚀动力学[6_7]、风蚀影 响因子[8_11]、风蚀预报与评估模型[12_17]以及风蚀 防治技术[18]等多个方面取得了长足进展。但是对 于土壤风蚀敏感性分析的研究尚不多见。土壤风蚀 敏感性分析是通过分析土壤风蚀相关影响因素，对 一个地区的土壤风蚀敏感性以及未来风蚀发展的趋 势进行评价，其意义在于反映一个地区土壤风蚀发 生的可能性和发展程度。土壤风蚀敏感性分析的程 序是:（1)确定评价目标、内容、尺度和要求；（2)准 备需要的图件和资料；（3)根据评价原则确定指标 体系及分级标准;（4)调查、测定数量指标的值;（5) 遥感信息判读GIS制图；（6)数据库与结果分析。
准噶尔东部(简称“准东”)地区是指新疆准噶尔 盆地东部从阜康市到木垒哈萨克自治县的一条狭长 地带，东西长约220 km，行政隶属于新疆昌吉州阜 康市、吉木萨尔、奇台和木垒县。由于其境内煤炭资 源丰富，近年来成为新疆煤炭产业的重点开发区域。准东地区气候极端干旱，风蚀极易发生，历来是新疆 维吾尔自治区人民政府公告的水土流失重点治理 区。因此开展准东地区的土壤风蚀研究，有助于了 解新疆类似环境条件下开发建设项目的水土流失现 状及影响，并可为新疆类似环境(吐鲁番-哈密地区 露天煤矿)下开发建设水土流失治理项目提供科学 依据。
本文拟选取准东地区土壤风蚀的4个敏感性影 响因子(植被覆盖度、风场强度、地形起伏度、土壤干 燥度），利用层次分析法（AHP)确定敏感性因子权 重，结合GIS空间分析技术，对4个因子进行等级划 分，最后明确准东地区土壤风蚀敏感性分级及其分 布规律，以期为准东地区经济发展与环境保护提供 科学参考。
1研究区概况与研究方法
1.1研究区概况
研究区位于吉木萨尔县、奇台县、木垒县等北部 荒漠区(43。30' ~45。00，，88。10' ~91。10$)，古尔班 通古特沙漠东部，为卡拉麦里西南山前戈壁荒漠地 带，属典型的极端干旱大陆气候。常年少雨，日照充 足，热量丰富，昼夜温差大，春秋季多风。平均气温 7.0°C，多年平均降水量183.5 mm，多年平均蒸发量 2 042.3 _。全年主导风向为西北风，一般风力3 ~ 5级，多年平均风速2.0 m’s-1，最大风速为16 m-f1。土地利用类型以沙地、戈壁、裸土地和裸岩石砾地为主。植被稀少，属于蒙古类型的灌木和半灌 木荒漠，主要植被有盐生假木贼safca(C.
A.M.).Benth)、蛇麻黄（cfaac/iya L.)、梭梭 (Haloxylon ammodendron(C.A.Mey.)Bunge)^B
柴（Reaumuria songonica (Pall)Maxim)，常伴生少量猪 毛采（Salsola collina PaR.)、親级藥（Cera
toides latem (j.F.Gmel.)Reveal et Holmgren)、戈壁黎（Iljinia regelii (Bunge)K o r o v E E ( Sarcozygium xanthoxy-Zwi Bunge)等植物，生长十分稀疏，覆盖度约为3% ~ 5%，土壤以风沙土和灰棕漠土为主。
1.2研究方法
景观尺度下的土壤风蚀是多种要素共同作用的 结果，其中决定其空间分布格局变化的主要环境因 素包括植被、地形、风况、降水、土壤等阳_21L基于 主导因素、综合性和科学性原则，以及数据的可获取 性与易于定量化原则，本文从土壤风蚀影响因子及 风蚀动力学机制出发，结合侵蚀区域自然环境特征，选取了风场强度、植被覆盖度、地形起伏度、土壤干 燥度4个敏感性因子。其中，风场强度是土壤风蚀 的最直接动力来源，风速越大，风蚀能力越强，该因 子决定着一个地区的侵蚀程度；植被是通过提高地 表粗糖度、改善土壤结构稳定性从而增加土壤的抗 风蚀性[22]；地势起伏是由于对气流的扰动，极大地 影响着土壤风蚀的分布特征，在地势较为平坦的地 区，风的侵蚀强度十分强烈，而在地形起伏较大的区 域，风蚀强度小；土壤干燥度是受到区域降水量的影 响，一般是以地区的水分收支与热量平衡的比值来 表征。因此，选取上述4个因子作为评判准东地区 土壤风蚀敏感性的标准。
(1) 敏感性评价标准
利用GIS空间分析方法，针对风场强度、植被覆
盖度、地形起伏度、土壤干燥度等问题，分别得出敏感 性分布图，并进行单因子风蚀敏感性评价。结合已有 研究[23-24]、《土壤侵蚀分类标准(SL190—2007)》以及 该区实际情况，利用ArcGIS数据管理工具中的重分 类，以表1为分类标准，考虑各因子与土壤风蚀之间 的关系，将各因子的敏感性分为5级：极敏感、高度敏 感、中度敏感、低度敏感和不敏感。
(2)综合敏感性指数
单因子分析得出的土壤风蚀敏感性只能反映某 一因子的作用，不能综合反映风蚀敏感性区域的变 异。对上述4个因子分别赋值，计算综合敏感性指 数
：
第5期张婷擦等：准噶尔盆地东部土壤风蚀敏感性分级及其区划研究117
式中，空间单元风蚀敏感性指数；c；为i因素 分析功能，得到准东地区土壤风蚀综合敏感性空间敏感性等级值^为因子数。利用G IS中的空间叠加 分布图。
表1准东地区土壤风蚀敏感性影响因子及其分级
Table 1 Impact factors and grades of soil wind erosion nsitivity in Zhundong area
影响因子•Impact factor
土壤风蚀敏感性分级方案Soil wind erosion nsitivity classification scheme 极敏感
Extremely nsitive高度敏感
Highly nsitive中度敏感
Moderately nsitive低度敏感
Low nsitive不敏感
Innsitive
风场强度"Wind energy intensity/(m3*s_3)0.68-0.940.51-0.680.41-0.510.29-0.41<0.29植被覆盖度Vegetation coverage<0.080.08-0.150.15-0.330.31-0.560.56-0.92地形起伏度Relief degree of land surface
/(m.km-2)<1414-2626-4343-6969 ~ 223土壤干燥度Soil dryness0.74-3.23 3.23-4.22 4.22-5.26 5.26-6.89 6.89-9.81
1.3数据来源与处理
基本气象数据(气温、降水、风速)来自中国气象 科学数据共享服务网(a)。植被指 数N D V I数据来自于地理空间数据云网（ www.gscloud)。选取 2014 年 7—9 月获取的Landsat8/0LI遥感影像，运用美国 Exelis Visual Information Solutions公司 出品的 ENVI软件提取 NDVI；用 于计算地形起伏度的DEM数据来自于地理空间数 据云网站的SRTM DEM(90 m)数据。
风场强度的算法采用美国农业部的土壤风力侵 蚀方程RWEQ中的公式：
n
疋=品•S"J2(2)
i = 1
式中，F为风能强度因子(m3 ^3); R为第Z个气象 站离地面2 m高处的风速(〇!•s-1); [/£是2 m高处的 临界风速，一般设置为2 m •S-1。根据准东地区内部 及其周边地区10个气象站点2008—2014年的风速 数据，采用反距离权重插值法获取区域250 m分辨 率侵蚀性风能空间敏感性格局特征。
考虑到新疆植被生长最旺盛时期为7—9月，取 7—9月的均值作为分析植被覆盖度年际变化的基 础，研究了 2014年7—9月N D V I最大值的空间分 布。N D VI值愈大表示地表植被生长愈旺盛，植被覆 盖率越高。植被覆盖度可通过象元二分模型从ND-V I指数转换获取[25]，其计算公式为：
式中，/…为植被覆盖率；夂和M分别是茂密植被覆 盖和完全裸土像元的NDVI值，通常夂取N D VI最大 值，％取N D V I最小值。
地形起伏度是在ArcGIS9.3平台下，以250 m x 250 m栅格为单元，在90 m精度的D EM中计算栅格 内高差，获取地形起伏度栅格数字矩阵。
土壤干燥度的计算采用修正后的谢良尼诺夫模 型：
D= 0.16 •2 71 > l〇°C/P(4)式中，d为土壤干燥度；p为年降水量；r > 1〇尤为 年大于l〇r的积温，当D > 2.0为干旱区，1.5 < D < 2.0属于半干旱区。利用准东地区及其周边地区 10个气象站点2008—2014年年降水量P值和r > l〇r积温值计算土壤干燥度，采用反距离加权插值 法获取研究区250 m X 250 m为单位的土壤干燥度空 间敏感性格局。
2结果与讨论
2.1因子敏感性
2.1.1风场强度研究区多年平均风速为2.0 m-r1，在ArcGIS平台下通过空间插值得出风场强度 的分布(图2)。由表2可以看出，风场强度极敏感 区面积占研究区面积的15.70%，集中在研究区西 北部，该区风场强度较大；高度敏感区占研究区面积 的42.50%，大面积分布在研究区中部以及东南方 向；中度敏感区占研究区面积的2
3.84%；低度敏感 区和不敏感区总共占研究区面积的17.96%，主要 集中在准东地区南部，该区有大面积的农用地以及 农村居民点。
表2风场强度敏感性
Table 2 Sensitivity of wind energy intensity
分级
Classification面积
/km2
Area
所占比例/%
Proportion
极敏感Extremely nsitive3986.0715.70
尚度敏感Highly nsitive10790.3342.50
中度敏感Moderately nsitive6052.7423.84
低度敏感Low nsitive2452.589.66
不敏感Innsitive2107.298.30
118干旱地区农业研究第35卷2.1.2植被覆盖度在风蚀过程中，地表植被可通
过覆盖部分地表面、分解风力以及阻挡输沙活动等
多种途径形成对风蚀地表土壤的保护同时，植
物的原地残余物、植物的根及土壤有机质含量对土
壤可蚀性的影响也非常重要[27]。由于植被覆盖度
石穿空与土壤风蚀呈负相关，因此植被盖度越高土壤风蚀
敏感性越低研究区地表植被稀疏，南部有农
田，其余地区有部分旱生荒漠植被。由图3、表3可
以看出，其中极敏感和高度敏感区共占研究区面积
的81.92%，主要分布在中部及东部，该区呈戈壁景
观，植被不发育；中度敏感、低度敏感和不敏感区域
占研究区面积18.08%，主要分布在研究区南部，是
农田及人口密集区。
表3植被覆盖度敏感性
Table 3 Sensitivity of the vegetation coverage
分级Classification面积/km2
Area 所占比例/% Proportion
极敏感Extremely nsitive10902.0442.94
尚度敏感Highly nsitive11704.3346.10
中度敏感Moderately nsitive1825.477.19
低度敏感Low nsitive515.40 2.03
不敏感Innsitive441.77 1.74
2.1.3地形起伏度土壤风蚀与地形有较强关联，研究表明地势起伏通过对气流的扰动极大地影响着 土壤风蚀的分布特征。在地势平坦的地区，风的侵 蚀强度非常强烈，而在地形崎岖的区域，侵蚀强度 小。准东地区地势总趋势呈北高南低的缓倾斜坡，地貌形态多为平原戈壁。由图4、表4可以看出，研 究区极敏感和高度敏感区占研究区面积的89.04%，该区主要分布在研究区南部、中部，且地势平坦，起 伏不大；中度敏感区、低度敏感和不敏感区占研究区 总面积的10 %左右，该区恐龙沟地势起伏较大，对 土壤风蚀敏感性影响较低。
表4地形起伏度敏感性
Table 4 Sensitivity of relief degree of land surface
分级Classification面积/km2
Area 所占比例/% Proportion
极敏感Extremely nsitive14085.8255.48尚度敏感Highly nsitive6712.8526.44中度敏感Moderately nsitive3173.6312.50低度敏感Low nsitive1152.66 4.54不敏感Innsitive264.05 1.042.1.4 土壤干燥度土壤干燥度与降水量、温度具 有直接相关关系，降水量小、气温偏高，则土壤变得 干燥，风易将粉尘物质带入空中发生风蚀。由图5、表5可以看出，极敏感区占研究区面积的23.98%; 其中高度敏感区、中度敏感区和低度敏感区占比较 高，占研究区面积的70.02%，该区土壤类型主要是 风沙土及棕漠土，土壤表层干燥易蚀；不敏感区占研 究区总面积的6.00%。
表5 土壤干燥度敏感性
论文致谢格式Table 5 Sensitivity of the soil dryness
分级
Classification面积
/km2
Area
所占比例/%
Proportion
烟花儿童画
极敏感Extremely nsitive6088.2823.98
尚度敏感Highly nsitive5159.0420.32
中度敏感Moderately nsitive9442.1737.19
低度敏感Low nsitive3176.1612.51
不敏感Innsitive1523.34 6.00
2.2 土壤风蚀综合敏感性
2.2.1敏感因子权重的确定使用A H P方法，两 两比较单因子对土壤风蚀的重要性，对各敏感性因 子按
照7分制进行打分，强烈重要赋值7，强烈不重 要赋值1/7，明显重要赋值5，明显不重要赋值1/5, 稍重要赋值3，稍不重要赋值1/3，同等重要赋值1。统计多个专家的打分结果，取众数分值，得到4 x4 判断矩阵。将矩阵的最大特征根A_= 4.24和r a= 4代入一致性检验公式，C/ = (A_- )/U - 1)得 到C/ = 0.082,4阶矩阵在理论上的平均随机一致性 指标R/ = 0.90，判断矩阵的随机一致性比，CR = C//R/ = 0082/090 = 0091 < 010，故认为判断矩 阵具有令人满意的一致性。再求出最大特征根对应 的特征向量，归一化处理后得到单因子的重要性权 重值 r= [〇.6158,0.1你2,0.0918,0.M62]。
2.2.2综合敏感性分析根据各个因子的土壤风蚀敏感性空间分布数据，按照式(1)计算综合风蚀敏 感性指数(表6)。将利用AHP方法得到的各个因子 的权重值在ArcGIS中进行叠加处理，即[风场强度] x0.6158 + [植被覆盖度]x0.M62 + [地形起伏度] X0.0918+ [土壤干燥度]X0.M62，得到综合性土 壤风蚀敏感性的分值在4.15 ~ 27.23，对综合风蚀敏 感性图进行重新分类，得出5个敏感等级的分值分 别为：极敏感27.23、高度敏感21.46、中度敏感 15.69、低度敏感9.92、不敏感4.15。最终得出准东 地区土壤风蚀敏感性空间分布图（图6)。
第5期张婷擦等：准噶尔盆地东部土壤风蚀敏感性分级及其区划研究119
表6准东地区土壤风蚀综合敏感性分级
Table 6 Grades of comprehensive nsitivity of soil wind erosion in Zhundong area
分级极敏感高度敏感中度敏感低度敏感不敏感Classification Extremely nsitive Highly nsitive Moderately nsitive Low nsitive Innsitive
林治远
面积Area/km23876.904366.915753.154948.326443.73
所占比例Proportion/%15.2717.2022.6619.4925.38
研究区风蚀敏感性程度总体偏高，大致呈现为 “北高南低，西高东低”的分布态势，这与该地区的气 候和地理分布相吻合。极敏感和高度敏感区面积为 8 243.81 km2，占研究区总面积的31.47%，主要在准 东地区东北部，该地区分布着古尔班通古特沙漠，地 表干燥，植被覆盖率低，风场强度也较高，使得土壤 风蚀敏感性极高；中度敏感区占研究区总面积的22.66%，面积为5 753.15 km2，主要是准东地区中部 大面积的荒草地，地形起伏度较小，植被覆盖度在 20%左右；低度敏感区占研究区总面积的19.49%，面积为4 948.32 km2，主要集中在研究区中部及东 部，紧邻中度敏感区；不敏感区占研究区总面积的 25.38%，面积为6 443.73 km2，主要为研究区南部，虽然地形起伏度不高，但是由于该区土地利用类型 多为耕地，植被覆盖度较高，能够高效阻挡风力侵 蚀。
2.3分区方案及保护措施
2.3.1分区方案根据以上土壤风蚀敏感性分级 结果，遵循土壤风蚀敏感性程度的相似性和差异性 原则，将准东地区分为4个大区，详见图7及表7。
统筹的拼音
准东地区包含5大矿区，预测资源量3 900亿t，占全疆储量(2.19万亿t)的17.8%。矿区开采过程 中造成的粉尘、裸露土壤和地面堆土在大风的作用 下，以及矿区及周边土壤环境的破坏对土壤风蚀造成极大的影响，大大制约了绿洲农业的可持续发展。根据准东地区土壤风蚀敏感性分区及五大矿区分布 图(表7和图7)，五大矿区主要分布在I区、n区、m区，自西向东分别为五彩湾矿区、大井矿区、将军 庙矿区、西黑山矿区、老君庙矿区，总面积为8 541.68 km2，占研究区总面积的33.64%。
2.3.2保护措施根据区划结果，应当针对各区域 的具体情况和特点，分别采取相应的、有所差别的沙 漠化防治对策。I区主要是极敏感和高度敏感的集 中区，该区干旱少雨，大风频繁，风沙活动强烈，时有 沙尘暴发生，防沙、治沙工作是该区的重点，应选择 抗旱、根系发达的树种及草种进行治理，迅速增加地 表覆盖，固定土壤，尽量减少人为干扰，恢复自然植 被；n区主要是中度敏感区，宜采取封沙育林育草和 轮牧、休牧措施进一步加强自然植被保护力度，对局 部破坏严重区域可采取人工辅助措施加以恢复或改 善；m区主要包括不同程度的土壤风蚀敏感性区，该 区敏感性较强的区域是由于开发建设项目（如煤矿、化工园区等)的干扰，应实行客土换填、植被恢复、改 进施工技术等措施，该区敏感性较弱的区域，应改变 传统的对草地掠夺式的畜牧业经营方式，合理利用 土地资源；IV区主要是不敏感区，位于研究区南部，根据该区土地利用类型，应实行农田保护措施，种植 防护林，对沙化程度较高的土地实行保育种植，减少 沙化土地的裸露面积。
表7准东地区土壤风蚀敏感性区划及各分区特点
独头蒜Table 7 Regionalization of soil wind erosion nsitivity and each partition characteristics in Zhundong area 分区Partition面积Area/km2主要特征Main characteristics
1区1area6846.85包括极敏感区和高度敏感区，风场强度较高，地表干燥且沙地面积较大，植被覆盖率低，土壤环境破坏较 为严重。
Including extremely nsitive area and highly nsitive area, with high wind intensity, dry surface and large sand area, low vegetation coverage, and rious soil environmental damage.
11 区11 area3435.12包括中度敏感区，地形起伏度较小，植被覆盖度在20%左右，该区由于矿区的开发，地表受到较大破坏。
Including the moderately nsitive area, the relief of the terrain is small, the vegetation coverage is around 20% , the area is greatly damaged due to the development of the mining area.
Hi 区Hi area8859.00包括不同程度的土壤风蚀敏感性，主要是低度敏感区，北部地形起伏度相对较大，地表裸露面积也较大，土质疏松。
公司年会背景音乐The soil erosion nsitivity of different degrees is mainly the low nsitive area, the northern terrain has relatively large fluctuation degree, the surface area is larger and the soil is loo.
IV区IV area6248.03包括不敏感区，植被状况较好，降雨量相对充沛，土壤风蚀危害程度小。
Including the innsitive area, the vegetation condition is better, the rainfall is relatively abundant, the soil wind erosion is less harmful.
