近年来随着土地流转政策的实施，农林经营模式由传统的一家一户农耕模式逐步转变为大户承包或合作社经营模式，坡地经果林开发、种植经济作物、山地养殖、生态旅游等农林开发活动成为新的投资热点^[1]。这种规模化的农林开发活动虽然促进农业发展、农村繁荣和农民富裕，但也由于受投资不足、开发不合理、耕作习惯不良以及监督管理不到位等因素的影响，存在陡坡开发、全面开垦、梯田修筑不规范、林分结构不合理、管理不科学等问题^[2-8]。根据水利部、中国科学院、中国工程院联合开展的“中国水土流失与生态安全综合科学考察”“十五”期间我国农林开发类大型建设项目共计2 440个，占地面积204.8万hm²，扰动土地面积位于全国各类开发建设项目之首，造成的水土流失量达2.52亿t，约占生产建设项目水土流失总量的25%^[9-11]。彭冬水等^[10]在农林开发项目水土保持准入条件研究中，认为农林开发项目建设和运行期第一年为强烈侵蚀，第二年降为中度侵蚀，第三年降为轻度侵蚀，第四年则恢复为无明显新增土壤侵蚀。高景晖等^[11]在关于加强农林开发活动水土保持监督管理的思考中，定性分析农林开发活动水土流失危害与水土保持管理存在的问题，并提出农林开发活动水土保持管理的对策建议。目前有关农林开发活动对水土流失的影响研究多集中在定性分析水土流失危害、探讨监督机制及设置水土保持准入条件等管理层面，但有关农林开发活动对水土流失及其因子的定量分析与评价研究较少。笔者以山东省省级重点治理区荣成市农林开发活动为研究对象，通过遥感监测^[12-13]、野外调查、CSLE模型^[14-16]等方法，分析2014—2017年荣成市农林开发活动扰动图斑的时空分布特征，探索农林开发活动对水土流失因子的影响，定量评价农林开发活动前后水土流失的变化，以期为区域农林开发活动水土流失防治、水土保持生态环境建设提供基础数据与技术支撑。

荣成市地处山东省最东端(E 122°08′~122°42′，N 36°50′~37°27′)，国土面积1 526 km²，辖12个镇、1个管理区和1个开发区，属昆嵛山省级重点治理区。地势南北高、中间低、马鞍型，最高海拔553.5 m；地貌以低山丘陵为主，占81%；岩石主要为片岩、片麻岩及斜长角闪岩，土壤多为粗骨土、红黏土、棕壤；属暖温带季风型大陆性湿润气候区，多年平均气温11.6 ℃，多年平均日照2 622.6 h，多年平均降雨728.21 mm，多为季节性间歇河流，长8 km以上的有沽河、小落河、车道河等。境内森林覆盖率37.6%。乔木树种主要有马尾松(Pinus massoniana Lamb)、侧柏(Platycladus orientalis (L.) Franco)、刺槐(Robinia pseudoacacia L.)、辽东栎(Quercus liaotungensis Koidz.)等；灌木与草本植物主要有黄荆(Vitex negundo L.)、胡枝子(Lespedeza bicolors Turcz.)、三裂绣线菊(Spiraea trilobata L.)等。

采用2013—2017年、时相相近2 m分辨率高分影像数据、30 m分辨率TM影像数据；1:1万数字地形图；威海市21个雨量站点1980—2013年日降雨数据。

以荣成市2013年土地利用图斑为基础，基于2014—2017年高分遥感影像、TM影像和1:1万数字地形图，提取年度农林开发活动扰动图斑，计算NDVI指数和植被覆盖度；结合野外调查与测定，获取农林开发活动扰动图斑的坡度、坡长等因子，调查土地利用、水土保持措施及水土流失状况，根据野外样地测定植被盖度，校核计算的植被覆盖度。

采用CSLE模型：

式中：A为土壤流失量，t/(hm²·a)；R为降雨侵蚀力，MJ/(hm²·mm·h·a)，基于1980—2013年威海市21个雨量站点日降雨数据，采用逐日雨量公式法^[17-18]，通过普通Kriging插值获取；K为土壤可蚀性，t·hm²·h/(MJ·hm²·mm)，通过野外采集土壤样品，采用Williams模型计算，并根据荣成市径流小区观测数据修正；L、S分别为坡长因子(量纲为1)和坡度因子(量纲为1)，利用1:1万地形图，采用刘宝元修正算法计算^[19]；B、E、T为水土保持措施因子(量纲为1)，分别指生物措施、工程措施、耕作措施，参考第一次全国水利普查水土保持情况普查措施因子值，并采用径流小区观测数据修正。

基于2014—2017年遥感动态监测与野外调查，荣成市>2.5 hm²的农林开发活动扰动图斑总计36个(表 1)，占地面积591.33 hm²。其中2014年农林开发活动扰动图斑有8个，占地195.16 hm²；2015年10个，占地152.97 hm²；2016年7个，占地135.94 hm²；2017年11个，占地107.26 hm²。

表 1(Tab. 1)

表 1 农林开发活动扰动图斑数量及面积 Tab. 1 Numbers and areas of disturbance pattern spots in agroforestry activities in different years 2014 2015 2016 2017 图斑编号 No. of spot 面积 Area/hm2 图斑编号 No. of spot 面积 Area/hm2 图斑编号 No. of spot 面积 Area/hm2 图斑数量 No. of spot 面积 Area/hm2 1 62.50 1 21.62 1 38.54 1 31.46 2 32.70 2 20.34 2 29.86 2 16.18 3 27.65 3 19.12 3 17.83 3 7.41 4 25.23 4 17.98 4 15.36 4 3.28 5 21.35 5 17.10 5 14.23 5 6.05 6 11.38 6 14.92 6 13.80 6 24.37 7 7.89 7 14.12 7 6.32 7 4.47 8 6.46 8 12.81 8 5.58 9 8.16 9 3.24 10 6.80 10 2.64 11 2.58 合计 Sum 195.16 合计 Sum 152.97 合计 Sum 135.94 合计 Sum 107.26

表 1 农林开发活动扰动图斑数量及面积 Tab. 1 Numbers and areas of disturbance pattern spots in agroforestry activities in different years

农林开发活动扰动图斑中，最小扰动图斑2.58 hm²，最大扰动图斑达62.5 hm²，扰动图斑中以 < 20 hm²的数量居多(25个)。其中 < 10 hm²的13个，10~20 hm²的12个，20~30 hm²的7个，>30 hm²的扰动图斑仅有4个。

荣成市2014—2017年度＞2.5 hm²的农林开发活动分布范围较广，涉及荣成市9镇、1个开发区和1个管理区(图 1)。扰动图斑占地面积最多的是2014年(195.16 hm²)，占总扰动面积的33%，集中于中部的夏庄镇、荫子镇，其中夏庄镇的1号区域面积最大(62.5 hm²)；扰动图斑空间分布范围最广的是2015年，涉及5镇、1个开发区和1个管理区，分布于北部的成山镇，中部的开发区、俚岛镇、荫子镇、夏庄镇、大疃镇以及南部的石岛管理区；扰动图斑空间分布最集中的是2016年，集中于中部及北部的崖西镇、成山镇和开发区；扰动图斑数量最多的是2017年，共计11个，但除滕家镇的1号、开发区的2号图斑为新增扰动图斑外，其余9个扰动图斑均为2014、2015年扰动图斑基础上的扩建。

图 1(Fig. 1)

图 1 农林开发扰动图斑时空分布与坡度等级 Fig. 1 Spatial and temporal distribution and slope grade in disturbance pattern spots of agroforestry activities

荣成市农林开发活动主要是土地流转后大户承包，将原种植花生、玉米等农作物的低标准土坎梯田，通过机械化整理成坡地，顺坡密植苹果、葡萄等经济树种，形成坡地果园。通过整地、栽植等活动，破坏原有的梯田工程措施，清除地表植被和覆盖物，造成表层土壤暴露且松散，导致严重的水土流失问题。

农林开发活动前，扰动图斑内工程措施均为土坎梯田，埂坎高度一般在0.7~1.5 m，田面宽度多为3~8 m，田面坡度0~2°，土坎梯田质量虽然一般，但截断坡长、减缓坡度，平整田面，具有较好的保持水土、减少流失的作用。农林开发活动后，原有的低标准土坎梯田遭到破坏，坡度、坡长发生显著变化(表 2)，2°~5°的坡地成为主体，占41%；5°~8°的坡地占17%，>8°坡地占12%，坡地最大坡度可达19°。扰动后所有坡长均大于100 m，其中300~500 m的坡长占40.5%，500~600 m占33%，最大坡长达750 m。

表 2(Tab. 2)

表 2 农林开发活动扰动图斑坡度与坡长 Tab. 2 Slopes and slope lengths in disturbance pattern spots of agroforestry activities 坡度 Slope 坡长 Slope length 级别 Level/(°) 面积 Area/hm2 比例 Percent/% 图斑数量 Number of spots 级别 Level/m 面积 Area/hm2 比例 Percent/% 图斑数量 Number of spots 0~2 176.33 29.82 9 100~200 11.54 1.95 3 2~5 242.46 41.00 21 200~300 17.04 2.88 4 5~8 102.36 17.31 2 300~400 140.36 23.74 11 >8 70.18 11.87 4 400~500 99.15 16.77 7 500~600 193.58 32.73 6 >600 129.66 21.93 5 合计 Sum 591.33 100.00 36 合计 Sum 591.33 100.00 36

表 2 农林开发活动扰动图斑坡度与坡长 Tab. 2 Slopes and slope lengths in disturbance pattern spots of agroforestry activities

农林开发活动扰动的36个图斑中，9个图斑以 < 2°为主，占各自图斑扰动面积的40%~60%；21个图斑以2°~5°为主，占35%~70%；>5°的图斑有6个，占35%~45%。24个图斑坡长增加至300~600 m，占67%；5个图斑坡长>600 m，7个图斑坡长 < 300 m，最小118 m。

农林开发活动前，扰动图斑内土地利用主要以种植花生、玉米等粮食作物为主，局部套种果树幼苗，雨季植被盖度整体良好，一般在55%~70%。农林开发活动后，顺坡机械化作业，密植矮化苹果苗、葡萄等果树幼苗，土壤表层裸露无保护措施，扰动图斑第1年的植被覆盖度明显降低(图 2)，一般在10%~20%，其中2014年5号、2015年9号、2017年8号3个扰动图斑内因当年未栽植苗木，覆盖度不足5%。第1年之后，各扰动图斑植被覆盖度随时间均呈增长趋势，一般在密植后第2年和第3年植被覆盖度增长较快，最高增长22%。

图 2(Fig. 2)

1、2、3、4分别为2014年、2015年、2016年、2017年新增(扩建)农林开发活动。 The number 1, 2, 3 and 4 are new (expanded) agroforestry activities in 2014, 2015, 2016 and 2017 respectively 图 2 农林开发活动扰动图斑雨季植被覆盖状况变化 Fig. 2 Change of vegetation cover in rainy season in disturbance pattern spots of agroforestry activities

农林开发活动前，扰动图斑的土壤侵蚀模数集中分布在100~300 t/(km²·a)，水土流失轻微，主要是因为植被覆盖以及梯田工程措施。农林开发活动后，扰动图斑第1年的土壤侵蚀模数显著增加(图 3)，增加幅度达6~11倍。其中2014年5号、2015年9号扰动图斑，以2°~5°的平缓坡为主，但因第1年未栽植苗木，植被覆盖度仅为2%~4%，土壤侵蚀模数由原有的212 t/(km²·a)、448 t/(km²·a)增加到第1年的2 334 t/(km²·a)、5 111 t/(km²·a)，提高了11倍；2015年的3号扰动图斑，第1年植被覆盖度为23%，但因扰动图斑内＞5°的面积占67%，最大坡度达到17.5°，土壤侵蚀模数由262 t/(km²·a)增加到2 964 t/(km²·a)，提高了11.3倍。

图 3(Fig. 3)

图 3 农林开发活动扰动图斑土壤侵蚀模数年际变化 Fig. 3 Inter-annual variation of soil erosion modulus in disturbance pattern spots of agroforestry activities

随着时间延长，植被覆盖度增加，农林开发活动各扰动图斑内的土壤侵蚀模数均呈不同程度的降低，一般在密植后第2年或第3年降低明显，年均降低幅度约为15%~30%，其中2015年9号扰动图斑密植后第3年降低幅度最大，由4 406 t/(km²·a)降至2 303 t/(km²·a)，降幅48%。但农林开发活动后扰动图斑的土壤侵蚀模数仍远高于原始状态。2014年的8个扰动图斑，4年后平均土壤侵蚀模数仍为2013年的5.2倍，主要原因是林下除草、翻耕等管理措施导致林下盖度下降，地表土壤裸露松散，易产生侵蚀。

农林开发活动前，扰动图斑内土壤侵蚀强度以微度侵蚀为主，占69%，轻度侵蚀次之，无强烈及以上强度侵蚀。农林开发活动后，各扰动图斑内土壤侵蚀强度明显增强(表 3)，主要表现为微度侵蚀面积急剧减少，中度侵蚀面积增加，强烈及以上侵蚀出现。其中，新增中度侵蚀主要来自扰动前的微度、轻度侵蚀，强烈及以上侵蚀主要来自扰动前的轻度、中度侵蚀。

表 3(Tab. 3)

表 3 扰动图斑土壤侵蚀强度面积变化转移矩阵 Tab. 3 Change and transfer matrix of soil erosion intensity of disturbance pattern spots 土壤侵蚀强度 Soil erosion intensity 扰动后第1年 The first year after the disturbance 微度 Micro 轻度 Slight 中度 Moderate 强烈 Strong 极强烈 Extreme 剧烈 Severe 合计 Sum 微度 Micro 112.77 218.74 76.51 0 0 0 408.02 2013 轻度 Slight 0 17.19 69.93 50.88 26.81 12.00 176.81 中度 Moderate 0 0 0 1.00 1.06 4.44 6.50 合计 Sum 112.77 235.93 146.44 51.88 27.87 16.44 591.33

表 3 扰动图斑土壤侵蚀强度面积变化转移矩阵 Tab. 3 Change and transfer matrix of soil erosion intensity of disturbance pattern spots

对比分析农林开发活动扰动图斑的第1年与各年侵蚀强度(图 4)可知，第2年扰动图斑水土流失面积略有减少，土壤侵蚀强度略有降低，主要表现为强烈及以上强度侵蚀降为轻度、中度侵蚀。第3年土壤侵蚀强度明显降低，轻度侵蚀增加35%~55%，强烈、极强烈侵蚀分别减少约40%、60%。主要原因是随着植被的生长，达到郁闭条件后，降雨时上层植被的拦截一定程度上可有效拦截降水、减少侵蚀。第4年水土流失面积进一步减少，土壤侵蚀强度亦保持降低趋势，但幅度较第3年相比明显减小。

图 4(Fig. 4)

图 4 扰动图斑土壤侵蚀强度变化 Fig. 4 Change of soil erosion intensity in disturbance pattern spots

农林开发活动后，扰动图斑各年水土流失面积远大于原始状态且土壤侵蚀强度较高，随着时间推移，扰动图斑内水土流失面积和强度虽有一定的降低，但由于林下除草、翻耕等人为管理措施，易产生侵蚀，与原始状态相比仍存在较大差距，恢复难度较大。

1) 荣成市农林开发活动单个扰动面积不大，但农林开发活动规模呈每年增长的趋势。2014—2017年荣成市>2.5 hm²农林开发活动扰动图斑总计36个，占地面积591.33 hm²。最小扰动图斑2.58 hm²，最大扰动图斑62.5 hm²，扰动图斑面积中以 < 20 hm²的数量居多。主要分布在荣成市开发区、崖西镇、夏庄镇、荫子镇。

2) 研究区特殊的农林开发活动导致工程措施、微地形、植被等水土流失因子发生显著变化，导致水土流失明显加剧，土壤侵蚀模数增加6~11倍，局部达到强烈、剧烈侵蚀。随时间推移，水土流失面积和强度虽有一定的降低，但由于林下除草、翻耕等人为管理措施，易产生侵蚀，与原始状态相比仍存在较大差距，恢复到原始状态难度较大。

1) 农林开发活动涉及种植、开荒、造林、养殖及生态旅游等，这些活动扰动地表、改变地形、破坏地表植被，导致表层裸露、土壤松散，造成水土流失。彭冬水等^[10]在农林开发项目水土保持准入条件研究中，认为农林开发项目建设和运行期第1年为强烈侵蚀，第2年降为中度侵蚀，第3年降为轻度侵蚀，第4年则恢复为无明显新增土壤侵蚀，上述结论是基于农林开发活动中采取积极措施比如修筑梯田、配套排水体系以及逐步恢复林草植被等所产生的正效应。而荣成市的农林开发活动是破环了原有的低标准土坎梯田，沿地形开垦并整理成坡地，顺坡密植经济林果，形成坡地果园。在4年监测期内，随着时间延续、植被覆盖的增加，虽然扰动图斑内的水土流失面积持续减少，土壤侵蚀强度逐渐降低，但由于人为除草等管理活动，二者均未达到稳定状态，第4年侵蚀强度仍以轻度、中度侵蚀为主。因此，农林开发活动中梯改坡措施对水土流失的持续影响有待进一步深入。

2) 根据荣成市鲍村站2012—2016年观测点数据可知，15°坡面修建土坎水平梯田并种植经果林的径流小区布设后第1年，由于人为翻耕除草，地表裸露，土壤松散，水土流失严重，达到强烈及以上侵蚀强度，与农林开发活动后第1年土壤侵蚀强度基本一致；第4年，随着植被覆盖度提高、土坎水平梯田稳固以及雨季保留树下草等措施，径流小区侵蚀模数降至241 t/(km²·a)。农林开发活动扰动图斑坡度明显小于径流小区，但因缺少梯田措施、雨季进行除草等，经4年恢复期，侵蚀模数仍以500~2 000 t/(km²·a)为主。因此，农林开发活动中，应加强保护现有梯田等工程措施建设，减少人为除草等管理因素，提高林下盖度，有效减少水土流失。

3) 目前，荣成市农林开发活动主体多以农户为主，投资不足、水土保持意识不强、专业技能缺乏，对水土保持的认可度、积极性不高。因此，地方水行政主管部门应根据水土流失动态监测成果，加强监管，做好农林开发规划与针对性技术指导；提高农林开发活动批复门槛，引导农林开发活动规范、有序的开展，注重排水沟建设，利用排水沟、植被等截短坡长，减少水土流失；加大环境保护宣传，提高农户保护水土、减少流失的意识，从源头上控制和减少农林开发活动造成的水土流失。