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1、基于GIS技術(shù)分析不同土地利用對土壤侵蝕的影響 　　土壤侵蝕引起土地退化、土壤肥力下降、泥沙淤積和生態(tài)環(huán)境惡化等問題,被視為世界三大環(huán)境問題之一.它的產(chǎn)生包括氣候、地形等自然因素和土地利用等人為因素共同作用下而形成,查軒等學(xué)者通過分析坡度坡向等地形因子及植被與土壤侵蝕關(guān)系,得出土壤侵蝕很大程度上取決于植被因素,坡度坡向與高度也是不可忽視的因素[1 -3],邸利和王晗等學(xué)者通過研究土地利用與土壤侵蝕關(guān)系,分析出土地利用變化及類型對土壤侵蝕影響較大[4 -5].土壤侵蝕是一個(gè)復(fù)雜的時(shí)空過程,若氣象條件相同,土地利用的類型組成、空間配置等土地利用格局就成為

2、土壤侵蝕的主控因子之一[6].土地利用/覆蓋會(huì)引起諸多生態(tài)環(huán)境問題,在生態(tài)環(huán)境脆弱的山地生態(tài)系統(tǒng)更加顯著[7].文中選取地處亞熱帶山區(qū),且具有典型性和代表性的粵北山區(qū)的樂昌市廊田鎮(zhèn)南部山區(qū)作為研究對象,在 GIS 與 RS 技術(shù)支持下,對不同土地利用/覆蓋背景下的土壤侵蝕狀況進(jìn)行分析,從而可以更好的把握土地利用/覆蓋與土壤侵蝕的關(guān)系,為研究土地利用類型對土壤侵蝕的影響等提供依據(jù),以便有效治理粵北山區(qū)的土壤侵蝕等生態(tài)環(huán)境問題和為區(qū)域農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù). 　　1 材料與研究方法 　　1. 1 研究區(qū)概況 　　研究區(qū)位于廣東樂昌市東南部,三面臨山,武江河一級支流廊田河貫穿北部,總面

3、積為 4748. 34hm²,東連仁化縣,南接曲江區(qū)、與長來鎮(zhèn)、樂城和五山鎮(zhèn)相鄰,是粵北地區(qū)兩省五縣九鎮(zhèn)物質(zhì)交流集散地之一( 圖 1) .山地丘陵面積廣,平原狹小,地勢從東南部向西北部遞減,地形破碎,地處中亞熱帶季風(fēng)氣候,年均氣溫 19. 6℃,降雨量 1500mm,降水量的年內(nèi)變化也較大,降水年內(nèi)分配呈現(xiàn)弱雙峰式分布,降雨集中,降雨強(qiáng)度大.由于特殊的氣候地形地貌,為此研究區(qū)的土地利用類型主要以林地和耕地為主. 　　1. 2 數(shù)據(jù)來源 　　為了細(xì)致地反映亞熱帶山地土地利用類型與土壤侵蝕的關(guān)系情況,文中選取分辨率為 10m 的2010aSPOT 多光譜影像圖作為土地利用類型和土壤侵

4、蝕信息獲取的基本資料,并以研究區(qū) 1:1萬地形圖為基礎(chǔ)底圖,利用 R2V 軟件進(jìn)行數(shù)字化并標(biāo)高程值,以 Arcgis9. 3 為依托,利用等高線生成 DEM 圖,再進(jìn)行提取坡度圖、坡向圖等地形因子,并且結(jié)合野外考察資料等為輔助分析資料. 　　1. 3 土地利用信息的提取 　　土地利用類型數(shù)據(jù)是通過遙感影像圖進(jìn)行目視判讀獲取.在判讀過程中,充分利用地形地貌圖等輔助數(shù)據(jù),并進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證.根據(jù)研究區(qū)的土地利用類型特征、野外實(shí)地調(diào)查土地利用現(xiàn)狀、遙感分類的技術(shù)及二調(diào)土地利用類型分類標(biāo)準(zhǔn),確定研究區(qū)的土地利用類型劃分為耕地、園地、林地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地和其他用

5、地等 8 類型,解譯出的土地利用類型( 圖 2) ,并對各項(xiàng)土地利用類型的面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)( 表 1) . 　　1. 4 土壤侵蝕信息提取 　　土壤侵蝕數(shù)據(jù)根據(jù)《全國土壤侵蝕調(diào)查技術(shù)規(guī)程》,并對研究區(qū)域的自然地理資料進(jìn)行收集、整理,結(jié)合流域的土壤類型、降雨、利用地形坡度、植被覆蓋度、土地利用等相關(guān)資料,結(jié)合野外調(diào)查資料,建立研究區(qū)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫.其中植被覆蓋度先通過ERDAS IMAGINE 9. 2 中的 NDVI( 歸一化的植被指數(shù)) ,再進(jìn)行建模生成植被覆蓋度圖,研究區(qū)平均植被覆蓋度為 58. 38%,屬于中覆蓋區(qū),接近于高覆蓋( 圖 3) .土壤侵蝕圖的提取,首先需要對土壤侵蝕

6、進(jìn)行分級,土壤侵蝕強(qiáng)度按照水利部制定的全國第二次土壤侵蝕遙感調(diào)查土壤侵蝕分級標(biāo)準(zhǔn)( SL 190- 96) 劃分為 6 個(gè)等級[8].依據(jù)水力侵蝕標(biāo)準(zhǔn),將土地利用、坡度和植被覆蓋度進(jìn)行編碼,生成土壤侵蝕強(qiáng)度分級圖( 圖 4) ,并對各類土壤侵蝕面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)( 表 2) . 　　2 結(jié)果與分析 　　2. 1 土地利用現(xiàn)狀 　　從土地利用類型現(xiàn)狀圖來看,土地利用主要以林地和耕地為主,占總比例的 60. 51% 和 30. 79%,其它用地僅僅 8. 7%.林地主要集中分布于東部和南部地區(qū),而耕地集中分布于西北部地區(qū),其他土地利用類型分布相對較為分散,具體各種土地利用面積和比例狀況( 表 1)

7、 . 　　2. 2 土壤侵蝕程度 　　土壤侵蝕程度分為無明顯侵蝕( 微度侵蝕) 、輕度侵蝕、中度侵蝕、強(qiáng)度侵蝕、極強(qiáng)度侵蝕和劇烈侵蝕共六種.由于無明顯侵蝕是屬于可允許侵蝕范圍之內(nèi),土壤侵蝕包括輕度侵蝕及以上的等級,土壤侵蝕面積達(dá) 1167. 24hm²,占總面積比重為 24. 58%,其中輕度侵蝕面積為 772. 43hm²,占總侵蝕面積比重為 66.17% ,中度侵蝕為 21. 11% ,強(qiáng)度及以上的為 12. 72% .研究區(qū)土壤侵蝕狀況( 表 2) . 　　2. 3 不同土地利用類型的土壤侵蝕狀況 　　利用 ArcGis 9. 3 中 Arctoo

8、lbox 工具中的空間 overlay 分析功能,將土地利用圖與土壤侵蝕圖進(jìn)行空間疊置,對不同土地利用狀況下的土壤侵蝕進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析( 表 3) .從表 3 可以看出不同土地利用類型的土壤侵蝕絕對面積.除極強(qiáng)度侵蝕面積耕地最大外,林地的侵蝕面積均為最大,由林地本身所占的土地利用面積比例最大決定.從絕對面積來看,土地利用類型的面積大小一定程度上與土壤侵蝕面積大小呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系,林地和耕地面積最大,其土壤侵蝕絕對面積也最大. 　　但土壤侵蝕絕對面積只能反映量的大小,不能反映土壤侵蝕程度.為此,采用土壤侵蝕率( 土壤侵蝕面積占該土地利用面積的百分?jǐn)?shù)) 來反映土壤侵蝕程度大小.研究區(qū)平均土壤侵蝕率為

9、24. 58%,其中城鎮(zhèn)村與工礦用地土壤侵蝕率高達(dá) 42. 21%,其次為其他土地( 主要為裸土地) 40. 11%.草地( 39. 85%) 、交通運(yùn)輸用地( 33. 93%) 與耕地( 28. 48%) 的土壤侵蝕率均高于平均土壤侵蝕率.林地( 20. 57%) 、園地( 24. 08%) 和水域及水利設(shè)施用地( 24. 42%) 土壤侵蝕率低于平均土壤侵蝕率( 表 4 和圖 5) . 　　2. 3 不同土地利用類型的土壤侵蝕狀況 　　利用 ArcGis 9. 3 中 Arctoolbox 工具中的空間 overlay 分析功能,將土地利用圖與土壤侵蝕圖進(jìn)行空間疊置,對不同土地利用狀況

10、下的土壤侵蝕進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析( 表 3) .從表 3 可以看出不同土地利用類型的土壤侵蝕絕對面積.除極強(qiáng)度侵蝕面積耕地最大外,林地的侵蝕面積均為最大,由林地本身所占的土地利用面積比例最大決定.從絕對面積來看,土地利用類型的面積大小一定程度上與土壤侵蝕面積大小呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系,林地和耕地面積最大,其土壤侵蝕絕對面積也最大. 　　但土壤侵蝕絕對面積只能反映量的大小,不能反映土壤侵蝕程度.為此,采用土壤侵蝕率( 土壤侵蝕面積占該土地利用面積的百分?jǐn)?shù)) 來反映土壤侵蝕程度大小.研究區(qū)平均土壤侵蝕率為 24. 58%,其中城鎮(zhèn)村與工礦用地土壤侵蝕率高達(dá) 42. 21%,其次為其他土地( 主要為裸土地)

11、40. 11%.草地( 39. 85%) 、交通運(yùn)輸用地( 33. 93%) 與耕地( 28. 48%) 的土壤侵蝕率均高于平均土壤侵蝕率.林地( 20. 57%) 、園地( 24. 08%) 和水域及水利設(shè)施用地( 24. 42%) 土壤侵蝕率低于平均土壤侵蝕率( 表 4 和圖 5) . 　　土壤侵蝕程度能反映土壤侵蝕比重,但不能反映土壤侵蝕的強(qiáng)烈程度,為此引入土壤侵蝕強(qiáng)度綜合指數(shù)來反映不同土地利用類型的土壤侵蝕強(qiáng)度.土壤侵蝕強(qiáng)度綜合指數(shù)是反映土壤侵蝕強(qiáng)度的一個(gè)綜合指標(biāo),選用楊存建等[9]提出的土壤侵蝕綜合指數(shù),該指標(biāo)的大小反映土壤受侵蝕的嚴(yán)重程度,可用土壤侵蝕的綜合指數(shù)( INDEX)

12、來表示,其計(jì)算如下: 　　式中: Wij代表第 i 類第 j 級的土壤侵蝕強(qiáng)度的分級值; Aij代表第 i 類第 j 級的土壤侵蝕強(qiáng)度的面積比重.不同土壤侵蝕類型的不同強(qiáng)度等級的分級值劃分如下: 土壤侵蝕中的輕度、中度、強(qiáng)度、極強(qiáng)和劇烈的分級值分別為 2,4,6,8,10; 分級值越高表示對土壤侵蝕的綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)越大. 　　依據(jù)土壤侵蝕強(qiáng)度綜合指數(shù),計(jì)算出不同土地利用方式的土壤侵蝕綜合強(qiáng)度指數(shù)( 表 5 和圖 6) . 　　式中: Wij代表第 i 類第 j 級的土壤侵蝕強(qiáng)度的分級值; Aij代表第 i 類第 j 級的土壤侵蝕強(qiáng)度的面積比重.不同土壤侵蝕類型的不同強(qiáng)度等級的分級值劃

13、分如下: 土壤侵蝕中的輕度、中度、強(qiáng)度、極強(qiáng)和劇烈的分級值分別為 2,4,6,8,10; 分級值越高表示對土壤侵蝕的綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)越大. 　　依據(jù)土壤侵蝕強(qiáng)度綜合指數(shù),計(jì)算出不同土地利用方式的土壤侵蝕綜合強(qiáng)度指數(shù)( 表 5 和圖 6) .和 1. 08.土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)最小的的為林地,僅僅為 0. 58,與林地土壤侵蝕率及土壤侵蝕強(qiáng)度較低均相關(guān).土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)與土壤侵蝕率和強(qiáng)度存在相關(guān)關(guān)系.對圖 5 和圖 6 進(jìn)行比較,也可以發(fā)現(xiàn)土壤侵蝕率與土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)大致相同,但部分存在差異,如城鎮(zhèn)村與工礦用地的土壤侵蝕率最高,但土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)僅僅排第三.土壤侵蝕強(qiáng)度更能反映土壤侵蝕狀況及強(qiáng)度.

14、 　　3 討論 　　基于亞熱帶山地的較高植被覆蓋度( 58. 38%) 和山地土地利用( 以林地為主 60. 51%) ,以亞熱帶山地土地利用與土壤侵蝕關(guān)系為研究切入點(diǎn),從土壤侵蝕率與土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)分析不同土地利用類型的土壤侵蝕狀況.研究區(qū)平均土壤侵蝕率為 24. 58%,不同土地利用類型的土壤侵蝕率大小: 城鎮(zhèn)村與工礦用地 > 其他土地 > 草地 > 交通運(yùn)輸用地 > 耕地 > 水域及水利設(shè)施用地 > 園地 > 林地,不同土地利用類型對地表面擾動(dòng)不同,是造成植被覆蓋度差異的重要因素,植被覆蓋度是決定土壤侵蝕強(qiáng)弱的重要因素.不同土地利用類型的土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)大小: 其他土地 > 草地 >

15、城鎮(zhèn)村與工礦用地 > 水域及水利設(shè)施用地> 耕地 > 交通運(yùn)輸用地 > 園地 > 林地,土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)更能反映土壤侵蝕的強(qiáng)烈程度.土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)與土壤侵蝕率和強(qiáng)度存在正相關(guān)關(guān)系. 　　亞熱帶山地土地利用與土壤侵蝕研究,盡管在野外勘查的基礎(chǔ)上,結(jié)合 GIS 與 RS 技術(shù)進(jìn)行土地利用與土壤侵蝕提取與統(tǒng)計(jì),但在具體確定土壤侵蝕強(qiáng)度時(shí),顯得理由還不夠充分,還是以定性為主.因此應(yīng)增加定量檢測土壤侵蝕方面的數(shù)據(jù).因此建立適合亞熱帶山區(qū)不同尺度的土壤侵蝕模型,是實(shí)現(xiàn)土壤侵蝕定量化的前提和基礎(chǔ).野外勘查過程中,發(fā)現(xiàn)亞熱帶山區(qū)部分種植純桉樹等樹種.純桉林林下草灌退化,僅剩心土,形成"遠(yuǎn)看青山在,近看水土

16、流"的空中綠化現(xiàn)象,雖植被覆蓋度高,但林下水土流失較為嚴(yán)重.空中綠化現(xiàn)象是分析土壤侵蝕時(shí)值得進(jìn)一步思考的問題. 　　亞熱帶山區(qū)土壤侵蝕率與土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)較高,提出應(yīng)優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu),發(fā)展以林業(yè)為基礎(chǔ)的大農(nóng)業(yè),充分利于山區(qū)的優(yōu)勢,選擇合適的土地利用/覆被類型,開展多種經(jīng)營,加大水土保持的力度,建設(shè)生態(tài)文明. 　　4 結(jié)論 　　以多種信息源為基礎(chǔ),利用 GIS 和 RS 技術(shù),了解土壤侵蝕強(qiáng)度及分布特征,并通過與土地利用類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析,得出不同土地利用類型的土壤侵蝕強(qiáng)度與分布特征. 　　( 1) 土地利用以高覆度的林地為主,土壤侵蝕率 24. 58%,按照侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn),侵

17、蝕強(qiáng)度以輕度為主,占總侵蝕面積的 66. 17%.林地和耕地土壤侵蝕面積最大,這與其本身所占比重大相關(guān),并不能反映有林地和耕地的土壤侵蝕強(qiáng)度. 　　( 2) 選用土壤侵蝕率與土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)作為土壤侵蝕強(qiáng)度大小的指標(biāo).不同土地利用類型的土壤侵蝕率: 城鎮(zhèn)村與工礦用地 > 其他土地 > 草地 > 交通運(yùn)輸用地 > 耕地 > 水域及水利設(shè)施用地 > 園地 > 林地.土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)大小: 其他土地 > 草地 > 城鎮(zhèn)村與工礦用地 > 水域及水利設(shè)施用地 > 耕地 > 交通運(yùn)輸用地 > 園地 > 林地.土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)與土壤侵蝕率和強(qiáng)度存在正相關(guān)關(guān)系,但土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)更能反映土壤侵蝕的強(qiáng)烈程度.

18、 　　( 3) 土地利用/覆被是造成土壤侵蝕的重要原因之一,優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)是土壤侵蝕的治理的重要途徑.針對土壤侵蝕率與土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù)較大,應(yīng)加強(qiáng)粵北山區(qū)水土流失治理力度和治理強(qiáng)度,必須遏制邊治理、邊破壞的情況發(fā)生,加大水土保持監(jiān)督力度. 　　參考文獻(xiàn) 　　[1]查軒,唐克麗,張科利,等. 植被對土壤特性及土壤侵蝕的影響研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào),1992,6( 2) : 52 ~58. 　　[2]陳世發(fā),查軒. 紅壤典型小流域土壤侵蝕與地形高度關(guān)系研究[J]. 韶關(guān)學(xué)院學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版) ,2010,31( 6) : 74 ~78. 　　[3]查軒,黃少燕,陳世發(fā). 退化紅壤地

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