王剑,徐 美,曾和平,刘 伟,叶 霞

（1.沧州师范学院,河北 沧州061001;2.昆明理工大学,昆明 650093）

土壤侵蚀是指土壤及其母质在水力、风力、冻融重力等外营力的作用下,被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程[1]。土壤侵蚀作为全球几大环境问题之一,已成为全球性的公害,严重威胁着人类的生存与发展,成为各国普遍关注的热点问题之一。早期的土壤侵蚀监测是通过人工进行的土壤侵蚀调查。近年来,遥感技术以其高效、准确、覆盖范围大的优势,GIS以其强大的空间处理能力和分析能力,为土壤侵蚀的研究提供了强大的技术支撑。贾俊姝等[2]利用GIS和遥感技术,以辽宁省为例,提出土壤侵蚀强度危险指数,对不同土地利用类型和市县土壤侵蚀强度空间分布进行了定量分析,实现了对辽宁省土壤侵蚀程度分级张有全等[3]以北京密云水库周边区域为例,利用遥感、GIS技术提取土壤侵蚀敏感性因子信息,在GIS、。系统支持下,运用主成分分析方法,进行土壤侵蚀强度分级。可见,遥感和GIS作为两大技术工具,在土壤侵蚀的调查和监测中,结合已日益普遍。

本研究在遥感和GIS技术支持下,以研究区遥感影像为主要信息源,调查研究漾濞江流域土壤侵蚀总体状况,以期为整个研究区土壤侵蚀防治、合理规划和利用土地资源及生态建设提供依据。

1 研究区概况

漾濞江流域属于澜沧江水系,其流域面积达到4 353 km2,主要包括漾濞县、洱源县、剑川县三县部分地区。研究区兼有滇西高原河谷和滇西北高山峡谷的地貌特征,其中漾濞县地处点苍山西侧,属褶皱构造地质,地势北高南低,地貌属于横断山系切割山地峡谷区;洱源县地处“红河大断裂带”的西侧,大地形是新生代喜马拉雅山运动形成的褶皱带,地貌类型较复杂;剑川县地处横断山脉云岭南段延伸部,多为崇山峻岭,地势西北高东南低,地貌类型复杂多样,其中在石宝山有奇特的丹霞地貌。由于地处低纬高原,在低纬度高海拔地理条件综合影响下,形成了低纬高原季风气候,具有四季温差小、干湿季分明、光照充足、垂直差异显著的气候特点。植被和土壤的垂直分带比较明显,土壤主要以棕壤、红壤、紫色土等土壤类型为主;植被类型主要包括常绿阔叶林、落叶阔叶林、云南松林、华山松林等。近年来,农业生产条件逐步完善,工业经济得到了很快发展,土地利用状况发生了明显的变化,同时随着国家相关政策的实施,水土保持生态建设步伐明显加快,水土流失恶化趋势得到初步控制,土壤侵蚀状况发生了明显变化。

2 研究方法

2.1 资料收集

遥感影像选用1990年的TM影像和2001年的ETM影像,分辨率为30 m。常规资料主要包括:研究区1∶10万地形图、1∶5万DEM 图、来源于地方政府部门的行政区划图、部分县原有的土地利用现状图、土壤侵蚀图等图件资料以及野外土地利用调查所获得的GPS点数据(以备解译和检验精度使用)。

2.2 数据预处理

以遥感处理软件(ERDAS IMAGINE)为处理平台,采用视窗采点模式,校正方程采用2次多项式,重采样采用最邻近内插法,对遥感影像进行几何校正,误差控制在1.5个像元以内,然后进行镶嵌、融合、增强、裁剪等处理,确定遥感解译影像,采用多步骤分类法,通过影像分层、监督分类和图层合并等步骤,进而生成研究区1990年和2001年1∶10万土地利用现状图[4-6]。

利用ARCVIEW软件将DEM图转为等高线图层,转为SHAPEFILE格式,再利用ARCINFO软件将其转为COVERAGE格式,并建立拓扑,然后通过ARCTIN 、TINLAT TICE、LAT TICEPOLY 等相关命令,参照中华人民共和国行业标准SL190-2007,将坡度分为六级 ,按 ≤5°、5°～8°、8°～ 15°、15°～ 25°、25°～ 35°、＞35°分级,生成研究区坡度图。

利用ERDAS软件,对两期影像进行NDVI提取,通过Modeler模块生成植被盖度栅格数据,参照中华人民共和国行业标准SL190-2007,将植被盖度分为五级,按≤30%、30%～45%、45%～60%、60%～75%、＞75%分级,生成研究区的1990年、2001年植被盖度图。

2.3 土壤侵蚀强度等级确定

本研究参照中华人民共和国水利行业标准《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190-2007)规定的水力侵蚀强度分级判别模型,并在此基础上增加了微度侵蚀类型,确定了土壤侵蚀强度分级指标,将土壤侵蚀强度分为6级:微度、轻度、中度、强烈、极强烈、剧烈。在ArcGIS软件中,将土地利用图、植被覆盖度图、坡度图进行空间叠加,打开其属性表,通过查询功能确定各斑块的土壤侵蚀强度等级,最后进行斑块间的同类合并,获得研究区1990年和2001年土壤侵蚀强度等级分布图(图1)。

图1 漾濞江流域1990年,2001年土壤侵蚀强度等级分布图

2.4 土壤侵蚀量估算

土壤侵蚀量是指某一地区年流失土壤总量。杨子生等[7-8]在对金沙江流域的土壤侵蚀变化研究结合我国水利部制定的《土壤侵蚀分类分级标准》,制定出适合于该流域的土壤侵蚀强度分级标准,本研究参考其土壤侵蚀研究的计算方法,制定了本研究区的土壤侵蚀强度分级标准(表1)。

表1 土壤侵蚀强度分级标准

3 结果与分析

3.1 土壤侵蚀面积变化

对1990年和2001年的土壤侵蚀强度等级分布图(图1)进行统计得到表2,从中可看出:1990-2001年,轻度以上的土壤侵蚀面积从275 867.24 hm2减少到247 282.09 hm2;轻度以上的各土壤侵蚀强度面积随着土壤侵蚀强度等级的增加,侵蚀面积依次递减:轻度侵蚀＞中度侵蚀＞强烈侵蚀＞极强烈侵蚀＞剧烈侵蚀;从所占的面积比例来看,微度侵蚀、轻度侵蚀和中度侵蚀构成研究区主要的侵蚀强度类型,1999年、2001年其面积分别占到整个研究区的95.285%、95.364%。

表2 漾濞江流域1990年、2001年土壤侵蚀强度面积变化

3.2 土壤侵蚀强度变化

(1)土壤侵蚀强度总体变化。对照表2,从土壤侵蚀面积变化绝对量来说,微度侵蚀和轻度侵蚀变化最明显,微度侵蚀面积增加28 585.14 hm2,轻度侵蚀面积减少了28 247.35 hm2,中度侵蚀、极强烈侵蚀和剧烈侵蚀呈现不同程度的净增加;从土壤侵蚀面积变化比例绝对值来看,微度侵蚀＞轻度侵蚀＞剧烈侵蚀＞强烈侵蚀＞极强烈侵蚀＞中度侵蚀,其中微度侵蚀、轻度侵蚀和剧烈侵蚀变化比例较大;尽管剧烈侵蚀变化比例较大,但变化的绝对量较小,只有10.66 hm2,1990年和2001年占有量分别只有93.12 hm2和103.77 hm2,只占到整个研究区的0.021%和0.024%。

(2)不同等级土壤侵蚀强度间转化。在 ARC/INFO中将1990年和2001年土壤侵蚀现状图层进行叠加,得到土壤侵蚀强度间的转化情况,对不同转化类型所对应的面积进行排序,如表3所示,确定整个研究区主导土壤侵蚀强度转化类型。

表3 漾濞江流域1990-2001年土壤侵蚀强度转化类型与面积

从表3看出,发生转化的面积达到153 247.77 hm2,占整个研究区总面积的35.205%;从各个类型间的转化情况来看,主要是微度侵蚀、轻度侵蚀和中度侵蚀间的转化,共占到研究区总面积的30.028%,构成了整个研究区侵蚀强度转化的主要类型,其中轻度侵蚀转化为微度侵蚀的面积占到了12.725%。

3.3 土壤侵蚀量变化

依据表1,对1990年和2001年研究区土壤侵蚀 量进行了估算(表4)。

表4 漾濞江流域1990年、2001年土壤侵蚀强度的土壤侵蚀量和侵蚀模数

从总体水平来看:整个研究区侵蚀量和侵蚀模数都在减小,侵蚀量由1990年的7 967 560.11 t减少到2001年的 7 526 463.32 t,侵蚀模数由 1 830.37 t/(km2◦a)降低到1 729.04 t/(km2◦a);对照表1,可以看出整个研究区1990年和2001年土壤侵蚀强度等级均为轻度侵蚀,年平均侵蚀模数均介于500～2 500 t/(km2◦a),总体上并不严重;从单个的侵蚀强度等级来看:无论1990年还是2001年,除微度侵蚀外,各等级土壤侵蚀量均随着侵蚀强度等级的增加而减少;轻度侵蚀、中度侵蚀和强烈侵蚀构成了整个研究区侵蚀量的主要来源,其中1990年占到总侵蚀量的90.028%,2001年占到总侵蚀量的88.208%。

利用GIS软件,将研究区两期土地利用图和土壤侵蚀图叠加,分别统计1990年、2001年耕地、林地、草地土壤侵蚀强度等级面积分布情况,并依据表1计算耕地、林地、草地的土壤侵蚀模数,发现林地、草地侵蚀模数均介于500～2 500 t/(km2◦a),侵蚀模数在减小,属于轻度侵蚀;耕地的侵蚀模数介于2 500～5 000 t/(km2◦a),侵蚀模数在增加,分别为3 247.42,3 288.11 t/(km2◦a),属于中度侵蚀,鉴于此,必须将耕地侵蚀治理放在首位,积极实施“坡改梯”工程,尤其在经济效益低下的坡耕地区实施退耕还林(草)工程显得非常重要。

4 结论

(1)1990-2001年,整个研究区轻度以上的土壤侵蚀面积、总侵蚀模数、总侵蚀量,均呈现出减小的趋势,这表明整个研究区土壤侵蚀状况总体上朝着良性方向发展,水土保持措施和生态建设的水保效益已初见成效,土壤侵蚀的治理工作已经取得了一定的进展。

(2)从1990年和2001年单年的年变化来看,轻度以上的各土壤侵蚀强度等级的面积和各自所产生的侵蚀量均随着侵蚀强度的增加而逐渐减小,呈现出:轻度侵蚀＞中度侵蚀＞强度侵蚀＞极强度侵蚀＞剧烈侵蚀的关系;从各土壤侵蚀强度类型所占的面积比例来看,微度侵蚀、轻度侵蚀和中度侵蚀是研究区主要的侵蚀强度类型;从各等级侵蚀强度所产生侵蚀量来看,轻度侵蚀、中度侵蚀和强度侵蚀是研究区主要的侵蚀强度类型。

(3)整个研究区的土壤侵蚀并不是十分严重,年平均侵蚀模数为轻度侵蚀。整个研究区1990年轻度侵蚀和中度侵蚀所产生的侵蚀量占到总侵蚀量的75.46%,2001年轻度侵蚀和中度侵蚀所产生的侵蚀量占到研究区总侵蚀量的73.13%,从水土保持的角度出发,目前要加快轻度侵蚀和中度侵蚀的治理工作,尤其耕地侵蚀的控制工作。

[1]王礼先.水土保持学[M].北京:中国林业出版社,1995.

[2]贾俊姝,计文琦,周心澄,等.基于GIS和 RS技术的辽宁省土壤侵蚀强度空间分析[J].西北林学院学报,2009,24(4):46-49.

[3]张有全,宫辉力,赵文吉.基于遥感与GIS的土壤侵蚀强度快速估测方法[J]生态学报,2007,16(1):102-107.

[4]樊红,詹小国.ARC/INFO应用与开发技术[M].武昌:武汉大学出版社,1995.

[5]樊红,翟建军.ARCVIEW GIS应用与开发技术[M].武昌:武汉大学出版社,2003.

[6]党安荣,王晓栋,陈晓峰,等.ERDAS IMAGINE遥感图像处理方法[M].北京:清华大学出版社,1995.

[7]杨子生,贺一梅,李云辉,等.近40年来金沙江南岸干热河谷区的土地利用变化及其土壤侵蚀治理研究:以云南宾川县为例[J].地理科学进展,2004,23(2):16-26.

[8]杨子生,刘彦随,Liang Luohui,等.金沙江下游近40年来土壤侵蚀变化:以云南彝良为例[J].山地学报,2005,23(2):144-152.