基于GIS的饶河县土壤侵蚀动态变化研究

2014-04-03史彦林

中国水土保持 2014年10期

史彦林

(黑龙江省水土保持科学研究所，黑龙江哈尔滨 150070)

三江平原位于黑龙江省东部，是东北黑土区的重要组成部分，也是国家重要的商品粮基地[1]。由于长期毁林毁草开荒，原有的森林、灌丛、草甸、湿地等天然植被遭到严重破坏，加之长期从事单一的粮食生产，掠夺式经营、重开发轻管理等导致地表覆被状况发生明显改变，土地退化、水土流失等现象日益严重，土地生产力下降，农业生态环境日趋恶化[2]。本研究以饶河县为研究区，借助GIS平台和通用土壤流失方程(USLE)，以TM影像为主要数据源分析研究区土壤侵蚀的时空变化及土地利用与土壤侵蚀的关系，以期能为东北黑土区水土流失综合防治、水土资源合理开发提供参考。

1 研究区概况

饶河县位于黑龙江省东北边陲、乌苏里江中下游，与俄罗斯隔江相望，地理坐标为N46°30′44″—47°34′26″、E133°07′26″—134°20′16″，南部与完达山脉相环抱，北部与三江平原相依托，东部和北部为平原区，西部和南部为山地丘陵区，地形由西南向东北倾斜。饶河县属中温带季风气候区，年均气温2.8 ℃，年均降水量553.2 mm，降雨集中在6—9月，年均风速3.4 m/s，土壤主要有暗棕壤、白浆土、草甸土、沼泽土、泥炭土、水稻土等[3]。

2 研究方法

(1)以1995、2005年两期Landsat/TM遥感影像(30 m分辨率)为主要数据源，结合饶河县地形图(1 ∶5万比例尺)及土壤、降水资料等，在GIS平台下建立通用土壤流失方程(USLE)中各因子栅格图，对各因子进行叠加分析获取土壤侵蚀量，再对土壤侵蚀量栅格图进行分类分级，得到土壤侵蚀分级图[4]。

(2)通过野外定位定点观测，掌握TM影像特征的基本规律，找出遥感影像与地理要素指标之间的对应关系，建立遥感判读标志，对TM影像进行目视解译，获取土地利用情况，将土地利用类型分为耕地、林地、草地、水域、城乡工矿居民用地、未利用地6大类[5-7]。

(3)将土地利用和土壤侵蚀数据分别进行归一化处理，得到1995—2005年研究区土地利用变化图层、土壤侵蚀变化图层，分析土地利用和土壤侵蚀变化，得到各种土地利用类型的土壤侵蚀数据，土地利用和土壤侵蚀变化矩阵，进而分析土壤侵蚀的变化情况[2]。饶河县土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主，土壤侵蚀强度分级参考《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)[8]。

3 结果分析

3.1 土壤侵蚀变化

采用上述研究方法，得到1995—2005年饶河县土壤侵蚀动态变化情况，见表1。由表1知，1995、2005年研究区土壤侵蚀强度均呈微度、轻度、中度、强烈4个等级，由于微度侵蚀侵蚀量轻微，因此主要分析轻度及以上侵蚀面积的分布情况。1995年饶河县轻度及以上土壤侵蚀面积529.13 km2，其中轻度侵蚀面积400.74 km2、中度侵蚀43.51 km2、强烈侵蚀84.88 km2；2005年轻度及以上土壤侵蚀面积867.41 km2，比1995年增加了338.28 km2，其中轻度侵蚀增加195.79 km2、中度侵蚀增加59.77 km2、强烈侵蚀增加82.72 km2。各侵蚀强度面积的增加部分主要来源于微度侵蚀区域，由于毁林开荒破坏了植被，研究区有512.70 km2微度侵蚀区域转变为轻度侵蚀，52.07 km2转化为中度侵蚀，86.70 km2转化为强烈侵蚀。同时由于实施了生态治理工程，有313.19 km2轻度侵蚀土地土壤侵蚀量降低到容许范围[200 t/(km2·a)]内，转化为微度侵蚀。

表1 1995—2005年饶河县土壤侵蚀动态变化

3.2 土地利用变化

1995、2005年研究区土地利用变化矩阵见表2。相比1995年，2005年研究区各类土地利用类型中耕地、林地面积变化量最大，耕地增加了293.26 km2，林地减少了293.05 km2；其次是草地和水域面积，分别增加了54.11、27.80 km2；城乡工矿居民用地变化量最小，减少了1.82 km2。由表2知，研究区土地利用类型以耕地和林地为主，10年间由于破坏植被、毁林开荒现象严重，林地面积的大量减少直接导致森林覆盖率和水土保持功能的降低，其减少的面积主要转变为耕地和草地；耕地面积的增加部分来源于林地、未利用地、草地、水域等，以林地和未利用地转换为耕地的面积最大，分别为202.00、85.15 km2，而耕地面积的增加导致大量地表季节性覆盖，尤其是作物收割后的裸露期水土流失明显加剧。

表2 1995、2005年研究区土地利用变化矩阵 km2

3.3 土壤侵蚀与土地利用的关系

在GIS中对土地利用和土壤侵蚀数据进行叠加处理，得到1995、2005年研究区不同土地利用类型的土壤侵蚀数据，见表3、4。1995—2005年，研究区耕地区域土壤侵蚀面积增加最为明显，轻度及以上土壤侵蚀面积由1995年的135.06 km2增加到2005年的654.41 km2；林地区域侵蚀面积总体上有所减少，但是中度、强烈侵蚀呈增加趋势，增加部分主要分布在疏林地区域；草地区域轻度侵蚀面积略有减少，但中度、强烈侵蚀呈增加趋势。由表4、5知，研究区草地区域轻度及以上土壤侵蚀面积最小，耕地区域轻度及以上侵蚀面积最大，从大到小排序依次为耕地>林地>未利用地>草地，说明耕地更容易发生土壤侵蚀；此外，土壤侵蚀面积与各种土地利用类型面积大小也有重要的关系，林地和耕地是研究区主要的土地类型，因此其对土壤侵蚀的贡献也较大。

3.4 土壤侵蚀的空间分布

饶河县辖4镇、5乡、5个国营农场，地势东北部较低，向西南逐渐升高，北部农场耕地居多，南部以林地为主，林草覆盖度相对较高。根据各主要农场、乡镇土壤侵蚀变化情况(表5)，1995年土壤侵蚀主要分布在县域北部的八五九农场、胜利农场等区域，其中八五九农场轻度及以上土壤侵蚀面积136.19 km2，占全县轻度及以上土壤侵蚀面积的25.74%，胜利农场轻度及以上土壤侵蚀面积227.5 km2，占全县轻度及以上土壤侵蚀面积的43%。相比1995年，2005年研究区土壤侵蚀面积明显增大，尤其是在中部的挠力河沿线，比如大佳河乡、山里乡、西丰镇等乡镇，开荒种地现象严重，使湿地资源遭到严重破坏，水土流失加剧；而在北部地区由于八五九农场、胜利农场等改变经营方式，土地利用逐渐合理，因此水土流失状况有所缓解，侵蚀量有所减少。