黃土高原上黃小流域土地利用類(lèi)型的坡度分析

劉德林,李壁成

（1.河南理工大學(xué)應(yīng)急管理學(xué)院,河南焦作454003;2.中國(guó)科學(xué)院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心,陜西楊陵 712100）

為從根本上改善我國(guó)日益惡化的生態(tài)環(huán)境,減輕旱澇及水土流失等自然災(zāi)害的危害,黨中央和國(guó)務(wù)院從20世紀(jì)90年代末開(kāi)始,決定對(duì)25°以上的坡耕地實(shí)施大規(guī)模退耕還林工程[1]。位于黃土高原寧南山區(qū)的上黃試區(qū)也從2002年開(kāi)始執(zhí)行此政策。上黃試區(qū)的坡耕地主要是以雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)為主,受干旱氣候的影響,盡管農(nóng)作物產(chǎn)量較低,但由于人口的不斷增加,荒坡被開(kāi)墾的范圍和坡度進(jìn)一步擴(kuò)大,從而造成嚴(yán)重的水土流失[2-3]。在黃土高原小流域中,坡度是影響水土流失的一個(gè)重要地形因子,土壤的抗沖蝕能力隨坡度的不同而出現(xiàn)較大差別[4-5]。因此,坡地的退耕還林還草成為減少水土流失的必要途徑。

以試區(qū)1∶1萬(wàn)DEM和1982-2008年土地利用數(shù)據(jù)為信息源,運(yùn)用GIS技術(shù)提取土地利用類(lèi)型的坡度組成數(shù)據(jù),研究土地利用類(lèi)型的坡度組成狀況及演變趨勢(shì),以期為試區(qū)退耕還林還草政策的實(shí)施提供參考。

1 研究區(qū)概況

上黃小流域位于寧夏南部固原市河川鄉(xiāng)內(nèi),地處黃土高原西部寬谷丘陵溝壑區(qū),地理坐標(biāo)為東經(jīng)106°26′-106°30′,北緯 35°59′-36°02′。試區(qū)南北長(zhǎng)約3 844 m,東西寬約3 758 m,土地總面積約8.01 km2。區(qū)內(nèi)土壤多為黃土母質(zhì)上發(fā)育的黃綿土和黑壚土,土壤貧瘠。多年平均氣溫和降水量分別為6.9℃和419.1 mm,干燥度1.55～2.0,屬溫帶半干旱氣候區(qū)。試區(qū)梁峁起伏,溝壑縱橫,水土流失嚴(yán)重,海拔高度在1 534.3～1 822.0 m。植被類(lèi)型主要包括人工灌木林、天然草地、人工草地三大類(lèi)型。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

所用信息源包括DEM和1982-2008年土地利用數(shù)據(jù)。其中,數(shù)字高程模型由下述方法生成:首先,利用上黃試區(qū)1∶1萬(wàn)地形圖生成試區(qū)DEM(附圖1);其次,利用Arcview 3.2提取試區(qū)坡度,并根據(jù)試區(qū)實(shí)際情況對(duì)地形坡度進(jìn)行重分類(lèi),得到試區(qū)坡度圖;最后,對(duì)其進(jìn)行重采樣,生成5 m分辨率的柵格坡度圖(附圖7)。土地利用數(shù)據(jù)采用一級(jí)分類(lèi)體系,將上黃試區(qū)的土地利用劃分為7種類(lèi)型,即耕地、園地、灌木林地、草地、建設(shè)用地、水域和未利用地。

2.2 地形坡度分級(jí)

黃土高原寧南山區(qū)的土壤侵蝕多以面蝕和溝蝕為主。根據(jù)試區(qū)多年實(shí)驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合試區(qū)實(shí)際情況,將試區(qū)地面坡度分為 0°～3°、3°～ 5°、5°～ 10°、10°～ 15°、15°～25°和＞25°六個(gè)等級(jí)(附圖8)。其中,按照國(guó)家退耕還林還草的政策,＞25°的坡地是須退耕的土地。

2.3 不同土地利用類(lèi)型坡度提取

首先,將土地利用類(lèi)型柵格數(shù)據(jù)輸入Arcview 3.2軟件,分別提取各土地利用類(lèi)型;其次,將提取的單個(gè)土地利用類(lèi)型和數(shù)字坡度模型進(jìn)行疊加分析,獲取單個(gè)土地利用類(lèi)型的坡度組成圖;最后,在數(shù)據(jù)庫(kù)的屬性表中對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。不同坡度下土地利用類(lèi)型面積提取和計(jì)算的具體操作步驟可參考文獻(xiàn)[6]。

3 結(jié)果與分析

3.1 上黃試區(qū)土地利用類(lèi)型的坡度分析

從試區(qū)主要土地利用類(lèi)型在不同坡度中所占的面積和百分比(表1)分布情況可知,試區(qū)耕地大部分分布在25°以下。其中,分布在 0°～3°的耕地面積最大,為37.71 hm2,占耕地面積的28.93%;其次為分布在15°～25°的耕地,接近耕地總面積的20%;試區(qū)15°以下的耕地面積占到耕地總面積的75.40%;而大于25°的耕地面積僅占耕地總面積的5.23%。根據(jù)25°以上的坡耕地需進(jìn)行退耕還林還草的政策,本試區(qū)仍有約6.81 hm2的土地需要退耕還林還草,但該面積還占不到全試區(qū)總面積的1%,這說(shuō)明該試區(qū)基本完成國(guó)家退耕還林還草任務(wù)的要求。

表1 上黃試區(qū)土地利用類(lèi)型坡度組成

試區(qū)的果園主要分布在地勢(shì)平坦、交通便利、水肥條件較好的臺(tái)地(0°～3°),該坡度下的果園面積占果園總面積的64.34%;林地主要分布在大于10°的土地上,其中以15°～25°為面積最大,占林地總面積的35.37%;而草地和未利用地分別有56.64%和69.15%分布在25°以上的陡坡地上。從水土保持的角度看,2008年上述土地利用類(lèi)型在坡度上的分布均體現(xiàn)了因地制宜,合理配置資源的原則,在地形上的分布趨于合理。

3.2 上黃試區(qū)不同坡度土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)變化分析

3.2.1 不同坡度下耕地面積的動(dòng)態(tài)變化 從表2可知,上黃試區(qū)耕地總面積在1995年以前變化不大,1995年銳增,而在2008年迅速減少。從耕地面積的各坡度分布來(lái)看,1995年增加主要集中在10°～25°,與1982年相比共增加了 81.45 hm2。其中,15°～25°增加面積最大,為54.97 hm2,增加了77.47%,其次為10°～15°的坡耕地,其它坡度的耕地也均有不同程度的增加,這主要是因?yàn)樵噮^(qū)人口增加所引起的;1995年各坡度的耕地與 2002年退耕前變化不大;2002年退耕政策執(zhí)行后,各坡度的耕地均明顯減少,從2002年的407 hm2減少到2008年的130.35 hm2。其中,10°以上耕地的減少主要是用于退耕還林還草。

表2 上黃試區(qū)1982-2008年耕地在不同坡度的面積分布 hm2

3.2.2 不同坡度下林地和草地面積的動(dòng)態(tài)變化 從表3可以看出,試區(qū)林地面積在1982-2008年這段時(shí)間內(nèi)一直呈遞增趨勢(shì),在 2008年達(dá)到最大,為539.22 hm2,占試區(qū)總面積的66.87%。從林地不同坡度的面積變化來(lái)看,不同坡度的林地面積變化趨勢(shì)與林地總面積變化趨勢(shì)相同。同時(shí),還可以看出,不同時(shí)期的林地面積主要分布在15°以上的坡地。其中,除1982年外,其他年份均以25°以上坡地為最多,依次分別占林地總面積的 39.00%、38.09%、46.60%、42.43%和 23.02%,其次為 10°～ 15°坡地 ,10°以下林地面積所占比例很少。

而草地總面積及其在不同坡度上的面積分布變化趨勢(shì)與林地相反(表3),呈現(xiàn)持續(xù)減少趨勢(shì)。而不同時(shí)期的草地面積在不同坡度上的分布狀況與林地相同,即以25°以上坡地為最多;15°～25°坡地的草地面積次之。

表3 上黃試區(qū)1982-2008年林地在不同坡度的面積分布 hm2

4 結(jié)論

退耕還林還草是西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的一項(xiàng)重要措施,也是我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。退耕還林還草中急需掌握地面坡度與土地利用,特別是與耕地分布狀況之間的關(guān)系。通過(guò)對(duì)不同坡度下各土地利用類(lèi)型的面積變化及其 2008年的現(xiàn)狀分析發(fā)現(xiàn):

(1)上黃試區(qū)各土地利用類(lèi)型的坡度分布較為合理,基本體現(xiàn)了因地制宜,合理配置資源的原則。

(2)從退耕還林還草的政策執(zhí)行情況看,試區(qū)仍有約6.81 hm2的土地需要退耕還林還草,但該面積還占不到全試區(qū)總面積的1%,基本完成國(guó)家退耕還林還草任務(wù)的要求。

(3)近30 a來(lái),上黃試區(qū)土地利用發(fā)生了劇烈的變化:耕地面積呈先增加后減少的變化趨勢(shì);林地面積則呈持續(xù)增加的趨勢(shì);而草地面積則呈持續(xù)減少的趨勢(shì)。

[1]張金池,莊家堯,林杰.不同土地利用類(lèi)型土壤侵蝕量的坡度效應(yīng)[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2004,2(3):6-10.

[2]傅伯杰,邱楊,王軍,等.黃土丘陵小流域土地利用變化對(duì)水土流失的影響[J].地理學(xué)報(bào),2002,57(6):717-722.

[3]唐克麗.黃土高原土壤侵蝕區(qū)域特征及其治理途徑[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,1990.

[4]黃志霖,傅伯杰,陳利頂.黃土丘陵區(qū)不同坡度、土地利用類(lèi)型與降水變化的水土流失分異[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2005,3(4):11-18.

[5]劉青泉,陳力,李家春.坡度對(duì)坡面土壤侵蝕的影響分析[J].應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué),2001,22(5):449-57.

[6]湯國(guó)安,陳正江,趙牡丹,等.ArcView地理信息系統(tǒng)空間分析方法[M].北京:科學(xué)出版社,2002:179-185.