安徽省岳西縣土壤侵蝕時(shí)空演變特征及趨勢(shì)預(yù)測(cè)

郝李霞，程先富，張廣勝

（1.皖西學(xué)院 資源環(huán)境與旅游管理學(xué)院，安徽 六安 237012；2.安徽師范大學(xué) 國(guó)土資源與旅游學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

土壤侵蝕不僅嚴(yán)重地破壞以土地資源為主的自然資源，而且還會(huì)造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，對(duì)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成極大的威脅［1－4］。岳西縣位于皖西南邊陲，大別山腹地，跨江淮分水嶺。由于自然因素與人為因素的雙重作用，岳西縣水土流失極為嚴(yán)重，成為長(zhǎng)江流域13個(gè)重點(diǎn)水土流失縣之一。岳西縣要實(shí)現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，必須要加大力度治理水土流失。研究岳西縣土壤侵蝕時(shí)空演變規(guī)律可以為該縣水土保持部門進(jìn)行水土保持規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)和決策支持［5－13］，對(duì)該縣環(huán)境及經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展起到積極作用。

1 研究區(qū)概況

岳西縣位于北緯30°29′－31°11′，東經(jīng)115°50′－116°33′。全縣境內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、斷層較多。巖石以花崗片麻巖為主，顆粒粗、多斷層、易風(fēng)化，成為水土流失中的主要砂礫質(zhì)來源。縣內(nèi)地貌呈中低山景觀，地形的主要特點(diǎn)是垂直高差大。岳西縣屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，總體氣候特征:氣候溫涼，光照較足，雨量充沛，濕度較大，四季分明，雨熱同期。由于降水在時(shí)空上分布不均，降水主要集中在汛期，并且暴雨多、雨強(qiáng)大。地形上山高坡陡，河道多為源頭段，匯流時(shí)間短，大雨水滿河，無(wú)雨水?dāng)嗔?。所以這是形成岳西縣水旱災(zāi)害頻發(fā)的重要原因。岳西土壤因受母質(zhì)巖性影響，顆粒較粗，質(zhì)地偏砂，黏粒含量少。岳西縣為亞熱帶常綠闊葉林向暖溫帶常綠闊葉混交林過渡地帶，具有兩個(gè)植被系的特點(diǎn)。

2 研究方法及數(shù)據(jù)資料

2.1 研究方法

本研究以岳西縣1958年、1983年、1992年及2004年4個(gè)時(shí)期的土壤侵蝕圖為基礎(chǔ)，建立空間和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，生成用于分析的矢量圖像。其中2004年的土壤侵蝕圖是由遙感影像解譯而來。利用ARCGIS軟件的空間分析功能，統(tǒng)計(jì)分析功能，對(duì)不同時(shí)期的土壤侵蝕圖層進(jìn)行疊加分析反映不同時(shí)期土壤侵蝕類型之間的相互轉(zhuǎn)化狀況，不同侵蝕類型等級(jí)的變化及其面積變化狀況；利用馬爾柯夫模型預(yù)測(cè)岳西縣土壤侵蝕的演變趨勢(shì)。根據(jù)1992年與2004年土壤侵蝕圖疊加獲取不同侵蝕類型之間的面積相互轉(zhuǎn)化狀況，確定相應(yīng)的侵蝕類型之間相互轉(zhuǎn)化的初始轉(zhuǎn)移概率矩陣，利用馬爾柯夫過程模擬某一時(shí)間各土壤侵蝕等級(jí)面積所占比例的動(dòng)態(tài)變化，并據(jù)此計(jì)算出各等級(jí)侵蝕類型的面積預(yù)測(cè)值。

2.2 數(shù)據(jù)資料

本論文采集的數(shù)據(jù)資料有:岳西縣2004年遙感影像圖；岳西縣1∶50000 土壤侵蝕強(qiáng)度圖（1958年，1983年，1992年）；岳西縣1∶50000 土壤圖；岳西縣行政區(qū)劃圖等。此外還利用了《岳西土壤》、《岳西縣志》、《岳西縣水利志》中的部分文字資料。

本研究中利用1∶50000 的地形圖在ERDAS IMAGINE 8.5環(huán)境中對(duì)岳西縣2004年遙感圖像進(jìn)行幾何校正。幾何校正模型選擇3次多項(xiàng)式變換模型，并設(shè)置投影為高斯－克呂格投影。為了使投影產(chǎn)生的變形限制在最小范圍內(nèi)，投影選取的雙標(biāo)準(zhǔn)緯線:φS＝30°30′N，φN ＝31°10′N；中央經(jīng)線:λ＝116°E；原點(diǎn)坐標(biāo):30°50′N。

2.3 土壤侵蝕等級(jí)劃分

土壤侵蝕強(qiáng)度是確定土地利用方向、治理措施規(guī)劃設(shè)計(jì)和進(jìn)行土壤侵蝕動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的主要依據(jù)。根據(jù)水利部頒布的《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（SL190－2007）土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)，必須以年均侵蝕模數(shù)為判別指標(biāo)。岳西縣的土壤侵蝕類型主要屬于水力侵蝕，水力侵蝕劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 土壤水力侵蝕的強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

岳西縣河流眾多，河網(wǎng)密集，河流兩岸分布有大面積的堆積地貌，不能具體劃分為某種侵蝕類型，而且這種地貌類型與各種侵蝕類型也是處于相互轉(zhuǎn)化中，因此將其單獨(dú)列出作為一種類型，但不屬于某種侵蝕類型。

3 岳西縣土壤侵蝕時(shí)空演變特征分析及趨勢(shì)預(yù)測(cè)

3.1 岳西縣土壤侵蝕面積變化分析

據(jù)表2分析，岳西縣土壤侵蝕面積變化1958－2004年經(jīng)歷了3個(gè)主要過程:

（1）1958－1983年土壤侵蝕不斷加劇。侵蝕土壤面積逐漸增多，微度侵蝕向侵蝕土壤轉(zhuǎn)化明顯，面積由1958年的46288 hm2減為1983年的15963 hm2；輕度侵蝕面積減少，由1958年的86564 hm2減少為1983年的50092 hm2；中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈侵蝕土壤面積增加顯著，由1958年的48310 hm2、20944 hm2、513 hm2分別增加到1983年的72456 hm2、33985 hm2、2851 hm2；另外還出現(xiàn)了劇烈侵蝕土壤。岳西縣水系發(fā)達(dá)，流水堆積地貌面積較大。1958－1983年堆積面積明顯增多，水域縮小。這也說明25a間該地區(qū)水土流失加劇，河流泥沙含量大，河道淤塞。

（2）1983－1992年土壤侵蝕逐漸恢復(fù)。微度侵蝕和輕度侵蝕土壤面積顯著增加，分別由1983年的15963 hm2、50092 hm2增加到1992年的22625 hm2和109202 hm2；尤其表現(xiàn)在中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈侵蝕土壤面積大幅度下降，分別由1983年的72456 hm2、33985 hm2、2851 hm2減少為1992年的52488 hm2、1246 hm2、111hm2；劇烈侵蝕土壤消失。堆積面積由1983年的60791 hm2下降到1992年的50604 hm2，水域面積基本維持不變。9a的時(shí)間里岳西縣通過實(shí)施林業(yè)規(guī)劃、調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)、小流域綜合治理等合理有效的治理措施，使嚴(yán)重的水土流失狀況基本得到控制。

（3）1992－2004年土壤侵蝕全面恢復(fù)。微度侵蝕土壤面積由22625 hm2增加為50335 hm2；中度侵蝕土壤面積明顯下降，由52488 hm2減為43714 hm2；強(qiáng)烈侵蝕與極強(qiáng)烈侵蝕土壤面積有所增加但其面積變化不是很明顯，分別由1246 hm2、111hm2增加為1997 hm2、310hm2，不影響總體趨勢(shì)的變化。堆積類型面積由50604 hm2下降到35562 hm2，水域面積擴(kuò)大，說明小流域綜合治理成果顯著。從1984年開始，岳西縣開展了以小流域?yàn)閱卧乃帘３志C合治理，為改善岳西縣生態(tài)與環(huán)境、發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。

3.2 土壤侵蝕動(dòng)態(tài)演變特征

3.2.1 1958－1983年土壤侵蝕的變化 岳西縣1958－1983年土壤侵蝕圖的疊加結(jié)果（表3）顯示:微度侵蝕土壤主要轉(zhuǎn)化為輕度、中度、強(qiáng)烈侵蝕的土壤，只有17%的面積無(wú)變化。輕度侵蝕土壤主要轉(zhuǎn)化為侵蝕程度較強(qiáng)的類型，只有少量轉(zhuǎn)化為輕度侵蝕。中度侵蝕變成侵蝕程度較弱類型和侵蝕程度較強(qiáng)類型的比例都為17%。強(qiáng)烈侵蝕有20%面積沒有變化，27%轉(zhuǎn)化成中度侵蝕。極強(qiáng)烈侵蝕土壤有70%變成強(qiáng)度以下侵蝕類型，有4%轉(zhuǎn)化成劇烈侵蝕。堆積中有70%的面積沒有變化，發(fā)生變化的主要是變成中度侵蝕，占其總面積比為14%。水域面積縮小，其中49%轉(zhuǎn)變成堆積，12%成為強(qiáng)度侵蝕土壤。說明大量泥沙進(jìn)入河流，淤塞河道，河床抬高，成為陸地。

表2 岳西縣土壤侵蝕面積變化 hm2

表3 岳西縣1958－1983年土壤侵蝕變化狀況hm2

25a間岳西縣土壤侵蝕經(jīng)歷了劇烈的變化，侵蝕程度弱的向更高侵蝕類型轉(zhuǎn)化的比例大，中度侵蝕向兩極轉(zhuǎn)化的比例均等。強(qiáng)烈與極強(qiáng)烈侵蝕主要向較輕的侵蝕類型轉(zhuǎn)化，但總體上向惡化的趨勢(shì)發(fā)展。因?yàn)檫@一時(shí)期人為破壞植被嚴(yán)重及其不合理的土地利用方式、不合理的工程建設(shè)導(dǎo)致水土流失日趨嚴(yán)重，形成惡性循環(huán)。

3.2.2 1983－1992年土壤侵蝕的變化 從表4看出:岳西縣1983－1992年土壤侵蝕狀況逐漸好轉(zhuǎn)。微度侵蝕類型有45%面積轉(zhuǎn)化為輕度侵蝕，3%的面積成為中度侵蝕，沒有出現(xiàn)強(qiáng)烈與極強(qiáng)烈侵蝕土壤。輕度侵蝕土壤中只有16%變成微度侵蝕類型，14%成為中度侵蝕土壤，只有極少量成為強(qiáng)烈侵蝕的類型。在中度侵蝕土壤中，有55%轉(zhuǎn)化為輕度侵蝕土壤，7%成為微度侵蝕土壤。強(qiáng)烈侵蝕類型中轉(zhuǎn)化為微度侵蝕、輕度和中度侵蝕的面積比分別為4%，44%，37%。極強(qiáng)烈侵蝕土壤只有2%無(wú)變化，88%轉(zhuǎn)化為低級(jí)別的侵蝕類型。而劇烈侵蝕的土壤類型完全消失。堆積類型中有24%轉(zhuǎn)變成輕度侵蝕，19%向中度侵蝕類型轉(zhuǎn)變，只有少量成為微度侵蝕類型和水域。水域中有40%成為堆積類型，向輕度和中度侵蝕類型轉(zhuǎn)變的各占6%。

表4 岳西縣1983－1992年土壤侵蝕變化狀況 hm2

這一時(shí)期岳西縣土壤侵蝕變化呈現(xiàn)以下特點(diǎn):微度侵蝕和輕度侵蝕類型土壤有接近一半和超過一半的面積無(wú)變化；中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕類型的土壤主要向侵蝕程度較弱的類型轉(zhuǎn)化?？傮w趨勢(shì)土壤侵蝕狀況明顯改觀，主要原因是國(guó)家采取了相關(guān)的水土保持政策，岳西縣政府重視水土保持工作，采取了相應(yīng)的水土保持措施如植樹造林、小流域綜合治理等，并落實(shí)到位。

3.2.3 1992－2004年土壤侵蝕變化 分析表5得出結(jié)論:岳西縣1992－2004年土壤侵蝕程度逐漸減輕，生態(tài)環(huán)境進(jìn)入全面恢復(fù)期。12a間土壤侵蝕變化的總特點(diǎn):呈現(xiàn)兩極分化的局面。具體表現(xiàn)在輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈侵蝕類型主要向低級(jí)別的侵蝕類型轉(zhuǎn)變；輕度侵蝕向微度侵蝕轉(zhuǎn)化的面積比例加大；和1992年相比，2004年強(qiáng)烈侵蝕和極強(qiáng)烈侵蝕土壤面積有少量增加，但占全縣總面積比例極小。

表5 岳西縣1992－2004年土壤侵蝕變化狀況 hm2

岳西縣自1991年實(shí)施林業(yè)發(fā)展規(guī)劃后，消滅了荒山，森林覆蓋率有明顯提高。2000年后，岳西縣又進(jìn)行二次創(chuàng)業(yè)，分類管理，保護(hù)生態(tài)林，近山則規(guī)劃為經(jīng)濟(jì)林。在整地方法上基本杜絕全墾造林，改為帶狀整地。同時(shí)結(jié)合工程措施如整修加固和恢復(fù)各類堤岸。這些具體措施對(duì)減輕水土流失都起到很大作用。3.2.4 岳西縣土壤侵蝕程度變化分析 據(jù)圖1分析，1958－2004年岳西縣土壤侵蝕程度無(wú)變化的面積經(jīng)歷了先下降后上升的過程，土壤侵蝕程度等級(jí)增加的面積先顯著擴(kuò)大再逐步下降，而土壤侵蝕程度等級(jí)下降的面積先減少后增加，陸地與水域也是相互轉(zhuǎn)化，反映了研究區(qū)土壤侵蝕復(fù)雜的變化過程。

圖1 岳西縣土壤侵蝕程度變化

3.3 岳西縣土壤侵蝕的動(dòng)態(tài)變化預(yù)測(cè)

土壤侵蝕的動(dòng)態(tài)演變具有馬氏過程的性質(zhì)，因此利用馬爾柯夫過程模型［14］研究土壤侵蝕的動(dòng)態(tài)演變比較適宜。運(yùn)用馬爾柯夫過程模型的關(guān)鍵在于確定各侵蝕等級(jí)之間相互轉(zhuǎn)化的初始轉(zhuǎn)移概率矩陣P。計(jì)算初始轉(zhuǎn)移概率矩陣P，就是求出從每個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到其他任何狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率Pij（i，j＝1，2，…，n）。為了求出每個(gè)Pij，一般采用頻率近似概率的思想進(jìn)行計(jì)算。

3.3.1 初始轉(zhuǎn)移概率矩陣的確定 根據(jù)岳西縣1992－2004年土壤侵蝕類型面積轉(zhuǎn)化，計(jì)算出了各土壤侵蝕等級(jí)的轉(zhuǎn)移概率矩陣（表6）。

表6 岳西縣1992－2004年土壤侵蝕轉(zhuǎn)移概率矩陣 %

3.3.2 岳西縣土壤侵蝕變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析 根據(jù)表6，應(yīng)用馬爾柯夫模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出岳西縣2016年土壤侵蝕各等級(jí)出現(xiàn)的概率（表7），并計(jì)算出該縣2016年各等級(jí)土壤侵蝕的面積狀況（表8）。

表7 岳西縣土壤侵蝕各等級(jí)面積比例變化的馬爾柯夫預(yù)測(cè)值 %

表8 岳西縣土壤侵蝕各等級(jí)面積變化的馬爾柯夫預(yù)測(cè)值 hm2

結(jié)果表明，如果現(xiàn)在的土壤侵蝕狀況繼續(xù)維持下去，到2016年微度侵蝕土壤面積增加到64221 hm2，占全縣總面積的27.051%；輕度侵蝕與中度侵蝕土壤面積減少，尤其中度侵蝕類型面積明顯下降，占總面積的15.609%，比2004年減少6658 hm2；強(qiáng)烈侵蝕與極強(qiáng)烈侵蝕面積在局部地區(qū)有所增加，但這種變化不是很明顯。堆積類型面積呈顯著下降趨勢(shì)，面積減少到27455 hm2，占總面積的11.566%；與此同時(shí)，水域面積有所減少。從總體趨勢(shì)看岳西縣土壤侵蝕狀況向好的方向發(fā)展，說明目前的水土保持工作措施得當(dāng)，效果顯著。但局部地區(qū)土壤侵蝕有加劇的潛在危險(xiǎn)，需要引起水土保持部門的重視。

4 結(jié)論

（1）近50a來，岳西縣土壤侵蝕經(jīng)歷了急劇惡化到逐漸恢復(fù)的過程。1958－1983年土壤侵蝕不斷加??；1983－1992年土壤侵蝕逐漸恢復(fù)；1992－2004年土壤侵蝕進(jìn)入全面恢復(fù)期。

（2）相鄰時(shí)段的土壤侵蝕圖疊加結(jié)果分析表明，不同時(shí)期土壤侵蝕各等級(jí)相互轉(zhuǎn)化的變化特征如下:

①1958－1983年的25a間，岳西縣土壤侵蝕經(jīng)歷了劇烈的變化，侵蝕程度弱的向更高侵蝕類型轉(zhuǎn)化的比例大，中度侵蝕向兩極轉(zhuǎn)化的比例均等。強(qiáng)烈與極強(qiáng)烈侵蝕主要向較輕的侵蝕類型轉(zhuǎn)化。但總體上向惡化的趨勢(shì)發(fā)展。

②1983－1992年的9a間，岳西縣微度侵蝕和輕度侵蝕類型土壤約有一半的面積無(wú)變化；中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕類型的土壤主要向侵蝕程度較弱的類型轉(zhuǎn)化，土壤侵蝕狀況有了明顯改觀。

③1992－2004的12a間，土壤侵蝕程度逐漸減輕，生態(tài)環(huán)境進(jìn)入全面恢復(fù)期。這一時(shí)期土壤侵蝕變化呈現(xiàn)兩極分化的局面，具體表現(xiàn)在輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈侵蝕類型主要向低級(jí)別的侵蝕類型轉(zhuǎn)變；輕度侵蝕向無(wú)明顯侵蝕轉(zhuǎn)化的面積比例加大；強(qiáng)度侵蝕和極強(qiáng)度侵蝕土壤面積有少量增加，但占全縣總面積比例極小。

（3）1958－2004年岳西縣土壤侵蝕程度無(wú)變化的面積經(jīng)歷了先下降后上升的過程，土壤侵蝕程度等級(jí)增加的面積先顯著擴(kuò)大再逐步下降，而土壤侵蝕程度等級(jí)下降的面積先減少后增加，陸地與水域也是相互轉(zhuǎn)化，反映了研究區(qū)土壤侵蝕復(fù)雜的變化過程及土壤侵蝕狀況的演變趨勢(shì)。

（4）馬爾柯夫模型預(yù)測(cè)結(jié)果表明，如果現(xiàn)在的土壤侵蝕狀況繼續(xù)維持，到2016年微度侵蝕土壤面積增加，占全縣總面積的27.051%，中度侵蝕類型面積明顯下降；強(qiáng)烈侵蝕與極強(qiáng)烈侵蝕土壤在局部地區(qū)有所增加，但這種變化不明顯。堆積類型面積呈顯著下降趨勢(shì)，水域面積有所減少。從總體趨勢(shì)看土壤侵蝕狀況向良性循環(huán)方向發(fā)展。但這種狀況的維持及改觀需要有關(guān)部門繼續(xù)高度重視土壤侵蝕的防治工作，切不可掉以輕心。

［1］謝永生.長(zhǎng)江中游洞庭湖、鄱陽(yáng)湖流域水土流失與防治對(duì)策［J］.土壤侵蝕與水土保持學(xué)報(bào)，1999，5（1）:8－12.

［2］南秋菊，華珞.國(guó)內(nèi)外土壤侵蝕研究進(jìn)展［J］.首都師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2003，24（2）:86－95.

［3］彭珂珊.中國(guó)土壤侵蝕影響因素及其危害分析［J］.水利水電科技進(jìn)展，2000，20（4）:15－18.

［4］趙曉麗，張?jiān)鱿椋苋?，?中國(guó)土壤侵蝕與其地理環(huán)境背景的空間關(guān)系［J］.山地學(xué)報(bào)，2002，20（3）:277－283.

［5］姚華榮，楊志峰，崔保山.GIS支持下的瀾滄江流域云南段土壤侵蝕空間分析［J］.地理研究，2006，25（3）:421－429.

［6］潘劍君，張?zhí)伊?，趙其國(guó).應(yīng)用遙感技術(shù)研究余江縣土壤侵蝕時(shí)空演變［J］.土壤侵蝕與水土保持學(xué)報(bào)，1999，5（4）:81－84.

［7］高彥華，汪宏清，周旭.興國(guó)縣土壤侵蝕變化的遙感監(jiān)測(cè)與分析［J］.地球信息科學(xué)，2005，7（3）:21－24.

［8］李德成，徐彬彬，石曉曰.利用馬氏過程模擬和預(yù)測(cè)土壤侵蝕的動(dòng)態(tài)演變:以安徽省岳西縣為例［J］.環(huán)境遙感，1995，10（2）:89－96.

［9］楊子生，劉彥隨，Liang Luohui，等.金沙江下游近40年來土壤侵蝕變化:以云南彝良為例［J］.山地學(xué)報(bào)，2005，23（2）:144－152.

［10］王庫(kù)，史學(xué)正，于東升，等.江西省興國(guó)縣土壤侵蝕動(dòng)態(tài)演變趨勢(shì)分析［J］.土壤通報(bào)，2005，63（1）:113－117.

［11］史德明，石曉日，李德成，等.應(yīng)用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)土壤侵蝕動(dòng)態(tài)的研究［J］.土壤學(xué)報(bào)，1996，33（1）:48－58.

［12］潘劍君，趙其國(guó)，張?zhí)伊?江西省興國(guó)縣、余江縣土壤侵蝕時(shí)空變化研究［J］.土壤學(xué)報(bào)，2002，39（1）:58－64.

［13］周為峰，吳炳方，李強(qiáng)子.官?gòu)d水庫(kù)上游近20年土壤侵蝕強(qiáng)度時(shí)空變化分析［J］.水土保持研究，2005，12（6）:183－186，267.

［14］徐建華.現(xiàn)代地理學(xué)中的數(shù)學(xué)方法［M］.北京:高等教育出版社，2002.