基于GIS的饒河縣土壤侵蝕動(dòng)態(tài)變化研究

史彥林

(黑龍江省水土保持科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150070)

三江平原位于黑龍江省東部，是東北黑土區(qū)的重要組成部分，也是國家重要的商品糧基地[1]。由于長期毀林毀草開荒，原有的森林、灌叢、草甸、濕地等天然植被遭到嚴(yán)重破壞，加之長期從事單一的糧食生產(chǎn)，掠奪式經(jīng)營、重開發(fā)輕管理等導(dǎo)致地表覆被狀況發(fā)生明顯改變，土地退化、水土流失等現(xiàn)象日益嚴(yán)重，土地生產(chǎn)力下降，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境日趨惡化[2]。本研究以饒河縣為研究區(qū)，借助GIS平臺(tái)和通用土壤流失方程(USLE)，以TM影像為主要數(shù)據(jù)源分析研究區(qū)土壤侵蝕的時(shí)空變化及土地利用與土壤侵蝕的關(guān)系，以期能為東北黑土區(qū)水土流失綜合防治、水土資源合理開發(fā)提供參考。

1 研究區(qū)概況

饒河縣位于黑龍江省東北邊陲、烏蘇里江中下游，與俄羅斯隔江相望，地理坐標(biāo)為N46°30′44″—47°34′26″、E133°07′26″—134°20′16″，南部與完達(dá)山脈相環(huán)抱，北部與三江平原相依托，東部和北部為平原區(qū)，西部和南部為山地丘陵區(qū)，地形由西南向東北傾斜。饒河縣屬中溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫2.8 ℃，年均降水量553.2 mm，降雨集中在6—9月，年均風(fēng)速3.4 m/s，土壤主要有暗棕壤、白漿土、草甸土、沼澤土、泥炭土、水稻土等[3]。

2 研究方法

(1)以1995、2005年兩期Landsat/TM遙感影像(30 m分辨率)為主要數(shù)據(jù)源，結(jié)合饒河縣地形圖(1 ∶5萬比例尺)及土壤、降水資料等，在GIS平臺(tái)下建立通用土壤流失方程(USLE)中各因子?xùn)鸥駡D，對(duì)各因子進(jìn)行疊加分析獲取土壤侵蝕量，再對(duì)土壤侵蝕量柵格圖進(jìn)行分類分級(jí)，得到土壤侵蝕分級(jí)圖[4]。

(2)通過野外定位定點(diǎn)觀測(cè)，掌握TM影像特征的基本規(guī)律，找出遙感影像與地理要素指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立遙感判讀標(biāo)志，對(duì)TM影像進(jìn)行目視解譯，獲取土地利用情況，將土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地、未利用地6大類[5-7]。

(3)將土地利用和土壤侵蝕數(shù)據(jù)分別進(jìn)行歸一化處理，得到1995—2005年研究區(qū)土地利用變化圖層、土壤侵蝕變化圖層，分析土地利用和土壤侵蝕變化，得到各種土地利用類型的土壤侵蝕數(shù)據(jù)，土地利用和土壤侵蝕變化矩陣，進(jìn)而分析土壤侵蝕的變化情況[2]。饒河縣土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)參考《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)[8]。

3 結(jié)果分析

3.1 土壤侵蝕變化

采用上述研究方法，得到1995—2005年饒河縣土壤侵蝕動(dòng)態(tài)變化情況，見表1。由表1知，1995、2005年研究區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度均呈微度、輕度、中度、強(qiáng)烈4個(gè)等級(jí)，由于微度侵蝕侵蝕量輕微，因此主要分析輕度及以上侵蝕面積的分布情況。1995年饒河縣輕度及以上土壤侵蝕面積529.13 km2，其中輕度侵蝕面積400.74 km2、中度侵蝕43.51 km2、強(qiáng)烈侵蝕84.88 km2；2005年輕度及以上土壤侵蝕面積867.41 km2，比1995年增加了338.28 km2，其中輕度侵蝕增加195.79 km2、中度侵蝕增加59.77 km2、強(qiáng)烈侵蝕增加82.72 km2。各侵蝕強(qiáng)度面積的增加部分主要來源于微度侵蝕區(qū)域，由于毀林開荒破壞了植被，研究區(qū)有512.70 km2微度侵蝕區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)檩p度侵蝕，52.07 km2轉(zhuǎn)化為中度侵蝕，86.70 km2轉(zhuǎn)化為強(qiáng)烈侵蝕。同時(shí)由于實(shí)施了生態(tài)治理工程，有313.19 km2輕度侵蝕土地土壤侵蝕量降低到容許范圍[200 t/(km2·a)]內(nèi)，轉(zhuǎn)化為微度侵蝕。

表1 1995—2005年饒河縣土壤侵蝕動(dòng)態(tài)變化

3.2 土地利用變化

1995、2005年研究區(qū)土地利用變化矩陣見表2。相比1995年，2005年研究區(qū)各類土地利用類型中耕地、林地面積變化量最大，耕地增加了293.26 km2，林地減少了293.05 km2；其次是草地和水域面積，分別增加了54.11、27.80 km2；城鄉(xiāng)工礦居民用地變化量最小，減少了1.82 km2。由表2知，研究區(qū)土地利用類型以耕地和林地為主，10年間由于破壞植被、毀林開荒現(xiàn)象嚴(yán)重，林地面積的大量減少直接導(dǎo)致森林覆蓋率和水土保持功能的降低，其減少的面積主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾筒莸兀桓孛娣e的增加部分來源于林地、未利用地、草地、水域等，以林地和未利用地轉(zhuǎn)換為耕地的面積最大，分別為202.00、85.15 km2，而耕地面積的增加導(dǎo)致大量地表季節(jié)性覆蓋，尤其是作物收割后的裸露期水土流失明顯加劇。

表2 1995、2005年研究區(qū)土地利用變化矩陣 km2

3.3 土壤侵蝕與土地利用的關(guān)系

在GIS中對(duì)土地利用和土壤侵蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加處理，得到1995、2005年研究區(qū)不同土地利用類型的土壤侵蝕數(shù)據(jù)，見表3、4。1995—2005年，研究區(qū)耕地區(qū)域土壤侵蝕面積增加最為明顯，輕度及以上土壤侵蝕面積由1995年的135.06 km2增加到2005年的654.41 km2；林地區(qū)域侵蝕面積總體上有所減少，但是中度、強(qiáng)烈侵蝕呈增加趨勢(shì)，增加部分主要分布在疏林地區(qū)域；草地區(qū)域輕度侵蝕面積略有減少，但中度、強(qiáng)烈侵蝕呈增加趨勢(shì)。由表4、5知，研究區(qū)草地區(qū)域輕度及以上土壤侵蝕面積最小，耕地區(qū)域輕度及以上侵蝕面積最大，從大到小排序依次為耕地>林地>未利用地>草地，說明耕地更容易發(fā)生土壤侵蝕；此外，土壤侵蝕面積與各種土地利用類型面積大小也有重要的關(guān)系，林地和耕地是研究區(qū)主要的土地類型，因此其對(duì)土壤侵蝕的貢獻(xiàn)也較大。

3.4 土壤侵蝕的空間分布

饒河縣轄4鎮(zhèn)、5鄉(xiāng)、5個(gè)國營農(nóng)場(chǎng)，地勢(shì)東北部較低，向西南逐漸升高，北部農(nóng)場(chǎng)耕地居多，南部以林地為主，林草覆蓋度相對(duì)較高。根據(jù)各主要農(nóng)場(chǎng)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤侵蝕變化情況(表5)，1995年土壤侵蝕主要分布在縣域北部的八五九農(nóng)場(chǎng)、勝利農(nóng)場(chǎng)等區(qū)域，其中八五九農(nóng)場(chǎng)輕度及以上土壤侵蝕面積136.19 km2，占全縣輕度及以上土壤侵蝕面積的25.74%，勝利農(nóng)場(chǎng)輕度及以上土壤侵蝕面積227.5 km2，占全縣輕度及以上土壤侵蝕面積的43%。相比1995年，2005年研究區(qū)土壤侵蝕面積明顯增大，尤其是在中部的撓力河沿線，比如大佳河鄉(xiāng)、山里鄉(xiāng)、西豐鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，開荒種地現(xiàn)象嚴(yán)重，使?jié)竦刭Y源遭到嚴(yán)重破壞，水土流失加??；而在北部地區(qū)由于八五九農(nóng)場(chǎng)、勝利農(nóng)場(chǎng)等改變經(jīng)營方式，土地利用逐漸合理，因此水土流失狀況有所緩解，侵蝕量有所減少。

表3 1995年不同土地利用類型土壤侵蝕狀況 km2

表4 2005年不同土地利用類型土壤侵蝕狀況 km2

表5 饒河縣各主要農(nóng)場(chǎng)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤侵蝕面積變化情況 km2

[參考文獻(xiàn)]

[1] 卜坤,張樹文,閆業(yè)超,等.三江平原不同流域水土流失變化特征分析[J].地理科學(xué),2008,28(3):361-367.

[2] 趙軍,葛翠萍,孟凱,等.海倫市土地利用與土壤侵蝕時(shí)空變化分析[J].水土保持通報(bào),2007,27(2):67-71.

[3] 黑龍江省土地管理局，黑龍江省土壤普查辦公室.黑龍江土壤[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1992:65-66.

[4] 李嘉峻,許有鵬,桑銀江,等.GIS支持下的土壤侵蝕動(dòng)態(tài)變化研究：浙江一例[J].南京大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005,41(3):297-303.

[5] 黃會(huì)平,張岑.基于RS和GIS的蘭州土地利用變化及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究[J].中國水土保持,2009(9):57-59.

[6] 賀奮琴,何政偉,尹建忠. RS和GIS在攀枝花山區(qū)土壤侵蝕研究中的應(yīng)用[J].中國水土保持,2006(7):46-47.

[7] 李丹,李世泉,王巖松,等.基于GIS的小流域土壤侵蝕影響因子遙感監(jiān)測(cè)方法探討——以黑龍江省賓縣三岔河小流域?yàn)槔齕J].中國水土保持,2008(5):43-44,53.

[8] SL 190—2007,土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[S]．