三峽庫區(qū)重慶段水蝕荒漠化時(shí)空演變特征研究

周啟剛，陳 丹

（重慶工商大學(xué) 旅游與國土資源學(xué)院，重慶400067）

荒漠化主要是由于人類過度的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成生態(tài)系統(tǒng)的脆弱和自然環(huán)境的退化，破壞其平衡，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境不可持續(xù)的發(fā)展［1］。水蝕荒漠化屬于荒漠化的一種形式，主要以人為破壞植被的地段作為突破口，是在流水作用下土壤逐步產(chǎn)生的一種以片形和溝形為主的侵蝕現(xiàn)象［2］。這種片蝕和溝蝕會(huì)導(dǎo)致土壤蓄水能力喪失，引起土壤養(yǎng)分流失，不但破環(huán)自然生態(tài)環(huán)境，同時(shí)影響人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展［3］。近年來，我國的流水侵蝕現(xiàn)象突出，水蝕荒漠化區(qū)域已成為環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域，更是土地開發(fā)整治的核心區(qū)域［4］。部分學(xué)者針對(duì)水蝕荒漠化作了研究，研究主要包括水蝕荒漠化的評(píng)價(jià)模型和自動(dòng)提取的方法研究、水蝕荒漠化的危險(xiǎn)程度評(píng)價(jià)研究以及水蝕荒漠化的遙感調(diào)查與檢測等［5－10］。前期有關(guān)水蝕荒漠化的研究成果較少，缺乏三峽庫區(qū)重慶段水蝕荒漠化動(dòng)態(tài)變化的縣域?qū)ｍ?xiàng)研究。

水蝕荒漠化存在時(shí)間過程到空間格局變化的時(shí)空演變，RS和GIS是進(jìn)行時(shí)空演變分析的最主要的技術(shù)方法，運(yùn)用時(shí)間過程和空間格局相結(jié)合的分析方法［11－13］，將水蝕荒漠化落實(shí)到具體的空間位置，綜合研究分析其空間—屬性—過程三大特征，基于時(shí)空復(fù)合的地學(xué)信息圖譜分析是合成“空間—屬性—過程一體化數(shù)據(jù)”圖譜單元的關(guān)鍵［14－17］。地形作為自然環(huán)境中的重要因素，其特點(diǎn)直接影響地面的物質(zhì)流動(dòng)與能量轉(zhuǎn)化［18－23］，通過研究分析基于地形梯度的水蝕荒漠化分布特征，有利于揭示地形因子與水蝕荒漠化的驅(qū)動(dòng)關(guān)系。

三峽庫區(qū)流經(jīng)的區(qū)域大多地形復(fù)雜，且地勢起伏較大，特別是重慶段區(qū)域［24］。重慶地區(qū)土地利用受到地形的嚴(yán)重制約，人地矛盾突出，地表自然環(huán)境分布特征明顯［25］。重慶是三峽庫區(qū)蓄水工程的核心區(qū)域，人為驅(qū)使庫區(qū)水面上升或多或少會(huì)影響區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。本文以三峽庫區(qū)重慶段為研究對(duì)象，從對(duì)2003年和2011年兩期遙感正射影像水蝕荒漠化的提取和分類入手，分析研究區(qū)2003—2011年水蝕荒漠化數(shù)量、結(jié)構(gòu)以及平面重心遷移變化，研究其時(shí)空變化幅度；根據(jù)地學(xué)信息圖譜分析理論，對(duì)水蝕荒漠化圖譜類型進(jìn)行重組分析，揭示其時(shí)空動(dòng)態(tài)演變的圖譜特征；基于DEM數(shù)據(jù)分析水蝕荒漠化在地形因子影響下的垂直梯度分布及變化特征。研究結(jié)果旨在剖析三峽庫區(qū)蓄水進(jìn)程中對(duì)土地利用和生態(tài)環(huán)境造成的影響，為制定區(qū)域土地利用整治方案以及環(huán)境保護(hù)相關(guān)制度和政策提供參考，并以期能為中國同類型區(qū)域的水蝕荒漠化研究提供方法和思路上的參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

重慶市位于中國西南片區(qū)，屬于中國最大的城市之一。三峽庫區(qū)重慶段位于長江上游下段，向東延伸至巫山縣，向西到達(dá)江津市，南北連接武隆縣和開縣，坐標(biāo)范圍在北緯28°28′—31°44′、東經(jīng)105°49′—110°12′的一個(gè)狹長地帶。三峽庫區(qū)是備受中國乃至世界關(guān)注的特殊的生態(tài)功能區(qū)，其生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱。

本研究主要采用TM正射遙感影像數(shù)據(jù)、野外考察數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)以及其他相關(guān)有效數(shù)據(jù)。影像數(shù)據(jù)為2003年和2011年的TM正射遙感影像數(shù)據(jù)，空間分辨率為30m，野外考察范圍較廣，包括巫山、巫溪、開縣、奉節(jié)、云陽、忠縣、石柱、豐都、涪陵、長壽、江津等地區(qū)。并將研究區(qū)1∶5萬的數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)、運(yùn)用ArcGIS中的Spatial Analyst模塊根據(jù)DEM數(shù)據(jù)獲得的坡度數(shù)據(jù)，通過運(yùn)用TM遙感數(shù)據(jù)的3波段和4波段計(jì)算NDVI值反演的地面植被覆蓋指數(shù)數(shù)據(jù)作為研究輔助材料。

2 研究方法

2.1 遙感數(shù)字圖像處理與信息提取

結(jié)合本次研究過程中對(duì)遙感正射影像數(shù)據(jù)目視判讀和研究分析的需要，利用ERDAS軟件中的INTERPRETER模塊對(duì)獲取的原始TM數(shù)據(jù)進(jìn)行波段融合；為減少遙感數(shù)據(jù)獲取過程中的誤差，利用數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對(duì)研究區(qū)兩期遙感正射影像數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正和幾何精校正，并統(tǒng)一采用Albers投影方式，中央經(jīng)線為105°，雙標(biāo)準(zhǔn)緯線分別為25°和47°。本次研究在遙感數(shù)據(jù)的處理過程中盡量控制不同時(shí)相數(shù)據(jù)在空間位置上的偏差，將偏差控制在0.5個(gè)像元之內(nèi)。目視判讀解譯過程中主要提取2，3，4波段的遙感影像數(shù)據(jù)，并以4，3，2的順序顯示，有利于提高人工解譯的精準(zhǔn)度。

水蝕荒漠化主要是人類活動(dòng)和自然因素綜合作用下產(chǎn)生的，水流侵蝕作用產(chǎn)生的片蝕和溝蝕將引起土壤松弛，進(jìn)而剝離土壤，甚至導(dǎo)致植被覆蓋率降低、土地生產(chǎn)力下降、劣地面積增大以及巖石裸露等現(xiàn)象。基于三峽庫區(qū)重慶段兩期遙感正射影像圖，綜合分析水蝕荒漠化產(chǎn)生的原因和導(dǎo)致的結(jié)果，結(jié)合科學(xué)性和遙感影像可判讀性原則，通過內(nèi)業(yè)判讀和實(shí)地考察核對(duì)，將水蝕荒漠化程度劃分為無水蝕荒漠化、輕度水蝕荒漠化、中度水蝕荒漠化以及重度水蝕荒漠化4個(gè)級(jí)別，水域不判為水蝕荒漠化區(qū)域，并提取研究區(qū)2003年和2011年兩個(gè)時(shí)點(diǎn)的水蝕荒漠化程度解譯數(shù)據(jù)。各等級(jí)水蝕荒漠化的具體判讀標(biāo)準(zhǔn)如表1所示［26］。

表1 研究區(qū)水蝕荒漠化分級(jí)體系

2.2 水蝕荒漠化變化幅度

水蝕荒漠化變化分析可充分結(jié)合土地利用變化分析的指標(biāo)，主要包括面積變化、時(shí)空變化和質(zhì)量變化三大類［27］。分析水蝕荒漠化的時(shí)空變化幅度能夠更為具體地表現(xiàn)出研究區(qū)水蝕荒漠化的時(shí)空變化程度以及時(shí)空變化趨勢。本文采用的分析指標(biāo)主要包括水蝕荒漠化總量變化幅度、水蝕荒漠化等級(jí)轉(zhuǎn)移幅度、水蝕荒漠化平面重心遷移幅度。

2.3 水蝕荒漠化平面重心遷移

2.3.1 水蝕荒漠化平面重心模型 平面重心遷移主要表達(dá)土地利用在平面空間位置的變化［28］。利用平面重心模型計(jì)算各水蝕荒漠化程度類型在平面坐標(biāo)下不同時(shí)期的重心位置，從而分析在地理二維空間各時(shí)期的重心位移，揭示各程度水蝕荒漠化的平面空間遷移變化過程。平面重心計(jì)算模型如下［29］：

式中：Xk——k類水蝕荒漠化程度重心X 坐標(biāo)值；Yk——k類水蝕荒漠化程度重心Y 坐標(biāo)值；Aki——k類水蝕荒漠化程度中圖斑i的面積；Xki——k類水蝕荒漠化程度中圖斑i對(duì)應(yīng)范圍內(nèi)X坐標(biāo)的平均值；Yki——k類水蝕荒漠化程度中圖斑i對(duì)應(yīng)范圍內(nèi)Y坐標(biāo)的平均值；Ak——k類水蝕荒漠化程度總面積。

2.3.2 水蝕荒漠化平面重心遷移速率 土地利用重心遷移速率能更直接揭示各土地利用類型空間變化速度［30］。同理，本文采用重心遷移速率揭示水蝕荒漠化各程度重心在平面上的變化速率，重心遷移速率計(jì)算模型如下［29］：

式中：t2，t1——截止時(shí)間和起始時(shí)間；Pk——k類水蝕荒漠化程度平面重心遷移速率；xk，yk——t時(shí)間k類水蝕荒漠化程度重心x，y坐標(biāo)值。

2.4 水蝕荒漠化變化圖譜

在ArcGIS軟件支持下，獲得研究區(qū)2003—2011年水蝕荒漠化變化信息圖譜，對(duì)研究區(qū)兩期水蝕荒漠化數(shù)據(jù)進(jìn)行圖譜分析，從而能夠定量、直觀地分析水蝕荒漠化的時(shí)空變化歷程［31－32］。本次研究將水蝕荒漠化圖譜變化模式歸納為3種類型：（1）穩(wěn)定型：無水蝕荒漠化—無水蝕荒漠化、輕度水蝕荒漠化—輕度水蝕荒漠化、中度水蝕荒漠化—中度水蝕荒漠化、重度水蝕荒漠化—重度水蝕荒漠化、水系—水系、水系—無水蝕荒漠化、無水蝕荒漠化—水系；（2）減輕型：輕度水蝕荒漠化—水系、輕度水蝕荒漠化—無水蝕荒漠化、中度水蝕荒漠化—輕度水蝕荒漠化、中度水蝕荒漠化—無水蝕荒漠化、中度水蝕荒漠化—水系、重度水蝕荒漠化—中度水蝕荒漠化、重度水蝕荒漠化—輕度水蝕荒漠化、重度水蝕荒漠化—無水蝕荒漠化、重度水蝕荒漠化—水系；（3）加劇型：水系—輕度水蝕荒漠化、水系—中度水蝕荒漠化、水系—重度水蝕荒漠化、無水蝕荒漠化—輕度水蝕荒漠化、無水蝕荒漠化—中度水蝕荒漠化、無水蝕荒漠化—重度水蝕荒漠化、輕度水蝕荒漠化—中度水蝕荒漠化、輕度水蝕荒漠化—重度水蝕荒漠化、中度水蝕荒漠化—重度水蝕荒漠化。

2.5 地形位指數(shù)及分級(jí)

2.5.1 地形位指數(shù) 地形位指數(shù)是綜合考慮高程和坡度兩個(gè)地形因子的指標(biāo)，能夠定量分析水蝕荒漠化各程度的變化與地形梯度之間的相互關(guān)系。研究采用的地形位指數(shù)用以下公式進(jìn)行計(jì)算［33］：

式中：T——地形位指數(shù)；E——空間任一坐標(biāo)點(diǎn)的高程值；ˉE——所在區(qū)域的平均高程值；S——空間任一點(diǎn)坡度值；ˉS——所在區(qū)域平均坡度值。

2.5.2 地形位指數(shù)分級(jí) 研究區(qū)域內(nèi)平均海拔高度達(dá)670m，低海拔區(qū)域相對(duì)較少，內(nèi)部起伏大。利用研究區(qū)DEM數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，300m以下的區(qū)域大多被水域淹沒，300～600m區(qū)域內(nèi)的水蝕荒漠化類型最為集中，1 200m以上區(qū)域的水蝕荒漠化類型相對(duì)單一。綜合考慮上述原因，將研究區(qū)的高程劃分為6個(gè)等級(jí)：≤300m，300～400m，400～500m，500～600m，600～1 200m，＞1 200m。

利用研究區(qū)1∶5萬的DEM數(shù)據(jù)生成坡度數(shù)據(jù)。根據(jù)研究區(qū)坡度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合國際地理學(xué)聯(lián)合會(huì)地貌調(diào)查與地貌制圖委員會(huì)的坡度分級(jí)體系和土地利用類型中的耕地分級(jí)體系［34］，首先將研究區(qū)內(nèi)0～25°的坡度劃分為0～2°，2°～6°，6°～15°，15°～25°；＞35°的陡坡水蝕荒漠化程度類型單一，并結(jié)合重慶山地城市的地形地貌特征，將研究區(qū)坡度＞25°的區(qū)域劃分25～35°，＞35°兩個(gè)坡度級(jí)?；谝陨掀露确旨?jí)思路，將研究區(qū)坡度劃為六個(gè)坡度級(jí)：0～2°，2°～6°，6°～15°，15°～25°，25°～35°，＞35°。

結(jié)合高程和坡度分級(jí)的間隔點(diǎn)來劃分地形位指數(shù)級(jí)別，將高程和坡度每級(jí)的間隔點(diǎn)運(yùn)用公式（3）生成地形位指數(shù)分級(jí)的間隔點(diǎn)，劃分為6個(gè)級(jí)別：0～0.699，0.699～1.054，1.054～1.541，1.541～1.942，1.942～2.642。

2.6 地形分布指數(shù)

為了能夠定量分析各程度水蝕荒漠化在地形因子作用下的垂直梯度分布規(guī)律，本研究采用計(jì)算分布指數(shù)的形式，分布指數(shù)消除了不同地形段的面積差異和不同景觀組分的面積比重差異的影響，本文引入分布指數(shù)來描述各程度水蝕荒漠化在地形梯度上的分布情況，其計(jì)算公式為［33］：

式中：P——分布指數(shù)；e——地形因子；Sie——e地形因子某等級(jí)下i種水蝕荒漠化程度的面積；Si——研究區(qū)內(nèi)第i種水蝕荒漠化程度的總面積；Se——整個(gè)研究區(qū)內(nèi)e地形因子某等級(jí)的總面積；S——整個(gè)研究區(qū)的面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 水蝕荒漠化變化幅度特征分析

3.1.1 水蝕荒漠化總量變化幅度特征分析 從水蝕荒漠化數(shù)量變化的總態(tài)勢可知（表2），2003年和2011年兩個(gè)時(shí)點(diǎn)三峽庫區(qū)重慶段各程度水蝕荒漠化的分布數(shù)量與變化幅度存在差異性。無水蝕荒漠化面積在兩年中的比例皆為最大，隨著水蝕荒漠化程度的增強(qiáng)，水蝕荒漠化各等級(jí)的面積呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢，其中，無水蝕荒漠化面積在2003年占64.16%，2011年占64.27%，重度水蝕荒漠化的面積最少，在2003年占1.34%，2011年只占1.15%，中度和重度水蝕荒漠化面積分布所占比例總和不到全區(qū)域的10%，2003年以來水蝕荒漠化的主要表現(xiàn)形式為輕度，占水蝕荒漠化面積的79.21%，2011年達(dá)到80.02%。

2003—2011年間，各等級(jí)水蝕荒漠化的數(shù)量變化幅度不大，水蝕荒漠化面積減少，以重度和中度水蝕區(qū)域減少最多，達(dá)到86km2，無水蝕區(qū)域面積增大，表明三峽庫區(qū)重慶段水蝕荒漠化現(xiàn)象總體上得到一定的改善，其增加面積不大。由此可見，無水蝕荒漠化的面積增加，水蝕荒漠化面積得到小幅度控制，但總體改善趨勢不明顯。

表2 2003－2011年研究區(qū)各程度水蝕荒漠化數(shù)量統(tǒng)計(jì)

3.1.2 水蝕荒漠化等級(jí)轉(zhuǎn)移變化幅度特征分析 從水蝕荒漠化各等級(jí)之間的轉(zhuǎn)移變化矩陣（表3）可以看出，2003—2011年三峽庫區(qū)重慶段各程度水蝕荒漠化的轉(zhuǎn)移幅度和轉(zhuǎn)移方向存在明顯的差異。主要表現(xiàn)為無水蝕荒漠化、輕度水蝕荒漠化和中度水蝕荒漠化之間的相互轉(zhuǎn)移，特別是以無水蝕荒漠化和輕度水蝕荒漠化之間的相互轉(zhuǎn)移為主，無水蝕荒漠化向輕度水蝕荒漠化、中度水蝕荒漠化的轉(zhuǎn)移幅度小于后兩者向無水蝕荒漠化轉(zhuǎn)移的幅度；輕度水蝕荒漠化轉(zhuǎn)為無水蝕的面積達(dá)到98.84km2，是水蝕荒漠化等級(jí)相互轉(zhuǎn)移中幅度最大的，這部分轉(zhuǎn)移主要依賴人為改善自然和生態(tài)環(huán)境自身修復(fù)作用，驅(qū)使大量輕度水蝕向無水蝕荒漠化轉(zhuǎn)移，以及部分重度和中度水蝕程度減輕。輕度水蝕荒漠化和中度水蝕荒漠化相互間的轉(zhuǎn)移幅度僅次于輕度水蝕荒漠化和無水蝕荒漠化之間的轉(zhuǎn)移幅度，中度水蝕荒漠化的轉(zhuǎn)出類型主要為輕度水蝕荒漠化，輕度水蝕荒漠化轉(zhuǎn)出類型主要為無水蝕荒漠化和中度水蝕荒漠化。通過統(tǒng)計(jì)各類水蝕轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出幅度及其比例的差值可知，不同程度水蝕荒漠化的轉(zhuǎn)移主要表現(xiàn)為向相鄰程度級(jí)轉(zhuǎn)移的趨勢，尤其表現(xiàn)為輕度水蝕荒漠化與無水蝕荒漠化之間的轉(zhuǎn)移，輕度水蝕荒漠化作為水蝕荒漠化的最初等級(jí)，只要稍加治理，使其轉(zhuǎn)為無水蝕荒漠化，是快速改善庫區(qū)水蝕荒漠化現(xiàn)象的有效途徑。研究區(qū)內(nèi)有高達(dá)15km2面積的區(qū)域存在無水蝕荒漠化—中度水蝕荒漠化以及輕度水蝕荒漠化—重度水蝕荒漠化的跨越式水蝕荒漠化加劇現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)這部分區(qū)域作重點(diǎn)監(jiān)督。

表3 2003－2011年研究區(qū)不同等級(jí)水蝕荒漠化轉(zhuǎn)移矩陣

3.1.3 水蝕荒漠化平面重心遷移幅度特征分析 結(jié)合公式（1）與公式（2），統(tǒng)計(jì)分析研究區(qū)兩年時(shí)間節(jié)點(diǎn)上水蝕荒漠化各等級(jí)的平面重心及其遷移速率，表4所示。由表4可知，2003—2011年三峽庫區(qū)重慶段不同程度水蝕荒漠化的平面重心都發(fā)生了遷移，且各程度水蝕荒漠化的平面重心遷移幅度和遷移方向存在一定差異和規(guī)律，其平面重心遷移速率差異性也十分突出。無水蝕荒漠化、中度、重度水蝕荒漠化平面重心遷移方向基本一致，都向三峽庫區(qū)重慶段東北方向遷移，輕度水蝕荒漠化平面重心朝研究區(qū)東南方向遷移。重度水蝕荒漠化平面重心朝東北方向遷移速率最大，達(dá)到25 174.11m／a，平面重心遷移變化幅度最大，是空間變化最為活躍的水蝕荒漠化等級(jí)；其次是中度水蝕荒漠化，平面重心以803.68m／a的遷移速率向東北方向遷移，平面重心隨時(shí)間的變化幅度也較大，但與重度水蝕荒漠化相比，只有其1／3的變化速率；輕度水蝕荒漠化平面重心在這4種水蝕荒漠化類型中呈現(xiàn)最為穩(wěn)定的狀態(tài)，遷移速率最小，平面重心每年向東南方向遷移87.70m，大約僅為重度水蝕荒漠化平面重心遷移速率的1／300，表明2003—2011年間研究區(qū)內(nèi)各區(qū)域輕度水蝕荒漠化平面面積分布幾乎達(dá)到相對(duì)平衡的狀態(tài)；無水蝕荒漠化平面重心遷移速率較為適中，平面重心以292.21m／a向東北方向遷移。

表4 2003－2011年研究區(qū)各等級(jí)水蝕荒漠化平面重心坐標(biāo)及遷移速率

3.2 水蝕荒漠化變化圖譜特征分析

基于ArcGIS對(duì)空間數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)的分析功能，統(tǒng)計(jì)分析加劇型、減輕型和穩(wěn)定型三種水蝕荒漠化圖譜變化類型在空間上和數(shù)量上的變化規(guī)律（圖1和表5）。從表5可以看出，穩(wěn)定型的圖譜類型面積占總面積的99.23%，其中無水蝕荒漠化—無水蝕荒漠化的面積最大，所占穩(wěn)定型圖譜類型面積比例為64.47%，表明整個(gè)研究區(qū)水蝕荒漠化總體比較穩(wěn)定，大部分保持在無水蝕荒漠化的狀態(tài)；減輕型和加劇型二者面積僅占總面積的0.77%，減輕型中輕度水蝕荒漠化—無水蝕荒漠化的面積最大，占減輕型圖譜類型面積的37.82%，加劇型中輕度水蝕荒漠化—中度水蝕荒漠化的圖譜類型面積最大，占加劇型圖譜類型面積的42.77%，可以看出在三峽庫區(qū)重慶段各類水蝕荒漠化等級(jí)中，輕度水蝕荒漠化時(shí)空演變最為活躍，且主要表現(xiàn)為向相鄰等級(jí)水蝕荒漠化演變的趨勢。由圖1可知，穩(wěn)定型圖譜變化類型空間分布面積最大，減輕型和加劇型主要分布在研究區(qū)內(nèi)靠近河流的區(qū)域，在渝西南地區(qū)和中部地區(qū)呈現(xiàn)零星分布，在渝東北地區(qū)分布相對(duì)較為密集，且多沿河流附近分布。減輕型在重慶都市區(qū)內(nèi)分布較為集中，在渝東北地區(qū)的開縣、云陽、奉節(jié)、巫溪、巫山以及渝中部的石柱等區(qū)縣均存在較大面積的分布；加劇型主要分布在渝東北的開縣、奉節(jié)、巫溪以及巫山等地形起伏較大的區(qū)縣，這些區(qū)縣的水蝕荒漠化減輕型分布也較多，表明這些區(qū)縣為水蝕荒漠化敏感區(qū)，其水蝕荒漠化最不穩(wěn)定；從研究區(qū)東北部到西南部，水蝕荒漠化改善趨勢逐漸明顯，重慶都市區(qū)范圍的水蝕荒漠化的減輕型圖譜變化類型分布特征最為顯著。

圖1 2003－2011年研究區(qū)水蝕荒漠化圖譜變化類型分布

表5 2003－2011年研究區(qū)水蝕荒漠化圖譜變化類型匯總

3.3 水蝕荒漠化地形梯度分布特征

3.3.1 水蝕荒漠化等級(jí)在地形梯度的分布特征 結(jié)合公式（3）和公式（4），計(jì)算分析研究區(qū)各等級(jí)水蝕荒漠化在地形位分級(jí)上的分布指數(shù)，通過研究區(qū)地形位指數(shù)分布可以看出，地形位指數(shù)的分布很顯著地表現(xiàn)出重慶典型山地區(qū)域的地形特征，并與研究區(qū)內(nèi)各大山脈的位置及其走向保持高度一致。研究區(qū)從西南部到東北部地形位指數(shù)等級(jí)分布大致表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，從研究區(qū)東部到西部方位來看，地形位等級(jí)也呈現(xiàn)出遞增趨勢，地形起伏度越大以及地形越趨于復(fù)雜的區(qū)域正是地形位指數(shù)越高的區(qū)域。等級(jí)最高的地形位主要分布在研究區(qū)最東北邊的巫山和巫溪兩大縣，其次，地形位相對(duì)較高的區(qū)域主要包括：奉節(jié)、云陽、石柱以及武隆等區(qū)縣；重慶都市區(qū)內(nèi)涉及的研究區(qū)域地形位等級(jí)相對(duì)較低，且等級(jí)差異較小。

由圖2和表6可以看出，水系在2003年整體分布指數(shù)隨地形級(jí)數(shù)的升高而呈陡坡下降趨勢，在一級(jí)地形上具有明顯的優(yōu)勢分布，在二、三級(jí)地形上也有一定分布，但不具優(yōu)勢，四、五、六級(jí)地形上幾乎沒有分布；在2011年，水系的整體分布趨勢與2003年大致相同，但在2011年的優(yōu)勢分布地形由2003年僅有的一級(jí)地形變?yōu)橐?、二?jí)地形同時(shí)兼有。無水蝕荒漠化在2003年和2011年的總體分布上隨地形級(jí)數(shù)的升高都呈現(xiàn)出比較平穩(wěn)的下降趨勢，在一、二、三級(jí)地形上具有優(yōu)勢分布。輕度水蝕荒漠化在2003年的總體分布上隨地形級(jí)數(shù)的升高而呈較平穩(wěn)的上升，只是在六級(jí)地形的分布上相較于五級(jí)地形略有下降，其中，在三、四、五、六級(jí)地形上的分布具有明顯的優(yōu)勢分布；在2011年，輕度水蝕荒漠化在一級(jí)地形上的分布有較大變化，開始具有優(yōu)勢地位。中度水蝕荒漠化在2003年和2011年的總體分布上隨地形級(jí)數(shù)的升高而呈上升趨勢，都穩(wěn)定集中分布在三、四、五、六級(jí)地形位上；重度水蝕荒漠化在2003年和2011年總體分布上都隨地形級(jí)數(shù)的升高而呈上升趨勢，一、二、三、四級(jí)趨勢較緩，四級(jí)以后呈陡坡上升，且在四、五、六級(jí)地形上呈現(xiàn)優(yōu)勢分布。

圖2 不同年份研究區(qū)各等級(jí)水蝕荒漠化在不同地形位分級(jí)下的分布指數(shù)

2003年和2011年2—6級(jí)地形位上的水蝕荒漠化組合結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出一致的趨勢，在1級(jí)地形位上的水蝕荒漠化組合形式存在較大的差異。1級(jí)地形位上各等級(jí)水蝕荒漠化的分布，在2003年，水系和無水蝕荒漠化占優(yōu)勢分布，其中，水系分布優(yōu)勢最為明顯，重度水蝕荒漠化有一定量的分布，但還不構(gòu)成優(yōu)勢分布，輕度和中度水蝕荒漠化均有微量分布；在2011年，水系和無水蝕荒漠化依然占優(yōu)勢分布，但輕度水蝕荒漠化變?yōu)閮?yōu)勢分布，重度水蝕荒漠化相較于2003年有所下降，中度水蝕荒漠化相對(duì)穩(wěn)定；二級(jí)地形上，2003年與2011年的分布指數(shù)由高至低都是依次為無水蝕荒漠化、水系、輕度、中度和重度水蝕荒漠化，后三者分布指數(shù)基本相當(dāng)，皆不處于優(yōu)勢地位；三級(jí)地形上，無水蝕、輕度水蝕、中度水蝕荒漠化分布指數(shù)大致相同，分布指數(shù)也最高，重度水蝕荒漠化次之，具有優(yōu)勢分布的是分布指數(shù)最高的無水蝕、輕度水蝕和中度水蝕荒漠化；四級(jí)地形上，輕度水蝕和中度水蝕荒漠化分布指數(shù)最高，重度水蝕荒漠化次之，無水蝕荒漠化的分布指數(shù)居于第三位，水系分布指數(shù)最低，而且很少，接近于零分布，輕度、中度、重度水蝕荒漠化具有優(yōu)勢分布；五六級(jí)地形上，分布指數(shù)由高到低依次為，重度水蝕荒漠化、中度水蝕荒漠化、輕度水蝕荒漠化、無水蝕荒漠化、水系，輕度、中度、重度水蝕荒漠化具有明顯的優(yōu)勢分布。

由以上分析可以得出，各等級(jí)水蝕荒漠化的分布與地形等級(jí)有密切的關(guān)系。地形等級(jí)越高，水系和無水蝕荒漠化的分布指數(shù)越低，呈一定的負(fù)相關(guān)；中度水蝕荒漠化的分布指數(shù)與地形等級(jí)呈正相關(guān)；輕度水蝕荒漠化和重度水蝕荒漠化的分布指數(shù)除去2011年在一級(jí)地形上的分布，整體分布指數(shù)也是與地形等級(jí)呈正相關(guān)，說明在2003—2011年，由于人為因素的影響，導(dǎo)致輕度水蝕荒漠化在一級(jí)地形上的優(yōu)勢分布。

表6 2003－2011年研究區(qū)各等級(jí)水蝕荒漠化在不同地形位等級(jí)下的優(yōu)勢分布區(qū)間 km2

3.3.2 水蝕荒漠化圖譜在地形梯度的分布特征 由圖3和表7可以看出，各等級(jí)水蝕荒漠化圖譜變化類型在不同地形位等級(jí)上的分布指數(shù)差異明顯，各地形位等級(jí)上的圖譜變化類型分布指數(shù)的結(jié)構(gòu)組合表現(xiàn)出顯著的差異性特征，且各等級(jí)水蝕荒漠化的分布指數(shù)與地形等級(jí)存在密切的關(guān)系。加劇型在1—5級(jí)地形位上的分布指數(shù)呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，直至4級(jí)地形位起其分布指數(shù)大于1，表現(xiàn)出優(yōu)勢分布地位，6級(jí)地形位上急劇減少，表明在1—5級(jí)地形位上地形條件越差，加劇型分布就越多，水蝕荒漠化現(xiàn)象越嚴(yán)重；在6級(jí)地形位上重度和中度水蝕分布指數(shù)最高，且以重度水蝕荒漠化分布為主，因此，該地形等級(jí)上水蝕荒漠化加劇的區(qū)域分布還相對(duì)較少，表明6級(jí)上的水蝕荒漠化現(xiàn)象較為嚴(yán)重。減輕型主要分布在1級(jí)、4級(jí)、5級(jí)地形位上，且屬1級(jí)地形位上的分布指數(shù)最大，主要是由于三峽庫區(qū)蓄水，水蝕荒漠化區(qū)域被水淹沒。穩(wěn)定型水蝕荒漠化在1—6級(jí)地形位上分布指數(shù)基本保持一致。穩(wěn)定型和減輕型在1級(jí)和2級(jí)地形位上分布指數(shù)相對(duì)較高；3級(jí)地形位上穩(wěn)定型和加劇型分布指數(shù)較高；減輕和加劇型分布指數(shù)在4級(jí)、5級(jí)地形位上占優(yōu)勢地位；且加劇型分布指數(shù)大于減輕型分布指數(shù)；6級(jí)地形位上以穩(wěn)定型為主，存在部分加劇型分布，幾乎不存在減輕型的分布。

圖3 研究區(qū)水蝕荒漠化圖譜變化類型在不同地形位等級(jí)下的分布指數(shù)

表7 研究區(qū)水蝕荒漠化圖譜變化類型在不同地形位等級(jí)下的分布指數(shù)

從表8可以看出，加劇型和減輕型在各地形位等級(jí)上的分布顯示出明顯的差異性和規(guī)律性。各地形位等級(jí)上的減輕型幾乎都以輕度水蝕荒漠化向無水蝕荒漠化的轉(zhuǎn)移為主，而加劇型主要以輕度水蝕荒漠化向中度水蝕荒漠化轉(zhuǎn)移為主；3級(jí)地形位區(qū)域地形條件較好，為研究區(qū)人地矛盾最為突出的區(qū)域，各土地利用類型在該地形位等級(jí)上存在較為激烈的競爭趨勢，且該區(qū)域水蝕荒漠化加劇型以無水蝕荒漠化向輕度水蝕荒漠化轉(zhuǎn)移為主，表明該區(qū)域土地利用過程中造成水蝕荒漠化問題較為突出。

研究區(qū)存在無水蝕荒漠化向中度水蝕荒漠化以及輕度水蝕荒漠化向重度水蝕荒漠化跨級(jí)式加劇的水蝕荒漠化現(xiàn)象，基于地形位等級(jí)統(tǒng)計(jì)分析兩種跨級(jí)式水蝕荒漠化的面積和分布指數(shù)（表9）。統(tǒng)計(jì)分析表明，這種跨級(jí)式加劇的水蝕荒漠化現(xiàn)象主要分布在渝東北的巫溪、奉節(jié)、云陽、開縣以及渝中部地區(qū)的豐都，且主要分布在2—5級(jí)地形位等級(jí)上；這種跨級(jí)式加劇的水蝕荒漠化現(xiàn)象以無水蝕荒漠化向中度水蝕荒漠化的轉(zhuǎn)移為主，且在3—4級(jí)地形位上呈現(xiàn)優(yōu)勢分布。綜合分析表明水蝕荒漠化現(xiàn)象的加劇和減輕與地形因子之間存在較大的關(guān)聯(lián)性，高地形位等級(jí)上水蝕荒漠化加劇與減輕并存，且相對(duì)低地形位等級(jí)上的加劇和減輕現(xiàn)象更為突出，但加劇的分布指數(shù)大于減輕的分布指數(shù)，表明高地形位等級(jí)上的水蝕荒漠化現(xiàn)象突出，且最不穩(wěn)定，總體呈現(xiàn)水蝕荒漠化嚴(yán)重的趨勢。3—5級(jí)地形位等級(jí)區(qū)域?yàn)樗g荒漠化敏感區(qū)域，6級(jí)地形位等級(jí)區(qū)域?yàn)樗g荒漠化最為嚴(yán)重的區(qū)域。

表8 研究區(qū)水蝕荒漠化圖譜變化類型及其最大圖譜類型在不同地形位等級(jí)下的面積分布

表9 研究區(qū)跨級(jí)式水蝕荒漠化變化圖譜類型在不同地形位等級(jí)下的面積及分布指數(shù)

4 結(jié)論

（1）2003—2011年研究區(qū)不同程度水蝕荒漠化的空間組成結(jié)構(gòu)、數(shù)量變化、平面重心分布以及基于地形特征下的圖譜變化類型分布在時(shí)空演變過程中呈現(xiàn)出明顯的差異性特征。

（2）近8a以來研究區(qū)水蝕荒漠化時(shí)空演變最為頻繁的區(qū)域集中在庫區(qū)水域周圍，其水蝕現(xiàn)象得到小幅度改善，但改善趨勢仍然不明顯；各程度水蝕荒漠化之間的轉(zhuǎn)換主要以輕度水蝕荒漠化和無水蝕荒漠化之間的相互轉(zhuǎn)移為主，不同程度水蝕荒漠化的轉(zhuǎn)移主要表現(xiàn)為向相鄰程度級(jí)轉(zhuǎn)移的趨勢；輕度水蝕荒漠化類型最不穩(wěn)定，主要向其相鄰的中度水蝕荒漠化和無水蝕荒漠化轉(zhuǎn)移。

（3）研究區(qū)東北部地區(qū)水蝕荒漠化時(shí)空動(dòng)態(tài)演變最活躍。重度和中度的高等級(jí)水蝕荒漠化的平面重心存在逐年向東北方向遷移的趨勢，并以重度高速率遷移為主；加劇型和減輕型水蝕荒漠化圖譜變化類型主要集中在研究區(qū)東北部，且以加劇型分布為主。

（4）在重慶典型山地城市的地形特征背景下，研究區(qū)水蝕荒漠化與地形梯度密切關(guān)聯(lián)，基于高程和坡度下的地形位等級(jí)與水蝕荒漠化基本呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，地形位等級(jí)越高，水蝕荒漠化現(xiàn)象越嚴(yán)重，且越不穩(wěn)定。

（5）在坡度為6°～15°，且高程為400～500m的區(qū)域，存在大量無水蝕荒漠化向輕度水蝕荒漠化轉(zhuǎn)移的時(shí)空演變區(qū)域，土地利用過程中造成的水蝕荒漠化現(xiàn)象突出，土地利用過程中需注重對(duì)該區(qū)域的土地利用規(guī)劃；坡度為15°～35°，且高程為500～1 200m的區(qū)域?yàn)樗g荒漠化最為敏感的區(qū)域；巫溪、奉節(jié)、云陽、開縣以及豐都縣內(nèi)的坡度為6°～25°，且高程為400～600m的區(qū)域?yàn)樗g荒漠化跨級(jí)加劇的嚴(yán)重區(qū)域。因此，這些區(qū)域是土地利用監(jiān)督和整治的重點(diǎn)區(qū)域，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該區(qū)域水蝕荒漠化的監(jiān)督和綜合治理。

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