江西東江源區(qū)土壤侵蝕與土地利用變化的影響研究

黃靈光，郭秋忠，周學林，方 豫*，林聯(lián)盛

(1.江西省山江湖開發(fā)治理委員會辦公室，330046，南昌；2.江西省遙感信息系統(tǒng)中心，330046，南昌)

江西東江源區(qū)土壤侵蝕與土地利用變化的影響研究

黃靈光1,2，郭秋忠1,2，周學林2，方 豫1,2*，林聯(lián)盛2

(1.江西省山江湖開發(fā)治理委員會辦公室，330046，南昌；2.江西省遙感信息系統(tǒng)中心，330046，南昌)

采用RS/GIS技術(shù)，研究東江源區(qū)1995-2000年的土地利用變化和土壤侵蝕強度變化的關(guān)系。結(jié)果表明：1)東江源區(qū)土壤侵蝕面積有所增加，強度降低；2)土壤侵蝕強度變化主要發(fā)生在林地、草地、耕地這3種土地利用方式中，其中林地土壤侵蝕強度有較為明顯的增加；3)加重土壤侵蝕強度主要是林地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸睾透兀叵蛄值?、林地?nèi)部之間的轉(zhuǎn)化減弱了侵蝕強度。研究表明，土地利用變化是土壤侵蝕的主導(dǎo)因素，尤其是林地、草地和耕地之間的轉(zhuǎn)化對土壤侵蝕強度的變化影響很大。其中，耕地向林地、林地內(nèi)部之間的轉(zhuǎn)化將對土壤侵蝕強度起到減弱效果，而林地向草地、耕地之間的轉(zhuǎn)化則會加速土壤侵蝕的惡化。

東江源區(qū)；土地利用；土壤侵蝕；GIS技術(shù)

0 引言

土壤侵蝕是土地退化與水土流失等生態(tài)環(huán)境惡化的重要因素之一[1]。它不僅受地形、土壤類型等自然因素的影響，而且還受到土地不合理利用等人類活動的影響。過度的人類活動直接造成土地利用結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，甚至可以人為制造并加重這一變化過程，成為土壤侵蝕最重要的影響因素[2-7]。因此，土地利用的變化可以間接反映土壤侵蝕的現(xiàn)狀，二者有著十分緊密的關(guān)聯(lián)。本文采用RS/GIS技術(shù)，通過定量方法研究、分析東江源區(qū)土壤侵蝕與土地利用變化之間的關(guān)系，為東江源區(qū)的水土流失治理和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況

江西三百山是廣東東江的源頭，簡稱“東江源區(qū)”。東江源區(qū)位于江西省贛州市東南端，包括尋烏、安遠、定南3縣。地理位置：24°20′ N～25°13′ N，114°47′ E～115°53′ E。流域面積3 495.79 km2，地形地貌以山地、丘陵為主；地勢北高南低，東西嶺谷相間，被形象地稱之為“八山半水一分田，半分道路與莊園”。該區(qū)屬典型亞熱帶濕潤季風氣候，熱量豐富，雨量充沛，年平均氣溫18.8 ℃，年降雨量1 526～1 700 mm。

1.2數(shù)據(jù)來源和分類

東江源區(qū)1995年和2000年2期土壤侵蝕強度圖，為TM影像數(shù)據(jù)解譯獲得的江西省1995年和2000年全省水土流失遙感調(diào)查成果，由江西省水土保持研究所提供；1995年和2000年土地利用數(shù)據(jù)源于中國科學院地理所的LANDSAT TM衛(wèi)星數(shù)據(jù)解譯結(jié)果；以及數(shù)字化的江西省測繪局1:100 000地形圖數(shù)據(jù)。按規(guī)程，土壤侵蝕強度劃分為微度侵蝕、輕度侵蝕、中度侵蝕、強度侵蝕、極強度侵蝕及劇烈侵蝕6個等級[8]，土地利用分為二級，即耕地、草地、林地、水域和建設(shè)用地5個一級類，有林地、灌木林、疏林地、其他林地和高、中、低覆蓋度草地等15個二級類[9]。

1.3研究方法

土壤侵蝕的定量分析基于1995年和2000年2期土壤侵蝕等級圖土地利用類型圖(GRID形式)。首先，在ArcGIS軟件下將各類圖件數(shù)字化，通過定義投影、坐標、配準、編輯等操作，生成矢量數(shù)據(jù)，再柵格化成30 m×30 m的Grid圖。然后，利用ArcGIS的疊加分析(Overlay Analysis)功能，采用轉(zhuǎn)移矩陣算法，得到土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣和土壤侵蝕強度指數(shù)(Ei)，求得1995-2000年土地利用和土壤侵蝕強度的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1土地利用方式時空變化

結(jié)果表明，東江源區(qū)土地利用類型變化的主要趨勢是林地和草地大量減少，水域和耕地增加(見表1)。各種土地利用類型的面積總量增減特點如下。

表1 1995年、2000年東江源區(qū)不同土地利用類型面積對比/km2

土地利用類型1995年2000年與1995年比較增減值耕地400．01406．906．89水田254．33255．120．79旱地145．68151．786．10林地2989．692981．83-7．86有林地2225．422207．68-17．74灌木林106．28114．788．50疏林地650．92629．80-21．12其他林地7．0729．5722．50草地87．1684．48-2．68高覆蓋度草地79．9075．81-4．09中覆蓋度草地7．267．380．12低覆蓋度草地0．000．990．99水域2．976．903．93河渠0．191．781．59水庫坑塘2．554．902．35灘地0．230．23-0．01工礦居民用地15．9615．980．02城鎮(zhèn)用地3．053．240．19農(nóng)村居民點12．3512．28-0．07其他建設(shè)用地0．560．46-0．10

1)耕地面積總量增加，增加面積為6.89 km2，其中旱地增加了6.10 km2。

2)林地面積總量急劇減少，其中有林地和疏林地面積大幅減少，分別減少了17.74 km2和21.12 km2，而其他林地(主要是果園)面積增加了22.50 km2。從中可反映出林地之間相互轉(zhuǎn)化的面積較大。

3)草地面積總量減小了2.68 km2，主要是高覆蓋度草地面積減少了4.09 km2，與之相反的低覆蓋度草地面積有所增加。

4)水域面積總量相應(yīng)的增加了1.59 km2。

5)工礦居民用地面積基本持平，略有增加。

利用ArcGIS中柵格數(shù)據(jù)疊加分析功能，直接或間接計算得出研究時期的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(見表2)。各種土地利用類型的轉(zhuǎn)換特點如下。

表2 1995-2000年東江源區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣

注：X為轉(zhuǎn)出率，即a時期從i種土壤侵蝕類型轉(zhuǎn)化為b時期的j種土壤侵蝕類型的比例(%)；Y為轉(zhuǎn)入率，即在b時期第j種土壤侵蝕類型從a時期第i種土壤侵蝕類型轉(zhuǎn)化而來的比例(%)[10]。

1)林地。特點是土地利用方式轉(zhuǎn)換頻繁。原有林地有99.53%，仍為2000年的林地；轉(zhuǎn)出最多的是耕地，面積為8.68 km2，占原林地的0.29%；其次是轉(zhuǎn)換為水域和草地，各占原有林地的0.12%和0.07%。同時，有4.2 km2的草地、2.04 km2的耕地、0.06 km2的工礦居民用地和0.01 km2的水域轉(zhuǎn)換為林地，分別占2000年林地的0.14%、0.07%。轉(zhuǎn)移的結(jié)果，5年間林地總量減少7.86 km2，約占1995年林地總量的0.26%。

2)草地。5年間，原有草地只有94.30%，仍為2000年的草地；其余主要轉(zhuǎn)換為林地，轉(zhuǎn)換了4.2 km2，占1995年草地總量的4.82%；其次為耕地，轉(zhuǎn)換了0.77 km2，占0.88%。同期，林地向草地轉(zhuǎn)換了1.97 km2，占2000年草地總量的2.34%；耕地向草地轉(zhuǎn)換了0.02 km2。轉(zhuǎn)移的結(jié)果是草地面積相對減少2.98 km2，約占1995年草地總量的3.42%。

3)水域。1995-2000年水域面積有所增加，主要為林地向水域轉(zhuǎn)換了3.52 km2，占2000年水域面積的51.01%。其次是耕地向水域轉(zhuǎn)換了0.42 km2，占2000年水域總量的6.09%。與此同時，水域僅向林地轉(zhuǎn)換了0.01 km2。轉(zhuǎn)換的結(jié)果是水域面積相對增加了133.67%。

4)工礦居民用地。特點是轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出基本保持平衡。流出的對象是耕地和林地，分別占1995年面積的1.25%和0.38%；同時有0.28 km2的耕地流入，占2000年工礦居民用地總量的1.75%。

5)耕地。特點是轉(zhuǎn)入多，轉(zhuǎn)出少。轉(zhuǎn)入增加的部分主要來自林地、草地和工礦居民用地，轉(zhuǎn)入面積分別占2000年耕地總面積的2.13%、0.19%和0.05%。而1995年的耕地向林地、草地、水域和工礦居民用地都有流出。轉(zhuǎn)移的結(jié)果是，耕地總量增加了6.89 km2，占1995年耕地總量的1.72%。

2.2東江源區(qū)土壤侵蝕強度變化

結(jié)合ArcGIS的Erase命令，疊加1995年和2000年土壤侵蝕強度等級圖，得到動態(tài)變化圖。再利用ArcGIS的ZonalStatistics命令和Tabulate Area命令，得到土壤侵蝕類型和強度動態(tài)變化轉(zhuǎn)移矩陣(見表3、圖1)。

表3 1995-2000年東江源區(qū)土壤侵蝕類型與強度動態(tài)變化轉(zhuǎn)換矩陣/km2

圖1 東江源區(qū)1995年與2000年土壤侵蝕圖疊加結(jié)果

從各土壤侵蝕強度類型面積凈變化來看，該區(qū)土壤侵蝕強度類型變化的主要趨勢為(表3)。

1)微度侵蝕面積有較大幅度減少。微度侵蝕面積總體上凈增加了56.51 km2，微度侵蝕與其他侵蝕強度類型出現(xiàn)轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)出中，有33.03 km2的面積轉(zhuǎn)變成了輕度侵蝕，有26.53 km2的面積轉(zhuǎn)變成了中度侵蝕，有3.98 km2的面積轉(zhuǎn)變成了強度侵蝕，僅有1.35 km2的面積轉(zhuǎn)變成了極強度侵蝕，總共轉(zhuǎn)出的面積為64.89 km2。除了轉(zhuǎn)出外，其他的5種侵蝕強度類型亦發(fā)生微度侵蝕的轉(zhuǎn)入，其中以輕度、中度侵蝕轉(zhuǎn)入的最多。由于轉(zhuǎn)出的數(shù)量遠大于轉(zhuǎn)入的數(shù)量，微度侵蝕面積呈較大幅度減少的趨勢。

2)輕度侵蝕的面積大幅度增加。輕度侵蝕的面積凈增加了24.28 km2?？偟霓D(zhuǎn)出量為11.25 km2，其中主要轉(zhuǎn)出為微度侵蝕的面積為4.34 km2，轉(zhuǎn)出為中度、強度侵蝕的面積也較大；而轉(zhuǎn)入中以微度和劇烈侵蝕為主，轉(zhuǎn)入量分別為33.03 km2和1.44 km2。可見轉(zhuǎn)入面積較大，總體上面積在大幅增加。

3)中度侵蝕面積增加。中度侵蝕面積凈增加了12.55 km2，總的轉(zhuǎn)出量為22.05 km2，而轉(zhuǎn)入量為34.51 km2?？梢?，總體上中度侵蝕面積有所增加。

4)強度侵蝕面積呈大幅度增加。強度侵蝕面積增加了32.19 km2?？偟霓D(zhuǎn)出量僅為2.9 km2，而轉(zhuǎn)入量為35.09 km2，主要有中度、極強度和微度侵蝕轉(zhuǎn)入。由于轉(zhuǎn)入的數(shù)量遠大于轉(zhuǎn)出的數(shù)量，強度侵蝕面積呈大幅度增加的趨勢。

5)極強度侵蝕有所減少。極強度侵蝕面積減少了10.06 km2，減少的面積主要向強度侵蝕轉(zhuǎn)出了11.49 km2，占1995年極強度侵蝕面積的35.81%。

6)劇烈侵蝕有所減少，但減少量不大。劇烈侵蝕面積僅減少了2.44 km2。

2.3土地利用變化和土壤侵蝕強度的關(guān)系

通過對1995年和2000年2期東江源區(qū)土地利用變化圖和土壤侵蝕強度變化圖進行疊加，并計算出土壤侵蝕強度(Ei)，結(jié)果見表4、圖2。

由表4可知，土壤侵蝕強度增加主要發(fā)生在耕地、林地、草地這3種土地利用方式中，而工礦居民用地的土壤侵蝕強度有所減小。

表4東江源區(qū)1995-2000年各土壤侵蝕強度指數(shù)變化表

土地利用類型1995年2000年與1995年比較增減值百分比/%耕地168．93170．091．160．69林地122．66125．642．982．43草地387．52393．536．011．55水域102．55120．107．557．36工礦居民用地122．81116．25-6．56-5．34

進一步研究該區(qū)土壤侵蝕強度變化的土地利用方式，結(jié)果如下(表5和表6)。

1)林地內(nèi)部之間的轉(zhuǎn)換，尤其是在有林地向其他林地(主要是果園)的轉(zhuǎn)換過程中，使得土壤侵蝕強度呈現(xiàn)增強的態(tài)勢。具體表現(xiàn)在微度侵蝕轉(zhuǎn)變?yōu)檩p度、中度侵蝕的面積分別是28.98 km2、22.94 km2，而同期林地由輕度、中度侵蝕轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒍惹治g的面積分別是2.73 km2、0.52 km2。轉(zhuǎn)換過程中，中度侵蝕轉(zhuǎn)變?yōu)閺姸惹治g的面積為11.51 km2、極強度侵蝕轉(zhuǎn)為強度侵蝕的面積為11.43 km2。由表5、表6可知，有林地、疏林地面積減少，其他林地增加是導(dǎo)致林地土壤侵蝕強度增加的一個重要因素。

表5 各種侵蝕強度類型增加主要發(fā)生的土地利用方式面積統(tǒng)計/km2

注:1微度侵蝕，2輕度侵蝕，3中度侵蝕，4強度侵蝕，5極強度侵蝕，6劇烈侵蝕。

表6 各種侵蝕強度類型減弱主要發(fā)生的土地利用方式面積統(tǒng)計/km2

注：1 微度侵蝕，2 輕度侵蝕，3 中度侵蝕，4 強度侵蝕，5 極強度侵蝕，6 劇烈侵蝕。

圖2 經(jīng)疊加后的土地利用圖和土壤侵蝕強度變化圖

2)不同土地利用方式之間的轉(zhuǎn)化對土壤侵蝕變化的影響主要體現(xiàn)在林地與草地、耕地的轉(zhuǎn)變。林地向草地的轉(zhuǎn)變過程中，土壤侵蝕強度增加的面積是1.43 km2，而林地向耕地轉(zhuǎn)變過程中土壤侵蝕強度增加的面積是0.99 km2。這表明該區(qū)毀林造田引起的水土流失情況比較嚴重，應(yīng)引起高度重視。

3 結(jié)論

在研究時段內(nèi)，東江源區(qū)的土壤侵蝕程度有所增加，尤其是林地、草地和耕地之間的轉(zhuǎn)化對土壤侵蝕強度的變化影響很大。具體表現(xiàn)為，耕地向林地、林地內(nèi)部之間的轉(zhuǎn)換對土壤侵蝕強度起到減弱效果，而林地向草地、耕地之間的轉(zhuǎn)換化加速了土壤侵蝕的惡化。從研究區(qū)的土壤侵蝕強度量上分析，輕度侵蝕和強度侵蝕增加最多，由此引發(fā)的水土流失程度變化須作進一步研究。

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EffectsStudyingonSoilErosionandLandUseChangeinDongjiangSourceRegion,JiangxiProvince

HUANG Lingguang1,2,GUO Qiuzhong1,2,ZHOU Xuelin2,FANG Yu1,2*,LIN Liansheng2

(1.Office of the Mountain-River-Lake Development Committee of Jiangxi Province,330046,Nanchang,PRC;2.Center for Remote Sensing Information of Jiangxi Province,330046,Nanchang,PRC)

Use RS/GIS technology,had study on the changes of the land use,the intensity changes of soil erosion,and its relationship,in the Dongjiang′s source region,between 1995 to 2000,In this paper.The results showed that:1)in the source area,soil erosion has increased and lower intensity;2)soil erosion intensity changes occurred mainly in woodland, grassland,arable land use patterns,in which the intensity of forest soil erosion have a more significant increase;3)the soil erosion intensity increased is mainly grassland and woodland into farmland,but the conversion of farmland to forest,to weakened the between erosion intensity of woodland.Research shows that land use change is the dominant factor in soil erosion,especially soil erosion intensity changes greatly is in the conversion of between woodland,grassland and farmland.Among them,the conversion of farmland changes to forest,and between woodlands internal conversion will increase lost water and soil,and soil erosion is accelerated.In the other hand,grass land and wood land conversion to arable land,will diminished effect of soil erosion.

Dongjiang′s source region;land use;soil erosion;GIS technique

2014-05-21;

2014-06-24

黃靈光(1981-)，男，江西南城人，碩士，工程師，研究方向：生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測。

江西省科技計劃項目(編號: 2001ZBBG0045)；江西省科學技術(shù)合作項目(編號:2007BN18800)。

*通訊作者：方 豫(1970-)，女，福建莆田人，研究員，碩士,研究方向：遙感與GIS技術(shù)在生態(tài)、流域管理中的應(yīng)用。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.04.010

S157

A

1001-3679(2014)04-0467-06