望謨河流域植被類型的地形分異分析

高 蜻，袁竟富，成星霖，潘佑靜，韓文君，杜 波

(1.貴州大學林學院，貴州貴陽 550025;2.貴州省金沙縣禹謨鎮(zhèn)政府，貴州金沙 551804;3.銅仁市水利電力勘測設計院，貴州銅仁 554300)

近代工業(yè)革命以來，由于人類對林地、草地的大面積毀改，以及耕作方式的不合理，直接或間接導致了水土流失、土地退化、森林和草地等植被覆蓋率下降、泥沙淤積河流，很大程度上降低了流域的調(diào)蓄能力，加劇了泥石流、滑坡、洪災、旱災等自然災害的發(fā)生，使流域汛期洪水兇猛集中而泛濫成災，枯季河道斷流，水資源短缺［1］。植被作為水土流失的“防火墻”，在截留降雨、攔蓄徑流和固持土壤等方面有著重要作用［2］。在同一氣候區(qū)內(nèi)，地形因子通過影響該區(qū)域土壤、小氣候和水文等因子的分布，成為影響植被分布的重要因子之一［3］。同時，高程、坡度、坡向等地形因子直接影響著水土流失量的大小［4］。所以在水土流失嚴重，山洪地質(zhì)災害高發(fā)的地區(qū)，研究植被在地形上的分異情況，對進一步制定合理的開發(fā)利用方案、有效的防治措施、適宜的生態(tài)保護與管理對策具有重要的意義。筆者以ArcGIS空間地理信息系統(tǒng)技術(shù)為支撐，以貴州省望謨河流域內(nèi)不同植被類型為研究對象，分析不同植被類型在高程、坡度、坡向等地形因子上的分異特點，得出流域內(nèi)不同植被類型在地形因子上的分布特征，為當?shù)氐乃亮魇е卫砗头罏臏p災提供分析依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

望謨河流域地處貴州省望謨縣中部，云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，地理坐標位于 106°02'～106°12'E，25°09'～25°23'N?？偯娣e194.31 km2，流域地勢北高南低，境內(nèi)山巒起伏，地形破碎，河流縱橫，最高海拔1 675 m，最低海拔為545 m。地質(zhì)以碳酸鹽夾碎屑巖為主，河床坡度大，水土流失嚴重。流域?qū)賮啛釒駶櫦撅L氣候，雨熱同期，汛期多在5～8月，降雨集中，雨季降雨量占全年的87.3%，多年平均氣溫為19℃，極端最低氣溫為－4.8℃(1963年1月15日)，極端最高溫39℃(1963年5月3日)，多年平均降雨量1 240.3 mm。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與預處理 該研究采用的DEM數(shù)據(jù)以望謨河流域1∶10 000比例的流域地形圖矢量化制作，柵格分辨率采用20 m×20 m。選用保留面積性質(zhì)的等積投影(Albers投影)作為投影方法，基準面選用Beijing54坐標。植被類型數(shù)據(jù)采用的是在SPOT－5衛(wèi)星2010遙感圖解譯的基礎上，于2013年進行外業(yè)開展流域內(nèi)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查校正，采取以線路調(diào)查為主，點面相結(jié)合的方法，結(jié)合GPS完成流域內(nèi)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查校正，對有變動的部分進行校正修改，最終制作成分辨率為20 m×20 m的土地利用柵格圖。

2.2 統(tǒng)計分析方法 ①通過ArcGIS10.1中的空間分析功能，以流域的DEM為基礎數(shù)據(jù)提取地形因子(坡度、坡向、高程)，并對地形因子進行分級處理，面積匯總和構(gòu)成比例計算;②以ArcGIS10.1為平臺，利用解譯的植被類型數(shù)據(jù)，對流域植被類型進行分析;③將提取的高程、坡度和坡向3個地形因子分級圖分別與研究區(qū)植被類型圖疊加，可以得到研究區(qū)不同高程，不同坡度，不同坡向下植被類型的分異特點。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)植被類型的構(gòu)成 結(jié)合實際情況，將研究區(qū)植被類型分為草地、灌木林、闊葉林、針葉林、混交林、經(jīng)果林、水田、旱地8類。由不同植被類型面積統(tǒng)計(表1)可知，研究區(qū)內(nèi)各種植被類型的面積大小排序:闊葉林＞混交林＞針葉林＞水田＞灌木＞旱地＞經(jīng)果林＞草地。流域主要植被類型以闊葉林為主，占流域總面積的45.64%，其次是混交林和針葉林，分別占流域面積的14.29%和13.57%，研究區(qū)水田和旱地分別占流域總面積的7.61%和5.12%，經(jīng)果林占總面積的3.24%。

表1 不同植被類型面積統(tǒng)計

3.2 地形因子分析

3.2.1 高程因子分析。研究區(qū)最高海拔1 675 m，最低海拔545 m。對氣溫而言，海拔每增高100 m，年平均氣溫約下降0.5～0.6℃。因此，高程按照100 m為間隔劃分成11級。研究區(qū)海拔高差1 130 m，由南到北呈階梯狀分布，主要高程集中在845～1 345 m之間，面積比例為68.94%(表2)。

3.2.2 坡度因子分析。根據(jù)《水土保持綜合治理規(guī)劃通則》［5］，將流域劃為平坡(0 ～5°)，緩坡(5 ～15°)，斜坡(15 ～25°)，陡坡(25 ～35°)，急坡(35 ～45°)，險坡(＞45°)6 級。根據(jù)分級結(jié)果可知，研究區(qū)坡度在25°以上的面積占總面積的58.85%，其中陡坡面積占總面積的30.63%，其次是斜坡和急坡，分別是26.86%和23.43%，緩坡占11.73%，險坡有4.79%，平坡面積最少，只占2.56%(表3)。

3.2.3 坡向因子分析。流域的坡向可以理解為坡面的方向或者斜坡面向的方向。我國地處北半球，按照坡向是否面朝太陽進行劃分［6］。研究區(qū)位于我國南方，屬亞熱帶濕潤季風氣候，結(jié)合流域?qū)嶋H，可分為平地、陰坡、陽坡共3類。其按順時針方向的度數(shù)從0°(正北方向)到360°(重新回到正北方向，一個完整的圓形)，－1～0°平地，0～90°和 270～360°為陰坡，90～270°為陽坡。研究區(qū)內(nèi)坡向以陽坡為主，占總面積的51.45%，其次是陰坡，占總面積的48.07%，平地面積最少，只有0.48%。坡地多平地少，符合流域的山地地貌特征。

表2 不同高程面積統(tǒng)計

表3 不同坡度面積統(tǒng)計

表4 不同坡向面積統(tǒng)計

3.3 流域植被類型分析

3.3.1 不同高程下植被類型的分布。地球上植被的分布有明顯的地帶性變化，平地上表現(xiàn)為水平地帶性，山地上表現(xiàn)為垂直帶性［7］。研究區(qū)屬于山地，相對高差大，植被在高程上的垂直帶性特征明顯。由不同植被類型面積百分比在高程梯度上的分布圖(圖1)可知，每一種植被在不同的高程梯度上都有分布，只是分布的面積和趨勢有所不同。

水田的分布曲線呈先減少后增加再減少的趨勢，分布在高程1 345 m以下的面積占水田總面積的95.66%。闊葉林和混交林的分布曲線相似，呈單峰型分布，但是峰值出現(xiàn)范圍不同。闊葉林主要分布在845～1 345 m的高程梯度上，在此高程梯度上分布的面積占闊葉林總面積的75%，其中峰值出現(xiàn)在1 045～1 145 m的高程梯度上;混交林的分布集闊葉林和針葉林的分布特點于一體，主要分布在845～1 445 m的高程梯度上，在此高程梯度上分布的面積占混交林總面積的86.05%，峰值出現(xiàn)在1 145～1 245 m的高程梯度上。

草地、灌木林、旱地和針葉林4類植被類型在高程梯度上的分布曲線相似，均呈雙峰型曲線。草地的峰值出現(xiàn)在645～745 m和1 145～1 245 m的高程梯度上，分別占草地總面積的17.01%和16.72%，在高程低于645 m和高于1 445 m的地區(qū)分布較少。灌木林峰值出現(xiàn)在845～945 m和1 045～1 145 m的高程梯度上，分別占灌木林總面積的15.87%和15.98%，在高程高于1 345 m的地區(qū)分布較少。旱地第1個峰值出現(xiàn)在645～745 m的高程梯度上，占旱地總面積的7.06%，最大峰值出現(xiàn)在1 045～1 145 m高程梯度，占旱地總面積的17.32%。針葉林主要分布在高程范圍為945～1 545 m之間，占總面積的76.47%，在海拔低于945 m的地區(qū)分布較少，只占該地類面積的21.81%，小峰值出現(xiàn)在745～845 m的高程梯度，占針葉林總面的6.27%，最大峰值出現(xiàn)在1 245～1 345 m高程梯度，占針葉林總面積的15.76%。

3.3.2 不同坡度下植被類型分布。在一定坡長條件下，坡度加大，徑流速度加快，水流在坡面上的入滲時間短，入滲量小，徑流量就會增大［8］。坡度在15°以下為緩坡地，動力和重力作用相對較小，水流運動較緩，水土流失不太強烈，是條件較好的農(nóng)業(yè)區(qū);15～25°為斜坡地，水土流失相對嚴重，只能勉強進行農(nóng)作，是農(nóng)業(yè)上限區(qū);25°以上為陡坡地，侵蝕強烈，水土流失嚴重，土壤貧瘠，不宜耕作，必須進行退耕還林。由不同植被類型面積百分比在坡度梯度上的分布圖(圖2)可知，望謨河流域不同植被類型在各坡度梯度上均有分布，均呈單峰曲線。闊葉林和針葉林在25～35°的坡度梯度上分布面積最多，分別是33.93%和36.84%;草地、灌木林、混交林、經(jīng)果林、水田和旱地的峰值均出現(xiàn)在15～25°的坡度梯度上，在此梯度上分布的面積占自身總面積的比例最大，都在33%以上。

3.3.3 不同坡向下植被類型的分布。由望謨河流域不同植被類型面積百分比在坡向梯度上的分布圖(圖3)可知，各植被類型在不同的坡向上均有分布。由于平坡面積小，只有0.94 km2，各類植被在平坡上的分布都很少，所以主要對比各植被類型在陰坡和陽坡上的分布特點。針葉林和水田分布在陰坡上的面積大于分布在陽坡上的面積，針葉林在陰坡上的分布面積占該地類總面積的53.15%，比在陽坡上多6.30%，水田在陰坡上的分布面積占該地類總面積的49.07%，比在陽坡上多0.83%。草地、灌木林地、闊葉林、混交林、經(jīng)果林和旱地6種植被類型在陽坡上的分布面積都大于在陰坡上的分布面積，在陽坡上的面積分別占該地類總面積的52.87%、64.98%、50.57%、52.57%、50.99%和50.61%。流域內(nèi)經(jīng)果林在陽坡上的分布面積比在陰坡上的分布的面積多1.98%，闊葉林在陽坡上的分布面積比在陰坡上多1.14%。

4 結(jié)論

(1)該研究以望謨河流域1∶10 000的地形圖制作的分辨率為20 m×20 m的DEM為基礎數(shù)據(jù)，揭示了研究區(qū)高程、坡度、坡向等地形因子的分布特征:研究區(qū)總高差1 130 m，由南到北呈階梯狀分布，高程主要集中在845～1 345 m之間，面積比例為68.94%;研究區(qū)坡度在25°以上的面積占總面積的58.86%，陡坡面積占總面積的30.63%;研究區(qū)內(nèi)坡向以陽坡為主，占總面積的51.45%，其次是陰坡，占總面積的48.07%，平地面積最少，只有0.48%，坡地多平地少，符合流域山地地貌的特點。流域內(nèi)高差大，坡度陡急，為地表徑流提供了充分的重力勢能，增加了徑流的沖刷能力，正向促進了研究區(qū)水土流失強度。

(2)該研究以望謨河流域遙感解譯的土地利用圖為基礎數(shù)據(jù)，揭示了研究區(qū)各植被類型的分布特征，研究區(qū)內(nèi)的各種植被類型的面積大小排序:闊葉林＞混交林＞針葉林＞水田＞灌木＞旱地＞經(jīng)果林＞草地。闊葉林是研究區(qū)的主要植被，占總面積的45.64%，混交林占流域總面積的14.29%，針葉林占流域總面積的13.57%;其次是水田、灌木林和旱地，分別占流域總面積的7.61%、6.95%和5.12%;草地和經(jīng)果林在研究區(qū)內(nèi)分布很少，只有1.12%和3.24%。

(3)各種植被在各高程梯度、各坡度以及各坡向上均有分布，只是分布的面積大小不一樣。水田的分布曲線呈先減少后增加再減少的趨勢，分布在高程1 345 m以下的面積占水田總面積的95.66%，闊葉林和混交林的分布曲線相似，呈單峰型分布，但是峰值出現(xiàn)范圍不同，草地、灌木林、旱地和混交林等植被類型的分布曲線相似，呈雙峰型曲線;不同植被類型隨坡度梯度的變化均為單峰曲線，闊葉林和針葉林在25～35°的坡度梯度上分布面積最多，灌木林、混交林、經(jīng)果林、水田和旱地在15～25°的坡度上分布的面積占本地類總面積的比例最大，都占本地類面積的33%以上;針葉林和水田主要分布在陰坡，而草地、灌木林、闊葉林、混交林、經(jīng)果林和旱地這幾種植被類型在陽坡上的分布面積都大于在陰坡上的分布面積。研究區(qū)有5.12%的面積是旱地，7.62%的面積是水田，56.89%的水田和74.87%的旱地分布在坡度＞15°的地區(qū)，該區(qū)域不屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最佳坡地。人為的陡坡開荒破壞了土壤的穩(wěn)定性，使陡急坡地段的土壤變得松弛，容易被坡面徑流沖刷帶走，加劇了水土流失。針對流域的特殊情況，采用何種措施進行水土保持，緩解流域頻發(fā)的山洪地質(zhì)災害是下一步的研究重點。

［1］唐麗霞.黃土高原清水河流域土地利用/氣候變異對徑流泥沙的影響［D］.北京:北京林業(yè)大學，2009.

［2］韋紅波，李銳，楊勤科.我國植被水土保持功能研究進展［J］.植物生態(tài)學報，2002(4):489－496.

［3］HARA M，HIRATA K，F(xiàn)UJIHARA M，et al.Vegetation structure in relation to micro－landform in an evergreen broad－leaved forest on Amami Ohshima Island，South－West Japan［J］.Ecological Research，1996，11:325 －337.

［4］劉新華，楊勤科，湯國安.中國地形起伏度的提取及在水土流失定量評價中的應用［J］.水土保持通報，2001(1):57 －59，62.

［5］水利部.GBT 15772－2008.水土保持綜合治理規(guī)劃通則［S］.北京:中國標準出版社，2009.

［6］章偉玲.坡向?qū)ψ匀画h(huán)境的影響［J］.地理教育，2010(10):11.

［7］劉華訓.我國山地植被的垂直分布規(guī)律［J］.地理學報，1981(3):267－279.

［8］林軍，馬文貴，張子雪.北方土石山區(qū)不同坡度的徑流小區(qū)水土流失規(guī)律研究［J］.山東水利，2009，3(3):42 －44.