基于GIS的高寒草原區(qū)土壤凍融侵蝕強(qiáng)度及空間分布特征

王 轉(zhuǎn)，沙占江,，馬玉軍，胡菊芳,，翟于樂(lè)，馬海英

1.青海師范大學(xué) 生命與地理科學(xué)學(xué)院，西寧 810008

2.青藏高原環(huán)境與資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810008

3.中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所，西寧810008

4.青海省德令哈市國(guó)土資源局，德令哈 817000

基于GIS的高寒草原區(qū)土壤凍融侵蝕強(qiáng)度及空間分布特征

王 轉(zhuǎn)1,2，沙占江1,2,3，馬玉軍1,2，胡菊芳2,3，翟于樂(lè)1,2，馬海英4

1.青海師范大學(xué) 生命與地理科學(xué)學(xué)院，西寧 810008

2.青藏高原環(huán)境與資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810008

3.中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所，西寧810008

4.青海省德令哈市國(guó)土資源局，德令哈 817000

以位于青海南部高原高寒草原區(qū)的興海盆地作為研究區(qū)，選取氣溫年較差、年降水量、植被蓋度、坡度、坡向、海拔等因素作為凍融侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用層次分析法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，采取標(biāo)準(zhǔn)化值賦權(quán)重加權(quán)求和的方法計(jì)算凍融侵蝕強(qiáng)度指數(shù)，以等間隔方法對(duì)凍融侵蝕強(qiáng)度指數(shù)進(jìn)行分級(jí)，獲得了研究區(qū)凍融侵蝕強(qiáng)度等級(jí)類型，并利用 ArcGIS 的空間分析與統(tǒng)計(jì)分析功能對(duì)研究區(qū)凍融侵蝕的空間分布特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明：研究區(qū)凍融侵蝕發(fā)生的總面積是4784.34 km2，其中，輕度侵蝕和中度侵蝕居多，分別占凍融侵蝕總面積的32.07%和40.06%；微度侵蝕、強(qiáng)烈侵蝕和極強(qiáng)烈侵蝕占少部分，分別占凍融侵蝕總面積的7.39%、16.08%和4.39%；凍融侵蝕主要分布在研究區(qū)的西部，不同的海拔與坡度等級(jí)下，4000 — 4800 m 與 5 — 35°凍融侵蝕最集中，其主要發(fā)生在高寒草甸、草原，低覆蓋草地上凍融侵蝕尤為嚴(yán)重。研究區(qū)凍融侵蝕在各個(gè)坡向的波動(dòng)較小，坡向?qū)ζ溆绊懸噍^小。降水量330 — 455 mm和年較差24.85 — 26.04℃凍融侵蝕分布最集中。

凍融侵蝕；興海盆地；GIS；高寒草原區(qū)

凍融侵蝕是高寒地區(qū)由于溫度變化，導(dǎo)致土體或巖石中的水分發(fā)生相變，體積發(fā)生變化，以及由于土壤或巖石不同礦物的差異膨脹，造成土體或巖石機(jī)械破壞并在重力等作用下被搬運(yùn)、遷移、堆積的整個(gè)過(guò)程（張建國(guó)等和劉淑珍，2005）。凍融侵蝕在我國(guó)分布較廣、面積較大，相對(duì)嚴(yán)重凍融侵蝕主要分布在東北北部山區(qū)，西北高山地區(qū)，青藏高原地區(qū)（錢(qián)征寒等，2001）。作為高海拔地區(qū)水土流失加劇的重要原因，凍融侵蝕改變和破壞著土壤的物理性質(zhì)，降低了土壤的生產(chǎn)能力（李東等，2015）。隨著凍融侵蝕對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響越來(lái)越顯著，人們對(duì)于這一問(wèn)題的關(guān)注與研究也越來(lái)越多。國(guó)際上，凍融侵蝕的研究以美國(guó)和加拿大最為前沿，我國(guó)尚處于起步階段。董瑞琨等（2000）、張建國(guó)和劉淑珍（2005）、劉淑珍等（2006）研究表明凍融侵蝕是西藏地區(qū)最主要的土壤侵蝕類型之一，運(yùn)用凍融侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)因子特征值，分析了該區(qū)域凍融侵蝕強(qiáng)度和分布特征。吳萬(wàn)貞等（2009）對(duì)三江源保護(hù)區(qū)凍融侵蝕動(dòng)力進(jìn)行了定性分析。李成六等（2011）對(duì)三江源保護(hù)區(qū)凍融侵蝕侵蝕情況進(jìn)行了分級(jí)研究。目前對(duì)于興海盆地凍融侵蝕的研究多見(jiàn)于對(duì)三江源地區(qū)凍融侵蝕的研究，但對(duì)于興海盆地凍融侵蝕具體的分布特征和凍融侵蝕強(qiáng)度等級(jí)的研究鮮見(jiàn)報(bào)道?；诖耍疚木C合分析影響興海盆地典型高寒草原區(qū)凍融侵蝕的各個(gè)因子，并對(duì)凍融侵蝕強(qiáng)度和分布特征進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)與研究，以期為該區(qū)的凍融侵蝕防治工作和高海拔地區(qū)生態(tài)環(huán)境研究提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

興海盆地位于青南高原的東北部，為一新生代斷陷盆地，第三紀(jì)至第四紀(jì)，興海盆地沉積較為連續(xù)，主要為上新世和早更新世河湖相沉積及晚更新世至全新世沖洪積、風(fēng)積堆積等。盆地范圍為34°48′ — 36°7′N、99°01′ — 100°16′E（圖1），總面積為10384 km2。盆地地處中緯度高海拔山區(qū)，全區(qū)海拔2513 — 5307 m，平均海拔3910 m，屬典型的高原大陸性氣候。年最高氣溫24℃，最低氣溫?25℃，年平均溫度?4 — 1℃。年降水量處于300 — 580 mm。地勢(shì)西南高東北低，黃河自西向東北流經(jīng)盆地，切割強(qiáng)烈，形成峽谷。境內(nèi)大河壩河、曲什安河分別由西北至東南、西南向東北流入黃河，兩河長(zhǎng)期沖刷形成兩條沖積河谷地帶，沿河兩岸地勢(shì)較低。研究區(qū)植被類型主要包括包括草甸植被、草原植被、灌叢植被、林地植被、高山流石坡植被等。研究區(qū)土壤類型主要為高山草甸土、高山草原土、高山寒漠土、栗鈣土及沼澤土等。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location of the study area

2 研究方法

2.1 凍融侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法

目前凍融侵蝕研究主要采用分級(jí)賦權(quán)重評(píng)價(jià)模型（Zhang et al，2005，2007；李成六等，2011），這種分級(jí)方案的主觀性很強(qiáng)，并且不同影響因子的數(shù)據(jù)往往具有不同的單位和量綱，其數(shù)值的變異可能是很大的，這會(huì)對(duì)最終結(jié)果的影響較大，為了避免這一情況，本文采取標(biāo)準(zhǔn)化值賦權(quán)重加權(quán)求和的方法計(jì)算凍融侵蝕強(qiáng)度指數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)化方法即：

式中：Ii為各單因子的標(biāo)準(zhǔn)化值；I為各單因子的值；Imin為I因子的最小值；Imax為I因子的最大值。

凍融侵蝕強(qiáng)度指數(shù)計(jì)算式為

式中：Wi為各單因子評(píng)價(jià)指數(shù)對(duì)應(yīng)的權(quán)重，Ii為各單因子的標(biāo)準(zhǔn)化值，n為凍融侵蝕評(píng)價(jià)因子數(shù)量。F為凍融侵蝕綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)愈大，表示凍融侵蝕愈強(qiáng)烈。

2.2 凍融侵蝕區(qū)范圍界定

根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，結(jié)合野外實(shí)地踏勘，本次研究利用張建國(guó)等對(duì)青藏高原地區(qū)凍融侵蝕區(qū)上下界限的研究提取研究區(qū)的準(zhǔn)凍融侵蝕范圍（Zhang et al，2005），并疊加土地利用數(shù)據(jù)剔除裸巖、湖泊分布區(qū)，得到凍融侵蝕區(qū)范圍（圖2）。

圖2 研究區(qū)凍融侵蝕區(qū)分布Fig.2 The distribution of freeze-thaw erosion area in the study area

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)及數(shù)據(jù)獲取

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，凍融侵蝕的強(qiáng)度分級(jí)應(yīng)以凍融區(qū)內(nèi)由于凍融作用導(dǎo)致的單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上土壤的流失量作為分級(jí)依據(jù)。然而，由于目前國(guó)內(nèi)外很少見(jiàn)凍融侵蝕流失量的觀測(cè)報(bào)道，因此，對(duì)凍融侵蝕進(jìn)行強(qiáng)度分級(jí)難度很大。事實(shí)上，在凍融區(qū)確實(shí)存在著侵蝕強(qiáng)度的差異，而造成這種差異的原因是影響凍融過(guò)程以及凍融產(chǎn)物搬運(yùn)條件的差異（張瑞芳等，2009）。為此選擇這些影響凍融侵蝕的因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)是可行的。本文根據(jù)研究區(qū)凍融侵蝕及其主要影響因子的侵蝕特性，選取影響凍融侵蝕的因子，分別是氣溫年較差、年降水量、植被蓋度、坡度、坡向、海拔和土壤類型等。文中采用的2014年12月Landsat 8 OLI_TIRS遙感影像（軌道號(hào)分別為133/035、133/036）和30 m分辨率的ASTER GDEM數(shù)據(jù)均來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站（http://www.gscloud.cn）；年降水量數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心1999年1 km格網(wǎng)的多年降水量Kriging插值。各評(píng)價(jià)指標(biāo)的獲取技術(shù)路線如圖3所示。

圖3 研究區(qū)凍融侵蝕技術(shù)流程Fig.3 The technical fl ow of freeze-thaw erosion in the study area

2.3.1 氣溫年較差

溫度是影響凍融侵蝕的首要因子，主要包括區(qū)域內(nèi)年平均地溫、地面年溫較差等。一方面，它直接決定著凍結(jié)和融化的深度和程度（周幼吾等，2000），溫差越大，凍融深度也越大，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，反之則減少。另一方面，土壤中溫度的變化，尤其是0℃上下溫度的變化幅度與變化頻率，直接影響著土壤凍結(jié)與融解的過(guò)程，進(jìn)而影響土壤的物理性質(zhì)與土壤抗蝕穩(wěn)定性，目前影響凍融侵蝕的地溫因子很難獲得。史展等（2012）根據(jù)三江源及周邊地區(qū)58個(gè)氣象站50 a觀測(cè)資料分析發(fā)現(xiàn)氣溫年較差（T差，℃）與經(jīng)度（X，°）、緯度（Y，°）和高程（H，m）存在較強(qiáng)的線性關(guān)系，得到如下回歸方程

因此，可以利用式（3）計(jì)算興海盆地的氣溫年較差，使其作為凍融侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)的指標(biāo)之一。

2.3.2 坡度與坡向

坡度與坡向是反應(yīng)地形對(duì)于凍融侵蝕影響程度的兩個(gè)指標(biāo)。一方面，坡度直接決定著凍融侵蝕產(chǎn)物輸送距離的遠(yuǎn)近和輸送的多少，一般情況下，坡度越大，凍融侵蝕物質(zhì)輸移的距離越遠(yuǎn)，輸移的物質(zhì)也越多。另一方面，坡向的不同也影響著凍融侵蝕的強(qiáng)度，陽(yáng)坡太陽(yáng)輻射強(qiáng)于陰坡，使得陽(yáng)坡的蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于陰坡，其溫差變化也遠(yuǎn)大于陰坡，因此，陽(yáng)坡的凍融侵蝕作用要強(qiáng)于陰坡。數(shù)據(jù)獲取方法為，對(duì)30 m分辨率DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正，在GIS軟件中生成坡度、坡向圖。為了減小提取坡度、坡向的邊緣效應(yīng)，擴(kuò)大DEM 范圍提取坡度、坡向后，再把研究區(qū)域裁剪出來(lái)（宋佳等，2006）。

2.3.3 年降水量

降水是凍融侵蝕的重要影響因子，降水直接影響土體含水量，影響凍融侵蝕強(qiáng)度。降水量增大，導(dǎo)致土體中含水量增大，凍結(jié)時(shí)由于水體結(jié)冰體積增大而對(duì)土體的破壞作用增加，同時(shí)坡面融水對(duì)土壤的搬運(yùn)作用也會(huì)隨著降水量的增加而增大。由于研究區(qū)內(nèi)收集到的站點(diǎn)數(shù)據(jù)很少，不能做區(qū)域性的插值，所以運(yùn)用興海盆地界線對(duì)中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的1999年1 km格網(wǎng)的多年平均降水量插值圖進(jìn)行裁剪，并重新采樣成30 m×30 m格網(wǎng)，獲得研究區(qū)的多年降水量分布圖。

2.3.4 植被蓋度

植被是影響凍融侵蝕的幾大因子之一，它對(duì)凍融侵蝕具有明顯的削弱作用（張娟等，2011），主要表現(xiàn)在植被的地上部分對(duì)地表的保護(hù)作用、植被的根系提高土壤的穩(wěn)定性以及植被的存在減少了土溫的較差。一般來(lái)說(shuō)，植被覆蓋度越高，則說(shuō)明該區(qū)域植被的郁閉性越高，減少了土壤的水分蒸發(fā)，加強(qiáng)了土壤的團(tuán)聚力，在很大程度上緩解了凍融侵蝕。其數(shù)據(jù)的獲取方法是利用2014年12月Landsat 8 OLI_TIRS遙感影像，并結(jié)合野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精校正和FLASSH大氣校正，用GIS軟件提取歸一化植被指數(shù)，最終獲得研究區(qū)植被蓋度圖。

2.3.5 海拔高度

青藏高原地貌垂直地帶性明顯，多年凍土溫度、厚度受海拔高度的控制，海拔越高，地溫越低，凍融侵蝕越強(qiáng)，反之越弱。數(shù)據(jù)獲取方法為，在GIS軟件中利用研究區(qū)界線裁剪DEM 數(shù)據(jù)，獲得研究區(qū)高程圖。

2.3.6 土壤

土壤的凍結(jié)和融化與土的熱物理性質(zhì)關(guān)系極為密切，而土的物理性質(zhì)又決定于土的成分、密度、孔隙度等。以往研究表明凍融作用對(duì)土壤水分、密度、有機(jī)質(zhì)和土壤的機(jī)械組成等因素都有不同程度的影響（景國(guó)臣等，2008）。劇烈的凍融作用改變土壤的性質(zhì)，進(jìn)而影響土壤的可蝕性。數(shù)據(jù)獲取方法為：將1:100萬(wàn)土壤類型圖進(jìn)行幾何糾正，利用研究區(qū)邊界裁剪土壤類型圖，獲得研究區(qū)土壤類型圖。

2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

本研究選取氣溫年較差、年降水量、植被蓋度、坡度、坡向、海拔6個(gè)指標(biāo)作為研究區(qū)凍融侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)凍融侵蝕強(qiáng)度的相對(duì)重要性，確定了指標(biāo)對(duì)凍融侵蝕強(qiáng)度的判斷矩陣，然后運(yùn)用層次分析法計(jì)算權(quán)重并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)（表1）。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的判斷矩陣及其權(quán)重Tab.1 Judgment matrix and weight of evaluation index

3 討論與分析

3.1 凍融侵蝕強(qiáng)度評(píng)價(jià)

根據(jù)以上各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重和公式（2）計(jì)算得到研究區(qū)的凍融侵蝕強(qiáng)度，計(jì)算的凍融侵蝕強(qiáng)度介于0.306 — 0.876，采用等間隔方法對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分級(jí)，劃分為0.306 — 0.407，0.407 — 0.502， 0.502 — 0.597，0.597 — 0.692，0.692 — 0.787，0.787 — 0.876，其中0.787 — 0.876只有極少象元，因此將0.787 — 0.876的數(shù)值與0.692 — 0.787等級(jí)合并，因此，最終將凍融侵蝕強(qiáng)度劃分為5個(gè)等級(jí)，分別為微度、輕度、中度、強(qiáng)烈和極強(qiáng)烈侵蝕（表2），獲得興海盆地凍融侵蝕強(qiáng)度等級(jí)分類信息（圖4）。

表2 研究區(qū)凍融侵蝕的基本特征Tab.2 Basic characteristics of freeze-thaw erosion in the study area

圖4 研究區(qū)凍融侵蝕強(qiáng)度等級(jí)Fig.4 The grade of freeze-thaw erosion intensity in the study area

3.2 凍融侵蝕空間分布特征

為了便于分析研究區(qū)土壤凍融侵蝕的分布特征，本文利用ArcGIS軟件將凍融侵蝕分級(jí)圖與氣溫年較差、坡度、坡向、植被蓋度、年降水量、海拔等因子作了疊加分析，進(jìn)行面積統(tǒng)計(jì)，并疊加青海省植被類型圖及土壤類型圖，得出研究區(qū)土壤凍融侵蝕分布有如下特點(diǎn)：

（1）研究區(qū)凍融侵蝕發(fā)生的主要植被類型是高寒草甸（主要為線葉嵩草草甸、高山嵩草草甸和高山嵩草矮嵩草草甸）、草原（主要為紫花針茅草原）（表3），這一結(jié)果與野外調(diào)查結(jié)果相符。在景觀形態(tài)上主要表現(xiàn)為：輕度侵蝕區(qū)草被層呈丘狀、斑狀（鱗狀）、片狀、稀疏散狀分布，中度及以上強(qiáng)度區(qū)則表現(xiàn)為水平方向上的草皮撕裂以及垂直方向上的草皮層與下面土層的分裂，土壤的剝蝕和流失較為明顯。

表3 研究區(qū)凍融侵蝕區(qū)主要植被類型Tab.3 Main vegetation types of frozen-thaw erosion area in the study area

（2）研究區(qū)凍融侵蝕發(fā)生的總面積是4784.34 km2。其中，中度及其以上強(qiáng)度土壤侵蝕面積為2896.04 km2，占凍融侵蝕總面積的60.5%；侵蝕強(qiáng)度以輕度和中度為主，分別占凍融侵蝕總面積的32.07%和40.06%；微度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈侵蝕分別占凍融侵蝕總面積的7.39%、16.08%和4.39%，三者具有明顯的區(qū)域差異，從南到北依次分布。

（3）微度侵蝕面積為353.98 km2，占凍融侵蝕總面積的7.39%，主要分布在興海盆地南部位于陰坡的高覆蓋草地、林地區(qū)域，海拔在4000 — 4300 m，年降水量在390 mm以上，這一地區(qū)年較差相對(duì)較小，地形坡度較小，坡向以陰坡居多，植被覆蓋度大于50%，土壤類型主要為高山草甸土、灰褐土。

輕度侵蝕面積為1534.32 km2，占凍融侵蝕總面積的32.07%，從圖 4可以看出，在各個(gè)區(qū)域都有輕度凍融侵蝕分布。但集中分布在海拔4000 — 4500 m，年較差24.05 — 25.65℃，年降水量360 — 455 mm，坡度0 — 35°，其中，5 — 25°分布1015.13 km2，坡向主要為陰坡、半陰坡，植被覆蓋度大于30%，土壤類型主要為高山草甸土、高山草原土。

中度侵蝕面積為1916.66 km2，占凍融侵蝕總面積的40.06%，分布最廣泛，集中分布在海拔在4000 — 4600 m、年較差24.85 — 26.04℃、年降水量330 — 420 mm，坡度在0 — 35°，坡向主要在半陰、半陽(yáng)、陽(yáng)坡地區(qū)，植被覆蓋度大于30%，主要植被類型為高寒草甸、草原，土壤類型主要為高山草甸土、高山草原土及山地草甸土。

強(qiáng)烈侵蝕面積為769.24 km2，占凍融侵蝕總面積的16.08%，主要分布在研究區(qū)西北部的稀疏草地及裸土地區(qū)，這一地區(qū)植被蓋度小于30%，海拔在4300 — 4900 m，年較差在24.85 — 26.04℃，年降水量在330 — 420 mm，坡向主要在半陽(yáng)、陽(yáng)坡地區(qū)，坡度在0 — 35°，坡度35°以及降水量420 mm以上凍融侵蝕少有分布，土壤類型主要為高山寒漠土。

極強(qiáng)烈侵蝕面積為210.14 km2，占凍融侵蝕總面積的4.39%，主要分布在研究區(qū)的西北部，分布范圍很小，海拔在4400 — 5307 m，年較差25.25 — 26.04℃，降水量300 — 390 mm，坡度在5 — 45°，45°以上凍融侵蝕沒(méi)有分布，坡向主要在陽(yáng)坡地區(qū)，植被蓋度在10% — 20%，土壤類型主要為高山寒漠土。

（3）研究區(qū)凍融侵蝕在海拔4000 — 4800 m分布相對(duì)集中，占凍融侵蝕總面積的98%，海拔4800 m以上地帶，凍融侵蝕嚴(yán)重，但分布范圍很小，占凍融侵蝕總面積的2%，這表明隨著海拔的增高，不同強(qiáng)度的凍融侵蝕面積呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。微度侵蝕集中分布在年較差24.05 — 24.85℃，極強(qiáng)烈侵蝕集中分布在年較差25.65 — 26.04℃，這表明隨著年較差的增大凍融侵蝕強(qiáng)度變大。凍融侵蝕在坡度0 — 35°分布集中，占凍融侵蝕總面積的97%，35°以上分布很少。降水量在330 — 455 mm凍融侵蝕分布較為集中，微度侵蝕地區(qū)坡度小但降水量大，極強(qiáng)烈侵蝕區(qū)坡度大但降水量小，輕度以上極強(qiáng)烈侵蝕強(qiáng)度以下地區(qū)，隨著侵蝕強(qiáng)度的增強(qiáng)，降水量和坡度同時(shí)增加。凍融侵蝕區(qū)不同坡向面積為1128.23 — 1249.06 km2，差異較小，可見(jiàn)坡向?qū)Σ煌瑥?qiáng)度的凍融侵蝕影響較小。研究區(qū)凍融侵蝕區(qū)的植被蓋度主要集中在30% — 75%，占凍融侵蝕總面積的80%。通過(guò)對(duì)興海盆地海拔4500 m以下的凍融侵蝕的實(shí)際調(diào)查，發(fā)現(xiàn)凍融侵蝕主要集中在海拔4000 m以上，在海拔4000 m以下凍融侵蝕不明顯，海拔4200 m左右中度凍融侵蝕尤為明顯。這些現(xiàn)象與本文得出的結(jié)論具有一致性。

4 結(jié)論

本文在綜合分析凍融侵蝕影響因子的基礎(chǔ)上，選取氣溫年較差、坡度、坡向、植被蓋度、年降水量、海拔等6個(gè)因子作為興海盆地土壤凍融侵蝕分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，采取標(biāo)準(zhǔn)化值賦權(quán)重加權(quán)求和的方法計(jì)算凍融侵蝕強(qiáng)度指數(shù)，并在GIS軟件的支持下實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)土壤凍融侵蝕強(qiáng)度相對(duì)分級(jí)。最后利用ArcGIS軟件，將凍融侵蝕強(qiáng)度等級(jí)圖與六個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行空間疊加與統(tǒng)計(jì)分析，分析研究區(qū)土壤凍融侵蝕的分布特征，結(jié)果表明：

（1）研究區(qū)土壤凍融侵蝕分布較廣，占研究區(qū)總面積的46.09%，主要分布在研究區(qū)的西部地區(qū)，侵蝕強(qiáng)度以輕度和中度為主，分別占凍融侵蝕總面積的32.07%和40.06%，強(qiáng)烈侵蝕及以上分布較少，這一結(jié)果與我國(guó)的凍融侵蝕以輕度和中度為主（范昊明和蔡強(qiáng)國(guó)，2003）這一說(shuō)法相符合。

（2）不同的海拔與坡度等級(jí)下，4000 — 4800 m與 5 — 35°凍融侵蝕最集中，凍融侵蝕區(qū)的主要植被類型為在高寒草甸（主要為線葉嵩草草甸、高山嵩草草甸和高山嵩草矮嵩草草甸）、草原（主要為紫花針茅草原）。研究區(qū)凍融侵蝕在各個(gè)坡向的波動(dòng)較小，坡向?qū)ζ溆绊戄^小。降水量330 — 455 mm和年較差24.85 — 26.04℃的區(qū)域凍融侵蝕分布最集中。凍融侵蝕區(qū)的土壤類型主要為高山草甸土、高山草原土及山地草甸土。

（3）通過(guò)對(duì)興海盆地海拔4500 m以下的凍融侵蝕的實(shí)際調(diào)查得出的結(jié)果與本文相符。凍融侵蝕在興海盆地雖然分布面積比較大，目前仍以自然侵蝕為主，在人類活動(dòng)比較頻繁的區(qū)域受人類活動(dòng)影響有所加強(qiáng)，對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)造成一定的影響，但目前我國(guó)對(duì)凍融侵蝕研究較少，今后應(yīng)加強(qiáng)研究，在研究的基礎(chǔ)上提出防治對(duì)策。

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Intensity and spatial distribution characteristics of soil freeze-thaw erosion in alpine steppe region based on GIS

WANG Zhuan1,2,SHA Zhanjiang1,2,3,MA Yujun1,2,HU Jufang2,3,ZHAI Yule1,2,MA Haiying4
1.College of Life and Geography Science,Qinghai Normal University,Xining 810008,China
2.Key Laboratory of Environment and Resource in Tibet Platean,Ministry of Education,Xining 810008,China
3.Qinghai Institute of Salt Lakes,Chinese Academy of Sciences,Xining 810008,China
4.Land Resources Bureau of Delingha City,Qinghai Province,Delingha 817000,China

Background,aim,and scopeFreeze-thaw erosion is one of the three largest erosion types,which destroys the soil properties and threatens the security of a project,at the same time,hinders the regional economic and socialdevelopment,but research object on this type of erosion was rarely launched.In order to enrich the study on freezethaw erosion intensity and distribution,Xinghai basin was taken as the case.Materials and methodsWith the Xinghai basin where is located in the plateau alpine grassland as the study area.Six factors were selected as the evaluation index of freeze-thaw erosion intensity.Six factors are annual range of temperature,annual precipitation,vegetation coverage,slope,aspect and altitude.Using analytic hierarchy process to calculate the weight of each evaluation index.A method for calculating the strength index of freeze-thaw erosion is calculated by the weighted sum of the weight of the standard value.By the method of equal interval,the intensity index of freeze-thaw erosion was graded.The grade of freeze thaw erosion in the study area was obtained.The spatial distribution characteristics of freeze-thaw erosion in the study area were studied by using the spatial analysis and statistical analysis of ArcGIS.ResultsThe total area of freeze-thaw erosion in the study area is 4784.34 km2,which is the majority of mild erosion and moderate erosion,which accounts for 32.07% and 40.06% of the total area of freeze-thaw erosion.Slight erosion,intense erosion and extreme intense erosion are very few,which accounts for 7.39%,16.08% and 4.39% of the total area of freeze-thaw erosion. Freeze-thaw erosion is mainly distributed in the west of the study area.From 4000 m to 4800 m and 5° to 35°,freeze-thaw erosion were the most concentrated at different altitude and slope gradient,which mainly occurred in the alpine meadow and grassland,and low coverage grassland freeze-thaw erosion is particularly serious.In the study area,the fl uctuation of freeze-thaw erosion in each aspect is smaller,and the in fl uence of aspect to it is also smaller.Between the annual precipitation is 330 — 455 mm and annual range of temperature is 24.85 — 26.04℃ freeze-thaw erosion is the most concentrated distribution.DiscussionThe main vegetation types of freeze-thaw erosion occurred in the study area are alpine meadow and grassland,and there is a small area of alpine shrub.In the study area,the freezing and thawing erosion has obvious regional difference,from south to north.In landscape morphology mainly as follows:the mild erosion area of grass layer is a dome shaped,porphyritic,fl ake,sparse bulk distribution,and above moderate intensity area showed turf layer and the soil below the split in the horizontal direction and vertical direction of the turf tearing,soil erosion and erosion is more obvious.ConclusionsStudy on soil freeze-thaw erosion mainly distributes in the western area,the total area of 46.09%,with mild and moderate erosion intensity,strong erosion and above less distribution,and compared with the results of our freeze-thaw erosion with mild and moderate consistent with this statement.Different elevation and slope grades,4000 — 4800 m and 5° to 35° freeze-thaw erosion of the most concentrated,the main vegetation types of freezethaw erosion area is in the alpine meadow,grassland,low coverage grassland is particularly serious.The freeze-thaw erosion in the study area is smaller in each slope direction,and the slope direction has less in fl uence on the slope.Between the annual precipitation is 330 — 455 mm and 24.85 — 26.04℃ research area is the most concentrated distribution of freeze-thaw erosion.The main types of soil in freezing and thawing erosion areas are alpine meadow soil,alpine steppe soil and mountain meadow soil.Recommendations and perspectivesThe freeze-thaw erosion in Xinghai basin while the distribution area is relatively large.Natural erosion is still the main.In areas where human activities are more frequent,it is affected by human activities.This has a certain impact on the regional economy.But at present,there are few studies on the freeze-thaw erosion in China.Future should strengthen research,Put forward prevention and control measures on the basis of the research.

National Natural Science Foundation of China (40961015); Applied Basic Research Project of Science and Technology Department of Qinghai Province (2015-ZJ-761)

SHA Zhanjiang,E-mail:sazhanjiang@sina.com

freeze-thaw erosion; Xinghai Basin; GIS; alpine steppe region

2016-07-08；錄用日期：2016-11-14

Received Date:2016-07-08;Accepted Date2016-11-14

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40961015）；青海省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（2015-ZJ-761）

沙占江，E-mail:sazhanjiang@sina.com

王 轉(zhuǎn),沙占江,馬玉軍,等.2017.基于GIS的高寒草原區(qū)土壤凍融侵蝕強(qiáng)度及空間分布特征[J].地球環(huán)境學(xué)報(bào),8(1):55 – 64.

: Wang Z,Sha Z J,Ma Y J,et al.2017.Intensity and spatial distribution characteristics of soil freeze-thaw erosion in alpine steppe region based on GIS [J].Journal of Earth Environment,8(1):55 – 64.

10.7515/JEE201701007