瑞金市經(jīng)果林開發(fā)擾動土地狀況遙感監(jiān)測與分析

周春波，張 龍，王 嘉，王 農(nóng)，張 聃,胡春華

(1.江西省水土保持科學(xué)研究院，江西 南昌 330029；2.瑞金市水土保持局，江西 瑞金 342500)

贛南地區(qū)是我國臍橙主產(chǎn)區(qū)之一，近年來，隨著《國務(wù)院關(guān)于支持贛南等原中央蘇區(qū)振興發(fā)展的若干意見》(國發(fā)〔2012〕21號)的出臺，以及國家精準(zhǔn)扶貧工作的不斷深入開展，臍橙和油茶等經(jīng)果林的種植面積逐年增加。經(jīng)果林開發(fā)作為一種典型的農(nóng)林開發(fā)項目，在施工準(zhǔn)備階段，作業(yè)道路、施工場地準(zhǔn)備環(huán)節(jié)會清除地表植被和覆蓋物，致使表層土壤完全暴露，土壤顆粒松散，受到雨水沖刷及大風(fēng)吹刮，發(fā)生嚴(yán)重的水土流失，不僅如此，在施工期，砍伐、運(yùn)輸、整地、栽植等一系列活動，也會產(chǎn)生較大的水土流失量[1]。經(jīng)果林種植初期及成林之后也容易形成“林下流”，特別是山地經(jīng)果林開發(fā)，陡坡開墾更加劇了水土流失的發(fā)生。經(jīng)果林開發(fā)項目一直是贛南地區(qū)水土保持監(jiān)督管理工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本研究以瑞金市為例，結(jié)合瑞金市生產(chǎn)建設(shè)項目天地一體化監(jiān)管工作，利用高分遙感影像，綜合運(yùn)用RS與GIS技術(shù)，對該地區(qū)2015—2017年經(jīng)果林開發(fā)擾動土地狀況進(jìn)行遙感監(jiān)測。

1 項目區(qū)概況

瑞金市(115°42′～116°22′E、25°30′～26°20′N)位于江西省東南部，贛州市東部，武夷山脈南段西麓，贛江東源貢水上游，為江西省管市，轄10個鄉(xiāng)7個鎮(zhèn)。國土總面積約2 448 km2，其中山地面積1 945 km2。屬亞熱帶季風(fēng)濕潤型氣候區(qū)，熱量豐富，雨量充沛，光照充足，四季分明，年平均降水量1 710 mm，年平均氣溫18.9℃。境內(nèi)東、西、北三面環(huán)山，地勢高峻，群山重疊，逐漸向中心和西南方向降低，境內(nèi)地貌以低山為主，山地海拔400～800 m。山地土壤以紅壤為主，其母質(zhì)為第四系紅黏土、變質(zhì)巖系、花崗巖及紅色砂礫巖，其次為紫色土及棕色石灰土。屬南方紅壤丘陵區(qū)，土壤侵蝕以水力侵蝕為主，兼有部分水力、重力侵蝕。水力侵蝕類型有面蝕、細(xì)溝侵蝕、切溝侵蝕，水力、重力等綜合作用下的侵蝕類型有崩崗侵蝕。

2 基于高分遙感與GIS的經(jīng)果林開發(fā)擾動土地狀況監(jiān)測

2.1 技術(shù)路線

經(jīng)果林開發(fā)一般分為毀林(或清表)、開路、整地和種苗等階段，由于毀林(或清表)和開路前期階段對地面的擾動較小，故本研究主要對后期擾動較大的整地和種苗階段進(jìn)行遙感監(jiān)測，利用獲取的高分遙感影像，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，建立經(jīng)果林開發(fā)擾動遙感解譯標(biāo)志。根據(jù)遙感解譯標(biāo)志及先驗知識，人機(jī)交互解譯山地經(jīng)果林開發(fā)擾動圖斑，經(jīng)現(xiàn)場核查，對解譯結(jié)果進(jìn)行修正，最終形成經(jīng)果林開發(fā)擾動狀況矢量成果數(shù)據(jù)?；贕IS技術(shù)對經(jīng)果林?jǐn)_動矢量成果進(jìn)行空間分析和制圖，獲得各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)和圖件(技術(shù)路線見圖1)。

圖1 技術(shù)路線

2.2 遙感影像數(shù)據(jù)與預(yù)處理

采用分辨率優(yōu)于2.5 m的國產(chǎn)高分衛(wèi)星遙感影像(GF-1、GF-2、ZY-3)，擇優(yōu)選擇2015、2016、2017年度夏秋季衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，要求影像清晰、地物層次分明、色調(diào)均一、云量不超過5%[2]，選取的遙感影像數(shù)據(jù)參數(shù)見表1。對獲取的遙感影像依次開展正射校正、真彩色增強(qiáng)、影像融合、影像鑲嵌等處理，并對三期遙感影像進(jìn)行地理配準(zhǔn)。

2.3 解譯標(biāo)志建立

遙感解譯標(biāo)志是指反映和表現(xiàn)目標(biāo)地物信息遙感影像的各種特征，這些特征能幫助判讀者識別遙感圖像上的目標(biāo)地物或現(xiàn)象[3]。根據(jù)遙感影像特征和野外現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，建立了經(jīng)果林開發(fā)不同施工階段遙感解譯標(biāo)志。毀林(或清表)、開路階段，主要影像特征為面狀分布，色彩呈灰黑色，與周邊植被反差較大，邊界清晰，內(nèi)部有線狀道路連通；整地(或種苗初期<1 a)階段，面狀分布，色彩呈黃褐色，與周邊植被顏色反差較大，邊界清晰，內(nèi)部有明顯的條帶狀紋理；苗木成長期(1～3 a)，面狀分布，呈淺綠色(或淺黃色)，與周邊植被有一定的反差，內(nèi)部能分辨出條帶狀紋理；苗木成林期(>3 a)，面狀分布，呈綠色，單一紋理，與周邊植被有一定的反差，邊界較為清晰，內(nèi)部有道路連通。

2.4 經(jīng)果林開發(fā)擾動圖斑遙感解譯

利用處理后的高分遙感影像，分別對瑞金市2015—2017年大于0.1 hm2的經(jīng)果林開發(fā)擾動圖斑進(jìn)行遙感解譯。根據(jù)遙感影像特征，利用ArcGIS軟件，以先驗知識及建立的解譯標(biāo)志作為參考，人工勾繪經(jīng)果林開發(fā)擾動圖斑，并填寫相關(guān)屬性信息。

2.5 現(xiàn)場核查

基于水土保持監(jiān)督管理信息移動采集系統(tǒng)與無人機(jī)技術(shù)，對經(jīng)果林開發(fā)擾動圖斑進(jìn)行現(xiàn)場抽樣核查，以檢驗擾動圖斑解譯的正確率，并對誤判的擾動圖斑進(jìn)行修正。水土保持監(jiān)督管理信息移動采集系統(tǒng)是一款基于移動終端的水土保持監(jiān)督管理信息采集APP，該系統(tǒng)具備多源空間信息采集、定位、導(dǎo)航、快速測量、現(xiàn)場辦公、存儲管理和分析等功能，可直接在現(xiàn)場調(diào)查并采集相關(guān)數(shù)字信息，在線或者離線傳輸至后臺管理系統(tǒng)中，實時更新和保存擾動圖斑的空間和屬性信息，為現(xiàn)場復(fù)核工作提供了專業(yè)化、信息化的移動采集工具。目前無人機(jī)已經(jīng)被較廣泛地應(yīng)用于水土保持監(jiān)測、監(jiān)督管理、水土流失災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測及水土保持方案編制和規(guī)劃設(shè)計等各個領(lǐng)域[4]。采用的DJI Phantom 4系列旋翼式無人機(jī)，具有操作簡單、攜帶方便、性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。該型無人機(jī)搭載1 200萬像素高清相機(jī)，可執(zhí)行照片拍攝、視頻錄制等任務(wù)，相片具有拍攝瞬間經(jīng)緯度信息，既可用于現(xiàn)場了解經(jīng)果林開發(fā)的擾動狀況及實施現(xiàn)狀，也可以通過拍攝照片或錄制視頻進(jìn)行違法取證。

2.6 空間分析與制圖

利用ArcGIS的空間疊加分析與統(tǒng)計功能，對生成的經(jīng)果林?jǐn)_動圖斑矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析與統(tǒng)計，得到不同年度、不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)和不同地形坡度的經(jīng)果林開發(fā)擾動土地面積，并制作相關(guān)圖集。

3 監(jiān)測結(jié)果

(1)根據(jù)遙感監(jiān)測結(jié)果，瑞金市2015年經(jīng)果林開發(fā)總面積1 997.67 hm2，占全市國土總面積的0.8%；2016年經(jīng)果林開發(fā)總面積4 148.43 hm2，占全市國土總面積的1.7%，較2015年增加107.7%；2017年經(jīng)果林開發(fā)總面積7 478.46 hm2，占全市國土總面積的3.1%，較2016年增加80.3%(圖2)。

圖2 瑞金市2015—2017年經(jīng)果林開發(fā)擾動面積動態(tài)變化情況

(2)將2017年經(jīng)果林開發(fā)擾動矢量數(shù)據(jù)與ASTGTM 30 m分辨率DEM數(shù)據(jù)生成的坡度圖進(jìn)行空間疊加分析得到：坡度15°以內(nèi)的經(jīng)果林開發(fā)擾動面積為3 363.23 hm2，占45.2%；坡度為15°～25°的經(jīng)果林開發(fā)擾動面積為2 395.93 hm2，占32.2%；坡度為25°以上的經(jīng)果林開發(fā)擾動面積為1 681.61 hm2，占22.6%(圖3)。

圖3 瑞金市2017年不同坡度經(jīng)果林開發(fā)擾動面積占比

(3)經(jīng)果林開發(fā)在瑞金市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布，分布較廣的主要有謝坊鎮(zhèn)、武陽鎮(zhèn)、黃柏鄉(xiāng)、沙洲壩鎮(zhèn)和九堡鎮(zhèn)。從經(jīng)果林開發(fā)擾動的空間布局看，其主要分布于瑞金市中部的低山丘陵區(qū)，靠近城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和公路，便于運(yùn)輸。

4 結(jié)論與建議

(1)根據(jù)瑞金市經(jīng)果林開發(fā)擾動遙感監(jiān)測結(jié)果，瑞金市經(jīng)果林開發(fā)擾動土地面積呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，且具有點(diǎn)多、面廣、量大的特點(diǎn)，其中絕大部分為山地經(jīng)果林開發(fā)，2017年新增的經(jīng)果林開發(fā)中有1/5的面積為25°以上的陡坡開墾。山地經(jīng)果林過度開發(fā)容易對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成不利影響，應(yīng)綜合考慮地區(qū)生態(tài)承載能力，嚴(yán)格控制陡坡開墾和規(guī)?；降亟?jīng)果林開發(fā)，適度開發(fā)山地經(jīng)果林。

(2)提高山地經(jīng)果林開發(fā)項目的水土保持方案編報和審批率。2016年9月，贛州市人民政府制定下發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范山地開發(fā)加強(qiáng)水土保持工作的通知》，建立長效機(jī)制規(guī)范山地開發(fā)加強(qiáng)水土保持工作。贛州市建立健全了山地林果規(guī)模開發(fā)聯(lián)審聯(lián)批制度，全面推行了山地林果規(guī)模開發(fā)水土保持方案登記備案制度，3.33 hm2(50畝，含50畝)以上的連片規(guī)模山地林果開發(fā)，由山地林果開發(fā)業(yè)主提出申請，所在地鄉(xiāng)鎮(zhèn)人民政府簽署意見，報送縣水保、林業(yè)、果茶部門聯(lián)合審查審批，并嚴(yán)格控制25°以上陡坡地進(jìn)行經(jīng)果林開發(fā)。

(3)加強(qiáng)對山地經(jīng)果林開發(fā)項目的事中事后監(jiān)管，督促經(jīng)果林開發(fā)項目落實好水土保持防治措施。贛州市已將農(nóng)林開發(fā)項目納入生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)督管理，開展常態(tài)化監(jiān)督執(zhí)法，定期與林業(yè)、果業(yè)、國土等多部門聯(lián)合執(zhí)法，加大對經(jīng)果林開發(fā)項目的監(jiān)管力度。

(4)充分運(yùn)用遙感、GIS、無人機(jī)等技術(shù)手段，定期開展山地經(jīng)果林開發(fā)擾動監(jiān)測監(jiān)管，掌握山地經(jīng)果林開發(fā)擾動土地狀況，及時發(fā)現(xiàn)和查處違規(guī)建設(shè)項目，控制山地經(jīng)果林開發(fā)項目水土流失。