基于3S技術(shù)的水土保持及荒漠化防治策略

李曉霜

(濟寧市水文中心，山東 濟寧 272000)

在過去很長的一段時間里，我國飽受著水土流失和荒漠化所帶來的負面影響。在此期間不可再生資源消耗嚴重，農(nóng)林牧漁皆受到了不同的影響，并且我國地形地貌繁雜，不同地區(qū)的地質(zhì)條件大不相同。面對此情況，僅僅加大人員勘察及資金供給，采用傳統(tǒng)的修復(fù)方式見效甚微。值得慶幸的是，3S技術(shù)在原有的基礎(chǔ)上不斷成熟，給進行水土保持和荒漠化防治工作的人們帶來了曙光。3S技術(shù)是由RS、GIS、 GPS組成，分別對應(yīng)的就是遙感系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)三種系統(tǒng)。在3S技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過其實時監(jiān)控以及龐大的數(shù)據(jù)庫等功能，形成科學(xué)治理體系。在不需大量人力的前提下，可精準定位發(fā)生水土流失及土地荒漠化的地點，并及時進行數(shù)據(jù)分析，為該地區(qū)制定有針對性的治理計劃，從而使水土保持及荒漠化防治工作更加高效。

1 水土流失與荒漠化的現(xiàn)狀

人為因素和自然因素是造成水土流失和土地荒漠化的兩大主要“元兇”。在這其中相對于自然因素來說，人為因素所造成的影響更加明顯。在相關(guān)文獻資料中，我們可以得出一個結(jié)論——水土流失是一個相對緩慢的過程。人們過度開發(fā)土地，致使自然生態(tài)環(huán)境受到嚴重沖擊，土壤養(yǎng)分流失，最終導(dǎo)致巖石裸露，可利用的土地資源和水資源逐漸減少。水土流失的類別大致分為三種：重力侵蝕、水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕[1]。土地荒漠化往往是發(fā)生在水土流失問題后，與水土流失程度息息相關(guān)。土地荒漠化問題在我國已經(jīng)是老生常談，尤其在欠發(fā)達地區(qū)，土地荒漠化已經(jīng)很大程度上對當?shù)氐慕?jīng)濟、農(nóng)業(yè)等方面產(chǎn)生了負面影響，甚至已經(jīng)有向外拓展趨勢，產(chǎn)生了難以逆轉(zhuǎn)的干擾[2]。

一般水力侵蝕較多的區(qū)域主要為高原與丘陵區(qū)域，地形普遍較陡，地表裸露，溝道凸出，由于區(qū)域內(nèi)地形破碎，土地營養(yǎng)較少，土質(zhì)更加稀松，導(dǎo)致植被覆蓋程度差，土壤受到侵蝕的現(xiàn)象層出不窮。但是，就目前情況來看，水土流失主要以輕度流失為主，但是在各大平原，風(fēng)蝕現(xiàn)象更加劇烈，荒漠化的現(xiàn)象逐漸加劇。一般情況下，水土流失與荒漠化是相輔相成的災(zāi)害，風(fēng)與水屬于相互交替進行的侵蝕災(zāi)害，平原中由于植被稀少，上半年受到風(fēng)力侵蝕，下半年受到水力侵蝕，導(dǎo)致草原干旱，荒漠平原的生態(tài)較為脆弱，在現(xiàn)有的土地、牧場中，受到侵蝕的區(qū)域在三分之一左右。再加上人們對水土災(zāi)害與荒漠災(zāi)害的不重視，導(dǎo)致草原受到盲目的開采，過度放牧、只利用不治理，草原的面積正在逐漸減少，草原中的土地沙化、荒漠化現(xiàn)象嚴重，隨著水環(huán)境的污染，水土流失現(xiàn)象的加劇，造成平原生態(tài)系統(tǒng)的損害，生物多樣性正在逐漸減少，如果再不重視以上災(zāi)害，將會對平原造成不可磨滅的損失。

2 基于3S技術(shù)的水土保持策略研究

近兩年，傳統(tǒng)手段在解決水土保持工作方面無法取得顯著的成效。而通過使用3S技術(shù)，在水土保持工作中，不但大大提升了工作效率，還與傳統(tǒng)手段優(yōu)勢互補。

2.1 對地形地貌進行改造策略

水土流失現(xiàn)象是一個動態(tài)流失的現(xiàn)象，正確提取水土災(zāi)害的影響因子至關(guān)重要，本文將基于3S技術(shù)，具體論述水土保持的策略。通常情況下，3S技術(shù)會運用GIS的空間分析效果，并利用遙感影像技術(shù)深度分析區(qū)域災(zāi)害現(xiàn)狀，提取區(qū)域內(nèi)的有效信息，并進行有效信息的預(yù)處理，可以通過水土變化探究出不同區(qū)域內(nèi)的水土資源情況，以及災(zāi)害的動態(tài)變化。其中遙感影像技術(shù)不同于衛(wèi)星的數(shù)字產(chǎn)品，采用Landsat MSS，TM，以及ETM遙感影像，具有較高的空間分辨率，并可以同時采集兩個場景下的遙感影像數(shù)據(jù)，利用土地資源的特點，采用不同波段對當?shù)氐闹脖贿M行分析，并根據(jù)遙感影像繪制出1∶10 000的地形圖，用于校正差錯坐標系。以山東省濟寧市東部山區(qū)為例，東部地區(qū)是濟寧市欠發(fā)達地區(qū)，土地稀少且生態(tài)較為脆弱，該地區(qū)氣候多變，暴雨、大雨、大風(fēng)是嚴重影響該地區(qū)水土狀態(tài)的因素。運用上述方法繪制出濟寧市東部山區(qū)內(nèi)不同級別的風(fēng)蝕面積如表1所示。

表1 區(qū)域內(nèi)不同級別的風(fēng)蝕面積

輕度風(fēng)蝕狀態(tài)下，地表呈現(xiàn)斑點狀流沙，局部地段有流沙；中度風(fēng)蝕狀態(tài)下，流動沙丘成片狀分布，旱作農(nóng)地風(fēng)蝕明顯；強度風(fēng)蝕狀態(tài)為半固定沙丘；極強烈風(fēng)蝕為流動沙丘；劇烈風(fēng)蝕為大片流動沙丘。

在具體的工程方案制定時，需要根據(jù)所在區(qū)域的實際情況和地形地理位置而做綜合考量，建造具有特異性的水土保持工程。一如既往單靠人工進行實地探訪，這其中就會消耗大量的人力資源。不過若是采用遙感影像技術(shù)，建立相應(yīng)的光譜圖形，就可以依據(jù)光譜圖形的變化進行分類，當然在此之前要進行拍攝辨識，如地形、植被等，讓其內(nèi)容更加精準。當前這種技術(shù)還可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高了工作效率，還增強了數(shù)據(jù)的精準程度。此外，該技術(shù)降低人員的工作強度和主觀意識偏差，為后續(xù)開展水土保持工作奠定基礎(chǔ)[3]。

在進行建設(shè)溝道和坡面治理工程時，全球定位系統(tǒng)(GPS)就是一個很好的幫手。它可獲得更加精準的時間信息、三維航速及三維位置。能夠充分考慮小地形治理的難易程度，從而可以更加高效地做好山坡防護工作。地理信息系統(tǒng)(GIS)通過地理模型對數(shù)據(jù)信息進行動態(tài)分析，達到對地形地貌的有效改造。

2.2 增加土壤滲透率策略

增加土壤滲透率是水土保持的重要舉措。通過各類蓄水和引水工程，將坡地徑流和地下的潛流中蘊藏的水資源以及雪水和雨水進行充分攔截和儲存。這其中可利用地理信息系統(tǒng)(GIS)，通過計算機程序完成以人力無法實現(xiàn)的地理分析工作。再通過將地面水流引入農(nóng)田、林地和草地等地表系統(tǒng)，在其過程中增加人工干預(yù)，增加土壤中的水分含量。水土工程方案的主要目的不僅在于增加土壤滲透率還要能夠蓄積大量的自然界水源，并且還能夠降低水土流失的概率，對于水土保持工作大有裨益。隨后通過全球定位系統(tǒng)(GPS)實時監(jiān)控該區(qū)域，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，為后期工作的進行積累經(jīng)驗。

增加土壤滲透率的同時，還對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生促進作用，增加了農(nóng)作物的產(chǎn)量。這項措施不會造成對原地貌和生態(tài)環(huán)境的改變，在一定程度上還可以降低施工成本。本文通過3S技術(shù)采集土壤粒徑圖片，并運用數(shù)字圖像處理技術(shù)分析土壤粒徑，得出土壤粒徑等級，如表2所示。

如表2所示，本文分別分析了低洼鹽土、鹽化淤土、沙質(zhì)鈣土、淡栗鈣土、灰褐土、粗骨鈣土、風(fēng)沙土等土壤的粒徑等級與質(zhì)量分數(shù)，其中粒徑等級在0～0.02區(qū)間內(nèi)，分為3個等級，各個等級的質(zhì)量分數(shù)均不相同，造成水土流失與荒漠化的程度也各不相同，質(zhì)量分數(shù)較大的更容易出現(xiàn)水土流失現(xiàn)象與荒漠化現(xiàn)象，分析出土壤粒徑后，可以對后續(xù)防治提供條件。

表2 土壤粒徑等級類型及質(zhì)量分數(shù)

2.3 對地表的原生河流進行攔蓄策略

該項策略需要注意合理科學(xué)地選擇工程方案，在此過程中，發(fā)揮全球定位系統(tǒng)(GPS)在水土保持中的作用，因為它能夠全天候、時效性的進行監(jiān)控。其次對于地下水的引流和淤泥造田等水土保持工程采用3S技術(shù)，它易操作、觀測便捷以及較強的抗干擾能力，減少了檢測中相關(guān)設(shè)備的購置成本。降低自然災(zāi)害如泥石流等對人們的人身和財產(chǎn)造成傷害的可能性，此項策略還能夠有效實現(xiàn)調(diào)節(jié)洪峰階段的水流量，這在一定程度上還能降低當自然災(zāi)害發(fā)生時對房屋、農(nóng)田的損害。這項策略還可達到降低溝床縱坡坡度的目的。對地表的原生河流進行攔蓄要充分發(fā)揮水土保持工程的作用，除了能夠解決水土流失等自然現(xiàn)象外，還能全面提升水土保持工程的實際應(yīng)用價值[4]。

3 提出基于3S技術(shù)的荒漠化防治的相關(guān)策略

3S技術(shù)在荒漠化防治工作中，也同樣舉足輕重。尤其是將遙感技術(shù)(RS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)并駕齊驅(qū)，相輔相成，充分提高荒漠化防治的工作效率。具體如何充分利用好該項技術(shù)，提高數(shù)據(jù)分析的精準性，并在此過程中制定出合理的措施。具體策略如下文所述。

3.1 種植防風(fēng)固沙植物策略

在我國部分地區(qū)由于特殊原因荒漠化現(xiàn)象與其他地區(qū)相比較多。應(yīng)用遙感技術(shù)(RS)通過對荒漠化進行實時檢測可知，是由于天氣原因，存在大量的沙化因素。經(jīng)過3S技術(shù)對此進行數(shù)據(jù)分析、整合，為種植防風(fēng)固沙植物提供參考。在風(fēng)沙較大的地方覆蓋致密物，在這其中使用遙感技術(shù)，可以使數(shù)據(jù)信息更加精準。在不同的地區(qū)可以選擇種植不同的植物。例如人們往往選擇在沙漠地區(qū)種植如喬木、灌木等植物。一般情況下，植物的防風(fēng)性需要分析P值因子，其中P值因子在0～1的區(qū)間內(nèi)，本文利用3S技術(shù)，將不同土地類型P值進行區(qū)分，結(jié)果如表3所示。

表3 不同土地類型的P值

如表3所示，在以上土地類型中，P值因子均保持在0～1區(qū)間，說明該地區(qū)用地較少，裸地較多，這也是本文采取種植防風(fēng)固沙植物這項策略的主要原因。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，綠色植物不僅可以抵御風(fēng)沙塵土的侵襲，還能夠有效降低土地荒漠化的范圍，達到提高土壤中的水分和養(yǎng)分的含量。而在種植防風(fēng)固沙植物時，往往都選擇在其上蓋上一層塑料薄膜，可以有效降低水分蒸發(fā)，延緩?fù)恋厣郴闆r。當然種植防風(fēng)固沙植物需要一段時間后才能初見成效，但通過這些植物的種植，在荒漠化地區(qū)與非荒漠化地區(qū)形成一道天然屏障，也是一項可以延緩荒漠化蔓延的重要舉措。而采用3S技術(shù)對后期防治工作開展提供了重要保障。而且不會造成資源的浪費，這在一定程度上也會促進國家經(jīng)濟的發(fā)展。

3.2 實施退耕還林工程策略

在荒漠化治理過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)讓人始料未及的情況，尤其我國地貌復(fù)雜，某些荒漠化區(qū)域由于位置偏僻無法得到及時處理。這就需要我們在實行退耕還林工程時要有針對性進行策略的實施。因為人為原因和自然原因相互作用造成的土地資源肥沃力下降，最終導(dǎo)致土地荒漠化。由于頻繁地使用土地種植農(nóng)作物，隨著時間的推移，土地養(yǎng)分流失，潛在的荒漠化面積逐漸增大，只會使后續(xù)的治理難度相應(yīng)加大，再加上信息無法得到及時更新。在此情況下，首先利用3S技術(shù)對濟寧市東部地區(qū)進行全面性勘測及數(shù)據(jù)分析，計算出適合該地區(qū)的最佳方案，為接下來實施退耕還林工程奠定基礎(chǔ)。先將人為因素解決，向當?shù)剞r(nóng)民和牧民積極推進環(huán)保耕作方式，有計劃，有步驟地進行退耕還林工作，最終達到荒漠化防治的目的。

3.3 采用科技防治策略

采用科技防治策略是我們進行荒漠化防治的利器。通過先進技術(shù)的支持，結(jié)合當前的治理效果和多年累積下來的治理經(jīng)驗，搭配先進的技術(shù)手段就能使荒漠化防治工作達到事半功倍的效果。

我們可以利用3S技術(shù)，形成科學(xué)的管理體系。再結(jié)合不同的氣候條件，運用3S技術(shù)所具備的優(yōu)勢，例如提高數(shù)據(jù)的全面性、精準性等特點，探查農(nóng)作物的生長特性，并根據(jù)農(nóng)作物的特點，進行節(jié)水灌溉。運用科技手段不但彌補傳統(tǒng)方法中的短板，還能科學(xué)設(shè)置種植區(qū)域，為荒漠化防治工作提供重要的技術(shù)保障[5]。通過全球定位系統(tǒng)(GPS)實時檢測，可以最大限度地提升土地資源檢測效果。遙感技術(shù)可將荒漠化土地的實際情況，以圖繪的方式呈現(xiàn)，因此可降低人員的工作強度和主觀意識偏差。

4 結(jié) 語

本文論述的主要內(nèi)容是在采用3S技術(shù)的基礎(chǔ)上對水土保持和荒漠化防治工作提出更加具有可行性的策略。通過對3S技術(shù)的深入探究，得出進行水土保持及荒漠化防治工作時，要做到最大限度發(fā)揮3S技術(shù)的優(yōu)勢，并與水利工程相結(jié)合。最終實現(xiàn)水土保持及荒漠化防治的目標。