武國勝 王洪雨

?

典型區(qū)土壤侵蝕時(shí)空變化分析*——以長汀縣河田鎮(zhèn)為例

武國勝 王洪雨

福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院

該文借助ArcGIS軟件，對(duì)長汀縣河田鎮(zhèn)三個(gè)時(shí)期的土壤侵蝕時(shí)空變化情況進(jìn)行了綜合對(duì)比分析。研究表明，在研究期內(nèi)，河田鎮(zhèn)土壤侵蝕總面積、強(qiáng)度以上流失面積、劇烈流失面積均在不斷減少，強(qiáng)度以上流失面積下降趨勢(shì)顯著。土壤侵蝕主要分布在草地、林地、耕地上；分布于草地、耕地的流失面積比例有下降趨勢(shì)，分布于建設(shè)用地、林地、園地的流失面積比例呈上升趨勢(shì)，尤以分布于林地的流失比例上升顯著。劇烈流失面積減少，但在空間上呈現(xiàn)出分散分布趨勢(shì)?？傮w而言，河田鎮(zhèn)土壤侵蝕面積減小，流失強(qiáng)度降低，土壤侵蝕狀況得到了改善。

土壤侵蝕 時(shí)空變化 趨勢(shì)預(yù)測(cè) 河田鎮(zhèn)

土壤侵蝕是制約人類生存和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大環(huán)境問題，是我國各種生態(tài)問題的集中反映，又是導(dǎo)致生態(tài)進(jìn)一步惡化和貧困的根源[1]。長汀縣是我國南方最嚴(yán)重的花崗巖土壤侵蝕區(qū)之一，是南方丘陵土壤侵蝕的典型，是福建省土壤侵蝕最嚴(yán)重的區(qū)域，而長汀縣的土壤侵蝕集中分布在以河田鎮(zhèn)為中心的中部低丘區(qū)[2-3]。因此，研究河田鎮(zhèn)土壤侵蝕的時(shí)空變化情況，對(duì)河田鎮(zhèn)進(jìn)一步開展水土保持工作、改善土壤侵蝕情況具有指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然概況

河田鎮(zhèn)位于長汀縣中部、汀江上游西岸，地理坐標(biāo)介于東經(jīng)116°16′～116°30′、北緯25°35′～25°46′之間，與南山、涂坊、濯田、新橋、策武相鄰。全鎮(zhèn)低山高丘環(huán)繞四周，中部開闊，呈鍋形地貌，是長汀縣最大的河谷盆地。海拔300～500m，氣候溫和，雨量充沛，年均氣溫17℃～19.5℃，歷史上最高氣溫39.8℃，最低氣溫-4.9℃，年無霜期265天，年降雨量1700mm。水、光、氣、熱配備良好，適宜各種亞熱帶、溫帶作物生長，具有高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的自然優(yōu)勢(shì)，且具有山、水、田、園多種類型兼而有之的土地結(jié)構(gòu)。

1.2 土壤侵蝕概況

河田是全國嚴(yán)重土壤侵蝕區(qū)。根據(jù)1983年土壤侵蝕普查數(shù)據(jù)，河田鎮(zhèn)土壤侵蝕面積158.4㎞2，占全鎮(zhèn)土地面積的44.65%，占山地面積的55.4%，流失面積之大、程度之嚴(yán)重居全國之首。1988年～2003年間，共治理土壤侵蝕面積20萬余畝，取得了明顯的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

造成河田鎮(zhèn)土壤侵蝕的原因主要有自然和人為兩大類。其中，自然因素包括地質(zhì)、地形因素，主要是巖性特征、坡度、坡長的影響；氣候因素，主要是降水的影響。人為因素包括破壞森林植被，人口過度增長、大量樵采。自然因素是土壤侵蝕發(fā)生發(fā)展的潛在條件，人為因素則是觸發(fā)因子，起主導(dǎo)作用[4]。

河田土壤侵蝕有以下特點(diǎn)：（1）水土侵蝕集中連片，面積廣，侵蝕強(qiáng)度大；（2）侵蝕類型多樣，侵蝕強(qiáng)度大；（3）土壤貧瘠，生產(chǎn)力低；（4）生態(tài)環(huán)境惡化，自然災(zāi)害頻繁[5]。

2 數(shù)據(jù)來源和技術(shù)方法

本文所用的研究數(shù)據(jù)包括遙感影像解譯后得到的1988年、2000年、2007年的河田鎮(zhèn)土地利用現(xiàn)狀圖。按照土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[6]以及土地利用現(xiàn)狀圖與植被覆蓋度圖、坡度圖疊加運(yùn)算而得到的相應(yīng)年份的土壤侵蝕程度圖。首先，運(yùn)用ArcGIS軟件對(duì)圖像進(jìn)行提取，得到河田鎮(zhèn)各個(gè)時(shí)期不同強(qiáng)度的土壤侵蝕面積。將矢量圖轉(zhuǎn)化為柵格圖，并根據(jù)需要對(duì)相應(yīng)的圖層進(jìn)行疊加，在此基礎(chǔ)上對(duì)研究區(qū)的土壤侵蝕狀況進(jìn)行分析。

3 研究區(qū)各時(shí)期土壤侵蝕狀況分析及土壤侵蝕時(shí)空變化分析

3.1 各時(shí)期土壤侵蝕狀況分析

運(yùn)用ArcGIS軟件按表示水土強(qiáng)度的字段對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到三個(gè)研究時(shí)期不同程度土壤侵蝕分布圖，如圖1所示。

圖1 河田鎮(zhèn)研究期土壤侵蝕分布圖

圖1中，顏色較深的地區(qū)表示土壤侵蝕程度較嚴(yán)重地區(qū)。由圖可看出，1988年劇烈流失主要發(fā)分布在河田鎮(zhèn)的東南部，極強(qiáng)度流失主要分布在中部及東南部，且呈現(xiàn)連片分布的特點(diǎn)。2000年劇烈流失分布范圍擴(kuò)大，面積較前一時(shí)期略有增加，呈現(xiàn)分散分布的特點(diǎn)。2007年，圖上深色圖斑減少且面積變小，表示流失嚴(yán)重區(qū)域面積在減少。

運(yùn)用軟件自動(dòng)生成各圖斑的面積，再對(duì)圖層的屬性表進(jìn)行相應(yīng)的操作，提取得到各研究期不同強(qiáng)度土壤侵蝕面積數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并計(jì)算不同程度土壤侵蝕面積占總土壤侵蝕面積的比重，即可得到研究期土壤侵蝕情況（表1）。1988年、2000年、2007年微度流失（即不發(fā)生土壤侵蝕）的面積分別為121.549㎞2、137.405㎞2、195.157㎞2，三個(gè)時(shí)期的土地總面積均為294.244㎞2。

表1 河田鎮(zhèn)研究期土壤侵蝕面積統(tǒng)計(jì)

由表1可以看出，1988年土壤侵蝕總面積為172.696km2，其中輕度流失面積最大，其次分別為中度、極強(qiáng)度、強(qiáng)度、劇烈；強(qiáng)度以上（包括強(qiáng)度）土壤侵蝕面積為69.290km2，占土壤侵蝕總面積的40.1%；劇烈流失面積為5.262km2，占土壤侵蝕總面積的3%。

2000年土壤侵蝕總面積為156.840km2，不同程度土壤侵蝕面積由大到小依次為輕度、強(qiáng)度、中度、劇烈、極強(qiáng)度；強(qiáng)度以上流失面積47.241km2，占土壤侵蝕總面積的30.1%；劇烈流失面積6.990km2,占土壤侵蝕總面積的4.5%。

2007年土壤侵蝕總面積為99.088km2，不同程度土壤侵蝕面積由大到小依次為輕度、中度、強(qiáng)度、極強(qiáng)度、劇烈，流失強(qiáng)度增加、流失面積呈下降趨勢(shì)；強(qiáng)度以上土壤侵蝕面積為14.464km2，占土壤侵蝕總面積的14.6%；劇烈流失面積為0.467km2，占土壤侵蝕總面積的0.5%。

將各研究期的土壤侵蝕矢量圖與土地利用矢量圖分別轉(zhuǎn)為柵格圖（分辨率必須相同，本文統(tǒng)一設(shè)置為30m*30m）,并將轉(zhuǎn)為柵格后的相應(yīng)年份土壤侵蝕圖與土地利用圖進(jìn)行疊加，則可以得到各研究期不同程度的土壤侵蝕面積與相應(yīng)時(shí)期土地利用方式的關(guān)系（表2）。

表2 河田鎮(zhèn)土壤侵蝕在不同利用方式土地上的分布情況

注：上表中的數(shù)值表示某時(shí)期某程度土壤侵蝕在不同利用方式的土地上的分布面積占該程度總流失面積的比重。

由表2可看出，1988年土壤侵蝕主要分布在草地，其次是耕地和林地；分布在草地的各程度流失面積占該程度流失總面積的比例均超過了50%，劇烈流失面積中有63.2%分布在草地，強(qiáng)度（包括強(qiáng)度）以上土壤侵蝕分布在耕地的比例明顯大于林地。2000年，輕度流失主要分布在草地，其次為林地和耕地；強(qiáng)度流失主要分布在耕地，其次為草地和林地；其他流失面積主要分布在草地，其次為耕地和林地。2007年，極強(qiáng)度流失中有71.1%位于建設(shè)用地上，比例明顯高于前兩個(gè)研究期；其他土壤侵蝕主要分布在草地和林地，且分布在園地的比例相對(duì)于前兩個(gè)研究期均出現(xiàn)顯著上升[7]。

3.2 土壤侵蝕時(shí)空變化分析

3.2.1時(shí)間變化分析

將研究期中前后兩個(gè)時(shí)期的土壤侵蝕數(shù)據(jù)（表1中數(shù)據(jù)）進(jìn)行比較，可以得到三個(gè)時(shí)期土壤侵蝕面積隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的情況（見表3）。

表3 河田鎮(zhèn)研究期土壤侵蝕時(shí)間變化情況

注：上表中“1”表示2000年與1988年相應(yīng)的差值，“2”表示2007年與2000年相應(yīng)的差值；負(fù)值表示后一時(shí)期與前一時(shí)期相比在數(shù)值上是減少的。

由表3結(jié)合表1可看出，研究期即1988年、2000年、2007年三個(gè)時(shí)期，河田鎮(zhèn)土壤侵蝕的時(shí)間變化情況如下：

2000年較1988年：①流失總面積減少了15.856㎞2，減幅達(dá)9.2%，其中中度、極強(qiáng)度流失面積共減少46.748㎞2，其他程度土壤侵蝕面積則擴(kuò)大；②變化最大的為極強(qiáng)度流失，面積減少幅度達(dá)到了84.4%；③強(qiáng)度（包括強(qiáng)度）以上流失面積總體上減少22.049㎞2，減少幅度達(dá)到31.8%。

2007年較2000年：①流失總面積減少了57.752㎞2，減少幅度為36.8%，除中度流失面積增加外，其余程度流失面積均出現(xiàn)不同程度減少；②變化最大的為劇烈流失，面積減少了6.523㎞2，減幅達(dá)93.3%；③強(qiáng)度以上流失面積總體減少32.777㎞2，減少幅度為69.4%。

總體而言，研究期內(nèi)河田鎮(zhèn)土壤侵蝕總面積呈下降趨勢(shì)，流失強(qiáng)度較嚴(yán)重的面積減少幅度較大，強(qiáng)度以上土壤侵蝕面積減少較顯著，土壤侵蝕強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。

3.2.2空間變化分析

本文對(duì)河田鎮(zhèn)土壤侵蝕的空間變化主要從兩個(gè)角度分析。一是從土壤侵蝕在不同利用方式土地上的分布變化的角度來分析，二是從不同程度土壤侵蝕在空間上分布的變化的角度來分析。

對(duì)同一年份柵格化土壤侵蝕圖與土地利用圖疊加后得到的圖像進(jìn)行相應(yīng)的屬性提取，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，可得到各研究期位于不同利用方式土地上的土壤侵蝕面積。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算不同利用方式土地上土壤侵蝕面積的比例，并由此生成如下折線圖[8-9]。

表4 河田鎮(zhèn)研究期不同利用方式土地上土壤侵蝕面積比重

注：上表中的數(shù)值表示某時(shí)期土壤侵蝕在不同利用方式的土地上的分布面積占該時(shí)期總流失面積的比重。

圖2 河田鎮(zhèn)研究期不同利用方式土地上土壤侵蝕面積比重

由圖2可看出，研究期內(nèi)，分布于草地、耕地的土壤侵蝕面積的比例逐漸下降且下降幅度較大，其中分布于耕地的流失面積比例下降較快；而分布于林地、建設(shè)用地、園地的流失面積比例在增加，其中分布于林地的流失面積比例上升顯著且上升速度較快；分布于未利用地的流失面積比例在減少，自2000年起分布在未利用地上的流失面積比例為0，即已無土壤侵蝕，但因比重較小且下降幅度較小，變化不顯著。研究期內(nèi)，分布于草地的流失面積比例始終居于首位，但有明顯下降趨勢(shì)；2000年到2007年，分布于耕地的流失面積比例由第二位降到第三位，位于草地、林地之后。通常認(rèn)為水域是不發(fā)生土壤侵蝕的地類，本研究中數(shù)據(jù)也表明這一現(xiàn)象。

將各前后兩個(gè)時(shí)期的土壤侵蝕柵格圖分別進(jìn)行疊加。根據(jù)所得圖層的屬性進(jìn)行處理，得到不同程度土壤侵蝕的相互轉(zhuǎn)變情況，如表5、表6所示。

表5 河田鎮(zhèn)1988年～2000年不同程度土壤侵蝕相互轉(zhuǎn)變情況 單位：㎞2

表6 河田鎮(zhèn)2000年～2007年不同程度土壤侵蝕相互轉(zhuǎn)變情況 單位：㎞2

注：表5、表6中的數(shù)值表示由該數(shù)值所在行的流失強(qiáng)度轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌诹械牧魇?qiáng)度的面積。微度土壤侵蝕面積即指不發(fā)生土壤侵蝕的面積。合計(jì)值表示各流失強(qiáng)度向其他程度轉(zhuǎn)變的總面積，即各流失強(qiáng)度的凈增減面積。

由表5可看出，1988年～2000年，有26.700km2原來不發(fā)生土壤侵蝕的區(qū)域發(fā)生了不同程度的土壤侵蝕，有42.556km2不同程度流失區(qū)域變?yōu)椴话l(fā)生流失區(qū)域，即該時(shí)期土壤侵蝕面積在總量上是凈減少的，凈減少量為15.856km2。流失強(qiáng)度加劇的面積為46.726km2，其中新增的土壤侵蝕面積，即由不發(fā)生流失變?yōu)榘l(fā)生流失的區(qū)域面積所占比例為57.1%；流失強(qiáng)度降低的面積為112.690km2。

由表6可看出，2000年～2007年，有19.475km2原來不發(fā)生土壤侵蝕的區(qū)域發(fā)生了不同程度的土壤侵蝕，有77.227km2不同程度流失區(qū)域變?yōu)椴话l(fā)生流失區(qū)域，即該時(shí)期土壤侵蝕面積在總量上也是凈減少的，凈減少量為57.752km2。流失強(qiáng)度加劇的面積為38.255km2，其中新增的土壤侵蝕面積所占比例為50.9%；流失強(qiáng)度降低的面積為99.905km2。

1988年～2007年，研究區(qū)劇烈流失、新增流失面積以及不同程度的土壤侵蝕的空間分布及變化情況如以下圖所示。由圖3可以看出，研究期內(nèi)劇烈流失面積呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，且這一變化趨勢(shì)明顯，在空間分布上有分散分布的趨勢(shì)。由圖4可看出，2000年～2007年較1988年～2000年新增流失面積減小，且分布的連片性大，分布較集中。由圖5可看出，2000年～2007年較1988年～2000年流失強(qiáng)度加劇面積減小，各圖斑面積較小且分布較分散；兩個(gè)時(shí)段內(nèi)流失強(qiáng)度不變及程度降低區(qū)域的空間分布位置大致相同，即兩個(gè)時(shí)段內(nèi)該區(qū)域土壤侵蝕變化趨勢(shì)是相同的。

圖3 河田鎮(zhèn)研究期劇烈流失分布圖

圖5 河田鎮(zhèn)1988年～2000年、2000年～2007年流失強(qiáng)度變化分布圖

4 研究區(qū)土壤侵蝕狀況總結(jié)及水土保持建議

綜合上述分析，河田鎮(zhèn)在研究期內(nèi)土壤侵蝕總面積、強(qiáng)度以上流失面積、劇烈流失面積均在不斷減少，強(qiáng)度以上流失面積下降趨勢(shì)顯著。仍有部分區(qū)域由不發(fā)生土壤侵蝕變?yōu)榘l(fā)生不同程度的土壤侵蝕。土壤侵蝕主要分布在草地、林地、耕地上，但分布于草地、耕地的流失面積比例有顯著下降趨勢(shì)，而分布于園地、林地、建設(shè)用地的流失面積比例有上升趨勢(shì)，分布于林地的流失面積比例上升趨勢(shì)尤為明顯。劇烈流失面積減少，但在空間上呈現(xiàn)出分散分布趨勢(shì)?？傮w而言，河田鎮(zhèn)土壤侵蝕面積減小，流失強(qiáng)度降低，土壤侵蝕狀況得到了改善。

相關(guān)資料顯示[2-10]，河田鎮(zhèn)土壤侵蝕減少的原因主要是有效的治理、燃料結(jié)構(gòu)的變化等；新增土壤侵蝕的原因包括了自然因素和人為因素，其中又以后者為主要因素，包括亂砍亂伐、亂挖礦、城市建設(shè)、交通建設(shè)等，因亂砍濫伐、開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目、山地開發(fā)不當(dāng)引起的新增流失面積又是重中之重。

結(jié)合河田鎮(zhèn)土壤侵蝕實(shí)際情況及土壤侵蝕變化的原因，就將來河田鎮(zhèn)土壤侵蝕治理提出如下建議：（1）繼續(xù)實(shí)施并完善現(xiàn)有的水土保持措施。由分析可看出，河田鎮(zhèn)的土壤侵蝕情況正在改善，說明現(xiàn)時(shí)所采取的水土保持措施是可行的，應(yīng)該繼續(xù)實(shí)施，并根據(jù)實(shí)踐過程不斷變化的情況加以完善。（2）重視不發(fā)生土壤侵蝕區(qū)域的水土保持，防止其向土壤侵蝕區(qū)轉(zhuǎn)變。雖然研究期內(nèi)河田鎮(zhèn)土壤侵蝕情況得到了改善，但仍有不算少數(shù)的不發(fā)生土壤侵蝕區(qū)發(fā)生了土壤侵蝕，說明人們對(duì)這些區(qū)域重視不夠，沒有采取足夠的水土保持措施。應(yīng)加強(qiáng)這些區(qū)域的水土保持措施，防止新增土壤侵蝕。（3）加強(qiáng)林地的水土保持措施。分布于林地的土壤侵蝕面積增長趨勢(shì)最為顯著，照此趨勢(shì)，其將在未來河田鎮(zhèn)土壤侵蝕分布區(qū)中占較大比重，可考慮將其作為土壤侵蝕防治的重點(diǎn)，加強(qiáng)植樹造林等林地水土保持力度。（4）加強(qiáng)建設(shè)用地的水土保持措施。建設(shè)用地是人類對(duì)自然改造最強(qiáng)烈、人工景觀最顯著的區(qū)域，也是人類控制力度較強(qiáng)的區(qū)域。河田建設(shè)用地流失面積比重有增長趨勢(shì)，應(yīng)加強(qiáng)宣傳并采取盡可能的水土保持措施，充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，減少建設(shè)用地的土壤侵蝕。

[1] 李銳．中國土壤侵蝕研究的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J]．自然雜志,2007,30(1)：6.

[2] 王維明，陳明華，林敬蘭，等．長汀縣土壤侵蝕動(dòng)態(tài)變化及防治對(duì)策研究[J]．水土保持通報(bào)，2005，25（4）：75.

[3] 岳輝，鐘炳林．長汀縣水土保持監(jiān)測(cè)實(shí)踐與探討研究[J]．亞熱帶水土保持，2006，18（3）：63.

[4] 范雪蓉，周生路，黃勁松．閩西南花崗巖丘陵地區(qū)土壤侵蝕及治理對(duì)策——以長汀縣河田鎮(zhèn)為例[J]．土壤，1999，（4）：176-177.

[5] 黃聚聰，張煒平，李熙波．福建長汀河田土壤侵蝕原因綜述[J]．亞熱帶水土保持，2007，19（2）：26-29.

[6] SL 190－96，中華人民共和國水利部：土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[7] 唐克麗, 史立人, 史德明, 等．中國水土保持[M]．北京：科學(xué)出版社，2004

[8] Matthew J Cohen，Keith D Shepherd，Markus G Walsh．Empirical of the universal soil loss equation for erosion risk assessment in a tropical watershed[J]．Geoderma，2005，(124):235-252．

[9] Saro Lee．Soil erosion assessment and its verification using the universal soil loss equation and geogra-phic information system: a case study at boun,korea[J]．Environmental Geology,2004,(45):457-465．

[10] 徐建華．現(xiàn)代地理學(xué)中的數(shù)學(xué)方法[M]．北京：高等教育出版社，2002．

福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：2060203）。