車家驤，彭 熙，龍秀琴，李安定

(貴州科學院喀斯特資源環(huán)境與發(fā)展研究中心，貴州貴陽 550001)

我國是一個多山的國家，山地分布極不均勻［1］，山區(qū)地表起伏、溝壑縱橫，對當地交通、水利、農業(yè)、林業(yè)以及地質災害防治、生態(tài)環(huán)境治理等都會產生較大影響。地表起伏度是地學研究的重要概念，目前關于地表起伏度的研究成果主要集中在3個方面，即DEM精度與計算結果差異性問題，對局部小范圍進行的小尺度研究，以及地表起伏對地面相關事物的影響，如對土地利用、人口分布和地質災害的影響等。我國是一個農業(yè)大國，地表起伏對農業(yè)的影響最為直接，研究地表起伏度對農業(yè)生態(tài)環(huán)境的影響對促進農業(yè)經濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。因此，本研究在全國1∶20萬DEM數據的基礎上，計算各省(市、區(qū))地表起伏度，并結合農業(yè)生態(tài)環(huán)境資料，研究地表起伏度對農業(yè)生態(tài)環(huán)境的影響，期望能為相關部門政策制定提供理論依據和數據支持。

1 地表起伏度的計算

采用全國1∶20萬DEM數據作為數據源，運用ArcGIS 9.2軟件的3D分析模塊中的表面分析工具，以10 m×10 m為統計單元計算各省(市、區(qū))的地表起伏度(地表面積與投影面積的比值)，并以標準化處理后的地表起伏度為基礎研究地表起伏度對農業(yè)生態(tài)環(huán)境的影響。地表起伏度標準化(理想化)計算公式為

式中:LX為地表起伏度標準值，%;DBj為第j個省(市、區(qū))地表面積與投影面積的比值，理想狀態(tài)下地表面積與投影面積比值為1;DBmax為各省(市、區(qū))地表面積與投影面積比值的最大值。

2 地表起伏度對農業(yè)生態(tài)環(huán)境的影響

農業(yè)生態(tài)環(huán)境受地表起伏影響主要表現在農業(yè)受災面積、農業(yè)成災面積、水土流失面積、灌溉條件及荒山造林面積等指標上。本研究對地表起伏度與農業(yè)生態(tài)環(huán)境間的內在聯系進行研究，找出二者之間的關系，從而有針對性地解決當前農業(yè)生產中存在的實際問題。由于受災面積、成災面積、水土流失面積、造林面積等指標數值差異很大，會對分析結果產生較大影響，因此本研究以單位面積的指標值來研究地表起伏度對農業(yè)生態(tài)系統各個方面的影響。

2.1 地表起伏度對農業(yè)災害的影響

近年來全球氣候變暖加劇，極端氣候事件增加，農業(yè)災害發(fā)生頻率也在不斷上升［2］。受地表起伏影響，各地農業(yè)生產活動抵御自然災害的能力存在差異，涉及指標包括農業(yè)受災面積、成災面積等。對地表起伏度與災害發(fā)生頻率的關系進行分析，結果見圖1。

圖1 不同起伏度地區(qū)農業(yè)受災情況

從圖1可以看出，成災面積占耕地的比重隨著地表起伏度增大而增大，說明高起伏度地區(qū)農業(yè)生產更容易受到自然災害的影響，特別是旱災。數據顯示，1978年以來我國旱災導致的成災面積迅速增加，農作物絕收面積總體呈現上升趨勢［3］。同時，成災面積占受災面積的比例隨著地表起伏度增大也相應增大，說明高起伏度地區(qū)環(huán)境脆弱，農業(yè)生產對環(huán)境條件反應敏感、適應能力差，承災體抵御自然災害的能力弱，一旦受災就很容易成災，而遭受災害的影響程度受當地的農業(yè)GDP、耕地面積、單位面積糧食產量、化肥施用量等共同影響［4］。

2.2 地表起伏度對單個水庫庫容的影響

水庫消落帶是生態(tài)脆弱的敏感帶和易污染、易破壞帶［5］，相同的儲水容積，水庫庫容越小，需要的水庫數量越多，消落帶面積也就越大。圖2是不同起伏度地區(qū)單個水庫庫容，其中單個水庫庫容指的是該地區(qū)水庫總庫容與水庫數量的比值，即水庫平均庫容。由圖2知，地表起伏度大的地區(qū)單個水庫庫容小，這是由于高起伏度地區(qū)地表破碎、土地分散，建設大庫容水庫需要的管道或渠道數量多，布設難度大，成本高，不適應當地的灌溉要求，因此要達到相同的儲水容積，水庫必須分散布置，導致高起伏度地區(qū)水庫數量多、單個庫容小、消落帶面積大，對環(huán)境影響較大。由圖中擬合曲線知，地表起伏度標準值每增加10%，單個水庫庫容將減少0.162億 m3。

圖2 不同起伏度地區(qū)單個水庫庫容

2.3 地表起伏度對農村面源污染治理的影響

農村人畜糞便隨意排放是造成農業(yè)面源污染的重要原因之一，而生態(tài)衛(wèi)生廁所具有防止疾病發(fā)生、減少用水量及污染物、重新獲得及利用植物養(yǎng)分的特點［6］，因此提高衛(wèi)生廁所普及率是農村面源污染治理和初級衛(wèi)生保健規(guī)劃目標中的一項重要指標［7］。本研究以不同地表起伏度地區(qū)生態(tài)廁所普及率作為面源污染治理指標，不同起伏度地區(qū)衛(wèi)生廁所普及率見圖3。由圖3知，隨著地表起伏度的增大，生態(tài)衛(wèi)生廁所的普及率逐漸下降，二者之間呈較為明顯的冪函數關系;在低起伏度地區(qū)，生態(tài)衛(wèi)生廁所的普及率為80% ～100%，而在高起伏度地區(qū)，普及率僅為40% ～70%，說明高起伏度地區(qū)農業(yè)面源污染治理力度相對較弱。

圖3 不同起伏度地區(qū)衛(wèi)生廁所普及率

2.4 地表起伏度對荒山造林面積的影響

荒山造林可以增加土壤養(yǎng)分、總碳及活性碳含量，在一定程度上降低土壤pH值，使土壤質量向良性方向發(fā)展［8］，同時還能涵養(yǎng)水源、保持水土、防風固沙、凈化空氣，對農業(yè)生態(tài)環(huán)境保護起到積極的作用。圖4是不同地表起伏度地區(qū)荒山造林面積統計結果。由圖4知，高起伏度地區(qū)荒山造林占耕地面積比重明顯增加，最大值接近2.0%，與低起伏度地區(qū)的最小值低于0.2%相比，相差近10倍;由擬合曲線知，地表起伏度標準值每增加10%，荒山造林面積占耕地面積的比重增加0.126%;由于地勢陡峭、地表破碎，土地利用困難，加之國家大力推廣實施退耕還林工程，對坡度25°以上的坡耕地普遍實施了退耕，因此高起伏度地區(qū)荒山造林面積占耕地面積的比重大于低起伏度地區(qū)。

圖4 不同起伏度地區(qū)荒山造林面積

2.5 地表起伏度對水土流失的影響

一般來說，水土流失量與地表坡度及地表覆被狀況關系最為密切。相比耕地，林地水土流失量較小，因此本研究主要對不同起伏度地區(qū)耕地水土流失面積進行統計，結果見圖5。從圖5知，水土流失治理面積與耕地面積的比值隨地表起伏度增大呈現出明顯的遞增趨勢，這是由于高起伏度地區(qū)耕地以坡耕地為主，陡坡開荒和亂砍濫伐會導致水土流失面積增加，因此因地制宜地開展坡耕地水土流失綜合治理是減輕水土流失、改善農村生態(tài)環(huán)境和農業(yè)生產條件、確保糧食安全的有效手段［9］。值得注意的是，在高起伏度地區(qū)，還常常會出現水土流失面積和治理面積均比較大的情況。

圖5 不同起伏度地區(qū)水土流失現狀

3 結語

綜合上述分析可知，地表起伏度的大小反映了地表的平整與破碎程度，對農業(yè)生態(tài)環(huán)境會產生較大影響，即隨著地表起伏度的增加，成災面積占耕地面積的比重和成災面積占受災面積的比重都明顯增加;單個水庫平均庫容減小，水庫分布較分散;農村面源污染治理滯后，治理力度較弱;水土流失加劇，荒山造林面積占耕地面積比重增加。

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