張敏 謝本軍 楊丹丹

摘要? ? 土地利用變化會對土壤侵蝕產(chǎn)生巨大影響，不合理的利用土地會加劇土壤侵蝕。本文介紹了土地利用變化對土壤侵蝕影響的3種研究方法，即利用RS和GIS技術方法、模型的計算方法、基于景觀格局指數(shù)的定量計算法，并為進一步計算土壤侵蝕量的大小，合理地選擇研究方法提出了建議。

關鍵詞? ? 土地利用變化;土壤侵蝕;研究方法

中圖分類號? ? S157? ? ? ? 文獻標識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2019）12-0167-02

近年來，人類面臨最嚴峻的挑戰(zhàn)是全球環(huán)境問題[1]。隨著社會的高速發(fā)展，人類為了追求財富過度活動而對生態(tài)環(huán)境造成了巨大影響。全球氣候變暖、沙漠化、森林銳減、土地退化與水土流失等一系列的生態(tài)環(huán)境問題層出不窮。與此同時，中國人口數(shù)量急劇增加但國土面積有限，人地關系十分緊張。因此，人類活動的加劇成為必然趨勢且會影響土地利用變化，是土壤侵蝕的重要影響因素[2]。土地利用變化是全球環(huán)境變化的重要組成部分和主要原因[3]，它引起土壤侵蝕，破壞生態(tài)環(huán)境。目前，土壤侵蝕已經(jīng)成為全世界廣泛關注的生態(tài)環(huán)境問題[4]。

土地利用變化的原因之一是土地覆蓋表面的變化，它會隨土地覆蓋表面的變化發(fā)生相應的增減。土地覆蓋程度的不同，會影響徑流和輸沙量的大小，當土地利用方式發(fā)生變化時，會改變其下墊面的條件，進而對土壤侵蝕造成影響[5]。國內(nèi)一些研究表明，植物冠層和植物覆蓋會減少降雨產(chǎn)生的沖擊力，降低徑流對土壤的沖刷作用，從而減少土壤侵蝕。章影[6]在研究丹江口庫時發(fā)現(xiàn)，在退耕還林、封山育林以及城鎮(zhèn)化建設過程中，土地利用的擴張導致丹江口庫土壤侵蝕面積逐年增加。因此，為了更好地探究土地利用變化對土壤侵蝕的影響程度，本文將圍繞土地利用變化對土壤侵蝕影響的幾種研究方法來分析土地利用發(fā)生變化時，如何計算土壤侵蝕量的大小以及合理選擇研究方法。

1? ? 利用RS和GIS技術方法

RS技術探測范圍大，獲取資料速度快、周期短，而GIS技術又能使計算結(jié)果圖形化，直觀簡潔[7]。鑒于RS和GIS技術的優(yōu)勢，人們將其應用到了土地利用變化與土壤侵蝕關系的研究中，但此方法主要應用于區(qū)域尺度上的研究。

20世紀末，國外的研究者開始利用RS和GIS技術開發(fā)區(qū)域范圍的土壤侵蝕模型。研究者們利用RS獲取土壤侵蝕和土地利用變化的相關數(shù)據(jù)，然后利用GIS提取計算土壤侵蝕模型所需要的因子，根據(jù)計算結(jié)果進行區(qū)域尺度的土壤侵蝕評價。如Jong等[8]在1999年使用遙感圖像得到了地中海地區(qū)土壤侵蝕的可用數(shù)據(jù)源，通過GIS 技術考慮地形屬性和評估坡面流的運輸能力，建立了SEMMED模型。

在利用RS和GIS技術研究方面，我國大部分研究并不是將其與土壤侵蝕模型結(jié)合而是通過遙感影像獲取土地利用和土壤侵蝕的空間變化信息，再借助GIS的空間分析功能完成土地利用和土壤侵蝕的疊加，由此而得到兩者間的關系。如王茜[9]以遙感影像為信息源，運用GIS技術得出冀北地區(qū)土壤侵蝕強度分級圖，并將其與土地利用圖疊加，得到了冀北地區(qū)土地利用變化和土壤侵蝕之間的關系。

2? ? 基于模型的計算方法

USLE方程和該方程的修正版RUSLE方程是國外經(jīng)驗模型的典型代表，其中USLE方程在國外使用率較高。其數(shù)學表達式為6個因子分別相乘，即A=R×K×L×S×C×P，R為降水及徑流因子;K為土壤侵蝕性因子;L及S為地形因子;C為地表植被覆蓋因子;P為水土保持因子。在USLE方程的6個因子中，R、K、L、S 4個因子屬于自然因子，C、P 2個因子屬于人為因子。人類活動極易導致這2個人為因子發(fā)生變化，尤其是C因子在經(jīng)驗模型中對土壤流失量的影響最為顯著。當保持其他條件不變時，便可以通過改變植被覆蓋因子得到不同土地利用狀態(tài)下的土壤侵蝕量[10]。

國內(nèi)許多學者參照國外的USLE和RUSLE經(jīng)驗模型，根據(jù)研究地區(qū)的實際情況對經(jīng)驗模型的因子進行重新計算，進而得到了適用于研究地區(qū)的修正的經(jīng)驗模型。但是基于野外實地調(diào)查和測量的傳統(tǒng)估算法耗時、耗力且費用高，無法快速提取宏觀尺度上植被覆蓋因子。隨著科學技術水平的發(fā)展，遙感技術與模型計算方法逐漸結(jié)合，被運用到大尺度植被覆蓋因子獲取中。通過遙感技術，植被覆蓋因子的獲取方法更加便捷、豐富。其中植被覆蓋因子常用的主要有以下幾種計算方法。通過遙感影像技術得到土地利用類型圖或者直接收集土地利用的資料，然后根據(jù)文獻記載的經(jīng)驗值對不同土地覆蓋類型的C因子進行賦值;通過植被指數(shù)建立與植被覆蓋因子有關的方程式。蔡崇法等[11]通過從小流域信息系統(tǒng)獲取的土地利用圖，利用回歸分析法，建立了植被覆蓋度與植被覆蓋因子之間的數(shù)學關系式：

式中，F(xiàn)bs、Fveg、Fshade分別代表裸土、綠色植被、陰影的蓋度;白雲(yún)[13]在研究海壇島植被覆蓋度因子時，采用線性光譜模型對ETM影像進行混合像元分解，在植被、裸土、高反照3個組分端元的基礎上建立了植被覆蓋因子與歸一化植被指數(shù)的之間的估算關系式：

每個地區(qū)情況存在很大的差異，在研究某一區(qū)域時，不能直接使用經(jīng)驗模型，需要結(jié)合研究地區(qū)的實際情況進行C因子的計算。流域、區(qū)域C因子的計算是一個難點，需要利用模型結(jié)合遙感技術進行進一步研究。

3? ? 基于景觀格局的計算方法

早在20世紀70年代，德國便將景觀保護應用于土壤整理方面。但直到21世紀初期，我國才將景觀格局運用于土地利用方向。

在20世紀90年代，國外一些學者利用景觀格局指數(shù)對土壤侵蝕進行研究。如1997年，Slattery等[14]分析出泥沙場地邊界輸移下的粒徑分布更能說明水流中攜帶或淤積下來的巖土顆粒的粒度特征。1999年，Takken等[15]研究表明，為了解流域內(nèi)泥沙的侵蝕情況并準確預測其侵蝕變化，需利用空間分布數(shù)據(jù)建立相關的空間分布侵蝕模型。二者均肯定了不同土地利用類型下，景觀結(jié)構(gòu)對泥沙侵蝕的重要影響，但未深入研究與景觀格局空間分布有關的內(nèi)容。2000年，Oost等[16]提出一種和以往不同的水侵蝕模型，此模型同時考慮了土地利用變化和場地邊界變化對侵蝕的影響，即考慮時間變化下和空間變化下的水土流失，證實了結(jié)合景觀空間格局的模型能更好地評估環(huán)境變化對土壤侵蝕的影響。在此之后，我國也開始著力于結(jié)合景觀格局的土壤侵蝕研究。如2011年劉? 宇等[17]探究了邊界密度、斑塊分維數(shù)、斑塊豐度等12個常用景觀指數(shù)在土壤侵蝕方面的應用，為研究生態(tài)景觀格局下的土壤侵蝕機制提供了更好的理論指導。同年，王計平等[18]以黃土丘陵區(qū)為研究對象，運用景觀格局指數(shù)分析方法，避免了傳統(tǒng)景觀格局過于強調(diào)景觀水平對生態(tài)過程的影響的弊端，從景觀水平、斑塊類型水平、“嵌套”景觀水平等不同尺度下研究流域的土壤侵蝕情況。將景觀格局運用于土壤侵蝕的研究，是今后一個新的研究方向，也是土壤學科發(fā)展的必然趨勢。

4? ? 結(jié)語

利用RS和GIS技術的方法、模型的計算方法、基于景觀格局指數(shù)的定量計算法，這3種研究土地利用變化與對土壤侵蝕影響的方法均具備各自的優(yōu)點，但也存在一定的不足。在今后的相關研究中，應根據(jù)預期的研究目標和研究所具備的條件和前提，合理地選擇相應的方法。另外，目前大多數(shù)學者致力于在空間尺度上研究土地利用變化與土壤侵蝕的關系，相較于前者時間尺度上的區(qū)域?qū)Ρ妊芯勘容^薄弱。因此，可以考慮土地利用格局的差異等因素，研究同一地區(qū)的土地利用格局變化及土壤侵蝕對這種變化的響應。土地退化、河流泥沙淤積和生態(tài)環(huán)境惡化的根本原因是土壤侵蝕，而土地開墾、過度砍伐等人類活動是造成土壤侵蝕的主要原因，合理利用土地對保護生態(tài)環(huán)境至關重要。研究土地利用變化對土壤侵蝕的影響，對于做好水土保持工作，促進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

5? ? 參考文獻

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