黃土高原上黃小流域土地利用類型的坡度分析

劉德林,李壁成

（1.河南理工大學(xué)應(yīng)急管理學(xué)院,河南焦作454003;2.中國科學(xué)院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心,陜西楊陵 712100）

為從根本上改善我國日益惡化的生態(tài)環(huán)境,減輕旱澇及水土流失等自然災(zāi)害的危害,黨中央和國務(wù)院從20世紀(jì)90年代末開始,決定對25°以上的坡耕地實施大規(guī)模退耕還林工程[1]。位于黃土高原寧南山區(qū)的上黃試區(qū)也從2002年開始執(zhí)行此政策。上黃試區(qū)的坡耕地主要是以雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)為主,受干旱氣候的影響,盡管農(nóng)作物產(chǎn)量較低,但由于人口的不斷增加,荒坡被開墾的范圍和坡度進一步擴大,從而造成嚴(yán)重的水土流失[2-3]。在黃土高原小流域中,坡度是影響水土流失的一個重要地形因子,土壤的抗沖蝕能力隨坡度的不同而出現(xiàn)較大差別[4-5]。因此,坡地的退耕還林還草成為減少水土流失的必要途徑。

以試區(qū)1∶1萬DEM和1982-2008年土地利用數(shù)據(jù)為信息源,運用GIS技術(shù)提取土地利用類型的坡度組成數(shù)據(jù),研究土地利用類型的坡度組成狀況及演變趨勢,以期為試區(qū)退耕還林還草政策的實施提供參考。

1 研究區(qū)概況

上黃小流域位于寧夏南部固原市河川鄉(xiāng)內(nèi),地處黃土高原西部寬谷丘陵溝壑區(qū),地理坐標(biāo)為東經(jīng)106°26′-106°30′,北緯 35°59′-36°02′。試區(qū)南北長約3 844 m,東西寬約3 758 m,土地總面積約8.01 km2。區(qū)內(nèi)土壤多為黃土母質(zhì)上發(fā)育的黃綿土和黑壚土,土壤貧瘠。多年平均氣溫和降水量分別為6.9℃和419.1 mm,干燥度1.55～2.0,屬溫帶半干旱氣候區(qū)。試區(qū)梁峁起伏,溝壑縱橫,水土流失嚴(yán)重,海拔高度在1 534.3～1 822.0 m。植被類型主要包括人工灌木林、天然草地、人工草地三大類型。

2 數(shù)據(jù)來源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

所用信息源包括DEM和1982-2008年土地利用數(shù)據(jù)。其中,數(shù)字高程模型由下述方法生成:首先,利用上黃試區(qū)1∶1萬地形圖生成試區(qū)DEM(附圖1);其次,利用Arcview 3.2提取試區(qū)坡度,并根據(jù)試區(qū)實際情況對地形坡度進行重分類,得到試區(qū)坡度圖;最后,對其進行重采樣,生成5 m分辨率的柵格坡度圖(附圖7)。土地利用數(shù)據(jù)采用一級分類體系,將上黃試區(qū)的土地利用劃分為7種類型,即耕地、園地、灌木林地、草地、建設(shè)用地、水域和未利用地。

2.2 地形坡度分級

黃土高原寧南山區(qū)的土壤侵蝕多以面蝕和溝蝕為主。根據(jù)試區(qū)多年實驗結(jié)果,結(jié)合試區(qū)實際情況,將試區(qū)地面坡度分為 0°～3°、3°～ 5°、5°～ 10°、10°～ 15°、15°～25°和＞25°六個等級(附圖8)。其中,按照國家退耕還林還草的政策,＞25°的坡地是須退耕的土地。

2.3 不同土地利用類型坡度提取

首先,將土地利用類型柵格數(shù)據(jù)輸入Arcview 3.2軟件,分別提取各土地利用類型;其次,將提取的單個土地利用類型和數(shù)字坡度模型進行疊加分析,獲取單個土地利用類型的坡度組成圖;最后,在數(shù)據(jù)庫的屬性表中對其數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。不同坡度下土地利用類型面積提取和計算的具體操作步驟可參考文獻(xiàn)[6]。

3 結(jié)果與分析

3.1 上黃試區(qū)土地利用類型的坡度分析

從試區(qū)主要土地利用類型在不同坡度中所占的面積和百分比(表1)分布情況可知,試區(qū)耕地大部分分布在25°以下。其中,分布在 0°～3°的耕地面積最大,為37.71 hm2,占耕地面積的28.93%;其次為分布在15°～25°的耕地,接近耕地總面積的20%;試區(qū)15°以下的耕地面積占到耕地總面積的75.40%;而大于25°的耕地面積僅占耕地總面積的5.23%。根據(jù)25°以上的坡耕地需進行退耕還林還草的政策,本試區(qū)仍有約6.81 hm2的土地需要退耕還林還草,但該面積還占不到全試區(qū)總面積的1%,這說明該試區(qū)基本完成國家退耕還林還草任務(wù)的要求。

表1 上黃試區(qū)土地利用類型坡度組成

試區(qū)的果園主要分布在地勢平坦、交通便利、水肥條件較好的臺地(0°～3°),該坡度下的果園面積占果園總面積的64.34%;林地主要分布在大于10°的土地上,其中以15°～25°為面積最大,占林地總面積的35.37%;而草地和未利用地分別有56.64%和69.15%分布在25°以上的陡坡地上。從水土保持的角度看,2008年上述土地利用類型在坡度上的分布均體現(xiàn)了因地制宜,合理配置資源的原則,在地形上的分布趨于合理。

3.2 上黃試區(qū)不同坡度土地利用類型動態(tài)變化分析

3.2.1 不同坡度下耕地面積的動態(tài)變化 從表2可知,上黃試區(qū)耕地總面積在1995年以前變化不大,1995年銳增,而在2008年迅速減少。從耕地面積的各坡度分布來看,1995年增加主要集中在10°～25°,與1982年相比共增加了 81.45 hm2。其中,15°～25°增加面積最大,為54.97 hm2,增加了77.47%,其次為10°～15°的坡耕地,其它坡度的耕地也均有不同程度的增加,這主要是因為試區(qū)人口增加所引起的;1995年各坡度的耕地與 2002年退耕前變化不大;2002年退耕政策執(zhí)行后,各坡度的耕地均明顯減少,從2002年的407 hm2減少到2008年的130.35 hm2。其中,10°以上耕地的減少主要是用于退耕還林還草。

表2 上黃試區(qū)1982-2008年耕地在不同坡度的面積分布 hm2

3.2.2 不同坡度下林地和草地面積的動態(tài)變化 從表3可以看出,試區(qū)林地面積在1982-2008年這段時間內(nèi)一直呈遞增趨勢,在 2008年達(dá)到最大,為539.22 hm2,占試區(qū)總面積的66.87%。從林地不同坡度的面積變化來看,不同坡度的林地面積變化趨勢與林地總面積變化趨勢相同。同時,還可以看出,不同時期的林地面積主要分布在15°以上的坡地。其中,除1982年外,其他年份均以25°以上坡地為最多,依次分別占林地總面積的 39.00%、38.09%、46.60%、42.43%和 23.02%,其次為 10°～ 15°坡地 ,10°以下林地面積所占比例很少。

而草地總面積及其在不同坡度上的面積分布變化趨勢與林地相反(表3),呈現(xiàn)持續(xù)減少趨勢。而不同時期的草地面積在不同坡度上的分布狀況與林地相同,即以25°以上坡地為最多;15°～25°坡地的草地面積次之。

表3 上黃試區(qū)1982-2008年林地在不同坡度的面積分布 hm2

4 結(jié)論

退耕還林還草是西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的一項重要措施,也是我國西部大開發(fā)的一項重要內(nèi)容。退耕還林還草中急需掌握地面坡度與土地利用,特別是與耕地分布狀況之間的關(guān)系。通過對不同坡度下各土地利用類型的面積變化及其 2008年的現(xiàn)狀分析發(fā)現(xiàn):

(1)上黃試區(qū)各土地利用類型的坡度分布較為合理,基本體現(xiàn)了因地制宜,合理配置資源的原則。

(2)從退耕還林還草的政策執(zhí)行情況看,試區(qū)仍有約6.81 hm2的土地需要退耕還林還草,但該面積還占不到全試區(qū)總面積的1%,基本完成國家退耕還林還草任務(wù)的要求。

(3)近30 a來,上黃試區(qū)土地利用發(fā)生了劇烈的變化:耕地面積呈先增加后減少的變化趨勢;林地面積則呈持續(xù)增加的趨勢;而草地面積則呈持續(xù)減少的趨勢。

[1]張金池,莊家堯,林杰.不同土地利用類型土壤侵蝕量的坡度效應(yīng)[J].中國水土保持科學(xué),2004,2(3):6-10.

[2]傅伯杰,邱楊,王軍,等.黃土丘陵小流域土地利用變化對水土流失的影響[J].地理學(xué)報,2002,57(6):717-722.

[3]唐克麗.黃土高原土壤侵蝕區(qū)域特征及其治理途徑[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,1990.

[4]黃志霖,傅伯杰,陳利頂.黃土丘陵區(qū)不同坡度、土地利用類型與降水變化的水土流失分異[J].中國水土保持科學(xué),2005,3(4):11-18.

[5]劉青泉,陳力,李家春.坡度對坡面土壤侵蝕的影響分析[J].應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué),2001,22(5):449-57.

[6]湯國安,陳正江,趙牡丹,等.ArcView地理信息系統(tǒng)空間分析方法[M].北京:科學(xué)出版社,2002:179-185.