基于DEM的東江源區土壤侵蝕研究

摘要：采用ＲＳ與ＧＩＳ技術，研究東江源區２０００年的土壤侵蝕狀況。利用研究區地形圖制作的數字高程模型（ＤＥＭ），派生出坡度、坡向圖。借助于分布指數，通過空間疊加分析，從高程、坡度和坡向３個方面對研究區的土壤侵蝕進行了定量分析，揭示土壤侵蝕在這３個方面上的分布特征。結果表明，土壤侵蝕是自然因子和人為因子綜合作用的結果，自然因素是土壤侵蝕發生、發展的潛在條件，而人類活動是土壤侵蝕發生、發展或減弱的主導因素。因此，轉變不合理的土地利用方式，加強植被的保育和重建是防治土壤侵蝕的關鍵環節。

關鍵詞：ＧＩＳ；分布指數；土壤侵蝕；東江源區

中圖分類號：Ｓ１５７．１ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）20－4170-03

ＤＥＭ－ｂａｓｅｄ ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｅｒｏｓｉｏｎ ｉｎ Ｄｏｎｇｊｉａｎｇｙｕａｎ Ｒｅｇｉｏｎ

ＸＵ Ｃｈａｎｇ－ｒｏｎｇ，ＬＵ Ｙａｎ－ｍｉｎ，ＺＨＯＵ Ｘｕｅ－ｌｉｎ

（Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｇａｎｚｈｏｕ ３４１０００， Ｊｉａｎｇｘｉ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂｙ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ＲＳ ａｎｄ ＧＩＳ， ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ｏｆ Ｄｏｎｇｊｉａｎｇｙｕａｎ ｉｎ ２０００ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｄｉｇｉｔａｌ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ （ＤＥＭ） ｗａｓ ｆｉｒｓｔｌｙ ｍａｄｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｌｉｅｆ ｍａｐ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ａｒｅａ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ａｎｄ ａｓｐｅｃｔ ｍａｐ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ＤＥＭ． Ｔｈｅ ｔｅｒｒａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ （ｅｌｅｖａｔｉｏｎ， ｓｌｏｐｅ ａｎｄ ａｓｐｅｃｔ） ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｗｅｒｅ ｏｖｅｒｌａｐｐｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ｗａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｈｕｍａｎ ｆａｃｔｏｒｓ． Ｎａｔｕｒａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ， ａｎｄ ｈｕｍａｎ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｗａｓ ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ， ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｗｅａｋｎｅｓｓ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｉｔ ｗａｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｐｒｏｔｅｃｔ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｏ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｆｏｒ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｒｅｇｉｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＧＩＳ； ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ； ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ； Ｄｏｎｇｊｉａｎｇｙｕａｎ

土壤侵蝕是在水力、風力、冰凍和重力等作用下，土壤、母質及其他地面組成物質被破壞、剝蝕、轉運和沉積的過程［１］。土壤侵蝕導致土壤退化，土地資源劣化，生態系統失調，引起泥沙沉積，淤塞河湖水庫，危害農田，對農林牧等危害極大，對社會經濟的可持續發展構成極大威脅。運用ＧＩＳ空間分析等手段進行疊加和統計分析，通過分布指數，定量分析了土壤侵蝕量與高程、坡度和坡向３個方面之間的分布特征，為東江源區的水土流失治理、土壤侵蝕防治規劃制定和生態系統恢復提出科學理論依據，對該區域因地制宜采取相關水土保持措施有著重要的意義。

１材料與方法

１．１研究區概況

江西東江源是廣東東江的水源地，東江水被香港稱為“生命之水”， 是珠江三角洲和香港主要的飲用水源。東江源區位于江西省贛州境內（Ｅ１１４°４７′－１１５°５３′，Ｎ２４°２０′－２５°１３′），涵蓋尋烏、安遠和定南三縣。在江西境內河流長１２７ kｍ，流域面積３ ４９５．７９ ｋｍ２。境內以山地、丘陵為主，地勢呈北高南低，東西嶺谷相間格局，地貌可概稱為“八山半水一分田，半分道路與莊園”。東江源區屬典型亞熱帶濕潤季風氣候區，熱量豐富、雨量充沛，年均氣溫１８．８ ℃，年降雨量１ ５２６～１ ７００ ｍｍ。

１．２數據來源

研究主要數據有２０００年的ＴＭ遙感影像數據、江西省水土保持研究所提供的東江源土壤侵蝕強度圖、地形圖等圖件。根據中華人民共和國行業標準《土壤侵蝕分類分級標準》（ＳＬ 1９０－19９６），將土壤侵蝕強度分為微度侵蝕、輕度侵蝕、中度侵蝕、強度侵蝕、極強度侵蝕及劇烈侵蝕６個等級（表１）。

１．３研究方法

土壤侵蝕的定量分析是基于２０００年土壤侵蝕強度圖、高程圖、由地形圖制作數字高程模型（ＤＥＭ）而派生出的坡度、坡向圖，在ＡrcＧＩＳ軟件下將各類圖件數字化，通過定義投影、坐標、配準、編輯等操作，生成３０ ｍ ＧＲＩＤ形式圖件，使數據文件格式和投影信息統一。利用ＡrcＧＩＳ的疊加分析（Ｏｖｅｒｌａｙ ａｎａｌｙｓｉｓ）功能，采用轉移矩陣算法，通過分布指數，定量分析了土壤侵蝕與高程、坡度和坡向３個地形因素的分布特征，從而求得地形因素與土壤侵蝕之間的分布指數的關系。

為了便于說明土壤侵蝕在不同地形因素上的出現頻率，揭示其土壤侵蝕的分布特征，在統計分析時引入了分布指數。分布指數用于描述某種組分的實際分布與標準分布的差異，可以排除面積的干擾，為各種比較分析創造了條件。其計算公式如下［４］：

Ｐ＝（Ｓｉｅ／Ｓｉ）／（Ｓｅ／Ｓ）

式中，Ｐ是分布指數，ｅ代表高程、坡度和坡向等地形因子的等級，Ｓｉｅ為某地形因子ｅ等級下第ｉ級土壤侵蝕的面積，Ｓｉ為整個區域內第ｉ級土壤侵蝕的總面積，Ｓｅ為某地形因子ｅ等級下研究區域的總面積，Ｓ為整個區域的總面積。Ｐ值越大，說明某土壤侵蝕類型出現頻率越高。

２結果與分析

２．１土壤侵蝕現狀

土壤侵蝕結果反映了東江源區２０００年的侵蝕狀況。從表２可知，輕度、中度、強度、極強度、劇烈侵蝕流失面積分別為２２５．４６、１９２．７２、１１６．３９、２２．０３和５０．５６ ｋｍ２，分別占流失總面積的６．４５％、５．５１％、３．３３％、０．６３％、１．４５％；土壤侵蝕面積所占比例大小為微度侵蝕＞輕度侵蝕＞中度侵蝕＞強度侵蝕＞劇烈侵蝕＞極強度侵蝕。可見，就研究區域的整體侵蝕狀況而言，侵蝕程度較輕，總體水土保持良好。

２．２土壤侵蝕與高程的關系

將研究區域劃分為１０個等級，１級（＜２５０ ｍ）、２級（２５０～４００ ｍ）、３級（４００～５５０ ｍ）、４級（５５０～７００ ｍ）、５級（７００～８５０ ｍ）、６級（８５０～１ ０００ ｍ）、７級

（１ ０００～１ １５０ ｍ）、８級（１ １５０～１ ３００ ｍ）、９級（１ ３００～１ ４５０ ｍ）和１０級（＞１ ４５０ ｍ），采用的網格精度為３０ ｍ×３０ ｍ，得到東江源區數字高程分級圖，將高程分級圖與侵蝕分布圖疊加，產生土壤侵蝕與高程之間的分布指數對應關系。結果（圖１）表明，微度侵蝕在高程３～６級上的分布指數大于１，其中在第４級上分布指數最大。說明了土壤侵蝕受人類活動影響較大，這里既有較強烈的人為活動，植被容易遭受破壞，又有一定的潛在勢能條件，容易引起土壤侵蝕。輕度侵蝕在１～６級上呈現遞減趨勢，隨著高程的增加，分布指數逐漸下降；在１～２級上分布指數均大于１，且第１級分布指數最大，主要是由于山前平地、河流階地以及耕地等在該區域占據較大的比例，人為活動強度大，土壤易發生侵蝕。中度侵蝕在高程１～２級上的分布指數大于１，且呈現遞增的趨勢。強度侵蝕的分布指數在高程１～４級上呈現遞減趨勢，其中在第１級分布指數最大；在５～７級上，隨著高程的增加，分布指數呈現遞增趨勢；在６～８級分布指數均大于１，由于該區域土地資源相對較為貧瘠，土地利用類型多為荒山荒地、裸地等，自然植被以草甸為主，這些雜草地表覆蓋程度較差，對水土的保持能力較低。極強度侵蝕的分布指數在高程１～３級上呈現遞減趨勢，在１～２級上，分布指數大于１，其中在第１級上分布指數最多，分布指數最大，這主要是由于劇烈人為耕作活動，土壤經常受到頻繁的擾動，在缺乏良好的水土保持措施的情況下，導致強度土壤侵蝕，水土流失嚴重。劇烈侵蝕的分布指數在第７級的分布指數最大，主要是由于具有土壤侵蝕的勢能形成的。

２．３土壤侵蝕與坡度的關系

將研究區域劃分為１級（＜３°）、２級（３～８°）、３級（８～１５°）、４級（１５～２５°）、５級（２５～３５°）和６級（＞３５°）６個等級來研究土壤侵蝕與坡度的分布指數關系。將生成的坡度等級圖與土壤侵蝕分布圖進行疊加，得到不同坡度等級上的土壤侵蝕面積，計算出土壤侵蝕隨坡度的分布特征，得到分布指數。從圖２可知，微度侵蝕在各個坡度分級都有分布，隨著坡度的增加，分布指數呈現遞增趨勢，在第６級達到最大。這是因為土壤侵蝕是地表物質侵蝕—搬運—堆積的遷移過程，從土壤侵蝕變化與坡度的關系看，坡度越大，則發生土壤侵蝕的比例越大。輕度土壤侵蝕主要分布在１～２級上，呈現遞增趨勢，分布指數在第２級達到最大，在３～６級上，隨著坡度的增加，分布指數呈現遞減的趨勢，并且在第６級達到最小。中度侵蝕隨著坡度的增加，分布指數呈現遞減趨勢，與輕度侵蝕的各個坡度分級分布指數相近。強度、極強度、劇烈土壤侵蝕分布相似，主要分布在１～２級上，在第１級分布指數超過２。可知，強度、極強度、劇烈土壤侵蝕主要在低山、丘陵等地，這是因為在低山、丘陵區，受到農民持續砍林、放牧，林地、草地向耕地的過度開墾，水土流失相對較為嚴重，因此，人為活動也是該區域土壤侵蝕嚴重的主要原因。可見，該區域的土壤侵蝕除了受到地形因素影響外，更主要是與人類活動有直接關系。因此，要發展當地經濟的同時，要做到對土地的合理利用和優化配置。

２．４土壤侵蝕與坡向的關系

將研究區域劃分為１級（平地，無坡向）、２級（０～２２．５°，３３７．５～３６０.0°，陰坡，北）、３級（２２．５～６７．５°，陰坡，東北）、４級（６７．５～１１２．５°，半陰，東）、５級（１１２．５～１５７．５°，半陽，東南）、６級（１５７．５～２０２．５°，陽，南）、７級（２０２．５～２４７．５°，陽，西南）、８級（２４７．５～２９２．５°，半陽，西）和９級（２９２．５～３３７．５°，半陰，西北）９個等級來研究土壤侵蝕與坡向分布指數關系。將生成的坡向等級圖與土壤侵蝕分布圖進行疊加，得到不同坡向等級上的土壤侵蝕面積，計算出土壤侵蝕隨坡向的分布特征。從圖３可以看出，微度侵蝕在４～９級（半陰、半陽、陽坡）之間分布指數大于１，在該坡向范圍內，微度侵蝕出現頻率較高。輕度侵蝕在第１級上分布指數（１．２）最大，隨坡向呈現曲線分布，分布指數在２～５級呈現遞增趨勢，在６～９級呈現遞減趨勢，在４～７級（半陰、半陽、陽坡）之間分布指數大于１。中度侵蝕在第１級上分布指數（１．４４）最大，隨著坡向的增減，分布指數在２～７級呈現遞增趨勢，在７～８級（半陽、陽坡）之間分布指數大于１。強度侵蝕在第１級上分布指數（２．５４）最大，第７級（陽坡）的分布指數大于１。極強度侵蝕在第１級上分布指數（２．６４）最大，隨坡向呈現曲線分布，分布指數在３～６級呈現遞減趨勢，第８級（半陽坡）的分布指數大于１。劇烈侵蝕在第１級上分布指數（２．５８）最大，第８級（半陽坡）的分布指數大于１。就土壤侵蝕在坡向上的分布特征而言，土壤侵蝕主要分布于平地、半陽坡和陽坡區域。平地區域主要是由于人為活動強度大，過度砍林、放牧和開墾等，嚴重破壞了土壤、植被等生態系統，加劇了土壤侵蝕。除了人為因素外，自然因素也是造成其分布規律差異性的一個主要原因，半陽坡和陽坡區域日照時間長，太陽輻射強，水分蒸發多，土壤水分含量低于半陰坡和陰坡區域，太陽輻射能量的分配和土壤水分的再分布不同，造成侵蝕相對嚴重區域主要集中在半陽坡和陽坡。

3結論

借助地理信息系統（ＧＩＳ）和遙感（ＲＳ）技術，通過空間疊加、準確、快速地實現土壤侵蝕特征的定量化分析，探討研究地區土壤侵蝕在海拔、坡度、坡向上的分布特征。結果表明，土壤侵蝕區主要分布在海拔１～２級的低丘崗地和坡度１～３級的地區；就土壤侵蝕在坡向上的分布特征而言，土壤侵蝕主要分布于平地、半陽坡和陽坡區域。說明了土壤侵蝕現狀是自然因子和人為因子綜合作用的結果，自然因素是土壤侵蝕發生、發展的潛在條件，而人類活動是土壤侵蝕發生、發展或減弱的主導因素。人類活動改變自然因子的特性，導致土壤侵蝕的發生、發展或使土壤侵蝕減弱，而在自然因子中，植被受人類活動的影響最大。因此，轉變不合理的土地利用方式，加強植被的保育和重建是防治土壤侵蝕的關鍵環節。采用適當的耕作制度和水土保持措施，大力植樹造林，提高森林覆蓋率，可以有效控制土壤侵蝕的發生。

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