南方紅壤侵蝕區土壤肥力質量與人為活動可達性的空間關系——以福建長汀縣朱溪流域為例

陳志強，陳志彪?，陳海濱，陳麗慧

(1.福建師范大學地理科學學院，350007，福州;2.福建省漳州測繪設計研究院，363000，福建漳州)

可達性是指從空間中任意一點到達目的地的難易程度，反映了人們到達目的地過程所克服的空間阻力大小，常用距離、時間和費用等指標來衡量［1－2］。可達性的概念由W.G.Hansen［3］在1959 年提出，用于衡量交通網絡中各節點相互作用機會的大小。時間地理學、交通地理學、區域經濟學、城市經濟學的很多概念均建立在可達性基礎之上［4－5］。可達性的研究無論在對現實世界的抽象，還是在揭示區域空間結構演變機制和模擬城市動態演變過程等方面均取得了重大進展，已經成為決定個人生活方式和區域前景的一個關鍵性的因素［6］。由于可達性可以表征人們到達一個既定目標的難易程度，如景觀生態學中景觀客體的可接近性程度，而這種難易程度反過來又會對目標的格局產生影響［7－8］，因而可達性可作為目標變化的驅動因素之一［9－10］。目前，可達性已經被廣泛應用于交通、城市、自然景觀等方面［11］，但在南方紅壤侵蝕區，以可達性表征人為活動影響并分析可達性與土壤肥力質量之間關系的研究鮮見報道。

我國南方紅壤地區面積約203 萬5 300 km2，占全國土地總面積的21%，水土流失面積超過60 萬km2，是南方面積最大、墾殖指數最高、水土流失最嚴重的區域，部分地域曾一度成為南方的“紅色沙漠”［12］。筆者以南方紅壤侵蝕區典型代表朱溪流域為研究區域，以“3S”技術為平臺，利用最小耗散距離構建人為活動可達性，揭示可達性對土壤肥力質量空間分布的影響，以期為類似區域在水土保持、生態恢復和調控等方面提供借鑒。

1 研究區概況

朱溪流域地理位置E 116°23'30″～116°30'30″，N 25°38'15″～25°42'55″，地處福建省長汀縣河田鎮東部，總面積4 495 萬6 600 hm2。早在1940 年，福建省研究院即在該流域設立了土壤保肥試驗區，開展了土壤侵蝕治理的試驗研究;解放后至20 世紀90 年代初，歷經多次治理，但由于種種原因，流域的土壤侵蝕問題未能根治［13］;1995 年以來，由于典型性和代表性，該流域先后被列為福建省重點治理小流域、全國水土保持生態環境建設“十百千”示范小流域［14］和全國30 條典型監測小流域之一。

朱溪流域地貌以低山、丘陵為主，河流沿岸分布有河谷盆地;氣候屬中亞熱帶季風性濕潤氣候，多年平均氣溫18.3 ℃，多年平均降水量1 700 ～2 000 mm［13］;山地土壤主要為花崗巖在長期濕熱氣候條件下風化發育而成的紅壤、侵蝕紅壤，抗蝕性極差，酸性較強，保水保肥能力較低［13］;由于長期人為破壞，原始植被幾乎全部為次生林所代替。在實施水土保持措施前，侵蝕較強的區域植被蓋度僅5%～10%，年生長量極低，樹種單一，結構簡單［13－14］。

2 數據來源與研究方法

2.1 土壤肥力質量因子提取與肥力質量評價

于2009 年7 月在研究區內進行系統的土壤采樣，共采集土壤樣品118 個，其中以等高線圖方里網交叉點確定樣點50 余個，即1 點/km2，同時對重點土地利用類型和不同地形部位進行加密，并兼顧不同土壤類型、巖性類型、水土流失類型和治理措施類型。測定的土壤肥力質量因子有土壤有機質、全氮、速效氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀、密度、pH 值和＜2 μm 黏粒質量分數，測定方法見表1。

為避免人為主觀因素的干擾，采用SPSS 軟件中的主成分分析法，以特征值大于1 作為選取主因子的條件，并由因子載荷矩陣提取公因子方差，最后確定各因子的權重值(表1)。參照表2［15］，對各因子圖層進行加權疊加，重分類后得到朱溪流域土壤肥力質量等級圖(圖1)。

表1 朱溪流域土壤肥力質量因子測定方法及權重Tab.1 Determination methods and weights of soil fertility quality factors in Zhuxi Watershed

2.2 人為活動可達性構建

在ArcGIS 中對研究區1∶1萬地形圖進行數字化，建立數字高程模型。以水利部頒發的《土壤侵蝕分類分級標準》及《全國水土流失動態監測與公告項目實施方案》為依據，并參考陳志彪等［13］對河田鎮根溪流域侵蝕景觀的研究，對高程和坡度進行分級。

依據野外調查所建立的遙感解譯標志，對SPOT 5影像進行屏幕判讀，輔以專家相關知識，標注土地利用現狀信息和可疑變化信息，通過詳細野外驗證與補判，以及查閱相關數據，咨詢相關專家，逐個圖斑進行核實［16］;根據野外崩崗調查資料及崩崗管理圖，逐一確定崩崗類型和位置;將崩崗類型位置信息與土地利用現狀信息合并，生成土地利用類型圖。

表2 朱溪流域土壤肥力質量因子分級標準Tab.2 Classifying standards of soil fertility quality factors in Zhuxi Watershed

圖1 朱溪流域土壤肥力質量等級圖Fig.1 Quality distribution of soil fertility in Zhuxi Watershed

最小耗費距離是指從“源”經過不同阻力的景觀組分所耗費的費用或者克服阻力所做的功，能夠測定多種空間運動過程，實質上反映了景觀對某種空間運動過程的景觀阻力［15，17］，其基本公式為式中: C 為最小耗費距離;fmin是最小耗費距離函數;Dij是從源j 到空間某一點所穿越的某景觀的基面i的空間距離;Ri是景觀對基面i 運動的阻力［18］。

計算最小耗費距離需要確定3 個要素:“源”、阻力層和阻力值［17］。“源”具有內部同質性和向四周擴張或向“源”本身匯集的能力，居民點和交通用地是人為活動最密集的地類，可確定為最小耗費距離的“源”;根據前人研究成果及研究區實際情況，人為活動的移動主要受地形(相對高度、坡度)、土地利用類型等多種因素影響，因此，選取相對高度、坡度、土地利用類型、距離居民點和交通用地的遠近作為最小耗費距離的阻力層，并根據專家打分法確定阻力值(表3)。應用ArcGIS 的耗費距離(cost distance)命令，計算每個像元離“源”的最小耗費距離，最終生成朱溪流域人為活動可達性分布圖(圖2)。

表3 朱溪流域人為活動可達性分級標準Tab.3 Classifying standards of human activities accessibility in Zhuxi Watershed

圖2 朱溪流域人為活動可達性分布圖Fig.2 Human activities accessibility in Zhuxi Watershed

3 土壤肥力質量與人為活動可達性的空間關系

朱溪流域土壤肥力質量等級圖與人為活動可達性分布圖疊加結果見表4。可以看出，人為活動可達性“很困難”級別中，52.30%土壤肥力質量為“中等”，34.74%為“差”，11.55%為“很差”;“困難”級別中，25.65%土壤肥力質量為“中等”，48.59%為“差”，22.15%為“很差”;“中等”級別中，15.91%土壤肥力質量為“中等”，52.18%為“差”，29.32%為“很差”。可見人為活動可達性從“中等”到“困難”到“很困難”，土壤肥力質量總體呈上升趨勢。究其原因，該3 種可達性區域的可達性難度逐漸增大，導致開發利用難度增大，人為活動的干擾程度相對減少，因此，沒有出現較嚴重的土壤侵蝕。如紅畬水庫東部中低山區，由于地勢起伏大，無道路可通達，人跡罕至，加之多年來采取封禁治理措施，提倡生態自我修復，因而該區域土壤侵蝕較輕，土壤肥力質量總體較高。

人為活動可達性“容易”和“很容易”2 個級別中，分布著所有的“很好”和大部分“好”2 個土壤肥力質量級別，這2 個級別主要分布在流域下游農田地區，但同時，“容易”和“很容易”2 個級別所在區域地勢低緩且水熱等自然條件較好，容易開發利用，加之人口密度大，人類活動強度大，如坡地開發成園地、工礦開采、鐵路及高速路修建等，使自然植被受到破壞，導致土壤肥力質量出現較低級別。由此可見，人為活動既可以把土壤改良為肥力較高的土壤，也會對土壤造成較大的破壞，具有雙面性。

表4 人為活動可達性與土壤肥力質量的關系Tab.4 Relationship between soil fertility quality and human activities accessibility

4 結論與討論

1) 人為活動可達性對土壤肥力質量具有重要影響。人為活動可達性難度增大往往導致開發利用成本上升，人為活動的干擾程度相對減少，從而減少土壤侵蝕和植被破壞，維持土壤肥力質量。

2) 人為活動既可以把土壤改良為肥力較高的土壤，也會對土壤造成較大的破壞，具有雙面性。

要深入了解土壤肥力質量的影響機制，不僅需要對人為活動進行靜態分析，還需進行動態分析。在今后的研究中，應加強人為活動的影響途徑、作用強度和作用尺度的量化研究，特別是一些機制性問題的精確量化表達，從而調控人為活動的作用方向和速率，促使其在區域生態恢復與可持續發展中發揮積極的正向作用。

在研究過程中，得到長汀縣水土保持局的大力支持與合作，在此表示感謝。

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