基于RS和GIS的若爾蓋土壤侵蝕強度研究

韓繼沖+郭夢迪

摘 要：土壤侵蝕包括水力侵蝕，凍融侵蝕和風力侵蝕[2]。由于全球變暖和人類活動的影響，若爾蓋的土壤侵蝕日益嚴重，生態(tài)環(huán)境脆弱性增強。若爾蓋東部高山區(qū)主要發(fā)生凍融侵蝕，而文章主要針對若爾蓋非凍融侵蝕區(qū)開展土壤侵蝕強度綜合評價分析。基于RS和GIS技術(shù)，利用若爾蓋DEM數(shù)據(jù)提取坡度因子，借助像元二分法由NDVI數(shù)據(jù)獲得植被覆蓋度，通過GIS空間分析技術(shù)，依據(jù)《土壤侵蝕分類分級標準》SL190-2007（2008.4.4）中的土壤侵蝕強度面蝕（片蝕）分級指標對若爾蓋土壤侵蝕強度進行分級評價。結(jié)果表明：若爾蓋非凍融侵蝕地區(qū)的土壤侵蝕面積達4300km2，主要以非耕地林草地區(qū)的侵蝕為主，少部分地區(qū)（東部和東北部）發(fā)生坡耕地侵蝕，侵蝕強度以輕度和中度為主。

關(guān)鍵詞：土壤侵蝕；RS；GIS；空間分析；分級評價

引言

土壤侵蝕是指地球表面的土壤及其母質(zhì)受水力、風力、凍融、重力等外力的作用，在各種自然因素和人為因素的影響下發(fā)生的各種破壞、分離、搬運和沉積的現(xiàn)象[1]。若爾蓋具有海拔高，溫度低，部分地區(qū)地形起伏較大的自然特點，在一定程度上造成了若爾蓋部分高海拔地區(qū)發(fā)生凍融侵蝕，其他地區(qū)因含水量豐富，降雨量充足，加之全球氣候變暖導致冰川融化加劇，該地區(qū)土壤水力侵蝕越發(fā)嚴重。較為嚴重的土壤侵蝕威脅著當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，位于川西山原屏障帶的若爾蓋，其生態(tài)環(huán)境的安全對于整個川西高原都具有重要意義，因此開展若爾蓋地區(qū)的土壤侵蝕強度研究迫在眉睫。本研究在RS和GIS的支持下針對若爾蓋的土壤水力侵蝕強度進行研究和評價，為該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)和政府決策提供科學的依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

若爾蓋地區(qū)是典型的高原寒區(qū)，其位于四川省北部，青藏高原東部。地理坐標位于東經(jīng)102°08′至103°39′、北緯32°56′至34°19′之間，海拔在2400m-4200m，面積約10436.58km2。屬于高原寒溫帶濕潤季風氣候，年均溫在1°C左右，年平均降水量為640mm左右。若爾蓋是我國著名的五大牧場之一，自然資源豐富。但是隨著全球變暖，過度放牧等人類活動加劇，若爾蓋的生態(tài)環(huán)境遭到破壞，土壤侵蝕強度加劇。

2 研究方法

本文通過借助像元二分法由NDVI數(shù)據(jù)計算得到植被覆蓋度。并將土地覆被數(shù)據(jù)重分類為坡耕地、非耕地林草（包括林地、疏林地、草地和各類園地）、非侵蝕地類（包括水田、城鎮(zhèn)用地、村莊、交通運輸、河水流域等）。通過若爾蓋DEM獲取地形坡度因子，再根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標準》（表1）將植被覆蓋度和坡度數(shù)據(jù)進行分級賦值?；贏rcGIS的空間分析模塊，對坡度、植被覆蓋度等數(shù)據(jù)進行空間分析，然后剔除若爾蓋凍融侵蝕區(qū)（凍融侵蝕采用第一次水利普查調(diào)查成果數(shù)據(jù)），計算得到非凍融地區(qū)土壤侵蝕強度等級。

3 評價指標

3.1 植被覆蓋度

植被的根系可以提高土壤的穩(wěn)定性。朱顯漠[3]指出生物措施是水土保持中最有效和最根本的方法。降水或河流的流動會對土壤產(chǎn)生侵蝕，而植被的根系能夠起到固節(jié)土壤的作用，防止機械搬運造成的水力侵蝕。植被覆蓋度能夠反映植被覆蓋量的多少，植被覆蓋度越大，土壤侵蝕發(fā)生的可能性越小。

3.2 坡度

土壤的抗沖蝕能力一般隨著坡度的增大而減小[4]。相同條件下坡度越大，土壤受到的重力越大，再加上徑流和降水的影響，水力侵蝕越容易發(fā)生。因此坡度是衡量土壤水力侵蝕強度的一個重要指標。

4 數(shù)據(jù)與處理

本研究采用2015年Landsat8衛(wèi)星OLI影像，空間分辨率30m*30m，來自地理空間數(shù)據(jù)云。在ArcGIS平臺支持下，對獲取的遙感影像數(shù)據(jù)，進行波段合成、大氣校正、投影變換等一系列處理；并利用ENVI計算得到研究區(qū)NDVI數(shù)據(jù)；根據(jù)非監(jiān)督分類得到土地利用數(shù)據(jù)，并將其重分類為坡耕地、非耕地林草和非侵蝕地類。分析研究區(qū)DEM 數(shù)據(jù)提取坡度因子，結(jié)合植被覆蓋度數(shù)據(jù)進行疊加統(tǒng)計分析，得到坡耕地和非耕地林草的土壤侵蝕強度分級圖。

5 結(jié)果與分析

（1）若爾蓋非凍融侵蝕區(qū)坡耕地侵蝕面積約55.89km2，主要分布在研究區(qū)東北部和東部，侵蝕強度主要為中度和強烈侵蝕，基本不存在劇烈侵蝕，坡耕地侵蝕面積較小。

（2）非凍融侵蝕區(qū)非耕地林草侵蝕面積約4244.02km2，研究區(qū)中部和中西部地區(qū)侵蝕范圍雖然廣泛，但不集中，分布零散且侵蝕強度主要為輕度侵蝕和中度侵蝕，約占非耕地林草侵蝕面積總和的95%；東部地區(qū)侵蝕分布相對集中，且侵蝕強度以強烈和極強烈為主，其主要原因為若爾蓋東部地區(qū)多為高山峽谷地貌，地形起伏明顯，坡度變化率較大。

（3）非侵蝕區(qū)主要分布在若爾蓋中西部地區(qū)。其原因主要為該區(qū)域草資源豐富，植被覆蓋度大，地形起伏變化小，地勢較為平坦，因此土壤侵蝕作用并不明顯。

參考文獻

[1]Meyer LD. Evaluation of the universal soil loss equation [J]. Journal of Soil and Water Conservation.1984.39：99-104.

[2]中國科學院水利部水土保持研究所.凍融侵蝕區(qū)；風力侵蝕區(qū)；水力侵蝕區(qū)|全國分為三大土壤侵蝕類型區(qū)，即水力侵蝕為主的類型區(qū)、風力侵蝕為主的類型區(qū)和凍融侵蝕為主的類型區(qū)[J].

[3]朱顯漠.黃土高原地區(qū)植被因素對于水土流的影響[J].土壤學報，1996，16：5.

[4]劉青泉，陳力，李家春.坡度對坡面土壤侵蝕的影響分析[J].應用數(shù)學和力學，2001，22（5）：449-457.