淅川縣石質荒漠化土地空間分布特征研究

吳 卿 ，劉 哲，陳子韶，張 璐，趙 培，徐 凡，劉 彬，徐 鵬

(華北水利水電大學，河南 鄭州 450045)

石質荒漠化是土地荒漠化的重要形式，在我國分布廣泛。關于石質荒漠化問題，周忠發[1]應用多波段、多平臺遙感影像，在野外調查與GIS技術的支持下，研究了石質荒漠化土地在貴州喀斯特地區的分布、程度、成因等；熊康寧等[2]應用多時相、多波段、多平臺的遙感影像，通過人機交互解譯和GPS定位校正，進行了石質荒漠化程度評價、GIS制圖和分析；呂濤[3]參考相關資料及圖件，在ArcView和ENVI平臺上對2000年TM影像資料及典型地區TM 7個波段數據進行解譯，對貴州喀斯特山區石質荒漠化現狀及分布進行了調查；李文輝等[4]通過對巖溶地區石質荒漠化TM數據波譜曲線分析和樣區校正、監督分析、矢量化和數據轉換等研究表明，利用衛星遙感技術開展石質荒漠化調查周期短、準確率高、方法可行；胡寶清等[5]采用RS與GIS技術對都安喀斯特石質荒漠化程度分級狀況與驅動因素進行了全面調查，指出當地石質荒漠化產生的主要原因是不合理的人類活動；陳起偉等[6]選取花江喀斯特峽谷區為研究對象，基于“3S”技術和光譜特征信息提取方法分析了研究區石質荒漠化變化情況。

淅川縣位于河南省西南部豫、鄂、陜三省結合處，是南水北調中線工程的核心水源地、主要淹沒區和渠首所在地，地理位置十分重要，但是近年來當地由石質荒漠化引發的生態資源環境問題愈發嚴重，若不加強治理會威脅到南水北調中線工程的可持續發展。為此，以淅川縣為研究區，基于高分辨率遙感影像、DEM、地形圖、土地利用現狀成果等基礎信息數據，利用“3S”技術研究了石質荒漠化土地在海拔和坡向上的空間分布特征。

1 研究方法

利用SPOT5、資源3號衛星、Landsat遙感影像和ArcGIS、ENVI、Fragstats for ArcView等軟件，通過人機交互解譯和現場驗證，應用空間分析方法對南水北調中線水源區淅川縣石質荒漠化土地面積與程度進行分析，獲得石質荒漠化圖斑數量和分布現狀；基于植被覆蓋度(FVC)解譯，解析Landsat 8 OLI_TIRS數據的NIR和R波段，進行歸一化植被指數(NDVI)計算得到NDVI圖；基于NDVI通過二分線性像元分解模型得到FVC分布圖，結合ZY3衛星影像解析及實地調查，確定FVC的閾值劃分等級并進行聚類分析；將包括水體、城鎮、居民點及耕地等的非石質荒漠化地區作為非解析區域去除掉，結合1∶5萬DEM、地形圖、土地利用現狀圖，利用Zonal Statistics as Table 工具，以Xichuan_Aspect數據和DEM數據為基礎，計算每個圖斑的平均海拔和坡向，并通過屬性表的形式記錄和顯示，得到淅川縣石質荒漠化土地圖斑在海拔和坡向上的空間分布特征。

2 石質荒漠化土地面積及程度

根據淅川縣地質地貌特征，在利用遙感影像和ArcGIS軟件人機交互解譯的過程中，結合遙感解譯和現場驗證結果，選取基巖裸露度、植被類型、植被覆蓋度和土層厚度作為石質荒漠化程度劃分評價因子，將淅川縣石質荒漠化土地劃分為重度、中度、輕度、潛在4個等級，結果由ArcGIS軟件計算自動生成。淅川縣石質荒漠化土地面積為745.539 3 km2，占土地總面積的26.44%，其中重度、中度、輕度、潛在石質荒漠化面積分別為54.750 6、80.567 1、228.216 6、382.005 0 km2，分別占土地總面積的1.94%、2.86%、8.09%、13.55%。

3 石質荒漠化土地海拔分布特征

根據淅川縣地形特征，將石質荒漠化圖斑海拔分布劃分為<200、200～300、300～400、400～500、500～600、600～700、700～800、≥800 m共8個高程帶，以1∶5萬DEM和遙感影像解譯的石質荒漠化分布圖為基礎，利用ArcGIS軟件Zonal Statistics as Table模塊計算生成重度、中度、輕度、潛在石質荒漠化土地圖斑的海拔數據，結果見表1。

表1 淅川縣石質荒漠化土地圖斑分布海拔及面積

由表1可知，淅川縣重度、中度、輕度石質荒漠化土地在海拔200～400 m高程帶上面積分布最為集中，分別達到34.378 2、52.778 7、142.889 4 km2，分別占各程度石質荒漠化土地總面積的62.79%、65.51%、62.61%；其次是海拔400～600 m高程帶，三者分布面積分別為12.314 7、15.827 4、50.418 0 km2，分別占22.49%、19.64%、22.09%；海拔<200 m高程帶上分布較少，面積分別為5.266 8、9.552 6、21.879 0 km2，分別占9.62%、11.86%、9.59%；海拔≥600 m高程帶上分布最少，面積分別為2.790 9、2.408 4、13.030 2 km2，分別占5.10%、2.99%、5.71%。潛在石質荒漠化土地在海拔200～500 m高程帶上分布面積達到278.475 3 km2，占潛在石質荒漠化面積的72.90%；海拔<200 m高程帶上分布面積為21.206 7 km2，占5.55%；海拔≥500 m高程帶上分布面積為82.323 0 km2，占21.55%。

淅川縣石質荒漠化土地主要分布在海拔200～500 m高程帶上，分布面積高達554.498 1 km2，占石質荒漠化土地總面積的74.38%，海拔<200 m和≥500 m高程帶上分布面積分別為57.905 1、133.136 1 km2，分別占7.77%、17.86%，其中海拔700～800 m高程帶上分布面積最小，僅為13.858 2 km2，只占1.86%。淅川縣各程度石質荒漠化土地面積均先隨海拔升高而增大，重度、中度石質荒漠化土地面積均在海拔200～300 m達到最大值，輕度石質荒漠化土地面積在海拔300～400 m達到最大值，之后都隨著海拔升高逐漸減??；潛在石質荒漠化面積先隨海拔升高而增大，在海拔200～500 m時達到最大值，之后隨海拔升高逐漸減小，在海拔700～800 m時出現最小值，當海拔≥800 m時又稍有增大。整體上，淅川縣石質荒漠化土地面積先隨海拔升高而增大，在海拔200～500 m時達到最大值，之后隨海拔升高而減小，在海拔700～800 m時出現最小值，海拔≥800 m時又稍有增大。

4 石質荒漠化土地坡向分布特征

利用基于淅川縣1∶5萬DEM和遙感影像解譯的石質荒漠化土地分布成果，在ArcGIS軟件3D Analyst模塊中利用Surface Analysis-Aspect命令計算生成重度、中度、輕度、潛在石質荒漠化土地圖斑的坡向數據Xichuan_Aspec，計算中坡向以北向N坡向為0°，順時針旋轉將坡向劃分為北向N(0°～22.5°)、北東向NE(22.5°～67.5°)、東向E(67.5°～112.5°)、南東向SE(112.5°～157.5°)、南向S(157.5°～202.5°)、南西向SW(202.5°～247.5°)、西向W(247.5°～292.5°)、北西向NW(292.5°～337.5°)、北向N(337.5°～360°)，結果見表2。

表2 淅川縣不同程度石質荒漠化土地分布坡向與面積

由表2知，淅川縣重度石質荒漠化土地主要分布在SW、S、W、SE、E坡向上，面積總計46.917 9 km2，占重度石質荒漠化土地面積的85.69%，其中：SW坡向分布最多，面積為13.063 5 km2，占23.86%；N、NE、NW坡向分布較少，面積共計7.832 7 km2，占14.31%；N坡向分布最少，僅為1.356 3 km2，占2.48%。中度石質荒漠化土地主要分布在SW、S、SE、W、E坡向上，面積總計65.745 9 km2，占中度石質荒漠化土地面積的81.60%，其中：SW、S坡向分布最多，面積分別為15.847 2、15.634 8 km2，分別占19.67%、19.41%；N、NE、NW坡向分布較少，面積共計14.821 2 km2，占18.40%；N坡向分布最少，僅為2.947 5 km2，占3.66%。輕度石質荒漠化土地主要分布在S、SW、SE坡向上，面積總計159.322 5 km2，占輕度石質荒漠化土地面積的69.81%，其中：S坡向分布最多，面積為65.775 6 km2，占28.82%；N坡向分布最少，僅為4.130 1 km2，占1.81%。潛在石質荒漠化土地主要分布在S、SE、SW坡向上，面積總計297.089 1 km2，占潛在石質荒漠化土地面積的77.77%，其中 S坡向分布最多，面積為137.160 9 km2，占35.91%；N、NW、NE、W、E坡向分布較少，面積共計84.915 9 km2，占22.23%；N坡向分布最少，僅為5.516 1 km2，占1.44%。

淅川縣石質荒漠化土地主要分布在S坡向上，面積高達229.389 3 km2，占石質荒漠化土地總面積的30.77%，其中重度、中度、輕度、潛在石質荒漠化土地面積分別為10.818 0、15.634 8、65.775 6、137.160 9 km2，分別占1.45%、2.10%、8.82%、18.40%；其次是SE、SW坡向，面積合計達到303.143 4 km2，占40.66%，其中重度、中度、輕度、潛在石質荒漠化土地面積分別為21.369 6、28.298 7、93.546 9、159.928 2 km2，分別占2.87%、3.79%、12.55%、21.45%；E、W、NE、NW、N坡向上石質荒漠化面積較少，總計達到213.006 6 km2，占28.57%，其中N坡向最小，僅有13.950 0 km2，只占1.87%。

淅川縣重度石質荒漠化土地坡向分布按順時針從N坡向隨著坡向旋轉面積呈緩慢上升趨勢，到SW坡向時面積達到最大，隨著坡向繼續順時針旋轉分布面積呈急劇下降趨勢。中度石質荒漠化土地坡向分布按順時針從N坡向隨著坡向旋轉面積呈上升趨勢，到SW坡向時面積達到最大，隨著坡向繼續順時針旋轉分布面積呈下降趨勢。輕度和潛在石質荒漠化土地坡向分布按順時針從N坡向隨著坡向轉變面積呈上升趨勢，到S坡向時面積達到最大，隨著坡向繼續順時針旋轉分布面積呈下降趨勢。整體上，淅川縣石質荒漠化土地坡向分布按順時針從N坡向隨著坡向旋轉面積呈上升趨勢，到S坡向時面積達到最大，隨著坡向繼續順時針旋轉分布面積呈下降趨勢；石質荒漠化土地面積變幅由大到小依次是潛在、輕度、中度、重度。

5 結 語

(1)淅川縣石質荒漠化土地面積745.539 3 km2，占土地總面積的26.44%，其中重度、中度、輕度、潛在石質荒漠化土地面積分別為54.750 6、80.567 1、228.216 6、382.005 0 km2，分別占土地總面積的1.94%、2.86%、8.09%、13.55%。

(2)淅川縣石質荒漠化土地主要分布在海拔200～500 m高程帶上，面積高達554.498 1 km2，占石質荒漠化土地總面積的74.38%；石質荒漠化土地面積隨著海拔升高而增加，在200～500 m高程帶上面積達到最大，之后隨著海拔進一步升高，石質荒漠化土地面積減少，當海拔升到700～800 m時，石質荒漠化土地面積最小。

(3)淅川縣石質荒漠化土地主要分布在S、SE、SW坡向上，面積高達532.532 7 km2，占石質荒漠化土地總面積的71.43%；石質荒漠化土地坡向分布按順時針從N坡向隨著坡向旋轉面積呈上升趨勢，到S坡向之后隨著坡向繼續順時針旋轉分布面積呈下降趨勢。

總之，研究結果表明淅川縣石質荒漠化土地主要分布在海拔200～500 m高程帶上和SE、S、SW坡向上，在石質荒漠化防治措施選擇、配置、施工組織等工程實踐中應充分考慮海拔和坡向的影響。