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，生態環境脆弱性增強。若爾蓋東部高山區主要發生凍融侵蝕，而文章主要針對若爾蓋非凍融侵蝕區開展土壤侵蝕強度綜合評價分析。基于RS和GIS技術，利用若爾蓋DEM數據提取坡度因子，借助像元二分法由NDVI數據獲得植被覆蓋度，通過GIS空間分析技術，依據《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。結果表明：若爾蓋非凍融侵蝕地區的土壤侵蝕面積達4300km2，主要以非耕地林草地區的侵蝕為主，少部分地區（東部和東北部）發生坡耕地侵蝕，侵蝕強度以輕度和中度為主。

關鍵詞：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生的各種破壞、分離、搬運和沉積的現象[1]。若爾蓋具有海拔高，溫度低，部分地區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發生凍融侵蝕，其他地區因含水量豐富，降雨量充足，加之全球氣候變暖導致冰川融化加劇，該地區土壤水力侵蝕越發嚴重。較為嚴重的土壤侵蝕威脅著當地的生態環境，位于川西山原屏障帶的若爾蓋，其生態環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，為該地區的生態環境建設和政府決策提供科學的依據。

1 研究區概況

若爾蓋地區是典型的高原寒區，其位于四川省北部，青藏高原東部。地理坐標位于東經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，若爾蓋的生態環境遭到破壞，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數據計算得到植被覆蓋度。并將土地覆被數據重分類為坡耕地、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《土壤侵蝕分類分級標準》（表1）將植被覆蓋度和坡度數據進行分級賦值。基于ArcGIS的空間分析模塊，對坡度、植被覆蓋度等數據進行空間分析，然后剔除若爾蓋凍融侵蝕區（凍融侵蝕采用第一次水利普查調查成果數據），計算得到非凍融地區土壤侵蝕強度等級。

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生侵蝕，而植被的根系能夠起到固節土壤的作用，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 數據與處理

本研究采用2015年Landsat8衛星OLI影像，空間分辨率30m*30m，來自地理空間數據云。在ArcGIS平臺支持下，對獲取的遙感影像數據，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NDVI數據；根據非監督分類得到土地利用數據，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DEM 數據提取坡度因子，結合植被覆蓋度數據進行疊加統計分析，得到坡耕地和非耕地林草的土壤侵蝕強度分級圖。

5 結果與分析

（1）若爾蓋非凍融侵蝕區坡耕地侵蝕面積約55.89km2，主要分布在研究區東北部和東部，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）非凍融侵蝕區非耕地林草侵蝕面積約4244.02km2，研究區中部和中西部地區侵蝕范圍雖然廣泛，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）非侵蝕區主要分布在若爾蓋中西部地區。其原因主要為該區域草資源豐富，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；風力侵蝕區；水力侵蝕區|全國分為三大土壤侵蝕類型區，即水力侵蝕為主的類型區、風力侵蝕為主的類型區和凍融侵蝕為主的類型區[J].

[3]朱顯漠.黃土高原地區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].應用數學和力學，2001，22（5）：449-457.