黃河流域水土流失遙感監測中土地利用現狀分類體系構建

高云飛, 李智廣, 劉曉燕

(1.黃河水利委員會 黃河上中游管理局, 陜西 西安 710021;2.水利部 水土保持監測中心 北京 100053; 3.黃河水利委員會, 河南 鄭州 450003)

中國是世界上水土流失最嚴重的國家之一，水土流失現在是中國面臨的最嚴重的環境問題之一。據調查[1]顯示，截止到20世紀末，中國水土流失總面積達4.85×106km2，占中國國土總面積的51.1%。降雨和下墊面是影響水土流失的主要因素，下墊面因素又包含土地利用、植被、土壤、地形等因子[2-3]。其中土地利用類型是反映下墊面狀況的主要指標之一，也是流域水土流失狀況(水土流失量、流失面積和分布等) 評價的核心基礎數據。不同土地利用類型的水土流失規律、水土保持效益及分析評價方法都存在顯著差異[4-5]。中國的水土保持監測明確提出按土地利用類型說明土地利用情況[6]。目前黃河流域水土流失遙感監測主要是沿用《土地利用現狀分類》(GB/T 21010—2007)，尚未根據工作的需要建立相應的土地利用現狀分類體系。

基于此，本研究基于水利部頒布的土壤侵蝕分類分級標準[7]，并根據水土流失遙感監測評價的實際需要，構建了黃河流域水土流失遙感監測的土地利用分類體系，并驗證了用該分類體系進行水土流失評價的合理性，旨在為黃河流域水土流失評價提供依據。

1 現有分類體系

1984年發布的《土地利用現狀調查技術規程》規定了《土地利用現狀分類及含義》。其土地利用現狀分類采用兩級系統，8個Ⅰ級類，46個Ⅱ級類，并可按實際情況進行Ⅲ,Ⅳ級分類。1989年頒發的《城鎮地籍調查規程》規定了《城鎮土地分類及含義》，將全國城鎮土地采用兩級分類，城鎮土地分為10個Ⅰ級類，24個Ⅱ級類。2007年發布了《土地利用現狀分類》(GB/T 21010-2007)，采用Ⅰ,Ⅱ級兩個層次的分類體系，共分12個Ⅰ級類，56個Ⅱ級類，標志著中國土地利用現狀分類第一次擁有了全國統一的國家標準[8]。

2011年，第一次全國水利普查水土保持普查以《土地利用現狀分類》(GB/T21010-2007)為主，參考1984年制訂的《土地利用現狀調查技術規程》，制定了野外調查單元土地利用現狀分類表，采用土地利用現狀分類Ⅱ級系統，包括耕地、園地、林地、草地、居民點及工礦用地、交通運輸用地、水域及水利設施用地和其他土地8個Ⅰ級類型以及17個Ⅱ級類型[9]。

2015年，中國科學院地理科學與資源研究所在編制1∶10萬比例尺土地利用現狀圖時，采用土地利用現狀分類Ⅱ級系統，包括耕地、林地、草地、水域、居民地和未利用土地6個Ⅰ級類型以及25個Ⅱ級類型[10]。

2015年形成了全國水土流失動態監測與公告項目參考標準，結合區域水土流失動態監測需求，制定了水土流失重點區域土地利用統計表，包括8個Ⅰ級類型以及24個Ⅱ級類型[11]。

2 存在問題

《土地利用現狀分類》(GB/T 21010-2007)中的“土地利用類型”是根據土地利用的地域差異劃分的反映土地用途、性質及其分布規律的基本地域單位，而不是反映水土流失特點的土地資源單元。水土流失遙感監測與其他行業部門關注土地利用類型的側重點不同，沿用既有分類標準沒有突出梯田、淤地壩、在建開發建設項目等對水土流失影響較大的地類。同時，單獨劃分居民點、水域、裸巖等水土流失輕微的地類，大大降低了監測效率。對水土流失監測沿用既有的土地利用分類體系主要存在以下幾個方面的問題。

(1) 部分地類劃分過粗，其內部水土流失差異顯著。從水土流失角度而言，部分地類內部實際上又包含著幾個子地類，各子地類之間水土流失狀況差異很大，現有土地利用分類體系中沒有進一步細分。既有分類體系中將耕地劃分為一個Ⅰ級類，坡耕地、梯田和平原旱地等地類作為耕地的Ⅱ級類。耕地的水土流失主要影響因素是坡度。坡耕地水土流失嚴重，梯田和平原旱地水土流失輕微，梯田、坡耕地、平原旱地三者水土流失差異顯著劃分為一個地類不能有效地評價水土流失狀況。

(2) 部分地類劃分過細，各地類之間評價指標方法一致或水土流失差異很小。從水土流失評價角度來看，部分地類之間采用的水土流失評價指標方法一致或水土流失狀況差異很小，沒有必要進一步細分。如在《土地利用現狀分類》(GB/T 21010-2007)中，Ⅰ級類中的林地、草地及對應Ⅱ級類中的6個Ⅱ級類，按照標準[4]進行土壤侵蝕強度分類分級時，參考的指標均為覆蓋度和坡度；Ⅱ級類中的城鎮居民點、農村居民點和Ⅰ級類中的交通運輸用地、公共管理與公共服務用地等，水土流失都很輕微。各地類單獨劃分對評價水土流失狀況意義不大，沿用既有分類體系開展水土流失監測工作，大大降低了監測效率。

(3) 部分特定的水土流失監測對象沒有體現。部分黃河流域特定的水土流失監測對象，如黃土高原的淤地壩，是黃河流域主要的水土保持措施之一，人民治黃70 a(1946—2015年)以來，累計攔減泥沙9.54×109t[12]，防治水土流失效果十分顯著，但沒有體現在目前的土地利用分類體系中。

(4) 沒有必要進行多個層次的劃分。土地利用現狀分類中使用了Ⅰ,Ⅱ級類等多個層次來劃分，在進行水土流失評價的時候，主要考慮的是坡度、植被覆蓋度等因素，而不考慮每一種地類的具體類別，故在利用既有土地利用分類體系進行水土流失監測評價時，只需將土地利用劃分為一個層次即可。

3 材料與方法

3.1 構建原則

遵循以下原則構建黃河流域水土流失遙感監測的土地利用現狀分類體系：

(1) 科學性原則。以不同地類水土流失的差異為出發點，能夠較為客觀和真實的反映水土流失機理和來源，能體現人類活動強度等，保證各地類間的獨立性。

(2) 可行性原則。構建的土地利用現狀分類體系，要滿足遙感基礎數據易獲取，技術方法易推廣，經費、人員等具有可操作性。對于劃分可行性差的地類，在本次分類體系中暫不單列。

(3) 完整性原則。要充分考慮黃河流域土地利用現狀，保證與水土流失相關的主要土地利用類型全覆蓋。

3.2 構建方法

依據以上原則，基于土壤侵蝕分類分級標準[4]的應用需求，根據土壤侵蝕要素及特點，參考既有土地利用分類體系，構建了黃河流域水土流失遙感監測土地利用現狀分類體系，包括坡耕地、梯田、林草地、在建工礦用地、淤地壩、沙地和其他用地7個類型(詳見表1)。以下對這7個類型進行詳細說明：

(1) 坡耕地是指分布在5°以上坡面的旱地，平整度差、跑水、跑肥、跑土、作物產量低。坡耕地在黃河流域分布較廣，是黃河流域水土流失的主要來源地之一。截至1999年，黃河流域僅山西段15°以上坡面的耕地有6 170 km2[13]。

(2) 梯田指在山區沿等高線方向修筑的條狀階臺式田地，是黃河流域主要的水保工程措施之一，水土保持作用顯著，分布廣、數量多。截至2015年，黃河流域梯田面積為5.50×104km2，約占水土流失面積的12%。梯田的水土保持作用不僅僅局限于梯田自身，當流域的梯田比大于35%～40%后，流域減沙可穩定在90%左右[14]。

(3) 林草地指以生長喬木、竹類、果樹、灌木和草本植物的用地，包括及地表土質覆蓋、基本無灌草覆蓋(覆蓋度<5%)的用地。黃河流域林草地分布面積廣，是水土流失的主要來源地之一。不同林草地水土流失的強弱主要體現在郁閉度/覆蓋度、坡度上的差異，可通過遙感影像、DEM等其他數據進一步區分。

(4) 在建開發用地指正在建設的交通運輸、工礦、住宅、商服等用地。近年來，隨著經濟的高速發展，這類用地的面積增加很快。在建設過程中，對原地表和生態環境破壞較大，水土流失往往十分嚴重，是水土保持監督監測的重點。

(5) 淤地壩指在黃土高原各級溝道中，以攔泥淤地為目的而修建的壩工建筑物，是黃河流域特有的主要水保工程措施之一。淤地壩攔減泥沙的效果十分顯著，受遙感影像判讀限制，本分類中的淤地壩主要指總庫容≥1.0×105m3的中型壩和骨干壩。截至2011年底，此類淤地壩約有16 920萬座[15]。

(6) 沙地指地表為沙覆蓋、基本無植被的用地。這類用地風蝕嚴重，在黃河流域分布較廣，在標準[4]中，針對風蝕沙地，有明確的分級規定，需單獨列出。

(7) 其他用地指無水土流失或水土流失輕微的土地利用類型。包括原有分類體系中的水田、水澆地和分布在5°以下坡面的旱地，水域和水利設施用地，已建成的居民點、工礦、交通用地，設施農用地、鹽堿地、沼澤地、裸巖等。該類型無水土流失或水土流失輕微，不需要單獨劃分。

表1 黃河流域水土流失遙感監測土地利用監測分類體系

4 結果與分析

基于2012年資源3號2.1 m分辨率的全色波段與5.8 m多光譜波段融合后的影像，按照全國水土流失動態監測與公告項目土地利用分類體系，采用人機交互式判讀的方式，解譯形成了黃河流域準格爾旗、吳起縣、永靖縣、定西市安定區和洛寧縣5個水土流失重點縣的土地利用成果。結合對應區域的植被覆蓋度和坡度數據，參考土壤侵蝕分類分級標準[7]，對土壤侵蝕狀況進行評價，評價成果已正式發布[16]。

采用本文構建的土地利用分類體系，對5個縣的土地利用成果重新進行分類，形成新的土地利用成果。典型縣既有分類體系[11]和本研究分類體系的不同土地利用類型的圖斑數對比如表2所示。5縣所采用的本研究的分類體系較原分類成果的圖斑數明顯大大減少，5縣的總圖斑數平均減少59.98%。其中，吳起縣總圖斑數減少最多，達到73.49%，安定區總圖斑數減少最少，也達到33.40%。

表2 研究區典型縣的2個分類體系的土地利用類型圖斑數對比 個

注：既有分類體系中的其他用地為該分類體系下除坡耕地、梯田、林草地、在建開發用地、淤地壩、沙地以外的所有地類。

基于新的土地利用分類體系，重新評價土壤侵蝕狀況(植被覆蓋度、坡度數據相同)。坡耕地和林草地類型，按表3進行土壤侵蝕強度分級。沙地類型結合對應區域的植被覆蓋度數據，按表4進行土壤侵蝕強度分級。在建開發用地類型結合野外調查數據確定。梯田、淤地壩和其他用地類型按微度賦值。

表3 研究區水力侵蝕強度分級參考指標

表4 研究區風力侵蝕強度分級指標

基于2個土地利用分類體系，得到的土壤侵蝕面積、各等級土壤侵蝕強度和分布結果一致，表明本文提出的土地利用分類體系在進行流域尺度水土流失評價時是可行的。在流域尺度水土流失評價以人機交互式判讀為主的現行解譯方式下，應用本研究的土地利用分類標準，將大大提高水土流失遙感監測效率。

5 討論與結論

(1) 本研究以黃河流域不同地類水土流失的差異為出發點，按照科學性、可行性和完整性原則，根據水土流失監測評價的需求和特點，參考國家土地利用現狀分類標準和水利部頒布的土壤侵蝕分類分級標準，構建了黃河流域水土流失遙感監測土地利用現狀分類體系，包括坡耕地、梯田、林草地、在建開發用地、淤地壩、沙地和其他用地7個類型。

(2) 對5個典型縣分別按照既有和本研究所構建的土地利用分類體系進行了土壤侵蝕評價，評價結果表明，在獲取同等精度水土流失評價結果的同時，大大提高黃河流域水土流失遙感監測的效率，對全國及大區域尺度的水土流失遙感監測也具有較高的參考價值。

(3) 水土流失遙感監測的土地利用分類分級體系與獲取土地利用后采用的評價模型密切相關，本文建立的土地利用分類體系適用于土壤侵蝕分類分級標準中的評價規定，在應用其他模型評價時，還需要進行相應的調整。

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