湄公河典型區(qū)域旱雨季土地利用及土壤侵蝕差異研究

趙娜 張道熙 韓東楓 陳小娟 邱娟 金瑤 龔昱田

摘要：以湄公河干流老撾沙灣拿吉至柬埔寨桔井段重要支流南蒙河、色丹河、色貢河、色桑河、斯雷博河及其左右岸緩沖區(qū)50 km范圍為研究區(qū)域，基于Landsat8遙感和河網(wǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)比植被覆蓋度以及空間分布特征，分析區(qū)域內(nèi)旱季（1-2月）、雨季（6-9月）土地利用及土壤侵蝕變化。結(jié)果表明，季節(jié)性降雨導(dǎo)致土地利用變化明顯，旱、雨季土地利用變化主要表現(xiàn)為河道沿岸水體動(dòng)態(tài)變化；旱季水體面積較雨季凈減少43 259 hm2，占總變化面積的93.8%；雨季至旱季耕地轉(zhuǎn)化占總變化面積38.00% （17 514.44 hm2），其次為灌木地（22.98%，10 590.54 hm2）和裸地（21.77%，10 033.32 hm2）。土地利用類型轉(zhuǎn)化導(dǎo)致土壤侵蝕變化，旱、雨季土壤極強(qiáng)烈侵蝕和劇烈侵蝕區(qū)域變化不大；旱季以輕度侵蝕、中度侵蝕增加為主，凈增加面積分別為4 107 hm2和5 864 hm2，分別占總變化面積的36.9%和52.7%；增加面積主要由無侵蝕類型發(fā)展而來，體現(xiàn)在旱季沿岸水體面積的大幅降低。建議在水土保持過程中，改傳統(tǒng)稻田種植為耕作、輪作和培肥一體化的水保措施，增強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加強(qiáng)河岸帶生態(tài)護(hù)坡建設(shè)與管理，降低自然洪水或人為工程對(duì)自然林地和植被的破壞。

關(guān)鍵詞：土地利用；土壤侵蝕；旱雨季；湄公河

中圖分類號(hào)：X144? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-3075（2024）02-0047-07

瀾滄江-湄公河是世界第六、亞洲第三大河流，發(fā)源于中國，在云南出境后，流經(jīng)緬甸、老撾、泰國、柬埔寨和越南，最終匯入南海（長江水利委員會(huì)國際合作與科技局，2016）。近年來，在全球氣候變化背景下，瀾湄流域（特別是下游區(qū)域）的洪澇、干旱等自然災(zāi)害呈突發(fā)、多發(fā)、并發(fā)態(tài)勢，已成為制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。

土壤侵蝕是指地表土壤及母質(zhì)在自然或人為因素影響下被破壞、剝蝕、搬運(yùn)和沉積的過程（王占禮，2000；肖繼兵等，2017；史東梅等，2019），目前已成為全球主要的生態(tài)環(huán)境問題；其危害包括土壤資源退化、土壤肥力下降、淤積抬高河床、加劇洪澇災(zāi)害、淤塞水庫湖泊、影響開發(fā)利用等（劉爭光，2021；Borrelli et al， 2021）。上游瀾滄江區(qū)域已有較為詳細(xì)的研究（甘淑，2001；Barton et al，2004；姜昀等，2006；姚華榮等，2006；姚華榮和崔保山，2006；李立科，2011）；下游湄公河區(qū)域?yàn)闊釒Ъ撅L(fēng)氣候，雨熱同期，水網(wǎng)密布，土壤肥沃，年累計(jì)降水量最低為440 mm，最高為3 500 mm。70%的柬埔寨人口和53%的老撾人口生活在湄公河兩側(cè)15 km范圍的河道走廊內(nèi)，高度依賴于水資源謀生（MRC， 2011）。

隨著湄公河流域內(nèi)與水資源相關(guān)的航運(yùn)、灌溉、水電和漁業(yè)等工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，流域水生態(tài)系統(tǒng)面臨著諸多挑戰(zhàn)（MRC， 2015）；同時(shí)，建設(shè)用地、耕地的大幅度增加，也多來源于林地和草地等土地類型的轉(zhuǎn)化或退化，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能也出現(xiàn)不同程度的衰退（歐陽志云等，1999；畢曉麗和葛劍平，2004；趙軍和楊凱，2007；董哲仁，2008；伍星等，2009；陸穎等，2013）。土壤侵蝕已經(jīng)是湄公河流域主要環(huán)境問題，但相關(guān)的研究比較滯后（甘淑等，2001；吳芳等，2019）。因此，探究湄公河重點(diǎn)區(qū)域的旱季、雨季土地利用及土壤侵蝕變化具有重要意義。

1? ?材料與方法

1.1? ?區(qū)域概況

研究區(qū)域位于中南半島（105°10′54″～107°43′43″E，11°48′3″～15°45′18″N），總面積7.07萬km2， 以湄公河干流老撾沙灣拿吉至柬埔寨桔井段重要支流南蒙河（Nam Mun River）、色丹河（Se Done River）、色貢河（Se Kong River）、色桑河（Se San River）、斯雷博河（Sre Pok River）及其左右岸緩沖區(qū)50 km的范圍為邊界，主要涉及老撾南部的占巴色省（Chambasse）和阿速坡省（Attapeu）、柬埔寨北部的上丁省（Stung Treng）和桔井省（Kratie）以及泰國東北部的烏汶府（Ubon Ratchatani）（圖1）。區(qū)域內(nèi)有著名的3S小流域、四千美島、西潘墩濕地、湄公河洪泛平原、伊諾瓦底江豚保護(hù)區(qū)等，生態(tài)功能非常重要；常年炎熱，具有很強(qiáng)的季節(jié)性降雨特點(diǎn)，年際間年總降雨量的變化幅度一般在±15%，干支流年際間流量的季節(jié)性變化較大。

1.2? ?研究方法

基于拼接的30 m分辨率Landsat 8遙感數(shù)據(jù)和河網(wǎng)數(shù)據(jù)，勾繪出湄公河干流老撾沙灣拿吉至柬埔寨桔井段主河道及重要支流南蒙河、色丹河、色貢河、色桑河、斯雷博河，并建立距離為50 km的緩沖區(qū)。通過分析研究區(qū)域及子流域的植被覆蓋度、土壤侵蝕程度，比較2010年旱季（1-2月）和雨季（6-9月）的水域分布、土地利用狀況變化及沿岸帶侵蝕等要素的差異。研究區(qū)域土地利用數(shù)據(jù)來自于湄公河委員會(huì)（MRC） http：//portal.mrcmekong.org。

1.3? ?數(shù)據(jù)分析

1.3.1? ?子流域劃分? ?利用ArcGIS軟件對(duì)研究區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)過填洼、生成流向、水流累積量等分析，生成1185個(gè)子流域。使用Raster to Polygon將子流域由柵格轉(zhuǎn)為矢量數(shù)據(jù)，如圖2所示。

1.3.2? ?坡度數(shù)據(jù)? ?使用Slope計(jì)算獲得坡度數(shù)據(jù)，通過Zonal Statistics as Table獲得各子流域范圍內(nèi)坡度平均值（圖3）。

1.3.3? ?植被覆蓋度（VFC）? ?基于ENVI5.3軟件平臺(tái)，對(duì)Landsat 8衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)、幾何校正和大氣校正，計(jì)算歸一化植被指數(shù)（NDVI）。利用研究區(qū)域矢量數(shù)據(jù)生成的ROI建立一個(gè)掩膜文件，統(tǒng)計(jì)NDVI值的累積概率分布，分別取累積概率為5%和95%的NDI值作為NDVImin和NDVImax。旱季和雨季的歸一化植被指數(shù)（NDVI）計(jì)算結(jié)果如下：NDVImaxdry = 0.560253，NDVImaxrainy = 0.522455，NDVImindry = 0.012260，NDVIminrainy = 0.147679。

將整個(gè)地區(qū)分為3部分。NDVI<0.012260，VFC取值為0；NDVI>0.560253，VFC取值為1；兩者之間的像元使用公式計(jì)算，得到單波段的植被覆蓋度圖像文件。使用Band Math工具計(jì)算，公式如下： [FVC =]

式中：FVC表示植被覆蓋度，NDVIsoil為NDVI值累計(jì)分布頻率5%的值，NDVIveg為NDVI值累計(jì)分布頻率95%的值。

1.3.4? ?土地利用? ?研究區(qū)域內(nèi)具有代表性的土地利用類型為農(nóng)業(yè)用地（耕地）、林地、城鎮(zhèn)用地、濕地等；其中，城鎮(zhèn)用地由于面積有限、分布范圍較小，在子流域尺度上存在大量零值，而濕地部分歸于河網(wǎng)密度指標(biāo)。因此，研究中土地利用指標(biāo)為農(nóng)業(yè)用地和林地。使用ArcGIS 10.7中的Tabulate Area工具計(jì)算旱季、雨季各土地利用類型在子流域的面積，然后計(jì)算出各土地利用類型在子流域中的占比（圖4）。

1.3.5? ?土壤侵蝕? ?采用國內(nèi)土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL 190-2007），共分為6個(gè)侵蝕等級(jí)；土壤侵蝕基于植被覆蓋、坡度和土地利用（旱、雨季）數(shù)據(jù)計(jì)算得到。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?旱季和雨季土地利用變化

研究區(qū)域旱、雨季土地利用變化如圖5所示。旱季水體面積凈減少約43 259 hm2，占總變化面積的93.8%；耕地凈增加約16 863 hm2，占36.6%，其次為裸地（21.7%）和灌木地（21.2%）（表1）。耕地主要位于研究區(qū)域南部湄公河主河道沿岸，灌木主要位于湄公河主河道中北部及支流色桑河、斯雷博河下游沿岸，裸地主要位于湄公河主河道中南部。這些區(qū)域涉及著名的3S小流域、老撾四千美島和西潘墩濕地以及柬埔寨的湄公河洪泛平原，是湄公河流域典型的洪水高發(fā)區(qū)；湄公河流域明顯的季節(jié)性降雨特點(diǎn)，導(dǎo)致這些區(qū)域土地利用類型的變化也非常明顯。

2.2? ?旱季和雨季土壤侵蝕變化

研究區(qū)域旱、雨季土壤侵蝕情況如圖6所示。雨季凈增加約10 543 hm2的無侵蝕區(qū)域，占總變化面積的94.8%；旱季輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕面積均有所增加，以輕度和中度侵蝕增加為主，凈增加面積分別為4 107 hm2和5 864 hm2，分別占總變化面積的36.9%和52.7%（表2）。研究表明，土壤侵蝕變化明顯的區(qū)域位于南部湄公河主河道和3S小流域，這些區(qū)域是著名的水稻主產(chǎn)區(qū)，也是人口稠密的地方。由于氣候變化、基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展和人口增長的影響，湄公河流域土壤侵蝕有加劇趨勢（MRC， 2015）。

3? ?討論

3.1? ?季節(jié)性降雨導(dǎo)致土地利用變化明顯

湄公河流域?yàn)闊釒Ъ撅L(fēng)氣候，常年炎熱，季節(jié)性潮濕。冬季和夏季氣流逆轉(zhuǎn)，熱帶季風(fēng)氣候具有很強(qiáng)的季節(jié)性降雨特點(diǎn)。湄公河干流桔井監(jiān)測站和色貢河、色桑河和斯雷博河主要支流監(jiān)測站數(shù)據(jù)顯示，8月和9月平均流量都在30 000 m3/s以上，干流巴色站、支流色丹河站和南蒙河在20 000 m3/s以上。上述監(jiān)測站在旱季（2-4月）月均流量都在5 000 m3/s以下（長江水利委員會(huì)國際合作與科技局，2016）；同時(shí)，柬埔寨70%的農(nóng)業(yè)人口和老撾53%的農(nóng)業(yè)人口生活在河岸兩側(cè)15 km寬的河道走廊內(nèi)，且主要以種植和捕魚為生（MRC， 2017）；其中水稻（包括雨季稻、浮稻、洪水漫灌稻、旱季稻等）是流域內(nèi)大部分居民的主要種植作物（MRC， 2019）。在明顯的季節(jié)性降雨條件下，雨季和旱季的水稻平均產(chǎn)量存在明顯差異（FAO-RDES 糧農(nóng)組織-亞洲數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)）。研究區(qū)域旱、雨季土地利用變化主要表現(xiàn)為河道沿岸水體動(dòng)態(tài)，旱季水體轉(zhuǎn)為耕地的占比最大，且耕地主要位于研究區(qū)域南部湄公河主河道沿岸。

3.2? ?土地利用類型轉(zhuǎn)化導(dǎo)致土壤侵蝕變化

土壤侵蝕是湄公河流域主要的環(huán)境問題（吳芳等，2019）。總體上看，旱、雨季土壤極強(qiáng)烈侵蝕和劇烈侵蝕的區(qū)域變化不大，其他類型變化顯著。旱季中度和輕度侵蝕面積相對(duì)于雨季有較大幅度的增加，雨季無侵蝕面積相對(duì)于旱季增加顯著。

湄公河流域土壤侵蝕的主導(dǎo)因素是土地利用類型和坡度（吳芳等，2019）；本研究結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。區(qū)域內(nèi)旱、雨季土地利用類型在一定范圍內(nèi)發(fā)生顯著變化，繼而導(dǎo)致了土壤侵蝕方式和強(qiáng)度的變化。例如，耕地向林地、草地、水域的轉(zhuǎn)化，將導(dǎo)致侵蝕強(qiáng)度顯著降低；林地向耕地、草地轉(zhuǎn)化，或者水域向其他土地利用類型的轉(zhuǎn)化，均使侵蝕強(qiáng)度顯著增加。

吳芳等（2019）基于土壤侵蝕空間特征，對(duì)79.5萬km2 湄公河流域的33個(gè)子流域進(jìn)行了4個(gè)優(yōu)先治理等級(jí)分析。對(duì)照其結(jié)果，沙灣拿吉-桔井片區(qū)屬于微度和輕度侵蝕，治理等級(jí)為第4級(jí)和第3級(jí)。本研究中，研究區(qū)域旱季和雨季無侵蝕-輕度侵蝕面積占比分別為91.20%和94.15%，強(qiáng)烈-極強(qiáng)-劇烈侵蝕面積占比為0.45%和0.53%。相較于湄公河流域其他區(qū)域，沙灣拿吉-桔井片區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度不高，與該區(qū)域裸地占比較少、植被覆蓋度高有關(guān)。

3.3? ?加強(qiáng)湄公河流域水保措施和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

沙灣拿吉-桔井片區(qū)是湄公河流域典型區(qū)域，有著名的3S小流域、四千美島、西潘墩濕地和湄公河洪泛平原等，其生態(tài)功能非常重要。區(qū)域內(nèi)人口密集，種植業(yè)和漁業(yè)發(fā)達(dá)，同時(shí)還具有貿(mào)易頻繁、干支流水電開發(fā)較快、經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛等特點(diǎn)。因此，在其水土保持過程中，改傳統(tǒng)稻田種植為耕作、輪作和培肥一體化的水保措施，同時(shí)增強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加強(qiáng)河岸帶生態(tài)護(hù)坡建設(shè)與管理，降低自然洪水或人為工程對(duì)自然林地和植被的破壞。

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（責(zé)任編輯? ?萬月華）

收稿日期：2021-09-03? ? ? 修回日期：2022-06-20

基金項(xiàng)目：中國-東盟國家防洪抗旱應(yīng)急管理合作項(xiàng)目。

作者簡介：趙娜，1978年生，女，博士，研究員，主要從事水生生物學(xué)研究。E-mail：chinesezhaona@163.com