黄土高原上黄小流域土地利用类型的坡度分析

2010-06-21刘德林李壁成

水土保持研究 2010年5期

刘德林,李壁成

（1.河南理工大学应急管理学院,河南焦作454003;2.中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心,陕西杨陵 712100）

为从根本上改善我国日益恶化的生态环境,减轻旱涝及水土流失等自然灾害的危害,党中央和国务院从20世纪90年代末开始,决定对25°以上的坡耕地实施大规模退耕还林工程[1]。位于黄土高原宁南山区的上黄试区也从2002年开始执行此政策。上黄试区的坡耕地主要是以雨养农业为主,受干旱气候的影响,尽管农作物产量较低,但由于人口的不断增加,荒坡被开垦的范围和坡度进一步扩大,从而造成严重的水土流失[2-3]。在黄土高原小流域中,坡度是影响水土流失的一个重要地形因子,土壤的抗冲蚀能力随坡度的不同而出现较大差别[4-5]。因此,坡地的退耕还林还草成为减少水土流失的必要途径。

以试区1∶1万DEM和1982-2008年土地利用数据为信息源,运用GIS技术提取土地利用类型的坡度组成数据,研究土地利用类型的坡度组成状况及演变趋势,以期为试区退耕还林还草政策的实施提供参考。

1 研究区概况

上黄小流域位于宁夏南部固原市河川乡内,地处黄土高原西部宽谷丘陵沟壑区,地理坐标为东经106°26′-106°30′,北纬 35°59′-36°02′。试区南北长约3 844 m,东西宽约3 758 m,土地总面积约8.01 km2。区内土壤多为黄土母质上发育的黄绵土和黑垆土,土壤贫瘠。多年平均气温和降水量分别为6.9℃和419.1 mm,干燥度1.55～2.0,属温带半干旱气候区。试区梁峁起伏,沟壑纵横,水土流失严重,海拔高度在1 534.3～1 822.0 m。植被类型主要包括人工灌木林、天然草地、人工草地三大类型。

2 数据来源与方法

2.1 数据来源

所用信息源包括DEM和1982-2008年土地利用数据。其中,数字高程模型由下述方法生成:首先,利用上黄试区1∶1万地形图生成试区DEM(附图1);其次,利用Arcview 3.2提取试区坡度,并根据试区实际情况对地形坡度进行重分类,得到试区坡度图;最后,对其进行重采样,生成5 m分辨率的栅格坡度图(附图7)。土地利用数据采用一级分类体系,将上黄试区的土地利用划分为7种类型,即耕地、园地、灌木林地、草地、建设用地、水域和未利用地。

2.2 地形坡度分级

黄土高原宁南山区的土壤侵蚀多以面蚀和沟蚀为主。根据试区多年实验结果,结合试区实际情况,将试区地面坡度分为 0°～3°、3°～ 5°、5°～ 10°、10°～ 15°、15°～25°和＞25°六个等级(附图8)。其中,按照国家退耕还林还草的政策,＞25°的坡地是须退耕的土地。

2.3 不同土地利用类型坡度提取

首先,将土地利用类型栅格数据输入Arcview 3.2软件,分别提取各土地利用类型;其次,将提取的单个土地利用类型和数字坡度模型进行叠加分析,获取单个土地利用类型的坡度组成图;最后,在数据库的属性表中对其数据进行统计分析。不同坡度下土地利用类型面积提取和计算的具体操作步骤可参考文献[6]。

3 结果与分析

3.1 上黄试区土地利用类型的坡度分析

从试区主要土地利用类型在不同坡度中所占的面积和百分比(表1)分布情况可知,试区耕地大部分分布在25°以下。其中,分布在 0°～3°的耕地面积最大,为37.71 hm2,占耕地面积的28.93%;其次为分布在15°～25°的耕地,接近耕地总面积的20%;试区15°以下的耕地面积占到耕地总面积的75.40%;而大于25°的耕地面积仅占耕地总面积的5.23%。根据25°以上的坡耕地需进行退耕还林还草的政策,本试区仍有约6.81 hm2的土地需要退耕还林还草,但该面积还占不到全试区总面积的1%,这说明该试区基本完成国家退耕还林还草任务的要求。

表1 上黄试区土地利用类型坡度组成

试区的果园主要分布在地势平坦、交通便利、水肥条件较好的台地(0°～3°),该坡度下的果园面积占果园总面积的64.34%;林地主要分布在大于10°的土地上,其中以15°～25°为面积最大,占林地总面积的35.37%;而草地和未利用地分别有56.64%和69.15%分布在25°以上的陡坡地上。从水土保持的角度看,2008年上述土地利用类型在坡度上的分布均体现了因地制宜,合理配置资源的原则,在地形上的分布趋于合理。

3.2 上黄试区不同坡度土地利用类型动态变化分析

3.2.1 不同坡度下耕地面积的动态变化从表2可知,上黄试区耕地总面积在1995年以前变化不大,1995年锐增,而在2008年迅速减少。从耕地面积的各坡度分布来看,1995年增加主要集中在10°～25°,与1982年相比共增加了 81.45 hm2。其中,15°～25°增加面积最大,为54.97 hm2,增加了77.47%,其次为10°～15°的坡耕地,其它坡度的耕地也均有不同程度的增加,这主要是因为试区人口增加所引起的;1995年各坡度的耕地与 2002年退耕前变化不大;2002年退耕政策执行后,各坡度的耕地均明显减少,从2002年的407 hm2减少到2008年的130.35 hm2。其中,10°以上耕地的减少主要是用于退耕还林还草。

表2 上黄试区1982-2008年耕地在不同坡度的面积分布 hm2

3.2.2 不同坡度下林地和草地面积的动态变化从表3可以看出,试区林地面积在1982-2008年这段时间内一直呈递增趋势,在 2008年达到最大,为539.22 hm2,占试区总面积的66.87%。从林地不同坡度的面积变化来看,不同坡度的林地面积变化趋势与林地总面积变化趋势相同。同时,还可以看出,不同时期的林地面积主要分布在15°以上的坡地。其中,除1982年外,其他年份均以25°以上坡地为最多,依次分别占林地总面积的 39.00%、38.09%、46.60%、42.43%和 23.02%,其次为 10°～ 15°坡地 ,10°以下林地面积所占比例很少。

而草地总面积及其在不同坡度上的面积分布变化趋势与林地相反(表3),呈现持续减少趋势。而不同时期的草地面积在不同坡度上的分布状况与林地相同,即以25°以上坡地为最多;15°～25°坡地的草地面积次之。