典型区土壤侵蚀时空变化分析*——以长汀县河田镇为例

武国胜 王洪雨



典型区土壤侵蚀时空变化分析*——以长汀县河田镇为例

武国胜 王洪雨

福建师范大学地理科学学院

该文借助ArcGIS软件，对长汀县河田镇三个时期的土壤侵蚀时空变化情况进行了综合对比分析。研究表明，在研究期内，河田镇土壤侵蚀总面积、强度以上流失面积、剧烈流失面积均在不断减少，强度以上流失面积下降趋势显著。土壤侵蚀主要分布在草地、林地、耕地上；分布于草地、耕地的流失面积比例有下降趋势，分布于建设用地、林地、园地的流失面积比例呈上升趋势，尤以分布于林地的流失比例上升显著。剧烈流失面积减少，但在空间上呈现出分散分布趋势。总体而言，河田镇土壤侵蚀面积减小，流失强度降低，土壤侵蚀状况得到了改善。

土壤侵蚀 时空变化 趋势预测 河田镇

土壤侵蚀是制约人类生存和社会可持续发展的重大环境问题，是我国各种生态问题的集中反映，又是导致生态进一步恶化和贫困的根源[1]。长汀县是我国南方最严重的花岗岩土壤侵蚀区之一，是南方丘陵土壤侵蚀的典型，是福建省土壤侵蚀最严重的区域，而长汀县的土壤侵蚀集中分布在以河田镇为中心的中部低丘区[2-3]。因此，研究河田镇土壤侵蚀的时空变化情况，对河田镇进一步开展水土保持工作、改善土壤侵蚀情况具有指导意义。

1 研究区概况

1.1 自然概况

河田镇位于长汀县中部、汀江上游西岸，地理坐标介于东经116°16′～116°30′、北纬25°35′～25°46′之间，与南山、涂坊、濯田、新桥、策武相邻。全镇低山高丘环绕四周，中部开阔，呈锅形地貌，是长汀县最大的河谷盆地。海拔300～500m，气候温和，雨量充沛，年均气温17℃～19.5℃，历史上最高气温39.8℃，最低气温-4.9℃，年无霜期265天，年降雨量1700mm。水、光、气、热配备良好，适宜各种亚热带、温带作物生长，具有高产优质的自然优势，且具有山、水、田、园多种类型兼而有之的土地结构。

1.2 土壤侵蚀概况

河田是全国严重土壤侵蚀区。根据1983年土壤侵蚀普查数据，河田镇土壤侵蚀面积158.4㎞2，占全镇土地面积的44.65%，占山地面积的55.4%，流失面积之大、程度之严重居全国之首。1988年～2003年间，共治理土壤侵蚀面积20万余亩，取得了明显的生态、经济和社会效益。

造成河田镇土壤侵蚀的原因主要有自然和人为两大类。其中，自然因素包括地质、地形因素，主要是岩性特征、坡度、坡长的影响；气候因素，主要是降水的影响。人为因素包括破坏森林植被，人口过度增长、大量樵采。自然因素是土壤侵蚀发生发展的潜在条件，人为因素则是触发因子，起主导作用[4]。

河田土壤侵蚀有以下特点：（1）水土侵蚀集中连片，面积广，侵蚀强度大；（2）侵蚀类型多样，侵蚀强度大；（3）土壤贫瘠，生产力低；（4）生态环境恶化，自然灾害频繁[5]。

2 数据来源和技术方法

本文所用的研究数据包括遥感影像解译后得到的1988年、2000年、2007年的河田镇土地利用现状图。按照土壤侵蚀强度分级标准[6]以及土地利用现状图与植被覆盖度图、坡度图叠加运算而得到的相应年份的土壤侵蚀程度图。首先，运用ArcGIS软件对图像进行提取，得到河田镇各个时期不同强度的土壤侵蚀面积。将矢量图转化为栅格图，并根据需要对相应的图层进行叠加，在此基础上对研究区的土壤侵蚀状况进行分析。

3 研究区各时期土壤侵蚀状况分析及土壤侵蚀时空变化分析

3.1 各时期土壤侵蚀状况分析

运用ArcGIS软件按表示水土强度的字段对研究数据进行处理得到三个研究时期不同程度土壤侵蚀分布图，如图1所示。

图1 河田镇研究期土壤侵蚀分布图

图1中，颜色较深的地区表示土壤侵蚀程度较严重地区。由图可看出，1988年剧烈流失主要发分布在河田镇的东南部，极强度流失主要分布在中部及东南部，且呈现连片分布的特点。2000年剧烈流失分布范围扩大，面积较前一时期略有增加，呈现分散分布的特点。2007年，图上深色图斑减少且面积变小，表示流失严重区域面积在减少。

运用软件自动生成各图斑的面积，再对图层的属性表进行相应的操作，提取得到各研究期不同强度土壤侵蚀面积数据。对数据进行整理并计算不同程度土壤侵蚀面积占总土壤侵蚀面积的比重，即可得到研究期土壤侵蚀情况（表1）。1988年、2000年、2007年微度流失（即不发生土壤侵蚀）的面积分别为121.549㎞2、137.405㎞2、195.157㎞2，三个时期的土地总面积均为294.244㎞2。

表1 河田镇研究期土壤侵蚀面积统计

由表1可以看出，1988年土壤侵蚀总面积为172.696km2，其中轻度流失面积最大，其次分别为中度、极强度、强度、剧烈；强度以上（包括强度）土壤侵蚀面积为69.290km2，占土壤侵蚀总面积的40.1%；剧烈流失面积为5.262km2，占土壤侵蚀总面积的3%。

2000年土壤侵蚀总面积为156.840km2，不同程度土壤侵蚀面积由大到小依次为轻度、强度、中度、剧烈、极强度；强度以上流失面积47.241km2，占土壤侵蚀总面积的30.1%；剧烈流失面积6.990km2,占土壤侵蚀总面积的4.5%。

2007年土壤侵蚀总面积为99.088km2，不同程度土壤侵蚀面积由大到小依次为轻度、中度、强度、极强度、剧烈，流失强度增加、流失面积呈下降趋势；强度以上土壤侵蚀面积为14.464km2，占土壤侵蚀总面积的14.6%；剧烈流失面积为0.467km2，占土壤侵蚀总面积的0.5%。

将各研究期的土壤侵蚀矢量图与土地利用矢量图分别转为栅格图（分辨率必须相同，本文统一设置为30m*30m）,并将转为栅格后的相应年份土壤侵蚀图与土地利用图进行叠加，则可以得到各研究期不同程度的土壤侵蚀面积与相应时期土地利用方式的关系（表2）。

表2 河田镇土壤侵蚀在不同利用方式土地上的分布情况

注：上表中的数值表示某时期某程度土壤侵蚀在不同利用方式的土地上的分布面积占该程度总流失面积的比重。

由表2可看出，1988年土壤侵蚀主要分布在草地，其次是耕地和林地；分布在草地的各程度流失面积占该程度流失总面积的比例均超过了50%，剧烈流失面积中有63.2%分布在草地，强度（包括强度）以上土壤侵蚀分布在耕地的比例明显大于林地。2000年，轻度流失主要分布在草地，其次为林地和耕地；强度流失主要分布在耕地，其次为草地和林地；其他流失面积主要分布在草地，其次为耕地和林地。2007年，极强度流失中有71.1%位于建设用地上，比例明显高于前两个研究期；其他土壤侵蚀主要分布在草地和林地，且分布在园地的比例相对于前两个研究期均出现显著上升[7]。

3.2 土壤侵蚀时空变化分析

3.2.1时间变化分析

将研究期中前后两个时期的土壤侵蚀数据（表1中数据）进行比较，可以得到三个时期土壤侵蚀面积随时间动态变化的情况（见表3）。

表3 河田镇研究期土壤侵蚀时间变化情况

注：上表中“1”表示2000年与1988年相应的差值，“2”表示2007年与2000年相应的差值；负值表示后一时期与前一时期相比在数值上是减少的。

由表3结合表1可看出，研究期即1988年、2000年、2007年三个时期，河田镇土壤侵蚀的时间变化情况如下：

2000年较1988年：①流失总面积减少了15.856㎞2，减幅达9.2%，其中中度、极强度流失面积共减少46.748㎞2，其他程度土壤侵蚀面积则扩大；②变化最大的为极强度流失，面积减少幅度达到了84.4%；③强度（包括强度）以上流失面积总体上减少22.049㎞2，减少幅度达到31.8%。

2007年较2000年：①流失总面积减少了57.752㎞2，减少幅度为36.8%，除中度流失面积增加外，其余程度流失面积均出现不同程度减少；②变化最大的为剧烈流失，面积减少了6.523㎞2，减幅达93.3%；③强度以上流失面积总体减少32.777㎞2，减少幅度为69.4%。

总体而言，研究期内河田镇土壤侵蚀总面积呈下降趋势，流失强度较严重的面积减少幅度较大，强度以上土壤侵蚀面积减少较显著，土壤侵蚀强度呈下降趋势。

3.2.2空间变化分析

本文对河田镇土壤侵蚀的空间变化主要从两个角度分析。一是从土壤侵蚀在不同利用方式土地上的分布变化的角度来分析，二是从不同程度土壤侵蚀在空间上分布的变化的角度来分析。

对同一年份栅格化土壤侵蚀图与土地利用图叠加后得到的图像进行相应的属性提取，并对数据进行整理，可得到各研究期位于不同利用方式土地上的土壤侵蚀面积。对数据进行处理，计算不同利用方式土地上土壤侵蚀面积的比例，并由此生成如下折线图[8-9]。

表4 河田镇研究期不同利用方式土地上土壤侵蚀面积比重

注：上表中的数值表示某时期土壤侵蚀在不同利用方式的土地上的分布面积占该时期总流失面积的比重。

图2 河田镇研究期不同利用方式土地上土壤侵蚀面积比重

由图2可看出，研究期内，分布于草地、耕地的土壤侵蚀面积的比例逐渐下降且下降幅度较大，其中分布于耕地的流失面积比例下降较快；而分布于林地、建设用地、园地的流失面积比例在增加，其中分布于林地的流失面积比例上升显著且上升速度较快；分布于未利用地的流失面积比例在减少，自2000年起分布在未利用地上的流失面积比例为0，即已无土壤侵蚀，但因比重较小且下降幅度较小，变化不显著。研究期内，分布于草地的流失面积比例始终居于首位，但有明显下降趋势；2000年到2007年，分布于耕地的流失面积比例由第二位降到第三位，位于草地、林地之后。通常认为水域是不发生土壤侵蚀的地类，本研究中数据也表明这一现象。

将各前后两个时期的土壤侵蚀栅格图分别进行叠加。根据所得图层的属性进行处理，得到不同程度土壤侵蚀的相互转变情况，如表5、表6所示。

表5 河田镇1988年～2000年不同程度土壤侵蚀相互转变情况 单位：㎞2

表6 河田镇2000年～2007年不同程度土壤侵蚀相互转变情况 单位：㎞2

注：表5、表6中的数值表示由该数值所在行的流失强度转变为其所在列的流失强度的面积。微度土壤侵蚀面积即指不发生土壤侵蚀的面积。合计值表示各流失强度向其他程度转变的总面积，即各流失强度的净增减面积。

由表5可看出，1988年～2000年，有26.700km2原来不发生土壤侵蚀的区域发生了不同程度的土壤侵蚀，有42.556km2不同程度流失区域变为不发生流失区域，即该时期土壤侵蚀面积在总量上是净减少的，净减少量为15.856km2。流失强度加剧的面积为46.726km2，其中新增的土壤侵蚀面积，即由不发生流失变为发生流失的区域面积所占比例为57.1%；流失强度降低的面积为112.690km2。

由表6可看出，2000年～2007年，有19.475km2原来不发生土壤侵蚀的区域发生了不同程度的土壤侵蚀，有77.227km2不同程度流失区域变为不发生流失区域，即该时期土壤侵蚀面积在总量上也是净减少的，净减少量为57.752km2。流失强度加剧的面积为38.255km2，其中新增的土壤侵蚀面积所占比例为50.9%；流失强度降低的面积为99.905km2。

1988年～2007年，研究区剧烈流失、新增流失面积以及不同程度的土壤侵蚀的空间分布及变化情况如以下图所示。由图3可以看出，研究期内剧烈流失面积呈现减少趋势，且这一变化趋势明显，在空间分布上有分散分布的趋势。由图4可看出，2000年～2007年较1988年～2000年新增流失面积减小，且分布的连片性大，分布较集中。由图5可看出，2000年～2007年较1988年～2000年流失强度加剧面积减小，各图斑面积较小且分布较分散；两个时段内流失强度不变及程度降低区域的空间分布位置大致相同，即两个时段内该区域土壤侵蚀变化趋势是相同的。

图3 河田镇研究期剧烈流失分布图

图5 河田镇1988年～2000年、2000年～2007年流失强度变化分布图

4 研究区土壤侵蚀状况总结及水土保持建议

综合上述分析，河田镇在研究期内土壤侵蚀总面积、强度以上流失面积、剧烈流失面积均在不断减少，强度以上流失面积下降趋势显著。仍有部分区域由不发生土壤侵蚀变为发生不同程度的土壤侵蚀。土壤侵蚀主要分布在草地、林地、耕地上，但分布于草地、耕地的流失面积比例有显著下降趋势，而分布于园地、林地、建设用地的流失面积比例有上升趋势，分布于林地的流失面积比例上升趋势尤为明显。剧烈流失面积减少，但在空间上呈现出分散分布趋势。总体而言，河田镇土壤侵蚀面积减小，流失强度降低，土壤侵蚀状况得到了改善。

相关资料显示[2-10]，河田镇土壤侵蚀减少的原因主要是有效的治理、燃料结构的变化等；新增土壤侵蚀的原因包括了自然因素和人为因素，其中又以后者为主要因素，包括乱砍乱伐、乱挖矿、城市建设、交通建设等，因乱砍滥伐、开发建设项目、山地开发不当引起的新增流失面积又是重中之重。

结合河田镇土壤侵蚀实际情况及土壤侵蚀变化的原因，就将来河田镇土壤侵蚀治理提出如下建议：（1）继续实施并完善现有的水土保持措施。由分析可看出，河田镇的土壤侵蚀情况正在改善，说明现时所采取的水土保持措施是可行的，应该继续实施，并根据实践过程不断变化的情况加以完善。（2）重视不发生土壤侵蚀区域的水土保持，防止其向土壤侵蚀区转变。虽然研究期内河田镇土壤侵蚀情况得到了改善，但仍有不算少数的不发生土壤侵蚀区发生了土壤侵蚀，说明人们对这些区域重视不够，没有采取足够的水土保持措施。应加强这些区域的水土保持措施，防止新增土壤侵蚀。（3）加强林地的水土保持措施。分布于林地的土壤侵蚀面积增长趋势最为显著，照此趋势，其将在未来河田镇土壤侵蚀分布区中占较大比重，可考虑将其作为土壤侵蚀防治的重点，加强植树造林等林地水土保持力度。（4）加强建设用地的水土保持措施。建设用地是人类对自然改造最强烈、人工景观最显著的区域，也是人类控制力度较强的区域。河田建设用地流失面积比重有增长趋势，应加强宣传并采取尽可能的水土保持措施，充分发挥人的主观能动性，减少建设用地的土壤侵蚀。

[1] 李锐．中国土壤侵蚀研究的机遇与挑战[J]．自然杂志,2007,30(1)：6.

[2] 王维明，陈明华，林敬兰，等．长汀县土壤侵蚀动态变化及防治对策研究[J]．水土保持通报，2005，25（4）：75.

[3] 岳辉，钟炳林．长汀县水土保持监测实践与探讨研究[J]．亚热带水土保持，2006，18（3）：63.

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[10] 徐建华．现代地理学中的数学方法[M]．北京：高等教育出版社，2002．

福建省自然科学基金项目（编号：2060203）。