地表起伏度对农业生态环境的影响

车家骧，彭 熙，龙秀琴，李安定

(贵州科学院喀斯特资源环境与发展研究中心，贵州贵阳 550001)

我国是一个多山的国家，山地分布极不均匀［1］，山区地表起伏、沟壑纵横，对当地交通、水利、农业、林业以及地质灾害防治、生态环境治理等都会产生较大影响。地表起伏度是地学研究的重要概念，目前关于地表起伏度的研究成果主要集中在3个方面，即DEM精度与计算结果差异性问题，对局部小范围进行的小尺度研究，以及地表起伏对地面相关事物的影响，如对土地利用、人口分布和地质灾害的影响等。我国是一个农业大国，地表起伏对农业的影响最为直接，研究地表起伏度对农业生态环境的影响对促进农业经济可持续发展具有重要意义。因此，本研究在全国1∶20万DEM数据的基础上，计算各省(市、区)地表起伏度，并结合农业生态环境资料，研究地表起伏度对农业生态环境的影响，期望能为相关部门政策制定提供理论依据和数据支持。

1 地表起伏度的计算

采用全国1∶20万DEM数据作为数据源，运用ArcGIS 9.2软件的3D分析模块中的表面分析工具，以10 m×10 m为统计单元计算各省(市、区)的地表起伏度(地表面积与投影面积的比值)，并以标准化处理后的地表起伏度为基础研究地表起伏度对农业生态环境的影响。地表起伏度标准化(理想化)计算公式为

式中:LX为地表起伏度标准值，%;DBj为第j个省(市、区)地表面积与投影面积的比值，理想状态下地表面积与投影面积比值为1;DBmax为各省(市、区)地表面积与投影面积比值的最大值。

2 地表起伏度对农业生态环境的影响

农业生态环境受地表起伏影响主要表现在农业受灾面积、农业成灾面积、水土流失面积、灌溉条件及荒山造林面积等指标上。本研究对地表起伏度与农业生态环境间的内在联系进行研究，找出二者之间的关系，从而有针对性地解决当前农业生产中存在的实际问题。由于受灾面积、成灾面积、水土流失面积、造林面积等指标数值差异很大，会对分析结果产生较大影响，因此本研究以单位面积的指标值来研究地表起伏度对农业生态系统各个方面的影响。

2.1 地表起伏度对农业灾害的影响

近年来全球气候变暖加剧，极端气候事件增加，农业灾害发生频率也在不断上升［2］。受地表起伏影响，各地农业生产活动抵御自然灾害的能力存在差异，涉及指标包括农业受灾面积、成灾面积等。对地表起伏度与灾害发生频率的关系进行分析，结果见图1。

图1 不同起伏度地区农业受灾情况

从图1可以看出，成灾面积占耕地的比重随着地表起伏度增大而增大，说明高起伏度地区农业生产更容易受到自然灾害的影响，特别是旱灾。数据显示，1978年以来我国旱灾导致的成灾面积迅速增加，农作物绝收面积总体呈现上升趋势［3］。同时，成灾面积占受灾面积的比例随着地表起伏度增大也相应增大，说明高起伏度地区环境脆弱，农业生产对环境条件反应敏感、适应能力差，承灾体抵御自然灾害的能力弱，一旦受灾就很容易成灾，而遭受灾害的影响程度受当地的农业GDP、耕地面积、单位面积粮食产量、化肥施用量等共同影响［4］。

2.2 地表起伏度对单个水库库容的影响

水库消落带是生态脆弱的敏感带和易污染、易破坏带［5］，相同的储水容积，水库库容越小，需要的水库数量越多，消落带面积也就越大。图2是不同起伏度地区单个水库库容，其中单个水库库容指的是该地区水库总库容与水库数量的比值，即水库平均库容。由图2知，地表起伏度大的地区单个水库库容小，这是由于高起伏度地区地表破碎、土地分散，建设大库容水库需要的管道或渠道数量多，布设难度大，成本高，不适应当地的灌溉要求，因此要达到相同的储水容积，水库必须分散布置，导致高起伏度地区水库数量多、单个库容小、消落带面积大，对环境影响较大。由图中拟合曲线知，地表起伏度标准值每增加10%，单个水库库容将减少0.162亿 m3。

图2 不同起伏度地区单个水库库容

2.3 地表起伏度对农村面源污染治理的影响

农村人畜粪便随意排放是造成农业面源污染的重要原因之一，而生态卫生厕所具有防止疾病发生、减少用水量及污染物、重新获得及利用植物养分的特点［6］，因此提高卫生厕所普及率是农村面源污染治理和初级卫生保健规划目标中的一项重要指标［7］。本研究以不同地表起伏度地区生态厕所普及率作为面源污染治理指标，不同起伏度地区卫生厕所普及率见图3。由图3知，随着地表起伏度的增大，生态卫生厕所的普及率逐渐下降，二者之间呈较为明显的幂函数关系;在低起伏度地区，生态卫生厕所的普及率为80% ～100%，而在高起伏度地区，普及率仅为40% ～70%，说明高起伏度地区农业面源污染治理力度相对较弱。

图3 不同起伏度地区卫生厕所普及率

2.4 地表起伏度对荒山造林面积的影响

荒山造林可以增加土壤养分、总碳及活性碳含量，在一定程度上降低土壤pH值，使土壤质量向良性方向发展［8］，同时还能涵养水源、保持水土、防风固沙、净化空气，对农业生态环境保护起到积极的作用。图4是不同地表起伏度地区荒山造林面积统计结果。由图4知，高起伏度地区荒山造林占耕地面积比重明显增加，最大值接近2.0%，与低起伏度地区的最小值低于0.2%相比，相差近10倍;由拟合曲线知，地表起伏度标准值每增加10%，荒山造林面积占耕地面积的比重增加0.126%;由于地势陡峭、地表破碎，土地利用困难，加之国家大力推广实施退耕还林工程，对坡度25°以上的坡耕地普遍实施了退耕，因此高起伏度地区荒山造林面积占耕地面积的比重大于低起伏度地区。

图4 不同起伏度地区荒山造林面积

2.5 地表起伏度对水土流失的影响

一般来说，水土流失量与地表坡度及地表覆被状况关系最为密切。相比耕地，林地水土流失量较小，因此本研究主要对不同起伏度地区耕地水土流失面积进行统计，结果见图5。从图5知，水土流失治理面积与耕地面积的比值随地表起伏度增大呈现出明显的递增趋势，这是由于高起伏度地区耕地以坡耕地为主，陡坡开荒和乱砍滥伐会导致水土流失面积增加，因此因地制宜地开展坡耕地水土流失综合治理是减轻水土流失、改善农村生态环境和农业生产条件、确保粮食安全的有效手段［9］。值得注意的是，在高起伏度地区，还常常会出现水土流失面积和治理面积均比较大的情况。

图5 不同起伏度地区水土流失现状

3 结语

综合上述分析可知，地表起伏度的大小反映了地表的平整与破碎程度，对农业生态环境会产生较大影响，即随着地表起伏度的增加，成灾面积占耕地面积的比重和成灾面积占受灾面积的比重都明显增加;单个水库平均库容减小，水库分布较分散;农村面源污染治理滞后，治理力度较弱;水土流失加剧，荒山造林面积占耕地面积比重增加。

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