黄河流域水土流失遥感监测中土地利用现状分类体系构建

高云飞, 李智广, 刘晓燕

(1.黄河水利委员会 黄河上中游管理局, 陕西 西安 710021;2.水利部 水土保持监测中心 北京 100053; 3.黄河水利委员会, 河南 郑州 450003)

中国是世界上水土流失最严重的国家之一，水土流失现在是中国面临的最严重的环境问题之一。据调查[1]显示，截止到20世纪末，中国水土流失总面积达4.85×106km2，占中国国土总面积的51.1%。降雨和下垫面是影响水土流失的主要因素，下垫面因素又包含土地利用、植被、土壤、地形等因子[2-3]。其中土地利用类型是反映下垫面状况的主要指标之一，也是流域水土流失状况(水土流失量、流失面积和分布等) 评价的核心基础数据。不同土地利用类型的水土流失规律、水土保持效益及分析评价方法都存在显著差异[4-5]。中国的水土保持监测明确提出按土地利用类型说明土地利用情况[6]。目前黄河流域水土流失遥感监测主要是沿用《土地利用现状分类》(GB/T 21010—2007)，尚未根据工作的需要建立相应的土地利用现状分类体系。

基于此，本研究基于水利部颁布的土壤侵蚀分类分级标准[7]，并根据水土流失遥感监测评价的实际需要，构建了黄河流域水土流失遥感监测的土地利用分类体系，并验证了用该分类体系进行水土流失评价的合理性，旨在为黄河流域水土流失评价提供依据。

1 现有分类体系

1984年发布的《土地利用现状调查技术规程》规定了《土地利用现状分类及含义》。其土地利用现状分类采用两级系统，8个Ⅰ级类，46个Ⅱ级类，并可按实际情况进行Ⅲ,Ⅳ级分类。1989年颁发的《城镇地籍调查规程》规定了《城镇土地分类及含义》，将全国城镇土地采用两级分类，城镇土地分为10个Ⅰ级类，24个Ⅱ级类。2007年发布了《土地利用现状分类》(GB/T 21010-2007)，采用Ⅰ,Ⅱ级两个层次的分类体系，共分12个Ⅰ级类，56个Ⅱ级类，标志着中国土地利用现状分类第一次拥有了全国统一的国家标准[8]。

2011年，第一次全国水利普查水土保持普查以《土地利用现状分类》(GB/T21010-2007)为主，参考1984年制订的《土地利用现状调查技术规程》，制定了野外调查单元土地利用现状分类表，采用土地利用现状分类Ⅱ级系统，包括耕地、园地、林地、草地、居民点及工矿用地、交通运输用地、水域及水利设施用地和其他土地8个Ⅰ级类型以及17个Ⅱ级类型[9]。

2015年，中国科学院地理科学与资源研究所在编制1∶10万比例尺土地利用现状图时，采用土地利用现状分类Ⅱ级系统，包括耕地、林地、草地、水域、居民地和未利用土地6个Ⅰ级类型以及25个Ⅱ级类型[10]。

2015年形成了全国水土流失动态监测与公告项目参考标准，结合区域水土流失动态监测需求，制定了水土流失重点区域土地利用统计表，包括8个Ⅰ级类型以及24个Ⅱ级类型[11]。

2 存在问题

《土地利用现状分类》(GB/T 21010-2007)中的“土地利用类型”是根据土地利用的地域差异划分的反映土地用途、性质及其分布规律的基本地域单位，而不是反映水土流失特点的土地资源单元。水土流失遥感监测与其他行业部门关注土地利用类型的侧重点不同，沿用既有分类标准没有突出梯田、淤地坝、在建开发建设项目等对水土流失影响较大的地类。同时，单独划分居民点、水域、裸岩等水土流失轻微的地类，大大降低了监测效率。对水土流失监测沿用既有的土地利用分类体系主要存在以下几个方面的问题。

(1) 部分地类划分过粗，其内部水土流失差异显著。从水土流失角度而言，部分地类内部实际上又包含着几个子地类，各子地类之间水土流失状况差异很大，现有土地利用分类体系中没有进一步细分。既有分类体系中将耕地划分为一个Ⅰ级类，坡耕地、梯田和平原旱地等地类作为耕地的Ⅱ级类。耕地的水土流失主要影响因素是坡度。坡耕地水土流失严重，梯田和平原旱地水土流失轻微，梯田、坡耕地、平原旱地三者水土流失差异显著划分为一个地类不能有效地评价水土流失状况。

(2) 部分地类划分过细，各地类之间评价指标方法一致或水土流失差异很小。从水土流失评价角度来看，部分地类之间采用的水土流失评价指标方法一致或水土流失状况差异很小，没有必要进一步细分。如在《土地利用现状分类》(GB/T 21010-2007)中，Ⅰ级类中的林地、草地及对应Ⅱ级类中的6个Ⅱ级类，按照标准[4]进行土壤侵蚀强度分类分级时，参考的指标均为覆盖度和坡度；Ⅱ级类中的城镇居民点、农村居民点和Ⅰ级类中的交通运输用地、公共管理与公共服务用地等，水土流失都很轻微。各地类单独划分对评价水土流失状况意义不大，沿用既有分类体系开展水土流失监测工作，大大降低了监测效率。

(3) 部分特定的水土流失监测对象没有体现。部分黄河流域特定的水土流失监测对象，如黄土高原的淤地坝，是黄河流域主要的水土保持措施之一，人民治黄70 a(1946—2015年)以来，累计拦减泥沙9.54×109t[12]，防治水土流失效果十分显著，但没有体现在目前的土地利用分类体系中。

(4) 没有必要进行多个层次的划分。土地利用现状分类中使用了Ⅰ,Ⅱ级类等多个层次来划分，在进行水土流失评价的时候，主要考虑的是坡度、植被覆盖度等因素，而不考虑每一种地类的具体类别，故在利用既有土地利用分类体系进行水土流失监测评价时，只需将土地利用划分为一个层次即可。

3 材料与方法

3.1 构建原则

遵循以下原则构建黄河流域水土流失遥感监测的土地利用现状分类体系：

(1) 科学性原则。以不同地类水土流失的差异为出发点，能够较为客观和真实的反映水土流失机理和来源，能体现人类活动强度等，保证各地类间的独立性。

(2) 可行性原则。构建的土地利用现状分类体系，要满足遥感基础数据易获取，技术方法易推广，经费、人员等具有可操作性。对于划分可行性差的地类，在本次分类体系中暂不单列。

(3) 完整性原则。要充分考虑黄河流域土地利用现状，保证与水土流失相关的主要土地利用类型全覆盖。

3.2 构建方法

依据以上原则，基于土壤侵蚀分类分级标准[4]的应用需求，根据土壤侵蚀要素及特点，参考既有土地利用分类体系，构建了黄河流域水土流失遥感监测土地利用现状分类体系，包括坡耕地、梯田、林草地、在建工矿用地、淤地坝、沙地和其他用地7个类型(详见表1)。以下对这7个类型进行详细说明：

(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、作物产量低。坡耕地在黄河流域分布较广，是黄河流域水土流失的主要来源地之一。截至1999年，黄河流域仅山西段15°以上坡面的耕地有6 170 km2[13]。

(2) 梯田指在山区沿等高线方向修筑的条状阶台式田地，是黄河流域主要的水保工程措施之一，水土保持作用显著，分布广、数量多。截至2015年，黄河流域梯田面积为5.50×104km2，约占水土流失面积的12%。梯田的水土保持作用不仅仅局限于梯田自身，当流域的梯田比大于35%～40%后，流域减沙可稳定在90%左右[14]。

(3) 林草地指以生长乔木、竹类、果树、灌木和草本植物的用地，包括及地表土质覆盖、基本无灌草覆盖(覆盖度<5%)的用地。黄河流域林草地分布面积广，是水土流失的主要来源地之一。不同林草地水土流失的强弱主要体现在郁闭度/覆盖度、坡度上的差异，可通过遥感影像、DEM等其他数据进一步区分。

(4) 在建开发用地指正在建设的交通运输、工矿、住宅、商服等用地。近年来，随着经济的高速发展，这类用地的面积增加很快。在建设过程中，对原地表和生态环境破坏较大，水土流失往往十分严重，是水土保持监督监测的重点。

(5) 淤地坝指在黄土高原各级沟道中，以拦泥淤地为目的而修建的坝工建筑物，是黄河流域特有的主要水保工程措施之一。淤地坝拦减泥沙的效果十分显著，受遥感影像判读限制，本分类中的淤地坝主要指总库容≥1.0×105m3的中型坝和骨干坝。截至2011年底，此类淤地坝约有16 920万座[15]。

(6) 沙地指地表为沙覆盖、基本无植被的用地。这类用地风蚀严重，在黄河流域分布较广，在标准[4]中，针对风蚀沙地，有明确的分级规定，需单独列出。

(7) 其他用地指无水土流失或水土流失轻微的土地利用类型。包括原有分类体系中的水田、水浇地和分布在5°以下坡面的旱地，水域和水利设施用地，已建成的居民点、工矿、交通用地，设施农用地、盐碱地、沼泽地、裸岩等。该类型无水土流失或水土流失轻微，不需要单独划分。

表1 黄河流域水土流失遥感监测土地利用监测分类体系

4 结果与分析

基于2012年资源3号2.1 m分辨率的全色波段与5.8 m多光谱波段融合后的影像，按照全国水土流失动态监测与公告项目土地利用分类体系，采用人机交互式判读的方式，解译形成了黄河流域准格尔旗、吴起县、永靖县、定西市安定区和洛宁县5个水土流失重点县的土地利用成果。结合对应区域的植被覆盖度和坡度数据，参考土壤侵蚀分类分级标准[7]，对土壤侵蚀状况进行评价，评价成果已正式发布[16]。

采用本文构建的土地利用分类体系，对5个县的土地利用成果重新进行分类，形成新的土地利用成果。典型县既有分类体系[11]和本研究分类体系的不同土地利用类型的图斑数对比如表2所示。5县所采用的本研究的分类体系较原分类成果的图斑数明显大大减少，5县的总图斑数平均减少59.98%。其中，吴起县总图斑数减少最多，达到73.49%，安定区总图斑数减少最少，也达到33.40%。

表2 研究区典型县的2个分类体系的土地利用类型图斑数对比 个

注：既有分类体系中的其他用地为该分类体系下除坡耕地、梯田、林草地、在建开发用地、淤地坝、沙地以外的所有地类。

基于新的土地利用分类体系，重新评价土壤侵蚀状况(植被覆盖度、坡度数据相同)。坡耕地和林草地类型，按表3进行土壤侵蚀强度分级。沙地类型结合对应区域的植被覆盖度数据，按表4进行土壤侵蚀强度分级。在建开发用地类型结合野外调查数据确定。梯田、淤地坝和其他用地类型按微度赋值。

表3 研究区水力侵蚀强度分级参考指标

表4 研究区风力侵蚀强度分级指标

基于2个土地利用分类体系，得到的土壤侵蚀面积、各等级土壤侵蚀强度和分布结果一致，表明本文提出的土地利用分类体系在进行流域尺度水土流失评价时是可行的。在流域尺度水土流失评价以人机交互式判读为主的现行解译方式下，应用本研究的土地利用分类标准，将大大提高水土流失遥感监测效率。

5 讨论与结论

(1) 本研究以黄河流域不同地类水土流失的差异为出发点，按照科学性、可行性和完整性原则，根据水土流失监测评价的需求和特点，参考国家土地利用现状分类标准和水利部颁布的土壤侵蚀分类分级标准，构建了黄河流域水土流失遥感监测土地利用现状分类体系，包括坡耕地、梯田、林草地、在建开发用地、淤地坝、沙地和其他用地7个类型。

(2) 对5个典型县分别按照既有和本研究所构建的土地利用分类体系进行了土壤侵蚀评价，评价结果表明，在获取同等精度水土流失评价结果的同时，大大提高黄河流域水土流失遥感监测的效率，对全国及大区域尺度的水土流失遥感监测也具有较高的参考价值。

(3) 水土流失遥感监测的土地利用分类分级体系与获取土地利用后采用的评价模型密切相关，本文建立的土地利用分类体系适用于土壤侵蚀分类分级标准中的评价规定，在应用其他模型评价时，还需要进行相应的调整。

[1] 李智广,曹炜,刘秉正,等.我国水土流失现状与发展趋势研究[J].中国水土保持科学,2008,6(1);58-62.

[2] 卫伟,陈利顶,傅伯杰,等.半干旱黄土丘陵沟壑区降水特征值和下垫面因子影响下的水土流失规律[J].生态学报,2006,26(11):3847-3853.

[3] 满建利,姜成彭,红霞,等.降雨因素和不同土地利用方式对水土流失的影响[J].水土保持研究,2010,17(1):31-34.

[4] Feng Qiang, Zhao Wenwu, Wang Jun, et al. Effects of different land-use types on soil erosion under natural rainfall in the Loess Plateau[J]. Pedosphere, 2016,26(2):243-256.

[5] 闫胜军,郭青霞,闫瑞,等.不同土地利用类型下水土流失特征及雨强关系分析[J].水土保持学报,2015,29(2):45-49.

[6] 赵辉,陈康,尹义莉.构建我国水土保持监测空间尺度体系的思考[J].中国水土保持,2013(6):1-5.

[7] 中华人民共和国水利部.(SL190-2007)土壤侵蚀分类分级标准[S].北京:中国水利水电出版社,2008.

[8] 陈百明,周小萍.《土地利用现状分类》国家标准的解读[J].自然资源学报,2007,22(6):994-1003.

[9] 国务院第一次全国水利普查领导小组办公室.第一次全国水利普查培训教材之6:水土保持情况普查[M].北京:中国水利水电出版社,2010.

[10] 中国科学院资源环境科学数据中心.2015年中国土地利用现状遥感监测数据[EB/OL].(2017-02-27)[2017-12-05].http://www.resdc.cn/data.aspx?DATAID=184.

[11] 水利部水土保持监测中心.全国水土流失动态监测与公告项目水土流失重点区域监测成果整编工作手册(试行)[Z].2015.

[12] 高健翎,高云飞,岳本江,等.人民治理黄河70 a水土保持效益分析[J].人民黄河,2016,38(12):20-23.

[13] 刘晶妹,马巨革.黄河流域山地段坡耕地利用问题与对策[J].中国土地科学,2003,17(2):59-64.

[14] 刘晓燕,王富贵,杨胜天,等.黄土丘陵沟壑区水平梯田减沙作用研究[J].水利学报,2014,45(7):793-800.

[15] 罗西超.黄土高原淤地坝建设现状及其发展思路[J].中国水土保持,2016(9):24-25.

[16] 中华人民共和国水利部.中国水土保持公报(2013)[DB/OL].(2013-12-31)[2017-12-05]http://www.mwr.gov.cn/sj/tjgb/zgstbcgb/201612/t20161222_776095.html.