張敏 謝本軍 楊丹丹

摘要? ? 土地利用變化會(huì)對(duì)土壤侵蝕產(chǎn)生巨大影響，不合理的利用土地會(huì)加劇土壤侵蝕。本文介紹了土地利用變化對(duì)土壤侵蝕影響的3種研究方法，即利用RS和GIS技術(shù)方法、模型的計(jì)算方法、基于景觀格局指數(shù)的定量計(jì)算法，并為進(jìn)一步計(jì)算土壤侵蝕量的大小，合理地選擇研究方法提出了建議。

關(guān)鍵詞? ? 土地利用變化;土壤侵蝕;研究方法

中圖分類號(hào)? ? S157? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A? ? ? ? 文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）12-0167-02

近年來，人類面臨最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)是全球環(huán)境問題[1]。隨著社會(huì)的高速發(fā)展，人類為了追求財(cái)富過度活動(dòng)而對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了巨大影響。全球氣候變暖、沙漠化、森林銳減、土地退化與水土流失等一系列的生態(tài)環(huán)境問題層出不窮。與此同時(shí)，中國(guó)人口數(shù)量急劇增加但國(guó)土面積有限，人地關(guān)系十分緊張。因此，人類活動(dòng)的加劇成為必然趨勢(shì)且會(huì)影響土地利用變化，是土壤侵蝕的重要影響因素[2]。土地利用變化是全球環(huán)境變化的重要組成部分和主要原因[3]，它引起土壤侵蝕，破壞生態(tài)環(huán)境。目前，土壤侵蝕已經(jīng)成為全世界廣泛關(guān)注的生態(tài)環(huán)境問題[4]。

土地利用變化的原因之一是土地覆蓋表面的變化，它會(huì)隨土地覆蓋表面的變化發(fā)生相應(yīng)的增減。土地覆蓋程度的不同，會(huì)影響徑流和輸沙量的大小，當(dāng)土地利用方式發(fā)生變化時(shí)，會(huì)改變其下墊面的條件，進(jìn)而對(duì)土壤侵蝕造成影響[5]。國(guó)內(nèi)一些研究表明，植物冠層和植物覆蓋會(huì)減少降雨產(chǎn)生的沖擊力，降低徑流對(duì)土壤的沖刷作用，從而減少土壤侵蝕。章影[6]在研究丹江口庫時(shí)發(fā)現(xiàn)，在退耕還林、封山育林以及城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中，土地利用的擴(kuò)張導(dǎo)致丹江口庫土壤侵蝕面積逐年增加。因此，為了更好地探究土地利用變化對(duì)土壤侵蝕的影響程度，本文將圍繞土地利用變化對(duì)土壤侵蝕影響的幾種研究方法來分析土地利用發(fā)生變化時(shí)，如何計(jì)算土壤侵蝕量的大小以及合理選擇研究方法。

1? ? 利用RS和GIS技術(shù)方法

RS技術(shù)探測(cè)范圍大，獲取資料速度快、周期短，而GIS技術(shù)又能使計(jì)算結(jié)果圖形化，直觀簡(jiǎn)潔[7]。鑒于RS和GIS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，人們將其應(yīng)用到了土地利用變化與土壤侵蝕關(guān)系的研究中，但此方法主要應(yīng)用于區(qū)域尺度上的研究。

20世紀(jì)末，國(guó)外的研究者開始利用RS和GIS技術(shù)開發(fā)區(qū)域范圍的土壤侵蝕模型。研究者們利用RS獲取土壤侵蝕和土地利用變化的相關(guān)數(shù)據(jù)，然后利用GIS提取計(jì)算土壤侵蝕模型所需要的因子，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行區(qū)域尺度的土壤侵蝕評(píng)價(jià)。如Jong等[8]在1999年使用遙感圖像得到了地中海地區(qū)土壤侵蝕的可用數(shù)據(jù)源，通過GIS 技術(shù)考慮地形屬性和評(píng)估坡面流的運(yùn)輸能力，建立了SEMMED模型。

在利用RS和GIS技術(shù)研究方面，我國(guó)大部分研究并不是將其與土壤侵蝕模型結(jié)合而是通過遙感影像獲取土地利用和土壤侵蝕的空間變化信息，再借助GIS的空間分析功能完成土地利用和土壤侵蝕的疊加，由此而得到兩者間的關(guān)系。如王茜[9]以遙感影像為信息源，運(yùn)用GIS技術(shù)得出冀北地區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)圖，并將其與土地利用圖疊加，得到了冀北地區(qū)土地利用變化和土壤侵蝕之間的關(guān)系。

2? ? 基于模型的計(jì)算方法

USLE方程和該方程的修正版RUSLE方程是國(guó)外經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡湫痛?，其中USLE方程在國(guó)外使用率較高。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為6個(gè)因子分別相乘，即A=R×K×L×S×C×P，R為降水及徑流因子;K為土壤侵蝕性因子;L及S為地形因子;C為地表植被覆蓋因子;P為水土保持因子。在USLE方程的6個(gè)因子中，R、K、L、S 4個(gè)因子屬于自然因子，C、P 2個(gè)因子屬于人為因子。人類活動(dòng)極易導(dǎo)致這2個(gè)人為因子發(fā)生變化，尤其是C因子在經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭袑?duì)土壤流失量的影響最為顯著。當(dāng)保持其他條件不變時(shí)，便可以通過改變植被覆蓋因子得到不同土地利用狀態(tài)下的土壤侵蝕量[10]。

國(guó)內(nèi)許多學(xué)者參照國(guó)外的USLE和RUSLE經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，根?jù)研究地區(qū)的實(shí)際情況對(duì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷囊蜃舆M(jìn)行重新計(jì)算，進(jìn)而得到了適用于研究地區(qū)的修正的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。但是基于野外?shí)地調(diào)查和測(cè)量的傳統(tǒng)估算法耗時(shí)、耗力且費(fèi)用高，無法快速提取宏觀尺度上植被覆蓋因子。隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，遙感技術(shù)與模型計(jì)算方法逐漸結(jié)合，被運(yùn)用到大尺度植被覆蓋因子獲取中。通過遙感技術(shù)，植被覆蓋因子的獲取方法更加便捷、豐富。其中植被覆蓋因子常用的主要有以下幾種計(jì)算方法。通過遙感影像技術(shù)得到土地利用類型圖或者直接收集土地利用的資料，然后根據(jù)文獻(xiàn)記載的經(jīng)驗(yàn)值對(duì)不同土地覆蓋類型的C因子進(jìn)行賦值;通過植被指數(shù)建立與植被覆蓋因子有關(guān)的方程式。蔡崇法等[11]通過從小流域信息系統(tǒng)獲取的土地利用圖，利用回歸分析法，建立了植被覆蓋度與植被覆蓋因子之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式：

式中，F(xiàn)bs、Fveg、Fshade分別代表裸土、綠色植被、陰影的蓋度;白雲(yún)[13]在研究海壇島植被覆蓋度因子時(shí)，采用線性光譜模型對(duì)ETM影像進(jìn)行混合像元分解，在植被、裸土、高反照3個(gè)組分端元的基礎(chǔ)上建立了植被覆蓋因子與歸一化植被指數(shù)的之間的估算關(guān)系式：

每個(gè)地區(qū)情況存在很大的差異，在研究某一區(qū)域時(shí)，不能直接使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，需要結(jié)合研究地區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行C因子的計(jì)算。流域、區(qū)域C因子的計(jì)算是一個(gè)難點(diǎn)，需要利用模型結(jié)合遙感技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

3? ? 基于景觀格局的計(jì)算方法

早在20世紀(jì)70年代，德國(guó)便將景觀保護(hù)應(yīng)用于土壤整理方面。但直到21世紀(jì)初期，我國(guó)才將景觀格局運(yùn)用于土地利用方向。

在20世紀(jì)90年代，國(guó)外一些學(xué)者利用景觀格局指數(shù)對(duì)土壤侵蝕進(jìn)行研究。如1997年，Slattery等[14]分析出泥沙場(chǎng)地邊界輸移下的粒徑分布更能說明水流中攜帶或淤積下來的巖土顆粒的粒度特征。1999年，Takken等[15]研究表明，為了解流域內(nèi)泥沙的侵蝕情況并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其侵蝕變化，需利用空間分布數(shù)據(jù)建立相關(guān)的空間分布侵蝕模型。二者均肯定了不同土地利用類型下，景觀結(jié)構(gòu)對(duì)泥沙侵蝕的重要影響，但未深入研究與景觀格局空間分布有關(guān)的內(nèi)容。2000年，Oost等[16]提出一種和以往不同的水侵蝕模型，此模型同時(shí)考慮了土地利用變化和場(chǎng)地邊界變化對(duì)侵蝕的影響，即考慮時(shí)間變化下和空間變化下的水土流失，證實(shí)了結(jié)合景觀空間格局的模型能更好地評(píng)估環(huán)境變化對(duì)土壤侵蝕的影響。在此之后，我國(guó)也開始著力于結(jié)合景觀格局的土壤侵蝕研究。如2011年劉? 宇等[17]探究了邊界密度、斑塊分維數(shù)、斑塊豐度等12個(gè)常用景觀指數(shù)在土壤侵蝕方面的應(yīng)用，為研究生態(tài)景觀格局下的土壤侵蝕機(jī)制提供了更好的理論指導(dǎo)。同年，王計(jì)平等[18]以黃土丘陵區(qū)為研究對(duì)象，運(yùn)用景觀格局指數(shù)分析方法，避免了傳統(tǒng)景觀格局過于強(qiáng)調(diào)景觀水平對(duì)生態(tài)過程的影響的弊端，從景觀水平、斑塊類型水平、“嵌套”景觀水平等不同尺度下研究流域的土壤侵蝕情況。將景觀格局運(yùn)用于土壤侵蝕的研究，是今后一個(gè)新的研究方向，也是土壤學(xué)科發(fā)展的必然趨勢(shì)。

4? ? 結(jié)語

利用RS和GIS技術(shù)的方法、模型的計(jì)算方法、基于景觀格局指數(shù)的定量計(jì)算法，這3種研究土地利用變化與對(duì)土壤侵蝕影響的方法均具備各自的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的不足。在今后的相關(guān)研究中，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的研究目標(biāo)和研究所具備的條件和前提，合理地選擇相應(yīng)的方法。另外，目前大多數(shù)學(xué)者致力于在空間尺度上研究土地利用變化與土壤侵蝕的關(guān)系，相較于前者時(shí)間尺度上的區(qū)域?qū)Ρ妊芯勘容^薄弱。因此，可以考慮土地利用格局的差異等因素，研究同一地區(qū)的土地利用格局變化及土壤侵蝕對(duì)這種變化的響應(yīng)。土地退化、河流泥沙淤積和生態(tài)環(huán)境惡化的根本原因是土壤侵蝕，而土地開墾、過度砍伐等人類活動(dòng)是造成土壤侵蝕的主要原因，合理利用土地對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要。研究土地利用變化對(duì)土壤侵蝕的影響，對(duì)于做好水土保持工作，促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

5? ? 參考文獻(xiàn)

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