南方红壤侵蚀区土壤肥力质量与人为活动可达性的空间关系——以福建长汀县朱溪流域为例

陈志强，陈志彪†，陈海滨，陈丽慧

(1.福建师范大学地理科学学院，350007，福州;2.福建省漳州测绘设计研究院，363000，福建漳州)

可达性是指从空间中任意一点到达目的地的难易程度，反映了人们到达目的地过程所克服的空间阻力大小，常用距离、时间和费用等指标来衡量［1－2］。可达性的概念由W.G.Hansen［3］在1959 年提出，用于衡量交通网络中各节点相互作用机会的大小。时间地理学、交通地理学、区域经济学、城市经济学的很多概念均建立在可达性基础之上［4－5］。可达性的研究无论在对现实世界的抽象，还是在揭示区域空间结构演变机制和模拟城市动态演变过程等方面均取得了重大进展，已经成为决定个人生活方式和区域前景的一个关键性的因素［6］。由于可达性可以表征人们到达一个既定目标的难易程度，如景观生态学中景观客体的可接近性程度，而这种难易程度反过来又会对目标的格局产生影响［7－8］，因而可达性可作为目标变化的驱动因素之一［9－10］。目前，可达性已经被广泛应用于交通、城市、自然景观等方面［11］，但在南方红壤侵蚀区，以可达性表征人为活动影响并分析可达性与土壤肥力质量之间关系的研究鲜见报道。

我国南方红壤地区面积约203 万5 300 km2，占全国土地总面积的21%，水土流失面积超过60 万km2，是南方面积最大、垦殖指数最高、水土流失最严重的区域，部分地域曾一度成为南方的“红色沙漠”［12］。笔者以南方红壤侵蚀区典型代表朱溪流域为研究区域，以“3S”技术为平台，利用最小耗散距离构建人为活动可达性，揭示可达性对土壤肥力质量空间分布的影响，以期为类似区域在水土保持、生态恢复和调控等方面提供借鉴。

1 研究区概况

朱溪流域地理位置E 116°23'30″～116°30'30″，N 25°38'15″～25°42'55″，地处福建省长汀县河田镇东部，总面积4 495 万6 600 hm2。早在1940 年，福建省研究院即在该流域设立了土壤保肥试验区，开展了土壤侵蚀治理的试验研究;解放后至20 世纪90 年代初，历经多次治理，但由于种种原因，流域的土壤侵蚀问题未能根治［13］;1995 年以来，由于典型性和代表性，该流域先后被列为福建省重点治理小流域、全国水土保持生态环境建设“十百千”示范小流域［14］和全国30 条典型监测小流域之一。

朱溪流域地貌以低山、丘陵为主，河流沿岸分布有河谷盆地;气候属中亚热带季风性湿润气候，多年平均气温18.3 ℃，多年平均降水量1 700 ～2 000 mm［13］;山地土壤主要为花岗岩在长期湿热气候条件下风化发育而成的红壤、侵蚀红壤，抗蚀性极差，酸性较强，保水保肥能力较低［13］;由于长期人为破坏，原始植被几乎全部为次生林所代替。在实施水土保持措施前，侵蚀较强的区域植被盖度仅5%～10%，年生长量极低，树种单一，结构简单［13－14］。

2 数据来源与研究方法

2.1 土壤肥力质量因子提取与肥力质量评价

于2009 年7 月在研究区内进行系统的土壤采样，共采集土壤样品118 个，其中以等高线图方里网交叉点确定样点50 余个，即1 点/km2，同时对重点土地利用类型和不同地形部位进行加密，并兼顾不同土壤类型、岩性类型、水土流失类型和治理措施类型。测定的土壤肥力质量因子有土壤有机质、全氮、速效氮、碱解氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾、密度、pH 值和＜2 μm 黏粒质量分数，测定方法见表1。

为避免人为主观因素的干扰，采用SPSS 软件中的主成分分析法，以特征值大于1 作为选取主因子的条件，并由因子载荷矩阵提取公因子方差，最后确定各因子的权重值(表1)。参照表2［15］，对各因子图层进行加权叠加，重分类后得到朱溪流域土壤肥力质量等级图(图1)。

表1 朱溪流域土壤肥力质量因子测定方法及权重Tab.1 Determination methods and weights of soil fertility quality factors in Zhuxi Watershed

2.2 人为活动可达性构建

在ArcGIS 中对研究区1∶1万地形图进行数字化，建立数字高程模型。以水利部颁发的《土壤侵蚀分类分级标准》及《全国水土流失动态监测与公告项目实施方案》为依据，并参考陈志彪等［13］对河田镇根溪流域侵蚀景观的研究，对高程和坡度进行分级。

依据野外调查所建立的遥感解译标志，对SPOT 5影像进行屏幕判读，辅以专家相关知识，标注土地利用现状信息和可疑变化信息，通过详细野外验证与补判，以及查阅相关数据，咨询相关专家，逐个图斑进行核实［16］;根据野外崩岗调查资料及崩岗管理图，逐一确定崩岗类型和位置;将崩岗类型位置信息与土地利用现状信息合并，生成土地利用类型图。

表2 朱溪流域土壤肥力质量因子分级标准Tab.2 Classifying standards of soil fertility quality factors in Zhuxi Watershed

图1 朱溪流域土壤肥力质量等级图Fig.1 Quality distribution of soil fertility in Zhuxi Watershed

最小耗费距离是指从“源”经过不同阻力的景观组分所耗费的费用或者克服阻力所做的功，能够测定多种空间运动过程，实质上反映了景观对某种空间运动过程的景观阻力［15，17］，其基本公式为式中: C 为最小耗费距离;fmin是最小耗费距离函数;Dij是从源j 到空间某一点所穿越的某景观的基面i的空间距离;Ri是景观对基面i 运动的阻力［18］。

计算最小耗费距离需要确定3 个要素:“源”、阻力层和阻力值［17］。“源”具有内部同质性和向四周扩张或向“源”本身汇集的能力，居民点和交通用地是人为活动最密集的地类，可确定为最小耗费距离的“源”;根据前人研究成果及研究区实际情况，人为活动的移动主要受地形(相对高度、坡度)、土地利用类型等多种因素影响，因此，选取相对高度、坡度、土地利用类型、距离居民点和交通用地的远近作为最小耗费距离的阻力层，并根据专家打分法确定阻力值(表3)。应用ArcGIS 的耗费距离(cost distance)命令，计算每个像元离“源”的最小耗费距离，最终生成朱溪流域人为活动可达性分布图(图2)。

表3 朱溪流域人为活动可达性分级标准Tab.3 Classifying standards of human activities accessibility in Zhuxi Watershed

图2 朱溪流域人为活动可达性分布图Fig.2 Human activities accessibility in Zhuxi Watershed

3 土壤肥力质量与人为活动可达性的空间关系

朱溪流域土壤肥力质量等级图与人为活动可达性分布图叠加结果见表4。可以看出，人为活动可达性“很困难”级别中，52.30%土壤肥力质量为“中等”，34.74%为“差”，11.55%为“很差”;“困难”级别中，25.65%土壤肥力质量为“中等”，48.59%为“差”，22.15%为“很差”;“中等”级别中，15.91%土壤肥力质量为“中等”，52.18%为“差”，29.32%为“很差”。可见人为活动可达性从“中等”到“困难”到“很困难”，土壤肥力质量总体呈上升趋势。究其原因，该3 种可达性区域的可达性难度逐渐增大，导致开发利用难度增大，人为活动的干扰程度相对减少，因此，没有出现较严重的土壤侵蚀。如红畲水库东部中低山区，由于地势起伏大，无道路可通达，人迹罕至，加之多年来采取封禁治理措施，提倡生态自我修复，因而该区域土壤侵蚀较轻，土壤肥力质量总体较高。

人为活动可达性“容易”和“很容易”2 个级别中，分布着所有的“很好”和大部分“好”2 个土壤肥力质量级别，这2 个级别主要分布在流域下游农田地区，但同时，“容易”和“很容易”2 个级别所在区域地势低缓且水热等自然条件较好，容易开发利用，加之人口密度大，人类活动强度大，如坡地开发成园地、工矿开采、铁路及高速路修建等，使自然植被受到破坏，导致土壤肥力质量出现较低级别。由此可见，人为活动既可以把土壤改良为肥力较高的土壤，也会对土壤造成较大的破坏，具有双面性。

表4 人为活动可达性与土壤肥力质量的关系Tab.4 Relationship between soil fertility quality and human activities accessibility

4 结论与讨论

1) 人为活动可达性对土壤肥力质量具有重要影响。人为活动可达性难度增大往往导致开发利用成本上升，人为活动的干扰程度相对减少，从而减少土壤侵蚀和植被破坏，维持土壤肥力质量。

2) 人为活动既可以把土壤改良为肥力较高的土壤，也会对土壤造成较大的破坏，具有双面性。

要深入了解土壤肥力质量的影响机制，不仅需要对人为活动进行静态分析，还需进行动态分析。在今后的研究中，应加强人为活动的影响途径、作用强度和作用尺度的量化研究，特别是一些机制性问题的精确量化表达，从而调控人为活动的作用方向和速率，促使其在区域生态恢复与可持续发展中发挥积极的正向作用。

在研究过程中，得到长汀县水土保持局的大力支持与合作，在此表示感谢。

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