江西东江源区土壤侵蚀与土地利用变化的影响研究

黄灵光，郭秋忠，周学林，方 豫*，林联盛

(1.江西省山江湖开发治理委员会办公室，330046，南昌；2.江西省遥感信息系统中心，330046，南昌)

江西东江源区土壤侵蚀与土地利用变化的影响研究

黄灵光1,2，郭秋忠1,2，周学林2，方 豫1,2*，林联盛2

(1.江西省山江湖开发治理委员会办公室，330046，南昌；2.江西省遥感信息系统中心，330046，南昌)

采用RS/GIS技术，研究东江源区1995-2000年的土地利用变化和土壤侵蚀强度变化的关系。结果表明：1)东江源区土壤侵蚀面积有所增加，强度降低；2)土壤侵蚀强度变化主要发生在林地、草地、耕地这3种土地利用方式中，其中林地土壤侵蚀强度有较为明显的增加；3)加重土壤侵蚀强度主要是林地转变为草地和耕地，而耕地向林地、林地内部之间的转化减弱了侵蚀强度。研究表明，土地利用变化是土壤侵蚀的主导因素，尤其是林地、草地和耕地之间的转化对土壤侵蚀强度的变化影响很大。其中，耕地向林地、林地内部之间的转化将对土壤侵蚀强度起到减弱效果，而林地向草地、耕地之间的转化则会加速土壤侵蚀的恶化。

东江源区；土地利用；土壤侵蚀；GIS技术

0 引言

土壤侵蚀是土地退化与水土流失等生态环境恶化的重要因素之一[1]。它不仅受地形、土壤类型等自然因素的影响，而且还受到土地不合理利用等人类活动的影响。过度的人类活动直接造成土地利用结构的转变，甚至可以人为制造并加重这一变化过程，成为土壤侵蚀最重要的影响因素[2-7]。因此，土地利用的变化可以间接反映土壤侵蚀的现状，二者有着十分紧密的关联。本文采用RS/GIS技术，通过定量方法研究、分析东江源区土壤侵蚀与土地利用变化之间的关系，为东江源区的水土流失治理和生态系统恢复提供科学依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1研究区概况

江西三百山是广东东江的源头，简称“东江源区”。东江源区位于江西省赣州市东南端，包括寻乌、安远、定南3县。地理位置：24°20′ N～25°13′ N，114°47′ E～115°53′ E。流域面积3 495.79 km2，地形地貌以山地、丘陵为主；地势北高南低，东西岭谷相间，被形象地称之为“八山半水一分田，半分道路与庄园”。该区属典型亚热带湿润季风气候，热量丰富，雨量充沛，年平均气温18.8 ℃，年降雨量1 526～1 700 mm。

1.2数据来源和分类

东江源区1995年和2000年2期土壤侵蚀强度图，为TM影像数据解译获得的江西省1995年和2000年全省水土流失遥感调查成果，由江西省水土保持研究所提供；1995年和2000年土地利用数据源于中国科学院地理所的LANDSAT TM卫星数据解译结果；以及数字化的江西省测绘局1:100 000地形图数据。按规程，土壤侵蚀强度划分为微度侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀、极强度侵蚀及剧烈侵蚀6个等级[8]，土地利用分为二级，即耕地、草地、林地、水域和建设用地5个一级类，有林地、灌木林、疏林地、其他林地和高、中、低覆盖度草地等15个二级类[9]。

1.3研究方法

土壤侵蚀的定量分析基于1995年和2000年2期土壤侵蚀等级图土地利用类型图(GRID形式)。首先，在ArcGIS软件下将各类图件数字化，通过定义投影、坐标、配准、编辑等操作，生成矢量数据，再栅格化成30 m×30 m的Grid图。然后，利用ArcGIS的叠加分析(Overlay Analysis)功能，采用转移矩阵算法，得到土地利用变化转移矩阵和土壤侵蚀强度指数(Ei)，求得1995-2000年土地利用和土壤侵蚀强度的相关数据。

2 结果与分析

2.1土地利用方式时空变化

结果表明，东江源区土地利用类型变化的主要趋势是林地和草地大量减少，水域和耕地增加(见表1)。各种土地利用类型的面积总量增减特点如下。

表1 1995年、2000年东江源区不同土地利用类型面积对比/km2

土地利用类型1995年2000年与1995年比较增减值耕地400．01406．906．89水田254．33255．120．79旱地145．68151．786．10林地2989．692981．83-7．86有林地2225．422207．68-17．74灌木林106．28114．788．50疏林地650．92629．80-21．12其他林地7．0729．5722．50草地87．1684．48-2．68高覆盖度草地79．9075．81-4．09中覆盖度草地7．267．380．12低覆盖度草地0．000．990．99水域2．976．903．93河渠0．191．781．59水库坑塘2．554．902．35滩地0．230．23-0．01工矿居民用地15．9615．980．02城镇用地3．053．240．19农村居民点12．3512．28-0．07其他建设用地0．560．46-0．10

1)耕地面积总量增加，增加面积为6.89 km2，其中旱地增加了6.10 km2。

2)林地面积总量急剧减少，其中有林地和疏林地面积大幅减少，分别减少了17.74 km2和21.12 km2，而其他林地(主要是果园)面积增加了22.50 km2。从中可反映出林地之间相互转化的面积较大。

3)草地面积总量减小了2.68 km2，主要是高覆盖度草地面积减少了4.09 km2，与之相反的低覆盖度草地面积有所增加。

4)水域面积总量相应的增加了1.59 km2。

5)工矿居民用地面积基本持平，略有增加。

利用ArcGIS中栅格数据叠加分析功能，直接或间接计算得出研究时期的土地利用转移矩阵(见表2)。各种土地利用类型的转换特点如下。

表2 1995-2000年东江源区土地利用类型转移矩阵

注：X为转出率，即a时期从i种土壤侵蚀类型转化为b时期的j种土壤侵蚀类型的比例(%)；Y为转入率，即在b时期第j种土壤侵蚀类型从a时期第i种土壤侵蚀类型转化而来的比例(%)[10]。

1)林地。特点是土地利用方式转换频繁。原有林地有99.53%，仍为2000年的林地；转出最多的是耕地，面积为8.68 km2，占原林地的0.29%；其次是转换为水域和草地，各占原有林地的0.12%和0.07%。同时，有4.2 km2的草地、2.04 km2的耕地、0.06 km2的工矿居民用地和0.01 km2的水域转换为林地，分别占2000年林地的0.14%、0.07%。转移的结果，5年间林地总量减少7.86 km2，约占1995年林地总量的0.26%。

2)草地。5年间，原有草地只有94.30%，仍为2000年的草地；其余主要转换为林地，转换了4.2 km2，占1995年草地总量的4.82%；其次为耕地，转换了0.77 km2，占0.88%。同期，林地向草地转换了1.97 km2，占2000年草地总量的2.34%；耕地向草地转换了0.02 km2。转移的结果是草地面积相对减少2.98 km2，约占1995年草地总量的3.42%。

3)水域。1995-2000年水域面积有所增加，主要为林地向水域转换了3.52 km2，占2000年水域面积的51.01%。其次是耕地向水域转换了0.42 km2，占2000年水域总量的6.09%。与此同时，水域仅向林地转换了0.01 km2。转换的结果是水域面积相对增加了133.67%。

4)工矿居民用地。特点是转入转出基本保持平衡。流出的对象是耕地和林地，分别占1995年面积的1.25%和0.38%；同时有0.28 km2的耕地流入，占2000年工矿居民用地总量的1.75%。

5)耕地。特点是转入多，转出少。转入增加的部分主要来自林地、草地和工矿居民用地，转入面积分别占2000年耕地总面积的2.13%、0.19%和0.05%。而1995年的耕地向林地、草地、水域和工矿居民用地都有流出。转移的结果是，耕地总量增加了6.89 km2，占1995年耕地总量的1.72%。

2.2东江源区土壤侵蚀强度变化

结合ArcGIS的Erase命令，叠加1995年和2000年土壤侵蚀强度等级图，得到动态变化图。再利用ArcGIS的ZonalStatistics命令和Tabulate Area命令，得到土壤侵蚀类型和强度动态变化转移矩阵(见表3、图1)。

表3 1995-2000年东江源区土壤侵蚀类型与强度动态变化转换矩阵/km2

图1 东江源区1995年与2000年土壤侵蚀图叠加结果

从各土壤侵蚀强度类型面积净变化来看，该区土壤侵蚀强度类型变化的主要趋势为(表3)。

1)微度侵蚀面积有较大幅度减少。微度侵蚀面积总体上净增加了56.51 km2，微度侵蚀与其他侵蚀强度类型出现转变。转出中，有33.03 km2的面积转变成了轻度侵蚀，有26.53 km2的面积转变成了中度侵蚀，有3.98 km2的面积转变成了强度侵蚀，仅有1.35 km2的面积转变成了极强度侵蚀，总共转出的面积为64.89 km2。除了转出外，其他的5种侵蚀强度类型亦发生微度侵蚀的转入，其中以轻度、中度侵蚀转入的最多。由于转出的数量远大于转入的数量，微度侵蚀面积呈较大幅度减少的趋势。

2)轻度侵蚀的面积大幅度增加。轻度侵蚀的面积净增加了24.28 km2。总的转出量为11.25 km2，其中主要转出为微度侵蚀的面积为4.34 km2，转出为中度、强度侵蚀的面积也较大；而转入中以微度和剧烈侵蚀为主，转入量分别为33.03 km2和1.44 km2。可见转入面积较大，总体上面积在大幅增加。

3)中度侵蚀面积增加。中度侵蚀面积净增加了12.55 km2，总的转出量为22.05 km2，而转入量为34.51 km2。可见，总体上中度侵蚀面积有所增加。

4)强度侵蚀面积呈大幅度增加。强度侵蚀面积增加了32.19 km2。总的转出量仅为2.9 km2，而转入量为35.09 km2，主要有中度、极强度和微度侵蚀转入。由于转入的数量远大于转出的数量，强度侵蚀面积呈大幅度增加的趋势。

5)极强度侵蚀有所减少。极强度侵蚀面积减少了10.06 km2，减少的面积主要向强度侵蚀转出了11.49 km2，占1995年极强度侵蚀面积的35.81%。

6)剧烈侵蚀有所减少，但减少量不大。剧烈侵蚀面积仅减少了2.44 km2。

2.3土地利用变化和土壤侵蚀强度的关系

通过对1995年和2000年2期东江源区土地利用变化图和土壤侵蚀强度变化图进行叠加，并计算出土壤侵蚀强度(Ei)，结果见表4、图2。

由表4可知，土壤侵蚀强度增加主要发生在耕地、林地、草地这3种土地利用方式中，而工矿居民用地的土壤侵蚀强度有所减小。

表4东江源区1995-2000年各土壤侵蚀强度指数变化表

土地利用类型1995年2000年与1995年比较增减值百分比/%耕地168．93170．091．160．69林地122．66125．642．982．43草地387．52393．536．011．55水域102．55120．107．557．36工矿居民用地122．81116．25-6．56-5．34

进一步研究该区土壤侵蚀强度变化的土地利用方式，结果如下(表5和表6)。

1)林地内部之间的转换，尤其是在有林地向其他林地(主要是果园)的转换过程中，使得土壤侵蚀强度呈现增强的态势。具体表现在微度侵蚀转变为轻度、中度侵蚀的面积分别是28.98 km2、22.94 km2，而同期林地由轻度、中度侵蚀转变为微度侵蚀的面积分别是2.73 km2、0.52 km2。转换过程中，中度侵蚀转变为强度侵蚀的面积为11.51 km2、极强度侵蚀转为强度侵蚀的面积为11.43 km2。由表5、表6可知，有林地、疏林地面积减少，其他林地增加是导致林地土壤侵蚀强度增加的一个重要因素。

表5 各种侵蚀强度类型增加主要发生的土地利用方式面积统计/km2

注:1微度侵蚀，2轻度侵蚀，3中度侵蚀，4强度侵蚀，5极强度侵蚀，6剧烈侵蚀。

表6 各种侵蚀强度类型减弱主要发生的土地利用方式面积统计/km2

注：1 微度侵蚀，2 轻度侵蚀，3 中度侵蚀，4 强度侵蚀，5 极强度侵蚀，6 剧烈侵蚀。

图2 经叠加后的土地利用图和土壤侵蚀强度变化图

2)不同土地利用方式之间的转化对土壤侵蚀变化的影响主要体现在林地与草地、耕地的转变。林地向草地的转变过程中，土壤侵蚀强度增加的面积是1.43 km2，而林地向耕地转变过程中土壤侵蚀强度增加的面积是0.99 km2。这表明该区毁林造田引起的水土流失情况比较严重，应引起高度重视。

3 结论

在研究时段内，东江源区的土壤侵蚀程度有所增加，尤其是林地、草地和耕地之间的转化对土壤侵蚀强度的变化影响很大。具体表现为，耕地向林地、林地内部之间的转换对土壤侵蚀强度起到减弱效果，而林地向草地、耕地之间的转换化加速了土壤侵蚀的恶化。从研究区的土壤侵蚀强度量上分析，轻度侵蚀和强度侵蚀增加最多，由此引发的水土流失程度变化须作进一步研究。

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EffectsStudyingonSoilErosionandLandUseChangeinDongjiangSourceRegion,JiangxiProvince

HUANG Lingguang1,2,GUO Qiuzhong1,2,ZHOU Xuelin2,FANG Yu1,2*,LIN Liansheng2

(1.Office of the Mountain-River-Lake Development Committee of Jiangxi Province,330046,Nanchang,PRC;2.Center for Remote Sensing Information of Jiangxi Province,330046,Nanchang,PRC)

Use RS/GIS technology,had study on the changes of the land use,the intensity changes of soil erosion,and its relationship,in the Dongjiang′s source region,between 1995 to 2000,In this paper.The results showed that:1)in the source area,soil erosion has increased and lower intensity;2)soil erosion intensity changes occurred mainly in woodland, grassland,arable land use patterns,in which the intensity of forest soil erosion have a more significant increase;3)the soil erosion intensity increased is mainly grassland and woodland into farmland,but the conversion of farmland to forest,to weakened the between erosion intensity of woodland.Research shows that land use change is the dominant factor in soil erosion,especially soil erosion intensity changes greatly is in the conversion of between woodland,grassland and farmland.Among them,the conversion of farmland changes to forest,and between woodlands internal conversion will increase lost water and soil,and soil erosion is accelerated.In the other hand,grass land and wood land conversion to arable land,will diminished effect of soil erosion.

Dongjiang′s source region;land use;soil erosion;GIS technique

2014-05-21;

2014-06-24

黄灵光(1981-)，男，江西南城人，硕士，工程师，研究方向：生态环境遥感监测。

江西省科技计划项目(编号: 2001ZBBG0045)；江西省科学技术合作项目(编号:2007BN18800)。

*通讯作者：方 豫(1970-)，女，福建莆田人，研究员，硕士,研究方向：遥感与GIS技术在生态、流域管理中的应用。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.04.010

S157

A

1001-3679(2014)04-0467-06