望谟河流域植被类型的地形分异分析

高 蜻，袁竟富，成星霖，潘佑静，韩文君，杜 波

(1.贵州大学林学院，贵州贵阳 550025;2.贵州省金沙县禹谟镇政府，贵州金沙 551804;3.铜仁市水利电力勘测设计院，贵州铜仁 554300)

近代工业革命以来，由于人类对林地、草地的大面积毁改，以及耕作方式的不合理，直接或间接导致了水土流失、土地退化、森林和草地等植被覆盖率下降、泥沙淤积河流，很大程度上降低了流域的调蓄能力，加剧了泥石流、滑坡、洪灾、旱灾等自然灾害的发生，使流域汛期洪水凶猛集中而泛滥成灾，枯季河道断流，水资源短缺［1］。植被作为水土流失的“防火墙”，在截留降雨、拦蓄径流和固持土壤等方面有着重要作用［2］。在同一气候区内，地形因子通过影响该区域土壤、小气候和水文等因子的分布，成为影响植被分布的重要因子之一［3］。同时，高程、坡度、坡向等地形因子直接影响着水土流失量的大小［4］。所以在水土流失严重，山洪地质灾害高发的地区，研究植被在地形上的分异情况，对进一步制定合理的开发利用方案、有效的防治措施、适宜的生态保护与管理对策具有重要的意义。笔者以ArcGIS空间地理信息系统技术为支撑，以贵州省望谟河流域内不同植被类型为研究对象，分析不同植被类型在高程、坡度、坡向等地形因子上的分异特点，得出流域内不同植被类型在地形因子上的分布特征，为当地的水土流失治理和防灾减灾提供分析依据。

1 研究区概况

望谟河流域地处贵州省望谟县中部，云贵高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，地理坐标位于 106°02'～106°12'E，25°09'～25°23'N。总面积194.31 km2，流域地势北高南低，境内山峦起伏，地形破碎，河流纵横，最高海拔1 675 m，最低海拔为545 m。地质以碳酸盐夹碎屑岩为主，河床坡度大，水土流失严重。流域属亚热带湿润季风气候，雨热同期，汛期多在5～8月，降雨集中，雨季降雨量占全年的87.3%，多年平均气温为19℃，极端最低气温为－4.8℃(1963年1月15日)，极端最高温39℃(1963年5月3日)，多年平均降雨量1 240.3 mm。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源与预处理 该研究采用的DEM数据以望谟河流域1∶10 000比例的流域地形图矢量化制作，栅格分辨率采用20 m×20 m。选用保留面积性质的等积投影(Albers投影)作为投影方法，基准面选用Beijing54坐标。植被类型数据采用的是在SPOT－5卫星2010遥感图解译的基础上，于2013年进行外业开展流域内土地利用现状调查校正，采取以线路调查为主，点面相结合的方法，结合GPS完成流域内土地利用现状调查校正，对有变动的部分进行校正修改，最终制作成分辨率为20 m×20 m的土地利用栅格图。

2.2 统计分析方法 ①通过ArcGIS10.1中的空间分析功能，以流域的DEM为基础数据提取地形因子(坡度、坡向、高程)，并对地形因子进行分级处理，面积汇总和构成比例计算;②以ArcGIS10.1为平台，利用解译的植被类型数据，对流域植被类型进行分析;③将提取的高程、坡度和坡向3个地形因子分级图分别与研究区植被类型图叠加，可以得到研究区不同高程，不同坡度，不同坡向下植被类型的分异特点。

3 结果与分析

3.1 研究区植被类型的构成 结合实际情况，将研究区植被类型分为草地、灌木林、阔叶林、针叶林、混交林、经果林、水田、旱地8类。由不同植被类型面积统计(表1)可知，研究区内各种植被类型的面积大小排序:阔叶林＞混交林＞针叶林＞水田＞灌木＞旱地＞经果林＞草地。流域主要植被类型以阔叶林为主，占流域总面积的45.64%，其次是混交林和针叶林，分别占流域面积的14.29%和13.57%，研究区水田和旱地分别占流域总面积的7.61%和5.12%，经果林占总面积的3.24%。

表1 不同植被类型面积统计

3.2 地形因子分析

3.2.1 高程因子分析。研究区最高海拔1 675 m，最低海拔545 m。对气温而言，海拔每增高100 m，年平均气温约下降0.5～0.6℃。因此，高程按照100 m为间隔划分成11级。研究区海拔高差1 130 m，由南到北呈阶梯状分布，主要高程集中在845～1 345 m之间，面积比例为68.94%(表2)。

3.2.2 坡度因子分析。根据《水土保持综合治理规划通则》［5］，将流域划为平坡(0 ～5°)，缓坡(5 ～15°)，斜坡(15 ～25°)，陡坡(25 ～35°)，急坡(35 ～45°)，险坡(＞45°)6 级。根据分级结果可知，研究区坡度在25°以上的面积占总面积的58.85%，其中陡坡面积占总面积的30.63%，其次是斜坡和急坡，分别是26.86%和23.43%，缓坡占11.73%，险坡有4.79%，平坡面积最少，只占2.56%(表3)。

3.2.3 坡向因子分析。流域的坡向可以理解为坡面的方向或者斜坡面向的方向。我国地处北半球，按照坡向是否面朝太阳进行划分［6］。研究区位于我国南方，属亚热带湿润季风气候，结合流域实际，可分为平地、阴坡、阳坡共3类。其按顺时针方向的度数从0°(正北方向)到360°(重新回到正北方向，一个完整的圆形)，－1～0°平地，0～90°和 270～360°为阴坡，90～270°为阳坡。研究区内坡向以阳坡为主，占总面积的51.45%，其次是阴坡，占总面积的48.07%，平地面积最少，只有0.48%。坡地多平地少，符合流域的山地地貌特征。

表2 不同高程面积统计

表3 不同坡度面积统计

表4 不同坡向面积统计

3.3 流域植被类型分析

3.3.1 不同高程下植被类型的分布。地球上植被的分布有明显的地带性变化，平地上表现为水平地带性，山地上表现为垂直带性［7］。研究区属于山地，相对高差大，植被在高程上的垂直带性特征明显。由不同植被类型面积百分比在高程梯度上的分布图(图1)可知，每一种植被在不同的高程梯度上都有分布，只是分布的面积和趋势有所不同。

水田的分布曲线呈先减少后增加再减少的趋势，分布在高程1 345 m以下的面积占水田总面积的95.66%。阔叶林和混交林的分布曲线相似，呈单峰型分布，但是峰值出现范围不同。阔叶林主要分布在845～1 345 m的高程梯度上，在此高程梯度上分布的面积占阔叶林总面积的75%，其中峰值出现在1 045～1 145 m的高程梯度上;混交林的分布集阔叶林和针叶林的分布特点于一体，主要分布在845～1 445 m的高程梯度上，在此高程梯度上分布的面积占混交林总面积的86.05%，峰值出现在1 145～1 245 m的高程梯度上。

草地、灌木林、旱地和针叶林4类植被类型在高程梯度上的分布曲线相似，均呈双峰型曲线。草地的峰值出现在645～745 m和1 145～1 245 m的高程梯度上，分别占草地总面积的17.01%和16.72%，在高程低于645 m和高于1 445 m的地区分布较少。灌木林峰值出现在845～945 m和1 045～1 145 m的高程梯度上，分别占灌木林总面积的15.87%和15.98%，在高程高于1 345 m的地区分布较少。旱地第1个峰值出现在645～745 m的高程梯度上，占旱地总面积的7.06%，最大峰值出现在1 045～1 145 m高程梯度，占旱地总面积的17.32%。针叶林主要分布在高程范围为945～1 545 m之间，占总面积的76.47%，在海拔低于945 m的地区分布较少，只占该地类面积的21.81%，小峰值出现在745～845 m的高程梯度，占针叶林总面的6.27%，最大峰值出现在1 245～1 345 m高程梯度，占针叶林总面积的15.76%。

3.3.2 不同坡度下植被类型分布。在一定坡长条件下，坡度加大，径流速度加快，水流在坡面上的入渗时间短，入渗量小，径流量就会增大［8］。坡度在15°以下为缓坡地，动力和重力作用相对较小，水流运动较缓，水土流失不太强烈，是条件较好的农业区;15～25°为斜坡地，水土流失相对严重，只能勉强进行农作，是农业上限区;25°以上为陡坡地，侵蚀强烈，水土流失严重，土壤贫瘠，不宜耕作，必须进行退耕还林。由不同植被类型面积百分比在坡度梯度上的分布图(图2)可知，望谟河流域不同植被类型在各坡度梯度上均有分布，均呈单峰曲线。阔叶林和针叶林在25～35°的坡度梯度上分布面积最多，分别是33.93%和36.84%;草地、灌木林、混交林、经果林、水田和旱地的峰值均出现在15～25°的坡度梯度上，在此梯度上分布的面积占自身总面积的比例最大，都在33%以上。

3.3.3 不同坡向下植被类型的分布。由望谟河流域不同植被类型面积百分比在坡向梯度上的分布图(图3)可知，各植被类型在不同的坡向上均有分布。由于平坡面积小，只有0.94 km2，各类植被在平坡上的分布都很少，所以主要对比各植被类型在阴坡和阳坡上的分布特点。针叶林和水田分布在阴坡上的面积大于分布在阳坡上的面积，针叶林在阴坡上的分布面积占该地类总面积的53.15%，比在阳坡上多6.30%，水田在阴坡上的分布面积占该地类总面积的49.07%，比在阳坡上多0.83%。草地、灌木林地、阔叶林、混交林、经果林和旱地6种植被类型在阳坡上的分布面积都大于在阴坡上的分布面积，在阳坡上的面积分别占该地类总面积的52.87%、64.98%、50.57%、52.57%、50.99%和50.61%。流域内经果林在阳坡上的分布面积比在阴坡上的分布的面积多1.98%，阔叶林在阳坡上的分布面积比在阴坡上多1.14%。

4 结论

(1)该研究以望谟河流域1∶10 000的地形图制作的分辨率为20 m×20 m的DEM为基础数据，揭示了研究区高程、坡度、坡向等地形因子的分布特征:研究区总高差1 130 m，由南到北呈阶梯状分布，高程主要集中在845～1 345 m之间，面积比例为68.94%;研究区坡度在25°以上的面积占总面积的58.86%，陡坡面积占总面积的30.63%;研究区内坡向以阳坡为主，占总面积的51.45%，其次是阴坡，占总面积的48.07%，平地面积最少，只有0.48%，坡地多平地少，符合流域山地地貌的特点。流域内高差大，坡度陡急，为地表径流提供了充分的重力势能，增加了径流的冲刷能力，正向促进了研究区水土流失强度。

(2)该研究以望谟河流域遥感解译的土地利用图为基础数据，揭示了研究区各植被类型的分布特征，研究区内的各种植被类型的面积大小排序:阔叶林＞混交林＞针叶林＞水田＞灌木＞旱地＞经果林＞草地。阔叶林是研究区的主要植被，占总面积的45.64%，混交林占流域总面积的14.29%，针叶林占流域总面积的13.57%;其次是水田、灌木林和旱地，分别占流域总面积的7.61%、6.95%和5.12%;草地和经果林在研究区内分布很少，只有1.12%和3.24%。

(3)各种植被在各高程梯度、各坡度以及各坡向上均有分布，只是分布的面积大小不一样。水田的分布曲线呈先减少后增加再减少的趋势，分布在高程1 345 m以下的面积占水田总面积的95.66%，阔叶林和混交林的分布曲线相似，呈单峰型分布，但是峰值出现范围不同，草地、灌木林、旱地和混交林等植被类型的分布曲线相似，呈双峰型曲线;不同植被类型随坡度梯度的变化均为单峰曲线，阔叶林和针叶林在25～35°的坡度梯度上分布面积最多，灌木林、混交林、经果林、水田和旱地在15～25°的坡度上分布的面积占本地类总面积的比例最大，都占本地类面积的33%以上;针叶林和水田主要分布在阴坡，而草地、灌木林、阔叶林、混交林、经果林和旱地这几种植被类型在阳坡上的分布面积都大于在阴坡上的分布面积。研究区有5.12%的面积是旱地，7.62%的面积是水田，56.89%的水田和74.87%的旱地分布在坡度＞15°的地区，该区域不属于农业生产的最佳坡地。人为的陡坡开荒破坏了土壤的稳定性，使陡急坡地段的土壤变得松弛，容易被坡面径流冲刷带走，加剧了水土流失。针对流域的特殊情况，采用何种措施进行水土保持，缓解流域频发的山洪地质灾害是下一步的研究重点。

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