长株潭城市群生态绿心区域土壤侵蚀研究

杨丽丽，文仕知，邢元军

（1.中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004；2. 国家林业局 中南林业调查规划设计院，湖南 长沙 410014）

我国是世界上水土流失最严重的国家之一，由土壤侵蚀导致的水土流失已成为我国主要的环境问题[1-3]。城市水土流失属典型的人为加速侵蚀[4-5]，加速了城镇化进程[6]。近年来，城市水土流失、城市水土保持成为社会关注的重点。长株潭城市群位于京广经济带、泛珠三角经济区和长江经济带的结合部，其生态绿心地区位于长沙、株洲、湘潭三市交界地带，是长株潭城市群的“绿肺”和重要的生态屏障[7]，对该区域的生态安全发挥重要的作用。为了加快该区域水土流失预防和治理，及时、全面、准确地掌握水土流失情况，为长株潭城市群绿心地区经济社会发展提供科学依据。2015年，湖南省水土保持监测总站与中南林业科技大学共同承担了 “湖南省长株潭生态绿心地区水土流失动态监测”项目，以期以调查数据为基础，结合湖南省水土保持监测网络数据、生产建设项目水土保持监测数据、水文数据等，逐步建立切合长株潭绿心地区生产建设项目水土流失预测预报模型和生产建设项目水土保持监测管理图形数据库系统，从而逐步实现该区域水土保持管理工作的自动化、信息化和数字化。

1 研究区概况

长株潭城市群生态绿心区范围基本为长沙、株洲和湘潭三市的交汇地区，北至长沙绕城线及浏阳河，西至长潭高速西线，东至浏阳柏加镇，南至湘潭县梅林桥镇，共有16个乡镇，1个示范区，4个街道办事处。地貌以丘陵为主，大部分地区海拔在100～300 m之间（不含湘江）。研究地气候属亚热带季风性湿润气候，年平均气温17.6 ℃，年均降水量1 500 mm，年均相对湿度80%左右。绿心地区水资源丰富，有湘江、浏阳河等众多河流水库溪塘，但降水量分布不均，夏秋易涝易旱。该区是湖南省经济文化的中心，人口密集，交通发达，土地利用率高，原生植被破坏严重，人工林（马尾松、杉木纯林）占了大部分，剩下少量的天然植被，森林覆盖率为37.6%。土壤主要是红壤，成土母质岩为页岩、砂砾岩、花岗岩为主，土层较厚，肥力中等。长株潭城市群生态绿心区总面积为52 287.00 hm2。其中，长沙为30 569.10 hm2，占58.46%；株洲为8 235.91 hm2，占15.75%；湘潭为13 481.99 hm2，占25.78%。

图1 湖南省长株潭生态绿心地区范围Fig.1 The range of the ecological“green-core” area of Changzhutan urban cluster

2 研究方法

根据《全国土壤侵蚀遥感快速调查工作规程》（1999年试行稿），将长株潭城市绿心区土壤侵蚀等级划分为轻度、中度、强烈、极强烈、剧烈5个等级。

根据中华人民共和国水利部 2008年1月4日颁布的《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190—2007)，结合实际情况，将本研究中土壤侵蚀坡度分为0 ～ 5°、5°～ 8°、8°～ 15°、15°～ 25°、25°～35°、＞35°，土壤侵蚀林草覆盖度分为＜30%、30%～45%、45%～60%、60%～70%。

2015年7月，准备了以下相关资料：（1）长株潭绿心地区行政界线矢量文件、（2）长株潭绿心地区1∶10 000地形图、（3）2013年0.5 m高分辨率航空影像、（4）2015年3月1.0 m Google遥感影像。2016年8月，利用ENVI5.2、ArcGIS10.2等相关软件对不同地类（非耕地、坡耕地、工程建设用地）的遥感图像进行了详细判读。

内业数据处理标准如下：

（1）确定湖南省长株潭生态绿心地区实际界线：界线以民政部门给定的区县、乡镇街道行政界线为准，除有法定文件依据相应修改外，一般不予变。

（2）建立遥感解译标志：全面观察调查区内的遥感影像，在了解生态绿心地区地貌、植被等概况的基础上，根据解译任务制定统一的分类系统，通过长沙县跳马乡的实地调查和室内分析对判读类型的定义、现地实况形成统一的认识，并把遥感影像、实地照片和特征描述等综合形成直观影像特征（包括色彩、形状、纹理、位置、分布等），建立遥感影像解译标志，供各小组内业区划判图参考。

（3）图斑内业区划：遥感解译标志建立后，采用ArcGIS10.2平台进行判读区划操作，以高分辨率遥感图、地形图为基础对乡镇面数据库进行修整、分割等处理，形成外业调查使用的新图斑图层，新图斑图层的属性字段包括图斑号、覆盖度、坡度、侵蚀程度、地类、高差、水平距离、备注、面积和外业图斑号等10个字段。

2015年9月，内业数据处理后，抽取样本进行现场调查，外业标准如下：

（1）外业调查图表标准：外业调查手图以乡镇为基准，幅面A2，比例尺为1∶10000，图斑标注仅标注图斑号，若一幅图内无法将乡镇全部涵盖，可分2～3次出图；外业调查表以内业判读数据为基准，将其导入至样板表中，并注明乡镇、调查人及调查日期。

（2）抽样数量：按照精度要求，以勾画图斑数量的30%进行外业核实，抽样方式按照图斑结尾数字确定，按照3、6、9尾数确定外业核实图斑。

（3）图斑调绘：外业图斑图表实地逐图斑验证时，对图斑界线修正与核实。

（4）图斑因子填写：依托地形图，利用ArcGIS10.2软件量算图斑所处地形水平距离、高差求得坡度，通过目视判读填写图斑覆盖度。外业调查需要验证核实的图斑因子在外业卡片的修改区域进行修正，增加的图斑用阿拉伯数字按调查顺序编写临时图斑号。

3 结果与分析

3.1 土壤侵蚀面积分布状况

由表1可知：湖南省长株潭绿心地区总面积（hm2）为52 287.00，表现为长沙市（30 569.10）＞湘潭市（13 481.99）＞株洲市（8 235.91）；土壤侵蚀面积（hm2）为3 617.56，表现为长沙市（2 095.99）＞湘潭市（918.74）＞株洲市（602.83），绿心区土壤侵蚀占绿心区总面积的6.92%。从侵蚀比例来看，株洲市的土壤侵蚀率最高，长沙次之，湘潭最低。

表1 长株潭绿心地区土壤侵蚀面积Table 1 Soil erosion area of the ecological“green-core”area of Changzhutan urban cluster

3.2 不同管制空间分区土壤侵蚀分析

根据《湖南省长株潭绿心地区总体规划》（2010—2030）将湖南省长株潭绿心地区划分为禁止开发、限制开发和控制建设3个区，其面积分别为 26 368.88、19 955.76 和 5 962.36 hm2。不同管制空间分区面积见表2。

根据地类分类，将土壤侵蚀分为了非耕地、坡耕地和工程建设用地三大类型。不同用地类型土壤侵蚀地类面积见表3。长株潭绿心地区禁止开发区内土壤侵蚀面积为1 895.44 hm2，占禁止开发区面积的7.19%，其土壤侵蚀面积（hm2）大小表现为工程建设用地（901.82）＞非耕地（846.81）＞坡耕地（146.81）。

表2 长株潭绿心区不同管制空间分区面积Table 2 Area of different regulatory space partition of the ecological“green-core” area of Changzhutan urban cluster

表3 长株潭绿心地不同管制空间、不同地类土壤侵蚀面积Table 3 Soil erosion area of different regulatory space partition and different land types of the ecological“green-core” area of Changzhutan urban cluster

长株潭绿心地区限制开发区内土壤侵蚀面积为875.73 hm2，占限制开发区面积的4.39%，其土壤侵蚀面积（hm2）大小表现为非耕地（510.57）＞工程建设用地（322.03）＞坡耕地（43.13）。绿心地区控制建设区内土壤侵蚀面积为846.39 hm2，占控制建设区面积的14.20 %，其土壤侵蚀面积（hm2）大小表现为工程建设用地（696.39）＞非耕地（132.61）＞坡耕地（17.39）。绿心地区不同区域土壤侵蚀面积占该区面积的比例（%）表现为控制建设区（14.20）＞禁止开发区（7.19）＞限制开发区（4.39）。

绿心区禁止开发区内土壤侵蚀占该区侵蚀面积的比例（%）表现为：工程建设用地（47.58）＞非耕地（44.68）＞坡耕地（7.75）。绿心区限制开发区内土壤侵蚀占该区侵蚀面积的比例（%）表现为：非耕地（58.30）＞工程建设用地（36.77）＞坡耕地（4.93）。绿心区控制建设区内土壤侵蚀占该区侵蚀面积的比例（%）表现为：工程建设用地（82.28）＞非耕地（15.67）＞坡耕地（2.05）。

无论是禁止开发区、限制开发区和控制建设区，长沙、株洲、湘潭均表现为控制建设区土壤侵蚀占该区面积比例最大。对于限制开发区，长沙、株洲、湘潭均表现为非耕地所占的土壤侵蚀面积比例最大，工程建设用地次之，坡耕地最小。对于禁止开发区和控制建设区，长沙、湘潭均表现为工程建设用地所占的土壤侵蚀面积比例最大，非耕地次之，坡耕地最小。对于禁止开发区，原则上不允许开发建设，即便如此，仍有7.19%的侵蚀量，其中47.58%由工程建设为主，其中以湘潭最为突出，禁止开发区的工程建设用地侵蚀占56.42%，湘潭的禁止开发区需从严加强管理。

3.3 不同土地类型土壤侵蚀分析

根据地类分类，将土壤侵蚀分为非耕地、坡耕地、工程建设用地三大类。由表4可知，长株潭生态绿心区域范围内非耕地类土壤侵蚀面积为1 489.99 hm2，占绿心地区总面积的2.85%，占侵蚀面积的41.19%；其侵蚀面积（hm2）表现为长沙市（744.42）＞株洲市（381.09）＞湘潭市（364.48），但非耕地类土壤侵蚀面积占所在城市面积的比例（%）则表现为株洲市（4.63）＞湘潭市（2.70）＞长沙市（2.44）。

表4 长株潭绿心区不同地类土壤侵蚀面积Table 4 The area of different land types of soil erosion of ecological“green-core” area of Changzhutan urban cluster hm2

坡耕地类土壤侵蚀面积为207.33 hm2，占绿心地区总面积的0.40%，占侵蚀面积的5.73%；其侵蚀面积（hm2）表现为长沙市（173.90）＞湘潭市（30.04）＞株洲市（3.39）。坡耕地类土壤侵蚀面积占所在城市面积的比例（%）也表现为：长沙市（0.57%）＞湘潭市（0.22%）＞株洲市（0.04%）。

工程建设用地类土壤侵蚀面积为1 920.24 hm2，占绿心地区总面积的4.24%，占侵蚀面积的53.08%，其侵蚀面积（hm2）表现为：长沙市（1 177.67）＞湘潭市（524.22）＞株洲市（218.35）。工程建设地类土壤侵蚀面积占所在城市面积的比例（%）表现为：湘潭市（3.89）＞长沙市（3.85）＞株洲市（2.65）。

绿心地区非耕地地类不同强度土壤侵蚀面积（hm2）表现为：中度侵蚀（698.03）＞轻度侵蚀（483.22）＞强烈侵蚀为（242.79）＞极强烈侵蚀（54.69）＞剧烈侵蚀（11.26）。

绿心地区坡耕地地类不同强度土壤侵蚀面积（hm2）表现为：中度侵蚀（61.72）＞强烈侵蚀（60.75）＞极强烈侵蚀（39.03）＞轻度侵蚀（25.13）＞剧烈侵蚀（10.70）。

绿心地区工程建设用地地类不同强度土壤侵蚀面积（hm2）表现为：强烈侵蚀（1 034.29）＞中度侵蚀（576.56）＞极强烈侵蚀（217.73）＞剧烈侵蚀（66.73）＞轻度侵蚀（24.93）。

3.4 不同侵蚀强度土壤侵蚀分析

根据水力侵蚀程度分级指标，将土壤侵蚀分为轻度侵蚀、中度侵蚀、强烈侵蚀、极强烈侵蚀和剧烈侵蚀5个类型。

由表5可知，长株潭绿心地区土壤侵蚀面积为3 617.56 hm2，占区域总面积的6.92%。土壤侵蚀面积（hm2）总体表现为：强烈侵蚀（1 338.62）＞中度侵蚀（1 336.49）＞轻度侵蚀（543.28）＞极强烈侵蚀（310.48）＞剧烈侵蚀（88.69）。

长沙市土壤侵蚀面积为2 095.99 hm2，占区域范围内长沙市面积的6.86%，土壤侵蚀面积（hm2）总体表现为：中度侵蚀（788.63）＞强烈侵蚀（787.57）＞轻度侵蚀（282.42）＞极强烈侵蚀（176.71）＞剧烈侵蚀（60.66）。

株洲市土壤侵蚀面积为602.83 hm2，占区域范围内株洲市面积的7.32%，土壤侵蚀面积（hm2）总体表现为：中度侵蚀（230.47）＞强烈侵蚀（153.24）＞轻度侵蚀（143.10）＞极强烈侵蚀（61.51）＞剧烈侵蚀（14.51）。

湘潭市土壤侵蚀面积为918.74 hm2，占区域范围内湘潭市面积的6.81%，土壤侵蚀面积（hm2）总体表现为：强烈侵蚀（397.81）＞中度侵蚀（317.21）＞轻度侵蚀（117.76）＞极强烈侵蚀（72.44）＞剧烈侵蚀（13.52）。

从表5可知，湘潭市的工程建设用地侵蚀面积为524.22 hm2；占湘潭市土壤侵蚀面积的58.76%，其中强烈侵蚀306.19 hm2，占工程用地侵蚀面积的58.41%，导致湘潭市的强烈侵蚀所占比例达到了43.3%。

表5 长株潭绿心区土壤侵蚀强度分级面积Table 5 The area of different soil erosion intensity of the ecological“green-core” area of Changzhutan urban cluster

3.5 不同坡度与覆盖度土壤侵蚀分析

根据地面坡度，将土壤侵蚀地区的坡度分为0 ～ 5°、5°～ 8°、8°～ 15°、15°～ 25°、25°～35°、＞35°。由表6可知，不同坡度的土壤侵蚀面积（hm2）表现为 0～ 5°（1 127.15）＞ 8°～15°（1 055.79） ＞ 15°～ 25°（778.98） ＞ 5°～8°（385.11）＞ 25°～ 35°（254.53）＞大于 35°（16.00）；占绿心地区土地总面积的比例（%）为 0 ～ 5°（4.02）＞ 5°～ 8°（1.27）＞ 8°～ 15°（0.72）＞ 25°～ 35°（0.49）＞ 15°～ 25°（0.46）＞大于35°（0.03）；占侵蚀总面积的比例（%）为 0～ 5°（62.20）＞ 5°～ 8°（19.60）＞ 8°～15°（11.16） ＞ 15°～ 25°（7.05） ＞ 25°～35°（7.04）＞大于 35°（0.44）。

根据非耕地、工程建设用地林草盖度，将土壤侵蚀地区非耕地林草盖度分为＜30%、30%～45%、45%～60%、60%～75%。由表7可知，不同覆盖度的土壤侵蚀面积（hm2）表现为＜30%(2 101.00)＞ 30%～45%(661.91)＞45%～60%(376.78)＞60%～75%(237.98)；占绿心地区土地总面积的比例(%)为＜30%(4.02)＞30% ～ 45%（1.27） ＞ 45% ～ 60%（0.72） ＞60%～75%（0.46）；占侵蚀总面积的比例（%）为 ＜ 30%（62.20） ＞ 30% ～ 45%（19.60） ＞45%～60%（11.16）＞60%～75%（7.05）。

表6 长株潭绿心区土壤侵蚀坡度分级面积Table 6 The area of different slope soil erosion of the ecological “green-core” area of Changzhutan urban cluster

表7 长株潭绿心区土壤侵蚀林草覆盖度分级面积Table 7 The area of different forest grass coverage of the ecological “green-core” area of Changzhutan urban cluster

4 结 论

湖南省长株潭绿心地区总面积为52 287 hm2，土壤侵蚀面积为3 617.56 hm2，占区域总面积的6.92%。株洲市的侵蚀率最高，长沙次之，湘潭最低。长株潭绿心区禁止开发区土壤侵蚀面积为1 895.44 hm2，其中非耕地土壤侵蚀所占的比例仅为3.21%，可见，禁止开发区的土壤流失轻微，保护措施相对较好。长株潭绿心地区控制建设区的土壤侵蚀总面积为846.39 hm2，占控制建设区面积的14.20%；其中由于工程建设造成的土壤侵蚀面积为696.39 hm2，占控制建设区土壤侵蚀面积的82.28%；而坡耕地和非耕地共占17.72%。可见，在长株潭绿心地区控制建设区内的土壤侵蚀主要是由工程建设项目的原因造成的，最终导致水土流失面积大，土壤侵蚀严重。

长株潭生态绿心区域范围内非耕地类土壤侵蚀面积为1 489.99 hm2，占绿心区土壤侵蚀面积的41.19%；坡耕地类土壤侵蚀面积为207.33 hm2，占绿心地区土壤侵蚀面积的5.73%；工程建设用地类土壤侵蚀面积为1 920.24 hm2，占绿心地区土壤侵蚀面积的53.08%。长株潭绿心地区土壤侵蚀面积总体表现为：中度侵蚀≈强烈侵蚀＞轻度侵蚀＞极强烈侵蚀＞剧烈侵蚀。长沙、株洲均以中度侵蚀、强烈侵蚀为主，轻度侵蚀次之，极强烈侵蚀和剧烈侵蚀面积最小；而湘潭则表现为强烈侵蚀所占比例最大，这是工程用地所占面积比例较大，强烈侵蚀较为严重导致的。不同坡度的土壤侵蚀面积所占侵蚀总面积的比例表现为随着坡度的增大而降低，覆盖度增加，土壤侵蚀面积减小。

研究结果表明，长株潭绿心地区土壤侵蚀主要表现在工程建设用地为主的土壤侵蚀土地利用类型、人为活动导致地表植被及地形破坏严重、城乡结合部土壤侵蚀严重等方面。目前53%的水土流失为工程建设造成，流失程度以中度、强度为主，未来工作重心建议加强工程建设区域植物恢复和监控，建立长效监控机制，在工程建设多的区域，重点加强水土流失的监测。同时需要防治人为侵蚀，科学规划土地利用，加强生态文明宣传教育。

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