淅川县石质荒漠化土地空间分布特征研究

吴 卿 ，刘 哲，陈子韶，张 璐，赵 培，徐 凡，刘 彬，徐 鹏

(华北水利水电大学，河南 郑州 450045)

石质荒漠化是土地荒漠化的重要形式，在我国分布广泛。关于石质荒漠化问题，周忠发[1]应用多波段、多平台遥感影像，在野外调查与GIS技术的支持下，研究了石质荒漠化土地在贵州喀斯特地区的分布、程度、成因等；熊康宁等[2]应用多时相、多波段、多平台的遥感影像，通过人机交互解译和GPS定位校正，进行了石质荒漠化程度评价、GIS制图和分析；吕涛[3]参考相关资料及图件，在ArcView和ENVI平台上对2000年TM影像资料及典型地区TM 7个波段数据进行解译，对贵州喀斯特山区石质荒漠化现状及分布进行了调查；李文辉等[4]通过对岩溶地区石质荒漠化TM数据波谱曲线分析和样区校正、监督分析、矢量化和数据转换等研究表明，利用卫星遥感技术开展石质荒漠化调查周期短、准确率高、方法可行；胡宝清等[5]采用RS与GIS技术对都安喀斯特石质荒漠化程度分级状况与驱动因素进行了全面调查，指出当地石质荒漠化产生的主要原因是不合理的人类活动；陈起伟等[6]选取花江喀斯特峡谷区为研究对象，基于“3S”技术和光谱特征信息提取方法分析了研究区石质荒漠化变化情况。

淅川县位于河南省西南部豫、鄂、陕三省结合处，是南水北调中线工程的核心水源地、主要淹没区和渠首所在地，地理位置十分重要，但是近年来当地由石质荒漠化引发的生态资源环境问题愈发严重，若不加强治理会威胁到南水北调中线工程的可持续发展。为此，以淅川县为研究区，基于高分辨率遥感影像、DEM、地形图、土地利用现状成果等基础信息数据，利用“3S”技术研究了石质荒漠化土地在海拔和坡向上的空间分布特征。

1 研究方法

利用SPOT5、资源3号卫星、Landsat遥感影像和ArcGIS、ENVI、Fragstats for ArcView等软件，通过人机交互解译和现场验证，应用空间分析方法对南水北调中线水源区淅川县石质荒漠化土地面积与程度进行分析，获得石质荒漠化图斑数量和分布现状；基于植被覆盖度(FVC)解译，解析Landsat 8 OLI_TIRS数据的NIR和R波段，进行归一化植被指数(NDVI)计算得到NDVI图；基于NDVI通过二分线性像元分解模型得到FVC分布图，结合ZY3卫星影像解析及实地调查，确定FVC的阈值划分等级并进行聚类分析；将包括水体、城镇、居民点及耕地等的非石质荒漠化地区作为非解析区域去除掉，结合1∶5万DEM、地形图、土地利用现状图，利用Zonal Statistics as Table 工具，以Xichuan_Aspect数据和DEM数据为基础，计算每个图斑的平均海拔和坡向，并通过属性表的形式记录和显示，得到淅川县石质荒漠化土地图斑在海拔和坡向上的空间分布特征。

2 石质荒漠化土地面积及程度

根据淅川县地质地貌特征，在利用遥感影像和ArcGIS软件人机交互解译的过程中，结合遥感解译和现场验证结果，选取基岩裸露度、植被类型、植被覆盖度和土层厚度作为石质荒漠化程度划分评价因子，将淅川县石质荒漠化土地划分为重度、中度、轻度、潜在4个等级，结果由ArcGIS软件计算自动生成。淅川县石质荒漠化土地面积为745.539 3 km2，占土地总面积的26.44%，其中重度、中度、轻度、潜在石质荒漠化面积分别为54.750 6、80.567 1、228.216 6、382.005 0 km2，分别占土地总面积的1.94%、2.86%、8.09%、13.55%。

3 石质荒漠化土地海拔分布特征

根据淅川县地形特征，将石质荒漠化图斑海拔分布划分为<200、200～300、300～400、400～500、500～600、600～700、700～800、≥800 m共8个高程带，以1∶5万DEM和遥感影像解译的石质荒漠化分布图为基础，利用ArcGIS软件Zonal Statistics as Table模块计算生成重度、中度、轻度、潜在石质荒漠化土地图斑的海拔数据，结果见表1。

表1 淅川县石质荒漠化土地图斑分布海拔及面积

由表1可知，淅川县重度、中度、轻度石质荒漠化土地在海拔200～400 m高程带上面积分布最为集中，分别达到34.378 2、52.778 7、142.889 4 km2，分别占各程度石质荒漠化土地总面积的62.79%、65.51%、62.61%；其次是海拔400～600 m高程带，三者分布面积分别为12.314 7、15.827 4、50.418 0 km2，分别占22.49%、19.64%、22.09%；海拔<200 m高程带上分布较少，面积分别为5.266 8、9.552 6、21.879 0 km2，分别占9.62%、11.86%、9.59%；海拔≥600 m高程带上分布最少，面积分别为2.790 9、2.408 4、13.030 2 km2，分别占5.10%、2.99%、5.71%。潜在石质荒漠化土地在海拔200～500 m高程带上分布面积达到278.475 3 km2，占潜在石质荒漠化面积的72.90%；海拔<200 m高程带上分布面积为21.206 7 km2，占5.55%；海拔≥500 m高程带上分布面积为82.323 0 km2，占21.55%。

淅川县石质荒漠化土地主要分布在海拔200～500 m高程带上，分布面积高达554.498 1 km2，占石质荒漠化土地总面积的74.38%，海拔<200 m和≥500 m高程带上分布面积分别为57.905 1、133.136 1 km2，分别占7.77%、17.86%，其中海拔700～800 m高程带上分布面积最小，仅为13.858 2 km2，只占1.86%。淅川县各程度石质荒漠化土地面积均先随海拔升高而增大，重度、中度石质荒漠化土地面积均在海拔200～300 m达到最大值，轻度石质荒漠化土地面积在海拔300～400 m达到最大值，之后都随着海拔升高逐渐减小；潜在石质荒漠化面积先随海拔升高而增大，在海拔200～500 m时达到最大值，之后随海拔升高逐渐减小，在海拔700～800 m时出现最小值，当海拔≥800 m时又稍有增大。整体上，淅川县石质荒漠化土地面积先随海拔升高而增大，在海拔200～500 m时达到最大值，之后随海拔升高而减小，在海拔700～800 m时出现最小值，海拔≥800 m时又稍有增大。

4 石质荒漠化土地坡向分布特征

利用基于淅川县1∶5万DEM和遥感影像解译的石质荒漠化土地分布成果，在ArcGIS软件3D Analyst模块中利用Surface Analysis-Aspect命令计算生成重度、中度、轻度、潜在石质荒漠化土地图斑的坡向数据Xichuan_Aspec，计算中坡向以北向N坡向为0°，顺时针旋转将坡向划分为北向N(0°～22.5°)、北东向NE(22.5°～67.5°)、东向E(67.5°～112.5°)、南东向SE(112.5°～157.5°)、南向S(157.5°～202.5°)、南西向SW(202.5°～247.5°)、西向W(247.5°～292.5°)、北西向NW(292.5°～337.5°)、北向N(337.5°～360°)，结果见表2。

表2 淅川县不同程度石质荒漠化土地分布坡向与面积

由表2知，淅川县重度石质荒漠化土地主要分布在SW、S、W、SE、E坡向上，面积总计46.917 9 km2，占重度石质荒漠化土地面积的85.69%，其中：SW坡向分布最多，面积为13.063 5 km2，占23.86%；N、NE、NW坡向分布较少，面积共计7.832 7 km2，占14.31%；N坡向分布最少，仅为1.356 3 km2，占2.48%。中度石质荒漠化土地主要分布在SW、S、SE、W、E坡向上，面积总计65.745 9 km2，占中度石质荒漠化土地面积的81.60%，其中：SW、S坡向分布最多，面积分别为15.847 2、15.634 8 km2，分别占19.67%、19.41%；N、NE、NW坡向分布较少，面积共计14.821 2 km2，占18.40%；N坡向分布最少，仅为2.947 5 km2，占3.66%。轻度石质荒漠化土地主要分布在S、SW、SE坡向上，面积总计159.322 5 km2，占轻度石质荒漠化土地面积的69.81%，其中：S坡向分布最多，面积为65.775 6 km2，占28.82%；N坡向分布最少，仅为4.130 1 km2，占1.81%。潜在石质荒漠化土地主要分布在S、SE、SW坡向上，面积总计297.089 1 km2，占潜在石质荒漠化土地面积的77.77%，其中 S坡向分布最多，面积为137.160 9 km2，占35.91%；N、NW、NE、W、E坡向分布较少，面积共计84.915 9 km2，占22.23%；N坡向分布最少，仅为5.516 1 km2，占1.44%。

淅川县石质荒漠化土地主要分布在S坡向上，面积高达229.389 3 km2，占石质荒漠化土地总面积的30.77%，其中重度、中度、轻度、潜在石质荒漠化土地面积分别为10.818 0、15.634 8、65.775 6、137.160 9 km2，分别占1.45%、2.10%、8.82%、18.40%；其次是SE、SW坡向，面积合计达到303.143 4 km2，占40.66%，其中重度、中度、轻度、潜在石质荒漠化土地面积分别为21.369 6、28.298 7、93.546 9、159.928 2 km2，分别占2.87%、3.79%、12.55%、21.45%；E、W、NE、NW、N坡向上石质荒漠化面积较少，总计达到213.006 6 km2，占28.57%，其中N坡向最小，仅有13.950 0 km2，只占1.87%。

淅川县重度石质荒漠化土地坡向分布按顺时针从N坡向随着坡向旋转面积呈缓慢上升趋势，到SW坡向时面积达到最大，随着坡向继续顺时针旋转分布面积呈急剧下降趋势。中度石质荒漠化土地坡向分布按顺时针从N坡向随着坡向旋转面积呈上升趋势，到SW坡向时面积达到最大，随着坡向继续顺时针旋转分布面积呈下降趋势。轻度和潜在石质荒漠化土地坡向分布按顺时针从N坡向随着坡向转变面积呈上升趋势，到S坡向时面积达到最大，随着坡向继续顺时针旋转分布面积呈下降趋势。整体上，淅川县石质荒漠化土地坡向分布按顺时针从N坡向随着坡向旋转面积呈上升趋势，到S坡向时面积达到最大，随着坡向继续顺时针旋转分布面积呈下降趋势；石质荒漠化土地面积变幅由大到小依次是潜在、轻度、中度、重度。

5 结 语

(1)淅川县石质荒漠化土地面积745.539 3 km2，占土地总面积的26.44%，其中重度、中度、轻度、潜在石质荒漠化土地面积分别为54.750 6、80.567 1、228.216 6、382.005 0 km2，分别占土地总面积的1.94%、2.86%、8.09%、13.55%。

(2)淅川县石质荒漠化土地主要分布在海拔200～500 m高程带上，面积高达554.498 1 km2，占石质荒漠化土地总面积的74.38%；石质荒漠化土地面积随着海拔升高而增加，在200～500 m高程带上面积达到最大，之后随着海拔进一步升高，石质荒漠化土地面积减少，当海拔升到700～800 m时，石质荒漠化土地面积最小。

(3)淅川县石质荒漠化土地主要分布在S、SE、SW坡向上，面积高达532.532 7 km2，占石质荒漠化土地总面积的71.43%；石质荒漠化土地坡向分布按顺时针从N坡向随着坡向旋转面积呈上升趋势，到S坡向之后随着坡向继续顺时针旋转分布面积呈下降趋势。

总之，研究结果表明淅川县石质荒漠化土地主要分布在海拔200～500 m高程带上和SE、S、SW坡向上，在石质荒漠化防治措施选择、配置、施工组织等工程实践中应充分考虑海拔和坡向的影响。