瑞金市经果林开发扰动土地状况遥感监测与分析

周春波，张 龙，王 嘉，王 农，张 聃,胡春华

(1.江西省水土保持科学研究院，江西 南昌 330029；2.瑞金市水土保持局，江西 瑞金 342500)

赣南地区是我国脐橙主产区之一，近年来，随着《国务院关于支持赣南等原中央苏区振兴发展的若干意见》(国发〔2012〕21号)的出台，以及国家精准扶贫工作的不断深入开展，脐橙和油茶等经果林的种植面积逐年增加。经果林开发作为一种典型的农林开发项目，在施工准备阶段，作业道路、施工场地准备环节会清除地表植被和覆盖物，致使表层土壤完全暴露，土壤颗粒松散，受到雨水冲刷及大风吹刮，发生严重的水土流失，不仅如此，在施工期，砍伐、运输、整地、栽植等一系列活动，也会产生较大的水土流失量[1]。经果林种植初期及成林之后也容易形成“林下流”，特别是山地经果林开发，陡坡开垦更加剧了水土流失的发生。经果林开发项目一直是赣南地区水土保持监督管理工作的重点和难点。本研究以瑞金市为例，结合瑞金市生产建设项目天地一体化监管工作，利用高分遥感影像，综合运用RS与GIS技术，对该地区2015—2017年经果林开发扰动土地状况进行遥感监测。

1 项目区概况

瑞金市(115°42′～116°22′E、25°30′～26°20′N)位于江西省东南部，赣州市东部，武夷山脉南段西麓，赣江东源贡水上游，为江西省管市，辖10个乡7个镇。国土总面积约2 448 km2，其中山地面积1 945 km2。属亚热带季风湿润型气候区，热量丰富，雨量充沛，光照充足，四季分明，年平均降水量1 710 mm，年平均气温18.9℃。境内东、西、北三面环山，地势高峻，群山重叠，逐渐向中心和西南方向降低，境内地貌以低山为主，山地海拔400～800 m。山地土壤以红壤为主，其母质为第四系红黏土、变质岩系、花岗岩及红色砂砾岩，其次为紫色土及棕色石灰土。属南方红壤丘陵区，土壤侵蚀以水力侵蚀为主，兼有部分水力、重力侵蚀。水力侵蚀类型有面蚀、细沟侵蚀、切沟侵蚀，水力、重力等综合作用下的侵蚀类型有崩岗侵蚀。

2 基于高分遥感与GIS的经果林开发扰动土地状况监测

2.1 技术路线

经果林开发一般分为毁林(或清表)、开路、整地和种苗等阶段，由于毁林(或清表)和开路前期阶段对地面的扰动较小，故本研究主要对后期扰动较大的整地和种苗阶段进行遥感监测，利用获取的高分遥感影像，结合现场调查，建立经果林开发扰动遥感解译标志。根据遥感解译标志及先验知识，人机交互解译山地经果林开发扰动图斑，经现场核查，对解译结果进行修正，最终形成经果林开发扰动状况矢量成果数据。基于GIS技术对经果林扰动矢量成果进行空间分析和制图，获得各类统计数据和图件(技术路线见图1)。

图1 技术路线

2.2 遥感影像数据与预处理

采用分辨率优于2.5 m的国产高分卫星遥感影像(GF-1、GF-2、ZY-3)，择优选择2015、2016、2017年度夏秋季卫星影像数据，要求影像清晰、地物层次分明、色调均一、云量不超过5%[2]，选取的遥感影像数据参数见表1。对获取的遥感影像依次开展正射校正、真彩色增强、影像融合、影像镶嵌等处理，并对三期遥感影像进行地理配准。

2.3 解译标志建立

遥感解译标志是指反映和表现目标地物信息遥感影像的各种特征，这些特征能帮助判读者识别遥感图像上的目标地物或现象[3]。根据遥感影像特征和野外现场调查结果，建立了经果林开发不同施工阶段遥感解译标志。毁林(或清表)、开路阶段，主要影像特征为面状分布，色彩呈灰黑色，与周边植被反差较大，边界清晰，内部有线状道路连通；整地(或种苗初期<1 a)阶段，面状分布，色彩呈黄褐色，与周边植被颜色反差较大，边界清晰，内部有明显的条带状纹理；苗木成长期(1～3 a)，面状分布，呈浅绿色(或浅黄色)，与周边植被有一定的反差，内部能分辨出条带状纹理；苗木成林期(>3 a)，面状分布，呈绿色，单一纹理，与周边植被有一定的反差，边界较为清晰，内部有道路连通。

2.4 经果林开发扰动图斑遥感解译

利用处理后的高分遥感影像，分别对瑞金市2015—2017年大于0.1 hm2的经果林开发扰动图斑进行遥感解译。根据遥感影像特征，利用ArcGIS软件，以先验知识及建立的解译标志作为参考，人工勾绘经果林开发扰动图斑，并填写相关属性信息。

2.5 现场核查

基于水土保持监督管理信息移动采集系统与无人机技术，对经果林开发扰动图斑进行现场抽样核查，以检验扰动图斑解译的正确率，并对误判的扰动图斑进行修正。水土保持监督管理信息移动采集系统是一款基于移动终端的水土保持监督管理信息采集APP，该系统具备多源空间信息采集、定位、导航、快速测量、现场办公、存储管理和分析等功能，可直接在现场调查并采集相关数字信息，在线或者离线传输至后台管理系统中，实时更新和保存扰动图斑的空间和属性信息，为现场复核工作提供了专业化、信息化的移动采集工具。目前无人机已经被较广泛地应用于水土保持监测、监督管理、水土流失灾害应急监测及水土保持方案编制和规划设计等各个领域[4]。采用的DJI Phantom 4系列旋翼式无人机，具有操作简单、携带方便、性能稳定等诸多优点。该型无人机搭载1 200万像素高清相机，可执行照片拍摄、视频录制等任务，相片具有拍摄瞬间经纬度信息，既可用于现场了解经果林开发的扰动状况及实施现状，也可以通过拍摄照片或录制视频进行违法取证。

2.6 空间分析与制图

利用ArcGIS的空间叠加分析与统计功能，对生成的经果林扰动图斑矢量数据进行空间分析与统计，得到不同年度、不同乡镇和不同地形坡度的经果林开发扰动土地面积，并制作相关图集。

3 监测结果

(1)根据遥感监测结果，瑞金市2015年经果林开发总面积1 997.67 hm2，占全市国土总面积的0.8%；2016年经果林开发总面积4 148.43 hm2，占全市国土总面积的1.7%，较2015年增加107.7%；2017年经果林开发总面积7 478.46 hm2，占全市国土总面积的3.1%，较2016年增加80.3%(图2)。

图2 瑞金市2015—2017年经果林开发扰动面积动态变化情况

(2)将2017年经果林开发扰动矢量数据与ASTGTM 30 m分辨率DEM数据生成的坡度图进行空间叠加分析得到：坡度15°以内的经果林开发扰动面积为3 363.23 hm2，占45.2%；坡度为15°～25°的经果林开发扰动面积为2 395.93 hm2，占32.2%；坡度为25°以上的经果林开发扰动面积为1 681.61 hm2，占22.6%(图3)。

图3 瑞金市2017年不同坡度经果林开发扰动面积占比

(3)经果林开发在瑞金市各乡镇均有分布，分布较广的主要有谢坊镇、武阳镇、黄柏乡、沙洲坝镇和九堡镇。从经果林开发扰动的空间布局看，其主要分布于瑞金市中部的低山丘陵区，靠近城区、乡镇和公路，便于运输。

4 结论与建议

(1)根据瑞金市经果林开发扰动遥感监测结果，瑞金市经果林开发扰动土地面积呈现逐年增长的趋势，且具有点多、面广、量大的特点，其中绝大部分为山地经果林开发，2017年新增的经果林开发中有1/5的面积为25°以上的陡坡开垦。山地经果林过度开发容易对区域生态环境造成不利影响，应综合考虑地区生态承载能力，严格控制陡坡开垦和规模化山地经果林开发，适度开发山地经果林。

(2)提高山地经果林开发项目的水土保持方案编报和审批率。2016年9月，赣州市人民政府制定下发了《关于进一步规范山地开发加强水土保持工作的通知》，建立长效机制规范山地开发加强水土保持工作。赣州市建立健全了山地林果规模开发联审联批制度，全面推行了山地林果规模开发水土保持方案登记备案制度，3.33 hm2(50亩，含50亩)以上的连片规模山地林果开发，由山地林果开发业主提出申请，所在地乡镇人民政府签署意见，报送县水保、林业、果茶部门联合审查审批，并严格控制25°以上陡坡地进行经果林开发。

(3)加强对山地经果林开发项目的事中事后监管，督促经果林开发项目落实好水土保持防治措施。赣州市已将农林开发项目纳入生产建设项目水土保持监督管理，开展常态化监督执法，定期与林业、果业、国土等多部门联合执法，加大对经果林开发项目的监管力度。

(4)充分运用遥感、GIS、无人机等技术手段，定期开展山地经果林开发扰动监测监管，掌握山地经果林开发扰动土地状况，及时发现和查处违规建设项目，控制山地经果林开发项目水土流失。