全 文 ： * ?佛山科学技术学院博士启动基金项目“基于 3S 技术的草地植被退化与土壤退化互动关系研究”和国家自然科学基金项目 (40271012)资助
收稿日期 : 2004-07-26 改回日期 : 2004-08-31
基于土地利用结构特征的土壤侵蚀强度预测研究 *
———以四川省为例
李辉霞 刘淑珍 何晓蓉 范建容 周红艺
(佛山科学技术学院资源环境系 佛山 528000) (水 利 部中国科学院成都山地灾害与环境研究所 成都 610041)
摘 要 研究计算四川省土地利用结构特征指数和土壤侵蚀强度指数结果表明 ,该省土地利用结构特征指数与土
壤侵蚀强度指数的变化具有同步性 , 用土地利用结构特征指数预测其土壤侵蚀强度变化是合理可行的。
关键词 土地利用结构 土壤侵蚀强度 回归分析
Prediction of soil erosion intensity based on the land use structure—A case study from Sichuan Province . L I Hui-Xia
(Department of Resources and Environment, Foshan Sci-Tech College, Foshan 528000, China) , L IU Shu-Zhen, HE
Xiao-Rong, FAN Jian-Rong, ZHOU Hong-Yi ( Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of
Sciences and Ministry of Water Conservancy, Chengdu 610041, China) , CJ EA , 2006,14( 1) :93～95
Abstract The land use structure indexes and soil erosion intensity indexes in Sichuan Province are calculated and the
results show that thechanging trend of the land use structure indexes is in accord with that of the soil erosion intensity
indexes, proving that theprediction of soil erosion intensity with the land usestructureindexes is reasonableand practical .
Key words Land use structure, Soil erosion intensity, Regression analysis
(Received July 26, 2004; revised Aug . 31, 2004)
通用土壤流失方程 ( USLE) 及修正的通用土壤流失方程 ( RUSLE )主要考虑降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡
度坡长和植被措施因子对土壤侵蚀量的贡献 ,并构建各影响因素与土壤侵蚀量之间经验统计关系。实际上
区域降雨、土壤结构、地表物质组成、坡度和坡长等自然背景相对稳定 , 且在短期内不会有明显改变。而影
响区域土壤侵蚀最活跃的因素是人类活动 , 其干扰结果可通过土地利用结构的变化得以表现[ 1] 。“坡改
梯”、“退耕还林还草”等土壤侵蚀治理措施均通过改善土地利用结构实现水土保持效益 , 故土地利用结构特
征的变化很大程度可反映土壤侵蚀强度的变化。本研究以四川省为例 ,探讨了土地利用结构特征与土壤侵
蚀强度之间统计关系 ,为区域土壤侵蚀的动态评估提供依据。
1 研究区域概况与研究方法
四川省位于长江上游 ,总面积为 483757. 75km2 ,包括川西高原和四川盆地 , 其最高峰贡嘎山海拔高度为
7556m, 境内主要河流有长江及其支流嘉陵江、岷江、雅砻江和沱江等。该区气温降水空间分异明显 , 1 月平
均气温盆地区为 3～8℃ , 高原区为 - 9～3℃ ,西昌地区为 8～13℃ ; 7月平均气温盆地区为 25～29℃ ,高原区
为 11～17℃ , 西昌地区为 22～26℃ ; 年均降水量盆地区为 1000mm左右 , 高原区为 500～700mm, 西昌地区
为 800～1200mm。其面积与人口分别占长江流域的 1/ 4 和 1/ 5, 区内地质构造、地貌、气候、水文、土壤和植
被等自然要素复杂多样。土壤侵蚀以水蚀为主 ,全省各地均有分布 ;其次为风蚀和冻融侵蚀 , 风蚀主要分布
在阿坝藏族羌族自治区红原、若尔盖和阿坝县 , 冻融侵蚀主要分布在川西高原海拔高度 4000m以上高山和
极高山。2000年四川省各土壤侵蚀类型强度面积及其占全省总面积比重见表 1。本研究首先采用人机交互
判读方法解译 TM 影像 , 获得 1995年和 2000年土地利用图层 ; 然后根据 TM 影像提取植被盖度和土壤侵蚀
类型等信息 ,根据地形图获取坡度信息 , 根据土壤图和地质图获取地表组成物质状况 ; 最后结合野外调查和
其他相关资料 ,综合分析土地利用、坡度、植被盖度和地表组成等因子 , 判定土壤侵蚀强度 , 编制 1995 年和
2000年土壤侵蚀强度分布图 , 建立图形数据库 ,并通过面积量算完成属性数据库的建立。
第 14 ?卷第 1期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .14 No .1
2 0 0 6 ?年 1 月 Chinese Journal of Eco-Agriculture Jan ., 2006
表 1 四川省土壤侵蚀强度面积及其占全省总面积比重( 2000)
Tab.1 Theareaand theproportionof different soil erosion level of Sichuan Provincein 2000
土壤侵蚀类型
Types of soil
erosion
微度 Mired
面积/ km2 ? 占总面积/ %
Area Percentage
tototal area
轻度 Slight
面积/ km2 占总面积/ %
Area Percentage
tototalarea
中度 M edium
面积/ km2 占总面积/ %
Area Percentage
tototal area
强度 Intensive
面积/ km2 g 占总面积/ %
Area Percentage
tototalarea
极强度Moreintensive
面积/ km2 I 占总面积/ %
Area Percentage
tototal area
剧烈 Themostintensive
面积/ km2 9 占总面积/ %
Area Percentage
tototalarea
水 蚀 232697 r.11 48 ?. 10 46961 C. 22 9 b.71 66802 %. 58 13 X. 81 22728 ?.51 4 &.70 4303 .16 0 . 89 1274 .49 0 .26
风 蚀 3304 r.36 0 ?. 68 2556 C. 00 0 b.53 3565 %. 60 0 X. 74 - - - - - -
冻 蚀 36906 r.63 7 ?. 63 37053 C. 72 7 b.66 23736 %. 23 4 X. 91 1868 ?.13 0 &.39 - - - -
水蚀 + 风
蚀 + 冻蚀
272908 r.10 56 ?. 41 86570 C. 94 17 b.90 94104 %. 41 19 X. 45 24596 ?.64 5 &.08 4303 .16 0 . 89 1274 .49 0 .26
2 结果与分析
2 . 1 土地利用结构特征指数与土壤侵蚀强度指数
不同土地利用类型可能发生土壤侵蚀的强度不同 , 其中坡耕地发生土壤侵蚀可能性和强度均最大 , 平
缓旱地和荒地次之 ,建设用地、水田、草地、林地和水体发生土壤侵蚀可能性较小 ,根据不同土地利用类型对
土壤侵蚀敏感程度 ,确定各种土地利用类型对土壤侵蚀强度贡献率的判断矩阵 ( 见表 2) , 并运用层次分析法
计算出水田、平缓旱地、> 15°坡耕地、林地、草地、水体、建设用地和荒地在土壤侵蚀强度评价中所占权重。
将区域内不同土地利用类型面积进行加权求和 , 得出土地利用结构特征对区域土壤侵蚀的总体影响大小 ,
其表征土地利用结构特征指标为 :
LUI = ∑
n
i = 1
Wi Ai (1)
式中 , LUI 为土地利用结构特征指标 , Wi 为不同土地利用类型对土壤侵蚀的贡献率 , Ai 为对应土地利用类
型面积 ( km2 )。土壤侵蚀强度指数是反映土壤侵蚀严重程度的指标[ 2] , 其计算式为 :
SEI = ∑
n
i = 1
∑
m
j = 1
Ci jAi j (2)
式中 , SEI 为土壤侵蚀强度指数 , Ci j为第 i 类第 j 级土壤侵蚀强度时土壤侵蚀系数 , Ai j为第 i 类第 j 级土
壤侵蚀强度面积 ( km2 ) 。不同土壤侵蚀类型不同侵蚀强度下的土壤侵蚀系数水蚀 + 风蚀 + 冻融侵蚀强度为
微度、轻度、中度、强度、极强度、剧烈时土壤侵蚀系数分别为 0、2、4、8、16和 32, 重力侵蚀土壤侵蚀系数为
16,工程侵蚀土壤侵蚀系数为 4[ 3] 。且土壤侵蚀系数越高表示对土壤侵蚀强度指数的贡献率越大。
表 2 不同土地利用类型判断矩阵及其权重 *
Tab.2 The judgment matrix of different land use and the weights
类 型
Types
水 田
I rrigated
land
平缓旱地
Gentle dry
land
> 15 T°坡耕地
> 15°slope
land
林 地
Forest
草 地
Grassland
水 体
Water
建设用地
Constructive
land
荒 地
Wasteland
权 重
Weights
水 田 1 ?1/ 3 1 v/ 5 3 w1 :4 1/ 2 1/ 3 0 p.072
平 缓 旱 地 3 ?1 1 v/ 2 5 w3 :6 3 1 0 p.188
> 15 c°坡耕地 5 ?2 1 7 w5 :8 4 2 0 p.314
林 地 1 ?/ 3 1/ 5 1 v/ 7 1 w1 ?/ 3 2 1/ 4 1/ 5 0 p.034
草 地 1 ?1/ 3 1 v/ 5 3 w1 :4 1/ 2 1/ 3 0 p.072
水 体 1 ?/ 4 1/ 6 1 v/ 8 1 N/ 2 1 ?/ 4 1 1/ 5 1/ 6 0 p.025
建 设 用 地 2 ?1/ 3 1 v/ 4 4 w2 :5 1 1/ 3 0 p.107
荒 地 3 ?1 1 v/ 2 5 w3 :6 2 1 0 p.188
* 表中 1、3、5、7、9 分别表示 2 种类型重要性之比为同等重要、稍微重要、重要、明显重要和绝对重要 , 2、4、6、8 表示 2 种类型重要性之比处
于以上 2 个相邻等级之间 , 1、1/ 2、1/ 3、⋯1/ 9 表示 2 种类型重要性之比为以上等级的互反数 ; CR = 0 . 030< 0 .1 , 判断矩阵通过一致性检验。
2 . 2 预测模型建立与检验
为使预测模型能更好地应用于土壤侵蚀治理的实际工作中 , 统计样本应保持行政界线的完整性。本研
94 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14 ?卷
图 1 土地利用特征指数与土壤
侵蚀强度指数散点图
Fig. 1 Scatter-diagram between the
index of land use features and the
index of soil erosion intensity
究以四川省 157个县 (市 ) 为统计单元 ,利用 1995年土地利用数据和土壤
侵蚀强度数据 ,分别计算出土地利用特征结构指数和土壤侵蚀强度指数。
由散点图 (见图 1)表明土地利用结构特征指数与土壤侵蚀强度指数之间
存在较好线性关系 , 其相关系数为 R = 0.74** 。运用 SPSS 统计软件对土
地利用结构特征指数和土壤侵蚀强度指数进行回归分析得出线性回归
方程 :
Y = 15.864 X + 1687.36 (3)
其中 , Y 为土壤侵蚀强度指数 , X 为土地利用结构特征指数。为检验预
测模型的准确性 ,利用 2000年土地利用数据和土壤侵蚀强度数据对模型
进行检验 ,并用上述相同方法计算出四川省各县 ( 市 ) 2000年土地利用结
构特征指数和土壤侵蚀强度指数 ; 然后以土地利用结构特征指数为自变
量 ,利用模型计算出土壤侵蚀强度指数预测值 ; 并将预测值和实测值进行
图 2 实测值与预测值模拟
Fig. 2 Fitting-diagram between
surveyed value and simulated value
拟合结果 (见图 2) 表明 ,其实测值在预测值上下波动且波幅较小 ,该模型预
测结果与实测结果拟合较好 ,具有较大实用性。
3 小 结
本研究表明土地利用结构特征基本可反映某个区域土壤侵蚀状
况 , 用土地利用结构特征指数预测土壤侵蚀强度变化是合理可行的 ; 考
虑到自然要素和人文要素的空间异质性 , 不同区域土地利用结构特征
指数和土壤侵蚀强度指数之间经验方程亦有所差异 , 故在样本数较多
前提下建立的模型 , 才能准确反映区域土地利用结构特征与土壤侵蚀
强度之间关系 , 本研究所建立模型的样本数量较大 , 可反映土地利用结
构特征和土壤侵蚀强度之间统计关系 , 且预测值与实测值拟合结果表明模型的准确性。
参 考 文 献 h
1 倪晋仁 , 李英奎 .基于土地利用结构变化的水土流失动态评估 .地理学报 , 2001 ,56( 5) : 611～621
2 杨存建 , 张增祥 ,韩秀珍等 .不同降雨带上的土壤侵蚀状况分析 .水土保持学报 ,2001, 15( 1) : 50～53
3 田光进 , 张增祥 ,赵晓丽等 .中国耕地土壤侵蚀空间分布特征及生态背景 .生态学报 , 2001 , 22( 1) : 10～16
第 1 ?期 李辉霞等 :基于土地利用结构特征的土壤侵蚀强度预测研究 95