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滇东南岩溶区土壤侵蚀敏感性分析及其空间分异特征

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第40卷第3期 2017年3月 测绘与空间地理信息 GEOMATICS&SPATIAL lNFol ATIo TECHNOLOGY Vo1.40,No.3 Mar..2017 滇东南岩溶区土壤侵蚀敏感性分析及其 空间分异特征 赵明月,曹益铭 (山东科技大学测绘科学与工程学院。山东青岛266590) 摘要:以滇东南岩溶区独特的地理环境作为研究对象,根据《生态功能区划暂行规定》和国内外已有的土壤侵 蚀敏感性的研究成果,选择地形起伏度(LS)、植被覆盖度(C)、土壤质地(K)3个自然因子作为滇东南岩溶区土 壤侵蚀敏感性评价的指标,在GIS时空分析功能支持下,以《生态功能区划暂行规定》的敏感性等级标准为依据, 分析各个因子对土壤侵蚀敏感性的影响,并结合研究区域实地情况对各个因子分别进行土壤侵蚀敏感性的评 价。在各因子单独分析的基础上运用GIS的空间分析功能,根据这些敏感因子对侵蚀敏感性影响程度的不同分 配、不同权重,进行综合分析评价,得到不同敏感程度区域的面积和空间分异特征。 关键词:土壤侵蚀;滇东南;敏感性分析;空间分异 中图分类号:I)208 文献标识码:A 文章编号:1672—5867(2017)03—0107—04 Sensitivity Analysis and Spatial Diferentiation Characteristics of Soil Erosion in Karst Area of Southeastern Yunnan ZHAO Ming—yue,CAO Yi—ming (College of Geomatics,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China) Abstract:This article is based on the unique geographical environment of karst area in southeastern Yunnan,and according to the In- terim Provisions on ecological function zoning and existing research results about soil erosion sensitivity at home and abroad,choosing htree naturla factors—topographic elrief(LS),vegetation coverage(C)and soil texture(K)as indicators of soil erosion sensitivity in karst area of Southeastem Yunnan.With het space—time analysis function in GIS nd aon the basis of Interim Provisions on ecologi・ cal function zoning,the author will analyst and evaluate the effects of various factors on soil erosion sensitivity dated on the real situa- tion.And based on the results of factor analyst separately,using the space—time analysis function,assign the factors’weights ac— cording its influence,and then comprehensive analysis and evaluation to get the diferent characteristics in area and space O11 diferent sensitive area. Key words:soil erosion;southeastern Yunnan;sensitivity analysis;spatial differentiation 0 引 言 土壤侵蚀是指土壤及其母质在水力、风力、冻融或重 力等外营力作用下,被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。根 据所受到的外力性质u 不同,土壤侵蚀类型通常可划分为 水力、重力、冻融、风力等自然侵蚀 和人为侵蚀。土地 资源的退化乃至破坏在很大程度上是由土壤侵蚀所引起 的可能性的大小,土壤侵蚀敏感性评价是根据区域土壤侵 蚀的形成原理,对其进行敏感性分析,得到土壤侵蚀的程 度,从而确定容易发生土壤侵蚀的区域以及侵蚀类型 引。 1滇东南岩溶区土壤侵蚀敏感性评价 1.1研究区概况 滇东南岩溶区在地域上一般指的是云南省东南部的 文山州一带。该区域位于东经103。24 一106。12 ,北纬22。 42 ~24。28 ,属于国家级自然保护区。区域总面积为2.1 ×10 km2其中,岩溶区域的面积占总区域面积的82%,是 ,的,然而土壤侵蚀不仅仅发生在侵蚀敏感区域,侵蚀作用 往往扩散至侵蚀区外的整个流域,使其也受到严重的影 响。土壤侵蚀敏感性 是指在自然状况下发生土壤侵蚀 收稿日期:2016—05—23 作者简介:赵明月(1991一),女,山东滨州人,地图学与地理信息系统专业硕士研究生,主要研究方向为遥感应用与监测。 l08 测绘与空间地理信息 2017聋 典型的岩溶自然景观地带。全区在地理位置上跨越亚热 带和温带,其中,70%的地区位于亚热带,30%的地区属于 的因子和与自然生态环境相关的因子,即人为因素和自 然因素。在这里土壤侵蚀敏感性只考虑自然因素,只对 温带。全区土壤类型差异较大且分布不均匀,其中,以红 壤、黄壤、紫色壤为主,还包括水稻土、石灰岩土等。 现以砚山县和丘北县代表滇东南岩溶区作为分析对 象,进行土壤侵蚀敏感性的分析和评价。 自然因素进行研究。因此,选择了土壤质地因子(K)、地 形起伏度因子(【5)与植被覆盖度因子(c)这3个自然因 子作为研究对象。在ArcGIS地理信息系统软件技术平台 的基础上,分别对这3个单因子进行土壤侵蚀敏感性分 析,得到各自的敏感性评价结果。在单因子分析的基础 上,整合这些因子,在ArcGIS中利用建模工具对其进行整 体空间建模叠加分析,并在模型中将不同的影响因子赋 1.2研究方法概述 以《生态功能区划暂行规定》 为依据,结合滇东南 岩溶区特有的土壤侵蚀现状与特征,并依据通用的土壤 流失方程(USLE)土壤侵蚀评价原理,研究对土壤侵蚀具 有明显影响作用的侵蚀因子,其中,包括与人类活动相关 予不同的权值,进行综合分析。最后得到滇东南岩溶区 土壤侵蚀敏感性评价及其空间分异特征 ,见表l。 表1 土壤侵蚀敏感性评价分级标准 Tab.1 Grading standard of soil erosion sensitivity evaluation 1.3评价结果 1.3.1 地形起伏度因子 地形起伏度 是影响土壤侵蚀敏感性的一个至关重 要的因素。地形起伏度因子主要指的是坡度、坡长等地 形因子。在大尺度的分析情况下,坡度和坡长因子(LS) 是很难计算得到的,因此,使用地形起伏度这一指标是有 效且实用的方法 ” 。在土壤侵蚀敏感性的评价过程中, 也应用地形起伏度作为区域土壤侵蚀评价的地形指标。 这里使用1:l 000 000滇东南岩溶区DEM数据,在ArcGIS 软件平台中,首先将数据在加载空间分析模块中进行栅 格领域计算,得到最大值层面A和最小值层面B。再在空 =_ 』 _:茹 }I末甫吉瞎区域睦甘僵国 间分析模块(Spatial Analyst)中执行栅格计算器命令(Ras— ter Calculator)对高程最大值层面A与高程最小值层面B 做差,得到地形起伏度栅格图。根据滇东南岩溶区实际 图1 滇东南岩溶区坡度分值图 Fig.1 Gradient map of karst area in southeastern Yunnail 的地形起伏情况并结合《生态功能区划暂行规定》中的分 类依据,对其进行分级赋值。对不同地形起伏度受土壤 侵蚀的敏感性程度差异可将其分为不敏感、轻度敏感、中 度敏感、高度敏感、极度敏感5个级别。再进一步地探讨 在小尺度的分析研究中,坡度因子对地形起伏的影响,并 可对比地形起伏的分值图,更加深入地了解地形的起伏 对土壤侵蚀敏感性的影响。以1:l 000 000滇东南地区 DEM数据为基础,利用ArcGIS进行坡度表面分析处理得 到坡度栅格图;然后对坡度图按坡度大小进行分类及渲 染;最后生成坡度分值图。处理得到滇东南岩溶区坡度 分值图,如图l所示,更加清楚地反映地形起伏的变换。 用地归为不敏感区,灌木林、针叶林和阔叶林归为轻度敏感 区,草原为中度敏感区,旱地和未利用土地为高度敏感区, 裸土为极度敏感区。在ArcGIS中对各种地物进行归类,并 在属性中对其赋予不同的值,并进行渲染,处理得到滇东南 岩溶区植被覆盖类型分值图,如图2所示。 1.3.3土壤质地因子 土壤的质地…是依据土壤的颗粒组成划分的土壤类 型,是土壤中不同大小直径的矿物颗粒的组合状况。现 将已有的土壤质地数据在ArcGIS中进行分类并渲染,处 理得到滇东南岩溶区土壤质地类型根据土壤质地的分类 1.3.2植被覆盖类型因子 地表覆盖因子主要有水体、植被、居民地等类型,这里 主要讨论植被类型的覆盖程度。植被覆盖度是指特定区域 内,森林面积占总面积的比例。其中,森林面积包括灌木 林、乔木林、竹林、农田林网面积等,是反映该地区植被资源 和绿化水平的重要指标。其中,将水体、沼泽、水田和建设 数据,按《生态功能区划暂行规定》,在ArcGIS软件中将 土壤质地数据分为5级,将其属性进行渲染得到如下土壤 质地分值图。其中,将由石砾、沙等质地构成的土壤对土 壤侵蚀敏感性的影响归为不敏感,由黏土、粗沙土等构成 的土壤为轻度敏感,面沙土等为中度敏感,沙壤土、壤粉 第3期 赵明月等:滇东南岩溶区土壤侵蚀敏感性分析及其空间分异特征 109 =:: 二翟 =: .- 吕: ●・ 滇东南 溶区土】l怪蚀缸感性舒缓圈 兰兰 墨=兰=.=昌 . 1I、 }h 浒Jt I破心.h婪 竹 图4滇东南岩溶区土壤侵蚀敏感性分级图 Fig.4 Classification of soil erosion sensitivity in karst area of Southeastern Yunnan 图2滇东南岩溶区植被覆盖类型分值图 Fig.2 Value of vegetation cover types in karst area of Southeastern Yunnan 了反映滇东南地区地形起伏度对土壤侵蚀敏感性影响的 土为高度敏感,粉土为极度敏感,处理得到滇东南岩溶区 土壤质地分值图,如图3所示。 评价结果。从表2中可以观察到,地形起伏对对土壤侵蚀 敏感性影响以不敏感、轻度敏感和中度敏感为主,分别为 24.9%、45.42%和26.73%,三者之和为97.05%,几乎占 了所有的面积,特别是轻度区域,占了将近1/2。在空间 的分布特征上,中度敏感区域主要集中在研究区的北部、 西北部以及东部地区,轻度敏感区和不敏感区域分布比 较离散,主要集中在中部和西南部,极少部分的高度敏感 区域分布在西北部边缘山区。从边缘山脉地带到中部、 西南部,地形起伏度大致呈现降低趋势,这是由砚山县边 境高山耸立的特有的地形所引起的。 表2地形起伏度对土壤侵蚀敏感性的影响评价结果 Tab.2 The evaluation results of the influence of terrain undulation on soil erosion sensitivity 图3滇东南岩溶区土壤质地分值图 Fig.3 Map of soil texture in karst area of Southeast Yunnan 1.3.4土壤侵蚀敏感性综合评价 地形起伏度因子、覆盖因子、土壤质地因子 这3个 单因子因素对土壤侵蚀的敏感性的影响并不是完全相 同,影响区域也有一定的差异,单独分析各个因子对其影 响程度存在很大的局限性,且从以上的单因子分析结果 评价中可以看出,各个因子之间是相互联系和相互制约 的。在整体分析的情况下,需要在相同的环境下,根据这 2.1.2植被覆盖类型敏感性分析 通过对植被覆盖度的分析研究,得到了反映植被覆 盖度对土壤侵蚀敏感性的评价结果。从表中看出,该地 区植被覆盖度对土壤侵蚀敏感性的影响较大。其中,以 些单因子对土壤侵蚀敏感性作用的大小赋予不同的权 值,再进行统一的转换并分析。在ArcGIS软件平台中运 用建模的方法,对各个因子进行综合分析,处理得到滇东 南岩溶区土壤侵蚀敏感性分级图,如图4所示。 草地为代表的中度敏感区占的比例最低,为8.37%,以旱 地和未利用土地为主的高度敏感区占的比例最大,为 39.3l%,极度敏感区主要为裸土,占了16.78%。轻度敏 感和中度敏感总共占了31.95%,差不多是1/3,这是因为 2 滇东南岩溶区土壤侵蚀空间分异特征 分析 林地和草原的覆盖对土壤侵蚀有一定的阻碍作用,对水 土流失也有一定的阻碍作用。 表3植被覆盖类型对土壤侵蚀敏感性的影响评价结果 Tab.3 Effect of vegetation cover on soil erosion sensitivity 2.1 土壤侵蚀单因子评价结果空间分异特征 分析 2.1.1 地形起伏度敏感性分析 通过对滇东南岩溶区地形起伏度的研究分析,得到 110 测绘与空间地理信息 2017舞 续表3 为代表的不敏感的土壤质地占了很小的比例,只有 Tab.3(Continued) 1.32%。轻度敏感的区域占了32.94%,大概是总面积的 1/3。中度敏感以及中度敏感以上的区域将近占了70%, 其中,以高度敏感和极度敏感的壤土和粉土区域为主。 引起这一现象的主要原因在于土壤的质地受到植被类型 和植被覆盖度的影响。 2.2土壤侵蚀综合评价结果空间分异特征分析 2.1.3土壤质地敏感性分析 在得到总的研究区域的敏感性分析结果之后,使用 通过对土壤质地的分析研究,得到了反映土壤质地 Arctoolbox空间分析工具中的区域面积制表工具,分别统 对土壤侵蚀敏感性的评价结果。从表4中可以看到土壤 计丘北县和砚山县的敏感性区域大小,见表5、表6。 质地对土壤侵蚀敏感性有很大的影响。其中,以石砾、沙 表5 土壤侵蚀敏感性综合评价结果 表4土壤质地对土壤侵蚀敏感性的影响评价结果 Tab.5 Comprehensive evaluation results of Tab.4 E of soil texture on soil erosion sensitivity soil erosion sensitivity ] ]表6滇东南各地土壤侵蚀敏感性评价结果 Tab.6 Sensitivity evaluation of soil erosion in Southeastern Yunnan 从滇东南岩溶区土壤侵蚀敏感性综合分析的结果中 2009(2):788—796. 可以看出,滇东南岩溶区整体的土壤侵蚀敏感性较高。 张荣华,刘霞,姚孝友,等.桐柏大别山区土壤侵蚀敏感 以轻度敏感、中度敏感和高度敏感为主,且所占面积比例 性评价及空间分布[J].中国水土保持科学,2010(1): 大致相同,为30%左右。不敏感区域和极度敏感区域所 58—64. 占面积较少,其中,不敏感区域只占总面积的1.79%,而 杨维,刘云国,曾光明,等.定量遥感支持下的红壤丘陵 极度敏感区域占到了8%。结合丘北县和砚山县各自的 区土壤侵蚀敏感性评价——以长沙市为例[J].环境科 敏感性分析结果,可以看到丘北县和砚山县两地的土壤 学与管理,2007(1):120—125. 侵蚀较敏感性程度也是以轻度、中度以及高度敏感为主。 乔治,徐新良.东北林草交错区土壤侵蚀敏感性评价及 关键因子识别[J].自然资源学报,2012(8):1 349— 3结束语 1 361. 卢远,华璀,周兴.基于GIS的广西土壤侵蚀敏感性评 在对地形起伏度、植被覆盖类型、土壤质地3个单因 价[J].水土保持研究,2007(1):98—100. 子分别进行分析以及对3个单因子进行综合分析之后,对 刘红艳,孙希华,张玉堂.基于GIS的济南市土壤侵蚀 滇东南岩溶区土壤侵蚀敏感性及其空间分异特征做出评 敏感性评价研究[J].水土保持通报,2008(2): 价。滇东南岩溶区总体上土壤侵蚀敏感程度较高,以轻 127—130. 度、中度和高度敏感为主。在空间的分异特征上,土壤侵 李铖,李俊祥,朱飞鸽,等.基于RUSLE的环杭州湾地 蚀敏感性呈现出不连续分布,主要分布在西南山区中部、 区土壤侵蚀敏感性评价及关键敏感因子识别[J].应用 北部以及东南部。 生态学报,2009(7):1 577—1 585. 邹金浪,谢花林,杨子生,等.基于USLE的土壤侵蚀敏 参考文献: 感性评价及其空间自相关分析——以江西省兴国县为 [1]王春菊,汤小华,郑达贤,等.GIS支持下的土壤侵蚀敏 例[J].农业现代化研究,2011(6):761—765. 感性评价研究[J].水土保持通报,2005(1):68—7O. 张乃夫.安徽新安江流域景观格局特征及土壤侵蚀评 [2]李月臣,刘春霞,赵纯勇,等.三峡库区(重庆段)土壤 价[D].泰安:山东农业大学,2014. [编辑:任亚茹] 侵蚀敏感性评价及其空间分异特征[J].生态学报, 1j 

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