地方水利技术的应用与实践(第28辑)
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浙江省余姚市土壤侵蚀动态特征研究

邹叶锋1陈吉江1周锡炯1姚雍斌1李 刚2

(1.浙江省余姚市水利局;2.浙江省水利河口研究院)

【摘 要】 本文以余姚市为研究区,利用GIS技术建立土壤侵蚀数据库。在数据库的基础上,对研究区土壤侵蚀进行评价,并对土壤侵蚀强度动态变化进行了分析。结果表明,从2004—2014年,余姚市土壤侵蚀总体状况有所好转,水土流失总面积逐年下降,年均下降速率3.3199km2/a,但由于矿山、采石、修路等原因导致高强度侵蚀面积增加。有的地区出现了不良变化趋势,但面积不大。侵蚀的动态变化过程中,侵蚀弱化区域主要来自轻度侵蚀区过渡到无明显侵蚀区,侵蚀加剧区主要来自非明显侵蚀区向轻度侵蚀区和中度侵蚀区的过渡。

【关键词】 土壤侵蚀;动态研究

1 引言

土壤流失不但造成了土地资源的破坏,土地生产力下降,而且还造成沟塘淤积,降低了排水能力,导致农业生产力下降[1,2]。这些严重威胁着人类的生存和发展,已成为人们普遍关注的热点问题[3-5]。水土流失的动态演化、分布、预测和防治研究已成为全球变化研究的重要组成部分,也成为国际土壤学、农业与环境科学共同关注的问题[6]。目前,利用侵蚀模型进行土壤侵蚀动力学研究已成为世界范围内的一个热点,也成为研究土壤侵蚀动力学的有力工具[7]

在我国,已对土壤侵蚀定量预测进行了大量研究。但我国东南沿海地区环境因素十分复杂,这些地区的土壤侵蚀研究较少。因此,本文选取余姚市作为研究对象,定量分析了研究区的土壤侵蚀特征,为余姚市的水土流失防治和生态环境建设综合管理提供了基础数据。

2 数据与方法

本研究是基于余姚市土壤侵蚀遥感调查数据。利用GIS叠加计算功能,对不同时期的土壤侵蚀图进行叠加,对属性表值进行进一步处理和分析,得到土壤侵蚀动态变化数据。基于GIS的统计分析方法,建立了2004年、2009年和2014年三个阶段的土壤侵蚀数据。根据中华人民共和国水利行业标准《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)将土壤侵蚀强度分为6级,无明显侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀、强烈侵蚀、极强烈侵蚀和剧烈侵蚀。在此基础上,分析了2004—2014年间余姚市土壤侵蚀的变化特征。

3 结果与分析

3.1 土壤侵蚀面积的变化趋势

根据浙江省三次土壤侵蚀遥感调查资料,土壤侵蚀面积统计见表1。自2004年以来,余姚市土壤侵蚀总面积逐渐减少。2004—2009年,水土流失总面积减少了17.4%,而平均减少率为6.1912km2/a。2009—2014年,水土流失总面积减少了1.5%,水土流失面积减少率为0.4485km2/a。相比于前五年(2004—2009年),土壤侵蚀面积减少率后五年(2009—2014年)明显下降,前五年的下降率是后五年的12.8倍。2004—2014年,水土流失总面积减少了18.6%,年均下降3.3199km2/a。由此可知,前五年是余姚市土壤侵蚀面积减少最多的时期。

表1 土壤侵蚀面积统计

注:1—无明显侵蚀,2—轻度侵蚀,3—中度侵蚀,4—强烈侵蚀,5—极强烈侵蚀,6—剧烈侵蚀。侵蚀和为2~6级之和。后面各表同。

从不同侵蚀强度面积变化来看,轻度侵蚀面积从2004—2009年减少87.1833km2,而其他侵蚀强度面积增加,增加幅度分别为35.7889km2(中度侵蚀)、14.8587km2(强烈侵蚀)、4.9786km2(极强烈侵蚀)和0.6011km2(剧烈侵蚀)。由此可以看出,前五年土壤总侵蚀面积的减少主要是由于轻微侵蚀面积的减少所致。从2009—2014年,强烈和极强烈侵蚀面积分别减少4.3991km2和0.7397km2。然而,轻度、中度和剧烈侵蚀面积分别增加了2.3735km2、0.5205km2和0.0022km2。因此,近五年来,高强度侵蚀区略有减少,低强度侵蚀区略有增加。2004—2014年,土壤侵蚀面积变化规律与2004—2009年变化相似,主要表现为轻度侵蚀面积减少,其他侵蚀强度面积增加。在过去的10年中,轻度侵蚀面积减少84.8098km2,而其他侵蚀强度面积分别增加36.3094km2侵蚀区(中度侵蚀)、10.4596km2(强烈侵蚀)、4.2389km2(极强烈侵蚀)和0.6033km2(剧烈侵蚀)。

3.2 2004—2009年的变化特征

2004—2009年不同侵蚀强度区域的转移矩阵见表2。在总面积1299.1523km2中,该地区侵蚀强度没有变化的面积为1034.2833km2,而侵蚀强度变化的面积为264.8690km2。其中,侵蚀弱化区138.3715km2,侵蚀加强区126.4975km2。侵蚀加剧地区主要来自2004年的无明显侵蚀区的加剧,占侵蚀加剧面积的83.2%,主要为轻度侵蚀和中度侵蚀区。轻度侵蚀区主要过渡到中度侵蚀区,占侵蚀加剧区的11.5%。中度、重度、非常严重侵蚀过渡区占总面积的5.3%。在侵蚀弱化区,在2004年为轻度侵蚀面积转变为2009年的无明显侵蚀区。轻度侵蚀过渡区占侵蚀弱化区的79.5%。中度侵蚀过渡区占18.9%,主要过渡到无明显侵蚀区,该过渡区占中度侵蚀过渡区的94%。强烈、极强烈、剧烈侵蚀的过渡区占1.6%。弱化区主要过渡到无明显侵蚀区。

表2 2004—2009年不同侵蚀强度区域的转移矩阵

注:在上三角矩阵的数据代表了2004—2009年土壤侵蚀弱化的面积。在下三角矩阵的数据代表了2004—2009年土壤侵蚀加剧的地区。对角线上的数据代表侵蚀强度没有变化。表3、表4与此相同。

3.3 2009—2014年变化特征分析

对不同侵蚀强度区域的转移矩阵见表3。同样可以看出,在这5年中(2009—2014年),侵蚀强度不变的面积为1250.2438km2,侵蚀强度变化的面积为48.9085km2。其中,侵蚀弱化区22.1669km2,占45.3%;侵蚀加剧区26.7416km2,占54.7%。侵蚀加剧面积主要来自2009年无明显侵蚀区过渡。这一部分面积占加剧侵蚀面积的85.3%。无明显侵蚀区主要转化为轻度侵蚀和中度侵蚀区。轻度侵蚀区的侵蚀加剧区占侵蚀加剧区的8.7%,主要向中度侵蚀区过渡。中度、强烈、极强烈和剧烈侵蚀的侵蚀加剧区占6%。从侵蚀弱化分析,2009年的轻度侵蚀区转化为了2014年的无明显侵蚀区,占侵蚀弱化区的25%。中度侵蚀区转化为轻度侵蚀区,占侵蚀弱化区的39.4%,主要过渡到无明显侵蚀区,占2014年中度侵蚀弱化区的81.8%。侵蚀弱化区主要来自侵蚀严重减弱的区域,占侵蚀弱化区的25.8%,主要过渡到无明显侵蚀的侵蚀区,占侵蚀严重弱化区的65.5%。强烈侵蚀区和剧烈侵蚀区的侵蚀弱化区占9.8%。

3.4 2004—2014年的变化特征

2004—2014年不同侵蚀强度区域的转移矩阵见表4,结果显示,在这10年中,该地区1039.3798km2面积的土壤侵蚀强度没有变化,而该地区259.7725km2面积的土壤侵蚀强度发生了变化。在土壤侵蚀强度变化的面积中,侵蚀弱化区137.0352km2,侵蚀加剧区122.7373km2。侵蚀加剧区主要来自于2004年的无明显侵蚀区的过渡,这部分地区占侵蚀加剧区的82.9%,主要向轻度侵蚀和中度侵蚀区过渡。轻度侵蚀加剧区占侵蚀加剧区的16.1%,其中77.6%向中度侵蚀区过渡。中度侵蚀加剧区占侵蚀加剧区的0.8%,其中61.6%向严重侵蚀区过渡。水土流失严重区和严重侵蚀区仅占0.2%。通过对侵蚀弱化区的统计分析得到,从轻度侵蚀区过渡到无明显侵蚀区占侵蚀弱化区的79.4%。中度侵蚀弱化区占侵蚀弱化区的19.1%,主要过渡到无明显侵蚀区,这部分地区占中度侵蚀弱化区的93.9%。严重侵蚀弱化区占1.1%,主要过渡到非明显侵蚀区,占严重侵蚀弱化区的72.5%。在侵蚀弱化区,侵蚀严重区为0.4%。

表3 2009—2014年不同侵蚀强度区域的转移矩阵

表4 2004—2014年不同侵蚀强度区域的转移矩阵

4 结语

余姚市是东南沿海典型的侵蚀区。本文基于遥感和GIS集成技术,分析了余姚市2004—2014年间土壤侵蚀的格局和动态演变规律,主要结论如下:

10年来,土壤侵蚀总面积一直在减少。年平均土壤侵蚀面积减少率为3.3199km2/a。值得注意的是,轻度侵蚀面积减少趋势非常明显。但是,中度、强烈、极强烈和剧烈侵蚀的地区正在增加。近年来,一方面,余姚市大力开展水土流失生态管理,在一定程度上,遏制水土流失;另一方面,由于人口增长对土地的需求日益增加,陡坡种植、采石等活动造成了严重的水土流失。

通过对侵蚀演变规律以及不同侵蚀强度面积的动态变化分析发现:在前5年,侵蚀变化面积264.8690km2,侵蚀弱化区面积占52.2%;在后5年,侵蚀变化面积48.9085km2,侵蚀弱化区面积占45.3%;10年的侵蚀变化面积259.7725km2,侵蚀弱化区占52.8%。侵蚀弱化区主要由轻度侵蚀区向无明显侵蚀区过渡。侵蚀加强区主要是自无明显侵蚀区过渡到轻微和中度侵蚀区。

在陡坡上种植经济林是余姚市经济发展的主要特点。在经济林建设过程中,农民只追求面积的增加和经济的增长,而忽视了水土保持,并剔除经济树木下的草坪,造成土壤表面裸露。当暴雨发生时,经济树下的土壤侵蚀十分严重。经过全面科学的水土流失和生态安全研究,专家们提出了特殊的侵蚀现象“远望是绿山,近观则水土流失”。土壤侵蚀导致土壤肥力下降,严重影响果树的生长发育。同时,也造成了水资源的污染。土壤侵蚀降低果园生产力,有些果园甚至变成荒地,不利于区域经济发展和社会进步。

在遥感影像中,余姚市的植被状态非常好,覆盖率相对较高。但由于森林结构不合理,林下灌木或草本植被缺乏,土壤裸露度高,中等甚至更严重的水土流失现象也会发生。因此,有必要开展余姚市经济林土壤侵蚀防治研究。

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