土地利用方式变迁与土壤侵蚀的关联

流域土地利用方式变迁与土壤侵蚀的关联（1云南师范大学旅游与地理科学学院，云南昆明，650092；2云南财经大学，云南昆明，650211；3昆明理工大学环境科学与工程学院，云南昆明，650093）摘要：土地利用方式变迁直接改变土壤侵蚀的方式和强度，与土壤侵蚀有密切的关联。本研究以长江上游的龙川江流域作为研究对象，讨论了土地利用方式变迁的土壤侵蚀环境效应。结果表明：龙川江流域土地利用内部转化以林地转化最为突出，导致了土壤侵蚀面积的减少或增加；其它土地利用类型向林地的转化均有利于减少土壤侵蚀，而向耕地的转化则会增加土壤侵蚀；耕地向林地、草地、水域的转化使侵蚀强度指数显著降低，林地向耕地、草地转化，水域向其它土地利用类型的转化，均显著增加侵蚀强度指数。关键词：龙川江流域；土地利用；土壤侵蚀；长江流域中图分类号：文献标识码：土地利用/覆被变化（LUCC）是区域生态环境变化的重要影响因素，已成为国际土地科学研究中最为活跃的前沿领域之一[1]。而土壤侵蚀也被认为是全球最严重的环境问题之一，成为了全球性的公害，严重威胁着人类的生存与发展。影响土壤侵蚀的因素涉及气候、地形、土壤、植被等多个方面。其中，人类不合理的土地利用往往是发生土壤侵蚀的主要原因之一。不同的土地利用方式对土壤侵蚀的发育有着不同的影响，土地利用的变化直接影响着土壤侵蚀强度的变化[2]。长江上游作为长江流域的重要泥沙来源区，受到学术界乃至整个社会的广泛关注，这在1998年的洪水及三峡工程建设之后更为突出[3]。本文以该区内的龙川江流域为研究对象，探讨了土地利用方式变迁与土壤侵蚀的关系，为深刻认识长江流域的LUCC和土地利用的侵蚀效应提供案例支撑。1.研究区概况龙川江是长江中上游金沙江的一级支流，位于云南省楚雄州境内，北纬24°45′～26°l5′，东经l00°56′～102°02′，发源于南华县天子庙，流经南华、楚雄、牟定、禄丰、元谋五县市，由元谋江边汇入金沙江，全流域面积924530hm2。流域基岩为三叠纪页岩、砂岩、少量花岗岩、石灰岩和第四纪沉积物。地貌多为中山丘陵与河谷盆地。流域大部分区域海拔在1700～2200m，最高3000m，最低700m。龙川江流域位于亚热带地区，年平均气温17.2℃，年均降雨量793.7mm。由于季风气候占主导地位，80％以上的降雨发生在从5月至10月的雨季，收稿日期：基金项目：国家重点基础研究发展计划‘973’项目(编号:2003CB415105)资助，云南省自然科学基金(编号:2006D0080M)作者简介：主要从事水文学与气候学方面的研究.全年蒸发量是2545mm。自然植被类型为亚热带常绿阔叶林和云南松，由于地形和气候的影响，植被分布的垂直地带性特征突出。2.研究方法及资料使用本文主要采用对应分析作为基本研究手段，以1990～2001年为研究时段，依托“3S”技术和传统方法获得和监测土地利用、土壤侵蚀及其动态变化结果，并分析土地利用与土壤侵蚀的耦合关系，研究的技术路线可以参考其它学者的相关研究工作[4～6]。在获取土壤侵蚀强度等级分布图时，依据国家《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190-96)所规定的水力侵蚀强度分级，通过ArcView软件确定各斑块的土壤侵蚀强度等级并进行斑块间的同类合并，然后进行统计分析。为探讨动态变化，在ARC/INFO中叠加两个时段的土地利用和土壤侵蚀现状图层，得到两者在11年中的转化数据。然后采用地图代数法分别求取两者的类型转移矩阵，定量讨论它们中不同类型之间的相互转化情况[7]。研究资料主要包括1990年的TM（拍摄时间：1990年1月11日）和2001年的ETM（拍摄时间：2001年3月20日）卫星遥感图像，1:5万DEM图，研究区野外定位获取的GPS数据和土地利用现状图、土壤侵蚀图及其它相关资料。3.结果与讨论3.1土地利用方式变迁表1为1990～2001年的土地利用转移矩阵。从表中可以看出，2001年时，研究区耕地面积为322291hm2，占整个研究区面积的34.86%；林地面积为368875hm2，占39.90%；草地面积为219151hm2，占23.70%；水域面积为6408hm2，占0.69%；城乡居民及工矿用地7050hm2，占0.76%；未利用地为755hm2，占0.08%。表1研究区1990～2001年土地利用转移矩阵(hm2)土地利用类型耕地林地草地水域城乡居民及工矿用地未利用地1990年总计耕地171815387128116621934473349298708林地10716331389463021127640668485828草地40872160107368068391367132225水域811208462219925623767城乡居民及工矿用地13795163037123323332未利用地25101922002076702001年总计32229136887521915164087050755924530以2001年与1990年的土地利用类型进行比较后可以看出，城乡居民及工矿用地、水域、草地、耕地面积显著增加，而林地大量减少是整个研究区土地利用变化最为显著的特点。其中，城乡居民及工矿用地增加了3718hm2，增加比例高达111.58%；水域面积增加2641hm2，增加比例为70.11%；草地面积增加86926hm2，增加比例为65.74%；耕地面积增加23583hm2，增加比例为7.90%；林地面积减少了116953hm2，减少比例为24.07%；未利用地增加85hm2，增加比例为12.69%。土地利用动态度是表达研究区内一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况的度量指标，利用此指标可以对研究区域内各种土地利用类型之间的变化速度做分析比较，其表达式为[8]：%1001TUUUKaba(1)式中：K为研究时段内某一种土地利用类型的动态度；aU和bU分别为研究期开始和结束时某一种土地利用类型的数量；T为研究时段长。计算结果表明，龙川江流域土地利用变化速度较快，综合土地利用动态度指数达到了0.78，这是流域内社会经济快速发展的结果。为深入分析不同土地利用类型内部与不同土地利用类型之间的变迁状况，本研究绘出了流域内不同土地利用类型转化比例情况图（图1）。从图中可以看出，转化幅度较大的土地利用类型及其转化方向为：耕地主要转化为林地和草地，其次转化为城乡居民及工矿用地，少量转化为水域；林地主要转化为耕地和草地；草地主要转化为耕地和林地；水域主要转化为耕地和林地，少量转化为耕地与草地；而城乡居民及工矿用地则主要由耕地转化而来，另外有少量的林地和草地也转化为城乡居民及工矿用地。从具体的定量指标来看：林地转出比例不大，转为耕地和草地的面积只占其原有面积的图1研究区耕地、林地、草地、工矿居民用地转化比例情况图（a耕地b林地c草地d工矿居民用地）0.005.0010.0015.0020.0025.0030.00转化比例（%）转出比例（%）转入比例（%）转出比例（%）0000转入比例（%）27.141.521.070.54耕地林地草地水域0.0010.0020.0030.0040.00转化比例（%）转出比例（%）转入比例（%）转出比例（%）17.6837.110.150.1转入比例（%）13.9536.60.070耕地林地水域城乡工矿居民用地0.001.002.003.004.005.006.00转化比例（%）转出比例（%）转入比例（%）转出比例（%）3.954.6200.02转入比例（%）4.285.1100耕地草地水域城乡工矿居民用地0.005.0010.0015.0020.0025.00转化比例(%)转出比例（%）转入比例（%）转出比例（%）23.049.410.71.92转入比例（%）21.2213.160.40林地草地水域城乡工矿居民用地bcda3.95%和4.62%，而有13893.30hm2的耕地和16588.94hm2的草地转入林地，分别占原林地面积的4.31%和5.15%。林地的转入比例大于转出比例。草地的转出、转入比例均较高，转出高于转入，有7901.93hm2转变为耕地，16588.94hm2转变为林地，分别占原草地面积的17.68%和37.11%；同时也有5673.49hm2的耕地、14890.73hm2的林地转为了草地，分别占原草地面积的12.69%和33.31%。城乡工矿居民用地的转入比例较高，达到1157.47hm2，占其原有面积的38.93%，同时也有小面积的林地、草地、水域转变为城乡工矿居民用地。3.2土壤侵蚀强度变化表2是研究区1990、2001年土壤侵蚀强度面积统计值。从表中可以看出，在研究的时段内，微度侵蚀、轻度侵蚀和中度侵蚀是构成研究区的主要侵蚀强度类型，1990年、2001年其面积分别占到整个研究区的90.82%、87.12%；而强度、极强度侵蚀也占有一定比例，分别达到了8.90%和12.6%；剧烈侵蚀类型较少，分别不到1%。1990年到2001年11年间，研究区轻度以上的土壤侵蚀面积从1990年的667283hm2增加到2001年的757769hm2。表2研究区1990～2001年土壤侵蚀量变化状况(hm2)侵蚀等级1990年2001年1990-2001面积变化1990-2001比例变化(%)侵蚀面积侵蚀比例(%)侵蚀面积侵蚀比例(%)微度侵蚀25726827.8316678418.04-90484-35.17轻度侵蚀40300843.5930431132.91-98697-24.49中度侵蚀17934519.433444436.1715509986.48强度侵蚀667197.22838579.071713825.69极强度侵蚀155711.68326083.5317037109.41剧烈侵蚀26400.2925490.28-91-3.45从各土壤侵蚀强度等级在1990～2001年面积的绝对变化量来看：中度、强度、极强度侵蚀呈增长趋势。其中，中度侵蚀净增加155099hm2，增幅为86.48%；强度侵蚀净增加17138hm2，增幅为25.69%；极强度侵蚀净增加17037hm2，增幅达109.41%。同时，微度、轻度和剧烈侵蚀呈减少趋势。其中，微度侵蚀减少904847hm2，减幅为35.17%，轻度侵蚀减少98697hm2，减幅为24.49%；剧烈侵蚀减少91hm2，减幅为3.45%。从土壤侵蚀面积变化比例来看，以中度侵蚀和极强度侵蚀增加最大；同时微度侵蚀、轻度侵蚀则大幅度降低。运用计算得出的数据，对1990年和2001年研究区土壤侵蚀量和平均侵蚀模数进行计算，计算结果表明：研究区侵蚀量和侵蚀模数都在增加，侵蚀量由1990年的21549300t增加到2001年的28448314t，侵蚀模数由2331t/(km2.a)增加到3077t/(km2.a)；在研究的时段内，微度、轻度和剧烈侵蚀的侵蚀量有所减少，减少幅度分别为35.17%、24.49%和3.44%；中度、强度和极强度侵蚀的侵蚀量大量增加，增加幅度分别为86.48%、25.69%和109.42%。综合分析流域的土壤侵蚀面积、侵蚀模数、侵蚀量的变化，在研究时段内，微度、轻度等表征土壤侵蚀效应转好趋势的指标均呈现降低的趋势，而表征土壤侵蚀效应转坏趋势的指标均呈现升高的趋势。表明流域内土壤侵蚀状况总体上朝着恶化的方向发展，需要立即采取有效的水土保持措施和生态建设措施来治理土壤侵蚀，尤其需要关注中度、强度和极强度侵蚀大幅增加的问题。3.3土地利用与土壤侵蚀的关联为了能定量说明与各土地利用类型对应的土壤侵蚀的综合程度，本文利用了土壤侵蚀强度指数这个指标。土壤侵蚀强度指数能反映出土壤受侵蚀的程度，计算结果越大，表明土壤侵蚀越强，反之，则越小，其表达式如下[9]：nijiijSACE1/100(2)式中：jE为第j单元的土壤侵蚀强度指数；iC为j单元第i类型土壤侵蚀强度分级值；iA为第j单元i类型土壤侵蚀所占的面积；jS为第j单元所占的土地面积；n为第j单元土壤侵蚀的类型总数。阐明土