發(fā)布時間：2024-01-10 10:32:28
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的土壤侵蝕概念樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
1 材料與方法
1．1 研究區(qū)概況及數據來源
三峽庫區(qū)是指長江三峽水利樞紐工程175m水位淹沒所涉及的湖北省、重慶市20個縣（市、區(qū)），幅員面積5．8×104 km2，其中重慶段總面積4．62×104 km2，湖段總面積1．18km2。地貌區(qū)劃為板內隆升蝕余中低山，總體地勢西高東低。庫區(qū)內河谷平壩約占總面積的4．3％，丘陵占21．7％，山地占74％。庫區(qū)處于中緯度，具有亞熱帶季風濕潤地區(qū)的氣候特征，整個庫區(qū)四季分明，冬季微冷，夏季熱而多雨。區(qū)內熱量充足，年平均氣溫為15～18℃，年降水量為1 000～1 250mm。土壤以紫色砂頁巖發(fā)育的紫色土和花崗巖發(fā)育的黃壤、黃棕壤為主。庫區(qū)屬亞熱帶常綠、落葉和針闊混交植物區(qū)，并混雜其他大陸成分。
1．2 研究方法
研究所用1995—2010年降雨資料來自中國氣象科學數據共享服務網；庫區(qū)90 m分辨率DEM、1∶400萬土壤類型及分布數據和植被覆蓋類型數據均來自“地球系統科學數據共享平臺”；1∶25萬土地利用數據來自武漢長江水利委員會長江科學院。目前，關于土壤侵蝕量的計算方法主要有外實地觀測法、遙感解譯法、模擬模型法［3］。模型模擬方法最具代表的就是Wischneier于20世紀60年代提出的USLE方程，經過2次修正后得到修正的通用土壤流失方程RUSLE［4］，RUSLE與USLE的結構相同，但引入了土壤侵蝕過程的概念，改進了各因子的含義和算法，因而使用范圍更加廣泛。RUSLE方程較為全面地考慮了土壤侵蝕的影響因素，其基本結構為：
借鑒以往研究經驗，考慮數據的獲取，采用僅需年降雨量和月降雨量數據的經典雨量型簡易算法Wischmeier經驗公式［5］計算R值，此時得到的是空間上離散的年降雨侵蝕力，需利用ARC／INFO軟件的空間插值功能，采用克里金插值法，將年降雨侵蝕力從點值轉換成面值，制作空間上連續(xù)的年降雨侵蝕力因子圖層。以RUSLE手冊中的坡長坡度因子算法為主，兼顧考慮陡坡地坡度因子計算。借鑒王寧對松花湖流域的研究結果及其他成果［6－7］，采用坡長指數的方法計算坡長因子L。土壤侵蝕量對坡度較敏感，RUSLE方程在緩坡地的模擬較準確，通用土壤流失方程允許計算的最大坡度為18％，而研究區(qū)域坡度超過18％的土地面積達到40．36％，因此，坡度因子S的計算借鑒劉寶元［9］對9％～55％的陡坡地土壤侵蝕的研究成果。利用ArcGIS軟件從90m分辨率的DEM數據中提取三峽庫區(qū)的坡長、坡度柵格圖層，然后根據坡長坡度因子的計算式，利用ArcGIS的空間分析功能，對柵格圖層進行計算，得到坡長坡度因子圖層。以Sharply等［9－10］的K因子算法為主，參考國內學者對南方紫色土、黃壤、黃棕壤等土壤可蝕性研究成果，最終確定三峽庫區(qū)不同土壤類型的可侵蝕性因子K值（見表1），并利用ArcGIS的空間分析功能確定三峽庫區(qū)土壤可蝕性分布圖。在不同的侵蝕影響因素下土壤侵蝕情況不同，為了進行比較分析，需要一個綜合指標，其大小可以反映各影響因素下土壤受侵蝕的嚴重程度，可用土壤侵蝕的綜合指數（INDEX）［13］來表示，計算公式如下：式中：Wij為第i類第j級的土壤侵蝕強度的分級值；Aij為第i類 第j級 的 土 壤 侵 蝕 強 度 的 面 積比例。
土壤侵蝕強度等級的分級值劃分如下：侵蝕中的微度、輕度、中度、強度、極強和劇烈的分級值分別為0、2、4、6、8、10。其分級值越大說明對土壤侵蝕綜合指數的貢獻也就越大。
2 結果與分析
通過上述方法獲得土壤侵蝕模型所需因子的柵格分布圖層之后，利用ArcGIS軟件的柵格計算功能，按照RUSLE方程，對各因子進行空間圖層運算，得到三峽庫區(qū)1995—2010年年均土壤侵蝕模數分布圖，見圖1。對三峽庫區(qū)年均土壤侵蝕狀況進行統計分析，結果見表3。
2．1 土壤侵蝕空間及其統計分析
由圖1可以看出，三峽庫區(qū)重慶段的開縣、巫溪縣、云陽、奉節(jié)、巫山以及武隆縣，湖北段的興山縣和秭歸縣土壤侵蝕最嚴重，局部地區(qū)的平均侵蝕模數達到22 139．94t／（km2•a）以上；其次為重慶段的豐都、石柱、萬州也較為嚴重。強度侵蝕面積為4 606．63km2，占總面積的6．52％；有3 440．32km2和2 147．31km2分別屬極強侵蝕和劇烈侵蝕，分別占總面積的4．87％和3．04％。分析主要原因是因為這些地區(qū)降雨侵蝕力強；地形高差較大；土壤類型以黃壤、黃棕壤、其可蝕性也比較敏感；植被類型以林地、草地為主，水土保持能力低。此外，開縣、云陽、奉節(jié)、萬州等是庫區(qū)移民搬遷建設工程最為集中的地區(qū)，大量人為活動及其農業(yè)陡坡旱作，從而導致這些地區(qū)土壤侵蝕比較嚴重。
另外可以看出，微度和輕度的流失面積比例最大，共達到68．57％，面積為48 438．66km2，但其土壤侵蝕量僅為19．45％，水土流失量小。從圖1可以看出，三峽庫區(qū)東部和西部地區(qū)土壤侵蝕較輕，這些地區(qū)地形起伏小，由降雨造成的侵蝕力弱，雖然這些地區(qū)以旱地為主，植被覆蓋與水土保持措施因子敏感，但其不是造成土壤侵蝕的主要動力，因此影響較小。中度土壤侵蝕面積達12 003．04km2，占總面積的17％，土壤侵蝕量為庫區(qū)侵蝕總量的21．88％，這些地區(qū)主要受人類不合理活動干擾的影響。
2．2 不同坡度條件下土壤侵蝕分布特征分析
將土壤侵蝕模數圖與坡度圖進行疊加和統計分析，得到三峽庫區(qū)不同坡度條件下不同侵蝕強度的數據，進而計算出各個坡度條件下的土壤侵蝕綜合指數（表4）?！谋?可以看出，三峽庫區(qū)土壤侵蝕最嚴重的區(qū)域為坡度大于35°的地區(qū)，其侵蝕綜合指數為544．14，遠大于其他坡度等級，強度以上等級侵蝕面積占該區(qū)面積的59．63％，同時該區(qū)極強度侵蝕所占的比例較大，達到了11．70％。其次為25°～35°地區(qū)，強度以上等級侵蝕面積占到了該區(qū)域面積的19．61％，該區(qū)中度侵蝕所占的比例最大，達到62．28％。而在坡度小于8°的地區(qū)，土壤侵蝕為微度侵蝕和輕度侵蝕，土壤侵蝕綜合指數最小，為31．40。通過分析可以看出，侵蝕綜合指數隨著坡度的增加而增大，隨著坡度的增加強度以上侵蝕所占的比例也逐漸增大。
2．3 不同土地利用類型的土壤侵蝕分布特征分析
三峽庫區(qū)以林地面積最大，占庫區(qū)總面積的46．71％；其次為旱地，占27．42％；再次為草地和水田，各占12．77％和10．92％。由于水域、居民點及建設用地、裸巖石礫地所占的面積很小，這里不做統計。將三峽庫區(qū)土地利用現狀圖與土壤侵蝕空間圖進行空間疊加和統計，得到不同土地利用類型下土壤侵蝕情況，然后再計算出土壤侵蝕綜合指數，結果見表5?！靺^(qū)土壤侵蝕嚴重程度是旱地＞草地＞林地。庫區(qū)旱地不僅面積所占比例大，其侵蝕綜合指數也是最大，達到了450．50，且強度以上等級侵蝕所占的比例也較大，其中強度和極強度侵蝕占旱地總面積的31．06％，劇烈侵蝕占11．12％，是庫區(qū)需要重點加強水土保持的區(qū)域。林地以微度侵蝕與輕度侵蝕為主，占林地總面積的75．38％，中度侵蝕面積占19．99％、強度與極強度侵蝕占4．63％；草地面積占庫區(qū)總面積的12．77％，強度以上侵蝕占草地總面積的5．57％，其土壤侵蝕也是以輕度和微度侵蝕為主，分別占草地總面積的46．73％和26．47％，中度侵蝕占21．23％，其侵蝕綜合指數為212．84。水田以微度侵蝕為主，可以忽略?？偟恼f來，旱地地區(qū)土壤侵蝕嚴重，需重點治理。
2．4 不同土壤類型的土壤侵蝕分布特征分析
由表6知，土壤侵蝕指數最高的是暗黃棕壤和石灰（巖）土，分別是300．58和291．32，強度以上等級侵蝕所占比例也較大，分別為17．39％和15．20％，說明這2類土壤上的土壤侵蝕最為嚴重。接下來黃壤侵蝕也較為嚴重，其侵蝕綜合指數為262．10，強度以上等級侵蝕所占比例為16．20％；紫色土侵蝕綜合指數雖然不算過高，但紫色土面積大，占庫區(qū)總面積的39．61％，強度以上級別侵蝕所占比例為14．05％，也是庫區(qū)需要重點治理的范圍。其他土壤侵蝕綜合指數依次為紫色土、棕壤、水稻土、黃棕壤。
【關鍵詞】土壤資源 生態(tài) 改良
具有農、林、牧業(yè)生產性能的土壤類型總稱，我們謂之土壤資源，其為人類生產、生活中最基本、最廣泛和最重要的自然資源，屬地球上陸地生態(tài)系統的重要組成部分。同時，其被認為是土地資源的核心內容，亦是地理環(huán)境的物質基礎。
據其概念可知，土壤資源具有一定的生產力，生產力的高低除了與其自然屬性有關外，很大程度上取決于人類對生產實踐技術水平的認知和掌握。土壤種類及其性質的異同，對農、林、牧業(yè)均具有不同的適宜性，生態(tài)改良技術是人類合理利用和調控土壤適宜性的有效手段，即挖掘和提高土壤生產潛力的問題。可更新和可培育的兩大原則是人類改造土壤資源的基礎前提，對其發(fā)展變化規(guī)律的有效掌握有助于人類應用先進技術促使其肥力不斷提高，以生產更多的農產品，滿足人類生活的需要。若采取不恰當的培育措施，土壤肥力和生產力均會隨之下降，甚至衰竭。
一、土壤資源存在的問題
據悉，地球上無冰覆蓋的陸地總面積約為1.3億km2，其中可耕地面積占23.08%，而已耕地僅有1400萬km2，比例約占陸地總面積的10.77%，可見耕地面積是極為有限且分布不均的。從數據中可推算，仍有12.31%的可耕地有待開發(fā)，然而其中絕大多數在現有條件下難以利用，例如沙漠、裸巖和陡坡山地等，真正肥沃且可耕種的土地大部分已被墾殖。
我國土壤資源比較豐富，類型也多種多樣，擁有12個土綱60個土類，還具有世界上特有的青藏高原土壤，因此對發(fā)展農、林、牧業(yè)生產均具有廣泛的應用價值。我國耕地的絕對數量約100萬km2，僅占世界同類耕地的7%，居世界第4位。人均耕地面積933.3m2，遠低于世界人均2866.7m2的占有水平。利用和保護土壤資源，確保其永續(xù)利用，是我國針對土地資源面積逐年縮減、貧瘠進程日益加劇所提出的剛性任務。
（一）耕地逐年減少，人地矛盾突出
耕地面積銳減是世界性的話題，而我國人地矛盾更為突出，40多年來，開荒造田多達2500萬hm2，但耕地減少量多達4000萬hm2，每年新增1600萬的人口更是雪上加霜，使得有效生存空間越來越小。城市化進程的加速對土壤資源的質與量均可產生雙重影響。
（二）土壤侵蝕嚴重，危害巨大
由于植被破壞、利用不當，土壤侵蝕現象愈發(fā)嚴重。據估計，世界約有1/4的耕地受到不同程度的水蝕和風蝕，目前全世界土壤流失量已增至254億t/a，許多區(qū)域出現土壤肥力下降的現象。我國水土流失面積已由19世紀50年代初的116萬km2擴增至190萬km2，增長近63.8%。受水土流失危害的耕地約占耕地總面積1/3以上，水土流失涉及全國近1000個縣。南方丘陵紅壤侵蝕面積約為40萬km2，估算全國土壤流失量每年50億t，相當于氮、磷、鉀肥4000萬t的損失量，這些土壤流失的養(yǎng)分量，折合成化肥，相當于全國化肥的年產量。水土流失不僅對農、林業(yè)生產造成嚴重威脅，同時對水利、交通及工礦等事業(yè)亦帶來巨大危害。
（三）土壤資源退化，肥力下降
土壤侵蝕和墾殖利用的不合理，加速了其退化進程。李彥芳等認為耕地質量衰退造成的耕地隱性流失已嚴重影響了耕地總量動態(tài)平衡戰(zhàn)略的實施以及耕地的可持續(xù)發(fā)展。物理、化學和生物等土壤特性劣化的綜合表征，即為土壤退化，具體表現為有機質下降、養(yǎng)分元素匱乏、土壤結構破壞、土壤侵蝕、土層變薄、土壤板結、土壤堿化和沙化等諸多方面。其中，有機質下降是當前土壤退化的主要標志。我國耕地土壤有機質下降也是極為普遍的，若不加以制止，土壤腐殖質（既為地球表面太陽能的主要累積器，也是確保生物圈生態(tài)穩(wěn)定的土壤生產力的保護者）的損失可進一步加速生態(tài)危機的進程。
（四）土壤鹽堿化、沙化加劇
世界各大洲干旱、半干旱地區(qū)均有不同程度的鹽堿土分布，約占干旱區(qū)面積的39%，我國鹽堿土總面積約為20萬km2。另外，土壤沙化也是該氣候條件下土壤資源的另一種退化現象。
二、土壤資源生態(tài)改良手段
生態(tài)改良手段主要是通過防止土壤侵蝕、防治土壤沙化、培肥土壤、改善生態(tài)系統，使土壤資源顯現應有的生態(tài)和社會經濟效益。防止土壤侵蝕可采用工程和生物措施相結合的方法，做好總體規(guī)劃，因地制宜確定農林牧用地的適當比例。此外，采用等高耕作、深耕松土、適量施肥免耕法以及采用固沙劑等方法，均可起到防止土壤侵蝕的目的。
鹽堿良必須是抗旱、治澇及治鹽堿相結合，其主要措施有沖洗、排水和井機灌排等。在沙漠化治理上，應與區(qū)域性環(huán)境保護結合起來，采取綜合措施，進行有針對性的治理。此外，對洪、澇、旱、風、酸、粘、沙和貧瘠等多種因素影響農業(yè)生產的低產田，可采取綜合改良措施使其成為高產、穩(wěn)產的優(yōu)質農田。
另外，提高土壤質量還需大力發(fā)展農田基本建設，通過制定環(huán)境保護法、農田水質標準等來控制土壤污染源。發(fā)揮土壤資源優(yōu)勢必須制定周密合理規(guī)劃，限制亂占農業(yè)用地，合理安排農業(yè)生產布局，使農、林、牧業(yè)均衡發(fā)展，進而創(chuàng)造良好的生態(tài)和生活環(huán)境。
參考文獻：
關鍵詞：西部地區(qū) 水土保持 生態(tài)環(huán)境建設 植物工程
中國是世界上水土流失最嚴重的國家之一，而西部又是中國水土流失最嚴重的地區(qū)。在西南，新構造強烈，斷裂褶皺形成的破碎巖層多，地形起伏，山地丘陵區(qū)占地面積廣，片蝕、溝蝕、崩塌、滑坡、泥石流大量存在。水土流失面積53.5萬km2，占西南地區(qū)總面積的39.1%。河流泥沙輸出量每年達8.3億噸，土壤侵蝕按輸移比0.25計可達33.2億噸。土壤侵蝕模數按侵蝕面積計達6205t/km2.a，個別地區(qū)所占的比重更大。由此已造成了土層減薄，能力降低，耕地被毀，土地石漠化，河流含沙量增大，航程縮短，水利工程淤積嚴重，效益降低等不良后果。特別是植被破壞，水土流失增強，引起地面涵養(yǎng)水分能力降低，氣候惡化，植物群落發(fā)生逆行演替，干旱面積擴大，水源枯竭，旱洪災害頻繁[1]。
在西北，廣覆著疏松深厚的黃土，氣候干燥，植被稀少，甚至為零。這里沖溝縱橫交錯，坡蝕、溝蝕量巨大，水土流失更加嚴重。據黃河流域的資料統計，黃土高原存在43萬km2的土壤流失區(qū)，其中窟野河、皇甫川、孤山川、禿尾河、佳蘆河5條支流面積僅1.73萬km2，但流失沙量2.46億噸?；矢Υㄖ炼d尾河等各支流的中下游地區(qū)，粗沙輸沙模數達10000t/km2.a，另一區(qū)域為無定河中下游，輸沙模數在6000～8000t/km2.a。因此，導致了黃河下游段的嚴重淤積抬升[2]。三門峽至高村段粗沙(粒徑>0.05mm)淤積強度為1740×104t/d。占全沙淤積強度的62%。
因此，治理西部地區(qū)的水地流失，加快其環(huán)境生態(tài)恢復，是開發(fā)西部的首要任務。也是利在當代，蔭及子孫的偉大事業(yè)。
1 植物活性工程在西部環(huán)境生態(tài)建設中的地位
西部地區(qū)的氣候及地質、地貌條件，近代變化并不明顯，要想大幅度地改善當地的氣候及地質條件，以適應植物的生長，在現有的科學水平及人力、財力條件下，是無能為力的；而西部地區(qū)的現有地形地貌如要徹底改觀，目前的國力也是無法支撐的。只有利用有限的資金在局部地區(qū)，通過平整土地，修筑梯田，筑壩攔沙淤地等工程手段，達到有限的改造效果。
植物群體具有很好的水土保持功效，且具有活性。在現有的氣候、地質、地貌條件下，能充分發(fā)揮其整體和立體效能，起到工程的作用。單株的或小范圍地盲目種植植物，其水土保持功效甚微。應該將植物看成一項工程實體的一個個單元，只有合理地設計、規(guī)劃和布設，才能收到事半功倍的成效。這是因為植物工程投資少，見效快，易于大面積推廣和實施；另一方面，它具有活性，不怕埋壓，能自動跟蹤地表高程的變化，具有很強的跟隨性和擴展能力；這是硬性工程無法比擬的。廣泛繁殖及郁閉的大批植物群體，能有效的涵養(yǎng)水分，截留和散發(fā)部分雨水，減少雨蝕及地表徑流，滯流削峰，增大土壤的抗沖性，大大減少當地的水土流失。因此，植物作為一項工程來實施，具有突出的發(fā)展優(yōu)勢，在所有水土保持工程措施中應處于優(yōu)先發(fā)展的地位。
在西南地區(qū)，空氣潮濕，雨水豐沛，植物極易生長。由于溝道及支流坡陡流急，侵蝕泥沙主要來自坡面，因此，植物治理的關鍵是坡面。在>20°的坡地應合理構筑植物“立體”工程，喬、灌、草本套種，水土保持林和經濟林種有機結合。這樣，高大的喬木可形成上層攔截網，截留部分雨水，減少雨滴的動量；中高的灌木進一步攔截雨水和緩解下降雨滴的沖擊，地表的草本則起到“后衛(wèi)”的作用。在緩坡地帶或適宜耕作的坡地，利用植物工程構筑條帶狀的籬或壩，利用密集植物枝莖縫隙過流，攔截輸移的泥沙于壩前或籬前，自然加高局部地形，形成天然梯田或階地。
在西北地區(qū)，干旱少雨，溝道侵蝕約占60%，但溝道土壤含水量相對較大，植物易于在溝底先成活。在干旱沙漠地區(qū)，沙棘檸條等耐旱植物的大面積成活及繁殖，已為該地區(qū)大面積恢復綠色青春帶來了可盼的希望。凡是種植沙棘的地方，碧綠蔥蔥，與周圍的光山禿嶺形成了鮮明對比。不難看出，沙棘在如此惡劣的西北個別地區(qū)茂盛生長，那么，黃土高原的任何角落推廣種植，已不會有太大的困難。以沙棘為骨架，并配合其它適生適地的植物群體，先在溝道以類似于土石壩攔水攔沙的概念，布置一道一道活性沙棘壩群，攔截溝道輸移粗沙，已在黃河中游砒砂巖地區(qū)取得成功，并且起到了明顯的工程效果。內蒙西召溝的植物壩，當年壩前攔沙厚度0.2～0.4 m，現已形成條帶植物群落[3]。因此，在西北干旱地區(qū)，以抗旱植物在溝道或間歇性支流中布置活性壩，以此為突破口，淤沙造田，保水保土，發(fā)展溝道農業(yè)，進而擴充到兩側坡地，是快速治理該地區(qū)水土流失，加快生態(tài)環(huán)境恢復的有效途徑。
2 植物活性工程滯流攔沙作用
坡面植物工程的布設，其冠部能有效地減少雨蝕量，攔截部分雨水，加大地表水的下滲，明顯影響土壤含水量消退系數K值，降低徑流峰值，延長匯流時間，降低水流挾沙能力，減少輸沙率。運動的泥沙顆粒會部分在行近植物群體時沉積，從而大大減少了坡面土壤侵蝕量。
匯入溝道的水流，因溝底高大的植物或低矮的灌木及草本的作用，粗糙度增大。據筆者的研究，較小的植物水力密度Fv，可以導致糙率n值增大幾倍，甚至十幾倍，水流對床面的切應力以及河道輸沙率均明顯減少。它們均為Fv的指數衰減函數[4]。
水庫邊坡或寬闊水域的堤岸，植物活性體能有效地削減波浪高度，減少風浪或其它原因形成的波浪侵蝕，防止土體崩塌或滑坡。據周躍等人的研究，有側根作用的土體，抗張拉力明顯提高，對于云南松等喬木，在有側根作用的土體中，其抗張拉力提高38.7%，其它學者，對不同的水土保持林的觀測結果，基本與周躍的試驗結果一致[5]。因此，植物根部起到了“加筋”作用。
植物覆蓋度與土壤侵蝕率具有明顯的非線性關系。覆蓋度增加，土壤侵蝕量減少。據甘肅省的觀測資料[6]，當植物的覆蓋度從90%減少到小于30%時，土壤侵蝕率從小于500t/km2.a，增加到8000～13000t/km2.a。反之，覆蓋度增加，則侵蝕率減少。據蔡強國的研究，不高的植物覆蓋度，已具有很好的水土保持功效，陡坡臨界覆蓋度約為75%[7]。由此可以看出，植物的群體的作用是非常明顯的。
總之，在西部環(huán)境生態(tài)建設中，應以植物工程為主體，輔之少量的硬性控制工程，可收到事半功倍的良好效果，同時也是當前治理西部水土流失的基本對策。
3 結語
西部的生態(tài)建設，離不開植物覆蓋率的提高及大量水土流失的減少。植物工程即具有滯流攔沙、水土保持作用，又能加快環(huán)境生態(tài)建設及良好生態(tài)恢復，是一項投資少、見效快，且具有多重作用的綠色活性工程。它的推廣及廣泛應用，必將帶來西部環(huán)境生態(tài)建設的一場綠色革命。因此，應把植物工程措施放在西部開發(fā)建設中的重要位置。
參 考 文 獻
[1] 羅德富，吳積善。西南自然災害及其防治對策。科學出版社，1991。
[2] 畢慈芬，孟慶枚。黃河上中游的泥沙問題。第二屆海峽兩岸水利科技交流研討會，1996.8.5—6，中國臺北。
[3] 畢慈芬，李桂芬等。砒砂巖地區(qū)植物柔性壩試驗研究報告。黃河上中游管理局，2000.6.
[4] 拾兵，曹叔尤等。植物因子與明渠推移質輸沙率的關系。山地研究，Vol.17，No.2，1998.
[5] 周躍，徐強等。喬木側根對土體的斜向牽引效應。山地學報，Vol.17，No.1，1999.
關鍵詞：地理信息系統；生態(tài)影響評價；生態(tài)系統；成圖精度；定量化
中圖分類號：P618.4 文獻標識碼：A
文章編號：1674-9944（2013）01-0057-03
1 引言
自2011年9月《環(huán)境影響評價技術導則 生態(tài)影響》HJ 19～2011實施以來，對生態(tài)影響型建設項目的生態(tài)影響評價制圖與成圖精度提出了更高的要求，對于成圖范圍在2～100km2的項目，要求成圖比例在1∶1萬～1∶10萬，而對于成圖范圍小于2km2的項目，要求成圖比例在1∶5000～1∶1萬，評價等級越高，成圖比例尺越大，由于評價要求采用大比例尺圖件，而目前絕大多數地區(qū)現有生態(tài)圖件缺乏或只有大范圍、小比例尺圖件，難以滿足評價要求。同時結合生態(tài)影響評價多年來一直局限于大范圍、定性評價，如鄭新奇等[1]把RS與GIS結合，建立了區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量綜合評價模型，對山東省生態(tài)環(huán)境質量進行了評價，而對于建設項目評價區(qū)小范圍無法獲得相關大比例尺圖件及數據無法定量化，本文以廠壩鉛鋅礦為例，利用GIS進行探討研究，繪制出滿足各級生態(tài)影響評價制圖與成圖精度要求的圖件，以期為今后生態(tài)影響評價提供技術借鑒。
2 自然環(huán)境概況
廠壩鉛鋅礦始建于1985年，地處甘肅省隴南市成縣黃渚鎮(zhèn)境內，位于長江流域嘉陵江水系一級支流東河的中上游山區(qū)，海拔1000～2000m，雨量充沛、氣候溫和濕潤，植被覆蓋率85%，多為次生灌木林，主要為青崗、櫟等灌木及雜草。種植農作物主要為小麥、玉米、豆類等。
3 基于GIS的生態(tài)影響評價
廠壩鉛鋅礦原為國家大型露天礦山，現已轉變?yōu)榫麻_采。由于在開發(fā)建設過程中，修建公路、廠房、生活區(qū)等剝離巖土，不可避免地破壞原有地貌、植被，改變了原有土地利用格局及景觀，造成水土流失，從而直接和間接地影響和破壞當地生態(tài)，建礦30多年來，對當經濟、社會、生態(tài)產生了較為明顯的影響。本文通過GIS來分析評價礦區(qū)生態(tài)影響現狀。
地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）是處理地理數據的輸入、輸出、管理、查詢、分析和輔助決策的計算機系統[2]。它是介于信息科學、計算機科學、地理學、測量學、地圖學、空間科學等多門學科之間的一門的技術，目前它已發(fā)展成為一門新興學科――地理信息科學[3，4]。地理信息系統中“地理”的概念并非指地理學，而是廣義地指地理坐標參照系統中的坐標數據、屬性數據以及以此為基礎而演義出來的知識[5]。
3.1 生態(tài)影響評價等級及范圍
礦區(qū)建設總占地面積1.95km2，影響區(qū)域生態(tài)敏感性為一般地區(qū)，根據《環(huán)境影響評價技術導則 生態(tài)影響》HJ 19～2011中生態(tài)影響評價工作等級判據，確定評價工作等級為三級，評價范圍以礦區(qū)及其生活區(qū)、礦山道路等外延約500m的范圍，總面積23.6km2。
3.2 基礎信息獲取
（1）本次生態(tài)影響評價收集的主要相關資料包括：成縣行政區(qū)劃圖；項目所在區(qū)域地形圖；廠壩礦區(qū)衛(wèi)片。
（2）遙感數據源與解譯。調查所使用SPOT5衛(wèi)星遙感影像的分辨率為10m，彩色影象是以4個波段組成的，其中波段1、2、和3具有10m的分辨率；短波紅外波段具有20m的分辨率，通過重采樣生成10m，影像色彩接近實際地物。選取2010年7月20日遙感數據，主要是考慮到這一時期的地表類型差異最顯著，該時間段具有植被發(fā)育好、地表信息豐富的特點，有利于對各生態(tài)因子的研判。
植被調查采用《中國植被類型圖譜》（2000年）中的分類系統進行。依據《中國植被區(qū)劃》，并結合各行政區(qū)劃單元或地理單元的考察資料等，在遙感影像上確定各種植被類型的圖斑界線。判讀工作邀請遙感影像解譯專家進行外業(yè)考察及室內繪圖，成圖精度1∶5萬，滿足《環(huán)境影響評價技術導則 生態(tài)影響》HJ 19～2011對于三級評價成圖精度大于1∶10萬的要求。如果評價等級為一、二級則需要提供更高精度的衛(wèi)片資料，例如成圖比例要求在1∶5000～1∶1萬的生態(tài)圖件，可通過分辨率為5m的衛(wèi)片來實現。
3.3 評價區(qū)地表植被類型及特征
根據項目區(qū)地表植被特點，評價區(qū)共分為5個生態(tài)系統，其中以森林生態(tài)系統為主。
3.3.1 森林生態(tài)系統
針闊混交林：生長于海拔2000m的陰坡、半陰坡、半陽坡，立地條件為山地棕壤，主要樹種為油松、華山松、白皮松、柏樹、櫟類等。下有薔薇、衛(wèi)茅、虎榛子等植物組成的灌木林，覆蓋度30%～70%，面積17.9km2。
3.3.2 落葉灌叢生態(tài)系統
低山灌木林：多生長在海拔2000m以下的陽坡、半陽坡，立地條件為山地褐土及山地棕壤。主要植物種為次生灌木林，植被種類主要由青崗、櫟及桅等灌木及雜草覆蓋的疏林，植被覆蓋率為85%，面積1.45km2。
3.3.3 農田生態(tài)系統
評價范圍內的農田生態(tài)系統由山區(qū)旱地組成，主要分布在低山山腰和河谷灘地內，灘地內的耕地受水肥條件影響、相對肥沃。農作物以冬小麥、玉米、土豆、豆類為主，兼有少量的油料蔬菜等經濟作物，面積0.44km2。
3.3.4 人居生態(tài)系統
經過30多年的礦山開采，評價區(qū)形成了以村莊、工礦企業(yè)構成的人居生態(tài)系統，它是人、建筑和其它動植物的有機整體。主要分布在東河及人工河河灘內，交通便利，農業(yè)擾動頻繁，深山區(qū)相對稀少。評價范圍內共有人居、無植被土地3.98km2。
3.3.5 水域生態(tài)系統
水域生態(tài)系統主要以河柳、水草等喜濕植物為主，面積0.11km2。采用GIS軟件分析，得到評價范圍內的主要植被分布類型見圖1，植被類型面積見表1。
由表1可見，評價區(qū)植被類型以闊葉林、針葉林為主，分別占評價區(qū)總面積的43.22%、32.25%，由于當地工礦企業(yè)及城鎮(zhèn)建設等形成的無植被地段面積3.98km2，占評價區(qū)總面積的16.86%。以當地原生植被覆蓋率85%計算，則由于當地工礦企業(yè)及城建設等破壞植被面積3.383km2。
3.4 土地利用現狀
采用GIS軟件分析，評價范圍總土地面積23.6km2，其中耕地面積0.44km2，林地面積19.46km2，建設用地面積3.62km2，未利用地面積0.08km2，詳見圖2及表2。
3.5 植被覆蓋度
經過GIS軟件分析，評價范圍內植被覆蓋度情況見圖3。由圖可見，評價范圍內中、高植被覆蓋度土地19.46km2，占82.46%，低覆蓋度土地面積4.14km2，占17.54%。
根據遙感圖像解譯成果，評價范圍內有東河及其人工河共兩條河流，水域面積0.11km2。東河多年平均流量為11.7m3/s，年徑流總量為3.12×108m3，最小流量0.24m3/s，最大流量1300m3/s。
3.6 土壤侵蝕
評價區(qū)東河為一典型的雨水補給型河流，多年平均輸沙量146.7×104t/年。河床組成多為巨礫卵石，最大侵蝕模數達2020t/km2?年，多年平均侵蝕模數為713t/km2?年。
評價范圍內兼有水力和工程侵蝕類型。按照中華人民共和國行業(yè)標準SL190-2007《土壤侵蝕分類分級標準》和水利部《全國土壤侵蝕遙感調查技術規(guī)程》，土壤侵蝕類型采用兩級劃分法。一級類型分為水力侵蝕（代碼：1）和工程侵蝕（代碼：5）（本區(qū)無凍融侵蝕，重力及風力侵蝕很少，忽略不計）；水力侵蝕二級類型劃分為：微度（11）、輕度（12）、中度（13）、強度（14）、極強度（15）、劇烈（16）。工程侵蝕是指人們利用自然資源和經濟開發(fā)中造成的新增土壤侵蝕現象，主要指開礦、采石、修路、建房及其它工程建設等產生的大量棄土、尾礦、礦碴等產生的土壤侵蝕，不作強度分級。調查時，根據遙感影像、植被覆蓋度、土地利用和土壤侵蝕強度之間的關系，結合實地考察，確定出不同侵蝕類型和強度的影響特征。采用GIS軟件分析，評價范圍內的土壤侵蝕強度及面積見圖4。
由圖可見，評價區(qū)工程侵蝕面積2.15km2，主要是由于廠壩鉛鋅礦工程占地區(qū)，占評價區(qū)土壤侵蝕面積的9.11%；水力侵蝕面積21.45km2，其中微度侵蝕面積13.03km2，輕度侵蝕面積8.42km2。
4 結語
（1）通過利用GIS對廠礦鉛鋅礦進行生態(tài)影響評價，結果表明可以利用GIS繪制出滿足《環(huán)境影響評價技術導則 生態(tài)影響》HJ 19～2011各級評價制圖與成圖精度要求的圖件。
（2）采用GIS進行生態(tài)影響評價，可以提供評價區(qū)小范圍內定量的生態(tài)指標，解決了長期以來生態(tài)影響評價局限于大范圍、定性評價，而對于評價區(qū)小范圍內相關大比例尺圖件收集不到及數據無法定量化的問題。
（3）由于采用GIS進行生態(tài)影響評價，需要衛(wèi)片資料，成本較高，同時要進行大量的野外勘查與樣方調查，評價周期較長，另外衛(wèi)片的解譯與判讀需要由相關的專業(yè)人員進行，因此在實際的應用過程中會有一定的局限性，但對于生態(tài)影響較大、評價周期較長的大、中型生態(tài)影響類項目具有明顯的優(yōu)勢。
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關鍵詞：遙感技術；農田水利；資源利用
中圖分類號：TP317.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2012）005-0047-02
0 引言
隨著農田水利技術的發(fā)展，遙感技術在水利資源中的應用顯得越來越廣泛，尤其在農田水利建設中，遙感技術起著重要的監(jiān)測和評估作用，能對農田洪澇干旱災害進行科學有效的監(jiān)測和評價，能對農田水土流失和水土腐蝕情況進行監(jiān)控和分析，能對農田中灌溉情況進行分析和判斷，將有利于我國現代化農業(yè)的發(fā)展。
1 遙感技術概述
1.1 遙感技術概念
遙感技術主要是指從外層空間或者遠距離高空的平臺（即波探測儀器或者遙感器）上通過電子光學或者光學接收地球表面的反射或者電磁波信號，并利用數據磁帶或者圖象膠片的形式進行記錄再傳輸至地面，通過信息處理、野外驗證、判讀分析，從而為環(huán)境動態(tài)監(jiān)測、資源勘測等部門規(guī)劃決策提供服務。遙感技術是攝影、掃描、信息傳輸、響應的過程，主要研究的是地面某物狀的位置、大小、形狀及其跟環(huán)境的相關性的科學技術。遙感技術現廣泛應用于地球資源勘探、環(huán)境監(jiān)測、氣象、水文、海洋、地理、地質、林業(yè)、農業(yè)等各個領域。
1.2 遙感技術原理
世界上不管是什么物體，都存在著光譜性，也就是說每個物體都有著一定程度的吸收、輻射、反射光譜的性質。由于各物體在同一光譜區(qū)內所出現的光譜特性有所不同，相同物體在不同發(fā)光譜區(qū)域內所出現的光譜特性也有區(qū)別。也即由于時間和地點的不同，太陽對地面的光照射角度存在著差異，各物體或者同一物體吸收和反射光譜也各不相同。遙感技術就是依據此光學原理，對不同光譜特性下的物體進行判斷和分析。其常使用的有紅外光、紅光、綠光三種光譜波段，其紅外光波段主要將探測礦產、土地以及資源；紅光主要用來探測水污染、植物的生長和變化情況；綠光主要用來探測土壤、巖石、地下水情況。同時，還存在微波段，主要是對海底魚群的游弋及氣象云層進行探測。
遙感技術主要涉及到的系統有：遙感平臺（用來搭載遙感儀器的）、傳感器（主要是用來收集、傳輸和記錄遙感數據的裝置，傳感器是遙感技術中的核心部件）、遙感信息數據接受處理系統（其由數據接受、記錄系統和數據處理系統所組成）、分析解譯系統（對數據進行判斷、研究和分析，提取有用的數據和信息，并翻譯成易懂的圖件或者文字資料）等。2 遙感技術在農田水利資源中的應用
2.1 遙感技術在防洪抗旱中的應用
遙感在農田防洪抗旱中的應用主要表現在緊急救援、快速反應、洪澇災害情況反映、以及災后重建等方面。目前我國已經建立了農田洪澇災情遙感速報系統，此系統的運行一般存在兩種模式。
（1）對災區(qū)進行宏觀的監(jiān)測和評估。其主要是通過NOAA氣象衛(wèi)星所反映的數據，對我國易發(fā)洪澇災害地區(qū)的情況進行每天兩次的速報，即對其災情分布、持續(xù)時間、影響程度等進行監(jiān)測和評價，給出損失數據、災情簡報和圖像。（2）對災區(qū)的重點進行監(jiān)測和評估。其主要是通過雷達衛(wèi)星和機載合成SPOT數據、TM數據（來自主題測繪儀）、SAR圖像數據（來自孔徑雷達）以及其它高分辨率數據，結合地理信息系統技術對災情比較嚴重的地區(qū)，進行多層次地監(jiān)測和評估，給出詳細報告和災情圖像，報告災情損失數據，并且為災后重建提出一定的決策建議。實踐已經證明，遙感技術在減輕洪澇災害損失方面有著極其重要的作用，尤其是在緊急救災、災情監(jiān)測、災情評估、降水遙感監(jiān)測、旱情監(jiān)測、旱情評估以及災后重建等方面，遙感技術提供了快速、客觀、全面的數據，為決策部門提供了強有力的決策依據。
2.2 遙感技術在水土流失監(jiān)測治理中的應用
近年來，為了保證水土不流失，全國展開了土壤侵蝕定量調查。在調查中，涉及的最為主要的技術就是遙感技術，遙感技術以其經濟、動態(tài)、快速、宏觀的優(yōu)點成為我國土壤侵蝕定量調查的最主要信息源。通過遙感技術，為我國水土環(huán)境保護、水利和農林、江河治理、國土整治、西部大開發(fā)、水土保持生態(tài)建設等提供了科學的可靠的數據信息資料，從而為有關部門的決策提供科學依據。由于土壤侵蝕過程非常復雜，其一般受到人為因素和自然因素的綜合影響。人為因素主要是指土地的人為利用，如放牧、耕地、修路、開礦等，自然因素主要是土壤、地質、地形、植被、氣候等。不同的土壤侵蝕類型，其影響因素也是不一樣的，對于水蝕來說，參考通用土壤侵蝕方程各因子指標，并考慮遙感技術與常規(guī)方法相結合方法能否獲取以及是否方便在GIS中存取、表達和計算。一般選擇降水、地形或坡度、溝谷密度、植被蓋度、成土母質及侵蝕防治措施等作為土壤侵蝕量估算的因子指標。
2.3 遙感技術在河道動態(tài)變化監(jiān)測評價中的應用
通過衛(wèi)星遙感技術，對河道變化進行檢測，預測河道的未來發(fā)展趨勢，以方便農田水利規(guī)劃以及防災減災等工作的開展，從而為我國社會經濟效益的增加做了重要貢獻。農田水利建設中，河道特征一般有：河型、河道水流流態(tài)、河床地貌地形、河道平面形態(tài)以及水體物質如污染物和挾沙等。通過遙感技術對河道特征進行監(jiān)測，獲取以上特征數據信息，提供給相關部門進行分析，從而有利于其作出科學的農田水利建設決策。
3 遙感技術在水利資源應用中的發(fā)展趨勢
隨著信息化技術的發(fā)展，遙感技術在我國農田水利現代化建設中也實現了推廣，遙感技術將在農田水利建設中“無孔不入”，并且為管理層提供有效的科學的可靠的決策數據。在水利建設中，遙感技術將會呈現以下幾個趨勢：第一，逐漸實現集成化。農田水利建設中，遙感技術將不斷推進其信息化進程，信息化過程中不但要求遙感所獲取的數據進行緊密的嚴謹的集合，從而形成一個更大的數據系統。同時，遙感技術往往還會與如OA系統、MIS系統等外部系統進行密切結合，實現用戶的多方面要求。所以，遙感技術將逐漸和外部系統進行無縫集成對接。第二，逐漸實現數學模型化。對水利工作人員來說，只是對圖形數據進行查詢、瀏覽根本沒有多大意義。應該擴充遙感在農田水利建設中的作用。因此，就必須通過遙感軟件進行專業(yè)的分析。水利行業(yè)要求遙感系統平臺提供專業(yè)的分析算法和專業(yè)模型，以便對各種水利數據進行深層次的分析，使系統具有輔助決策支持功能，為有關部門提供科學的計算結果和決策依據。第三，逐漸實現標準化。在遙感技術應用中，沒有形成一定的標準，其標準化使用是農田水利規(guī)范建設的需要。標準化主要就是指要做到遙感技術的可收縮性、互操作性、可移植性、環(huán)境通用性。主要的內容有：數據收集、數據分析、數據交換、數據測算、解釋等等。
綜上所述，遙感技術在農田水利中有著廣泛的應用，遙感技術的應用將有利于農田防洪抗旱工作，有利于對農田利用情況進行科學分析，有利于對農業(yè)灌溉系統進行精算，有利于對農田水土流失進行監(jiān)測、評價和治理，有利于對河道動態(tài)變化進行監(jiān)測和評價。因此，應該大力推動遙感技術在農田水利建設中的應用力度，加大實現遙感技術應用的網絡化、集成化、模型化、標準化。
參考文獻：
\[1\] 張小晴.遙感-應用領域十分廣泛的高新技術\[J\].安徽地質，2009(1).
關鍵詞 農田；氮；磷；流失；水體富營養(yǎng)化；影響；防治對策
中圖分類號 X52 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2012）03-0305-01
水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下，氮、磷等營養(yǎng)物質大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質惡化，魚類及其他生物大量死亡的現象?？偟?、總磷等營養(yǎng)鹽是水體發(fā)生富營養(yǎng)化的先決條件。這種現象出現在河流湖泊中稱為水華，出現在海洋中稱為赤潮。在自然條件下，隨河流夾帶沖擊物和水生生物殘骸在湖底的不斷沉降淤積，湖泊會從平營養(yǎng)湖過渡為富營養(yǎng)湖，進而演變?yōu)檎訚珊完懙?，這是一種極為緩慢的過程[1]。而當人們進行農業(yè)生產活動時，將多余的植物營養(yǎng)物質排入緩流水體后，水生生物特別是藻類大量繁殖，使生物種群、種類數量發(fā)生改變，將會破壞水體的生態(tài)平衡。
1 致害機理
在地表淡水系統中，磷酸鹽是植物生長的限制因素，而在海水系統中氨氮和硝酸鹽通常是限制植物生長的因素。而導致富營養(yǎng)化的物質，往往是這些水系統中含量有限的營養(yǎng)物質，即在淡水系統中磷含量通常是有限的[2-3]。因此，增加磷酸鹽可導致植物過度生長。而在海水系統中不缺乏磷，氮含量卻有限，因而含氮污染物的加入就會促使植物過度生長?；始稗r田排水中含有大量氮、磷及其他無機鹽類。天然水體接納這些養(yǎng)分后，水中營養(yǎng)物質增多，促使自養(yǎng)型生物旺盛生長，特別是藍藻和紅藻的個體數量迅速增加，而其他藻類的種類則逐漸減少。藻類及其他浮游生物殘體在腐爛過程中，又將大量的氮、磷等營養(yǎng)物質釋放到水中，供新生代藻類利用[2-4]。因此，富營養(yǎng)化的水體，即使切斷外界營養(yǎng)物質的來源，水體也很難自凈而恢復到正常狀態(tài)。
2 農田養(yǎng)分流失途徑
2.1 氮流失
氮素流失的機制有2個方面：一是通過淋溶移出植物根區(qū)；二是通過地表徑流和土壤侵蝕流失[5]。施入土壤中各種形態(tài)的氮素在化學和微生物作用下，首先轉變?yōu)镹H4+，然后轉變?yōu)镹O3-，在熱帶和亞熱帶耕作土壤中礦質化作用迅速，NO3-不能被植物完全吸收，就會產生淋溶，淋溶速率主要由水滲漏的速率決定，而滲漏速率主要取決于土壤特性和降水程度。當表施氮肥時，就會流失更多從地表徑流產生的氮素。若氮肥施入到一定深度的土層，氮素流失主要通過土壤侵蝕來完成。據統計，在缺乏管理、休閑耕作的土壤上，氮素的流失會更嚴重。
含有尿素、氨氮為主要氮形態(tài)的污水和人畜糞便，排入水體后會使正常的氮循環(huán)短路，即二者的大量排入會破壞正常的氮、磷比例，并且導致這一水域生存的浮游植物群落完全改變，原來正常的浮游植物群落是由硅藻、鞭毛蟲和腰鞭蟲組成，而這些種群幾乎完全被藍藻、紅藻和小的鞭毛蟲類所取代，而藍藻的大量出現是富營養(yǎng)化的征兆。
2.2 磷流失
農田土壤磷素的累積導致磷素大量流失，其中磷肥的施用（比例、方法和時間等）、土壤性質和磷的運輸途徑等與土壤磷素的流失關系密切[6]。長期大量、重復施用磷肥造成土壤磷素淋失，在砂質土壤、高磷含量的土壤上表現突出[7]。有機肥是改良土壤、增加土壤肥力的有效手段，而持續(xù)大量施用有機肥可使土壤固持磷的能力下降，從而導致磷對地下水的污染。據報道，高有機質、頻繁耕作和表層土壤速效磷含量過高都是引起土壤磷素大量淋洗的主要原因[8]。
3 防治對策
一是通過開展測土配方施肥、科學分配氮肥施用數量和時期、合理施用氮肥品種、結合農業(yè)機械混施深施氮肥等途徑，提高氮肥利用率，減少流失。二是將磷肥優(yōu)先分配在瘦地、新墾地、新平整的地塊及邊遠的低產田，在施足氮肥的基礎上，合理施用磷肥以達到高產。由于磷移動性小，用于追肥一般很難將肥料施用到目標位置，若肥料數量充足，應在用作基肥的基礎上再配合作種肥，則施用效果較好。而磷肥不適合撒施，否則與土壤接觸面大，因此會增加被土壤固定的磷元素，故可采取條施或穴施，分層施用的效果最好。三是通過水土保持和耕作措施，不斷改善土壤孔隙和容重，使有限的肥料發(fā)揮最大的增產效果，既能實現農業(yè)生產的高產、穩(wěn)產、低成本，又能預防和有效降低水體富營養(yǎng)化的風險。
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地理信息系統(Geographic Information System 簡稱GIS)是一項以計算機為基礎的新興技術,圍繞著這項技術的研究、開發(fā)和應用形成了一門交叉性、邊緣性的學科,是管理和研究空間數據的技術系統,在計算機軟硬件支持下,它可以對空間數據按地理坐標或空間位置進行各種處理、對數據的有效管理、研究各種空間實體及相互關系。通過對多因素的綜合分析,它可以迅速地獲取滿足應用需要的信息,并能以地圖、圖形或數據的形式表示處理的結果。
目前世界上常用的GIS軟件已達400多種。它們大小不一,風格各異。國外較著名的有ARC/INFO,GENAMAP,MGE等;國內較著名的有MAP/GIS,Geostar和CITYSTAR等。雖然GIS起步晚,但它發(fā)展快,目前已成功地應用到一百多個領域。
2、地理信息系統在國內外研究應用
盡管現存的地理信息系統軟件很多,但對于它的研究應用,歸納概括起來有二種情況。一是利用GIS系統來處理用戶的數據;二是在GIS的基礎上,利用它的開發(fā)函數庫二次開發(fā)出用戶的專用的地理信息系統軟件。目前已成功地應用到了包括資源管理、自動制圖、設施管理、城市和區(qū)域的規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個領域。在美國及發(fā)達國家,地理信息系統的應用遍及環(huán)境保護、資源保護、災害預測、投資評價、城市規(guī)劃建設、政府管理等眾多領域。近年來,隨我國經濟建設的迅速發(fā)展,加速了地理信息系統應用的進程,在城市規(guī)劃管理、交通運輸、測繪、環(huán)保、農業(yè)、制圖等領域發(fā)揮了重要的作用,取得了良好的經濟效益和社會效益。下面先從GIS理論上提煉和歸納,然后給出應用的例子。
1.地理信息系統在地理空間數據管理中的應用,即以多種方式錄入的地理數據,以有效的數據組織形式進行數據庫管理、更新、維護、進行快速查詢檢索,以多種方式輸出決策所需的地理空間信息。目前流行的數據庫管理系統,與GIS中數據庫管理系統在對地理空間數據的管理上,存在兩個明顯的不足;一是缺乏空間實體定義能力;二是缺乏空間關系查尋能力,這使得GIS 在對空間數據管理上的應用日趨活躍。如ARC/INFO在公路管理中的應用;ARC/INFO在對市政設施管理中的應用。后者如北京某測繪部門以北京市大比例尺地形圖為基礎圖形數據,在此基礎上綜合疊加地下及地面的類管線(包括上水、污水、電力、通訊、燃氣、工程管線)以及測量控制網,規(guī)劃路等基礎測繪信息,形成一個測繪數據的城市地下管線信息系統。從而實現了對地下管線信息的全面的現代化管理。為城市規(guī)劃設計與管理部門、市政工程設計與管理部門、城市交通部門與道路建設部門等提供地下管線及其它測繪部門的查詢服務。
2.GIS在綜合分析評價與模擬預測中的應用。GIS不僅可以對地理空間數據進行編碼、存儲和提取,而且還是現實世界模型,可以將對現實世界各個側面的思維評價結果作用其上,得到綜合分析評價結果;也可以將自然過程、決策和傾向的發(fā)展結果以命令、函數和分析模擬程序作用上這些數據上,摸擬這些過程的發(fā)生發(fā)展,對未來的結果作出定量的和趨勢預測,從而預知自然過程的結果,對比不同決策方案的效果以及特殊傾向可能產生的后果,以作出最優(yōu)決策,避免和預防不良后果的發(fā)生。如GIS在焦作東部礦區(qū)煤礦底板突水預報中的應用 ;GIS在土地信息和土壤保護中的應用。后者如美國資源部和威斯康星州合作建立了以治理土壤侵蝕為主要目的的多用途專用的土地GIS。該系統通過收集耕地面積、濕地分布面積、季節(jié)性洪水覆蓋面積、土壤類型、專題圖件信息、衛(wèi)星遙感數據等信息,建立了潛在威斯康星地區(qū)的土壤侵蝕模型A=R*K*L*S*C*P,其中A為潛在的土壤侵蝕(面積/年),R為降雨量,K為侵蝕土壤參數,L為坡長,S為坡度參數,C為耕地面積,P為管理參數。探討了土壤惡化的機理,提出了合理的方案,達到土壤保護的目的,還可以利用它對土地進行長期的動態(tài)研究,避免土質的重心惡化。這里把土壤侵蝕模型A=R*K*L*S*C*P作用到與之有關數據,達到綜合分析評價及模擬預測結果。
3.GIS的空間查詢和空間分析功能的應用。為了便于管理和開發(fā)地理信息(空間信息和屬性信息),在建庫時是分層處理的。也就是說,根據數據的性質分類,性質相同或相近的歸并一起,形成一個數據層。這樣GIS對單副或多副圖件及其屬性數據進行分析和指標量算。這種應用以原始圖為輸入,而查詢和分析結果則是以原始圖經過空間操作后生成的新圖件來表示,在空間定位上仍與原始圖一致。因此,也可將其稱為空間函數變換。這種空間變換包括疊置分析、緩沖區(qū)分析、拓撲空間查詢、空集合分析(邏輯交運算、邏輯并運算、邏輯差運算)。這方面應用例子有很多,例如在城市規(guī)劃過程中,對城市中救護車、救火車的分布位置以及行車路線和控制的規(guī)劃;如何安排多路警車交通路線,以保證在緊急時刻,在任意地方應至少能有一輛警車在事發(fā)后最短時間內趕到出事地點;在環(huán)境保護方面,對水土流失導致土地資源的破壞進行評價;在區(qū)域環(huán)境質量現狀評價過程中,對整個區(qū)域的環(huán)境質量進行客觀地、全面地評價,以反映出區(qū)域中受污染的程度以及空間分布狀態(tài);在地學方面,MAPGIS在油氣勘探中和在成礦預測中的應用,解決了肉眼所不能看見的深部構造問題和指明礦產的遠景區(qū)。在大都市防震減災系統中的應用,1994年的美國洛杉機大地震,就是利用RAC/INFO進行災后應急響應決策支持,成為大都市利用GIS技術建立防震減災系統的成功范例。日本橫濱大地震后,日本政府決定利用GIS技術建立更好的能快速響應的防震減災系統。日本建筑署建設研究所、NASDA等政府機構在聯合國區(qū)域發(fā)展支持下,建立了防震減災應急系統,選用ARC/INFO對橫濱大地震的震后影響作出評估,建立各類數字地圖庫,如地質、斷層、倒塌建筑等圖庫。把各類圖層進行疊加分析得出對應急有價值的信息,該系統的建成使有關機構可以對象神戶一樣的大都市大地震作出快速響應,最大程度地減少傷亡和損失。在野生動植物保護中的應用,世界野生動物基金會(WWF)采用GIS軟件ARC/INFO作為“老虎與人類”保護項目的主要技術工具。利用ARC/INFO空間分析功能,WWF已找到新的方法來幫助世界最大的貓科動物改變它目前瀕于滅種的境地。
4.GIS的輸出功能在地圖制圖中的應用。地理信息系統的發(fā)展是從地圖制圖開始的,因而GIS的主要功能之一用于地圖制圖,建立地圖數據庫。與傳統的、周期長、更新慢的手工制圖方式相比,利用GIS建立起地圖數據庫,可以達到一次投入、多次產出的效果。它不僅可以為用戶輸出全要素地形圖,而且可以根據用戶需要分層輸出各種專題,如行政區(qū)劃圖、土地利用圖、道路交通圖等等。更重要的是由于GIS是一種空間信息系統。它所制作的圖也能夠反映一種空間關系,可以制作多種立體圖形,而制作立體圖形的數據基礎就是數字高程模型。在地圖的輸出中,MAPGIS達到世界先進水平。
關鍵詞 LUCC；理論體系；驅動力；驅動機制；模型
中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）15-0175-01
LUCC（land use-cover change）即土地利用及覆被變化，LUCC涉及到大氣、水、土壤等諸多因素，關于LUCC的研究得到了越來越多的重視，逐漸成為了近幾年來的研究熱點。國內外的LUCC研究者們試圖通過對人類活動、土地利用及覆被變化、環(huán)境變化以及環(huán)境對人類的反作用的研究，了解人類活動對LUCC的影響因子、影響途徑、影響方式、以及環(huán)境對人類的反作用，預測土地利用及覆被變化的趨勢并進行人為干預，使其朝著對人類有利的方向發(fā)展，對目前存在的土地利用及覆被問題進行改善，促進人與環(huán)境的和諧發(fā)展，促進人類的可持續(xù)發(fā)展。本文將對近年來國內LUCC的研究進展、存在的問題以及未來的研究方向做出綜述。
1 LUCC的研究進展
1.1 關于LUCC的基本定義
LUCC：土地利用及覆被變化。
土地利用：土地利用是指人類對土地的利用方式和利用狀況，是一種人類活動。
土地覆被：“國際地圈——生物圈計劃（IGBP）”和“全球環(huán)境變化人類因素計劃（簡稱IHDP）”將土地覆被定義為“地球陸地表層和近地面層的自然狀態(tài)，是自然過程和人類活動共同作用的結果”。
二者關系：土地利用是土地覆被變化最重要的影響因素，土地覆被的變化反過來又作用于土地利用。
1.2 LUCC的研究意義
LUCC的作用：紐帶。
LUCC的影響：LUCC的環(huán)境效應日趨嚴重，主要體現在對土壤的影響、對大氣的影響、對水環(huán)境的影響、對生態(tài)系統的影響。
LUCC的功能：對全球的土地變化的觀測和監(jiān)測提供了
依據。
意義：通過對人類活動、土地利用及覆被變化、環(huán)境變化以及環(huán)境對人類的反作用的研究，了解人類活動對LUCC的影響因子、影響途徑、影響方式、以及環(huán)境對人類的反作用，預測土地利用及覆被變化的趨勢并進行人為干預，使其朝著對人類有利的方向發(fā)展，對目前存在的土地利用及覆被問題進行改善，促進人與環(huán)境的和諧發(fā)展，促進人類的可持續(xù)發(fā)展。
1.3 研究方法
目前對土地利用/土地覆蓋變化的研究主要是先確定研究區(qū)域，收集RS數據、當地氣象局數據、環(huán)保部門數據等，其中以RS數據為主體。然后對遙感影像進行校正、配準后進行遙感影像分類，將原始遙感影像分割幾個不同土地利用類型的部分。確定影響土地利用及覆被變化的驅動力，研究其驅動機制，建立模型，最后將變化區(qū)域動態(tài)表示。
1.4 信息的獲取
LUCC研究需要一定精確數據源，數據的質量直接影響著LUCC研究結果的準確性。
土地利用及覆被變化研究中，使用的數據主要是遙感影像數據和各個相關部門統計數據其中，遙感影像數據占主體。
1.5 LUCC驅動力及驅動機制研究
對于LUCC驅動力及驅動機制的研究主要為了揭示LUCC的影響因子，相互作用過程及其機理，使人們充分了解土地利用及覆被變化的原因，進而對土地利用現狀進行改善，對于未來的變化趨勢進行預測并進行人為調控。LUCC的主要影響因子包括三大部分：土壤、水分、氣候。這三大部分折射到社會中，可以映射為人口狀況、經濟發(fā)展情況、政府政策、價值觀念等。
1.6 LUCC模型的建立
在LUCC研究領域，科學的分支及其相應的傳統使得不同學者從不同的視角來建立模型。例如，社會學家主要運用一些定性或定量的微觀經濟學和社會心理學的方法來建模，但是自然科學工作者更傾向于運用RS、GIS和特定社會組織水平的宏觀特征來建立模型。
1.7 LUCC環(huán)境效應的研究
土地利用/土地覆被變化影響著能量交換、水分循環(huán)、土壤侵蝕與堆積、生物地球化學循環(huán)和作物生產等陸地主要生態(tài)過程的結構和功能，主要分為四部分：大氣環(huán)境效應，土壤環(huán)境效應，水環(huán)境效應，生態(tài)環(huán)境效應。
LUCC對大氣的影響途徑主要包括兩個方面，第一是通過城鎮(zhèn)建設、退耕還林等方式改變地表粗糙度、反射率、植被覆蓋比例變化等，進而引起大氣溫度、濕度、風速等發(fā)生變化；另一個途徑是通過化石燃料的燃燒、汽車尾氣排放、工廠排放廢氣等影響大氣中CO2及SO2等的含量。
LUCC對土壤的影響主要包括土壤侵蝕、土壤化學退化、土壤物理退化如土壤緊實等。
LUCC對水的影響主要表現在對水質、水量及水循環(huán)等
方面。
LUCC的生態(tài)環(huán)境效應主要表現在對生態(tài)系統結構及功能的影響。
2 我國LUCC研究中存在的問題
2.1 理論體系不夠統一
關于LUCC的驅動力、驅動機制等的理論研究不夠深入系統，更多的是關于某一個因素、某一個區(qū)域的研究，當研究因素以及區(qū)域等發(fā)生變化時，之前的研究結果并不能發(fā)揮較大作用，缺乏系統性的歸納和總結。
2.2 數據來源單一
目前，我國LUCC的研究的數據主要來源于RS數據，地形數據、當地環(huán)保部門、氣候部門等數據類型利用的較少。
2.3 驅動力及驅動機制研究不足
驅動力是影響LUCC的最根本的因素，目前關于驅動力的研究遠遠不夠，對于影響土地利用及覆被變化的因子的研究及其驅動機制的研究是未來的研究重點之一。
3 關于LUCC研究的展望
自1987年“可持續(xù)發(fā)展”這一概念被世界環(huán)境與發(fā)展委員會提出后，世界各國對于“可持續(xù)發(fā)展”的重視程度越來越高，在發(fā)展中注重“可持續(xù)”是各個國家的一個新的發(fā)展特點。LUCC由于涉及到土壤、水、大氣等諸多方面，對于全球環(huán)境變化及可持續(xù)發(fā)展起到重要作用，對LUCC的研究也越來越
重視。
針對以上LUCC研究中存在的問題，在以后的LUCC研究中，我們應該加大對LUCC理論體系的研究力度，尋找更加豐富的LUCC研究數據來源，建立LUCC驅動力數據庫并對其驅動機制進行深入探討。
今后，綜合研究LUCC的驅動機制，揭示土地退化、沙化等的原因及變化機制與規(guī)律，解決多重因子作用下土地利用及覆被變化的“臨界值”，指導生產與實踐，通過建立動態(tài)模型來預測今后的土地利用及覆被變化的趨勢，及早對危險因子進行控制，將是我國未來LUCC的重要研究方向之一。
參考文獻
[1]田宇鳴，李新.土地利用/覆被變化環(huán)境效應研究綜述[J].環(huán)境科學管理，2006，31（5）：60.
