1988—2013年南方花崗巖紅壤侵蝕區(qū)長汀縣水土流失時空變化

周偉東,汪小欽,吳佐成,劉亞迪

(福州大學空間數(shù)據(jù)挖掘與信息共享教育部重點實驗室,福建省空間信息工程研究中心,350002,福州)

1988—2013年南方花崗巖紅壤侵蝕區(qū)長汀縣水土流失時空變化

周偉東,汪小欽?,吳佐成,劉亞迪

(福州大學空間數(shù)據(jù)挖掘與信息共享教育部重點實驗室,福建省空間信息工程研究中心,350002,福州)

為動態(tài)監(jiān)測水土流失治理和生態(tài)文明建設(shè)示范區(qū)長汀縣近年來的土壤侵蝕的時空變化,利用美國土壤侵蝕流失方程(USLE模型),以1988—2013年9個時期的Landsat系列遙感數(shù)據(jù),結(jié)合實地考察和地形、土壤、氣象水文資料,定量估算福建省長汀縣近25年的水土流失變化情況。結(jié)果表明:1)長汀縣境內(nèi)水土流失主要以輕度侵蝕為主,水土流失嚴重區(qū)域主要分布在長汀縣中部地區(qū)以及南部鄉(xiāng)鎮(zhèn),以河田鎮(zhèn)、濯田鎮(zhèn)、三州鄉(xiāng)和策武鄉(xiāng)等最為嚴重。2)從1988—2013年遙感動態(tài)監(jiān)測結(jié)果來看,水土流失情況總體得到明顯的改善;1988—1994年間,水土流失量逐漸增大;1994年水土流失最為嚴重,1994年后水土流失情況逐年改善,特別是2003年以后,長汀地區(qū)植被改善明顯,尤其是中部水土流失重災(zāi)區(qū),有較顯著改善。通過對研究區(qū)的動態(tài)監(jiān)測,可掌握長汀縣水土流失的變化情況和治理成效,同時為了解長汀縣水土流失現(xiàn)狀和制訂治理方案提供科學根據(jù)。

時空變化分析;水土流失;長汀縣;USLE;遙感動態(tài)監(jiān)測;花崗巖紅壤

花崗巖地區(qū)多位于我國南方,主要分布于廣東、福建、廣西東南部,長江流域的湖南、江西南部、安徽、湖北東部與西南部以及四川局部地區(qū),總面積達23.9萬km2[1]。由于花崗巖的巖性特點,加之本區(qū)多屬亞熱帶季風性濕潤氣候,熱量豐富,降雨多且集中,因而其上發(fā)育著深厚的疏松風化層。該區(qū)域又是我國人口最為稠密的地區(qū),受人類對山地的不合理利用的影響,南方花崗巖紅壤侵蝕區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出極不穩(wěn)定性和脆弱性。福建省長汀縣是我國南方花崗巖紅壤侵蝕區(qū)的典型代表,對該地區(qū)進行水土保持的研究,具有重要的理論意義和實際推廣價值。

20世紀30年代以來,現(xiàn)代的數(shù)學模型被引入土壤侵蝕的相關(guān)研究,按照土壤侵蝕模型的建模手段和方法可以分為經(jīng)驗統(tǒng)計模型和物理成因模型等[2]。具有代表性的有:USLE[3],RUSLE[4], WEPP[5],EUROSEM[6],ANSWERS[7],CREAMS[8], SWAT[9],GUEST[10],CSLE[11]等。其中通用土壤流失方程(Universal Soil Loss Equation,USLE)被廣泛應(yīng)用。USLE是1959年由美國農(nóng)業(yè)部(USDA)以農(nóng)業(yè)手冊的形式頒布執(zhí)行的,在水土流失預(yù)報中引入地形、降雨徑流、土壤和植被覆蓋度等因子,其中的各個因子的算法和參數(shù)可以依據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況進行調(diào)整,故實用性極強。由于USLE模型的靈活性,國內(nèi)外研究人員利用USLE模型與3S技術(shù)相結(jié)合進行水土流失監(jiān)測,取得一定成果:S.Solano等[12]利用USLE哥斯達黎加流域進行土壤侵蝕估計;S. Schnitzer等[13]利用USLE對中國黃土高原土壤侵蝕進行估計,應(yīng)用GIS計算數(shù)據(jù)的參數(shù)進行分析;Lu Jianzhong等[14]利用USLE模型對江西省鄱陽湖流域土壤侵蝕變化研究;王嬌等[15]利用USLE方程為理論指導,結(jié)合遙感影像構(gòu)建水土流失敏感性評價指標,研究不同地理背景下水土流失空間分布特征。

在水土流失的綜合治理過程中,如何及時準確的獲取土壤侵蝕強度在面積和空間分布的變化規(guī)律,實時掌握當下水土保持工作的治理成效,仍是水土保持工作中亟待解決的重要問題。筆者收集近25年來中等空間分辨率的遙感數(shù)據(jù),基于美國土壤侵蝕流失方程(USLE)模型提取福建省長汀縣土壤侵蝕信息,形成較長時間序列的水土流失影像因子和水土流失強度數(shù)據(jù)集,從而快速準確掌握長汀縣水土流失的時空變化規(guī)律,避免傳統(tǒng)監(jiān)測工作的繁瑣,有效地改善傳統(tǒng)的調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)嚴重滯后于水土流失的變化以及生態(tài)環(huán)境的建設(shè)速度的等缺點,為制訂水土保持對策和方案提供依據(jù)。。

1 研究區(qū)概括

福建省長汀縣地處福建省西部山區(qū)(E116°00＇45″～116°39＇20″,N 25°18＇40″～26°02＇05″),全縣總面積3 089.9 km2。氣候類型屬亞熱帶季風氣候,災(zāi)害性天氣較多,年平均氣溫18.3℃,年降水量1 500 mm,汀江橫貫其境內(nèi)的中西部且地處武夷山脈南段,武夷山脈在其境內(nèi)支脈縱橫交錯延伸,形成東、西、北三面高,中南部低,地勢自北向南傾斜,全縣境內(nèi)地形復(fù)雜,山地丘陵地貌且以低山為主,低山、丘陵占全縣總面積的71.11%,地勢陡峭。該縣境內(nèi)的成土母巖以花崗巖為主,加上中亞熱帶季風性氣候雨量充沛,年內(nèi)分配不均的特點,風化作用十分強烈,易受侵蝕。植被屬中亞熱帶常綠闊葉林區(qū),原生植被多受土壤侵蝕和人為破壞,幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)榇紊帧，F(xiàn)長汀主要群落包括馬尾松(Pinusmassoniana Lamb)混交林、馬尾松疏林、鴨嘴草(Ischaemum ciliare Retz)叢、鷓鴣草(Eriachne pallescens R.Br.)叢、灌草叢等。該縣的地貌特點、成土母巖的巖性、植被特征和氣候環(huán)境一同決定該坡地資源生態(tài)環(huán)境的脆弱性,加上近百年來人為破壞使得長汀縣成為我國南方紅壤區(qū)水土流失最為嚴重的縣域之一。

2 材料與方法

2.1遙感數(shù)據(jù)及預(yù)處理

用于時間序列分析的遙感數(shù)據(jù)為Landsat系列的多光譜遙感數(shù)據(jù),空間分辨率30 m,具體數(shù)據(jù)如下:1988-10-16的Landsat TM、1991-10-09的Landsat TM、1994-11-02的Landsat TM、1998-11-13的Landsat TM、2001-12-31的Landsat TM、2003-10-26的Landsat TM、2007-10-15的Landsat TM、2010-10-29的Landsat TM和2013-10-04的LandsatOLI。數(shù)據(jù)獲取時間都在秋季,以10份月為主,季相造成的植被覆蓋差異可以忽略。對用于動態(tài)監(jiān)測的9期Landsat系列影像進行幾何校正,誤差控制在0.5個像元,并按照行政區(qū)域邊界裁剪出研究區(qū)的范圍。

2.2其他相關(guān)數(shù)據(jù)

采用的氣象數(shù)據(jù)中的降雨數(shù)據(jù)為長汀縣境內(nèi)各降雨站逐日的降雨數(shù)據(jù)觀測值,通過克里金插值計算得長汀縣的降雨空間分布;土壤數(shù)據(jù)為空間分辨率為500m的土壤屬性數(shù)據(jù);1∶5萬長汀縣DEM數(shù)據(jù),用于坡長、坡度因子估算。

2.3研究方法

采用USLE模型開展土壤長汀縣土壤侵蝕模數(shù)的估算,具體公式[16-17]如下:

式中:A為年平均土壤流失量,t/(hm2·a);R為降雨侵蝕力因子,MJ·mm/(hm2·h·a);K為土壤可蝕性因子,t·hm2·h/(hm2·MJ·mm);L為坡長因子;S為坡度因子;C為植被與經(jīng)營管理因子;P為水土保持因子。

2.3.1降雨侵蝕力因子R 降雨因子R值反映降雨對土壤的侵蝕能力,一般與降雨量、降雨強度、降雨歷時有關(guān),由于降雨過程數(shù)據(jù)較難獲取,本文采用周伏建等[18]適用于福建省的R因子估算方法。

式中:R為降雨侵蝕力因子,J·cm/(m2·h);Pi為月降雨量,mm。

2.3.2土壤可蝕性因子 土壤可蝕性是指土壤在雨滴打擊、徑流沖刷等外營力作用下被分散、搬運的難易程度[19]。參照長汀縣志的描述,長汀縣境內(nèi)的土壤主要類型為紅壤、黃壤、紫色土和水稻土,并且其水稻土多起源于紅壤[20]。本文采用方綱清等[21]的福建省主要分布的土壤類型的土壤可蝕性因子。

2.3.3坡長坡度因子 坡長坡度因子LS選用劉寶元等[22-23]的研究結(jié)果,對陡坡的計算方法進行改進,更加適用于中國的實際情況。計算公式如下:

式中:λ為坡長,m;m為坡長指數(shù);θ為坡度,(°);S為坡度因子。

2.4植被與經(jīng)營管理因子的計算方法

植被通過冠層截留、削弱降雨動能等影響土壤的抗侵蝕能力,是影響水土流失的主要因素。像元二分模型以混合像元線性分解為基礎(chǔ),假設(shè)1個像元的信息So可被分解為土壤Ss和植被Sv2部分,有植被覆蓋的面積比例即為該像元的植被覆蓋度fc,而土壤覆蓋面積的比例就為1-fc。假設(shè)像元信息全由植被成分貢獻的像元遙感信息為Sv,全裸土的純像元所得遙感信息為Ss,每個像元中這個2部分的權(quán)重為它們在像元中所占比例的面積。進行變換后可得

式中:fc為植被覆蓋度,量綱一;So為植被覆蓋指數(shù); Ss為全裸土的植被覆蓋指數(shù);Sv為全植被覆蓋的植被覆蓋指數(shù)。

植被因子C表示覆蓋在地表的作物所能減緩和抑制土壤侵蝕能力的大小,即在有植被覆蓋情況下的土壤侵蝕量與相同情況下無植被覆蓋的土壤侵蝕量的比值。根據(jù)C的定義,直接計算的具有一定困難,因難以獲取相同情況下無植被覆蓋的土壤侵蝕量。在本文中,利用已有的研究成果[25-28],結(jié)合土地利用/覆被的分類結(jié)果以及長汀縣的實際情況,賦予不同土地利用類型和不同植被覆蓋度下的C值。

林草地C值采用蔡崇法等[29]的C值計算方法:

式中:C為植被因子;V為植被覆蓋度,%。其他土地利用類型采用賦值的方法[25](表1)。

表1　不同土地利用類型下的C值Tab.1 C value under different land use types

經(jīng)營管理因子是采用專門措施后的土壤流失量與順坡種植時的土壤流失量的比值,筆者的數(shù)據(jù)源采用30m分辨率的遙感影像,對一些水保措施因子的提取存在一定困難;因此筆者主要參照美國農(nóng)業(yè)部703手冊號[30]結(jié)合遙感影像解譯出的土地利用現(xiàn)狀圖對P進行賦值(表2)。

表2　不同土地利用類型下的P值Tab.2 P value under different land use types

3 結(jié)果與分析

3.1主要參數(shù)估算結(jié)果

3.1.1降雨侵蝕力因子R 利用長汀縣境內(nèi)獲取的各降雨站點的降雨數(shù)據(jù)觀測值,采用克里金插值(Kriging)的內(nèi)插方法,計算得月降雨量柵格圖層,再通過式2估測長汀的各年降雨侵蝕力因子R的分布,如圖1所示,長汀降雨主要集中在中部地區(qū),且1988—2013年降雨侵蝕力因子變化幅度不大。

3.1.2植被覆蓋度 利用式5計算植被覆蓋度,并根據(jù)值的大小分10個等級1～10,0表示居民地和水體等與植被和土壤完全無關(guān)的區(qū)域,如圖2所示,長汀縣植被覆蓋度情況總體良好,植被覆蓋度較高區(qū)域主要分布在縣域四周,中部沿汀江兩岸的水土流失嚴重鄉(xiāng)鎮(zhèn)植被覆蓋度較低。1988—1994年,植被覆蓋度總體呈現(xiàn)下降趨勢;1994年植被覆蓋度最差;1994—2003年全縣境內(nèi)大多數(shù)區(qū)域的植被覆蓋度均有明顯改善,尤其是中部鄉(xiāng)鎮(zhèn)改善明顯;2003年后西部地區(qū)植被覆蓋度變化不大,策武、河田、三州、濯田等鄉(xiāng)鎮(zhèn)增長狀況顯著。

3.2土壤侵蝕模數(shù)估算

根據(jù)式(1)和各因子的估算結(jié)果,計算得到不同年份土壤侵蝕強度空間分布,再根據(jù)水利部頒發(fā)的SL190—2007《土壤侵蝕分級標準》[31],得到長汀縣1988—2013年土壤侵蝕強度空間分布結(jié)果,如圖3所示,面積統(tǒng)計見表3。

3.3精度驗證

筆者從已有的調(diào)查資料[32-35]中選取相關(guān)年份的數(shù)據(jù)進行匯總(表4)。

圖1　R因子空間分布圖Fig.1 Spatial distribution of R value

表3　1988—2013年土壤侵蝕模數(shù)動態(tài)變化Tab.3 Dynamic change of soil erosion modulus from 1988 to 2013

圖2　1988—2013年長汀縣植被覆蓋度空間分布Fig.2 Spatial distribution of the vegetation covers in Changting County from 1988 to 2013

表4　現(xiàn)有長汀縣土壤侵蝕模數(shù)估算結(jié)果匯總Tab.4 Summary of estimation results of existing soil erosion modulus degree in Changting County

圖3　1988—2013年土壤侵蝕強度空間變化分布圖Fig.3 Spatial distribution changes of soil erosion intensity from 1988 to 2013

如表4所示,1988年的估算面積相差43.61 km2,1995年的結(jié)果與本文中1994年的估算結(jié)果相差較大,為187.16 km2,2003年估算結(jié)果和相差19.4 km2。2000、2009和2012年的侵蝕估算結(jié)果與實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)均在很小的誤差范圍之內(nèi)。

通過2013年8月和11月2次野外調(diào)查采集數(shù)據(jù)對2013年進行驗證,針對水土流失程度估算的采樣點總計46個,其中包括微度采樣點13個,輕度17個,中度8個,強度以上8個。水土程度為微度估算準確個數(shù)為13個,輕度估算正確為13個,中度為5個,強度為6個,正確率為80.43%,滿足精度要求。

3.4面積變化分析

從表3和圖3可以看出,長汀縣的水土流失以輕度侵蝕為主,其次為中度和極強烈,侵蝕強度為劇烈的土壤侵蝕面積分布最少。25年間長汀縣土壤侵蝕模數(shù)變化規(guī)律呈現(xiàn)先增加再減少的趨勢,在1994年水土流失最為嚴重,水土流失率高達30.61%,1994年后長汀縣不僅水土流失的面積在減小,水土流失的強度也在逐年下降,至2013年水土流失面積最少。1988—2013年長汀縣的水土流失面積減少了448.39 km2,占全縣國土總面積的14.51%。長汀縣的水土流失主要集中在中部鄉(xiāng)鎮(zhèn),其水土流失面積占到長汀縣面積的1/2以上。1994年以后水土流失面積減少明顯,水土流失面積減少了716.38 km2,其中,水土流失重點區(qū)域流失面積減少顯著,中部地區(qū)的三州鄉(xiāng)和河田鎮(zhèn)最為明顯,水土流失面積分別減少了23.54%和26.26%。至2013年,長汀縣周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)水土流失率都維持在基本無流失水平。

1988—2013年間長汀縣土壤侵蝕時空變化規(guī)律結(jié)果符合實際情況,說明基于USLE模型對長汀縣土壤侵蝕信息提取是可行的,同時說明自1995年長汀被水利部、財政部列入全國水土保持生態(tài)建設(shè)示范區(qū)以來長汀縣水土流失治理成效顯著。

3.5水土流失變化原因分析

3.5.1水土流失增加的原因分析 1985年長汀中部鄉(xiāng)鎮(zhèn)河田及周圍地區(qū)發(fā)現(xiàn)稀土礦,引起稀土礦開采的第1次熱潮,形成大面積破壞,引起中部鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及周邊地區(qū)的嚴重水土流失。1990年初,大面積進行山地開發(fā),部分地區(qū)出現(xiàn)在嚴重水土流失丘陵區(qū)開發(fā)種果;集體林權(quán)制度改革時期,由于前期方案不完善,導致部分森林遭到亂砍濫伐,土壤流失面積增加明顯,呈現(xiàn)擴散形態(tài)。在1993—1994年間受大面積霜凍的影響,部分地區(qū)植被受災(zāi)較嚴重,使1988—1994年水土流失逐年增加,尤其是長汀中部地區(qū)強烈以上侵蝕面積增加明顯。2000年后開發(fā)建設(shè)項目面積持續(xù)增加以及礦山開采產(chǎn)生新的水土流失,其中水土流失區(qū)域以工礦侵蝕居多,空間上劇烈流失呈現(xiàn)點狀分散分布。近幾年的山地開發(fā)不當造成的水土流失,其流失區(qū)域主要存在于果園開發(fā),占山地開發(fā)流失總面積的95.72%,強烈以上侵蝕主要分布坡度較陡的山區(qū)呈點狀分布,大面積劇烈土壤流失區(qū)域已經(jīng)基本消失。

3.5.2水土流失減少主要原因 自1988年開始其治理工作大體分為下面幾個階段。第1階段: 1980—1990地方政府貫徹封山育林政策,為群眾燒煤提供補貼,并將河田鎮(zhèn)列入省水土保持試點區(qū)。至1990年底以恢復(fù)植被為主的水土流失治理面積達184 km2,取得較好的生態(tài)效益和社會效益。第2階段:謀求水土保持最佳經(jīng)濟效益,以經(jīng)濟效益調(diào)動群眾積極性,這一時期經(jīng)濟林面積增長迅速,發(fā)展經(jīng)濟林果達16.23 km2,全縣水土流失治理面積累計303 km2。第3階段:為2000年至今,福建省委、省政府“開展以長汀嚴重水土流失區(qū)為重點的水土流失綜合治理”為民辦實事項目為重點,至此長汀縣水土保持工作進入加速期,短短4年間治理面積達26 113.16 hm2[36]。水土流失面積呈現(xiàn)明顯下降趨勢。2011年在長汀水土流失治理工作“繼續(xù)支持推進”,至2013年的植被覆蓋大幅度增加,水土流失程度得到極大改善。

3.6防治對策

堅持以政府為主導,財政持續(xù)投入的水土流失治理格局。近25年來的監(jiān)測結(jié)果充分體現(xiàn)了我國政府對生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重視和治理工作中政策引領(lǐng)的主導作用。加強封育保護,推廣沼氣池,普及天然氣,改善居民能源結(jié)構(gòu),通過切實有效的管理措施保護現(xiàn)有植被不受破壞,促進生態(tài)自然恢復(fù)。總結(jié)長汀縣以往的治理經(jīng)驗,對工程措施、植物措施和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施進行科學配置,提高水土流失綜合治理的效率。處理好經(jīng)濟開發(fā)和環(huán)境保護的關(guān)系,科學規(guī)劃,控制開發(fā)規(guī)模,加強對開發(fā)建設(shè)項目的監(jiān)督管理,落實防護措施。積極開展對長汀縣水土保持動態(tài)監(jiān)測,與有關(guān)單位加強協(xié)作,及時掌握水土流失的變化趨勢,實時了解治理成效,從而加快水土流失治理工作,提高水土保持工作的效率。

4 結(jié)論與討論

1)長汀縣植被覆蓋度情況總體良好,縣域的四周植被覆蓋度較高,水土流失嚴重鄉(xiāng)鎮(zhèn)的中部沿汀江兩岸植被覆蓋度較低。1988—2013年植被覆蓋度呈先減少再增加的趨勢,1994年植被覆蓋度最差。

2)長汀縣境內(nèi)水土流失程度以輕度為主,其次為中度和強度,極強度占水土流失所占的比例很少, 1994年長汀縣水土流失最嚴重,2013年水土流失面積最少。1988—2013年,長汀縣的水土流失總面積減少了448.39 km2,占全縣國土總面積的14.51%。

3)水土流失區(qū)域主要分布在中部各鄉(xiāng)鎮(zhèn),尤其是沿汀江兩岸的策武、河田、三州和濯田4個水土流失嚴重鄉(xiāng)鎮(zhèn),西北部山區(qū)和南部地區(qū)水土流失較少。

4)經(jīng)過驗證,利用USLE模型對長汀縣進行土壤侵蝕模數(shù)估算的精度較高,結(jié)果可信度大,能夠較真實地反映該地區(qū)土壤侵蝕25年來的時空變化。本文所用的技術(shù)手段可在南方花崗巖紅壤侵蝕區(qū)進行動態(tài)監(jiān)測,實時了解水土流失現(xiàn)狀,掌握水土流失治理成效,為治理方向提供科學依據(jù)。

[1] 尹麗潔,尹遠志.長江流域花崗巖地區(qū)水土流失治理[J].中國水利,2003,10(2):30. Yin Lijie,Yin Yuanzhi.The soil erosion control of the granite area in the Yangtze River Basin[J].China water Resources,2003,10(2):30.(in Chinese)

[2] Wischmeier W H.A rainfall erosion index for a universal soil-loss equation[J].Soil Science Society of America, 1959,23(3):246.

[3] Wischmeier W H,Smith D D.Predicting rainfall erosion losses from cropland east of the rocky mountains.Agric. Handbook.No.282[R].Washington D C:USDA,1965: 235.

[4] Renard K G,Foster G R,Weesies G A,et al.Predicting soil erosion by water:aguide toconservation planning with the reused universal soil loss equation(RUSLE)USDAAgriculture Hand Book,NO.703[R].Washington D C:USDA,1997:1.

[5] Foster GR,Lane L J.User requirements USDA-water erosion prediction project(WEEP)[R].National Soil Erosion Research Laboratory Report NO.1:West LaFaycttc, 1987:1.

[6] Morgan R PC,Quinton JN,Smith R E,et al.The European Soil Erosion Model(EUROSEM):adynamic approach for predicting sediment transport from fields and small catchments[J].Earth Surface Processes and Landforms,1998,23(6):527.

[7] Beasley D B,Huggins L F,Monke E J.Answers:amodel for watershedplanning[J].Transactions of the ASAE, 1980,23(4):938.

[8] Knisel W G.CREAMS:a field-scale model for chemicals,run off and erosion from agricultural management systems[R].Conservation Research Report No.26 USDA-SEA:Washington,D.C,1980:867.

[9] Neitsch S L,Arnold JG,Kiniry JR,et al.Assessment tool theoretical documentations Version 2000.swat 2000 [M].Blackland Research Center,2000:1-25.

[10] Misra R K,Rose CW.Application and sensitivity analysis of process-based erosion model-GUEST[J].European Journal Soil Science,1996,47(10):593.

[11] 江忠善,王志強,劉志.黃土丘陵區(qū)小流域土壤侵蝕空間變化定量研究[J].土壤侵蝕與水土保持學報, 1996,1(2):1. Jiang Zhongshan,Wang Zhiqiang,Liu Zhi.Quantitative study on spatial variation of soil erosion in a smallwatershed in the Loess Hilly region[J].Journal of Soil Erosion&Soil Conservation,1996,1(2):1.(in Chinese)

[12] Solano S,Aguilar JF,Govaere G.Estimation of soil erosion using USLE equation in Rio Pirriswatershed in Costa Rica[J].American Society of Agricultural and Biological Engineers,2010,31(5):243.

[13] Schnitzer S,Eicker A,Guntner A.Estimation of soil loss by water erosion in the Chinese loessplateau using universal soil loss equation and GRACE[J].Oxford:Oxford University Press,2013,193(3):1283.

[14] Lu Jianzhong,Chen Xiaoling,Li Hui,et al.Soil erosion changes based on GIS/RSand USLE in Poyang Lake basin[J].Chinese Society of Agricultural Engineering, 2011,27(2):337.

[15] 王嬌,程維明,祁生林,等.基于USLE和GIS的水土流失敏感性空間分析:以河北太行山區(qū)為例[J].地理研究,2014,33(4):614. Wang Jiao,ChengWeiming,Qi Shenglin,et al.Sensitive evaluation and spatial analysis of soil and water loss based on USLE and GIS:taking Taihang Mountain area of Hebei Province as an example[J].Geographical Research,2014,33(4):614.(in Chinese)

[16] WischmeierW H,Simth D D.Predicting rainfall erosion losses:a guide to conservation planning[C].Agriculture Handbook No.537.Washington,D.C:United States Department of Agriculture,1978:1-64.

[17] 卜兆宏,孫金莊,周伏建.水土流失定量遙感方法及其應(yīng)用的研究[J].土壤學報,1997,34(3):235. Bu Zhaohong,Sun Jinzhuang,Zhou Fujian.A study on quantitative remote sensingmethod of soilerosion and its application[J].Acta Pedologica Sinica,1997,34(3): 235.(in Chinese)

[18] 周伏建,黃炎和.福建省降雨侵蝕力指標R值[J].水土保持學報,1995,9(1):13. Zhou Fujian,Huang Yanhe.Study on rainfall erosivity index in Fujian Province[J].Journal of Soil and Water Conservation,1995,9(1):13.(in Chinese)

[19] Morgan R P C.Soil Erosion and Conservation:Third edition[M].MA:Blackwell Publishing,2005:103-116.

[20] 長汀縣地方志編纂委員會.長汀縣志[M].北京:生活·讀書·新知三聯(lián)書店,1993:78-81. Changting County Local Chronicles Compilation Committee.Changting county annals[M].Beijing:SDX Joint Publishing Company,1993:78-81.(in Chinese)

[21] 方綱清,阮伏水,吳雄海,等.福建省主要土壤可蝕性特征初探[J].福建水土保持,1997(2):19. Fang Gangqing,Ruan Fushui,Wu Xionghai,et al.Primary exploration on themain soil erodibility characteristics of Fujian Province[J].Soil&Water Conservation in Fujian,1997(2):19.(in Chinese)

[22] Liu Baoyuan,Nearing M A,Shi P J,etal.Slope length effects on soil loss for steep slopes[J].Soil Society of America Journal,2000,64(5):1759.

[23] Liu Baoyuan,Zhang Keli,Xie Yun.An empirical soil loss equation[C].Beijing:Tsinghua Press,2002:21-25.

[24] Ichoku C,Karnieli A.A review of mixture modeling techniques for sub-pixel land cover estimation[J].Remote Sensing Reviews,1996,13(3):161.

[25] 程琳,楊勤科,謝紅霞.基于GIS和CSLE的陜西省土壤侵蝕定量評價方法研究[J].水土保持學報,2009, 23(5):61. Cheng Lin,Yang Qinke,Xie Hongxia.GIS and CSLE based quantitative assessment of soil erosion in Shaanxi, China[J].Journal of Soil&Water Conservation,2009, 23(5):61.(in Chinese)

[26] 夏建國,胡萃,劉蕓.川西低山區(qū)土壤侵蝕經(jīng)濟損失及其評估模式:以名山縣蒙山為例[J].生態(tài)學報, 2006,26(11):3696. Xia Jianguo,Hu Cui,Liu Yun.The economic loss of soil erosion and its assessmentmodel in the west of Sichuan Basin:a case of Meng Mountain in Mingshan County [J].Acta Ecologica Sinica,2006,26(11):3696.(in Chinese)

[27] 江青龍,謝永生,張應(yīng)龍,等.京津水源區(qū)小流域土壤侵蝕空間模擬[J].生態(tài)學雜志,2011,30(8):1703. Jiang Qinglong,Xie Yongsheng,Zhang Yinglong.Thespatial simulation of soil erosionin the water source area of Beijing and Tianjin[J].Chinese Journal of Ecology, 2011,30(8):1703.(in Chinese)

[28] 楊潔,汪邦穩(wěn).贛南地區(qū)水土流失時空變化和評價研究[J].中國水土保持,2011,(12):10. Yang Jie,Wang Bangwen.Temporal and spatial variation and evaluation of soil and water loss in the Southern Jiangxi[J].Soil&Water Conservation in China,2011, (12):10.(in Chinese)

[29] 蔡崇法,丁樹文,史志華,等.應(yīng)用USLE模型與地理信息系統(tǒng)IDRISI預(yù)測小流域土壤侵蝕量的研究[J].水土保持學報,2000,4(2):23. Cai Chongfa,Ding Shuwen,Shi Zhihua,et al.Study of applying USLE and geographical information system IDRISI to predict soil erosion in small watershed[J]. Journal of Soil and Water Conservation,2000,4(2):23. (in Chinese)

[30] WishmierW H,Smith D D.Predicting rainfall erosion losses-a guide to conservation planning[M].America Department of Agriculture,Agriculture Handbook No. 703,1978:233.

[31] 中華人民共和國水利部.土壤侵蝕分類標準:SL190. 2007[S].北京:中國水利水電出版社,2008:8. Ministry ofWater Resources of the People’s Republic of China.The standard of soil erosion:SL190.2007[S]. Beijing:ChinaWater Power Press,2008:8.(in Chinese)

[32] 林惠花.典型區(qū)域土壤侵蝕的地理學分析:以福建長汀為例[D].福州:福建師范大學,2009:38-43. Ling Huihua.Geographical analysis of soil erosion in typical regional:a case of Changting in Fujian[D]. Fuzhou:Fujian Normal University,2009:38-43.(in Chinese)

[33] 戴青霞.基于GIS和遙感的長汀縣水土流失動態(tài)監(jiān)測[D].福州:福建農(nóng)林大學,2006:60-63. DaiQingxia.Soil erosionmonitoring in Changting County based on GIS and remote sensing[D].Fuzhou:Fujian Agriculture and Forestry University,2006:60-63.(in Chinese)

[34] 江洪.長汀縣水土流失遙感監(jiān)測及其生態(tài)安全評價[D].福州:福州大學,2005:61-69. Jiang Hong.Remote sensing monitoring and ecological security assessment of soil erosion in Changting County [D].Fuzhou:Fuzhou University,2005:61-69.(in Chinese)

[35] 王維明,陳明華,林敬蘭,等.長汀縣水土流失動態(tài)變化及防治對策研究[J].水土保持通報,2005,25(4): 73. Wang Weiming,Chen Minghua,Li Jinglan,et al.Monitoring soil and water loss dynamics and its management measures in Changting County[J].Bulletin of Soil and Water Conservation,2005,25(4):73.(in Chinese)

[36] 劉永泉,鐘炳林.長汀縣“十五”期間水土保持工作的思考[J].福建水土保持,2001,13(2):15. Liu Yongquan,Zhong Binglin.Thinking on soil and water conservation work of Changting County during the 10th Five-Year Plan[J].Soil&Water Conservation in Fujian,2001,13(2):15.(in Chinese)

Spatio-tem poral variation of the soil and water loss in Changting
County of granite red soil eroded area of southern China from 1988 to 2013

Zhou Weidong,Wang Xiaoqin,Wu Zuocheng,Liu Yadi

(Key Laboratory of Spatial Data Mining&Information Sharing of Ministry of Education,Spatial Information Research Center of Fujian Province, Fuzhou University,350002,Fuzhou,China)

[Background]Changting County is one of themost serious counties in the area of granite red soil region in the south of our country,where is also very typical and representative because its soil and water loss has the characteristics of long history,wide area,large degree,and great damage.[M ethods] In order to dynamically monitor the spatio-temporal changes of recent years’soil erosion in Changting County that is the demonstration area of soil and water loss management and ecological civilization construction,we used the USLEmodel to quantitatively estimate the changing situations of this county’s soil and water loss in recent25 years,according to the remote sensing data of 9 periods’Landsat series from 1988 to 2013,and using the topography,soil and meteorological hydrological literatures and with the field trips.[Results]The results showed that,the situation of Changting County’s vegetation coverage was fine generally.The areas of higher vegetation coverage weremainly distributed around the county,and the central areas along two sides of Tingjiang River had lower vegetation coverage due to the serious situation of soil and water loss.The vegetation coverage showed a downward trend generally from 1988 to 1994,and became the worst in 1994.During the periods of 1994 to 2003,the situations of vegetation coverage in themostarea of this county were improved obviously,especially that of the villages and towns in the middle areas.After 2003,the vegetation coverage changed little in the western areas,but in Cewu,Hetian,Sanzhou,and Zhuotian and some other towns,it increased greatly.The situations of the soil and water loss in Changting’s most areas were mild,and the serious areas mainly distributed in Changting’s middle area and southern towns.Especially,Hetian Town,Zhuotian Town,Sanzhou Township and Cewu Township were the most serious areas suffering from soil erosion.The results of remote sensing dynamic monitoring during 1988 to 2013 showed that the whole situation of the soil and water losswas improved significantly.It became worse and worse from 1988 to1994,and was at the worst in 1994.Later the situation was improved year by year after 1994,and especially after 2003,the both situations of the vegetation cover and middle area’s soil and water loss in Changting got better. [Conclusions]The analysis mentioned above proves that using the USLE model to estimate the soil erosion modulus of Changting County may have high accurate and reliable results,which really reflects the temporal and spatial changes of this county’s soil erosion over the last25 years.The results show the changing situations and the treatment effect of the soil and water loss in Changting County,as well as provide a scientific basis to understand its current present situations and orient the corresponding treatment directions.

spatio-temporal change analysis;soil and water loss;Changting County;USLE;remote sensing dynamic monitoring;red soil derived from granite

TP79

A

1672-3007(2016)02-0049-10

10.16843/j.sswc.2016.02.007

2015-08-13

2016-03-10

項目名稱:國家科技支撐課題“南方紅壤水土流失綜合監(jiān)測”(2013BAC08B01);福建省科技重點項目“水土保持對汀江流域長汀段水沙演變的效應(yīng)研究”(2015N0025);福建省水利科技專項“水土保持對汀江流域長汀段水沙演變的效應(yīng)研究”(MSK201510)

周偉東(1990—),男,碩士研究生。主要研究方向:資源環(huán)境遙感應(yīng)用。E-mail:zhouwd360@163.com

簡介:汪小欽(1972—),女,博士,研究員。主要研究方向:資源環(huán)境遙感應(yīng)用。E-mail:wangxq@fzu.edu.cn