基于landsa影像的黄河流域退耕还林还草研究

基于landsa影像的黄河流域退耕还林还草研究

流域是中国乃至世界水土流失最严重的地区，严重制约着社会经济的可持续发展。要实现黄河流域社会经济的可持续发展,改善其生态环境,就必须治理该区严重的水土流失,以退耕还林还草为突破口,以实现人与自然的和谐共处。目前,各个研究单位及政府机构进行了大量有关退耕还林方面的工作,探索适合本地区的退耕还林模式。一是突出行政管理职能,强化传统监督检查措施,二是从技术上对小流域的退耕还林的生物学措施及退耕模式进行探讨,而利用遥感技术对黄河全流域退耕还林还草方面的研究目前还不多。遥感与GIS技术无论精度、效率以及数据获取的现势性方面,都是传统方法所难以比拟的,同时也可以节约大量人力、物力。本文在遥感与GIS技术的支持下通过对黄河流域自然环境因子的定量化分析,结合人文环境,建立退耕压力分级方案,对黄河流域旱耕地的退耕还林(草)进行了研究。1调查的方法和数据利用。在做所使用的数据来源于中国资源环境数据库,计有反映黄河流域20世纪90年代末期土地利用与土壤侵蚀情况的1∶10万土地利用与土壤侵蚀数据,反映黄河流域其他地理信息的数据,如黄河流域地形地貌数据、分省分县行政界限数据等。土地利用数据和土壤侵蚀数据都是通过对LANDSATTM图像进行目视判读得到的,在判读过程中,充分利用了如地形地貌图等辅助数据,并进行了实地勘察。根据中国《土地利用现状调查技术规程》和土地的用途、经营特点、利用方式和覆盖特征等因素作为土地利用的分类依据,区分差异性,归纳共同性,从高级到低级逐级划分,将土地利用类型分耕地、林地、草地、水域、城乡工矿居民用地和未利用土地共6个一级类型和24个二级类型。土壤侵蚀数据根据中国《全国土壤侵蚀调查技术规程》,并充分分析土壤环境、气候环境、植被环境、物质文化环境以及地形地貌的基础上,将土壤侵蚀分为水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀、重力侵蚀、工程侵蚀5个一级类型,水力侵蚀与风力侵蚀分别又分为6个等级,分别为微度、轻度、中度、强度、极强和剧烈侵蚀,冻融侵蚀被分为4级,微度、轻度、中度和强度。以上几种数据均被统一到统一的坐标系和投影下。所采用的投影为等面积割圆锥投影,并采用统一的中央经线和双标准纬线,中央经线为东经105°,双标准纬线分别为北纬25°和北纬47°,所采用的椭球体为KRASOVSKY椭球体。在Arc/Info软件环境下,栅格化成100m×100m的GRID数据。2旱耕地空间分布由于退耕还林(草)要研究的主要对象为旱耕地,在Arc/Info地理信息系统软件支持下,把旱耕地单独提取出来,通过空间叠加,分析黄河流域旱耕地的空间分布情况。2.1阴山山地分布现状黄河流域作为水土流失较为严重的地区,在长期的滥垦、滥伐与滥牧过程中,使得坡耕地从地面倾斜角θ为3°~5°的缓坡农田,到θ大于35°的“挂牌地”,无处不垦,无处不种,是水土流失的主要来源地。因此,就退耕还林(草)而言,首先要分析不同坡度下旱耕地的退耕还林还草问题。表1为黄河流域不同坡度区旱地的分布状况统计,其中坡度等级用不同的地面倾斜角范围表示,A为不同等级下的旱地面积,B为不同等级下旱地面积所占百分比。可以看出,黄河流域旱地主要以分布于0°~5°的缓坡旱地为主,占总流域旱地面积的75.04%。其次分布于8°~15°的坡耕地,而地面坡度大于35°的“挂牌地”,也占到流域旱地总面积的0.22%。若退耕还林(草)只考虑坡度的影响,按照退耕还林(草)的基本要求:0°~15°耕地作为主要种植区域;15°~25°耕地需加强工程措施以防止水土流失发生;25°以上坡耕地作为林牧用地区域,需退耕还林还草;35°以上坡耕地是重点治理区域,需尽快进行退耕还林。以25°作为分界线,则黄河流域需要进行退耕还林(草)的坡耕地为29.12×104hm2,占总旱地面积的1.43%。这些旱地由于分布地势较高,土层浅薄,水保措施有限,应该按照水土保持法规定进行退耕还林还草。2.2土壤侵蚀强度等级在Arc/InfoGrid模块支持下,将黄河流域旱耕地数据、土壤侵蚀数据与坡度数据进行空间叠加,可得不同土壤侵蚀强度等级下的旱地空间分布,统计其结果如表2所示。黄河流域属于微度侵蚀的旱耕地面积为861.62×104hm2,占总旱地面积42.21%;属于轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀、极强度侵蚀和剧烈侵蚀的旱耕地面积分别占流域总旱耕地面积的13.88%、18.53%、13.77%、5.99%和5.61%。就退耕还林还草而言,若只考虑土壤侵蚀强度因素,土壤侵蚀强度等级在极强度的旱耕地需要退耕的话,黄河流域需要进行退耕还林(草)的旱耕地面积为236.90×104hm2,占总流域旱耕地面积的11.61%;若坡度等级为25°、侵蚀强度为极强度的旱耕地需要进行退耕,则黄河流域需要进行退耕还林(草)的旱耕地面积为256.81×104hm2,占总黄河流域旱耕地面积的12.58%。3造林持续发展时期2000—退耕还林(草)决策分析黄河流域退耕还林(草)方案的确定,需要综合考虑退耕区的自然条件、社会经济发展状况,因地制宜,科学合理地确定退耕的规模、范围、时间,实现黄河流域生态、经济与社会的可持续发展。按照目前《黄河流域坡耕地改造工程规划报告》,退耕还林(草)分为近期(2000—2010年),中期(2011—2030年),远期(2031—2050年)3个阶段,除现有部分坡耕地改造为梯田外(以满足必须的粮食要求),其余坡耕地全部退耕还林还草;近期重点实施25°以上陡坡耕地的退耕,中远期重点实施25°以下缓坡地的退耕。本文在GIS技术的支持下,在分析黄河流域旱耕地的坡度大小、水土流失程度以及社会经济发展状况等的基础上,对黄河流域旱地依其退耕还林(草)压力大小进行了分级论证。3.1黄河干旱地区草压力分类方案依据黄河流域汉耕地的退耕还林(草)压力大小进行分级,需要考虑3个主要原则。1生态效益最大原则对黄河流域旱地进行退耕还林(草),最终目的是要保护生态环境,治理该区严重的水土流失,因此,进行退耕还林(草)压力大小分级,首要考虑的便是生态效益最大原则,也即水土流失愈严重的区域也是退耕还林(草)压力越大的区域。2农业人口分布由于实施退耕必然减少粮食产量,影响到农民的经济收入,也最终影响到退耕能否顺利进行,因此,退耕不能一刀切,只能依据粮食产量、人均退耕面积等有步骤地进行。黄河流域1999年总人口9290万人,其中农业人口7778万人,预计到2010年、2030年、2050年3个水平年的农业人口分别为8972万人、10100万人和10100万人。退耕后粮食生产主要依靠基本农田,一般认为人均0.13~0.20hm2/人基本农田就可以满足粮食需求,因此,为了保证黄河流域粮食的自给自足,按目前种植技术至少需要有1300万公顷基本农田可供开垦。3退耕还林草的带性规律黄河流域地域辽阔,自然地理条件复杂,退耕还林要以自然地带性规律为宏观控制,根据各地的水热条件、土壤植被状况,因地制宜地确定退耕还林(草)的具体实施方式。依据上述原则,可将黄河流域旱地退耕还林(草)压力分为4级,如表3所示。3.2退耕压力级区耕地水土流失的空间分布根据退耕还林(草)压力分级方案,将黄河流域旱地依需要退耕的紧迫性分为4级:退耕压力Ⅳ级区为该区域旱耕地所处坡度大,或水土流失剧烈的区域,是需要重点治理、尽快进行退耕还林(草)的区域;退耕压力Ⅲ级区的旱地所处坡度较大,水土流失较为严重的区域,是需要在近期进行退耕还林(草)的区域;退耕压力Ⅱ级区为旱地有一定的坡度,水土流失相对缓和但需要加强工程措施以防止水土流失发生,是在中远期可以考虑退耕的区域;退耕压力Ⅰ级区为旱地分布在较小坡度或平坦的地区,水土流失也较小,就目前经济发展水平下可以不退耕的区域。在Arc/InfoGrid模块支持下,将黄河流域旱地分布数据、坡度信息与土壤侵蚀信息进行空间叠加,按照退耕还林(草)压力模型分层提取,得到黄河流域退耕还林(草)压力空间分布图(图1)和结果统计表(表4)。可以看出,退耕压力Ⅲ级与Ⅳ级区主要分布于黄河流域的多沙粗沙区,该区坡耕地分布较多,水土流失严重,是需要进行退耕还林(草)的重点区域,其中分布于退耕压力Ⅳ级区的耕地面积为89.9×104hm2,占流域旱耕地总面积的4.4%,是需要尽快进行退耕的区域;分布于退耕压力Ⅲ级区的耕地面积为193.16×104hm2,占流域旱耕地面积的9.46%,是需要近期进行退耕的区域;退耕压力Ⅱ级的区域主要分布于黄土高原,旱地面积为424.21×104hm2,占流域旱耕地面积的20.78%,为目前可以暂缓退耕的区域;而退耕压力Ⅰ级区分布于地势较为平缓的区域,土壤侵蚀较小,占流域旱耕地面积的65.35%,是目前不需要退耕的区域。所以,按上述退耕压力方案,即使退耕压力Ⅱ级以上的区域全部退耕,仍可满足全区人均耕地0.13hm2的基本要求。4退耕压力分级结果分析本文通过遥感影像的专家解译获取了反映黄河流域20世纪90年代末期土地利用与土壤侵蚀状况的1∶10万比例尺的土地利用数据和土壤侵蚀数据,对黄河流域旱地的空间分布进行了分析,由于黄河流域坡耕地面积较大,水土流失严重,进行退耕还林还草是非常必要的。同时,在分析黄河流域旱地的自然以及经济发展状况基础上,提出了退耕压力分级方案,按照退耕压力大小来确定退耕的区域以及先后顺序,经过GIS空间分析,退耕压力Ⅳ级区的旱地面积