李建偉，孟令欽，白建宏

（1.松遼流域水土保持監(jiān)測(cè)中心站，吉林長(zhǎng)春130021；2.水利部松遼水利委員會(huì)，吉林長(zhǎng)春130021）

東北黑土區(qū)是我國(guó)重要商品糧主產(chǎn)基地。由于該區(qū)水土流失情況嚴(yán)重，尤其是侵蝕溝數(shù)量逐年增加，不斷切割地表、蠶食耕地，已經(jīng)成為制約我國(guó)東北黑土區(qū)商品糧基地可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要因素。為了快速、準(zhǔn)確、科學(xué)地調(diào)查出典型黑土區(qū)侵蝕溝數(shù)量以及侵蝕溝吞食耕地面積等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析侵蝕溝發(fā)展變化趨勢(shì)和原因，松遼流域水土保持監(jiān)測(cè)中心站采用實(shí)地調(diào)查與3S（RS，GIS，GPS）技術(shù)相結(jié)合的方法，在2008—2009年對(duì)烏裕爾河流域和訥謨爾河流域的侵蝕溝進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。得出1965年及2005年兩個(gè)時(shí)段侵蝕溝的數(shù)量、密度、面積，以及侵蝕溝40年間吞食耕地情況，這是東北黑土區(qū)第一次采用3S技術(shù)在大尺度范圍內(nèi)對(duì)侵蝕溝進(jìn)行的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。這對(duì)評(píng)價(jià)侵蝕溝對(duì)黑土區(qū)耕地、糧食安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的影響，為侵蝕溝分區(qū)、侵蝕溝危害專(zhuān)項(xiàng)治理打下了良好的基礎(chǔ)，為管理部門(mén)制定典型黑土區(qū)耕地保護(hù)政策、水土保持綜合防治規(guī)劃以及生態(tài)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展決策提供了科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法和內(nèi)容

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑龍江省中部，北起五大連池市，南至杜蒙縣，東起北安市，西至泰來(lái)縣，總面積3.89萬(wàn)km2，包含烏裕爾河、訥謨爾河兩個(gè)流域。該區(qū)屬東北漫川漫崗典型黑土區(qū)，黑土、黑鈣土是主要耕作土壤，是黑龍江省糧食主產(chǎn)區(qū)之一，耕地占總面積的58.90%。

研究區(qū)地處中高緯度，屬寒溫帶半濕潤(rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫在0.2～1.5℃之間。年降水量在250.5～793.9 mm之間，年均徑流深75 mm左右。植物區(qū)系上屬于蒙古植物分布區(qū)，植被具有森林和草甸草原或草原化草甸相互交錯(cuò)分布的特點(diǎn)。

研究區(qū)內(nèi)土壤侵蝕類(lèi)型主要為水力侵蝕，集中體現(xiàn)為面蝕和侵蝕溝的溝蝕。據(jù)全國(guó)第二次土壤侵蝕遙感調(diào)查統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)現(xiàn)有水土流失面積11 366.80 km2，占總面積的29.20%。其中輕度侵蝕面積、中度侵蝕、強(qiáng)度侵蝕分別占侵蝕面積的64.78%，29.94%和5.28%。水土流失主要發(fā)生在耕地上，坡耕地的水土流失面積占侵蝕總面積的82.59%。

1.2 研究方法

利用遙感技術(shù)獲取信息的可靠性和綜合性及地理信息系統(tǒng)強(qiáng)大的空間分析和管理功能，通過(guò)GIS系統(tǒng)、GPS技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查相結(jié)合方法對(duì)研究區(qū)侵蝕溝的發(fā)展情況和損失耕地的數(shù)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，按照耕地面積比例由研究區(qū)推算典型黑土區(qū)侵蝕溝發(fā)展情況及吞食耕地的面積。

1.3 研究?jī)?nèi)容

1）依據(jù)侵蝕溝發(fā)育階段理論和遙感影像解譯特點(diǎn)，對(duì)侵蝕溝進(jìn)行分類(lèi)分級(jí)。

2）結(jié)合1∶5萬(wàn)地形圖等資料，對(duì)2005年法國(guó)Spot5、日本Alos及1965年美國(guó)Corona影像進(jìn)行影像精糾正。

3）結(jié)合實(shí)地測(cè)量和詢(xún)問(wèn)調(diào)查，建立不同類(lèi)型侵蝕溝遙感解譯標(biāo)志。

4）通過(guò)解譯遙感影像，提取項(xiàng)目區(qū)侵蝕溝數(shù)量、長(zhǎng)度、密度和侵吞耕地面積等信息。利用人工調(diào)查和不同年代影像對(duì)比等方法分析東北典型黑土區(qū)40年（1965—2005年）間侵蝕溝的時(shí)空變化特征。

5）綜合分析解譯結(jié)果，并按照耕地面積比例由項(xiàng)目區(qū)推算典型黑土區(qū)侵蝕溝發(fā)展情況及吞食耕地的面積。

2 研究過(guò)程

2.1 野外調(diào)查

在研究開(kāi)始階段，在侵蝕溝分類(lèi)在影像初步解譯的基礎(chǔ)上，研究人員對(duì)研究區(qū)內(nèi) 200多個(gè)調(diào)查點(diǎn)進(jìn)行了外業(yè)實(shí)地調(diào)查。外業(yè)調(diào)查的方式采用實(shí)地測(cè)量、GPS定位和現(xiàn)場(chǎng)拍照、錄相、書(shū)面記錄等。調(diào)查內(nèi)容包括：侵蝕溝的形狀、地表組成物、溝長(zhǎng)、溝寬、溝深、數(shù)量、分布及吞食耕地的面積等；問(wèn)詢(xún)熟悉情況的當(dāng)?shù)卮迕窈拖嚓P(guān)技術(shù)人員、查閱相關(guān)歷史檔案資料，調(diào)查了當(dāng)?shù)厍治g溝1965年的分布情況以及40年來(lái)的變化情況。外業(yè)調(diào)查目的是掌握項(xiàng)目區(qū)的自然概況，為建立影像解譯標(biāo)志奠定基礎(chǔ)。

2.2 影像精糾正

利用校正過(guò)的1∶5萬(wàn)的地形圖，通過(guò)Erdas軟件對(duì)影像進(jìn)行精糾正，以減少影像由于地形起伏，地球曲率等因素引起變形誤差，提高侵蝕溝位置、長(zhǎng)度和面積等參數(shù)解譯的精度。

2.3 建立解譯標(biāo)志

對(duì)精糾正后的影像進(jìn)行預(yù)判，提出問(wèn)題和疑點(diǎn)，到野外實(shí)地測(cè)量與調(diào)查，解決疑問(wèn)的同時(shí)根據(jù)侵蝕溝分類(lèi)，采取現(xiàn)場(chǎng)GPS測(cè)量、GIS溝繪與拍照方式建立不同類(lèi)型侵蝕溝遙感解譯標(biāo)志。

2.4 影像解譯

對(duì)照遙感解譯標(biāo)志，利用ArcGIS軟件采用人機(jī)交互目視解譯的方法對(duì)影像中侵蝕溝數(shù)量、長(zhǎng)度、溝壑密度及侵吞耕地面積等信息進(jìn)行提取，并通過(guò)面積除以長(zhǎng)度的方法計(jì)算出各條侵蝕溝的平均溝寬。

2.5 實(shí)地驗(yàn)證

對(duì)于室內(nèi)判讀結(jié)果，需要進(jìn)行野外驗(yàn)證，以檢驗(yàn)?zāi)恳暯庾g的質(zhì)量和解譯精度。野外驗(yàn)證主要內(nèi)容為侵蝕溝溝長(zhǎng)、溝寬、類(lèi)型、面積等。檢驗(yàn)方法是選取一定比例解譯后圖斑與實(shí)地侵蝕溝進(jìn)行對(duì)照分析，檢查解譯結(jié)果與實(shí)際是否一致。

項(xiàng)目組分別于2008年11月、2009年6月兩次進(jìn)行了外業(yè)驗(yàn)證工作，外業(yè)作業(yè)采用實(shí)地驗(yàn)證與調(diào)查詢(xún)問(wèn)相結(jié)合的方式進(jìn)行，共布設(shè)驗(yàn)證點(diǎn)和疑問(wèn)點(diǎn)138個(gè)，其中132個(gè)正確，4個(gè)難以確定，2個(gè)有誤差，正確率95%以上，符合《水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的90%以上正確率要求。

2.6 數(shù)據(jù)修正與集成

對(duì)于每條面狀溝，侵蝕溝長(zhǎng)度、面積是直接通過(guò)GIS軟件計(jì)算得出的，其它參數(shù)的確定方法是：侵蝕溝的總長(zhǎng)度＝主溝長(zhǎng)＋各支溝長(zhǎng)；侵蝕溝的平均寬度＝面積／總長(zhǎng)度。

對(duì)于每條線(xiàn)狀溝，侵蝕溝長(zhǎng)度是直接通過(guò)GIS軟件計(jì)算得出的，平均溝寬是通過(guò)對(duì)影像解譯后選取不少于5%的點(diǎn)對(duì)照實(shí)地進(jìn)行量測(cè)，運(yùn)用數(shù)學(xué)取均值方法計(jì)算得出的。其它參數(shù)的確定方法是：侵蝕溝的總長(zhǎng)度＝主溝長(zhǎng)＋各支溝長(zhǎng)；侵蝕溝的面積＝平均溝寬×總長(zhǎng)度。

對(duì)于整個(gè)項(xiàng)目區(qū)，侵蝕溝總長(zhǎng)度和與侵蝕溝總面積和是通過(guò)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)求和的方法計(jì)算得出的；平均寬度＝侵蝕溝總面積和/侵蝕溝總長(zhǎng)度和；溝壑密度＝侵蝕溝總長(zhǎng)度和/研究區(qū)面積。

3 監(jiān)測(cè)過(guò)程中存在的問(wèn)題與解決辦法

3.1 淺溝識(shí)別問(wèn)題

漫川漫崗區(qū)的集水線(xiàn)是侵蝕溝易產(chǎn)生的地方，但是是否產(chǎn)生侵蝕溝與當(dāng)?shù)氐乃４胧┯嘘P(guān)。例如，順坡耕種加速侵蝕，等高耕種抑制侵蝕；集水線(xiàn)以上植被覆蓋較好，抑制侵蝕；軍隊(duì)管理的耕地侵蝕溝少于農(nóng)場(chǎng)，而農(nóng)場(chǎng)管理的少于農(nóng)民管理的，這一定程度上反映了人類(lèi)活動(dòng)對(duì)于侵蝕的影響。而淺溝主要是在集水線(xiàn)處產(chǎn)生，在影像上難以區(qū)分，因此，集水線(xiàn)和淺溝容易造成誤判。

解決辦法：根據(jù)野外調(diào)查經(jīng)驗(yàn)得知，一般情況下當(dāng)集水線(xiàn)發(fā)展成淺溝后邊緣清晰，同時(shí)顏色和紋理表現(xiàn)為亮白色細(xì)條，首先對(duì)比1∶5萬(wàn)地形圖確定所處位置是否為集水線(xiàn)，然后根據(jù)影像判斷周邊環(huán)境狀況，最后綜合分析確定結(jié)果。

3.2 季節(jié)性河流與侵蝕溝的區(qū)分問(wèn)題

由于季節(jié)性河流有一定的間歇性，隨著時(shí)間的變化，季節(jié)性河流可能干枯，在影像上表現(xiàn)為侵蝕溝的特征，造成無(wú)法與侵蝕溝區(qū)分。

解決辦法：在解譯過(guò)程中，將1965年的影像以及1∶5萬(wàn)地形圖疊加，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)具體確定。

3.3 干溝與侵蝕溝的區(qū)分問(wèn)題

干溝屬于水系，是人工修建的供灌溉、引水、排水用的溝渠，但是這種供灌溉、引水、排水用的溝渠由于受侵蝕影響，溝渠兩側(cè)出現(xiàn)了侵蝕擴(kuò)展現(xiàn)象，因此，反映在影像上有的規(guī)則，有的不規(guī)則，難以在影像上直接區(qū)分干溝與侵蝕溝。

解決辦法：在影像解譯時(shí)，如果在影像特征上表現(xiàn)的比較規(guī)則，則視為干溝，否則判定為侵蝕溝。

3.4 路邊溝問(wèn)題

沿路的走向發(fā)育，與路相伴而生的侵蝕溝，由于光譜特征與路混合，形成混合像元，因此比較難于判斷。路旁溝又可分為兩種情況：一是村級(jí)以上公路兩側(cè)多數(shù)都有排水溝，但是也有部分公路旁發(fā)育著沿路走向的侵蝕溝，這兩者很難區(qū)分；二是機(jī)耕道、田間小路旁的溝，根據(jù)影像特征和野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這種溝在影像上表現(xiàn)出不均勻起伏狀，可以識(shí)別出來(lái)，但是，邊緣難以確定。

解決辦法：在解譯過(guò)程中對(duì)于村級(jí)以上的道路兩側(cè)侵蝕不明顯時(shí)，就當(dāng)作排水溝處理。對(duì)于機(jī)耕路、田間小路，如果沿路有侵蝕的跡象，那么對(duì)能將道路與溝分開(kāi)的地方只勾繪溝，無(wú)法區(qū)分的將兩者勾繪在一起。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)烏裕爾河和諾謨爾河流域侵蝕溝的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，是我國(guó)東北黑土區(qū)第一次采用實(shí)地調(diào)查與3S（RS，GIS，GPS）技術(shù)相結(jié)合的方法，在大尺度范圍內(nèi)開(kāi)展的侵蝕溝動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)踐。此次監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展，對(duì)推動(dòng)?xùn)|北黑土區(qū)水土流失監(jiān)測(cè)技術(shù)水平的不斷提高起到重要作用，也取得了重要成果。監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)從1965—2005年的40年間，侵蝕溝總面積增加85.28 km2，條數(shù)增加11 937條，總長(zhǎng)度增加6 183.70 km，溝壑密度由1965年0.034 km/km2變化為2005年的0.193 km/km2，侵蝕溝條數(shù)、面積和密度呈快速增加趨勢(shì)。

因地制宜，分區(qū)治理，是水土保持工作的一項(xiàng)基本原則。開(kāi)展對(duì)侵蝕溝開(kāi)展重點(diǎn)區(qū)域的專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)，能清楚地了解到區(qū)域侵蝕溝對(duì)東北黑土區(qū)耕地、糧食安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的影響。這種采用大尺度侵蝕溝動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方法，不僅節(jié)約了時(shí)間和資金投入，而且能夠減少小尺度監(jiān)測(cè)帶來(lái)的技術(shù)上的誤差，能夠比較準(zhǔn)確地反映一個(gè)較大范圍的水土流失類(lèi)型區(qū)的土壤侵蝕情況。為管理部門(mén)制定典型黑土區(qū)耕地保護(hù)政策、水土保持綜合防治規(guī)劃以及生態(tài)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展決策提供科學(xué)依據(jù)有著重要意義。

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