杜金海

（新疆綠疆源生態(tài)工程有限責(zé)任公司，烏魯木齊830000）

土壤侵蝕是引起該地區(qū)土地退化的主要環(huán)境問(wèn)題之一，由于區(qū)域氣候特征、地表覆被環(huán)境，西北高緯度地區(qū)存在著凍融、風(fēng)蝕、水蝕等不同因素造成的土壤侵蝕。雖然該地降水量與降水強(qiáng)度均較低，水蝕強(qiáng)度也相對(duì)較小， 但其容易引起水分遺失、 土壤剝離、水體污染等系列問(wèn)題［1-2］。 因此，研究區(qū)域水土流失發(fā)生的敏感性及其空間分布， 對(duì)區(qū)域環(huán)境保護(hù)具有很重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

阿勒泰地區(qū)深居歐亞大陸腹地、國(guó)境西北，北部東部依靠阿爾金山，西部與南側(cè)為準(zhǔn)格爾盆地，中部有額爾齊斯河穿流而過(guò)。 地勢(shì)自東北向西南呈階梯狀遞減，海拔介于365～3930m，形成山地、谷地、盆地等折疊地貌類(lèi)型，全地區(qū)山地、平原、戈壁荒漠分別占32%，22%，46%。 阿勒泰位居新疆北段，受高緯度季風(fēng)環(huán)流影響，區(qū)域?yàn)樾陆貐^(qū)降水中心，水資源總量達(dá)量133.7億m3， 并發(fā)育注入北冰洋地區(qū)的額爾齊斯河，干流長(zhǎng)593km，徑流量119億m3。 該地區(qū)土壤貧瘠、團(tuán)聚結(jié)構(gòu)差、透水性強(qiáng)，在強(qiáng)降雨條件下易產(chǎn)生水土流失。但由于區(qū)域干燥少雨的氣候環(huán)境，發(fā)生水蝕性的地區(qū)較少，主要以風(fēng)蝕為主。

1.2 熵權(quán)法

熵權(quán)法是依據(jù)指標(biāo)信息熵的離散度進(jìn)行客觀賦權(quán)。 設(shè)阿勒泰地區(qū)水土流失敏感性：

按照指標(biāo)性質(zhì)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，正向指標(biāo)為指標(biāo)數(shù)值越大，表明水土流失風(fēng)險(xiǎn)越高，負(fù)向指標(biāo)則反之。

正向指標(biāo)：yij=（xij-xmin）/（xmax-xmin）

負(fù)向指標(biāo)：yij=（xmax-xij）/（xmax-xmin）

其中，yij為xij的標(biāo)準(zhǔn)化值，i∈n，j∈m，xmax，xmin分別為第j項(xiàng)指標(biāo)中的最大值、最小值。

在此基礎(chǔ)上計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的信息熵：

最后根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)信息熵分量確定權(quán)重［3］。

1.3 水土流失敏感性因子

通用水土流失方程（RULSE）規(guī)定了水土流失發(fā)生發(fā)育的多項(xiàng)環(huán)境因子，分別是R因子（表征降雨侵蝕力）；K因子（表征土壤可蝕性）；LS因子（表征地形特征）；C因子（表征地表植被覆蓋與管理）；P為地表類(lèi)型因子。 基于此，區(qū)域水土流失敏感性評(píng)估所需數(shù)據(jù)資料主要包含地表植被覆蓋、 土地利用、DEM、土壤理化數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)。 然而實(shí)際中影響水土流失發(fā)生的環(huán)境因素及其表征性變量不止于此。 借鑒［4-5］已有研究成果， 確定區(qū)域水土流失敏感性環(huán)境因素依次為DEM、坡長(zhǎng)、坡度、地形曲率、可蝕性、NDVI、LAI、降水量。

1.4 研究數(shù)據(jù)與處理

以 歐 空 局（https：//search.asf.alaska.edu）提 供 的Sentinel-2光學(xué)影像為基礎(chǔ)， 該影像中1～4為可見(jiàn)光波動(dòng)，5～9為紅邊波段，9為水體探測(cè)波段，10～12為紅外波段。經(jīng)數(shù)據(jù)融合，其空間分辨率可提至10m，滿(mǎn)足高分辨率土地利用解譯需求。在ENVI5.5境中進(jìn)行輻射定標(biāo)和Flash大氣校正處理， 然后應(yīng)用矢量邊界裁剪出目標(biāo)區(qū)域。再利用bandmath工具技術(shù)得到NDVI，Spectral index工具提取LAI。 地形因子提取以地理空間數(shù)據(jù)云（http：//www.gscloud.cn/）提供的ASTER DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用SAGA軟件對(duì)各地形因子進(jìn)行一步式提取。 研究區(qū)的土壤可蝕性資料來(lái)自地理監(jiān)測(cè)云平臺(tái)（http：//www.gscloud.cn/），利用ArcGIS的空間分析工具之間提取得到， 后續(xù)有關(guān)區(qū)域水土流失敏感性評(píng)價(jià)利用Mapambegra工具完成。 環(huán)境因子的熵權(quán)計(jì)算在Excel 2016軟件中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)環(huán)境要素統(tǒng)計(jì)特征

為便于不同源環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行綜合空間分析，利用ArcGIS平臺(tái)的Project工具將全部環(huán)境變量投影為UTM-1984坐標(biāo)系，導(dǎo)出柵格像素為30m，以滿(mǎn)足區(qū)域水土流失敏感性精細(xì)評(píng)估需要。 然后利用Band Collection Statistics工具， 計(jì)算得到該像素水平上研究區(qū)各環(huán)境變量的空間統(tǒng)計(jì)特征，結(jié)果如表1。

表1 研究區(qū)環(huán)境變量空間統(tǒng)計(jì)特征

2.2 研究區(qū)環(huán)境要素空間分布

研究區(qū)環(huán)境要素呈現(xiàn)明顯地帶性分布，如圖1所示。 DEM、坡度、坡長(zhǎng)、地形曲率、NDVI和LAI等隨地形呈現(xiàn)東西兩側(cè)分異。研究區(qū)東側(cè)為西北-東南走向的阿勒泰山系，西側(cè)為準(zhǔn)格爾盆地，地形和植被因素均呈現(xiàn)東高西低的格局。 土壤可蝕性亦呈現(xiàn)帶狀分布，但在額爾齊斯河流域附近的綠洲，阿勒泰山系中坡附近，土壤可蝕性K值較低，在坡頂及盆地局部，其可蝕性較高。 NDVI和LAI在主要集中在中下坡和流域局部綠洲附近。由于地形原因，研究區(qū)降水量呈現(xiàn)自西向東減少和自北向南增加格局。

圖1 研究區(qū)環(huán)境要素空間分布

2.3 研究區(qū)水土流失敏感性評(píng)價(jià)模型

利用熵權(quán)法的信息熵對(duì)研究區(qū)8個(gè)環(huán)境因素進(jìn)行賦權(quán)，其權(quán)重大小排序?yàn)椋篖AI（0.201）＞NDVI（0.181）＞坡長(zhǎng)（0.135）＞可蝕性（0.125）＞降水量（0.124）＞DEM（0.093）＞地形曲率（0.078）＞坡度（0.064）。 由此得到研究區(qū)水土流失敏感性評(píng)價(jià)模型如下：

式中 Sus為水土流失敏感性指數(shù)，其值越大，表明區(qū)域水土流失風(fēng)險(xiǎn)越大；z為歸一化函數(shù)。

2.4 研究區(qū)水土流失敏感性空間評(píng)價(jià)

基于水土流失敏感性方程， 將各項(xiàng)環(huán)境因素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后，基于柵格計(jì)算器工具進(jìn)行加權(quán)求和，得到區(qū)域水土流失敏感性指數(shù)空間分布。 如圖2所示，研究區(qū)水土流失敏感性指數(shù)介于0～0.89之間， 空間平均值為0.34，標(biāo)準(zhǔn)差為0.12，表明其總體風(fēng)險(xiǎn)程度較低。高敏感性地帶分布較少，主要位于研究區(qū)的阿勒泰山系東側(cè)， 這些地區(qū)植被覆蓋程度低且土壤具有較高的可蝕性，加之山地地形，因而水土流失風(fēng)險(xiǎn)較高，此外在研究區(qū)的南緣由于區(qū)域降水量充分、且強(qiáng)度大，亦有較高的風(fēng)險(xiǎn)。而準(zhǔn)格爾盆地大部分地區(qū)水土流失敏感性為中等， 主要由于該地區(qū)地形為盆地、地表物質(zhì)運(yùn)移不充分。額爾齊斯河流沿岸綠洲及阿勒泰山系大部分地區(qū)的水土流失敏感性較低，這得益于有良好的植被覆蓋。

圖2 研究區(qū)水土流失敏感性評(píng)價(jià)

3 結(jié)語(yǔ)

基于開(kāi)源環(huán)境數(shù)據(jù)，以地理信息系統(tǒng)技術(shù)為支撐，提取了阿勒泰地區(qū)水土流失敏感性因子，并結(jié)合敏感性方程，對(duì)該地區(qū)水土流失風(fēng)險(xiǎn)展開(kāi)空間評(píng)估。 得出結(jié)論如下：

（1） 阿勒泰地區(qū)水土流失風(fēng)險(xiǎn)總體程度較低，呈現(xiàn)局部聚集分布，主要位于阿勒泰山系東側(cè)的低植被覆蓋度，其他大部分地區(qū)水土流失風(fēng)險(xiǎn)較低。

（2）熵權(quán)信息顯示，植被、土壤可蝕性是影響水土流失風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素，在研究區(qū)山地地區(qū)強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)與植被修復(fù)是促進(jìn)水土保持治理的有效途徑。