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1、土壤资源学第三章土壤资源学第三章6临沂市科技攻关项目：临沂市科技攻关项目： 基于基于RS&GIS的临沂市土壤侵蚀强度动态模拟的临沂市土壤侵蚀强度动态模拟与预测研究与预测研究水利局项目：水利局项目： 临沂市水土流失强度遥感监测临沂市水土流失强度遥感监测依托项目依托项目区域概况区域概况 临沂市地处沂蒙山区，属于鲁中南中低山丘临沂市地处沂蒙山区，属于鲁中南中低山丘陵区强烈侵蚀区。陵区强烈侵蚀区。无论是水土流失面积还是强度无论是水土流失面积还是强度，均居全省，均居全省1717个城市之冠个城市之冠，土壤侵蚀面积占山东，土壤侵蚀面积占山东省侵蚀面积的省侵蚀面积的34% 34% 。水土流失及其引发的面源污。
2、水土流失及其引发的面源污染已是临沂市突出的环境问题之一。染已是临沂市突出的环境问题之一。 内容简介内容简介u 研究目的和意义u 研究区概况u技术路线u 数据获取u 结果分析u 结论与建议技术路线技术路线 在在因子分析因子分析基础上，遵循基础上，遵循土壤侵蚀分类分级标准土壤侵蚀分类分级标准（SL190-96SL190-96）、）、水土保持监测技术规范水土保持监测技术规范（SL277-SL277-20022002），），制定土壤侵蚀强度类型划分标准制定土壤侵蚀强度类型划分标准。利用。利用RSRS和和GISGIS技术，获取临沂市技术，获取临沂市19851985、19951995和和20052005年
3、的年的土壤侵土壤侵蚀强度数据蚀强度数据，进而以，进而以1010年为周期年为周期分析分析土壤侵蚀强度的土壤侵蚀强度的空间分布特征及其变化空间分布特征及其变化。土壤侵蚀强度主要因子分析土壤侵蚀强度主要因子分析u根据中华人民共和国行业标准根据中华人民共和国行业标准土壤侵蚀分类分级标准土壤侵蚀分类分级标准SL190-SL190-9696，临沂市水土流失区属于一级区水力侵蚀为主的类型区中的北，临沂市水土流失区属于一级区水力侵蚀为主的类型区中的北方土石山区二级区（主要在淮河流域以北、黄河中下游）。孙希方土石山区二级区（主要在淮河流域以北、黄河中下游）。孙希华等研究表明，山东省鲁中南山地丘陵区（临沂市属于此
4、区）以华等研究表明，山东省鲁中南山地丘陵区（临沂市属于此区）以水力侵蚀为主。水力侵蚀为主。 u根据根据土壤侵蚀分类分级标准土壤侵蚀分类分级标准SL190-96SL190-96中规定的土壤水力侵蚀中规定的土壤水力侵蚀强度面蚀分级指标，选取坡度、植被覆盖度和土地利用类型作为强度面蚀分级指标，选取坡度、植被覆盖度和土地利用类型作为临沂市水土流失遥感普查因子。其中土地利用类型对土壤侵蚀的临沂市水土流失遥感普查因子。其中土地利用类型对土壤侵蚀的影响存在显著的差异，为突出人为干扰，更加准确体现土地利用影响存在显著的差异，为突出人为干扰，更加准确体现土地利用类型对土壤侵蚀的影响，在类型对土壤侵蚀的影响，在土
5、壤侵蚀分类分级标准土壤侵蚀分类分级标准对土地利对土地利用类型规定类别的基础上，增加水域、居民地和未利用地三种土用类型规定类别的基础上，增加水域、居民地和未利用地三种土地利用类型。地利用类型。 土壤侵蚀强度分级标准制定土壤侵蚀强度分级标准制定 内容简介内容简介u 研究目的和意义u 研究区概况u 技术路线u数据获取u 结果分析u 结论与建议 数据获取水土流失主要因子的数据提取水土流失主要因子的数据提取 土地利用类型遥感影像判读解译土地利用类型遥感影像判读解译 （4）野外验证）野外验证（1）遥感数据获取）遥感数据获取（2）建立影像判读解译标志）建立影像判读解译标志（3）遥感影像解译与质量检查）遥感影
6、像解译与质量检查遥感数据获取 调查中选用了调查中选用了19851985、19951995、20052005年的年的Landsat5TMLandsat5TM遥感图像遥感图像( (空间分辨率空间分辨率30m)30m)，且具有精确的地理坐标。，且具有精确的地理坐标。9 9月中下旬的临沂地区乔灌木树种生长旺盛，植被覆盖月中下旬的临沂地区乔灌木树种生长旺盛，植被覆盖度在全年中具有代表性，坡耕地农作物以玉米、花生度在全年中具有代表性，坡耕地农作物以玉米、花生和地瓜等农作物为主，其光谱特征明显，在此季节较和地瓜等农作物为主，其光谱特征明显，在此季节较易从图像上判读，故土地类型的分类效果最佳；临沂易从图像上判
7、读，故土地类型的分类效果最佳；临沂地区降雨集中在地区降雨集中在6 6、7 7和和8 8月份，月份，9 9月下旬雨季刚过，水月下旬雨季刚过，水土流失特征具有代表性，易于野外调查和验证。土流失特征具有代表性，易于野外调查和验证。 数据获取水土流失主要因子的数据提取 土地利用类型遥感影像判读解译土地利用类型遥感影像判读解译 （4）野外验证）野外验证（1）遥感数据获取）遥感数据获取（2）建立影像判读解译标志）建立影像判读解译标志（3）遥感影像解译与质量检查）遥感影像解译与质量检查（2）建立影像判读解译标志通过通过TM影像特征包括影像的色调、纹理和形状等与实地土地利用类型影像特征包括影像的色调、纹理和形
8、状等与实地土地利用类型特征和自然景观的比较分析，建立土地利用类型的遥感影像判读解译特征和自然景观的比较分析，建立土地利用类型的遥感影像判读解译标志，作为室内判读的依据。通过踏勘调查寻找代表各类影像特征的标志，作为室内判读的依据。通过踏勘调查寻找代表各类影像特征的地物点，确定沿途有关土地利用类型。主要踏勘调查的明确地点有地物点，确定沿途有关土地利用类型。主要踏勘调查的明确地点有200左右，踏遍整个临沂地区，为临沂地区遥感影像判读解译打下了良好左右，踏遍整个临沂地区，为临沂地区遥感影像判读解译打下了良好的基础。主要踏勘调查的路线有的基础。主要踏勘调查的路线有: 沂南县的官泉、葛沟、小埠子村、蒋家峪
9、等；沂南县的官泉、葛沟、小埠子村、蒋家峪等；临沭县的房巡会古墓群、大龙兴旺村、郑山东北等；临沭县的房巡会古墓群、大龙兴旺村、郑山东北等；莒南县的孙家怪草、北石桥、陡山水库附近；莒南县的孙家怪草、北石桥、陡山水库附近；兰山区龙王庄，兰山区龙王庄，G205G205以东柳河村、沿着柳青河等；以东柳河村、沿着柳青河等；费县的马庄水库以北、杨庄水库以南、马庄沿公路向北、石榴涧等费县的马庄水库以北、杨庄水库以南、马庄沿公路向北、石榴涧等苍山县的南纸坊、邢家村、苍山县的南纸坊、邢家村、S234S234南北方向路西等；南北方向路西等；平邑铜头镇、南诸冯和诸马铺三角区域、桃花峪南小广泉东等；平邑铜头镇、南诸冯和
10、诸马铺三角区域、桃花峪南小广泉东等；蒙阴青山毛屏松子坡；蒙阴青山毛屏松子坡；沂水许家湖东南丰台湖郑家庄西、王庄东爱国西快堡西北等沂水许家湖东南丰台湖郑家庄西、王庄东爱国西快堡西北等 数据获取水土流失主要因子的数据提取 土地利用类型遥感影像判读解译土地利用类型遥感影像判读解译 （4）野外验证）野外验证（1）遥感数据获取）遥感数据获取（2）建立影像判读解译标志）建立影像判读解译标志（3）遥感影像解译与质量检查）遥感影像解译与质量检查（3）遥感影像解译与质量检查 通过2005年TM影像及土地利用的对比分析，采取人机交互方式逐块进行影像判读和图斑勾绘与更新。本项目采用非监督分类、监督分类和目视解译相结
11、合的方法。具体步骤和路线如图，此过程为初判。在初判的基础上，交叉进行核判。核判过程中发现的漏判、误判或判读意见不一致等问题，由交叉双方根据实际情况和技术规程进行商讨解决。对初判、核判后的阶段成果直接在计算机上进行检查，发现疑问，作好记录，查明原因，及时更正，并提出修改意见。然后，根据提出的意见对初判、核判后的阶段性成果再次进行修改完善，确保成果质量。 数据获取水土流失主要因子的数据提取 土地利用类型遥感影像判读解译 （4）野外验证（1）遥感数据获取（2）建立影像判读解译标志（3）遥感影像解译与质量检查（4）野外验证验证区域主要有：验证区域主要有：n沂水县红石门村、小李马庄、沙沟水库西边沂水县红
12、石门村、小李马庄、沙沟水库西边崖庄、松子山等；崖庄、松子山等；n蒙阴县石棚附近山、房家庄房家楼等；蒙阴县石棚附近山、房家庄房家楼等；n平邑县上水寨、下水寨、青山庄、孙家峪之间地带等；平邑县上水寨、下水寨、青山庄、孙家峪之间地带等；n苍山县考村水库附近、长新桥水库附近、温庄、保合庄等；苍山县考村水库附近、长新桥水库附近、温庄、保合庄等；n费县颜真卿故居附近、山西头等；费县颜真卿故居附近、山西头等；n罗庄区高都街办西南、朱家地村、小山后、大山后、潘庄等罗庄区高都街办西南、朱家地村、小山后、大山后、潘庄等n莒南县丁家介脉头、丁家屋子、彭家岭等；沙墩、沟上、朱柳屯和朱莒南县丁家介脉头、丁家屋子、彭家岭
13、等；沙墩、沟上、朱柳屯和朱柳村附近、温庄、保和庄等柳村附近、温庄、保和庄等各验证区域均匀分布于临沂地区各个角落，选取验证点各验证区域均匀分布于临沂地区各个角落，选取验证点80左右。经实左右。经实地验证解译准确度为地验证解译准确度为74.7%，已满足，已满足TM影像进行普查调查的精度。影像进行普查调查的精度。 植被覆盖度遥感解译 目前比较广泛使用的是目前比较广泛使用的是GutmanGutman提出的一种根据归一化差值提出的一种根据归一化差值植被指数植被指数(NDVI)(NDVI)来计算植被覆盖度的方法。其基本原理是根据来计算植被覆盖度的方法。其基本原理是根据健康植被在红光波段有一个吸收峰，在近红
14、外波段有一个高射健康植被在红光波段有一个吸收峰，在近红外波段有一个高射峰，而土壤在可见光到近红外波段呈近似线性变化的差异，首峰，而土壤在可见光到近红外波段呈近似线性变化的差异，首先计算出植被指数先计算出植被指数NDVINDVI，然后再假设遥感器所测得的反射辐射，然后再假设遥感器所测得的反射辐射R R完全由植被总反射辐射和土壤总反射辐射构成。完全由植被总反射辐射和土壤总反射辐射构成。3minmaxmin() ()fNDVINDVINDVINDVI 数字高程模型建立及流域划分 利用大型扫描仪在利用大型扫描仪在400dpi400dpi分辨率下对分辨率下对1 1：1010万地形图进行扫描为万地形图进行
15、扫描为彩色图片。在彩色图片。在ArcGISArcGIS中对每幅地形图进行坐标匹配，精读控制在中对每幅地形图进行坐标匹配，精读控制在0.00001-0.00010.00001-0.0001度范围内，赋予北京度范围内，赋予北京5454坐标系之后，进行高斯克坐标系之后，进行高斯克吕格吕格6 6度带投影，之后进行屏幕扫描数字化，得到数字化的度带投影，之后进行屏幕扫描数字化，得到数字化的110110万等高线数据和特征点高程数据，利用万等高线数据和特征点高程数据，利用ArcGISArcGIS中的中的3D3D分析模块得分析模块得到由数字等高线和高程点及临沂市边界控制的到由数字等高线和高程点及临沂市边界控制的
16、TINTIN，在，在3D3D分析模分析模块中将块中将TIN TIN 转化为转化为DEMDEM，得到临沂市的数字高程模型，得到临沂市的数字高程模型(DEM)(DEM)，空间，空间分辨率为分辨率为30m30m（与（与TMTM图像空间分辨率一致）。图像空间分辨率一致）。 数据预处理数据预处理(fill sinks)(fill sinks)、流向分析、流向分析(flow direction)(flow direction)、汇流分析、汇流分析(flow (flow accumulation) accumulation) 、利用、利用ArcGisArcGis代数计算得到流域栅格数据，将其矢代数计算得到流
17、域栅格数据，将其矢量化后得到子流域矢量数据。量化后得到子流域矢量数据。 影响因子数据获取影响因子数据获取土壤侵蚀强度数据获取土壤侵蚀强度数据获取1985年1995年2005年空间分布特征指数获取空间分布特征指数获取 为揭示本地区各类侵蚀强度的空间结构组成、空为揭示本地区各类侵蚀强度的空间结构组成、空间分布及其量度的对比关系，采用景观格局指标进间分布及其量度的对比关系，采用景观格局指标进行量化描述。在软件行量化描述。在软件FRAGSTATS3.3FRAGSTATS3.3中，调用土壤侵中，调用土壤侵蚀强度栅格数据从缀块类型水平和景观水平两个层蚀强度栅格数据从缀块类型水平和景观水平两个层次上，从临沂
18、市区域和县域两个尺度上获取景观指次上，从临沂市区域和县域两个尺度上获取景观指数。数。 内容简介内容简介u 研究目的和意义u 研究区概况u 技术路线u 数据获取u结果分析u 结论与建议结果分析结果分析u土壤侵蚀强度变化土壤侵蚀强度变化u土壤侵蚀强度景观格局及其变化土壤侵蚀强度景观格局及其变化 区域尺度区域尺度 县区尺度县区尺度结果分析结果分析u土壤侵蚀强度变化土壤侵蚀强度变化u土壤侵蚀强度景观格局及其变化土壤侵蚀强度景观格局及其变化 区域尺度区域尺度 县区尺度县区尺度1985-1995年土壤侵蚀强度变化侵蚀强度1985年1995年未变减小比例（%）微度1150460311423529109623
19、530.70轻度147307415666061171579-6.35中度135780814560671079860-7.24强度8456117782776489787.96极强度22178218599315617316.14剧烈37386297922595320.31合计1544026415440264140448961995-2005年土壤侵蚀强度变化侵蚀强度1995年2005年未变减小比例（%）微度110587091135491810469803-2.68轻度15159141875592893049-23.73中度1408941112347959516820.26强度75297147432
20、129599737.01极强度1801931028455520042.93剧烈2888714460741649.94合计149456151494561512316633结果分析结果分析u土壤侵蚀强度变化土壤侵蚀强度变化u土壤侵蚀强度景观格局及其变化土壤侵蚀强度景观格局及其变化 区域尺度区域尺度 县区尺度县区尺度结果分析结果分析u土壤侵蚀强度变化土壤侵蚀强度变化u土壤侵蚀强度景观格局及其变化土壤侵蚀强度景观格局及其变化 区域尺度区域尺度 县区尺度县区尺度区域尺度景观水平上土壤侵蚀强度景观指数景观水平上土壤侵蚀强度景观指数缀块数（NP） 缀块密度指数（PD） 丰富度指数（PR） 最大缀块指数 （L
21、PI） 分维数（PAF）景观形状指数（LSI） 聚集度指数（AI）多样性指数(SHDI） 8520188311.3106670.30061.4799211.964789.30720.89189523551513.1949668.36011.4915226.043688.58980.89360521864312.2518672.24851.4874211.762389.14210.8141区域尺度缀块类型水平上土壤侵蚀强度景观指数缀块类型水平上土壤侵蚀强度景观指数结果分析结果分析u土壤侵蚀强度变化土壤侵蚀强度变化u土壤侵蚀强度景观格局及其变化土壤侵蚀强度景观格局及其变化 区域尺度区域尺度 县区尺
22、度县区尺度县域尺度景观水平上土壤侵蚀强度景观指数景观水平上土壤侵蚀强度景观指数县域尺度缀块类型水平上土壤侵蚀强度景观指数缀块类型水平上土壤侵蚀强度景观指数蒙阴县蒙阴县沂水县沂水县平邑县平邑县费县费县沂南县沂南县莒南县莒南县苍山县苍山县临沭县临沭县郯城县郯城县罗庄区罗庄区兰山区兰山区河东区河东区缀块类型水平上土壤侵蚀强度景观指数缀块类型水平上土壤侵蚀强度景观指数县域尺度u各个县区以轻度土壤侵蚀缀块密度最大，轻度度以上随着侵蚀强度增高，缀各个县区以轻度土壤侵蚀缀块密度最大，轻度度以上随着侵蚀强度增高，缀块密度减小块密度减小u除苍山县外，其余各县的除苍山县外，其余各县的PAFRACPAFRAC在土壤
23、侵蚀等级的的分布趋势呈现先增大后在土壤侵蚀等级的的分布趋势呈现先增大后减小趋势，其最大值出现在中度和强度附近，表明侵蚀缀块形状比较复杂；减小趋势，其最大值出现在中度和强度附近，表明侵蚀缀块形状比较复杂； 0505年的年的PAFRACPAFRAC在剧烈及剧烈以上等级上较在剧烈及剧烈以上等级上较8585和和9595年小，表明年小，表明0505年较强度的土壤侵年较强度的土壤侵蚀缀块形状趋于规则，说明土壤侵蚀治理成效显著。蚀缀块形状趋于规则，说明土壤侵蚀治理成效显著。 u在区域尺度和县域尺度上，缀块类型水平的景观格局指数其结构特征和变化在区域尺度和县域尺度上，缀块类型水平的景观格局指数其结构特征和变化
24、趋势基本一致，表明在研究区内土壤侵蚀强度空间结构特征在两个尺度上具相趋势基本一致，表明在研究区内土壤侵蚀强度空间结构特征在两个尺度上具相似性。似性。内容简介内容简介u 研究目的和意义u 研究区概况u 技术路线u 数据获取u 结果分析u结论与建议结论结论u临沂市土壤侵蚀呈现明显减小趋势。其中以后临沂市土壤侵蚀呈现明显减小趋势。其中以后1010年减小幅年减小幅度最大，以中度以上土壤侵蚀强度向轻度和微度等级变化为度最大，以中度以上土壤侵蚀强度向轻度和微度等级变化为主。主。u土壤侵蚀强度的变化体现在空间分布结构特征上为土壤侵蚀土壤侵蚀强度的变化体现在空间分布结构特征上为土壤侵蚀斑块密度和形状复杂程度呈
25、先增大后减小趋势，连接程度则斑块密度和形状复杂程度呈先增大后减小趋势，连接程度则为先减小后增大趋势，且在空间尺度上无明显差异。为先减小后增大趋势，且在空间尺度上无明显差异。结论u创新点之一：创新点之一：对临沂市对临沂市19851985至至20052005年共年共2020年以年以1010年为周年为周期定量分析和模拟了土壤侵蚀强度空间分布及变化。期定量分析和模拟了土壤侵蚀强度空间分布及变化。u创新点之二：创新点之二：利用景观生态学中的景观指数在景观和缀利用景观生态学中的景观指数在景观和缀块类型两个水平上，在区域和县域两个尺度上，定量分析块类型两个水平上，在区域和县域两个尺度上，定量分析了土壤侵蚀强度空间景观格局及其变化过程。了土壤侵蚀强度空间景观格局及其变化过程。创新点创新点需进一步研究内容需进一步研究内容u深入研究土壤侵蚀强度格局变化的驱动因素深入研究土壤侵蚀强度格局变化的驱动因素u通过研究土壤侵蚀强度生态过程和景观变化来研究景观格通过研究土壤侵蚀强度生态过程和景观变化来研究景观格局局u采用合适的计算方法预测土壤侵蚀强度景观格局采用合适的计算方法预测土壤侵蚀强度景观格局Thank you