浅谈“3S”技术在沙化土地监测中的应用

【摘要】本文论述了黑龙江省荒漠化现状，形成原因。并利用3S技术在我省沙化土地监测工作中进行了探讨。3S技术减轻工作强度，提高了工作效率，为沙化土地监测各项政策制定提供了科学依据。

【关键词】3S技术;沙化土地监测;应用;荒漠化;危害;防治措施

土地沙化已成为全球性灾难，是当今世界十大环境问题之首，我国是世界上沙化面积较大、分布较广、危害严重的国家之一，全国沙漠总面积130.8万hm2，约占国土总面积的13.6%，其中沙漠、荒漠占45.3%，沙漠化土（沙地）占11.2%，戈壁占43.5%，沙漠化相当严重。我省沙化土地面积378571.4hm2，沙土耕地432993.1hm2，占全省总土地面积的26%，分布较为集中，给该区的经济、环境和人民生活带来严重影响。所以荒漠化土地的治理和利用是摆在我们当前的主要任务。

为了更好地掌握沙化土地类型、程度、面积、分布及消长状况，分析动态变化原因，制定防沙治沙宏观决策，需要我们建立一套较为完善的沙化土地监测体系。遥感与GIS相结合，既可以保证GIS具有高效和稳定的信息源，又可以对遥感信息进行实时处理、科学管理和综合分析，实现监测、预测和决策的目的，为沙化监测提供高效的技术支持。黑龙江省开展了第三次沙化土地监测工作，监测主要采用的是低分辨率的 TM 遥感数据，局部地区辅以spot等高分辨率的遥感数据作为信息源。利用RS技术采集现势性强的空间数据，应用GIS技术建立图形库和与之相匹配的属性库，利用GPS技术进行准确定位，对土地现状进行检查和监测。根据本次调查结果和前期调查数据在监测区可比范围内进行动态变化分析。

1.荒漠化土地的分布状况

黑龙江省沙区处于我国北方万里风沙线东端，主要集中于我省西南半干旱地区，分布在嫩江流域下游的冲积平原上，统称嫩江沙地。地理位置：东经122°10′～125°10′，北纬43°30′～48°30′。沿嫩江干流两侧宽242km，长400km的范围内，形成东北向西南走向的带状沙区。

2.沙漠化原因

(1)森林遭受破坏：伐木开荒，种植农作物；雨水冲刷裸地，出现沟壑，导致水灾；在干旱时期，风把干燥表土吹走，造成山地岩石，寸草不生。这就是沙漠化的开始，也是破坏森林造成的恶性循环的结果。

(2)土壤盐渍化导致田原荒废：没有排水设施的农田经过灌溉或水淹之后，盐分上升到地面，出现大面积的盐碱地。到目前为止，全世界已有几百万公顷，可耕地因盐渍化、沼泽化而变成荒漠。

(3)土壤侵蚀：毁林开荒，暴雨冲刷表土促成红壤化，高温气候进一步加速氧化过程。在这些作用配合之下，地表有机质很快消失，土壤发生衰竭，从而逐渐趋向沙漠化。

(4)人类的有害活动：沙漠扩大的另一个原因是人类自身的破坏行为。例如游牧部落把一片片森林变成牧场、牲畜啃食树皮和矮枝。干旱季节，高部枝叶也成为羊群的饲料。由于人、畜增加，甚至在年降水150mm的地区也实施开发。这类地区，一旦干旱期再次来临，就很快被风蚀。人类制造了沙漠，并使其有扩张的趋势。反过来沙漠又改变了地区性气候。沙漠地区由于沙层反射了一大部分太阳能而不能被吸收，另外空气中含有的大量沙尘折射了太阳光，从而阻断了成雨过程。

3.土地沙漠化危害

土地沙漠化给沙区农牧业生产和人民生活带来了严重灾害，在我省千里风沙线上有30万hm2农田，25万hm2草原受风沙危害，据调查，每年因风沙危害所造成的直接损失高达11亿元。

(1)剥失表土、肥力减退：据观测：≥5m/s风速开始引起沙地风蚀；≥8m/s大风，剥蚀表土2mm；≥11m/s大风剥蚀表土5mm。在沙地原始黑钙土上，年剥蚀表土0.7～10cm，平均每年跑土5.6～6.6hm2，相当于损失N、P、7.5～10kg，K17.5～22.5kg，在沙区每年因风蚀毁种面积约占耕地总面积5%左右。风沙严重地区在旱情严重的年份，毁种面积更大，毁种次数达3次。随着风沙侵蚀程度的加重，土壤理化性质越来越差，肥力不断减弱，产量逐年下降。

(2)草原沙漠化、生产力下降：据统计，沙区草原沙漠化面积25.7万hm2，占沙区草原面积77.3万hm2的33%。由于草原沙漠化，草场质量下降，单位面积载畜量减少，严重影响牧业生产发展。50年代优质草原占53%，现已下降到了13%。50年代产干草多在1500～2250kg/hm2。而现在产干草532.5kg/hm2，草原生产力和利用率明显下降。

4.RS(遥感技术)应用

本次沙化土地监测遥感技术的应用，主要是对遥感数据进行几何精确校正、增强、融合等处理后，以调查总体为单位制成 1：5万比例尺的遥感影像图。通过建立的解译标志进行目视判读区划图斑，再到现地验证调查。

4.1图像的校正

图像的校正是指从具有几何畸变的图像中消除畸变的过程。也可以说是定量地确定图像坐标与目标物的地理坐标的对应关系。遥感图像校正的质量直接影响图斑的面积等要素，所以说这是关键性的第一步。本次研究利用控制点的图像坐标和目标物坐标的对应关系，用多项式模型确定所给的图像坐标系和应输出的地图坐标系之间的坐标变换式，坐标变换式的系数可从控制点的图像坐标值和目标物坐标中求出。采取2种方法计算控制点:在1∶5万比例尺北京54坐标系地形图上找明显地物用尺量算控制点横纵坐标值。使用GPS进行野外取点:手持GPS输入参数，找图像上的明显地物，用手持GPS到现地直接读取北京54坐标系横纵坐标值。

4.2解译标的建立

建立不同地区、不同时相卫星遥感图像解译标志。根据监测范围的地理气候和社会经济特点、遥感图像特征，选择不同类型的试验区，现地调查土地利用类型、沙化土地类型、土壤、植被及地形地貌等，拍摄与卫星遥感图像相接近的野外景观数码图像，与相同地点的卫星遥感图像构成像对，建立土地利用类型与遥感图像特征对应的关系，即不同土地利用类型在遥感图像上表现出的色调、纹理、形状、分布不同特征等。遥感解译标志，是判读人员准确判断目标地物遥感图像信息参照标准。它既能直接反映和表现目标地物信息的色调、大小、形状、阴影、纹理、图形，又能间接反映和表现地物信息的遥感各种特征。其各种地类解译标志如下:(1)沙化土地: 由石英、长石类、浅矿物碎石屑组成的沙漠化地物在遥感图像上以浅色调、浅灰色调显示，其地表含沙质成分越高，图像上反映的色调就越浅，反之亦相反; 形态多呈片状、块状和条带状，沙化程度越高，其影像越平滑，一般呈麻点状，形成较平坦、微起伏地形，水系极不发育。

(2)草地: 呈绿色、浅绿调，呈片状、块状分布于平地之中，呈条带状分布于河流两侧及谷地，平滑影纹。

(3)苇地解译标志: 深绿色调，呈片状分布，水塘呈星点状分布于其中，斑点状影纹，地形上为平原地区较低处。

(4)林地: 绿色、深绿调，呈片状或块状分布于山地，呈线状、网状分布于平原中，斑点状影纹。

(5)水体: 蓝色调，随着水体的深度变化，其色调渐变为深蓝色调，呈片状、团块状、条带状。

(6)盐碱地: 由于地面光谱反射率高，为浅白色调，呈不规则状，斑点状、麻点状影纹，在地貌上分布在较低洼和沼泽地干涸处。

(7)农地: 旱地形状规则，基本上呈棕黄色; 水田形状规则，基本上呈黑色或粉红色。

(8)居民、工矿和交通用地: 居民和工矿用地光谱反射率高，为浅白色调，不规则状。由于交通道路所用的原料不同，其呈现的颜色不同，白色、粉色或红色等，呈线状。根据现地调查核实结果，（下转第91页）（上接第71页）在现地对卫星图像目视解译形成的图斑界线进行修正; 利用GPS对有关调查图斑进行现地定位。

5.GIS的应用

GIS的应用解决了调查人员手工制图及与绘图员之间相衔接存在的问题。直接用 DBF数据导入绘图软件，减轻了调查员工作强度并解决面积计算精度问题，各地类面积精度分别为98%以上;通过对各类地物及样点采集数据进行信息处理; 建立图形数据库及其属性数据库文件，完成沙化土地面积计算及专题图的绘制，使沙化监测工作实现了数字化，可视化，易于修改调用，为沙化土地监测的各项政策制定提供了科学依据。　[科]