前言
土壤退化是指在水、风等因素作用下，土壤被剥蚀、搬运、沉积的过程。其产生于各种自然与人为的综合作用。水土流失是一个世界性的环境问题。一方面，它减少了耕地面积；另一方面，也会导致土地肥力、作物产量急剧下降，加剧洪涝、干旱等自然灾害的严重程度，导致河道、湖泊的泥沙淤积，水质恶化，对道路、桥梁等设施的损坏，对人民的生产、生活产生了很大的影响。而随着遥感资料的不断丰富，可以在不同时间、空间尺度上对土壤退化进行实时监测与快速评估，为土壤退化的防治与治理提供了科学的基础。
一、土壤退化的类型
（一）土壤侵蚀
土壤侵蚀是目前最为严峻的土壤退化状态，已经发展成为一个世界性的问题。恶劣的天气状况、人为的不当行为(粗放的农业发展路线)都会使土地的肥沃程度下降，从而使土地的特性发生变化。根据水土流失的动力来源，可以把土壤侵蚀失分为:风蚀和水力蚀。在超过一定程度的风速时，会使土壤中的微粒脱离一定的大小，并在一定的范围内进行跳跃和悬浮。通过遥感监测风力侵蚀，可以通过采用 SAR、 SAR等手段来监测地表的沉降量和表面粗糙度，从而达到监测风速的目的，目前已经有的一些研究显示，这种方法能够达到毫米至毫米的精确监测;同时，利用植被覆盖类型、归一化差异植被指数(NDVI)和地形综合评价了土壤退化的强度。水力冲刷是指地表土壤微粒被冲刷、运移的过程。利用卫星遥感技术进行了多年的地下水侵蚀分析。
（二）土壤盐渍化
土壤盐渍化是一种主要的土壤退化现象，主要发生在干旱、半干旱地区。由于降雨不足，降雨不能均匀的渗透到土壤中，所以土壤中的可溶性盐会在地面上堆积。同时，灌溉还会导致土壤含盐量的增加，进而改变土壤的结构和其他特性，导致土壤的盐渍化。遥感技术是评价土壤盐碱度的重要方法，包括航空摄影、多光谱、高光谱、微波等。航拍可以提供高解析度的影像资料，它可以把盐碱地和未盐碱地分开。针对目前我国在巴基斯坦费萨拉巴德使用印度的遥感卫星资料数据，对土壤盐渍化程度进行了监测。高光谱遥感技术的发展为土壤盐碱地的遥感信息提供了新的途径。如利用高光谱技术，可以对盐碱地表面的矿物和植物进行识别，并对其进行分析，从而更精确地评价土壤的盐碱度。微波遥感技术是目前最有效的土地盐渍化评价方法，它的基础是土壤的介电常数。例如，采用主、被动相结合的微波遥感技术，可以有效地监测土壤的盐碱度。遥感技术的另外一个优点是，在长时期内，对地观测的一系列有价值的历史资料，可以为长时期的地震监测工作提供数据支持[1]。
（三）土壤污染
土壤污染会导致作物产量下降，同时还会通过地球上的各种物质和能源的循环系统，对人类的身体造成极大的危害。利用高光谱遥感技术对土壤的污染状况进行评估是一种非常有效的方法。1997年， Malley等在 NIRS (NIRS)测定土壤中重金属的首次应用偏最小二乘回归法对水体中重金属元素的影响进行了初步的探讨。土壤中的重金属元素含量不高，其光谱表现不明显，但根据其与铁氧化物、粘土及有机物的结合特性，可以对其进行分析。近年来，利用多元线性回归、偏最小二乘回归、 ANN等多种分析手段，建立了基于频谱敏感性频段及其转换的多种指标的模型预报模型。土壤中的重金属会对植物的生长产生一定的抑制作用，对植物的正常生理特性产生一定的影响。利用植物指标建立土壤重金属的反演模式，是评价土壤重金属元素的有效手段。近年来，随着航空高光谱技术的迅速发展，对土壤中的重金属元素进行了评估， Tan等采用飞机上 HySpex技术获得徐州柳新煤矿的土壤高光谱资料，并应用随机森林法建立了一个反演模型，得到了 Cr、 Cu、 Pb的最优模式R2值为0.75，0.68，0.74，为现场勘查开辟了新的途径。
二、遥感技术在土壤退化中的应用方法
（一）目视判读法
视觉判读主要是利用遥感图像，对影响侵蚀的主要因子进行目视分析，并结合经验，在重叠的遥感图像上绘制出相应的图斑(侵蚀范围)、标识图斑的性质(侵蚀程度和种类)。在土壤退化调查中，以专家为基础的方法最具代表性。该方法通过对当地环境、对土壤退化规律有深入理解的专业人员，运用遥感图像和其它专题信息，通过对该地区水土流失情况的判定与鉴别，编制了水土流失类型和强度级别地图。我国在新中国成立后，进行了4次水土流失的测量。而在一九八五年，国家水土保所使用的卫星遥感技术对全国土壤流失状况进行了全面的监测。这一次，是 MSS的影像，由人工视觉解译，手工绘制。之后的两次人口普查都采用了数码遥感图像，其中"土壤退化"取代了"水土流失"。在国外，也有一些采用目视判读法的方法[2]。1998 Bocco等利用 SPOTl立体图像的视觉解译技术，绘制了 Mexico市的水土流失地图；1993年， Raina用TM4、3、2波段的人工合成图像，绘制出了严重、中度和轻微的土壤退化类型。目视判读法是将人类的经验和知识与计算机技术的遥感技术有机地融合起来，以客观现实为依据，增加了判读的科学性，大大改善了调查的质量。特别是在大规模、快速的调查中，图像识别技术具有很大的应用前景。但是，目前的视觉识别方法仍有许多有待完善的地方。一方面，由于各种因素的组合、变化的复杂性和调查者的认知程度的差异，使得不同的解译人员往往难以得出同样的结论。二是通过目测的方式进行破译，但效率不高。由于此方法耗费大量的人力、财力和时间，因此不能迅速地进行。三是通过肉眼观察，很难将其与土壤的冲刷模数"镶嵌"在一起。土壤冲刷模数是用特定的数字表示的，但是 TM图像难以直接测量某一区域的水土流失模数，而用其它指标所确定的水土流失强度则是间接的、相对的，有一定的误差。
（二）指数提取法
植被覆盖率是反映土壤退化程度的一个重要指标。在遥感应用中，植被指数是反映地面植被状况的最主要的信息来源，是对植被覆盖和生长动态进行定性、定量的评估。从本质上讲，最基本的方法是按侵蚀作用中各个因素的重要程度给出不同的权值，并将其与所制订的决策准则相结合，由因素权值和/或加权平均值来决定。目前，利用标准植被指数估计覆盖率的方法是标准植被指数。九十年代以来，人们对利用植被指数法进行植被覆盖的评估进行了大量的研究。邓肯等对墨西哥沙漠地带的灌丛 I关系进行了研究，得出了一个比较好的模式;卫亚星等人利用 Drake等学者的研究结果，通过对黑河地区水土流失强度的区域变化和退耕还林工作，利用 Drake等人的研究结果，建立了植被覆盖度(C)和 VI (NDVI)的回归公式。周为峰等基于植被指数估计植被覆盖的基本原则，通过对两个主要参数如元二分模式的推导，对现有模式进行了修正，提出了一种采用归一化植被指数(NDVI)来定量评价密云水库的植被覆盖程度。将遥感图像与土壤退化模式相结合，可以从遥感图像中提取出需要的因子。利用遥感技术可以方便地进行植被指数的计算，也可以用来计算植被的覆盖度和叶表面积，并将其与土壤退化模型中的植被控制因素进行比较[3]。
（三）经验统计模型法
植被覆盖是反映水土流失状况的一个重要指标。在遥感技术中，植被指数是反映地表植被情况的重要手段，它可以定性、定量地评价植被的覆盖和生长动态。。张增祥等对各个专题数据进行标准化处理后，将各个单元数据按不同的权重累加，获得了反映该区水土流失程度的指数。通过 GIS技术，应用 TM图像和 GIS技术，实现了对水土流失的全面数字化，并应用 GIS技术对水土流失进行了全面的研究。在量化上，根据监控方式和计算方法，可以将其划分为多种类型。植被规范化指数、垂直植被指数、植被指数 RVI;当前，利用标准型植物指标评价我国的林木覆盖率，主要是利用标准植物指标。自上世纪九十年代起，关于植被指数评价方法的研究已有很多。邓肯等通过对墨西哥荒漠植被间的 I关系的分析，得到了较好的模型;卫亚星等人在 Drake等人的基础上，运用 Drake等人的研究成果，根据黑河地区水土流失的地域特征和退耕还林的对策，利用 Drake等人的研究结果，建立了相关的回归公式。周为峰等[23]以密云库区的植物覆盖率指标为依据，推导了两个主要参数——元二元模式，对原来的模式进行了修正，并应用规范化的植物指标 NDVI (NDVI)定量地评价了森林覆盖率。利用遥感影像和土壤退化模型，可以从遥感影像中得到所需的要素。通过应用遥感技术，可以方便地计算出植被指数，利用土壤退化模型，对植被覆盖程度和叶面积进行分析，并与土壤退化模型进行比较。于德永等运用卫星遥感图像资料，对云南省的土壤净初级生产力、植被覆盖度等进行了系统的统计和分析，采用 USLE模式和校正后的公式，对2001~2003年度云南省的水土保持值进行了修正，并将 NPP调节系数和植被覆盖度相统一，克服了单次测定的局限性。王文娟等利用高精度的卫星遥感图像 Quickbird作为基本资料，利用 DEM和 GIS等资料构建了模式，利用标准的植物指标对 C因素进行了估计，利用坡道的密度对 C系数进行了空间分布。然而，采用植被指标评价方法也有其局限性。比如，在采样资料和标准植物指标的拟合上没有关联;丰度图象的错误采用了线性象元分析方法;特别是土壤流失风险评估，由于土壤类型、地貌类型、气候等因素的不同，使得评估的方法不能很好的推广，仅靠经验半定量的评估，没有从总体上兼顾整个社会和经济的效益，因而评价的精度并不高。同时，现有的水土流失风险评价方法也不能很好的评价水土流失的潜在危险[4]。
（四）核示踪法
放射性核素的使用始于1960年代。曼泽尔首次讨论了放射性核素在土壤中的运移与水土流失之间的联系。核素示踪仪的理论基础是:由于降雨和粉尘的作用，使其与土壤中的有机质、无机质、淤泥等元素结合在一起，在表层产生了一种难以被水解的物质。因为放射性元素只在土壤颗粒内移动，因此，对表面和垂直断面上的核素进行空间形态的测定，可以获得不同部位的水土流失速度。在这些方法中，137 Cs示踪仪是目前应用最广、最成熟的一种方法。Ritchie等首次提出了基于137 Cs流失速率与水土流失关系的数学模型。与国外相比，国内首次应用核示踪技术的研究是1990年代。李豪等对三峡库区紫色土壤的侵蚀速率进行了定量分析。从空间尺度上分析了土壤冲刷空间变化规律，分析了土壤流失空间的空间分配规律，并对土壤流失空间的空间分配进行了预报。此外，该仪器精度高，使用简便，造价低廉。但是，由于核示踪法是以地面为基准，以地形为依据，经风干、干燥、混合、研磨、密封，再用分光光度计测量。因此，地表工作量较大，仅适合小型流域;同时，仪器设备和分析测试费用也很高。
结语
遥感技术虽然在水土流失监测和评估方面取得了较多的研究成果，但还存在着诸多问题，因此，我们今后的工作研究方向是要将地表变化的遥感资料与侵蚀机制相结合，即在复杂的地质条件下，对水土流失过程的动态过程和机制进行深入的探讨，从而为建立水土流失预测模式提供理论依据和方法。
参考文献
[1]唐红梅,唐建城,何发坤,刘世宾.同位素技术在土壤退化研究中的应用进展[J/OL].环境化学:1-10[2022-09-05].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1844.X.20220530.1744.018.html
[2]肖胡萱,蒲生彦,何发坤,刘世宾.遥感技术在土壤污染中的应用研究进展[J].地球与环境,2020,48(05):622-630.
[3]何发坤,蒲生彦,肖胡萱,刘世宾.遥感技术在土壤退化中的应用研究进展[J].农业资源与环境学报,2021,38(01):10-19.
[4]刘勋,李长春,李双权,马玉凤,杜军.高光谱遥感技术在土壤研究应用中的进展[J].安徽农业科学,2019,47(08):18-21+34.nki.0517-6611.2013.24.071.