土壤侵蚀是土壤或成土母质在水、风等外力作用下被破坏剥蚀、搬运和沉积的过程,目前已经成为全球性的环境问题之一。土壤侵蚀会造成土层流失、肥力下降、碳库损毁等危害,从而对经济社会发展以及人类生存健康水平产生威胁。我国的侵蚀问题十分严重,已经形成了以黄土高原、三峡库区以及南方山地丘陵区为代表的3大典型侵蚀区。因此在重点地区开展土壤侵蚀多方位、多角度的监测工作显得尤为重要,既有助于摸清区域土壤侵蚀的变化状态,也可为侵蚀综合治理和生态恢复建设提供重要的理论依据与决策参考。3S技术在空间数据获取与处理上优势明显,可以满足土壤侵蚀时空演替监测对时效性、便捷性以及准确性的要求。本文在“十一五”国家科技支撑计划重点项目子课题“红壤退化的阻控和定向修复与高效优质生态农业关键技术研究与试验示范”的支撑下,选取南方中高丘陵花岗岩侵蚀区的典型区域——福建省长汀县为研究区,将3S技术应用于土壤侵蚀时空变化以及治理决策研究中,并进行合理的优化与整合。全文围绕土壤侵蚀强度与土壤侵蚀程度这两个基本概念展开,从基于RS影像的宏观层面以及基于实测样点高光谱特征的微观层面开展研究,并在GIS环境下实现了两者的耦合。本文最后提出土壤侵蚀度的概念,表征侵蚀强度与侵蚀程度共同作用下区域土壤侵蚀的综合性危害,可为土壤侵蚀治理空间决策提供有效的数据与理论基础。论文主要结论与发现如下：(1)基于GeoCA的侵蚀强度监测与模拟模型比传统监测方法能更好的反映土壤侵蚀强度时空演替规律：研究以地理元胞自动机(GeoCA)为原型,从侵蚀强度监测算法、元胞状态转换函数以及传统邻域转换规则3个方面构建土壤侵蚀强度监测与模拟优化模型,精度超过70%。结果显示近30年来,研究区土壤侵蚀改善效果显著,最直接地体现在无明显侵蚀区的显著增加以及极强度侵蚀区的减少上,目前已经形成了以汀西北轻度侵蚀区、汀东南中度侵蚀区以及汀中重度侵蚀区为代表的3大侵蚀强度分区,其中侵蚀强度较大的区域主要分布在全县经济社会中心,且近10年来侵蚀强度减小趋势有所放缓,说明侵蚀强度依然是制约长汀县社会经济发展的重要因素。(2)由有机质(SOM)、络合铁(Fep)、非晶形铝(Alo)构成的土壤性质高光谱反演最小数据集可以有效区分不同侵蚀程度土壤。在汀中极强度侵蚀区,以不同土壤发生层保留情况为采样依据,共采集35个不同侵蚀程度的土壤样点。结果显示不同侵蚀程度下,各土壤样点的光谱形态相似,但是以有机质、铁铝氧化物为代表的主要理化性质差异较为明显,在光谱响应上造成了整体反射率高低与特定吸收峰特点的不同。可以建立由SOM、Fep以及Alo构成的土壤性质最小数据集进行理化性质光谱反演,以反演效果及相关系数曲线形态为依据,进行不同侵蚀程度的有效识别。其中中度侵蚀土壤与光谱的相关系数在总体上明显低于其他土壤,而无明显侵蚀与重度侵蚀土壤则可根据Fep、Alo以及SOM与光谱的相关系数曲线形态实现有效区分。(3)土壤侵蚀度可以有效表征侵蚀强度、侵蚀程度以及陆地风险响应三者共同作用下的区域土壤侵蚀综合性危害。研究提出侵蚀度的概念,在GIS环境下整合了侵蚀强度与侵蚀程度两个概念,可用于表征研究区侵蚀综合性危害程度。其空间表征的关键在于实现侵蚀程度识别从采样点向空间面的扩展,但直接建立影像与反射光谱的拟合模型,难以达到理想效果。本研究以土壤理化性质为中间量,利用模糊数学中的模糊邻近度算法,以土壤理化性质的光谱与影像建模为依据,实现区域侵蚀程度的模糊归类,通过与实际样点对比发现准确率可达71.4%左右,证明了算法的精确性以及土壤侵蚀度空间表征的可行性。结果显示,不同侵蚀度等级土壤呈现出空间上连续的分布特征,总体而言,侵蚀度等级为中轻度的土壤面积明显高于侵蚀度危害等级较高的土壤,但是在空间上大多分布在汀中外围区域,尚未完全扩展到中心地区。说明区域土壤侵蚀恢复进展良好,但危害依然存在,侵蚀治理问题不容忽视。(4)3S技术可以有效推进侵蚀治理空间决策的研究发展。本文提出了侵蚀度分区一侵蚀治理模式分区一侵蚀治理措施分区的3S技术支撑下土壤侵蚀治理研究体系。其中侵蚀度危害分区是治理模式与治理措施的配置基础,侵蚀模式则根据不同区域自然环境、交通便利以及经济发展程度上的区别,确定了经济型优先治理和生态优先型治理两类治理原则。具体措施主要包括水保林草、流域治理、农用地保护以及生物工程治理4个方面。利用3S技术,以侵蚀度为数据基础,进行了不同治理模式以及治理措施的空间适宜性分区,结果显示鱼鳞坑整地上广栽阔叶树以及河道清淤两项措施的适用范围最广,而不同治理措施在空间上覆盖了汀中地区的全部地域面积,并呈较为明显的空间离散分布。综上所述,全文以土壤侵蚀为对象,以3S技术为载体,在数理统计、土壤理化分析、高光谱分析、非线性数学模型(元胞自动机,模糊数学)等多学科理论与方法的支持下,形成了“侵蚀强度监测—侵蚀程度识别—侵蚀度空间表征—侵蚀治理空间决策”的完整土壤侵蚀3S研究体系,为其在土壤侵蚀研究中的进一步深入应用提供了良好的理论与实践基础。