云南省水蝕荒漠化遙感調(diào)查及成因分析

毛雨景，趙志芳，吳文春，王鋒德

(1.云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院，昆明 650091;2.云南大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，昆明 650091)

0 引言

土地荒漠化是全球性的環(huán)境問題之一，嚴(yán)重影響到生態(tài)環(huán)境保護(hù)和人類生存發(fā)展。根據(jù)1997年《聯(lián)合國防治荒漠化公約》相關(guān)資料[1]，水蝕荒漠化是指包括人為作用使地表植被遭破壞在內(nèi)的以流水侵蝕作用為主，從而帶來的土地生產(chǎn)力嚴(yán)重下降直至喪失，出現(xiàn)以劣質(zhì)地或石質(zhì)(碎石質(zhì)等)坡地為標(biāo)志的土地嚴(yán)重退化現(xiàn)象。1977年的聯(lián)合國荒漠化大會的召開，使全世界認(rèn)識到荒漠化的嚴(yán)重性和防治的緊迫性。與此同時，荒漠化遙感調(diào)查與研究在阿根廷、印度和蘇丹[2]等國開展，Mann提出沙丘移動性、鹽漬化、裸巖面積擴(kuò)張為荒漠化的3個指標(biāo)[3]，Olsson 證明了氣候?qū)哪闹卮笥绊慬4]。我國自20世紀(jì)80年代以來開始運用遙感技術(shù)進(jìn)行土地荒漠化研究，以北方地區(qū)的沙質(zhì)荒漠化研究為主[5－7]。近年來，南方地區(qū)水蝕荒漠化的研究有了一定進(jìn)展，基于遙感影像特征的水蝕荒漠化調(diào)查方法也得到一定的應(yīng)用，如湘西地區(qū)[8]、廣西[9]、三峽庫區(qū)[10]水蝕荒漠化的調(diào)查。但到目前為止，已開展的荒漠化成因研究[11]及水土流失分區(qū)研究[12]多從氣候、地貌等地理要素著手，地質(zhì)成因分析較少，且未系統(tǒng)開展過水蝕荒漠化專題研究。

本文采用遙感等手段，對云南省水蝕荒漠化分布現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，分析其地質(zhì)成因，提出區(qū)域水蝕荒漠化防治建議，這將有助于國土生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

1 研究區(qū)概況與信息提取

1.1 研究區(qū)概況

云南省以半濕潤、濕潤氣候為主，地形地貌多為山地、高原，土地荒漠化以水蝕型為主，突出表現(xiàn)為水土流失和土地退化。據(jù)云南省林業(yè)部門2004年遙感調(diào)查結(jié)果，全省水土流失面積達(dá)13.417萬km2，占國土面積的35.04%，嚴(yán)重的水土流失使得土地資源稀缺形勢更加嚴(yán)峻[13]。

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本次研究采用2008年TM遙感圖像，原始數(shù)據(jù)中的云、雪等分布面積小于圖面5%。經(jīng)圖像鑲嵌、正射校正等處理，以TM5(R)，4(G)，3(B)波段合成圖像，其幾何糾正精度在1.5個像元以內(nèi)。另外，還針對性地采用 TM 4(R)，5(G)，3(B)，TM 4(R)，7(G)，1(B)等波段組合方法，以增強水蝕荒漠化相關(guān)信息。

1.3 水蝕荒漠化分級和遙感解譯標(biāo)志

將水蝕荒漠化按照侵蝕程度劃分為輕度、中度和重度3種類型，在遙感圖像上主要通過劣地或石質(zhì)坡地、現(xiàn)代溝谷占該地區(qū)面積比例以及地表景觀等間接綜合特征進(jìn)行判識(表1)。

表1 水蝕荒漠化程度劃分Tab.1 Classification of water erosion desertification degree

1.4 遙感信息提取

1)建立植被、劣地或石質(zhì)坡地、溝谷等的遙感解譯標(biāo)志。在TM 5(R)，4(G)，3(B)波段合成圖像上，植被為綠色點狀、斑塊狀形跡，劣地或石質(zhì)坡地為淺紫色—淺灰色、淺白色斑塊狀形跡，而溝谷為明顯的溝壑起伏不平、呈切割破碎影紋，在背陰坡尚伴有深黑色調(diào)陰影信息;在TM 4(R)，5(G)，3(B)及TM 4(R)，7(G)，1(B)波段合成圖像上，植被為橘紅色—褐紅色點狀、斑塊狀形跡，劣地或石質(zhì)坡地為灰綠色斑塊狀形跡，溝谷影紋特征同前。

2)目視判讀計算植被、劣地或石質(zhì)坡地、溝谷所占面積比例，按表1歸類，圈定水蝕荒漠化程度。同時，結(jié)合已知的地質(zhì)資料，采用目視解譯方法，對云南省新構(gòu)造斷裂(帶)進(jìn)行補充解譯，根據(jù)DEM等信息提取了地貌信息。信息提取結(jié)果如圖1所示。經(jīng)野外驗證，水蝕荒漠化圖斑解譯精度為86%，地質(zhì)構(gòu)造圖斑解譯精度為88%，地貌圖斑解譯精度為100%。

圖1 云南省水蝕荒漠化、新構(gòu)造斷裂(帶)和地貌分布Fig.1 Distribution of water erosion desertification，neotectonic fault and physiognomy in Yunnan Province

2 水蝕荒漠化現(xiàn)狀

云南省2008年水蝕荒漠化面積占全省土地面積的9.39%;滇東、滇中水蝕荒漠化面積30 690.17 km2，占滇東、滇中土地面積14.77%，分布較集中，發(fā)育程度較高;滇西水蝕荒漠化面積5 259.52 km2，占滇西土地面積3.01%，零星分布，發(fā)育程度較低(表2)。

表2 2008年云南省水蝕荒漠化面積統(tǒng)計Tab.2 Area statistics of water erosion desertification in Yunnan Province in 2008 (km2)

按流域統(tǒng)計分布來說，云南省2008年水蝕荒漠化主要分布在金沙江流域、南盤江流域、元江流域和瀾滄江流域，而其他流域水蝕荒漠化的分布面積較少(表3)。

表3 2008年云南省水蝕荒漠化流域分布統(tǒng)計Tab.3 Statistics of watershed distribution of water erosion desertification in Yunnan Province in 2008

3 水蝕荒漠化土地的成因分析

云南省水蝕荒漠化的形成和發(fā)育是自然因素和人為因素綜合作用的結(jié)果，其中地質(zhì)環(huán)境、地形地貌及氣候水文條件等自然因素為水蝕荒漠化形成創(chuàng)造了條件，提供了物源，決定了水蝕荒漠化整體空間分布特征;人口膨脹壓力、工業(yè)活動等人為因素在一定條件下可誘發(fā)或加劇水蝕荒漠化發(fā)育。

3.1 地質(zhì)環(huán)境因素

3.1.1 新構(gòu)造運動

地質(zhì)構(gòu)造活動性狀況反映了地塊應(yīng)力狀況，決定和影響著水蝕荒漠化發(fā)生和發(fā)育。云南以木里—麗江斷裂(F9)、紅河深大斷裂(F3南段)為界，西部青藏—三江造山帶以北西—北北西向造山運動為主，北段山川較緊閉，水蝕荒漠化發(fā)育程度相對較低，南段呈撒開式拉張環(huán)境，水蝕荒漠化發(fā)育程度較高;中東部則以斷塊差異運動為主，形成整體抬升的高原環(huán)境，水蝕荒漠化最為發(fā)育(圖1)。

區(qū)內(nèi)以金沙江—紅河斷裂帶(F3)、元謀—綠汁江斷裂帶(F4)、文山—麻栗坡斷裂(F7)、富源—彌勒斷裂(F12)及南盤江斷裂(F13)、小江斷裂(F16)(圖2)、昭通—曲靖斷裂(F17)斷裂與水蝕荒漠化發(fā)育關(guān)聯(lián)性較密切(表4)。

圖2 小江斷裂兩側(cè)水蝕荒漠化分布Fig.2 Water erosion desertification distribution on both sides of the Xiaojiang fault

表4 水蝕荒漠化與斷裂分布關(guān)系Tab.4 Relationship of water erosion desertification and fault distribution

3.1.2 巖性

云南省水蝕荒漠化廣泛分布于沉積巖中，另有部分集中分布于玄武巖及花崗巖中。水蝕荒漠化與賦存巖性及巖性組合關(guān)系如表5所示。

表5 水蝕荒漠化與賦存巖性及巖性組合關(guān)系Tab.5 Lithology and lithologic compositions with water erosion desertification

沉積巖形成時代越新，結(jié)構(gòu)越疏松，粒徑越小，越易遭受水力侵蝕形成水蝕荒漠化，如泥巖、頁巖較砂巖。部分沉積巖的化學(xué)成分也使得該巖類易于被水蝕荒漠化，如碳酸鹽巖中的灰?guī)r，由于其特殊化學(xué)成分(CaCO3)遇水易形成碳酸氫鈣，從而遭溶蝕，導(dǎo)致水蝕荒漠化集中發(fā)育(圖3(a))。

花崗巖地區(qū)節(jié)理較發(fā)育，多形成沖溝、細(xì)溝，水力侵蝕條件良好;巖石出露地表風(fēng)化形成砂、土等松散物質(zhì)，物源豐富，水蝕荒漠化易發(fā)育。如區(qū)內(nèi)沿瀾滄江西側(cè)呈北北西向展布的臨滄花崗巖帶，水蝕荒漠化面積達(dá)527.06 km2，占該巖體面積8 495 km2的6.20%(圖 3(b))。

第四系沉積物形成時間短，成巖作用不充分，結(jié)構(gòu)較松散，在盆山轉(zhuǎn)換部位由于坡度變化，較弱水動力情況下可被沖蝕掉表層的風(fēng)化成壤物質(zhì)，留下貧瘠的土地或直接形成沙化地。

圖3 水蝕荒漠化典型區(qū)分布Fig.3 Typical areas of water erosion desertification distribution

3.2 地貌因素

新構(gòu)造運動的繼承性、間歇性和上覆表層掀升性活動直接控制了地形地貌的發(fā)育，形成了云南省豐富多樣的山地、高原地貌，并存在臺地(坡度＜7°)、緩坡(7°≤坡度 ＜15°)、中坡(15°≤坡度 ＜25°)、陡坡(25°≤坡度 ＜35°)、高坡(坡度≥35°)等微地貌單元類型。云南省新構(gòu)造運動形成圖1中的①滇東褶皺式上升區(qū)、②滇東南次上升區(qū)、③滇中大面積塊斷式上升區(qū)、④滇西掀斜式塊斷上升區(qū)和⑤新生代火山活動區(qū)，相應(yīng)地發(fā)育了滇東、滇中典型高原中山地貌及滇西中高山地貌。滇東、滇中典型高原中山地貌區(qū)內(nèi)穩(wěn)定而相對緩慢的抬升使得地表長期經(jīng)受剝蝕、夷平，發(fā)育以緩坡、中坡微地貌，長期緩慢的水力侵蝕作用使其水蝕荒漠化物源穩(wěn)定而豐富，水蝕荒漠化相對集中分布。相反，滇西中高山山地地貌區(qū)內(nèi)陡坡、高坡微地貌最為發(fā)育，雖具備較好的水力侵蝕條件，但缺乏長期的剝蝕作用，水蝕荒漠化物源相對較少，一定程度上制約了水蝕荒漠化的發(fā)育。

3.3 氣候水文因素

云南省以亞熱帶高原季風(fēng)氣候為主，各流域局部氣候條件影響著水蝕荒漠化的發(fā)生和發(fā)展。如滇東南的南盤江流域年降水量多在750～1 250 mm，且85%集中于7—8月份，暴雨強度大、分布廣，加之土層淺薄，土壤總量少，貯水能力低，不利于植被生長。若植被遭破壞，水熱優(yōu)勢立即轉(zhuǎn)化為強烈的破壞營力，極易發(fā)生水蝕荒漠化。滇西怒江、瀾滄江流域的貢山、江城、綠春為多雨區(qū)，年降雨量＞1 600 mm，雖降水量存在旱季、雨季交替變化，但水熱條件配置相對協(xié)調(diào)，植被生長發(fā)育較好，保水保土能力較強，水蝕荒漠化仍較少發(fā)育。

滇東、滇中地區(qū)水系密度平均0.38 km/km2，滇西地區(qū)平均0.53 km/km2，水系密度與水蝕荒漠化發(fā)育成較弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系。分析其原因，雖然水系密度大區(qū)域水蝕荒漠化形成的水力侵蝕條件好，但水蝕荒漠化仍受到地質(zhì)構(gòu)造、地貌、人為活動的綜合作用，滇東、滇中水系雖不甚發(fā)育，但相對適中的地質(zhì)構(gòu)造等綜合條件使得這一地區(qū)水蝕荒漠化更為發(fā)育。

3.4 人為因素

人口壓力和不合理的社會經(jīng)濟(jì)活動加劇了水蝕荒漠化程度，甚至直接引起水蝕荒漠化。

1)滇東、滇中人口基數(shù)大、增長快且相對集中，人口密度163人/km2，是滇西人口密度(69人/km2)的2倍多，相應(yīng)的水蝕荒漠化面積滇東和滇中是滇西的5倍多。人口的快速增長，使得對糧食、水源、住房等基本生存條件的龐大需求轉(zhuǎn)化為對土地資源、森林資源、水資源和礦產(chǎn)資源的巨大壓力，最終導(dǎo)致自然資源被過度開發(fā)，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能遭受破壞，土地質(zhì)量持續(xù)退化，山地次生災(zāi)害頻繁發(fā)生，水蝕荒漠化日趨嚴(yán)重。

2)強烈工業(yè)活動加劇了水蝕荒漠化發(fā)育。以礦業(yè)開采活動為例，礦業(yè)開采活動越活躍，水蝕荒漠化形勢就越嚴(yán)峻。滇東、滇中礦山開采密度較大，每100 km2達(dá)4處，滇西礦山開采密度每100 km2僅1處，前者是后者的4倍，相應(yīng)的水蝕荒漠化面積前者則是后者的5倍多。滇東巖溶盆地及滇東南的蒙自、個舊、開遠(yuǎn)等工業(yè)城鎮(zhèn)地區(qū)，黑色和有色金屬礦采選冶生產(chǎn)規(guī)模大，多采用剝采方式開采，直接造成大面積的裸巖分布。另外，采選冶過程中排放大量二氧化硫，形成酸雨，造成滇東巖溶石山區(qū)僅存的稀疏植物死亡，也加劇了水蝕荒漠化的程度。

4 水蝕荒漠化防治對策

1)分層次、有重點地部署水蝕荒漠化防治工作。云南省水蝕荒漠化防治工作應(yīng)分層次部署，滇西以防護(hù)為主，滇中、滇東則防護(hù)和治理均需重視。其中重點工作應(yīng)部署于水蝕荒漠化集中發(fā)育區(qū)，即滇中、滇東典型高原中山地貌區(qū)內(nèi)以泥巖、粘土巖、碳酸鹽巖為主的沉積巖分布區(qū)及第四系松散沉積物分布區(qū)，以及金沙江—紅河斷裂帶南段、元謀—綠汁江斷裂帶、文山—麻栗坡斷裂、富源—彌勒斷裂、南盤江斷裂、小江斷裂、曲靖—昭通斷裂等活動斷裂構(gòu)造附近地段。

2)因地制宜地采取有針對性的水蝕荒漠化防治措施。水蝕荒漠化現(xiàn)狀是地質(zhì)環(huán)境、地貌等因素與人類活動長期綜合作用的結(jié)果，而地質(zhì)環(huán)境、地貌等因素的影響較難在短期內(nèi)有明顯改善，但人類活動則可以規(guī)范、制約和引導(dǎo)。水蝕荒漠化的防治應(yīng)堅持和深化完善已有的“長(江)防(護(hù)林)”、“珠(江)防(護(hù)林)”和“天(然林)保(護(hù))”等重大生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程建設(shè)，實現(xiàn)多林種相結(jié)合，切實提高森林覆蓋率，加強水土保持，減少坡谷破碎程度，盡可能避免水蝕荒漠化程度加深。同時應(yīng)盡量減少人為擾動，合理進(jìn)行人口分布規(guī)劃，如滇中滇東人口密集區(qū)實施向滇西移民，滇東、滇東南地區(qū)盡可能規(guī)范礦業(yè)開采、工程施工等人類活動，減輕人為誘發(fā)因素與自然因素的疊加作用，避免水蝕荒漠化進(jìn)一步發(fā)生、發(fā)展。特別在礦山開發(fā)中，需進(jìn)一步改進(jìn)礦業(yè)開采方式，規(guī)范采礦廢棄物排放，防止水蝕荒漠化呈加劇發(fā)展態(tài)勢。

5 結(jié)論

1)云南省水蝕荒漠化形勢較為嚴(yán)峻，東部比西部更甚。水蝕荒漠化整體發(fā)育程度與空間分布不均的主因源自地質(zhì)環(huán)境、地貌及氣候水文等自然要素與人類活動綜合作用的差異性。其中最為關(guān)鍵的是地質(zhì)環(huán)境中斷裂、地層巖性分布，以木里—麗江斷裂(F9)、紅河深大斷裂(F3南段)為界線，水蝕荒漠化主要分布在東部的泥巖、粘土巖、碳酸鹽巖及第四系松散沉積物地區(qū)，且以主要斷裂附近最為明顯。人類活動在這種基礎(chǔ)上誘發(fā)或加劇了水蝕荒漠化的發(fā)育。所以東部是防治水蝕荒漠化的重點地區(qū)。在東部地區(qū)堅持和深化已有的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程，減少人為誘發(fā)水蝕荒漠化與自然因素的疊加，可以有效地防治水蝕荒漠化。

2)上述研究主要進(jìn)行了定性的水蝕荒漠化地質(zhì)綜合成因探討，尚未形成定量的水蝕荒漠化成因分析成果。為更好掌握區(qū)內(nèi)水蝕荒漠化分布與演化規(guī)律，下步研究中應(yīng)逐漸細(xì)化開展成因條件定量分析，構(gòu)建相關(guān)模型，提出具體的水蝕荒漠化防治對策。

3)云南不同流域水蝕荒漠化程度與水網(wǎng)密度呈較弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系，前述分析主要開展了定性推測，其綜合原因分析亦有待進(jìn)一步深入。

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