不同地貌環(huán)境下喀斯特石漠化與土地利用的關(guān)系

高漸飛，熊康寧

（1.貴州省山地資源研究所，貴州 貴陽550001；2.貴州師范大學(xué) 中國南方喀斯特研究院，貴州 貴陽550001；3.國家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽550001）

喀斯特發(fā)育受地質(zhì)構(gòu)造，不同大地構(gòu)造單元的影響，因構(gòu)造層分布與褶皺形態(tài)及斷裂體系不同，其地形發(fā)育及分布規(guī)律是不相同的，這導(dǎo)致發(fā)育的喀斯特在生態(tài)環(huán)境因子的組合和質(zhì)量上有較大的差異，形成了不同的石漠化等級(jí)，這是開展治理的重要物質(zhì)基礎(chǔ)［1－2］。土地石漠化以強(qiáng)烈的人類活動(dòng)為驅(qū)動(dòng)力。在宏觀尺度上石漠化與巖性具有明顯的相關(guān)性，如強(qiáng)度石漠化主要分布在純質(zhì)碳酸鹽巖地區(qū)［3］；不同土地利用方式和植被類型與石漠化等級(jí)也具相關(guān)性，輕、中度分別以灌叢、中覆蓋度草地為主，強(qiáng)度及極強(qiáng)度石漠化發(fā)生在難利用地的比例最高［2－6］。隨著遙感數(shù)據(jù)精度的提高以及研究的深入，發(fā)現(xiàn)某些關(guān)于土地利用類型與石漠化發(fā)生及等級(jí)的認(rèn)識(shí)［2］與實(shí)際不吻合。究竟哪些土地利用類型可能發(fā)生石漠化、可能發(fā)生的等級(jí)需要明確，是否存在環(huán)境差異性應(yīng)深究。本文選擇喀斯特高原盆區(qū)貴州省清鎮(zhèn)市王家寨小流域、高原山地區(qū)七星關(guān)區(qū)石橋小流域和高原峽谷區(qū)貞豐縣查耳巖小流域?yàn)檠芯繀^(qū)，在3S技術(shù)支持下，采用遙感影像的光譜特征自動(dòng)提取和人機(jī)交互解譯相結(jié)合的方法，獲取研究區(qū)土地利用類型與石漠化等級(jí)空間分布，從石漠化發(fā)生率、等級(jí)結(jié)構(gòu)、分布的土地利用類型差異特征等方面，探討石漠化的土地利用類型分布規(guī)律與環(huán)境差異特征，以便為該區(qū)治理規(guī)劃與工程布局提供參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 王家寨小流域

屬貴州省清鎮(zhèn)市麥翁河支流區(qū)，面積2.58km2。區(qū)內(nèi)出露三疊系壟頭組（T2It）和楊柳井組（T2yI）的灰?guī)r和白云巖，土壤以黃壤、黃色石灰土為主，為典型喀斯特峰叢洼地地貌，海拔1 200～1 451m。區(qū)內(nèi)喀斯特作用強(qiáng)烈，裂隙斷裂、地下水通道較發(fā)育，地表、地下二元三維空間結(jié)構(gòu)特征明顯，降雨迅速下滲，地表極易發(fā)生旱災(zāi)；而在洪水期因短時(shí)間大量降水使得流域內(nèi)局部地區(qū)排水不暢，發(fā)生內(nèi)澇。流域具有亞熱帶高原季風(fēng)濕潤氣候特征，多年平均氣溫14℃；降雨量1 215mm，其中4—8月降水量占全年降水量的77.3%，旱災(zāi)春寒年發(fā)生率高（67%）。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，2008年流域總?cè)丝?92人190戶，人口密度357人／km2，人均收入4 352元。其中，外出務(wù)工收入占70.21%，整體上經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好，但無務(wù)工收入的家庭貧困程度較深。

1.2 石橋小流域

位于畢節(jié)市東南部的鴨池鎮(zhèn)烏江水系白浦河支流區(qū)，面積8.42km2。區(qū)內(nèi)三疊系關(guān)嶺組（T2g）灰?guī)r廣布，土壤以石灰土和黃棕壤為主，為典型的中山高原山地地貌，山多（99%為山地），海拔1 400～1 742m，具有溫涼山地氣候特征，常年平均氣溫12.8℃，雨水豐沛，平均降雨量863mm，其中5—10月降雨量占全年雨量的82.3%，季節(jié)性缺水相當(dāng)嚴(yán)重；域內(nèi)地下管道（暗河）較為發(fā)育，地表徑流全部滲入地下，地表缺水嚴(yán)重，盡管裂隙流出露較多，但多分布在中下游洼地底部，難以利用。調(diào)查統(tǒng)計(jì)2008年末流域內(nèi)總?cè)丝? 410人，人口密度高達(dá)516人／km2，其中，農(nóng)業(yè)人口占99%；人均純收入2 173元，其中外出務(wù)工收入占64%；處于“開墾種玉米—養(yǎng)豬—石漠化”的惡性循環(huán)中，生存條件惡劣，貧困趨勢嚴(yán)峻。

1.3 查耳巖小流域

位于貴州省貞豐縣北盤江鎮(zhèn)北盤江干流花江峽谷的右岸傾斜大緩坡上，面積16.41km2，為三疊系關(guān)嶺組（T2g）和楊柳井組（T2yl）泥晶灰?guī)r分布區(qū)，土壤以石灰土為主，為典型喀斯特中山峽谷地貌。北盤江河谷深切達(dá)928m，海拔445～1 373m，生境要素垂直分異明顯，具有典型干熱河谷氣候特征，冬春溫暖干旱，夏秋濕熱，年均溫18.4℃，極端最高氣溫為32.4℃，極端最低氣溫6.6℃，年均降水量1 100mm，5—10月降水量占全年總降水量的83%；區(qū)內(nèi)垂直方向上裂隙、節(jié)理、溶蝕管道十分發(fā)育，地表降雨極易快速進(jìn)入地下深處，難以利用，地表嚴(yán)重缺水，80%以上人口飲水困難。經(jīng)調(diào)查2008年流域總?cè)丝? 257人，人口密度198人／km2，年人均純收入1 564元，是貴州省生存條件最為惡劣的貧困區(qū)之一。

2 數(shù)據(jù)的獲取與處理

利用研究區(qū)域石漠化治理之前，2008年SPOT衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)（2.5m空間分辨率），石漠化解譯標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)0.01km2的圖斑中巖石裸露率（%），0.01km2的圖斑中植被＋土被蓋率（%），將石漠化等級(jí)分為：無石漠化、潛在石漠化、輕度石漠化、中度石漠化、強(qiáng)度石漠化和極強(qiáng)度石漠化［5］；依據(jù)全國土地分類（過渡期間適用），將土地利用類型劃分為：水田、旱地、天然草地、園地、有林地、灌木林地、疏林地、河流水域（包括河流、坑塘水面）、建筑用地（含農(nóng)村居民地、城鎮(zhèn)用地、公路用地及工礦用地）、荒草地和裸巖地。采用3S技術(shù)，通過GPS野外實(shí)地建立解譯標(biāo)志，用遙感影像的光譜特征自動(dòng)提取和人機(jī)交互解譯相結(jié)合的方法，同時(shí)疊加1∶1萬地形圖，1∶1萬土地利用圖，1∶1萬林業(yè)二次調(diào)查圖（來源流域所在縣國土、林業(yè)局）等圖件綜合分析，最后經(jīng)過野外實(shí)地驗(yàn)證校正，正確率達(dá)到95.6%，建立土地利用與石漠化空間分布及數(shù)據(jù)庫，再將二者進(jìn)行疊加分析，得到不同土地利用方式下的石漠化分布，以及不同等級(jí)石漠化的土地利用方式。

3 結(jié)果分析

3.1 不同地貌環(huán)境土地類型構(gòu)成差異

由表1可知，喀斯特盆地環(huán)境中面積占比重在10%以上的土地利用類型有水田、旱地、灌木林地、天然草地和荒草地5類，喀斯特山地中只有旱地（占54.4%）和灌木林地 （占22.3%）2類，峽谷環(huán)境中有3類，分別是旱地（占22.3%）、灌木林地（占25.8%）和荒草地（占25.1%）。

表1 不同地貌環(huán)境小流域各土地利用類型分布

喀斯特盆地環(huán)境34.3%土地為耕地，水田與旱地比重相當(dāng)?？λ固厣降丨h(huán)境耕地占流域土地面積的56.6%，以旱地為主，水田比重僅為2.3%?？λ固貚{谷環(huán)境31.9%土地為耕地，與喀斯特盆地小流域相當(dāng)，但沒有水田分布。灌木林地在各類環(huán)境分布比重在22%～25%，是占比大、環(huán)境間差異很小的利用類型。疏林地只有喀斯特山地和峽谷小流域分布，且面積比重較小。天然草地在喀斯特盆地和山地環(huán)境有分布，其中后者分布非常少?；牟莸睾吐銕r地各環(huán)境中均有分布，其中喀斯特峽谷區(qū)2類土地面積比重最大。

3.2 不同地貌環(huán)境石漠化土地構(gòu)成差異

喀斯特盆地環(huán)境中石漠化集中在灌木林地、天然草地和荒草地中，三者石漠化面積占流域石漠化總面積的96.6%；山地環(huán)境中以旱地和灌木林地為主，二者占79.5%；峽谷環(huán)境中以旱地、灌木林地和荒草地為主，占85.7%?？傮w上，灌木林地、旱地、天然草地和荒草地是石漠化發(fā)生的主要土地利用類型。其中，在3類環(huán)境中灌木林地發(fā)生石漠化的比重最大（＞23%），是各類環(huán)境中石漠化分布的重要土地利用類型。

3.3 不同地貌環(huán)境石漠化發(fā)生率與強(qiáng)度結(jié)構(gòu)差異

由表2可知，整體上喀斯特峽谷區(qū)石漠化發(fā)生率最高，達(dá)78.6%，其次為喀斯特盆地環(huán)境，為49.1%，喀斯特山地環(huán)境最低，為48.2%。采用中度及以上石漠化面積比重來衡量石漠化強(qiáng)度（或者退化程度），表現(xiàn)為喀斯特峽谷區(qū)石漠化最強(qiáng)，為46.8%，近1／2土地發(fā)生了中度及以上石漠化；喀斯特盆地居中，為27.5%，山地環(huán)境區(qū)最小，為14.2%。相比較，喀斯特峽谷區(qū)石漠化面最廣，程度也最深，生態(tài)環(huán)境退化廣度和程度都是最高的；喀斯特盆地區(qū)石漠化廣度和程度均居于中間；山地環(huán)境區(qū)二者都是最小的。

表2 不同地貌環(huán)境小流域各石漠化類型分布

從不同等級(jí)石漠化發(fā)生情況來看，喀斯特盆地區(qū)無石漠化占45.4%，是3類環(huán)境中最大的；山地環(huán)境居中，為20.4%；峽谷區(qū)最小，僅為10.4%。潛在與輕度石漠化發(fā)生率呈現(xiàn)喀斯特山地區(qū)最高，峽谷區(qū)次之，盆地區(qū)最低；而中度和強(qiáng)度石漠化表現(xiàn)為喀斯特峽谷區(qū)最高，盆地區(qū)次之，山地區(qū)最低。

3.4 不同土地利用類型的石漠化發(fā)生率

3.4.1 旱地 由表3—5可知，喀斯特盆地環(huán)境只發(fā)生輕度石漠化，發(fā)生率較低，僅為4.1%，是3類環(huán)境中最低的。其原因?yàn)榕璧丨h(huán)境洼地底部的耕地基本不會(huì)發(fā)生石漠化，而分布于峰叢坡地的耕地容易發(fā)生石漠化，且已經(jīng)都是石漠化坡耕地了?？λ固厣降丨h(huán)境石漠化發(fā)生率為34.1%，其中，輕度發(fā)生率為26.3%，中度、強(qiáng)度分別為6.6%和1.9%，該環(huán)境耕地進(jìn)一步石漠化空間最大，可能性也最高?？λ固貚{谷環(huán)境85.7%的耕地發(fā)生了石漠化，是3類環(huán)境類型中最高的。其中，輕度石漠化區(qū)耕地占4.2%，處于中度、強(qiáng)度區(qū)的分別占51.1%，18.1%，且有12.3%處在極強(qiáng)度區(qū)，退化程度非常驚人。

3.4.2 灌木林地 是石漠化發(fā)生率較高的土地類型。以喀斯特山地環(huán)境石漠化率最高，達(dá)到93.8%，盆地環(huán)境為81.5%，峽谷環(huán)境為71.6%。各類環(huán)境中都主要發(fā)生輕度石漠化，發(fā)生率分別為：喀斯特盆地環(huán)境75.3%，山地環(huán)境80.1%和峽谷環(huán)境71.6%，中度石漠化發(fā)生率較少，沒有強(qiáng)度及極強(qiáng)度石漠化發(fā)生。

表3 王家寨小流域不同土地利用石漠化發(fā)生率 %

表4 石橋小流域不同土地利用石漠化發(fā)生率 %

表5 查耳巖小流域不同土地利用石漠化發(fā)生率 %

3.4.3 疏林地和天然草地 是石漠化率都較高的土地類型，在90%以上?？λ固嘏璧丨h(huán)境中沒有疏林地分布，在峽谷和山地環(huán)境中，疏林地以發(fā)生輕度石漠化為主；在山地環(huán)境中，天然草地100%發(fā)生輕度石漠化，而盆地環(huán)境中則以發(fā)生中度石漠化為主。

3.4.4 荒草地 是極容易發(fā)生石漠化的土地類型。3類環(huán)境石漠化發(fā)生率表現(xiàn)為：喀斯特峽谷（85.7%）＜山地（99.6%）＜盆地（100%）。從不同石漠化等級(jí)情況來看，喀斯特盆地環(huán)境的輕、中、強(qiáng)度發(fā)生率分別為20.4%，76.5%和3.1%；山地環(huán)境中2.6%發(fā)生輕度石漠化，90.6%和6.3%發(fā)生中度和強(qiáng)度石漠化；峽谷環(huán)境中32.4%發(fā)生輕度石漠化，48.7%和4.5%表現(xiàn)為中、強(qiáng)度區(qū)。

3.4.5 裸巖地 所占國土面積比重較小，喀斯特峽谷區(qū)最高，為7.1%，山地流域最低，為2.5%。裸巖地100%為強(qiáng)度及以上石漠化，是石漠化率最高，程度最強(qiáng)的土地類型。

3.5 不同等級(jí)石漠化在各土地類型中的分布

3.5.1 輕度石漠化 喀斯特盆地環(huán)境以灌木林地為主，占78.6%；山地環(huán)境以旱地和灌木林地為主，分別占41.7%和50.0%；峽谷環(huán)境以灌木林地和荒草地為主，分別占57.4%和25.6%（圖1）。

3.5.2 中度石漠化 喀斯特盆地區(qū)域以天然草地和荒草地為主，分別占56.3%和37.1%；喀斯特山地區(qū)以旱地、灌木林地和荒草地為主，比例分別為34.8%，26.1%和38.5%，僅有0.4%分布在疏林地中；峽谷環(huán)境中以荒草地和旱地為主，比重為56.5%和32.4%，僅有0.9%和0.2%分布于灌木林地和疏林地（圖1）。3.5.3 強(qiáng)度與極強(qiáng)度石漠化 喀斯特盆地環(huán)境中主要土地類型為天然草地和裸巖地，二者之和為94.6%，僅有5.4%分布于荒草地；山地環(huán)境中主要發(fā)生在裸巖地中，比重高達(dá)83.4%；峽谷環(huán)境中強(qiáng)度石漠化以旱地和裸巖地為主，二者之和占91.3%。極強(qiáng)度石漠化只發(fā)生在喀斯特峽谷區(qū)的少許旱地和裸巖地中（圖1）。

4 不同地貌環(huán)境中石漠化治理對(duì)策

（1）盡管喀斯特峽谷和盆地環(huán)境石漠化擴(kuò)張空間有限，但其等級(jí)強(qiáng)度仍然會(huì)加重，應(yīng)以治理為主。根據(jù)環(huán)境特點(diǎn)：盆地環(huán)境一邊易發(fā)生旱災(zāi)，一邊內(nèi)澇嚴(yán)重，導(dǎo)致基本農(nóng)田遭受災(zāi)害，耕作空間不得不向坡地蔓延；壩子地農(nóng)田水利配套差，生產(chǎn)物資靠人工或牲口運(yùn)輸，家禽傳統(tǒng)散養(yǎng)破壞了生態(tài)環(huán)境［7］。治理時(shí)應(yīng)首要解決洼地排澇問題，保護(hù)基本農(nóng)田；開發(fā)洼地地下水資源，通過提水至山頂高位調(diào)蓄水池，連接管網(wǎng)灌溉，發(fā)展城郊生態(tài)農(nóng)業(yè)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增收，實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展。峽谷環(huán)境地表水稀缺、土地破碎、產(chǎn)量低，水土流失隱患極大，生態(tài)環(huán)境遭受開墾、薪材砍伐、放牧等多種方式破壞。治理時(shí)應(yīng)以坡面屋頂雨水蓄集、表層喀斯特水聯(lián)合開發(fā)為核心，解決水資源缺乏問題；溝洼間耕地區(qū)域梯化，保住水土，利用干熱河谷氣候優(yōu)勢，發(fā)展特色經(jīng)濟(jì)林木，熱帶水果等，促進(jìn)全面退耕，將群眾生計(jì)壓力轉(zhuǎn)到依靠生態(tài)產(chǎn)業(yè)上來，實(shí)現(xiàn)生態(tài)建設(shè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

（2）喀斯特高原山地環(huán)境石漠化擴(kuò)大趨勢最強(qiáng)，在廣度和程度兩個(gè)方面都有可能發(fā)展，危險(xiǎn)性極高，應(yīng)堅(jiān)持“防治結(jié)合，以防為主”的策略。該環(huán)境坡耕地比重大，產(chǎn)量低且不穩(wěn)定，人口壓力大，過度墾殖破壞生態(tài)，尤其導(dǎo)致耕地嚴(yán)重石漠化，治理工程應(yīng)從轉(zhuǎn)變耕作方式入手。針對(duì)谷洼地間排水不暢通問題，修建排水（洪）溝，有效利用土地資源，減少新的開墾［8］；在土層相對(duì)較厚的坡耕地，將石埂坡改梯和植物籬護(hù)埂相結(jié)合，進(jìn)行保土蓄水耕作；在流域下游地勢較平坦區(qū)域推廣混農(nóng)林—草復(fù)合經(jīng)營，短期保障農(nóng)民基本口糧，并可發(fā)展林產(chǎn)業(yè)與草地畜牧業(yè)，以短養(yǎng)長，長短結(jié)合，促進(jìn)生態(tài)建設(shè)［9］。

5 結(jié)論

（1）由喀斯特盆地、山地和峽谷環(huán)境石漠化分布的土地類型發(fā)現(xiàn)，石漠化主要發(fā)生在旱地、灌木林地、疏林地、天然草地、荒草地和裸巖地6種土地上，水域及建設(shè)用地不存在石漠化現(xiàn)象。其中，旱地可能發(fā)生各種類型石漠化；有林地主要為無石漠化，僅少數(shù)潛在石漠化；灌木林發(fā)生中度及以下等級(jí)石漠化；疏林地、天然草地及荒草地可能發(fā)強(qiáng)度及以下等級(jí)石漠化；裸巖地100%為強(qiáng)度石漠化。

（2）從石漠化土地組成看，灌木林地、旱地、天然草地和荒草地都是石漠化主要發(fā)生的土地利用類型。旱地和灌木林地主要以輕度石漠為主；荒草地與疏林地多為中度石漠化；強(qiáng)度主要為裸巖地。

（3）不同環(huán)境條件下同一土地利用類型石漠化發(fā)生率及強(qiáng)度存在差異。以旱地為例，喀斯特盆地石漠化發(fā)生率僅為4.1%，而山地為34.1%，峽谷則高達(dá)85.7%。總體上，高原峽谷環(huán)境石漠化發(fā)生率最高、等級(jí)最強(qiáng)，盆地居中，山地最小。

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