關(guān)嶺縣不同等級石漠化區(qū)土壤侵蝕特征

陳起偉,熊康寧,周 梅,徐 豐

(1.貴州師范大學(xué) 喀斯特研究院,貴陽 550001; 2.貴州師范學(xué)院地理與旅游學(xué)院,貴陽 550018; 3.貴州省水土保持監(jiān)測站,貴陽 550002)

土壤侵蝕是全球范圍內(nèi)發(fā)生最廣泛、危害最嚴重的生態(tài)環(huán)境問題之一，它通過減少表土層的有機質(zhì)和養(yǎng)分含量而降低土壤生產(chǎn)力，加速土地荒漠化[1-2]。根據(jù)水利部2013年頒布的《第一次全國水利普查公報》數(shù)據(jù)，貴州、云南、廣西三省區(qū)土壤侵蝕面積達21.5萬km2，占該區(qū)總面積的26.7%[3]，以貴州為中心的西南喀斯特區(qū)是全球三大喀斯特集中分布區(qū)之一[4]，喀斯特地區(qū)土壤侵蝕直接后果就是基巖裸露而發(fā)展成為石漠化，滇黔桂三省區(qū)石漠化面積超過7.79萬km2,占該地區(qū)喀斯特面積的21.1%。石漠化和土壤侵蝕是土地退化過程中兩個不同的階段，土壤侵蝕是石漠化形成過程中某一階段的表現(xiàn)形式[5]。石漠化與土壤侵蝕之間存在著因果關(guān)系，要治理石漠化必須防治土壤侵蝕[6]。我國很早就開展了以小流域為單位的土壤侵蝕綜合治理，相關(guān)的學(xué)者在黃土高原區(qū)、黑土漫崗區(qū)、西南紫色土山丘區(qū)、南方紅壤區(qū)等開展了大量研究[7-11]，在土壤侵蝕的理論與技術(shù)應(yīng)用[12]、土壤侵蝕模型[13-14]、土壤侵蝕監(jiān)測與評價[15-16]、治理措施[17]等方面取得了大量的研究成果。但喀斯特地區(qū)土壤侵蝕研究成果還不多，針對不同強度石漠化區(qū)的土壤侵蝕特征差異對比研究相對較少。因此，論文以典型石漠化區(qū)關(guān)嶺縣為研究對象，綜合運用“3S”技術(shù)，分析關(guān)嶺縣不同等級石漠化區(qū)土壤侵蝕特征，為關(guān)嶺縣土壤侵蝕和石漠化協(xié)同治理提供理論依據(jù)，為喀斯特地區(qū)當前正在緊張開展的石漠化治理與土壤侵蝕防治提供參考。

1 研究區(qū)概況

關(guān)嶺縣位于云貴高原東部，隸屬于貴州省安順市，地處105°15′—105°49′E，25°33′—26°41′N，屬于珠江水系北盤江流域。境內(nèi)地層主要為侏羅系、白堊系，從二疊系下到第四系均有出露，巖石主要為淺海相碳酸鹽巖沉積，喀斯特地貌與常態(tài)地貌交錯分布。山地面積大，境內(nèi)最高海拔為1 800 m，最低海拔400 m。境內(nèi)亞熱帶季風氣候明顯，四季分明、平均氣溫溫和適中，年平均氣溫16℃，年降水量在1 205～1 656 mm，受亞熱帶濕潤季風氣候和地勢影響，降雨多集中到6—8月。關(guān)嶺縣水資源豐富，主要以北盤江、打邦河兩條河流為主，理論水藏量達2.5×107kW?？h內(nèi)土壤類型豐富，有7個土類、20個亞類分布，分布最廣的是黃壤，占土壤總面積的14.5%[18]。關(guān)嶺縣轄9鎮(zhèn)2鄉(xiāng)2街道辦，146個行政村。2016年，全縣總?cè)丝?5.70萬人，自然增長率為6.31‰，全縣生產(chǎn)總值78.89億元。

2 數(shù)據(jù)源與研究方法

研究區(qū)影像數(shù)據(jù)源以2景中國資源衛(wèi)星ZY-3影像拼接而成，影像獲取時間為2015年7月和2016年4月，空間分辨率為8 m。地質(zhì)巖性數(shù)據(jù)采用貴州省地礦局發(fā)行的貴州省1∶5萬地質(zhì)圖，坡度數(shù)據(jù)采用研究區(qū)1∶10 000數(shù)字化地形圖生成。首先在ERDAS軟件下對影像進行輻射校正及拼接，根據(jù)關(guān)嶺縣地形圖對影像進行幾何校正配準，保證遙感影像和地形圖高度配準。石漠化等級根據(jù)《巖溶地區(qū)水土流失綜合治理技術(shù)標準》標準中石漠化等級劃分標準[19]，提取基巖裸露并綜合分析圖斑坡度圖、地質(zhì)圖、土地利用圖等相關(guān)資料[20]，解譯喀斯特石漠化圖。關(guān)嶺縣喀斯特面積超過總面積的70%以上，在喀斯特區(qū)土壤侵蝕進程中，巖溶區(qū)土壤流失允許量比非喀斯特區(qū)小，土壤侵蝕的方式存在著很大差異，統(tǒng)一采用全國土壤流失強度標準明顯不符合客觀實際，因此，在關(guān)嶺縣喀斯特區(qū)與非喀斯特區(qū)分別采用喀斯特區(qū)、非喀斯特區(qū)的土壤侵蝕強度界定標準[21-22]。根據(jù)分級標準中土壤侵蝕遙感調(diào)查方法，分別提取標準中土壤侵蝕間接指標中的巖性、坡度、植被覆蓋度等5個專題因子圖層，根據(jù)圖斑5個專題因子屬性，在非巖溶區(qū)采用《巖溶地區(qū)水土流失綜合治理技術(shù)標準》判定土壤侵蝕等級，在巖溶區(qū)采用《巖溶地區(qū)土壤侵蝕綜合治理技術(shù)標準》判定土壤侵蝕等級。運用ArcGIS軟件空間疊加分析功能將石漠化圖和土壤侵蝕圖進行空間疊置生成石漠化與土壤侵蝕相關(guān)性圖，得到同一圖斑石漠化與土壤侵蝕等級屬性，分析關(guān)嶺縣各等級石漠化區(qū)土壤侵蝕的特征。

3 結(jié)果與分析

3.1 關(guān)嶺縣土壤侵蝕現(xiàn)狀

遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)表明(表1)，關(guān)嶺縣國土面積為1 470.57 km2，以微度侵蝕面積最大，占國土面積的69.3%。全縣土壤侵蝕面積451.09 km2，占總面積的30.7%，輕度、中度侵蝕面積分別為209.99 km2，163.61 km2，強烈侵蝕及以上等級面積占侵蝕總面積的5.2%，從各種侵蝕類型等級結(jié)構(gòu)分析，關(guān)嶺縣主要以輕度、中度侵蝕為主，強烈及以上侵蝕等級面積相對較小，土壤侵蝕強度不高。關(guān)嶺縣土壤侵蝕空間分布特征明顯(圖1)，空間分布不均，土壤侵蝕主要發(fā)生在縣域西部和南部區(qū)域，特別是崗烏鎮(zhèn)—新鋪—板貴沿線土壤侵蝕較強，關(guān)嶺縣土壤侵蝕受地形坡度影響較大，主要分布在北盤江和打邦河沿岸。

關(guān)嶺縣絕大部分區(qū)域為碳酸鹽巖出露，其喀斯特面積1 273.07 km2，占國土面積的86.6%。同時，潛在石漠化分布較廣，面積為441.17 km2，輕度及以上石漠化等級面積為581.06 km2，占總國土面積的39.5%，石漠化主要以輕度、中度石漠化為主，輕度石漠化占石漠化面積的69.5%，面積為404.12 km2。中度石漠化占石漠化總面積的23%，面積為133.69 km2；強度石漠化占石漠化面積比例較小，只有43.24 km2，關(guān)嶺縣石漠化空間分布廣、石漠化在全縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)都有分布，而且等級都不輕。但是，縣域南部石漠化等級較高，石漠化更為嚴重，中部、北部石漠化等級相對較輕。

表1 關(guān)嶺縣土壤侵蝕面積統(tǒng)計

圖1 關(guān)嶺縣土壤侵蝕與石漠化

3.2 喀斯特區(qū)與非喀斯特區(qū)的土壤侵蝕差異

通過關(guān)嶺縣喀斯特區(qū)與非喀斯特區(qū)的土壤侵蝕對比，分析喀斯特區(qū)與非喀斯特區(qū)的土壤侵蝕差異。從表2可以看出，關(guān)嶺縣喀斯特區(qū)和非喀斯特區(qū)土壤侵蝕特征基本一致，整體隨土壤侵蝕等級提高而面積減小，都是微度侵蝕面積最大，輕度、中度侵蝕是土壤侵蝕的主要類型。但是喀斯特區(qū)土壤侵蝕發(fā)生率及強度明顯低于非喀斯特區(qū)，喀斯特區(qū)土壤侵蝕面積為374.43 km2，土壤侵蝕發(fā)生率為29.4%；非喀斯特區(qū)面積為197.50 km2，土壤侵蝕面積為76.66 km2，土壤侵蝕發(fā)生率38.8%，喀斯特區(qū)土壤侵蝕發(fā)生率低于非喀斯特區(qū)9.4個百分點。除非喀斯特區(qū)中度侵蝕發(fā)生率大于輕度侵蝕發(fā)生率外，喀斯特區(qū)與非喀斯特區(qū)的土壤侵蝕面積基本都隨著侵蝕等級的增強而逐漸減少，其發(fā)生率也隨侵蝕等級的升高而降低。喀斯特區(qū)輕度以上侵蝕類型發(fā)生率均小于非喀斯特區(qū)，同時，喀斯特區(qū)強烈及以上侵蝕等級所占比例均小于非喀斯特區(qū)，喀斯特區(qū)強烈及以上等級占喀斯特區(qū)總面積的4.1%，而非喀斯特區(qū)強烈及以上等級占非喀斯特區(qū)總面積的12.5%，由此可得，喀斯特區(qū)土壤侵蝕強度明顯小于非喀斯特區(qū)。非喀斯特區(qū)中度及以上侵蝕等級所占比例均大于喀斯特區(qū)，非喀斯特區(qū)比例為28.1%，喀斯特區(qū)比例只有14.5%，非喀斯特區(qū)比喀斯特區(qū)多13.6個百分點，同時，非喀斯特區(qū)中度、強烈侵蝕分別占總面積的15.6%，9.1%，喀斯特區(qū)中度、強烈侵蝕分別占總面積的10.4%，3.3%，非喀斯特區(qū)中強烈侵蝕面積比例明顯大于喀斯特區(qū)。

表2 關(guān)嶺縣非喀斯特區(qū)與喀斯特區(qū)土壤侵蝕等級統(tǒng)計

3.3 石漠化區(qū)與非石漠化區(qū)的土壤侵蝕差異

對比分析關(guān)嶺縣石漠化區(qū)與非石漠化區(qū)的土壤侵蝕特征，分析石漠化區(qū)與非石漠化區(qū)土壤侵蝕的差異。從表3可以看出，關(guān)嶺縣石漠化區(qū)總面積為581.06 km2，非石漠化區(qū)總面積為889.51 km2。其中已經(jīng)發(fā)生石漠化的區(qū)域土壤侵蝕面積達到194.21 km2，占石漠化區(qū)總面積的33.4%；而非石漠化區(qū)土壤侵蝕面積只有256.88 km2，占非石漠化區(qū)面積的28.9%，石漠化區(qū)的土壤侵蝕發(fā)生率略高于非石漠化區(qū)。關(guān)嶺縣石漠化區(qū)土壤侵蝕面積都隨土壤侵蝕強度等級的增強而減少，而非石漠化區(qū)中度侵蝕面積大于輕度侵蝕。石漠化區(qū)，強烈及以上侵蝕的面積為16.20 km2，發(fā)生率只有2.7%；而非石漠化區(qū)強烈及以上侵蝕類型的面積達到61.29 km2，發(fā)生率達到6.9%，非石漠化區(qū)強烈侵蝕及以上等級的發(fā)生率明顯高于石漠化區(qū)，但并不是石漠化區(qū)強烈侵蝕及以上等級土壤侵蝕不嚴重，而是石漠化區(qū)強烈侵蝕及以上等級已經(jīng)無土可流，其發(fā)生率與非石漠化區(qū)相比較小。

表3 關(guān)嶺縣石漠化區(qū)與非石漠化區(qū)土壤侵蝕統(tǒng)計

3.4 不同等級石漠化區(qū)土壤侵蝕差異

石漠化等級強度是否和土壤侵蝕強度等級有直接關(guān)系，高強度石漠化區(qū)土壤侵蝕是否越嚴重，因此，分析關(guān)嶺縣不同等級石漠化區(qū)土壤侵蝕特征。將輕度、中度石漠化劃分為低等級石漠化，將強度和極強度石漠化劃分為高等級石漠化。從表4可以看出，關(guān)嶺縣低等級石漠化區(qū)土壤侵蝕面積明顯大于高等級石漠化區(qū)，特別是石漠化等級較弱的區(qū)域輕度、中度土壤侵蝕面積明顯大于石漠化嚴重的區(qū)域，土壤侵蝕面積仍隨著土壤侵蝕等級的增強而減少。關(guān)嶺縣低等級石漠化區(qū)土壤侵蝕面積為191.63 km2，占整個低等級的石漠化區(qū)總面積的35.63%；高等級石漠化區(qū)土壤侵蝕面積只有2.57 km，而只占高等級石漠化區(qū)面積的5.94%，關(guān)嶺縣低等級石漠化區(qū)發(fā)生率明顯高于高等級石漠化區(qū)發(fā)生率。同時，低等級石漠化區(qū)強烈侵蝕及以上等級占類型總面積的3.0%，高等級石漠化區(qū)強烈侵蝕及以上等級占類型總面積的0.09%，石漠化等級較低的區(qū)域土壤侵蝕強度等級明顯高于石漠化等級高的區(qū)域。石漠化等級程度高的區(qū)域土壤侵蝕嚴重程度與土壤侵蝕發(fā)生率都明顯低于石漠化等級較弱的區(qū)域，但是并不能簡單的理解為高等級石漠化區(qū)水土流失不嚴重，而是由于強度石漠化區(qū)域自然生態(tài)環(huán)境惡化，表層土壤流失殆盡基巖裸露率增大到了無土可流的程度，因此土壤侵蝕總量相比低等級石漠化區(qū)小。

表4 關(guān)嶺縣不同等級石漠化區(qū)土壤侵蝕統(tǒng)計

4 討 論

本文以典型石漠化區(qū)為研究對象，分析了不同程度石漠化區(qū)土壤侵蝕的特征，結(jié)果表明，研究區(qū)不同等級石漠化區(qū)土壤侵蝕具有一定差異性，土壤侵蝕發(fā)生率及強度與石漠化等級有較強相關(guān)性，研究成果為掌握土壤侵蝕與石漠化內(nèi)在聯(lián)系提供了有效依據(jù)，為區(qū)域土壤侵蝕和石漠化治理提供理論基礎(chǔ)和可量化的決策提供支持，為中國南方石漠化地區(qū)土壤侵蝕防治及生態(tài)文明建設(shè)提供參考。論文以關(guān)嶺縣為研究區(qū)分析了不同等級石漠化區(qū)的土壤侵蝕分布特征，但論文只是分析了兩者之間的相關(guān)性，而影響土壤侵蝕的因子很多，論文未考慮與土壤侵蝕相關(guān)的其他因子，研究時也沒有深入分析自然、地形地貌和地下漏失等因素對土壤侵蝕的影響。同時研究對象尺度較小，研究規(guī)律代表性不強，大范圍的石漠化與土壤侵蝕規(guī)律是否一致不能確定，仍需增加研究區(qū)或者擴大研究范圍進行總結(jié)驗證得出更準確的結(jié)論。

5 結(jié) 論

關(guān)嶺縣土壤侵蝕面積451.09 km2，占總面積的30.7%，以輕度、中度侵蝕為主，石漠化面積581.06 km2，占國土面積的39.5%，中度、輕度石漠化面積比例較大，土壤侵蝕和石漠化都較為嚴重。關(guān)嶺縣大致呈現(xiàn)出土壤侵蝕面積隨著侵蝕等級的增強而逐漸減少的金字塔結(jié)構(gòu)，但不同等級石漠化土壤侵蝕差異特征明顯。

關(guān)嶺縣喀斯特區(qū)土壤侵蝕面積占整個喀斯特區(qū)總面積的29.4%，而非喀斯特區(qū)則達到38.8%，喀斯特區(qū)土壤侵蝕面積比例比非喀斯特區(qū)小9.4個百分點。喀斯特區(qū)強烈以上等級占喀斯特區(qū)總面積的4.1%，而非喀斯特區(qū)達到12.5%，喀斯特區(qū)土壤侵蝕強度明顯小于非喀斯特區(qū)。非喀斯特區(qū)中強烈侵蝕以上等級面積比例大于喀斯特區(qū)?？傮w上，喀斯特區(qū)土壤侵蝕發(fā)生率及土壤侵蝕等級強度都比非喀斯特區(qū)小。關(guān)嶺縣石漠化區(qū)土壤侵蝕占石漠化區(qū)總面積的33.4%；而非石漠化區(qū)則只有28.9%，石漠化區(qū)土壤侵蝕高非石漠化區(qū)4.5個百分點，石漠化區(qū)的土壤侵蝕發(fā)生率略高于非石漠化區(qū)。石漠化區(qū)的土壤侵蝕強度略低于非石漠化區(qū)，非石漠化區(qū)強烈侵蝕及以上等級的發(fā)生率明顯高于石漠化區(qū)。關(guān)嶺縣高等級石漠化區(qū)土壤侵蝕面積和侵蝕強度等級都明顯低于低等級石漠化區(qū)。

分析結(jié)果表明，關(guān)嶺縣不同等級石漠化區(qū)土壤侵蝕存在一定的規(guī)律，喀斯特區(qū)土壤侵蝕發(fā)生率低于非喀斯特區(qū)，未發(fā)生石漠化的區(qū)域土壤侵蝕發(fā)生率略低于已經(jīng)發(fā)生石漠化的區(qū)域，嚴重石漠化區(qū)土壤侵蝕發(fā)生率低于石漠化較輕的區(qū)域。同時，土壤侵蝕強度等級喀斯特區(qū)小于非喀斯特區(qū)，非石漠化區(qū)小于石漠化區(qū)，高等級石漠化區(qū)小于低等級石漠化區(qū)，土壤侵蝕發(fā)生及強度與石漠化存在一定的規(guī)律性。同時，可以看出，關(guān)嶺縣石漠化與土壤侵蝕區(qū)域分布及強度并不一致，發(fā)生石漠化的區(qū)域土壤侵蝕并不強，因此石漠化治理和土壤侵蝕防治并不能合并成一個工程進行治理。關(guān)嶺縣進行土壤侵蝕治理過程中應(yīng)加強石漠化等級較輕的區(qū)域的治理，同時更需要加強還未發(fā)生石漠化的區(qū)域土壤侵蝕的防治。