典型巖溶區(qū)不同水土流失強度區(qū)石漠化特征分析

陳起偉，安理艷，徐 豐

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

隨著可持續(xù)發(fā)展成為全世界的共識，環(huán)境脆弱性及其變化規(guī)律研究已成為學者們關(guān)注的熱點之一[1]。喀斯特地區(qū)是世界上主要的生態(tài)脆弱帶之一。我國西南喀斯特地區(qū)是全球三大喀斯特集中連片區(qū)中巖溶出露面積最大的地區(qū)[2]，同時也是我國集中連片貧困地區(qū)之一，人地矛盾十分突出。在脆弱的巖溶生態(tài)背景下，西南喀斯特地區(qū)水土流失和石漠化問題十分嚴重，生態(tài)系統(tǒng)趨于逆向演替，脆弱程度日益加劇[3]。從20世紀80年代起，許多學者就開始關(guān)注我國西南地區(qū)的巖溶石漠化及水土流失問題，目前關(guān)于巖溶區(qū)水土流失的研究涉及水土流失特征[4]、過程與機制[5]、監(jiān)測評價[6-7]及防治對策[8]等，而石漠化研究則主要側(cè)重于石漠化形成背景與影響因子[9-10]、演化與動態(tài)監(jiān)測[11]、治理與防治對策[12]等。這些研究成果為巖溶區(qū)水土流失和石漠化防治提供了理論支撐和實踐經(jīng)驗，但是已有的研究大多是單獨分析巖溶區(qū)石漠化或者水土流失，對于石漠化和水土流失之間的關(guān)系研究較少(巖溶區(qū)土壤侵蝕模數(shù)較小，卻存在大面積基巖裸露形成的石漠化；石漠化是水土流失的表現(xiàn)與結(jié)果，同時又進一步加劇了水土流失)。為了探究水土流失強度與石漠化程度的關(guān)系，以及巖溶區(qū)水土流失與石漠化分布區(qū)域的關(guān)系，本研究以位于我國西南典型巖溶區(qū)的貴州省鎮(zhèn)寧縣為例，通過對該地區(qū)石漠化和水土流失相關(guān)圖層進行疊加分析，研究不同水土流失強度區(qū)的石漠化特征，以期為我國西南巖溶地區(qū)水土流失及石漠化綜合治理提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

鎮(zhèn)寧縣位于貴州省安順市東部，地理位置介于105°35′10″～106°0′50″E、25°25′19″～26°10′32″N之間，土地總面積1 720.61 km2，地處貴州高原向南傾斜的斜坡地帶，屬黔中丘原中山類型，境內(nèi)出露地層以泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、下第三系和第四系為主。整體地勢北高南低，山地面積1 098 km2，約占土地總面積的63.81%，巖溶地貌分布較廣，占土地總面積的60%以上[13]。屬南亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，地域性溫差較大，全年平均氣溫17.4～19.7 ℃，最冷月份平均氣溫6.5 ℃，最熱月份平均氣溫23.7 ℃，年日照時數(shù)1 142 h，年平均降水量1 277 mm，大部分地區(qū)全年無霜期約340 d。境內(nèi)有大小河流31條，總長度580 km，屬于珠江流域北盤江水系。主要發(fā)育有紅壤、黃壤、山地黃棕壤、石灰土等土壤類型，包括32個亞類、62個土屬。屬亞熱帶常綠闊葉林帶，森林覆蓋率為44.47%。2015年，全縣共轄15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總?cè)丝?5萬余人，GDP總值74.73億元。

2 數(shù)據(jù)源與研究方法

從中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心下載鎮(zhèn)寧縣2015年ZY-3多光譜數(shù)據(jù)與2 m空間分辨率全色數(shù)據(jù)，在ERDAS遙感處理軟件中對圖像進行融合、鑲嵌與色彩匹配等處理后，結(jié)合鎮(zhèn)寧縣1∶5萬地形圖進行正射幾何校正，借助ERDAS遙感圖像處理軟件進行相應(yīng)圖像增強處理，提取土地利用、林草覆蓋度、基巖裸露率專題圖[14]，巖性數(shù)據(jù)來源于貴州省1∶5萬區(qū)域水文地質(zhì)圖，坡度信息從鎮(zhèn)寧縣1∶5萬數(shù)字等高線圖提取。根據(jù)巖性、基巖裸露率等指標判定石漠化等級[15]。參照《巖溶地區(qū)水土流失綜合治理技術(shù)標準》(SL 461—2009)和《土壤侵蝕分類分級標準》(SL 190—2007)中的等級劃分標準，根據(jù)巖性、基巖裸露率、林草覆蓋度、坡度和土地利用5個專題圖層，借助GIS的空間疊加功能進行疊加分析，判定水土流失等級。將研究區(qū)水土流失圖與石漠化圖進行空間疊置分析，研究鎮(zhèn)寧縣不同等級水土流失區(qū)的石漠化特征。

3 結(jié)果與分析

3.1 鎮(zhèn)寧縣水土流失現(xiàn)狀

受降水、土壤、坡度和巖性等影響，鎮(zhèn)寧縣水土流失面積較大，水土流失嚴重。據(jù)統(tǒng)計(表1)，全縣水土流失面積為671.80 km2，占土地總面積的39.04%，隨著水土流失強度增加，分布面積逐漸減少，其中，輕度和中度侵蝕面積分別為368.09、217.53 km2，分別占土地總面積的21.39%、12.64%，而強烈、極強烈和劇烈侵蝕面積合計僅占土地總面積的5.01%。鎮(zhèn)寧縣不同強度水土流失面積空間分布特征明顯，南部區(qū)域水土流失強度明顯高于北部區(qū)域，水土流失集中分布在鎮(zhèn)寧縣南部的簡嘎、良田、六馬和沙子等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，同時水土流失強度與巖性耦合關(guān)系密切，非碳酸鹽巖區(qū)水土流失強度明顯高于碳酸鹽巖區(qū)。

表1 鎮(zhèn)寧縣不同強度水土流失、石漠化面積統(tǒng)計 km2

3.2 鎮(zhèn)寧縣石漠化現(xiàn)狀

鎮(zhèn)寧縣石漠化等級齊全，從無石漠化到極強度石漠化均有分布，石漠化整體上呈現(xiàn)出隨等級升高面積逐漸減少的特點(表1)。全縣巖溶區(qū)總面積為1 252.45 km2，占土地總面積的72.79%，其中：石漠化總面積為441.07 km2，占25.63%；潛在石漠化面積為141.98 km2，占8.25%。在鎮(zhèn)寧縣石漠化分布區(qū)中，輕度石漠化面積為193.26 km2，占石漠化總面積的43.82%；中度石漠化面積為112.22 km2，占25.44%；強度和極強度石漠化面積合計為135.59 km2，占30.74%?？梢姡?zhèn)寧縣高等級石漠化面積占比較大，石漠化較嚴重。石漠化分布情況主要受地質(zhì)構(gòu)造、巖性等因子綜合影響，非巖溶區(qū)主要分布在鎮(zhèn)寧縣南部，石漠化主要分布在西部、北部、東部區(qū)域，而在中部、南部分布較少，從鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布看，主要分布在扁擔山、白水至馬廠沿線各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。石漠化等級差異上，西北部石漠化等級較高，東部、中部相對較低，而南部地區(qū)石漠化則以輕度石漠化零星分布為主。

3.3 水土流失區(qū)與非水土流失區(qū)石漠化等級差異

水土流失會導致土壤厚度降低、土壤肥力下降，影響植被生長，導致林草覆蓋度降低，基巖逐漸裸露從而導致石漠化的發(fā)生，有些地區(qū)還可能在出現(xiàn)強烈水土流失后只剩基巖。為分析水土流失區(qū)與非水土流失區(qū)石漠化等級差異，分別統(tǒng)計了鎮(zhèn)寧縣水土流失區(qū)域和非水土流失區(qū)域的石漠化發(fā)生率及等級。

表2為水土流失區(qū)與非水土流失區(qū)石漠化面積統(tǒng)計。由表2知，鎮(zhèn)寧縣水土流失區(qū)與非水土流失區(qū)的石漠化發(fā)生率存在較大差異。非水土流失區(qū)和水土流失區(qū)石漠化面積分別為313.55、127.51 km2，分別占非水土流失區(qū)和水土流失區(qū)總面積的29.90%、18.98%，即非水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率比水土流失區(qū)高10.92百分點。

表2 水土流失區(qū)與非水土流失區(qū)石漠化面積統(tǒng)計 km2

石漠化類型非水土流失區(qū)面積(km2)比例(%)水土流失區(qū)面積(km2)比例(%)無石漠化451.0943.01 218.3132.50潛在石漠化50.134.7891.8413.67輕度石漠化88.698.46 104.5815.57中度石漠化96.499.2015.732.34強度石漠化88.308.425.060.75極強度石漠化40.083.822.140.32非巖溶地區(qū)234.0322.31 234.14 34.85合計1 048.81100 671.80 100

不同水土流失類型區(qū)的石漠化等級構(gòu)成具有一定差異，雖然水土流失區(qū)與非水土流失區(qū)都是無石漠化和非巖溶地區(qū)面積占比最大，但是各石漠化等級面積占比不同，非水土流失區(qū)各石漠化等級占比排序為無石漠化>中度石漠化>輕度石漠化>強度石漠化>潛在石漠化>極強度石漠化，而水土流失區(qū)則為無石漠化>輕度石漠化>潛在石漠化>中度石漠化>強度石漠化>極強度石漠化，水土流失區(qū)輕度及以下石漠化等級占比明顯高于非水土流失區(qū)。雖然非水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率明顯高于水土流失區(qū)，但是非水土流失區(qū)輕度和中度石漠化發(fā)生率之和與水土流失區(qū)的差異卻很小，分別為17.66%和17.91%，主要是強度和極強度石漠化發(fā)生率差異較大，分別為12.24%和1.07%。相比而言，非水土流失區(qū)比水土流失區(qū)石漠化等級更高、石漠化更嚴重。

3.4 高、低等級水土流失區(qū)石漠化差異

研究區(qū)非水土流失區(qū)比水土流失區(qū)石漠化更嚴重。為探究低等級水土流失區(qū)與高等級水土流失區(qū)石漠化有何差異，研究石漠化嚴重程度究竟是否隨水土流失強度升高而呈現(xiàn)線性變化，將強烈、極強烈和劇烈侵蝕劃分為高等級水土流失，將輕度、中度侵蝕劃為低等級水土流失，分別對高、低等級水土流失區(qū)的石漠化現(xiàn)狀進行對比，結(jié)果見表3。

表3 高、低等級水土流失區(qū)石漠化統(tǒng)計 km2

由表3可知，低等級水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率為21.54%，而高等級水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率只有6.09%，兩者相差較大，低等級水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率明顯高于高等級水土流失區(qū)。同時，鎮(zhèn)寧縣低等級水土流失區(qū)石漠化面積達到122.26 km2，而高等級水土流失區(qū)石漠化面積只有5.25 km2，兩者之間面積差異懸殊，因此研究區(qū)石漠化治理重點應(yīng)放在低等級水土流失區(qū)。

低等級水土流失區(qū)各種石漠化類型面積占比排序為無石漠化>輕度石漠化>潛在石漠化>中度石漠化>強度石漠化>極強度石漠化，而高等級水土流失區(qū)各種石漠化類型面積占比為無石漠化>潛在石漠化>輕度石漠化>強度石漠化>中度石漠化>極強度石漠化。兩者排序比較接近，但是相比高等級水土流失區(qū)，低等級水土流失區(qū)輕度石漠化發(fā)生率高于潛在石漠化，中度石漠化大于強度石漠化，且各等級石漠化發(fā)生率都較高。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，低等級水土流失區(qū)輕度、中度石漠化發(fā)生率為20.28%，強度及極強度石漠化發(fā)生率為1.26%，而高等級水土流失區(qū)則分別為6.04%和0.05%。低等級水土流失區(qū)比高等級水土流失區(qū)石漠化面積大而且等級更高，從而可知并非水土流失強度越高的地區(qū)石漠化越嚴重。

4 結(jié) 論

鎮(zhèn)寧縣巖溶地區(qū)的石漠化總面積為441.07 km2，占全縣土地總面積的25.63%，水土流失區(qū)石漠化面積為127.51 km2，發(fā)生率為18.98%，非水土流失區(qū)石漠化面積為313.55 km2，發(fā)生率為29.90%，水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率比非水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率低10.92百分點。相比而言，非水土流失區(qū)比水土流失區(qū)石漠化等級更高，石漠化更嚴重。

鎮(zhèn)寧縣低等級水土流失區(qū)的石漠化面積為122.26 km2，發(fā)生率為21.54%，高等級水土流失區(qū)的石漠化面積為5.25 km2，發(fā)生率為6.09%，低等級水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率比高等級水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率高15.45百分點。數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，并非水土流失強度越高的地區(qū)石漠化越嚴重，鎮(zhèn)寧縣石漠化等級與水土流失有較強的耦合關(guān)系，非水土流失區(qū)比水土流失區(qū)石漠化等級更高、石漠化更嚴重，低等級水土流失區(qū)比高等級水土流失區(qū)各等級石漠化發(fā)生率及面積都要高/大，石漠化也更嚴重?？梢姡瑤r溶區(qū)發(fā)生水土流失的區(qū)域與發(fā)生石漠化的區(qū)域并不是重疊的，需要采取不同的專項工程進行分別治理。