貴州省北盤江流域喀斯特石漠化變化特征及治理成效分析

王小鳳,楊廣斌

(貴州師范大學 地理與環(huán)境科學學院,貴陽 550025)

0 引 言

喀斯特石漠化誘發(fā)生態(tài)環(huán)境退化,導致土地資源緊張,貧困問題加劇[1]。21世紀初,我國開始探索石漠化治理對策,提出以巖溶流域為單元,因地制宜的治理模式[2-3]。貴州省作為石漠化面積最大、程度最深的省份,石漠化問題受到政府部門高度重視。國家在“十一五”規(guī)劃中提出重點保護貴州石漠化地區(qū)綜合治理生態(tài)工程,于2008年正式啟動。貴州省在“十二五”“十三五”規(guī)劃中,明確要繼續(xù)加大力度全面推進石漠化綜合治理,2016年國家發(fā)展與改革委員會頒布的《巖溶地區(qū)石漠化綜合治理工程“十三五”建設(shè)規(guī)劃》,對推進貴州喀斯特地區(qū)石漠化綜合治理工作做了進一步指導。據(jù)全國第2次石漠化監(jiān)測結(jié)果,2011年貴州省石漠化面積較2005年減少了2 920 km2。第3次石漠化監(jiān)測結(jié)果顯示2016年較2011年減少了5 537 km2,有效遏制了石漠化擴張,生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善。此后,貴州省石漠化治理進入成效鞏固與深入推進階段,截止目前,由原來高強度人為干擾向大規(guī)模自然恢復與人工造林轉(zhuǎn)變[4]。分析石漠化變化規(guī)律及治理成效,有助于科學、高效開展新一階段石漠化治理。

前人聚焦石漠化生態(tài)問題,基于石漠化監(jiān)測結(jié)果,對其空間分異特征[5]、變化規(guī)律及驅(qū)動機制[6-7]、生態(tài)恢復[8-9]等方面展開了豐富研究,為治理提供了理論支撐。目前石漠化時空變異研究多基于遙感數(shù)據(jù),如文林琴和栗忠飛[10]通過TM影像研究得出貴州省2004—2016年石漠化呈現(xiàn)總體持續(xù)好轉(zhuǎn)態(tài)勢;許玉鳳等[11]基于3S技術(shù)研究表明,貴州省黔南州在2010年無、重度石漠化面積分別為最小和最大值;習慧鵬等[12]基于Landsat數(shù)據(jù)反演表明1990—2015年貴州省普定縣石漠化演變呈好轉(zhuǎn)—惡化—好轉(zhuǎn)趨勢。這些研究從省、市、縣域探明石漠化演變規(guī)律,并通過總體與各等級石漠化面積變化量來表征其演變情況。土地石漠化的產(chǎn)生與水土流失、地形地貌直接相關(guān),當前石漠化治理主要以流域為單元分區(qū)、分級開展。而針對貴州省典型巖溶地貌、流域土地石漠化的時空變化定量研究鮮見,限制了以流域為單元的石漠化分區(qū)綜合治理成效評估。

因此,選取黔中高原峽谷的北盤江流域為研究區(qū),首先分析2010—2019年石漠化變化,然后探索石漠化隨坡度、海拔的變化,并分析各類政策措施對石漠化的影響,為石漠化科學治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

北盤江是珠江干流西江上游左岸的一級支流,發(fā)源于云南省宣威市。貴州境內(nèi)位于104°00′E—106°20′E、24°50′N—26°45′N,長352 km,流域面積21 288 km2,流經(jīng)六盤水、黔西南和安順。年均降雨量900～1 300 mm。流域地勢起伏大,海拔為295～2 848 m,呈西北高而東南低,天然落差1 982 m,主要為中山地貌,境內(nèi)多V形峽谷、險灘。流域內(nèi)巖溶發(fā)育廣泛,多地下河,水土流失嚴重。域內(nèi)喀斯特集中分布,石漠化發(fā)育。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本文2010年石漠化數(shù)據(jù)源自《全國生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010)遙感調(diào)查與評估項目》,采取相同石漠化提取方法,通過2019年高分1號遙感數(shù)據(jù)提取植被覆蓋率和基巖裸露率,結(jié)合林地資源數(shù)據(jù)計算得到石漠化數(shù)據(jù)。巖性數(shù)據(jù)通過貴州省1∶50萬水文地質(zhì)圖矯正處理后提取,剔除非喀斯特類巖性。高程、坡度數(shù)據(jù)通過30 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)提取,根據(jù)域內(nèi)地貌特征與海拔范圍,將提取后的高程按照丘陵、低山、低中山、中中山、高中山分為<500、[500,1 000)、[1 000,1 200)、[1 200,1 800)、[1 800,3 499] m;坡度級按照平坡、緩坡、斜坡、陡坡、急坡、險坡分為6級：[0°,5°)、[5°,15°)、[15°,25°)、[25°,35°)、[35°,45°)、≥45°;2010—2019年平均降雨數(shù)據(jù)通過中國氣象局(http：∥www.gscloud.cn)下載,再通過克里金插值求算。最后統(tǒng)一各要素分辨率和空間參考。

1.3 研究方法

1.3.1 石漠化分類

本研究參照《巖溶地區(qū)石漠化調(diào)查技術(shù)規(guī)定(2021年修訂)》,將喀斯特土地石漠化分為6種類型：非石漠化、潛在石漠化、輕度石漠化、中度石漠化、重度石漠化、極重度石漠化,依次編號為1、2、3、4、5、6。分類依據(jù)如下。

喀斯特土地石漠化主要以基巖裸露率、林灌草植被綜合蓋度及土地利用類型綜合情況制定評定標準,劃分3大類,即石漠化土地、潛在石漠化土地和非石漠化土地,其中石漠化土地根據(jù)基巖裸露率、植被類型、植被綜合蓋度、土層厚度4個指標評分值(表1)之和劃分為4級,石漠化評分值之和≤45、(45,60]、(60,75]、>75,等級分別為輕度石漠化(Ⅰ)、中度石漠化(Ⅱ)、重度石漠化(Ⅲ)、極重度石漠化(Ⅳ)。

表1 石漠化程度評定因子評分標準

1.3.2 石漠化轉(zhuǎn)移矩陣

以2010年、2019年石漠化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),運用馬爾科夫模型(MarkovModel)[13]構(gòu)建石漠化類型轉(zhuǎn)移矩陣,并計算各石漠化類型的轉(zhuǎn)出面積、轉(zhuǎn)入面積,其表達式為

(1)

式中：Pij為石漠化轉(zhuǎn)移矩陣;n為石漠化類型數(shù);i、j分別為研究期初、期末石漠化類型序號。

1.3.3 石漠化狀態(tài)指數(shù)

狀態(tài)指數(shù)反映石漠化類型變化的趨勢和狀態(tài)。計算公式為

ΔUin+ΔUout≠0 。

(2)

式中：Ps為某種石漠化類型的狀態(tài)指數(shù);ΔUout為研究期某類石漠化類型轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷拿娣e和;ΔUin為同時期其他石漠化類型轉(zhuǎn)變?yōu)樵撌愋偷拿娣e和。

2 結(jié)果與分析

2.1 石漠化變化特征

2.1.1 石漠化隨時間的變化

據(jù)圖1,2010—2019年流域石漠化面積減少1 071.89 km2,占域內(nèi)喀斯特面積比例從41.14%降至33.02%。隨時間推移,輕、中、重、極重度石漠化面積均降低,潛在與非石漠化面積均增加,表明治理工程有效控制了石漠化發(fā)育程度加強。從比例來看,重、極重度石漠化的比例最低,且占比降低,說明石漠化發(fā)生總體以輕、中度為主。中度石漠化面積和比例高于輕度,可能與人為利用強度有關(guān)。

圖1 2010—2019年各類型石漠化面積及占喀斯特面積比例變化

非、潛在石漠化狀態(tài)指數(shù)趨近于1,呈“漲勢”狀態(tài),表明這2種石漠化土地類型呈現(xiàn)出極端非平衡態(tài)勢,整體面積增加;輕、中、重、極重度狀態(tài)指數(shù)為負值,表明這幾類石漠化土地的轉(zhuǎn)入速度小于轉(zhuǎn)出速度,且在該時期內(nèi)面積在減少。其中輕度石漠化土地狀態(tài)指數(shù)為-0.05%,接近于0,表明在此期間輕度石漠化土地面積轉(zhuǎn)入速度與轉(zhuǎn)出速度差距較小;重、極重度石漠化狀態(tài)指數(shù)為-0.65%、-0.97%,與-1%接近,其轉(zhuǎn)出速度遠大于轉(zhuǎn)入速度,表明域內(nèi)重度及以上石漠化面積規(guī)模迅速縮減,重度及以上石漠化土地處于不穩(wěn)定狀態(tài)(表2)。

表2 貴州省2010—2019年不同類型石漠化面積變化

根據(jù)式(1),得到貴州省北盤江流域2010—2019年石漠化類型轉(zhuǎn)移矩陣(表3),同時,根據(jù)轉(zhuǎn)移矩陣計算得出不同類型石漠化轉(zhuǎn)移面積的占比(圖2)。

綜合表3、圖2可知：

(1)非石漠化轉(zhuǎn)出面積為8.6 km2,主要向潛在石漠化轉(zhuǎn)變;轉(zhuǎn)入面積為184.27 km2,主要由潛在、中度石漠化轉(zhuǎn)入;一方面,植被破壞與土地利用不當,導致流域內(nèi)植被覆蓋率降低、基巖裸露率增加,進而引起非石漠化向潛在石漠化土地轉(zhuǎn)變;另一方面,域內(nèi)石漠化發(fā)生以中度為主,封山管護、育林(草)和人工造林等林草恢復措施對重度以下石漠化植被覆蓋率和基巖裸露率有較顯著影響,可使中度以下石漠化直接向非石漠化土地轉(zhuǎn)變。

表3 貴州省北盤江流域2010—2019年石漠化類型轉(zhuǎn)移矩陣

圖2 2010—2019年不同類型石漠化轉(zhuǎn)移面積比例

(2)潛在石漠化主要由中度、輕度石漠化轉(zhuǎn)入,轉(zhuǎn)出多為非石漠化,表示治理取得成效。

(3)輕度石漠化轉(zhuǎn)出面積為445.70 km2,主要向潛在石漠化轉(zhuǎn)變;轉(zhuǎn)入面積為400.95 km2,主要由中度石漠化轉(zhuǎn)入。輕度石漠化轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出面積之比接近1,由此可見研究區(qū)輕度石漠化總體面積雖穩(wěn)定,但是內(nèi)部轉(zhuǎn)換劇烈。

(4)中度石漠化轉(zhuǎn)出面積為881.73 km2,主要向潛在和輕度石漠化轉(zhuǎn)變;轉(zhuǎn)入面積為254.96 km2,主要轉(zhuǎn)入石漠化類型是重度石漠化,其次是潛在石漠化。

(5)重度石漠化轉(zhuǎn)出面積為384.78 km2,主要向中度和潛在石漠化轉(zhuǎn)變,各占轉(zhuǎn)出面積的43.90%、37.20%;轉(zhuǎn)入面積為82.07 km2,主要由極重度石漠化轉(zhuǎn)入,占轉(zhuǎn)入面積的80.87%。重度石漠化較難治理,由重度石漠化直接轉(zhuǎn)變?yōu)闈撛谑娣e占比可見,對該類石漠化治理的力度較大,治理成效顯著。

(6)極重度石漠化轉(zhuǎn)出面積為99.10 km2,主要轉(zhuǎn)變?yōu)橹囟仁?轉(zhuǎn)入面積為1.44 km2,主要以重度石漠化轉(zhuǎn)入為主。極重度石漠化極難治理,從其轉(zhuǎn)出情況可見,極重度石漠化的治理成效較顯著。從轉(zhuǎn)入情況看,存在少量治理難度大、石漠化極端惡化情況。

2.1.2 石漠化空間變化

流域石漠化分布空間上,以北部、東北及中部為主;重度、極重度以北部、東南部、中部和南部居多,較2010年,2019年重度及以上石漠化在北部、東部明顯減少(圖3)。

圖3 貴州省北盤江流域石漠化空間分布

依據(jù)《巖溶地區(qū)石漠化調(diào)查技術(shù)規(guī)定(2021年修訂)》,針對土地石漠化狀況之間以及石漠化發(fā)生程度之間的相互轉(zhuǎn)換,將石漠化演變類型分為明顯改善、輕微改善、穩(wěn)定、退化加劇和退化嚴重加劇5個類型。具體分類標準為：石漠化狀況或石漠化程度順向(逆向)演變2級或者2級以上為明顯改善(退化嚴重加劇);植被狀態(tài)輕微改善(退化)或石漠化程度順向(逆向)演變一級為輕微改善型(退化加劇);石漠化狀況與石漠化程度均沒有發(fā)生變化為穩(wěn)定。

由圖4,從空間分布上看：①流域2010—2019年石漠化明顯改善區(qū)域主要集中在流域東部;嚴重退化加劇區(qū)域主要分布在南部;在北部既有石漠化明顯改善區(qū)域,也有嚴重退化加劇區(qū)域。②石漠化以穩(wěn)定為主,其次是輕微改善型,零散分布退化加劇類型。結(jié)合具體數(shù)值,貴州省北盤江流域2010—2019年石漠化變化類型按面積排序為：穩(wěn)定型>輕微改善>明顯改善>退化嚴重加劇>退化加劇。石漠化變化穩(wěn)定型主要以非石漠化和潛在石漠化穩(wěn)定為主;明顯改善與輕微改善類型主要以輕度與中度石漠化改善為主,輕度與中度石漠化是研究區(qū)土地石漠化發(fā)生的主要類型,且具有一定的土層厚度,有利于植被生長。植被恢復工程是改善該類石漠化最有效直接的方式,如退耕還林還草工程能直接將旱地變?yōu)榱值亍⒉莸?人工造林等工程措施能較大程度提高草地、疏林地、低覆蓋度灌叢的植被覆蓋率。此外,認為干熱強度減弱時,輕度與中度石漠化也能夠自然恢復,阻止石漠化發(fā)育。退化嚴重加劇變化類型主要發(fā)生在潛在石漠化土地上,且分布零散,因為該類土地較為穩(wěn)定,受自然等因素的影響較小,其退化主要是受到強烈的毀林、毀草以及不合適的經(jīng)營管理等人為干擾。退化加劇型面積最小,主要以輕、中度石漠化變化為主,域內(nèi)主要在輕、中度石漠化土地開展石漠化治理措施,治理過程中治理措施的不當以及自然災害的發(fā)生,易導致該類石漠化發(fā)生惡化。

圖4 貴州省北盤江流域2010—2019年石漠化變化類型

表4 不同坡度石漠化變化

2.1.3 石漠化在不同地域維度中的變化

2.1.3.1 不同坡度的變化

據(jù)表4可知,石漠化主要發(fā)生在5°～25°之間,在各坡度范圍所有石漠化類型的發(fā)生總體減少,且在5°～25°坡度范圍減少面積較大,在25°～45°減小幅度較大。結(jié)果表明,治理工程特別是退耕還林工程實施后,石漠化發(fā)生程度變低、范圍更小,可控性增強。

2.1.3.2 不同海拔的變化

表5顯示,84%以上的石漠化發(fā)生在1 000 m以上,非、潛在石漠化及已發(fā)生石漠化區(qū)域各等級石漠化面積分布規(guī)律相似,均在1 800 m以上達到最值。所有海拔梯度上,均為非、潛在面積增加,中度石漠化、重度、極重度石漠化面積降低,輕度則僅為1 200～1 800 m區(qū)域增加。說明石漠化治理工程總體降低了擾動強度,這一規(guī)律與海拔的內(nèi)在關(guān)聯(lián)程度較小。

表5 不同海拔石漠化面積的變化

2.2 石漠化治理成效分析

貴州省北盤江流域是貴州省石漠化較為嚴重的區(qū)域之一,域內(nèi)發(fā)育典型巖溶峽谷地貌。研究時段內(nèi),域內(nèi)石漠化面積明顯減少,程度明顯減輕,綜合治理成效顯著。這是域內(nèi)采取工程治理、植樹造林、退耕還林等林草植被恢復措施,結(jié)合因地制宜的石漠化治理模式,以小流域為單元綜合治理的結(jié)果。

其中,域內(nèi)輕度、中度石漠化明顯改善,非、潛在石漠化轉(zhuǎn)入面積中,由輕、中度石漠化轉(zhuǎn)入占81.16%,林草植被恢復是石漠化得到有效治理的主要原因。據(jù)省林業(yè)局發(fā)布的全省各地2019年森林覆蓋率情況顯示,覆蓋流域面積最大的黔西南州,森林覆蓋率增速排列全省前列,2019年達61.17%;流域覆蓋面積最大的六盤水市(60%以上國土面積在北盤江流域內(nèi)),通過實施國土綠化,截止2019年森林覆蓋率從2010年的37%增加到62%。域內(nèi)重、極重度石漠化主要分布在中部和北部,且減幅較大,分別為27.08%、44.55%。中、北部有著典型的巖溶峽谷地貌,石漠化治理主要依托封山育林、人工造林項目,采用“花江模式”“關(guān)嶺模式”“頂壇模式”等為代表的多種典型石漠化治理模式,以小流域為單元進行[14-17]。如中部石漠化程度較深的關(guān)嶺縣,據(jù)其政府部門公開資料,2008年以來,在花江大峽谷沿線涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)實施了木工、花戛、文山等小流域石漠化治理項目;同時,依托多項造林項目,因地制宜種植皇竹草和花椒等來鞏固北盤江流域的生態(tài)系統(tǒng),共治理巖溶面積240.89 km2,石漠化面積136.36 km2,在提高北盤江流域環(huán)境綠化率的同時也增加了該區(qū)域的人均收入。此外,域內(nèi)石漠化面積在坡度為25°～45°范圍減幅最大,這與退耕還林成效相契合。2014年新一輪退耕還林開啟,全省新一輪退耕還林近10 000 km2,貴州省側(cè)重點轉(zhuǎn)到經(jīng)濟林上,較大程度提高農(nóng)民收入,減輕了石漠化土地的經(jīng)濟負擔[18]。多項研究結(jié)果表明,退耕還林政策對遏止喀斯特區(qū)域石漠化進程有積極作用,明顯提高了石漠化區(qū)域植被覆蓋度[19-20]。

綜上,域內(nèi)多地將石漠化治理與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相結(jié)合的“造血”式治理新路,結(jié)合發(fā)展林下經(jīng)濟、退耕還林等政策措施,石漠化發(fā)展趨勢得到遏制,生態(tài)環(huán)境得到恢復與改善,經(jīng)濟效益不斷顯現(xiàn),得到當?shù)孛癖姷慕蛹{,更好地為域內(nèi)石漠化治理調(diào)動了群眾積極性。

從石漠化現(xiàn)狀來看,未來域內(nèi)石漠化治理重點仍然是輕度石漠化和中度石漠化區(qū)域,退化加劇和退化嚴重加劇并存,這說明石漠化防和治需要兩手一起抓。域內(nèi)高陡區(qū)域石漠化發(fā)生率高,發(fā)生程度深,退耕還林工程針對坡度在>25°范圍的石漠化治理起到了積極作用,但在5°～25°坡度范圍內(nèi)石漠化面積大,輕、中度石漠化面積占比高,針對這一區(qū)域,需進一步優(yōu)化退耕還林坡度范圍,加大治理力度。域內(nèi)高海拔范圍內(nèi)石漠化面積大,治理也更為艱難,但從這一區(qū)域石漠化面積變化情況看,針對這一區(qū)域石漠化治理成效顯著。筆者認為,隨著石漠化防治工程的推進,域內(nèi)宜林荒山荒地將呈減少趨勢,新一輪石漠化綜合治理的重心應(yīng)該放在提高林木質(zhì)量、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上,并依靠科技進步,大力推廣和應(yīng)用先進實用的技術(shù)和模式,提高治理成效。此外,還需更大力度推動當?shù)厝罕妳⑴c到治理和保護中來,以恢復生態(tài)為基礎(chǔ),改善民生為目的,將石漠化綜合治理與鄉(xiāng)村振興相結(jié)合。

3 結(jié) 論

貴州省北盤江流域近10 a石漠化面積明顯減少,石漠化程度減輕,變化范圍有明顯空間分異規(guī)律,治理成效顯著,具體研究結(jié)論如下：

(1)10 a綜合治理以來,貴州省北盤江流域石漠化面積明顯減少,減少面積為1 071.89 km2,占域內(nèi)喀斯特面積比例從41.14%降至33.20%,主要以中度、重度石漠化減少為主。

(2)石漠化變化類型中,明顯改善型主要以輕度與中度石漠化改善為主,退化嚴重加劇型以潛在石漠化退化為主;空間分布上明顯改善型分布廣泛,退化嚴重加劇型分布零散。

(3)從坡度看,石漠化集中發(fā)生在5°～25°范圍,在25°～45°坡度范圍減少幅度較大;從海拔看,各海拔梯度中、重、極重度石漠化均減少,輕度在海拔1 200～1 800 m范圍略有增加。

(4)貴州省北盤江流域內(nèi)采取的工程治理、植樹造林、退耕還林等林草植被恢復措施,結(jié)合因地制宜的石漠化治理模式,使石漠化面積明顯減少,程度減輕,10 a石漠化綜合治理成效顯著。