不同地貌環境下喀斯特石漠化與土地利用的關系

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 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研究中心，貴州 貴陽550001）

喀斯特發育受地質構造，不同大地構造單元的影響，因構造層分布與褶皺形態及斷裂體系不同，其地形發育及分布規律是不相同的，這導致發育的喀斯特在生態環境因子的組合和質量上有較大的差異，形成了不同的石漠化等級，這是開展治理的重要物質基礎［1－2］。土地石漠化以強烈的人類活動為驅動力。在宏觀尺度上石漠化與巖性具有明顯的相關性，如強度石漠化主要分布在純質碳酸鹽巖地區［3］；不同土地利用方式和植被類型與石漠化等級也具相關性，輕、中度分別以灌叢、中覆蓋度草地為主，強度及極強度石漠化發生在難利用地的比例最高［2－6］。隨著遙感數據精度的提高以及研究的深入，發現某些關于土地利用類型與石漠化發生及等級的認識［2］與實際不吻合。究竟哪些土地利用類型可能發生石漠化、可能發生的等級需要明確，是否存在環境差異性應深究。本文選擇喀斯特高原盆區貴州省清鎮市王家寨小流域、高原山地區七星關區石橋小流域和高原峽谷區貞豐縣查耳巖小流域為研究區，在3S技術支持下，采用遙感影像的光譜特征自動提取和人機交互解譯相結合的方法，獲取研究區土地利用類型與石漠化等級空間分布，從石漠化發生率、等級結構、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律與環境差異特征，以便為該區治理規劃與工程布局提供參考。

1 研究區概況

1.1 王家寨小流域

屬貴州省清鎮市麥翁河支流區，面積2.58km2。區內出露三疊系壟頭組（T2It）和楊柳井組（T2yI）的灰巖和白云巖，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。區內喀斯特作用強烈，裂隙斷裂、地下水通道較發育，地表、地下二元三維空間結構特征明顯，降雨迅速下滲，地表極易發生旱災；而在洪水期因短時間大量降水使得流域內局部地區排水不暢，發生內澇。流域具有亞熱帶高原季風濕潤氣候特征，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%，旱災春寒年發生率高（67%）。據調查統計，2008年流域總人口792人190戶，人口密度357人／km2，人均收入4 352元。其中，外出務工收入占70.21%，整體上經濟發展較好，但無務工收入的家庭貧困程度較深。

1.2 石橋小流域

位于畢節市東南部的鴨池鎮烏江水系白浦河支流區，面積8.42km2。區內三疊系關嶺組（T2g）灰巖廣布，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%，季節性缺水相當嚴重；域內地下管道（暗河）較為發育，地表徑流全部滲入地下，地表缺水嚴重，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。調查統計2008年末流域內總人口4 410人，人口密度高達516人／km2，其中，農業人口占99%；人均純收入2 173元，其中外出務工收入占64%；處于“開墾種玉米—養豬—石漠化”的惡性循環中，生存條件惡劣，貧困趨勢嚴峻。

1.3 查耳巖小流域

位于貴州省貞豐縣北盤江鎮北盤江干流花江峽谷的右岸傾斜大緩坡上，面積16.41km2，為三疊系關嶺組（T2g）和楊柳井組（T2yl）泥晶灰巖分布區，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%；區內垂直方向上裂隙、節理、溶蝕管道十分發育，地表降雨極易快速進入地下深處，難以利用，地表嚴重缺水，80%以上人口飲水困難。經調查2008年流域總人口3 257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之一。

2 數據的獲取與處理

利用研究區域石漠化治理之前，2008年SPOT衛星遙感影像數據（2.5m空間分辨率），石漠化解譯標準根據0.01km2的圖斑中巖石裸露率（%），0.01km2的圖斑中植被＋土被蓋率（%），將石漠化等級分為：無石漠化、潛在石漠化、輕度石漠化、中度石漠化、強度石漠化和極強度石漠化［5］；依據全國土地分類（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（含農村居民地、城鎮用地、公路用地及工礦用地）、荒草地和裸巖地。采用3S技術，通過GPS野外實地建立解譯標志，用遙感影像的光譜特征自動提取和人機交互解譯相結合的方法，同時疊加1∶1萬地形圖，1∶1萬土地利用圖，1∶1萬林業二次調查圖（來源流域所在縣國土、林業局）等圖件綜合分析，最后經過野外實地驗證校正，正確率達到95.6%，建立土地利用與石漠化空間分布及數據庫，再將二者進行疊加分析，得到不同土地利用方式下的石漠化分布，以及不同等級石漠化的土地利用方式。

3 結果分析

3.1 不同地貌環境土地類型構成差異

由表1可知，喀斯特盆地環境中面積占比重在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 不同地貌環境小流域各土地利用類型分布

喀斯特盆地環境34.3%土地為耕地，水田與旱地比重相當。喀斯特山地環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%。喀斯特峽谷環境31.9%土地為耕地，與喀斯特盆地小流域相當，但沒有水田分布。灌木林地在各類環境分布比重在22%～25%，是占比大、環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境有分布，其中后者分布非常少。荒草地和裸巖地各環境中均有分布，其中喀斯特峽谷區2類土地面積比重最大。

3.2 不同地貌環境石漠化土地構成差異

喀斯特盆地環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%；山地環境中以旱地和灌木林地為主，二者占79.5%；峽谷環境中以旱地、灌木林地和荒草地為主，占85.7%。總體上，灌木林地、旱地、天然草地和荒草地是石漠化發生的主要土地利用類型。其中，在3類環境中灌木林地發生石漠化的比重最大（＞23%），是各類環境中石漠化分布的重要土地利用類型。

3.3 不同地貌環境石漠化發生率與強度結構差異

由表2可知，整體上喀斯特峽谷區石漠化發生率最高，達78.6%，其次為喀斯特盆地環境，為49.1%，喀斯特山地環境最低，為48.2%。采用中度及以上石漠化面積比重來衡量石漠化強度（或者退化程度），表現為喀斯特峽谷區石漠化最強，為46.8%，近1／2土地發生了中度及以上石漠化；喀斯特盆地居中，為27.5%，山地環境區最小，為14.2%。相比較，喀斯特峽谷區石漠化面最廣，程度也最深，生態環境退化廣度和程度都是最高的；喀斯特盆地區石漠化廣度和程度均居于中間；山地環境區二者都是最小的。

表2 不同地貌環境小流域各石漠化類型分布

從不同等級石漠化發生情況來看，喀斯特盆地區無石漠化占45.4%，是3類環境中最大的；山地環境居中，為20.4%；峽谷區最小，僅為10.4%。潛在與輕度石漠化發生率呈現喀斯特山地區最高，峽谷區次之，盆地區最低；而中度和強度石漠化表現為喀斯特峽谷區最高，盆地區次之，山地區最低。

3.4 不同土地利用類型的石漠化發生率

3.4.1 旱地 由表3—5可知，喀斯特盆地環境只發生輕度石漠化，發生率較低，僅為4.1%，是3類環境中最低的。其原因為盆地環境洼地底部的耕地基本不會發生石漠化，而分布于峰叢坡地的耕地容易發生石漠化，且已經都是石漠化坡耕地了。喀斯特山地環境石漠化發生率為34.1%，其中，輕度發生率為26.3%，中度、強度分別為6.6%和1.9%，該環境耕地進一步石漠化空間最大，可能性也最高。喀斯特峽谷環境85.7%的耕地發生了石漠化，是3類環境類型中最高的。其中，輕度石漠化區耕地占4.2%，處于中度、強度區的分別占51.1%，18.1%，且有12.3%處在極強度區，退化程度非常驚人。

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

表3 王家寨小流域不同土地利用石漠化發生率 %

表4 石橋小流域不同土地利用石漠化發生率 %

表5 查耳巖小流域不同土地利用石漠化發生率 %

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。喀斯特盆地環境中沒有疏林地分布，在峽谷和山地環境中，疏林地以發生輕度石漠化為主；在山地環境中，天然草地100%發生輕度石漠化，而盆地環境中則以發生中度石漠化為主。

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

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

3.5 不同等級石漠化在各土地類型中的分布

3.5.1 輕度石漠化 喀斯特盆地環境以灌木林地為主，占78.6%；山地環境以旱地和灌木林地為主，分別占41.7%和50.0%；峽谷環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 強度與極強度石漠化 喀斯特盆地環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；山地環境中主要發生在裸巖地中，比重高達83.4%；峽谷環境中強度石漠化以旱地和裸巖地為主，二者之和占91.3%。極強度石漠化只發生在喀斯特峽谷區的少許旱地和裸巖地中（圖1）。

4 不同地貌環境中石漠化治理對策

（1）盡管喀斯特峽谷和盆地環境石漠化擴張空間有限，但其等級強度仍然會加重，應以治理為主。根據環境特點：盆地環境一邊易發生旱災，一邊內澇嚴重，導致基本農田遭受災害，耕作空間不得不向坡地蔓延；壩子地農田水利配套差，生產物資靠人工或牲口運輸，家禽傳統散養破壞了生態環境［7］。治理時應首要解決洼地排澇問題，保護基本農田；開發洼地地下水資源，通過提水至山頂高位調蓄水池，連接管網灌溉，發展城郊生態農業，促進經濟增收，實現區域經濟持續快速發展。峽谷環境地表水稀缺、土地破碎、產量低，水土流失隱患極大，生態環境遭受開墾、薪材砍伐、放牧等多種方式破壞。治理時應以坡面屋頂雨水蓄集、表層喀斯特水聯合開發為核心，解決水資源缺乏問題；溝洼間耕地區域梯化，保住水土，利用干熱河谷氣候優勢，發展特色經濟林木，熱帶水果等，促進全面退耕，將群眾生計壓力轉到依靠生態產業上來，實現生態建設產業化發展。

（2）喀斯特高原山地環境石漠化擴大趨勢最強，在廣度和程度兩個方面都有可能發展，危險性極高，應堅持“防治結合，以防為主”的策略。該環境坡耕地比重大，產量低且不穩定，人口壓力大，過度墾殖破壞生態，尤其導致耕地嚴重石漠化，治理工程應從轉變耕作方式入手。針對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］；在土層相對較厚的坡耕地，將石埂坡改梯和植物籬護埂相結合，進行保土蓄水耕作；在流域下游地勢較平坦區域推廣混農林—草復合經營，短期保障農民基本口糧，并可發展林產業與草地畜牧業，以短養長，長短結合，促進生態建設［9］。

5 結論

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

（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；強度主要為裸巖地。

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

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