人為干預(yù)對石漠化治理過程中生態(tài)系統(tǒng)健康的影響

陳圣子, 周忠發(fā), 閆利會

(1.貴州師范大學(xué) 喀斯特研究院, 貴陽 550001; 2.貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 貴陽 550001)

?

人為干預(yù)對石漠化治理過程中生態(tài)系統(tǒng)健康的影響

陳圣子1,2, 周忠發(fā)1,2, 閆利會1,2

(1.貴州師范大學(xué) 喀斯特研究院, 貴陽 550001; 2.貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 貴陽 550001)

人為干預(yù)是推動生態(tài)系統(tǒng)正向演替的動力，探索人為干預(yù)作用于生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)制對退化生態(tài)系統(tǒng)的改善具有重大意義。以花江石漠化綜合治理示范區(qū)為例，采用GIS空間分析方法，探索了2000—2010年石漠化治理過程中生態(tài)系統(tǒng)健康演變特征，進(jìn)一步探討了人為干預(yù)對石漠化治理過程中生態(tài)系統(tǒng)健康的影響。結(jié)果表明：(1) 石漠化治理過程中生態(tài)系統(tǒng)健康整體上呈改善趨勢，病態(tài)、不健康和亞健康等級相互轉(zhuǎn)換最為激烈；其中亞健康等級轉(zhuǎn)移最為明顯，占總轉(zhuǎn)移面積的38.05%；(2) 生態(tài)系統(tǒng)健康變化呈時空分異特征，生態(tài)系統(tǒng)健康不變區(qū)面積所占總面積比例最大，為66.75%，遍布花江示范區(qū)絕大部分區(qū)域，生態(tài)系統(tǒng)健康持續(xù)好轉(zhuǎn)區(qū)主要分布在石漠化綜合治理的村組，局部人為干擾強(qiáng)烈地區(qū)出現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)惡化或反復(fù)多變；(3) 不同石漠化綜合治理工程對生態(tài)系統(tǒng)健康的影響不同，其改善比例依次為：封山育林>坡改梯>經(jīng)果林>水保林>防護(hù)林>人工種草。

喀斯特石漠化; 人為干預(yù); 生態(tài)系統(tǒng)健康; 治理過程; 斑塊

石漠化已成為我國西南喀斯特山區(qū)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙，人類不合理的經(jīng)濟(jì)活動使較為敏感的喀斯特生態(tài)系統(tǒng)更加脆弱。近年來，西南地區(qū)喀斯特石漠化在黨中央、國務(wù)院的高度重視下，石漠化地區(qū)實(shí)施重大生態(tài)修復(fù)工程，增強(qiáng)生態(tài)產(chǎn)品生產(chǎn)能力，推進(jìn)石漠化、水土流失綜合治理，石漠化綜合治理所產(chǎn)生的生態(tài)效益也日益顯著。越來越多生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的專家和學(xué)者日益關(guān)注人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)制和作用規(guī)律，維護(hù)區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。20世紀(jì)80年代以來，由于全球氣候變化和人地矛盾日益突出，生態(tài)系統(tǒng)健康研究備受人們關(guān)注，國內(nèi)外研究主要集中于相關(guān)概念、研究尺度和評估研究等方面的探討，生態(tài)系統(tǒng)健康評估逐漸應(yīng)用于森林[1]、濕地[2-3]、流域[4-5]、消落帶[6]、農(nóng)業(yè)[7]、礦區(qū)[8]、城市[9]等自然生態(tài)系統(tǒng)中。Schaeffe等[10]首次從測度的角度探討了生態(tài)系統(tǒng)健康。David等[11]從活力(Vigor)、組織(Organization)和恢復(fù)力(Resilience)三個方面研究生態(tài)系統(tǒng)健康。“水生生態(tài)系統(tǒng)健康與管理協(xié)會”，從整體性、系統(tǒng)性和綜合性角度探討保護(hù)、規(guī)劃和管理全球的水生資源健康等問題。“國際生態(tài)系統(tǒng)健康學(xué)會”(International Society for Ecosystem Health，簡稱ISEH)在全球展開了生態(tài)系統(tǒng)健康的基本理論與方法的研究，集中探討“人與生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系、生態(tài)健康評估、生態(tài)系統(tǒng)健康政策等。“千年生態(tài)系統(tǒng)評估”(Millennium Ecosystem Assessment，簡稱MA)從生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉的聯(lián)系來認(rèn)識和研究生態(tài)系統(tǒng)健康和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

生態(tài)系統(tǒng)具有動態(tài)演變的特征，而目前多數(shù)研究為某一時間的靜態(tài)研究，靜態(tài)研究很難發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)健康的變化趨勢及規(guī)律。建立一個完整的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)并對其進(jìn)行診斷及預(yù)測，是生態(tài)系統(tǒng)健康診斷的一個重要方面。喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)在眾陸地生態(tài)系統(tǒng)中較為敏感[12]，研究主要集中在干擾生態(tài)系統(tǒng)[13-15]與退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建[16-17]，在喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)研究中，人類活動是影響生態(tài)系統(tǒng)變化的重要因素。本文運(yùn)用3S技術(shù)，通過獲取2000—2005—2010年的遙感影像數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，以花江示范區(qū)為例，對石漠化治理過程中的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行長期的定量研究，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)石漠治理過程中生態(tài)系統(tǒng)健康的變化趨勢及規(guī)律，并運(yùn)用GIS空間分析方法分析人為干預(yù)對石漠化治理過程中生態(tài)系統(tǒng)健康的影響，探索出喀斯特石漠化治理過程中生態(tài)系統(tǒng)健康的時空動態(tài)變化規(guī)律及人為干預(yù)對生態(tài)系統(tǒng)健康變化的影響，從而更好地改善喀斯特石漠化地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)，對西南喀斯特地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1　研究區(qū)概況

關(guān)嶺—貞豐花江石漠化綜合治理示范區(qū)是喀斯特干熱河谷生態(tài)環(huán)境的典型代表，位于貴州西南部，關(guān)嶺縣與貞豐縣之間的北盤江花江峽谷兩岸，105°36′30″—105°46′30″E，25°39′13″—25°41′00″N。轄北盤江鎮(zhèn)的擦爾巖、云洞灣、水淹壩村和板貴鄉(xiāng)的木工、三家寨、孔落箐、壩山村共7個行政村以及花江鎮(zhèn)五里村的法郎、干耳盤2個村民組。示范區(qū)總面積5 161.65 hm2，結(jié)合實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計得出，2013年，示范區(qū)人口達(dá)9 030人，主要分布在擦爾巖、云洞灣、三家寨、木工等地；地勢起伏大，相對高差1 000 m，年均溫18.4℃，年均降水量1 100 mm；土壤以石灰土為主，表現(xiàn)出連續(xù)性極差的特點(diǎn)；喀斯特地貌極為發(fā)育，地表破碎，以中—強(qiáng)度石漠化為主，石漠化面積1 351.99 hm2，占示范區(qū)喀斯特總面積的29.79%[18]。在九五、十五、十一五期間，構(gòu)建了喀斯特高原峽谷中—強(qiáng)度石漠化環(huán)境生態(tài)建設(shè)循環(huán)經(jīng)營綜合治理模式與技術(shù)集成，通過開展坡耕地綜合治理模式、特色經(jīng)濟(jì)林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式和庭園生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式等，極大改善了示范區(qū)內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境。

2　數(shù)據(jù)與方法

2.1數(shù)據(jù)來源與處理

遙感影像為2000年、2005年和2010年的ETM，TM，AlOS遙感影像。首先將多光譜數(shù)據(jù)和全色數(shù)據(jù)進(jìn)行正射校正，然后進(jìn)行單波段影像合成假彩色影像，進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和影像鑲嵌，最后通過花江示范區(qū)邊界矢量層裁剪得到各年份的遙感影像；氣象數(shù)據(jù)來源于貴州省氣象信息中心和安置在花示范區(qū)的便攜式自動氣象站，利用ArcGIS的空間插值工具，得到氣象柵格數(shù)據(jù)；社會經(jīng)濟(jì)與人文數(shù)據(jù)來源于典型農(nóng)戶的追蹤調(diào)查；地貌與巖性數(shù)據(jù)(1∶5萬)來源于關(guān)嶺—貞豐地區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)圖(圖幅編號為：G-48-XXⅡ)；坡度(1∶1萬)來自區(qū)域地形圖。石漠化綜合治理工程數(shù)據(jù)來源于《點(diǎn)石成金——貴州石漠化治理技術(shù)與模式》和實(shí)地調(diào)查補(bǔ)充數(shù)據(jù)。

2.2診斷與分析方法

診斷指標(biāo)。喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)健康是一個區(qū)域復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、層次多變、子系統(tǒng)之間既有相互作用，又有相互間的輸入和輸出[19-20]。為滿足指標(biāo)體系的完備性、針對性原則和數(shù)據(jù)的可獲得性，從生態(tài)環(huán)境支撐系統(tǒng)、資源環(huán)境支撐系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)支撐系統(tǒng)三方面選擇15項(xiàng)診斷指標(biāo)，運(yùn)用層次分析法并結(jié)合專家咨詢確定權(quán)重，根據(jù)影響石漠化地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的程度差異，結(jié)合專家意見，分級量化不同的診斷因子，并賦予一定等級指數(shù)(表1)，使整個診斷指標(biāo)體系的量化值無量綱化。

表1　石漠化地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康診斷指標(biāo)體系、權(quán)重和分級標(biāo)準(zhǔn)

注：表格整理自參考文獻(xiàn)[21]。

生態(tài)系統(tǒng)健康診斷。立足于喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)健康要素以及各要素間的相互關(guān)系[22]，為定量診斷石漠化地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，運(yùn)用多級加權(quán)求和的方法并通過石漠化生態(tài)系統(tǒng)的健康指數(shù)(FEHI)來表達(dá)，其診斷模型為：

式中：FEHI——石漠化地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康診斷綜合指數(shù)；m——診斷組指標(biāo)數(shù)；n——每診斷指標(biāo)組下指標(biāo)種指標(biāo)數(shù)；Wij——指標(biāo)權(quán)重；Kij——第j指標(biāo)第i樣本原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的值。

本文將GIS空間分析方法運(yùn)用于人為干預(yù)與石漠化治理過程中生態(tài)系統(tǒng)健康狀況定量研究，探討人為干預(yù)對生態(tài)系統(tǒng)健康的影響。以生態(tài)系統(tǒng)健康的15個診斷指標(biāo)和總生態(tài)系統(tǒng)健康結(jié)果共16個測評指標(biāo)為數(shù)據(jù)層，根據(jù)區(qū)域特征和數(shù)據(jù)的可獲取性，選取石漠化綜合治理工程為人為干預(yù)數(shù)據(jù)層，進(jìn)行GIS空間分析。

3　結(jié)果與分析

3.1生態(tài)系統(tǒng)健康類型轉(zhuǎn)移分析

2000年、2005年、2010年的花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康診斷結(jié)果如圖1所示。總體上看，花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康在2000—2010年期間呈現(xiàn)出好轉(zhuǎn)趨勢。很健康的區(qū)域不存在；健康的區(qū)域持續(xù)上升了4.48%；亞健康的區(qū)域持續(xù)上升了10.62%。另一方面，不健康的區(qū)域所占面積比例呈明顯下降趨勢，所占比例由2000年的40.42%下降到2 010的34.79%，病態(tài)的區(qū)域則由2000年的22.56%下降到2010年13.09%。這表明2000—2010年間花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況有緩慢改善的趨勢，但整體上仍不容樂觀。

為了解不同生態(tài)系統(tǒng)健康各等級相互轉(zhuǎn)化的具體情況，運(yùn)用ArcGIS10.1軟件對2000年、2005年和2010年花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康數(shù)據(jù)(附圖3)進(jìn)行空間統(tǒng)計分析，經(jīng)處理得到生態(tài)系統(tǒng)健康轉(zhuǎn)移矩陣(表2)。

2000—2005年花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康等級發(fā)生轉(zhuǎn)換的面積共有1 656.9hm2，占示范區(qū)總面積的32.35%。其中以病態(tài)、不健康和亞健康的相互轉(zhuǎn)換最為激烈；5a內(nèi)，不健康和亞健康相互轉(zhuǎn)換面積最大，為855.1hm2，占總轉(zhuǎn)化面積的52.6%，其余各生態(tài)系統(tǒng)健康等級的轉(zhuǎn)換程度比較微弱。主要是由于近些年封山育林、防護(hù)林、坡耕地等石漠化綜合治理措施的治理效果，改善了花江示范區(qū)的生態(tài)環(huán)境，緩解了人地矛盾，其余各生態(tài)系統(tǒng)健康等級的轉(zhuǎn)換比較微弱，但是病態(tài)等級也有2.3hm2轉(zhuǎn)化成健康等級，生態(tài)系統(tǒng)健康演變速度不會如此迅速，究其原因是由于居民用地、工礦用地、交通用地和部分坡改梯工程實(shí)施造成的，改變原本的土地利用類型，使生態(tài)系統(tǒng)等級轉(zhuǎn)為健康等級。

圖1　花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康診斷結(jié)果

2005—2010年花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康等級發(fā)生轉(zhuǎn)換的面積有1 941.4hm2，占示范區(qū)總面積的37.9%，與2000—2005年相比，轉(zhuǎn)化強(qiáng)度增強(qiáng)了5.6%。其中，不健康等級向亞健康等級轉(zhuǎn)化為主導(dǎo)，轉(zhuǎn)化715.9hm2，占這一階段發(fā)生轉(zhuǎn)化總面積的36.9%。病態(tài)等級轉(zhuǎn)向其他健康等級面積相對于2000—2005年增加了89.1hm2，是因?yàn)殡S著石漠化綜合治理程度日漸深入，花江示范區(qū)生態(tài)環(huán)境逐年改善，原本屬于病態(tài)等級逐漸向亞健康、健康等級轉(zhuǎn)移。

10a間，花江示范區(qū)亞健康等級面積變化最大，增加了544.48hm2，其中2005—2010年增加349.73hm2，占總轉(zhuǎn)移面積的64.23%；其次為病態(tài)等級共減少了484.79hm2，前階段減少58.5%，后階段增加41.5%。其他生態(tài)系統(tǒng)健康等級的面積沒有發(fā)生太大變化，不健康、健康等級面積分別改變288.75，229.71hm2，占總轉(zhuǎn)化面積的18.6%，14.8%。

3.2生態(tài)系統(tǒng)健康時空分異

生態(tài)系統(tǒng)健康變化是自然和人文共同作用的結(jié)果，其演替方式復(fù)雜多樣，基于斑塊的生態(tài)系統(tǒng)健康動態(tài)變化角度分析，生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展/逆轉(zhuǎn)的變化面積為監(jiān)測期末的生態(tài)系統(tǒng)健康面積與監(jiān)測初期的生態(tài)系統(tǒng)健康面積差值，當(dāng)值大于0時，生態(tài)系統(tǒng)為正向演變，當(dāng)值小于0時，生態(tài)系統(tǒng)為逆向演變；按照生態(tài)環(huán)境演替規(guī)律，將生態(tài)系統(tǒng)健康的時空演變概括為不變型、持續(xù)好轉(zhuǎn)型、反復(fù)變化性、持續(xù)惡化型4種方式。(1) 不變型。即生態(tài)系統(tǒng)健康等級沒有發(fā)生變化。(2) 持續(xù)好轉(zhuǎn)型。指生態(tài)系統(tǒng)健康等級的正向演替過程，在這種生態(tài)系統(tǒng)健康的演替過程中，生態(tài)系統(tǒng)有所改善，結(jié)構(gòu)與功能有所完善，人地關(guān)系逐步和諧；(3) 反復(fù)變化型。指生態(tài)系統(tǒng)健康等級反復(fù)發(fā)生變化，在石漠化治理過程中，生態(tài)系統(tǒng)時好時壞，喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定；(4) 持續(xù)惡化型。指生態(tài)系統(tǒng)健康等級的逆向演替，在演替過程中，生態(tài)系統(tǒng)不斷惡化，結(jié)構(gòu)與功能退化，石漠化生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與治理力度需要加大。

表2　花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康轉(zhuǎn)移矩陣　hm2

花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康變化呈現(xiàn)出顯著的空間分異特征(附圖3)。在2000—2005年、2005—2010年和2000—2010年3個階段中，生態(tài)系統(tǒng)健康不變區(qū)面積分別是4 244.14 hm2，4 118.81 hm2，3 445.20 hm2，生態(tài)系統(tǒng)健康持續(xù)好轉(zhuǎn)區(qū)面積分別是760.71 hm2，927.73 hm2，1 156.53 hm2，生態(tài)系統(tǒng)健康持續(xù)惡化區(qū)面積分別是156.80 hm2，115.11 hm2，198.75 hm2(圖2)。生態(tài)系統(tǒng)健康不變區(qū)面積所占比例最大，示范區(qū)絕大部分地區(qū)都屬于此種區(qū)域，但所占面積比例呈下降趨勢，由于脆弱的喀斯特石漠化環(huán)境是生態(tài)系統(tǒng)的自然背景，生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建仍是一個漫長而艱辛的過程。生態(tài)系統(tǒng)健康持續(xù)好轉(zhuǎn)區(qū)逐年增加，主要分布在水熱條件較好的非喀斯特地區(qū)、峰叢洼地、峰叢谷地以及石漠化綜合治理工程布置的地區(qū)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能逐步得到完善，生態(tài)環(huán)境逐步恢復(fù)，人地關(guān)系基本和諧，生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)系統(tǒng)健康持續(xù)惡化區(qū)所占比例雖然較小，但仍然不容忽視。其主要分布在人口密集的居民點(diǎn)、交通用地以及擦爾巖村的部分村民組，由于大量開采石場出現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)健康持續(xù)惡化的現(xiàn)象。2000—2010年的生態(tài)系統(tǒng)健康改善區(qū)面積并不等于2000—2005年和2005—2010年的生態(tài)系統(tǒng)健康改善區(qū)面積之和，而是出現(xiàn)反復(fù)多變區(qū)，反復(fù)多變區(qū)高達(dá)361.17 hm2，反復(fù)多變區(qū)呈零星狀分布，與生態(tài)系統(tǒng)健康不變區(qū)與生態(tài)系統(tǒng)健康持續(xù)好轉(zhuǎn)區(qū)鑲嵌在一起，這進(jìn)一步印證了在喀斯特脆弱的生態(tài)環(huán)境下，喀斯特生境極易受到人類活動的干擾和破壞，而且一旦破壞極難恢復(fù)。石漠化治理是一個漫長的過程，不是一蹴而就的，中間還會出現(xiàn)一些反復(fù)。

生態(tài)系統(tǒng)健康變化的時空分異特征與生態(tài)系統(tǒng)健康本身的時空分異特征并不相同。2000—2005年，擦耳巖村西部和云洞灣村南部的峰叢洼地、峰叢谷地和三家寨村、孔落箐村石漠化綜合治理工程地區(qū)以及非喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康逐漸好轉(zhuǎn)，擦爾巖村北部、交通用地，采石場生態(tài)系統(tǒng)健康逐漸惡化。2005—2010年相比2000—2005年花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康好轉(zhuǎn)區(qū)增加了167.02 hm2，而生態(tài)系統(tǒng)健康惡化區(qū)面積則減少了41.69 hm2。這與農(nóng)村落后的生產(chǎn)方式得到調(diào)整，石漠化綜合治理工程效果逐漸顯現(xiàn)相關(guān)。

圖2　不同時期花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康動態(tài)變化統(tǒng)計

3.3人為干預(yù)對喀斯特石漠治理過程中生態(tài)系統(tǒng)健康的影響

3.3.1喀斯特石漠化綜合治理過程中人為干預(yù)方式人為干預(yù)對喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的影響類型主要體現(xiàn)在喀斯特石漠化綜合治理工程。國家“九五”、“十五”、“十一五”和“十二五”科技攻關(guān)項(xiàng)目均把花江石漠化綜合治理區(qū)作為主要研究示范區(qū)，先后有大批科技人員前往此區(qū)進(jìn)行科學(xué)研究和指導(dǎo)，因地制宜地采用坡耕地綜合整治及特色經(jīng)濟(jì)林種植等模式與技術(shù)體系，進(jìn)行了封山育林、特色經(jīng)濟(jì)林、農(nóng)田水利建設(shè)等試驗(yàn)示范，依次建立強(qiáng)度、中度、輕度、潛在石漠化治理示范小區(qū)，以及參與式農(nóng)村發(fā)展社區(qū)、水資源開發(fā)利用與節(jié)水農(nóng)業(yè)示范小區(qū)，并在小流域尺度研究工程空間上優(yōu)化組合配套和綜合治理。石漠化綜合治理工程的興建從空間形態(tài)上可分為點(diǎn)狀、線狀和斑塊狀的防治工程。如小水池、沉沙池、攔沙壩等點(diǎn)狀工程；排澇渠、機(jī)耕道、田間生產(chǎn)道路等線狀工程；相鄰點(diǎn)狀工程擴(kuò)展連接、鑲嵌形成大的集群或斑塊，如防護(hù)林、水土保持林、特色經(jīng)果林等(表3)。

表3　花江示范區(qū)石漠化綜合防治工程建設(shè)內(nèi)容

3.3.2人為干預(yù)對生態(tài)系統(tǒng)健康的影響由于石漠化綜合治理點(diǎn)、線工程絕大部分都是和面狀工程相配套的工程，而且多數(shù)分布在面狀工程內(nèi)部。因此，在研究人為干預(yù)中用石漠化綜合治理面狀工程代替了整個系統(tǒng)治理工程。將花江示范區(qū)石漠化綜合治理工程布置圖與2000—2010年花江示范區(qū)喀斯特生態(tài)系統(tǒng)健康動態(tài)變化圖進(jìn)行空間疊加分析，統(tǒng)計分析兩者耦合數(shù)據(jù)得出：對比有無石漠化綜合治理工程措施下花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的改善狀況，實(shí)施工程區(qū)明顯高于無工程區(qū)，高40.57%，說明石漠化綜合治理工程對改善生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定的成效。為進(jìn)一步探究不同石漠化治理工程措施下花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的改善狀況(表4，圖3)，生態(tài)系統(tǒng)健康改善比例依次為：封山育林>坡改梯>經(jīng)果林>水保林>防護(hù)林>人工種草。這直接證明了在恢復(fù)石漠化生態(tài)系統(tǒng)過程中，石漠化綜合治理工程產(chǎn)生了明顯的生態(tài)效應(yīng)，這是喀斯特人文社會響應(yīng)的重要表現(xiàn)，也是石漠化綜合治理效果的重要反映。

表4　花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康面積變化　hm2

注：改善比例即生態(tài)系統(tǒng)健康改善區(qū)占相應(yīng)分類的總面積的比。

圖3　不同石漠化治理措施下花江示范區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康改善比例統(tǒng)計

4　結(jié)論與討論

人為干預(yù)是人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的積極響應(yīng)，研究采用GIS空間疊加分析得到2000—2010年不同生態(tài)系統(tǒng)健康等級的轉(zhuǎn)移流向矩陣，揭示了不健康等級向亞健康等級轉(zhuǎn)移流向最大，主要原因是石漠化綜合治理的實(shí)施改善了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)健康狀況；同時有部分病態(tài)等級轉(zhuǎn)化成健康等級，是由于人類活動改變原本的土地利用類型，使生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為健康狀態(tài)，這與實(shí)地調(diào)查結(jié)果相符；花江示范區(qū)石漠化綜合治理工程分布地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)了持續(xù)好轉(zhuǎn)，但局部地區(qū)如人口分布集中、居民點(diǎn)和交通線路以及采石場附近的區(qū)域由于長期受人類活動的干擾，生態(tài)系統(tǒng)有持續(xù)惡化的趨勢，而生態(tài)系統(tǒng)健康反復(fù)多變區(qū)零星分布在持續(xù)好轉(zhuǎn)區(qū)與持續(xù)不變區(qū)，印證了喀斯特石漠化生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性、不穩(wěn)定性和敏感性；不同石漠化綜合治理工程對喀斯特生態(tài)系統(tǒng)健康改善由好到差依次是封山育林、坡改梯、經(jīng)果林、水保林、防護(hù)林、人工種草，其中封山育林的改善效果最為明顯，改善比例已經(jīng)超過60%。研究表明，喀斯特地區(qū)封山育林和坡改梯等石漠化控制措施效果明顯，有利于生態(tài)系統(tǒng)健康的恢復(fù)與可持續(xù)發(fā)展。

文章利用RS和GIS技術(shù)，以斑塊為單位進(jìn)行人為干預(yù)對石漠化治理過程中生態(tài)系統(tǒng)健康的影響具有一定的方法先進(jìn)性，但仍然存在一些問題。生態(tài)系統(tǒng)健康診斷指標(biāo)體系不夠完善，在遙感數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)的獲取和處理過程中，存在不可避免的誤差。另外，人為干預(yù)的方式眾多，但由于獲取相關(guān)數(shù)據(jù)困難，只針對石漠化綜合防治工程對生態(tài)系統(tǒng)健康的影響，石漠化生態(tài)系統(tǒng)健康演變機(jī)理以及生態(tài)系統(tǒng)健康預(yù)警研究需要進(jìn)一步完善。

[1]吳霜,延曉冬,張麗娟.中國森林生態(tài)系統(tǒng)能值與服務(wù)功能價值的關(guān)系[J].地理學(xué)報,2014,69(3):334-342.

[2]彭益書,付培,楊瑞東.草海濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價[J].地球與環(huán)境,2014,42(1):68-81.

[3]王一涵,周德民,孫永華. RS和GIS支持的洪河地區(qū)濕地生態(tài)健康評價[J].生態(tài)學(xué)報,2011,31(13):3590-3602.

[4]王隨繼,閆云霞,顏明,等.皇甫川流域降水和人類活動對徑流量變化的貢獻(xiàn)率分析:累積量斜率變化率比較方法的提出及應(yīng)用[J].地理學(xué)報,2012,67(3):338-397.

[5]朱衛(wèi)紅,曹光蘭,李瑩,等.圖們江流域河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價[J].生態(tài)學(xué)報,2014,34(14):3969-3977.

[6]左奎孟,馬福恒,王長生,等.燕山水庫消落帶生態(tài)系統(tǒng)健康測度和恢復(fù)措施[J].水電能源科學(xué),2013,31(10):136-138.

[7]張良,陳克龍,曹生奎,等.青海東部主要農(nóng)業(yè)區(qū)縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2012,30(1):204-210.

[8]王漢斌,楊鑫.礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的可拓評價[J].煤田地質(zhì)與勘探,2011,39(2):38-41.

[9]陳興鵬,張偉偉,薛冰,等.基于集對分析的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價:以蘭州為例[J].生態(tài)科學(xué),2011,30(2):135-141.

[10]Shugart H H. Terrestrial Ecosystems in changing environments[M]. Cambridge UK: Cambridge University Press,1998.

[11]David J. Rappor T. Symptoms of pathology in the Gulf of Bothnia(Baltic Sea):ecosystem response to stress from human activity [J]. Biological Journal of the Linnean Society,1989,37(2):33-49.

[12]袁道先,蔡桂鴻.巖溶環(huán)境學(xué)[M].重慶:重慶出版社,1988.

[13]張笑楠,王克林,張明陽,等.人類活動影響下喀斯特區(qū)域景觀格局梯度分析[J].長江流域資源與環(huán)境,2009,18(12):1187-1192.

[14]袁菲,張星耀,梁軍.基于干擾的汪清林區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價[J].生態(tài)學(xué)報,2013,33(12):3722-3731.

[15]席海燕,王圣瑞,鄭丙輝,等.流域人類活動對鄱陽湖生態(tài)安全演變的驅(qū)動[J].環(huán)境科學(xué)研究,2014,27(4):398-405.

[16]曹歡,蘇維詞.基于模糊數(shù)學(xué)綜合評價法的喀斯特生態(tài)系統(tǒng)健康評價[J].水土保持研究,2009,16(3):148-154.

[17]任海.喀斯特山地生態(tài)系統(tǒng)石漠化過程及其恢復(fù)研究綜述[J].熱帶地理,2005,25(3):195-200.

[18]熊康寧,陳永畢,陳滸,等.點(diǎn)石成金：貴州石漠化治理技術(shù)與模式[M].貴陽:貴州科技出版社,2011.

[19]朱智洺,馮步云,劉磊.沿海濕地生態(tài)系統(tǒng)健康預(yù)警指標(biāo)體系的設(shè)計[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報,2010,26(5):436-441.

[20]周洪建,王靜愛,岳耀杰,等.人類活動對指標(biāo)退化/恢復(fù)影響的空間格局:以陜西省為例[J].生態(tài)學(xué)報,2009,29(9):4847-4856.

[21]陳圣子,周忠發(fā),閆利會.基于網(wǎng)格GIS的喀斯特石漠化治理過程中生態(tài)系統(tǒng)健康變化診斷[J].中國巖溶,2015,34(3):1-8.

[22]張鳳太,蘇維詞,趙衛(wèi)權(quán),等.基于生態(tài)足跡模型的喀斯特高原山地生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究[J].水土保持通報,2011,31(1):256-261.

Influence of Human Intervention on Ecosystem Health in the Karst Rock Desertification Controlling Process

CHEN Shengzi1,2, ZHOU Zhongfa1,2, YAN Lihui1,2

(1.School of Karst Science, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China; 2.The State KeyLaboratoryIncubationBaseforKarstMountainEcologyEnvironmentofGuizhouProvince,Guiyang550001,China)

Human intervention is the driving force to promote the positive succession of ecological system. To explore the mechanism of human intervention to the ecosystem has the great significance for the improvement of the degraded ecosystem. Taking the demonstration areas of the rock desertification integrated management in Huajiang of Guizhou as an example, using GIS spatial analysis method, we investigated the trend of the ecosystem health evolvement of karst rock desertification controlling process from 2000 to 2010, and deeply explored the main factors influencing the ecosystem health evolvement of karst rock desertification controlling process. The results show that: (1)the ecosystem health presented a trend of improvement in the process of rocky desertification control, Conversion between the morbid, unhealthy and sub-health levels was very intense, among them, the most significance is the level of sub-health, which accounted for 38.05% of the total transfer area; (2) the changes of ecosystem health showed spatial and temporal variation characteristics, the unchanged region of ecosystem health widely distributed in the Huangjiang demonstration area, accounting for 66.75% of the total area, continuous improvement area of ecosystem health mainly distributed in the villages where the rocky desertification control project was carried out, ecosystem heath appeared deterioration or repeated variation in the local strong human disturbance region; (3) the influences of different rocky desertification comprehensive treatment projects on ecosystem health are different, the improvement ratio follows the order: closed forest>slope ladder>planting economic fruit trees>forest for soil and water conservation>protection forests>artificial grass.

karst rock desertification; human intervention; ecosystem health; controlling process; plaque

2015-09-13

2015-10-09

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)課題“人為干預(yù)下喀斯特山地石漠化的演變機(jī)制與調(diào)控”(2012CB723202);貴州省重大應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目“喀斯特石漠化生態(tài)修復(fù)及生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控研究”(黔科合JZ字[2014]200201);國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“喀斯特峰叢洼地地貌形態(tài)耦合模式及機(jī)制研究”(41301504);2012年貴州省國際科際合作計劃“不同生態(tài)恢復(fù)措施干預(yù)下喀斯特石漠化演變及調(diào)控研究”[黔科合外G字(2012)7022號]

陳圣子(1991—)女,湖南祁陽人,碩士研究生,主要從事GIS與生態(tài)環(huán)境。E-mail:shengzi25925@163.com

周忠發(fā)(1969—)男,貴州遵義人,教授，博士生導(dǎo)師,主要從事喀斯特生態(tài)環(huán)境研究。E-mail:fa6897@163.com

X826

A

1005-3409(2016)02-0213-07