興義市喀斯特石漠化演進與開發強度關系研究

劉天友

(黔西南州自然資源局義龍新區分局，貴州 興義 562400)

1 引言

喀斯特石漠化是指在亞熱帶濕潤、熱帶、半濕潤氣候和巖溶非常發達的條件下，由于人類行為活動的干擾，地表植被遭受較為嚴重的破壞，造成地表土壤嚴重侵蝕，巖石大面積裸露以及土地退化的一種極端表現形式[1]。這是2007年國家發改委對石漠化的定義。喀斯特石漠化現在已經是巖溶區域最大的生態環境問題，被稱之為“地球的癌癥”[2]。石漠化是中國西部四大生態環境脆弱帶之一，它是中國西南地區一個重大生態問題。石漠化是以類荒漠景觀為標志的土地退化[3]。裸巖是喀斯特石漠化最醒目的景觀標志，也是遙感調查易于識別的土地類型。研究中關于喀斯特石漠化信息提取及研究，能夠緊密結合地理信息技術的專業知識，運用3S技術，通過在目視解譯的基礎上，利用GIS分析土地利用分布狀況，再對研究區內不同時期石漠化現狀與開發強度之間的關系進行分析研究。

石漠化地區極易發生水旱災害，頻頻出現山體滑坡、山洪、泥石流等自然災害，導致大量的水土流失，陷入劇烈的惡性循環之中，使得當地的林衰、山窮、水枯、土瘦[4]，給當地百姓的生存帶來嚴峻的挑戰，同時，越來越嚴重的生態環境制約了西南喀斯特地區的發展，石漠化區域的生存問題、人口問題、能源問題成為了不可回避的重大難題。中國西南地區脆弱的喀斯特生態系統是經過極其漫長的歷史演化而形成的，它對喀斯特地區石漠化具有極強的控制作用。喀斯特區域不合理的人類活動和極強的人口壓力，使得土地生產能力嚴重退化、水土流失加劇、植被覆蓋度銳減和生態環境急劇惡化，超負荷的社會及經濟壓力是喀斯特區域石漠化最大的驅動力[5]。喀斯特石漠化綜合治理早已成為世界的一個重大生態問題。

對于喀斯特石漠化，海內外學者都做了大量的工作，對石漠化的理解、成因以及防治等方面已經有了不少報道。“喀斯特”一詞是來自于前南斯拉夫的一個地名。喀斯特地貌，又稱之為巖溶地貌[6]。是具有溶蝕能力的水對可溶解性巖石進行溶解等作用所形成的地表及地下形態的總稱。

國內外對于喀斯特環境問題的認識基本上是同步的。自1973年LeGrand在美國《科學》雜志上發表文章指出喀斯特地區旱澇災害、地面塌陷、森林退化、原生環境中的水質等重大生態環境問題[7]以來，從此喀斯特環境問題受到世界各國的普遍關注。1983年，美國科學促進會年會上安排了“喀斯特環境問題”專題討論會,會議中將喀斯特環境劃分為一種極其脆弱的環境[8]。近十多年以來，隨著喀斯特地區石漠化問題日趨加重，國內外對喀斯特區域的研究重心有了比較明顯的變化，從之前的著重地貌變化過程和水文地質過程的研究轉向喀斯特區域的生態系統脆弱性和人類活動的影響、喀斯特區域的生態重建與環境退化的研究。IGCP和UNESCO一起資助的喀斯特區域生態環境的研究計劃[9]，從“水文、地質氣候和喀斯特的形成”“喀斯特生態系統的對比”到“喀斯特的含水層和水資源的全球性對比研究”也同樣反映了這一趨勢[10]。

在國內，對于喀斯特石漠化的研究，有很多學者有著自己的觀點與方法。袁道先[11]通過喀斯特石漠化的概念來反映土壤覆蓋、植被的喀斯特區域轉變成為裸巖喀斯特景觀的過程，同時指出了喀斯特石漠化是中國西南喀斯特區域嚴峻的環境問題，造成了喀斯特區域表面土層的快速貧瘠化。西南地區的喀斯特生態環境的脆弱性是喀斯特石漠化的演變基礎，還包括土地利用規劃、人口壓力、實踐的不合理以及大氣污染等多種因素造成。

屠玉麟[12]提出，喀斯特區域的石漠化問題是指在喀斯特的自然環境下，受到人類不合理的生活、生產活動的破壞造成的巖石大量裸露、生產能力下降、表層土壤嚴重侵蝕等土地退化的過程，最終形成的一種類似于土地荒漠化的土地類型稱為石漠化土地。

王世杰[13]指出，石漠化是指在亞熱帶脆弱的喀斯特生態環境，受到人類不合理生活、生產活動的破壞，導致土層的嚴重破壞，巖石大面積裸露，土地的生產能力急劇下降，土地表面形成類似于荒漠化景觀的土地破壞的過程。

除此之外，胡寶清等[14～17]結合GIS與RS建立了喀斯特石漠化數據庫模型，進行石漠化等級的評價，并指出喀斯特石漠化是在很多復雜的因素的共同作用下發生的，不合理的人類活動是主要因素。熊康寧[3]等通過對比分析貴州省喀斯特區域的石漠化區域以及非石漠化區域的環境、資源與社會經濟，從多個視角揭示石漠化區域的貧困效應，并提出了一系列的石漠化防治的技術與理論。

一些學者還應用遙感技術的方法對石漠化區域的土地植被覆蓋以及土壤性質等指標分析了喀斯特石漠化的演進機制[18～21]。

但是，對于喀斯特地區石漠化的研究與治理，仍存在很多不足，遠不能解決當前的環境問題：

(1) 基礎理論仍落后于實踐活動。現如今，對于石漠化的成因預計科學內涵有著較深的認識，但是對于石漠化的恢復以及人類活動對其的動態驅動機制認知仍然遠遠不夠，對于石漠化的治理，基礎理論落后于實踐活動。

(2) 定量分析不足。對于石漠化的動態驅動機制認知不足，對于時間序列的石漠化動態變化定量分析不足，往往僅僅從側面旁敲側擊，對石漠化的治理及恢復速度造成一定的影響。

(3) 基礎數據的采集工作欠缺。對石漠化的研究分析，一般采用遙感技術大面積收集數據，沒有固定的方法及指標，甚至同一個研究方法不同所得到的結論也不盡相同，不存在可比性，基礎數據的采集有較大的欠缺。

(4) 現有治理模式具有較大的局限。現有石漠化治理模式仍然是以政府為主導的傳統治理模式，具有極強的公共外部性，現如今，在市場經濟體制下，應當積極尋求改革，因地制宜，找到適合各地現狀的治理模式，加快石漠化的恢復速度。

本研究在前人研究的基礎上，通過研究貴州省興義市喀斯特石漠化演進與開發強度之間的關系，能夠更好地探討與分析喀斯特區域人類活動與當地石漠化所存在的聯系，為尋求更好的石漠化防治方法提供一定的依據。

2 研究區概況

貴州省黔西南布依族苗族自治州首府興義市是位于貴州省西南部的縣級市。興義市地處滇、黔、桂三省交界之處，恰好位于云貴高原的東南部向廣西的丘陵地帶過渡的斜坡位置,地形的起伏較大,地勢呈現由西北方向向東南方向逐級遞降的多級臺地。興義市是中國錐型喀斯特地貌發育最為奇特且集中連片分布最為廣泛的地區，以溶洞、瀑布群、泉群、石林、丘峰溶源、鈣華瀑布、峽谷、峰叢、峰林、巖溶洼地、溶斗等景觀組合為特色，組成了獨特迷人的自然景觀。但因為這種喀斯特地貌的大面積分布，使得興義市喀斯特石漠化及其嚴重，造成興義市每年巨大的經濟損失，如今這一嚴重的生態問題，已經成為興義市可持續發展的一大制約因素，不容忽視[22]。

興義市社會經濟在1995～2015年之間總體來說有著較好的發展，GDP曲線呈J形發展，逐年上升，如圖1所示。1995～2015年近20年間，興義市的社會經濟得到了很好的發展，三產比例日趨合理，第二產業與第三產業快速發展，近年來，伴隨著旅游業的發展，第三產業所占比重明顯上升[23]。此外，城鎮居民人均可支配收入和農民人均純收入逐年上升，人民的生活質量有了很大的提升。

圖1 興義市1995～2015年GPD統計

3 數據與方法

3.1 數據來源

研究區遙感影像采用TM(ETM+)影像，并融合相應的SPOT影像，選擇秋冬季影像。特別是冬季，降雨較少，且較少有積雪，樹木雖綠，但雜草枯萎，遙感圖像一般云量較小，極利于石漠化信息的提取[24,25]。時間序列1995～2015年20年間的TM影像選擇五期秋冬季云量少于10%的影像，以1999年興義市“退耕還林”為界限選取五期影像，分別選取1995年、1999年、2004年、2010年、2015年的五期影像，數據通過USGS網站下載獲取，通過ENVI和ArcGIS軟件對TM原始數據進行輻射校正、幾何校正、鑲嵌、裁剪、圖像增強等一系列的預處理，針對處理后的遙感影像進行目視解譯，完成石漠化信息的提取。

研究中對于興義市1995～2015年近20年開發強度評價的數據來自于興義市統計局及遙感圖像的提取，對時間段內興義市開發強度進行分析。

3.2 研究方法

研究通過數據處理分析得到興義市近20年石漠化演進的一般趨勢，同時針對興義市同一時間節點的開發強度進行分析評價，從時間序列里對兩者的變化趨勢作分析，結合國家及當地政府的一些政策及方案實施，分析兩者之間的聯系。

本文對興義市石漠化演進的分析是通過石漠化的時空轉移，以分布形態與面積結合起來進行分析。通過對興義市1995年、1999年、2004年、2010年、2015年五年的TM影像解譯的石漠化相關信息進行分析，作轉移矩陣，得到興義市石漠化演進轉移矩陣。通過對處理結果的進一步分析，可以得到興義市近20年石漠化演進的一般趨勢。

本文對興義市開發強度的分析采用綜合評價法。通過科學的選取評價指標，然后通過各指標獲取的數據進行各指標權重的確定，最后一系列的計算得到各時間點的興義市區域強度，最終通過分析得到的結果得到一定的結論。秉承著科學性、相關性、代表性以及數據的可獲得性和準確性的原則進行評價指標的選擇。通過多方考量，開發強度評價指標的選擇決定從資源、經濟及社會3方面進行，通過分析及參考，最終選擇了資源、經濟及社會3方面共14個指標進行指標體系的建立，分別用X1到X14代表，具體詳見表1，表中的權重值是通過熵值法計算得出。

表1 興義市1995～2015年開發強度評價指標體系

研究中對于興義市近20年開發強度的權重確立用熵值法進行確立，熵值法作為一種客觀的計算權重的方法，它主要是通過建立指標體系，然后根據各指標的代表值計算出各指標的信息熵，然后根據指標的變化及其程度對系統所帶來的影響來決定指標的權重值。

具體數據處理步驟如下：

(1)數據標準化處理。

由于各指標的量綱、數量級均有差異，所以為消除因量綱不同對評價結果的影響，需要對各指標進行標準化處理。

(1)

(2)

若所用指標的值越大越好，則選用公式(1); 若所用指標的值越小越好，則選用公式(2)

(2)計算指標值的比重：

(3)

(3)計算指標信息熵：

(4)

(4)計算信息熵冗余度：

dj=1-ej

(5)

(5)計算指標權重：

(6)

(6)綜合評價值U：

(7)

式(1)～式(7)中：Xij代表第i年里的第j項指標的評價值，max{Xj}代表在所有年份里第j指標的最大值，min{Xj}代表在所有年份中第j項指標的最小值，k的值是1/ln(m)，n是指標的個數，m是總年份。

4 結果與分析

4.1 興義市1995～2015年近20年石漠化演進

根據遙感解譯結果統計，興義市在1995～2015年近20年間石漠化的情況每年均有不同的變化，但總體來說，有一定的發展趨勢。如表2所示，興義市石漠化面積從1995年911.76 km2急劇增加到1999年的1303.45 km2，生態環境急劇惡化；1999～2004年，興義市石漠化面積由1303.11 km2略微減少到1285.45 km2，“退耕還林”政策的實施一定程度上控制了興義市石漠化的發展；從2004～2010年，石漠化面積由1285.45 km2減少到1136.89 km2，石漠化的治理總體來說有了較好的進展；2010～2015年，石漠化面積仍在持續好轉，由1136.89 km2減少到1002.38 km2。

表2 1995～2015年石漠化遙感調查數據

圖2所示，1995～2015年石漠化率的變化趨勢在1999年出現一個轉折點，1995～1999年之間石漠化率變化較快，石漠化突然大面積惡化，使得興義市面臨著重大生態問題。在1999年出現一個轉折點，1999年后石漠化率逐漸下降，但速度并非是非常快，生態的恢復是一個較為緩慢的過程，甚至需要注入外界的能量。1999年之所以能在興義市石漠化的進程中作為一個轉折點，原因是1999年興義市“退耕還林”政策的實施開展，使得石漠化得到一定的遏制。

圖2 1995～2015石漠化率折線

本文對興義市石漠化演進的分析是通過石漠化的時空轉移，以分布形態與面積結合起來進行分析。通過對興義市1995年、1999年、2004年、2010年、2015年5年的TM影像解譯的結果進行分析，作轉移矩陣，得到興義市石漠化演進轉移矩陣。通過對處理結果的分析，可以得到興義市近20年石漠化演進的一般趨勢，得到的結果能夠為石漠化治理提供一定的參考依據。

如表3所示，該表為興義市1995～1999年石漠化演進轉移矩陣表，可以分析得出，1995～1999年之間，耕地與植被大量銳減，耕地大量石漠化，部分轉為建設用地，其中1995年的743.37 km2耕地到1999年時已經有255.21 km2耕地石漠化，造成巨大的損失以及帶來重大的生態問題。同時，在1995～1999年之間，植被大量石漠化，植被覆蓋度銳減，由1995年的1098.74 km2減少到1999年的947.14 km2。從石漠化的形態分布及面積變化來看，1995～1999年之間，石漠化區域面積由1995年的911.67 km2快速增長至1999年的1303.11 km2，主要由耕地與植被用地轉化而來，石漠化區域面積的突增，是因為耕地的不合理使用以及植被的亂砍濫伐所導致的，農民更大力度的開墾土地，更有干勁，耕地數量急劇增加，但導致水土流失極其嚴重，生態問題日趨嚴峻，很大一部分耕地面臨石漠化的威脅。興義市的石漠化治理已經刻不容緩。

表3 興義市1995～1999年土地利用類型轉移矩陣 km2

如表4所示，該表為興義市1999～2004年石漠化演進轉移矩陣表，可以分析得出，1999～2004年之間，興義市石漠化區域面積有減小的趨勢，但僅僅減小17.66 km2，仍然面臨著嚴重的石漠化的威脅。1999年開始，興義市開始實施“退耕還林、退耕還草”的政策，積極探索石漠化治理方法，投入大量的資金，但效果并非是想象中的那般立竿見影，由于以往長期累計的嚴重的生態問題，想要快速恢復不可能這么快。但能夠在1999～2004年之間控制石漠化從面積方面來看不在惡化，已經說明“退耕還林、退耕還草”的實施對石漠化的治理已經取得了良好的成績。在1999～2004年之間，植樹造林使得67.637 km2的石漠化區域轉化成了植被，但同時也有49.976 km2的植被遭到了石漠化。在此期間，興義市建設用地的面積增加較快，可以從側面反映出其經濟發展較好。

表4 興義市1999～2004年土地利用類型轉移矩陣 km2

從以上分析可以得出，在1999～2004年之間，興義市石漠化得到一定的控制，但是其石漠化程度仍然較高，大面積的石漠化生態問題急需解決，所以對于石漠化的治理仍然需要不斷探索更有效可行的辦法，針對不同的地質土壤條件，選擇種植不同的植被。政府加大資金投入，同時也是為旅游產業完善基礎配套，使得第三產業能夠更好更快發展，走可持續發展道路。

如表5所示，該表為興義市2004～2010年石漠化演進轉移矩陣表，可以分析得出，2004～2010年之間，土地利用類型的轉化相對較為復雜，通過石漠化的治理，有74.928 km2的石漠化區域被整治恢復成為耕地，同時還有180.456 km2的石漠化區域轉化成為植被，植樹造林取得較好成績。但是對于生態脆弱區域的植被保護仍然存在一些問題，導致有109.428 km2的植被區域石漠化，這些區域原是潛在石漠化區域，保護鞏固的工作不到位，導致其石漠化。

表5 興義市2004～2010年土地利用類型轉移矩陣 km2

總體來說，在2004～2010年之間，興義市的石漠化區域的面積仍在往良好的方向發展，2010年較2004年石漠化區域面積減少148.571 km2。

如表6所示，該表為興義市2010～2015年石漠化演進轉移矩陣表，可以分析得出，2010～2015年之間，石漠化區域有26.630 km2轉化為耕地，有107.874 km2轉化為植被，同時，耕地中有61.432 km2轉化為建設用地，石漠化治理區域良好發展，社會經濟同時也有著較好的發展。

表6 興義市2010～2015年土地利用類型轉移矩陣 km2

根據以上分析，從1995～2015年近20年的時間序列里，興義市石漠化的演進從1995～1999年石漠化區域面積從911.67 km2突增至1303.11 km2，石漠化率由31.27%增至44.70%，植被面積由1995年的1098.74 km2減少至1999年的947.14 km2，植被覆蓋率由37.69%減少至32.49%。興義市石漠化問題至此達到刻不容緩的地步，石漠化問題成為興義市最嚴重的生態問題。再從1999～2015年期間，石漠化逐步得到控制，有1999年“退耕還林、退耕還草”的政策實施起，1999～2004年石漠化得到一定的控制，面積從1303.11 km2減少至1285.45 km2，雖說面積變化并不是很大，但治理之初，石漠化面積能夠得到有效的控制說明政策的實施已經獲得一定的成效。再從2004～2015年期間，石漠化區域的面積由2004年的1285.45 km2減少至2015年的1002.38 km2，石漠化率由44.10%減少至34.39%，減低近10%，說明期間興義市“退耕還林、退耕還草”政策的實施以及石漠化治理方案的執行能夠極其有效的控制興義市石漠化的發展，對興義市的生態文明建設創造巨大的價值。

4.2 興義市1995～1915年開發強度分析

各指標權重確立之后，在通過模型計算出資源、經濟及社會三大方面指標的綜合評價值U。如表7所示，通過參照開發強度的分級標準，興義市近20年的開發強度總體來說是呈上升趨勢，但由表中綜合評價結果可以看出，1995年的開發強度較1999年更大，通過分析得知，興義市1995年的耕地面積遠遠大于1999年，1999年興義市石漠化極其嚴重，水土流失造成了工農業生產的巨大的損失。

表7 興義市1995～2015年開發強度評價結果 分值

總體來看，興義市從1995～2015年近20年的時間序列里開發強度出現過一定的轉折，從1995～1999年之間，開發強度綜合評價值由14.93減少至10.34，1999年達最低點之后的1999～2015年之間，開發強度綜合評價值一直處于上升的趨勢，說明興義市的社會經濟發展一直處于穩步上升的趨勢，資源配置日趨合理。從1995～1999年之間，興義市開發強度的變化趨勢可以直觀表現為圖3所示。

圖3 1995～2015年興義市開發強度綜合評價折線

4.3 興義市石漠化演進與開發強度的關系

綜合以上分析，興義市從1995～2015年近20年之間石漠化演進與開發強度之間的關系，可以從時間序列里兩者的變化趨勢作分析，結合國家及當地政府的一些政策及方案實施，分析兩者之間的聯系。

根據時間序列分析興義市石漠化與開發強度之間的相關性，如圖4所示，可以看出1995～1999年興義市石漠化出現惡化的趨勢，而同一時期，興義市的開發強度在1995～1999年之間出現下降，到這一時期，隨著開發強度的減弱，興義市石漠化反倒惡化，這似乎不合邏輯，但如果換個方式理解，隨著興義市石漠化的加重，其開發強度也隨之而下降，受到了較大的影響。

圖4 1995～2015年石漠化率與開發強度折線

研究中對興義市開發強度的評價，所選擇的指標是資源、經濟及社會三個方面的指標，選擇的指標涉及各個方面，資源的不合理使用，配置的不合理，導致大面積耕地石漠化，水土流失極其嚴重，帶來嚴重的生態問題，致使其開發強度隨之而減弱。

如圖4，在1999～2004年之間，石漠化變化并不是很明顯，但也可以看出來是呈下降趨勢，石漠化的發展受到一定的控制，同期，開發強度在1999～2004年期間逐漸上升，但仍然沒有恢復到1995年時的狀態，或許這期間社會經濟在不斷地發展，但其開發強度受多方面因素影響，定性的來分析，在這期間，興義市的石漠化演進與開發強度存在一定的耦合關系，在開發強度未能發展很好時，其石漠化的演進也出現緩慢停滯的狀態，沒有更惡化也沒有更多的改善。

在2004～2015年期間，兩條曲線的發展走勢均比較平穩，期間，興義市石漠化率逐年下降，與此同時，興義市的開發強度在逐年增大，這是一種可持續的發展狀態，從2004～2015年之間，興義市的資源配置日益合理，社會經濟得到了很好的發展，重視環境的保護，石漠化得到了較好的控制，生態得到了一定的恢復。

5 結論與建議

5.1 結論

綜合以上的分析，研究通過遙感手段獲取興義市從1995～2015年之間的石漠化信息，得到了這近20年間興義市的石漠化發展變化及趨勢；通過綜合評價法，通過熵值的確立，最終分析出了興義市同一時間序列的開發強度的動態變化趨勢，最后綜合兩者得出的結果，對比分析得到了興義市近20年里石漠化演進與開發強度之間的關系，并得出以下幾點結論：

(1)從1995～2015年近20年間，興義市石漠化經歷了突然惡化到逐步恢復的階段，期間以1999年為轉折點。

(2)在1995～2015年這同一時間序列里，興義市近20年開發強度的變化同樣經歷一個轉折，從突然開發強度減弱到逐步加大發展，同樣是以1999年為轉折。

(3)研究可以得到，從1995～2015年興義市石漠化演進與其開發強度存在一定的耦合，從1995～1999年，興義市的開發強度隨著興義市的石漠化驟然惡化而逐漸減弱；1999～2004年期間，興義市開發強度雖有恢復，但甚至沒能恢復到1995年的狀態，恢復極少，在同一期間，興義市石漠化的并不明顯，但呈良好發展狀態；2004～2015年期間，興義市石漠化現狀隨著開發強度的逐年加大而變得越來越好，呈現良好的發展狀態。

(4)興義市石漠化演進與開發強度存在一定的相關性，但從外部環境來看，興義市石漠化的演進是隨著政府的相關政策發展的，1995～1999年期間，石漠化急劇惡化，政府對環境保護的不重視，極其粗放的發展，使得石漠化驟然加劇，從1999年興義市啟動“退耕還林、退耕還草”的重大項目，石漠化治理在退耕還林的推動下逐漸看到成效，石漠化得到了較好的控制及恢復。

5.2 建議

石漠化問題已經成為阻礙興義市經濟發展最大的生態問題，嚴重影響了當地民眾的生活，有的地方不得不因為環境惡化到難以生存而舉家搬遷。為了促進經濟發展，改善人民生活狀況，必須加大對石漠化的治理力度。

目前對于石漠化的治理，仍然停留在傳統的治理模式。若想石漠化治理能夠更好發展，必須不斷改善治理模式跟治理方法。現在傳統的治理模式正逐步被網絡化治理模式取代，主要依賴伙伴關系，構建融合性的網絡系統，基于各自的利益訴求，為完成共同的目標攜手共進。網絡化治理理論應用于黔西南州喀斯特石漠化治理是一個循序漸進探索的過程，不能急于求成，也不能完全否定原有的治理方式。