武陵山脈核心區石漠化演變及其經濟驅動機制
——基于貴州銅仁的實證檢驗

蘇攀達, 丁 鐳, 曾克峰

(1.中國地質大學(武漢) 公共管理學院, 武漢 430074; 2.寧波職業技術學院工商學院, 浙江 寧波 315800)

石漠化是我國西南地區長期面臨的土地退化問題，也是嚴重制約當地經濟發展的環境問題[1]。受限于區域復雜的自然背景和較差的社會經濟條件，長期以來土地石漠化都面臨治理難度大、治理效果有限的困局[2]?！笆晃濉币詠?，國家將石漠化的治理列為推動區域發展的重點工作內容，并開始了第二期石漠化治理工程。因此，石漠化的時空分布演化及驅動機理研究可為后期的具體防治工作開展提供經驗總結和科學依據。

從已有針對石漠化的大量研究來看，主要聚焦以下幾個方面：(1) 石漠化的時空分布格局及其演化。隨著3S技術的不斷推廣和改進，不同學者主要是基于Landsat TM影像數據來提取石漠化現狀信息，建立石漠化的空間數據庫，石漠化動力指數模型等[3]。相較于傳統的田野調查方法，遙感技術使得石漠化的研究更具時效性和全局性，因此利用其對石漠化進行監測成為目前石漠化研究重要的數據來源[4]；根據影像的分辨率不同可以分為大尺度的和中小尺度的研究[5]，前者的優勢在于石漠化研究范圍更為宏觀、時間變化更為清晰，而后者則能對于小區域提出更具針對性的治理建議[6]，且較長的時間尺度和多源、多時相中高分辨率遙感影像綜合對比成了學者們研究石漠化時空演化格局的重要選擇[7]。(2) 石漠化的地質地貌背景及自然驅動力。受喀斯特地貌系統影響，石漠化與巖性(碳酸鹽巖)具有明顯的相關性[8]，地質構造運動塑造產生的較大地表切割度和地形坡度為水土流失提供了動力潛能[9]；溫暖濕潤的季風氣候為石漠化、碳酸巖地貌強烈發育和土壤淋溶提供了必要的侵蝕營力和溶蝕條件[10]；暴雨則為石漠化的發生發展提供了直接的驅動力[11]。(3) 石漠化與人類活動關系及人文影響因素。隨著對于石漠化自身演化機制和演化特征的逐漸明確，學者們開始越來越多的關注與石漠化相關的人文現象以及這些現象對于石漠化演化的影響[12]，并且認為人為活動(人口、農業政策、農業結構調整)是石漠化發展、逆轉的主要驅動力[13]。比如，傳統生產方式對于石漠化的影響顯著，不同生態經濟模式的治理效果的有差別[14]，較多坡耕地的存在仍是土地石漠化的驅動因素[15]；而來自重慶的研究則表明相對于人地矛盾的因素，農戶對土地的依賴程度對于石漠化演變的影響要更為明顯[16]。

綜合來看，人類不合理的經濟活動加速和加劇了土地石漠化進程，而已有研究對石漠化驅動機理(影響因素)以自然因素和定性分析為主，缺乏對社會經濟驅動因素(不同的社會經濟部門)的定量探討[17]。此外，在關于石漠化的驅動因素定量分析方法中，普遍采用傳統的統計學分析、相關分析、因子分析及多元回歸分析方法[18]，而缺乏一個基于面板數據回歸的深層次量化論證；尤其是在明確了石漠化具有空間自相關性強等特征后[19]，較少引入空間效應變量探討石漠化發生的社會經濟驅動機制?？紤]到人類活動是目前少數幾個可控的石漠化影響因素，且在石漠化水平較低的地區其影響要遠遠超過自然因素的影響[20]，因此，探究人類活動對于石漠化變化的時空影響及驅動機理，可為石漠化地區的科學治理及配套產業政策的制定提供依據。

基于此，本文以武陵山脈核心區、貴州省東北部的銅仁地區為研究對象，它既是典型的喀斯特地區、石漠化易發地帶，同時也是國家重點扶貧地區，其發展同時面臨發展速度和環境保護兩方面的壓力，研究其石漠化演變的社會經濟驅動機制可以為武陵山片區及相似的西南地區石漠化防治提供思路。具體以2000—2014年的多時段Landsat影像數據為基礎，分析石漠化土地的時空演變特征，進而引入空間計量回歸模型探討其社會經濟驅動因素，最后通過對其石漠化治理過程及其配套產業政策進行討論，總結目前當地石漠化治理的經驗，并提出相應的政策建議。

1　研究方法與數據來源

1.1　研究方法

1.1.1石漠化信息讀取對于如何通過遙感數據獲取石漠化信息，比較常見的方法是利用植被覆蓋率和巖石裸露率對石漠化水平進行綜合判斷，其中涉及到歸一化植被指數(NDVI)和巖石裸露度(Di)的計算。歸一化植被指數的計算公式為：

NDVI = (NIR-VIS)/(NIR+VIS)

(1)

式中：NIR為近紅外波段反射率；VIS為可見光波段反射率，分別對應Landsat系列數據的第3，4波段。然而NDVI雖然存在一定的局限，例如大氣自我校正的能力弱于其他方法，但其計算過程較為簡單，對不同數據的適用性較強，因此本次研究中對植被覆蓋率的計算即選用NDVI方法進行。

巖石裸露度的計算公式為：

Di=(SWIR-NIR)/(SWIR+NIR)

(2)

式中：SWIR為短波紅外波段反射率；NIR近紅外波段反射率，分別對應Landsat系列數據的第5，4波段。在實際工作中，利用視反射率公式可以優化巖石裸露度的提取結果，以此提高巖石裸露度識別的準確性和時空可比性，因此本文選取Fraser視反射率公式對巖石裸露度公式進行優化，得到：

Di=(DNiSWIR·GiNIR)/(DNiNIR·GiSWIR)

(3)

式中：Di為第i個像元的巖石裸露度；DNiSWIR第i個像元的SWIR波段亮度值；GiSWIR為全域范圍內所有像元的SWIR波段亮度平均值；DNiNIR第i個像元的NIR波段亮度值；GiNIR為全域范圍內所有像元的NIR波段亮度平均值。通過這一方法可以消除傳感器增益、太陽照度和坡度等因素的影響，進而獲取更為準確的巖石裸露信息。

通過對歸一化植被指數和巖石裸露度進行識別，可以獲得區域內植被覆蓋率和巖石裸露率，進而判斷石漠化水平，并根據傳統調查中石漠化水平的5類等級將其劃分為無石漠化、潛在石漠化、輕度石漠化、中度石漠化、重度石漠化。

1.1.2空間面板數據傳統的計量經濟學利用面板數據信息量大、變化性強、變量間共線性弱的特點，獲取更高的自由度，進而增加解釋變量對被解釋變量影響水平估計的有效性。而新經濟地理學則提出在傳統的模型上還應對空間相關性較強的變量增加一項空間變量，通過空間與時間兩種不同效應來探討各被解釋變量的影響水平[21]。

目前空間面板數據的估計模型主要有3種：空間滯后模型(SLM)、空間誤差模型(SEM)和空間杜賓模型(SDM)。作為對社會經濟部門對石漠化水平的初步估計，本次研究采用對簡單變量進行估計的空間滯后模型和空間誤差模型進行分析。

空間滯后模型和空間誤差模型的回歸方程為：

Y=ρWY+αtn+Xβ+ε

(4)

Y=(In-ρW)-1(αtn+Xβ+WXγ)+(In-ρW)-1εε～N(0,σ2In)

(5)

式中：Y是n維被解釋變量列向量；X是n×k階解釋變量矩陣；tn是元素均為1的n維列向量；In為單位矩陣；ρ是空間自相關系數；α，β，γ是模型的參數向量；ε為隨機擾動項；W是n×n階空間權重矩陣。

已有研究顯示，關于石漠化驅動因素的討論，目前以定性分析和簡單的線性回歸模型為主[22]，本次研究引進空間面板數據方法，以期更進一步討論不同的社會經濟部門對石漠化的影響。由于農業部門中不同行業對石漠化演變的影響差異較大，本次研究將種植業與畜牧業分開，構建種植、畜牧、工業、服務業4類行業與石漠化的相關關系，利用各項參數比較當地不同產業發展對于石漠化演變的影響水平。由于4項指標單位均為萬元，故未做對數化處理。本次研究的基本擬合方程如下：

RDi=ε+β1Farmingi+β2Grazieryi+β3Industryi+β4Servicei

(6)

式中：RDi為i地區國土面積中的石漠化面積數量；β1—β4分別為種植業、畜牧業、工業和服務業與石漠化率的相關系數，通過各變量系數可以估計不同地區產業對石漠化的影響情況；此外，空間關系系數W能夠體現空間上鄰近的地區相互影響的水平。

1.2　研究區概況與數據來源

銅仁市地處貴州省東北部，武陵山脈腹地，是溝通華中地區與西南地區的門戶，坐標位置東經107°45′—109°30′，北緯27°07′—29°05′。全市國土面積1.8萬km2。地區位處云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶，屬于亞熱帶季風氣候區，流域內以中部梵凈山為分水嶺，分為西部的烏江流域與西部的沅江流域。區域內分布大量的石灰巖、白云巖地層，喀斯特地貌發育。區域內自然資源豐沛、人文資源繁多，但由于位處武陵山脈核心區，同時也是我國西南地區生態屏障，因此當地發展長期面臨生態保護與經濟發展的突出矛盾。本次研究中使用的數據均來自2001—2015年《貴州省統計年鑒》、《銅仁年鑒》及各級統計公報，各產業產值均按標準換算為2000年可比價格。

2　結果與分析

2.1　石漠化時空分布

由石漠化水平的演化過程(圖1)可以看出，2000—2014年銅仁地區石漠化情況總體表現為先惡化后改善和良好情況穩定的兩個階段。2000—2006年石漠化面積出現明顯增加，之后歷年皆保持改善態勢，2008年開始保持低位穩定，在這兩個階段，石漠化情況變化波動較大，從2003—2006年的快速惡化而后又快速改善。2008—2014年石漠化的危害并未擴大，石漠化問題主要表現為無石漠化區域和潛在石漠化區域時間的相互轉換。已有研究表明，這一水平上石漠化主要的驅動因素是人文因素，說明本次研究假設以各經濟部門的變化估計銅仁的石漠化驅動因素合適且能反映目前銅仁地區石漠化的主要驅動因素。

圖1全市歷年石漠化比例變化情況

為進一步探索石漠化在空間上的分布特征，將研究期內4個時間截面的石漠化分布情況繪制成圖2。由圖2可以看出，各區縣自身的石漠化變化趨勢與總體情況相同，但從不同區縣的變化情況也存在顯著的空間差異。從分布方向上看，銅仁地區西部的沿河、德江、思南、石阡4個縣的石漠化情況相較于中東部地區更為嚴重。其中，德江、沿河兩縣早在2000年就已經形成了大面積的石漠化地區，兩縣的石漠化區域面積均超過各自縣域國土面積的30%，且表現出了程度嚴重、分布密集的特點，表明兩縣應為銅仁地區石漠化治理的重點。而思南、石阡由于位處烏江流域，高山深隘的地形使得當地極易形成石漠化，但其分布基本緊鄰河谷，并沒有形成大面積的石漠化。

圖2分縣區主要年份石漠化分布

2009年，東部的碧江、萬山、玉屏、松桃4個縣區石漠化情況出現顯著惡化，大量的潛在石漠化地區變為石漠化地區，萬山和玉屏兩區的石漠化區域面積達到40%。由于當年貴州省東北部存在普遍的旱情，因此這一次惡化情況帶有顯著的區域氣象特征。

縱觀銅仁市石漠化演變的時空過程，可以發現當地石漠化受兩方面影響最甚：其一是當地地質背景，銅仁市以梵凈山為分界，以西地區的地層以灰巖為主，以東地區地層以白云巖為主，相較于東部地區，西部地區更易發生巖溶侵蝕，造成水土流失，進而引發石漠化現象；其二是當地的社會經濟結構，東部地區為銅仁市區，加之本身汞礦、錳礦的礦產資源賦存，形成了以二次產業為基礎、以三次產業為核心的發展模式，而西部各地的經濟仍有一大部分來自一次產業，由此東西部在社會經濟上的差別更進一步地拉開了區域的差異。

2.2　石漠化演化特征

銅仁地區在貴州石漠化防治區劃中屬于輕中度石漠化防治結合亞區和中強度石漠化治理恢復亞區[23]。從圖1可以看出，在研究期內，銅仁地區石漠化情況波動較為明顯，石漠化面積占國土面積比例一度接近50%，近年來則保持低于10%的石漠化面積。從歷年平均情況來看，全市石漠化面積占比低于20%，情況優于貴州省整體水平(33.4%)。2000—2006年，石漠化范圍有擴大的趨勢，潛在石漠化面積大量增加，無石漠化地區大量減少。受2006年持續的旱情影響，銅仁地區植被覆蓋水平受到嚴重影響，石漠化情況出現較大的波動，具體表現為輕度石漠化區域顯著增加，部分原來的輕度石漠化地區變為中度、重度石漠化地區。隨后分別開始于2006年與2010年的《貴州省喀斯特石漠化綜合防治規劃》和《銅仁市石漠化治理五年行動計劃》則為當地的石漠化治理做出了重要貢獻，2007—2012年石漠化的面積得到了有效的控制。2012年以后，銅仁地區進入經濟發展的起飛階段，也就是在這一階段石漠化情況出現一定程度的反彈。為了解銅仁市石漠化的分布情況，對石漠化分布的全局Moran′sI指數進行計算，結果見表1。

表1　Moran′s I指數變化情況

結果顯示，6個時間截面上石漠化的情況均呈現集聚狀態，p值顯示歷年石漠化水平均在0.01水平上顯著，即石漠化在鄰近空間上存在很強的空間相似性。Moran′sI指數的變化存在較大的波動，兩個異常值出現在2004年和2014年，說明這兩個階段的石漠化地區在空間上的集聚趨勢最為明顯。總體來看，石漠化的集聚水平較高，高值區域趨于集中，而石漠化演化主要從核心地區(石漠化水平最高區域)向周圍擴散，符合石漠化演化的一般規律。

對全局的石漠化變化情況進行統計，石漠化演化的空間轉移概率矩陣見表2。

從空間概率矩陣來看，無石漠化地區有較大的可能保持原狀，但也有一定幾率變成潛在石漠化地區，潛在石漠化地區也有較大幾率變為無石漠化地區，但也比較一定幾率出現惡化轉變為輕度石漠化狀態。不同程度的石漠化地區均都存在情況改善的趨勢，很大可能轉化為潛在石漠化狀態，但重度石漠化地區很難實現跨越式的改善，主要是實現石漠化水平的降低，中度石漠化也較難實現直接變成無石漠化地區，而輕度石漠化地區是最容易實現跨越式變化的地區，有34.49%的幾率變為無石漠化地區?？梢哉f，該轉移概率矩陣一方面體現出石漠化整體改善的治理成績，另一方面也說明對無石漠化和潛在石漠化地區的控制亟待加強，將石漠化地區治理成功固然是成績，但是若沒能控制潛在石漠化地區滑向石漠化、無石漠化變為潛在石漠化，則難免有拆東補西、緣木求魚之嫌。

表2　石漠化演化空間轉移概率

2.3　經濟驅動機制及其空間溢出

從上述部分可以看出銅仁地區石漠化演化的空間變化過程及其中的特點，但對于這一變化及特點產生的原因仍然無法做出很好的解釋，尤其是過程中不同的社會經濟因素在多大程度上影響這種變化沒有一個量化的結論，因此本次研究選用空間面板數據的方法對石漠化變化過程中的經濟社會作用進行度量。

經過數據的單位根檢驗、協整檢驗與格蘭杰因果關系檢驗，本次研究選取三次產業產值進行空間面板數據的檢驗，同時，為了細分農業中不同部分的影響，將種植業與畜牧業指標拆分。對數據的LM檢驗結果見表3。

表3　經濟活動指標拉格朗日乘數檢驗(LM-test)結果

注：*，**，***分別表示拉格朗日乘數檢驗在0.1，0.05，0.01水平上顯著，下表同。

結果顯示空間滯后模型相較于空間誤差模型更適用于本次解釋變量與被解釋變量間的關系。利用空間滯后模型的不同固定效應對各變量進行分析結果見表4。

表4　不同固定效應的空間滯后模型(SLM)檢驗結果

從表4中可以看出，LR檢驗排除了無固定效應的空間滯后模型，Hausman檢驗顯示空間隨機效應不符合模型解釋的要求，R2顯示空間固定效應和雙固定效應的解釋效力最強，因此選用雙固定效應的空間滯后模型對石漠化演化過程的社會經濟影響因素進行解釋。從檢驗結果來看，造成石漠化加強的最主要因素是當地的牧業發展，相關系數為15.542 1，p值小于0.01，表明當地在研究期內，牧業對石漠化加劇的情況作用顯著。而同為一次產業，種植業對當地石漠化的影響則呈現出正面的狀態。傳統上，落后的農業生產方式和過度樵采、不合理耕作等行為都會造成石漠化情況的惡化[24]，然而隨著當地對新型農業技術的不斷引進以及通過產業政策推動當地農業產業園的建設，逐步扭轉了過去農業活動依賴土地又傷害土地的狀況。在畜牧業方面，傳統的放養式畜牧顯然不足以支持水土保護的要求，因此建設大面積的畜牧區，制定畜牧業的產業發展政策成為相應遏制石漠化擴張的必然要求。

二次產業與三次產業的相關系數分別為-0.280 2和-0.187 8，顯示當地的二三次產業發展在現階段對石漠化有遏制作用。當地的二次產業以加工業為主，采掘業受資源稟賦限制很大，主要分布于地區的西南部和東北部，因此對石漠化造成的影響有限。三次產業由于對環境的要求較高，大量的公園建設和配套景觀建設在很大程度上提升了當地的綠化水平，因此其發展對石漠化的遏制作用較大。

此外，空間滯后項估計值則顯示，鄰近區域間的石漠化有相互增強的作用，石漠化治理較好的地區能夠影響其周邊地區的治理情況，說明治理過程應該強化區域間合作，在石漠化治理方面形成區域合力，共同治理，促進防治工程推進。

3　結論與建議

3.1　結 論

從石漠化的時空分布狀況來看，銅仁地區在2000—2014年經歷了先惡化后改善的過程，石漠化情況相較貴州的總體情況尚佳；空間分布上看，西部地區的石漠化情況相較于東部地區更為嚴重，顯示石漠化治理的重點應在西部地區，其中西北的德江、沿河是石漠化最為嚴重的地區；從空間分布上看，則呈現出條帶狀分布和多核心模型。

從石漠化的演化特征來看，石漠化分布的集聚態勢明顯，空間自相關性較強，說明石漠化程度惡化的區域傾向于出現在已經發生石漠化的地區周圍；根據石漠化演化的空間轉移概率矩陣來看，石漠化區域的情況有較為明顯的改善趨勢，但無石漠化與潛在石漠化地區卻又不同程度的惡化，表現出石漠化嚴重地區受關注較多，治理情況較好，但情況良好地區受關注不足，控制措施有待提高。

從經濟社會部門對石漠化演化的影響來看，三次產業的影響存在很大的區別。種植業對于石漠化有抑制作用，而畜牧業的發展則加劇了石漠化的惡化；相對而言二、三次產業則有助于控制石漠化的擴張。從空間面板數據上獲得的相關系數來看，畜牧業是造成過去一段時間當地石漠化惡化的重要因素，而其余各行業則或多或少抵消了畜牧業的影響。

3.2　建 議

在石漠化治理方面，應在重點地區實施重點治理。由于石漠化地區存在顯著的空間相關性，在治理石漠化過程中應首先關注石漠化較為嚴重的地區，這些地區有可能是石漠化情況惡化的發源地和核心區。銅仁地區這樣的核心主要分布在西北部的沿河德江兩縣以及東部的松桃、石阡兩縣，因此應將以上地區作為石漠化治理的重點。

在石漠化控制方面，應在區域內展開全面監控。空間轉移概率矩陣顯示石漠化整體改善的趨勢比較明顯，但潛在石漠化地區的控制并不容易，因此應著眼于潛在石漠化地區的控制的改善，防微杜漸，從源頭上遏制惡化的趨勢。由于各類石漠化地區和無石漠化地區都有一定幾率轉變為石漠化地區，因此這方面的工作負擔會比較大，應作為石漠化治理的中心。

在配套政策方面，應鼓勵農牧業現代化發展，同時加速全域旅游建設。傳統的畜牧業生產方式對于水土保持不利，應該推廣大規模的草場畜牧，以德江和松桃為范例，將零散的粗放畜牧轉變為高度集約化的畜牧產業，以此改善由畜牧業對水土流失造成的影響；同時應該加強對旅游產業和相關配套產業的建設力度，利用旅游產業開發的相關需求帶動當地水土治理工作，促進經濟發展、生態效益的和諧發展。

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