典型巖溶區不同水土流失強度區石漠化特征分析

陳起偉，安理艷，徐 豐

(1.貴州師范學院 地理與旅游學院，貴州 貴陽 550018； 2.貴州師范大學 喀斯特研究院，貴州 貴陽 550001；3.貴州省水土保持監測站，貴州 貴陽 550002)

隨著可持續發展成為全世界的共識，環境脆弱性及其變化規律研究已成為學者們關注的熱點之一[1]。喀斯特地區是世界上主要的生態脆弱帶之一。我國西南喀斯特地區是全球三大喀斯特集中連片區中巖溶出露面積最大的地區[2]，同時也是我國集中連片貧困地區之一，人地矛盾十分突出。在脆弱的巖溶生態背景下，西南喀斯特地區水土流失和石漠化問題十分嚴重，生態系統趨于逆向演替，脆弱程度日益加劇[3]。從20世紀80年代起，許多學者就開始關注我國西南地區的巖溶石漠化及水土流失問題，目前關于巖溶區水土流失的研究涉及水土流失特征[4]、過程與機制[5]、監測評價[6-7]及防治對策[8]等，而石漠化研究則主要側重于石漠化形成背景與影響因子[9-10]、演化與動態監測[11]、治理與防治對策[12]等。這些研究成果為巖溶區水土流失和石漠化防治提供了理論支撐和實踐經驗，但是已有的研究大多是單獨分析巖溶區石漠化或者水土流失，對于石漠化和水土流失之間的關系研究較少(巖溶區土壤侵蝕模數較小，卻存在大面積基巖裸露形成的石漠化；石漠化是水土流失的表現與結果，同時又進一步加劇了水土流失)。為了探究水土流失強度與石漠化程度的關系，以及巖溶區水土流失與石漠化分布區域的關系，本研究以位于我國西南典型巖溶區的貴州省鎮寧縣為例，通過對該地區石漠化和水土流失相關圖層進行疊加分析，研究不同水土流失強度區的石漠化特征，以期為我國西南巖溶地區水土流失及石漠化綜合治理提供理論依據。

1 研究區概況

鎮寧縣位于貴州省安順市東部，地理位置介于105°35′10″～106°0′50″E、25°25′19″～26°10′32″N之間，土地總面積1 720.61 km2，地處貴州高原向南傾斜的斜坡地帶，屬黔中丘原中山類型，境內出露地層以泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、下第三系和第四系為主。整體地勢北高南低，山地面積1 098 km2，約占土地總面積的63.81%，巖溶地貌分布較廣，占土地總面積的60%以上[13]。屬南亞熱帶濕潤季風氣候區，地域性溫差較大，全年平均氣溫17.4～19.7 ℃，最冷月份平均氣溫6.5 ℃，最熱月份平均氣溫23.7 ℃，年日照時數1 142 h，年平均降水量1 277 mm，大部分地區全年無霜期約340 d。境內有大小河流31條，總長度580 km，屬于珠江流域北盤江水系。主要發育有紅壤、黃壤、山地黃棕壤、石灰土等土壤類型，包括32個亞類、62個土屬。屬亞熱帶常綠闊葉林帶，森林覆蓋率為44.47%。2015年，全縣共轄15個鄉鎮，總人口35萬余人，GDP總值74.73億元。

2 數據源與研究方法

從中國資源衛星應用中心下載鎮寧縣2015年ZY-3多光譜數據與2 m空間分辨率全色數據，在ERDAS遙感處理軟件中對圖像進行融合、鑲嵌與色彩匹配等處理后，結合鎮寧縣1∶5萬地形圖進行正射幾何校正，借助ERDAS遙感圖像處理軟件進行相應圖像增強處理，提取土地利用、林草覆蓋度、基巖裸露率專題圖[14]，巖性數據來源于貴州省1∶5萬區域水文地質圖，坡度信息從鎮寧縣1∶5萬數字等高線圖提取。根據巖性、基巖裸露率等指標判定石漠化等級[15]。參照《巖溶地區水土流失綜合治理技術標準》(SL 461—2009)和《土壤侵蝕分類分級標準》(SL 190—2007)中的等級劃分標準，根據巖性、基巖裸露率、林草覆蓋度、坡度和土地利用5個專題圖層，借助GIS的空間疊加功能進行疊加分析，判定水土流失等級。將研究區水土流失圖與石漠化圖進行空間疊置分析，研究鎮寧縣不同等級水土流失區的石漠化特征。

3 結果與分析

3.1 鎮寧縣水土流失現狀

受降水、土壤、坡度和巖性等影響，鎮寧縣水土流失面積較大，水土流失嚴重。據統計(表1)，全縣水土流失面積為671.80 km2，占土地總面積的39.04%，隨著水土流失強度增加，分布面積逐漸減少，其中，輕度和中度侵蝕面積分別為368.09、217.53 km2，分別占土地總面積的21.39%、12.64%，而強烈、極強烈和劇烈侵蝕面積合計僅占土地總面積的5.01%。鎮寧縣不同強度水土流失面積空間分布特征明顯，南部區域水土流失強度明顯高于北部區域，水土流失集中分布在鎮寧縣南部的簡嘎、良田、六馬和沙子等鄉鎮，同時水土流失強度與巖性耦合關系密切，非碳酸鹽巖區水土流失強度明顯高于碳酸鹽巖區。

表1 鎮寧縣不同強度水土流失、石漠化面積統計 km2

3.2 鎮寧縣石漠化現狀

鎮寧縣石漠化等級齊全，從無石漠化到極強度石漠化均有分布，石漠化整體上呈現出隨等級升高面積逐漸減少的特點(表1)。全縣巖溶區總面積為1 252.45 km2，占土地總面積的72.79%，其中：石漠化總面積為441.07 km2，占25.63%；潛在石漠化面積為141.98 km2，占8.25%。在鎮寧縣石漠化分布區中，輕度石漠化面積為193.26 km2，占石漠化總面積的43.82%；中度石漠化面積為112.22 km2，占25.44%；強度和極強度石漠化面積合計為135.59 km2，占30.74%。可見，鎮寧縣高等級石漠化面積占比較大，石漠化較嚴重。石漠化分布情況主要受地質構造、巖性等因子綜合影響，非巖溶區主要分布在鎮寧縣南部，石漠化主要分布在西部、北部、東部區域，而在中部、南部分布較少，從鄉鎮分布看，主要分布在扁擔山、白水至馬廠沿線各鄉鎮。石漠化等級差異上，西北部石漠化等級較高，東部、中部相對較低，而南部地區石漠化則以輕度石漠化零星分布為主。

3.3 水土流失區與非水土流失區石漠化等級差異

水土流失會導致土壤厚度降低、土壤肥力下降，影響植被生長，導致林草覆蓋度降低，基巖逐漸裸露從而導致石漠化的發生，有些地區還可能在出現強烈水土流失后只剩基巖。為分析水土流失區與非水土流失區石漠化等級差異，分別統計了鎮寧縣水土流失區域和非水土流失區域的石漠化發生率及等級。

表2為水土流失區與非水土流失區石漠化面積統計。由表2知，鎮寧縣水土流失區與非水土流失區的石漠化發生率存在較大差異。非水土流失區和水土流失區石漠化面積分別為313.55、127.51 km2，分別占非水土流失區和水土流失區總面積的29.90%、18.98%，即非水土流失區石漠化發生率比水土流失區高10.92百分點。

表2 水土流失區與非水土流失區石漠化面積統計 km2

石漠化類型非水土流失區面積(km2)比例(%)水土流失區面積(km2)比例(%)無石漠化451.0943.01 218.3132.50潛在石漠化50.134.7891.8413.67輕度石漠化88.698.46 104.5815.57中度石漠化96.499.2015.732.34強度石漠化88.308.425.060.75極強度石漠化40.083.822.140.32非巖溶地區234.0322.31 234.14 34.85合計1 048.81100 671.80 100

不同水土流失類型區的石漠化等級構成具有一定差異，雖然水土流失區與非水土流失區都是無石漠化和非巖溶地區面積占比最大，但是各石漠化等級面積占比不同，非水土流失區各石漠化等級占比排序為無石漠化>中度石漠化>輕度石漠化>強度石漠化>潛在石漠化>極強度石漠化，而水土流失區則為無石漠化>輕度石漠化>潛在石漠化>中度石漠化>強度石漠化>極強度石漠化，水土流失區輕度及以下石漠化等級占比明顯高于非水土流失區。雖然非水土流失區石漠化發生率明顯高于水土流失區，但是非水土流失區輕度和中度石漠化發生率之和與水土流失區的差異卻很小，分別為17.66%和17.91%，主要是強度和極強度石漠化發生率差異較大，分別為12.24%和1.07%。相比而言，非水土流失區比水土流失區石漠化等級更高、石漠化更嚴重。

3.4 高、低等級水土流失區石漠化差異

研究區非水土流失區比水土流失區石漠化更嚴重。為探究低等級水土流失區與高等級水土流失區石漠化有何差異，研究石漠化嚴重程度究竟是否隨水土流失強度升高而呈現線性變化，將強烈、極強烈和劇烈侵蝕劃分為高等級水土流失，將輕度、中度侵蝕劃為低等級水土流失，分別對高、低等級水土流失區的石漠化現狀進行對比，結果見表3。

表3 高、低等級水土流失區石漠化統計 km2

由表3可知，低等級水土流失區石漠化發生率為21.54%，而高等級水土流失區石漠化發生率只有6.09%，兩者相差較大，低等級水土流失區石漠化發生率明顯高于高等級水土流失區。同時，鎮寧縣低等級水土流失區石漠化面積達到122.26 km2，而高等級水土流失區石漠化面積只有5.25 km2，兩者之間面積差異懸殊，因此研究區石漠化治理重點應放在低等級水土流失區。

低等級水土流失區各種石漠化類型面積占比排序為無石漠化>輕度石漠化>潛在石漠化>中度石漠化>強度石漠化>極強度石漠化，而高等級水土流失區各種石漠化類型面積占比為無石漠化>潛在石漠化>輕度石漠化>強度石漠化>中度石漠化>極強度石漠化。兩者排序比較接近，但是相比高等級水土流失區，低等級水土流失區輕度石漠化發生率高于潛在石漠化，中度石漠化大于強度石漠化，且各等級石漠化發生率都較高。統計數據表明，低等級水土流失區輕度、中度石漠化發生率為20.28%，強度及極強度石漠化發生率為1.26%，而高等級水土流失區則分別為6.04%和0.05%。低等級水土流失區比高等級水土流失區石漠化面積大而且等級更高，從而可知并非水土流失強度越高的地區石漠化越嚴重。

4 結 論

鎮寧縣巖溶地區的石漠化總面積為441.07 km2，占全縣土地總面積的25.63%，水土流失區石漠化面積為127.51 km2，發生率為18.98%，非水土流失區石漠化面積為313.55 km2，發生率為29.90%，水土流失區石漠化發生率比非水土流失區石漠化發生率低10.92百分點。相比而言，非水土流失區比水土流失區石漠化等級更高，石漠化更嚴重。

鎮寧縣低等級水土流失區的石漠化面積為122.26 km2，發生率為21.54%，高等級水土流失區的石漠化面積為5.25 km2，發生率為6.09%，低等級水土流失區石漠化發生率比高等級水土流失區石漠化發生率高15.45百分點。數據分析結果表明，并非水土流失強度越高的地區石漠化越嚴重，鎮寧縣石漠化等級與水土流失有較強的耦合關系，非水土流失區比水土流失區石漠化等級更高、石漠化更嚴重，低等級水土流失區比高等級水土流失區各等級石漠化發生率及面積都要高/大，石漠化也更嚴重。可見，巖溶區發生水土流失的區域與發生石漠化的區域并不是重疊的，需要采取不同的專項工程進行分別治理。