喀斯特峰叢洼地石漠化治理自然地域分區

張雪梅,祁向坤,岳躍民,王克林,*,張信寶,劉大元

1 中國科學院亞熱帶農業生態研究所亞熱帶農業生態過程重點實驗室, 長沙 410125 2 中國科學院環江喀斯特生態系統觀測研究站, 環江 547100 3 中國科學院大學, 北京 100049 4 中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所山地環境演變與調控重點實驗室,成都 610041 5 中國科學院地球化學研究所環境地球化學國家重點實驗室,貴陽 550002 6 湖南農業大學,長沙 410125

我國西南喀斯特地區是典型的石漠化生態脆弱區和我國最大面積的集中連片貧困區[1]。受可溶性碳酸鹽巖地質背景制約,喀斯特區成土慢,土層薄且分布不連續,水文過程響應迅速,植被破壞后恢復較為困難,對人類干擾的響應更為敏感[2-3]。依據巖溶發育的地貌特征,我國西南喀斯特地區可分為喀斯特高原、喀斯特槽谷、喀斯特峽谷、喀斯特斷陷盆地、峰林平原、峰叢洼地、中高山等地貌類型區,其中,峰叢洼地是八大喀斯特地貌類型中面積最大的區域,總面積約16.69萬km2[4-7]。該區降水充沛,夏季濕熱多雨,冬季溫和少雨,相對其他喀斯特地貌類型區,峰叢洼地水熱條件較好,石漠化面積削減較快,相比2011年,2016年峰叢洼地石漠化面積減少了0.52×104km2,下降了6.21%,但石漠化防治任務依然艱巨,仍有石漠化面積2.15萬km2,占巖溶區總面積的24.76%[8-9]。

生態區劃可有效揭示自然生態區域的相似性和差異性規律以及人類活動對生態系統干擾的規律,可為生態環境綜合整治、制定因地制宜的資源開發和環境保護對策提供科學依據[10-12]。石漠化發生的主要原因是高強度不合理人為干擾,人地矛盾突出[8]。自然地域分區是喀斯特石漠化科學治理的前提和重要基礎,也是未來進行區域可持續性研究的發展方向[13],為了更直觀的了解我國西南喀斯特地區石漠化現狀,制定合理的、有針對性的區域石漠化治理方案,眾多學者開展了一系列的喀斯特分區研究。曹建華和袁道先根據大地構造和地貌格局,結合巖溶分布及其發育特征,首次提出了中國西南巖溶生態系統生態區[14];2008年國務院批復的《巖溶地區石漠化綜合治理規劃大綱》,依據地貌特征將我國西南喀斯特石漠化治理工程區劃分為峰叢洼地、巖溶高原、斷陷盆地、喀斯特槽谷等8大石漠化綜合治理區;王世杰等[4]從地質地貌和氣候因素對喀斯特地貌的影響方面論證了《巖溶地區石漠化綜合治理規劃大綱》分區的合理性;王宇等[15]以地貌形態-成因類型為分區標志,首次對八大工程類型區中的喀斯特斷陷盆地進行環境地質分區,并對各分區的生態及經濟功能進行評價。上述分區充分考慮了喀斯特發育的地貌特征,仍需進一步關注喀斯特地區的高度景觀異質性及地域差異性。

峰叢洼地區位于云貴高原向廣西丘陵過渡的大斜坡地帶,自然地域差異顯著,峰叢、谷地、洼地、塔峰、錐峰等交錯分布,景觀異質性高。同時,該區處于西南季風區和東亞季風區交匯地帶,氣候分異特征明顯,區域經濟發展不平衡[16]。亟需在前期喀斯特地貌分區基礎上,進一步開展峰叢洼地自然地域分區,明確不同喀斯特峰叢洼地區域的自然與社會經濟條件差異,提升喀斯特石漠化治理的區域針對性和可持續性,服務于后續石漠化治理工程規劃。因此,本研究在修正傳統地質圖基礎上,考慮氣候對喀斯特地貌及大地貌部位對喀斯特微地貌的綜合影響,基于地質背景、地形地貌、氣候分異及石漠化發生機制開展面向石漠化治理的喀斯特峰叢洼地自然地域分區,揭示不同峰叢洼地區自然環境的相似性和差異性,闡明前期石漠化治理成效以及人地關系狀況,為后續喀斯特石漠化治理工程規劃與治理措施優化提供科學依據。

1 研究區概況

峰叢洼地地理范圍介于103.40°—109.78°E,21.60°—26.18°N之間,位于貴州高原向廣西盆地過渡的斜坡地帶,海拔多在500—1700 m。區內降水充沛,雨熱同期,水熱資源豐富,氣候條件優越。年均降水量處于900—1600 mm之間,年均氣溫14.5—20℃,年干燥度<1,屬于典型的熱帶、亞熱帶濕熱季風氣候。涉及滇黔桂3省、10個地州市、61個縣級行政單元,國土總面積16.69萬km2(圖1),喀斯特面積8.72萬km2。

圖1 峰叢洼地區域概況Fig.1 General situation of peak cluster depression area

區內人口密度平均為125人/km2(2015年),人均GDP為3.04萬元,低于全國人均水平,經濟發展水平低,貧困問題嚴重。土地可開墾率低,耕地資源十分匱乏,主要分布于洼地底部、山麓和山坡下部,洼地底部耕地土壤較厚但易澇,山麓和山坡耕地多為石旮旯地,是“一碗泥巴、一碗飯”的典型區域。由于人為擾動,水土流失嚴重,石漠化問題是困擾該區經濟發展的最主要的生態安全問題。缺水、少土,旱澇災害發生頻繁,人畜飲水困難,區域人地矛盾加劇,也是國家扶貧工作重點縣集中分布區。該區實施的退耕還林、石漠化綜合治理和天然林保護等一系列生態工程成效顯著,石漠化面積出現“持續凈減少”,石漠化程度降低。據2018年《中國巖溶地區石漠化狀況公報》統計,截止到2016年,喀斯特峰叢洼地中度、重度和極重度石漠化面積分別為0.80萬km2、0.73萬km2和0.06萬km2,與2005年相比,分別減少了0.32萬km2、0.64萬km2和0.19萬km2,共減少了1.15萬km2,石漠化總面積減少1.11萬km2。但仍有石漠化面積2.15萬km2,重度、極重度石漠化依然存在,石漠化問題仍然嚴峻。

2 數據與研究方法

2.1 數據來源

喀斯特峰叢洼地區主要由碎屑巖和碳酸鹽巖兩種巖性構成,傳統地質填圖是為科學找礦服務,不僅考慮裸露地質巖層,還考慮了埋藏型的碳酸鹽巖巖層。但在石漠化的發生及在石漠化治理過程中,主要考慮的是裸露型碳酸鹽巖區域,埋藏型碳酸鹽巖對地表喀斯特地貌的形成及石漠化的發生幾乎沒有影響,因此可通過提取坡度<6°的壩地去除埋藏型碳酸鹽巖,反映實際的石漠化發生及分布區域。同時,考慮不同巖性差異來修正傳統地質圖,服務于石漠化治理分區。修正過程：傳統地質圖由中國地質調查局巖溶地質研究所提供,分辨率為1:50萬,包含10種巖性。考慮石漠化的發生與碳酸鹽巖類型(灰巖、白云巖)及其純度的關系,將碎屑巖、碎屑巖夾碳酸鹽巖、碳酸鹽巖夾碎屑巖3種巖性合并,劃分為非喀斯特地區;將白云巖、白云巖夾層、灰巖、灰巖夾層、灰巖與白云巖互層、灰巖與碎屑巖互層和碳酸鹽巖與碎屑巖互層等7種不同巖性及純度劃分為喀斯特區[17]。修正前峰叢洼地區碳酸鹽巖面積比例為52.84%,通過剔除坡度<6°的壩地修正地質圖后裸露型碳酸鹽巖面積比例為38.57%(圖2)。

圖2 修正前和修正后喀斯特分布圖Fig.2 Karst spatial distribution before and after revision

用來修正傳統地質圖的<6°坡度數據、高程和地形起伏度等數據通過30 m空間分辨率的數字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)數據提取。DEM數據從地理空間數據云(http://www.gscloud.cn/)下載。氣候區劃數據是劃分東亞季風和西南季風的主要依據,數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn/)。氣象數據(年均溫和年均降水數據)和土壤屬性(土壤類型、土壤侵蝕、土壤質地等)數據也均從中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn/) 下載,數據空間分辨率為1 km×1 km柵格數據,氣象數據的時間跨度為1980—2015年。土層厚度數據來源于寒區旱區科學數據中心(http://westdc. Westgis.ac.cn)的NC文件,數據分辨率為5 km×5 km。歸一化植被指數(NDVI, Normalized Difference Vegetation Index) 數據采用的是8 km×8 km分辨率的GIMMS NDVI3g 數據集產品,時間分辨率15 d,時間跨度從1982—2015年。選用一月兩次數據中的最大值作為當月NDVI以減少云和大氣噪音。為了更準確地反映植被信息,對4—11月的NDVI求取平均值作為本年的生長季歸一化植被指數(GSN,Growing Season NDVI)[18-19]。社會經濟數據包括土地利用數據、人口密度和GDP數據,均從中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn/)下載的1 km網格空間分布數據,為柵格類型數據。2015年耕地面積通過統計土地利用數據中的耕地類型獲取。糧食產量、農村人均純收入等數據來自2015年廣西壯族自治區和貴州省縣域統計年鑒。石漠化數據主要包含2005年、2011年和2016年3期巖溶地區石漠化監測數據(《中國巖溶地區石漠化狀況公報》)。

2.2 喀斯特峰叢洼地分區原則

本研究綜合考慮了喀斯特峰叢洼地地質地貌、氣候特征、生態環境條件等方面的相似性,以及人類活動對石漠化影響的空間一致性開展自然地域分區,主要遵循以下原則對峰叢洼地進行分區：

(1)影響石漠化主導因子的類似性。土地石漠化是脆弱的自然環境和高強度的人類活動共同作用的結果,自然因素是石漠化形成的背景因素,人類活動誘使石漠化加速發展[20]。以碳酸鹽巖為主的巖性條件是石漠化發生的最基本要素,因此,碳酸鹽巖面積比例是區分峰叢洼地山地石漠化主導因素的一個基本定量指標。

(2)影響土地利用的主導因子的類似性：峰叢洼地基巖裸露,土層淺薄,土地承載力低,限制了當地的土地利用方式。根據1984年中國農業區劃委員會頒發的《土地利用現狀調查技術規程》,<6°的土地可發生輕度土壤侵蝕,因此,適宜人類耕作的土地主要集中在坡度<6°的緩坡土地上[21-22]。峰叢洼地有限的宜耕土地迫使人們開發6°以上的坡耕地,導致山區生態環境破壞,石漠化問題惡化。因此,<6°土地面積是影響該區人類活動及土地利用方式的主導因素。

(3)氣候-植被的類似性：峰叢洼地區屬于亞熱帶濕潤季風氣候,夏季高溫多雨,冬季溫和濕潤,雨熱同期。植被類型主要是亞熱帶常綠闊葉林。由于季風形成的差異,該區主要受西南季風和東亞季風兩種季風的影響,兩種季風在氣溫和降水上的差異導致區域上地貌形態和植被類型的差異性[16]。

(4)石漠化治理措施的類似性：石漠化問題主要表現為植被覆蓋下降,土壤肥力下降,土層變薄,生態環境惡化,土地生產力下降等問題。目前治理石漠化的措施主要包括土壤措施、生物措施和工程措施等。

(5)區域的完整性：根據石漠化發生發展及其防治在空間分布的差異性和相似性,將一定范圍的區域進行劃分和合并,保證行政區域的完整性和地域的連續性,以便在進行峰叢洼地石漠化分區防治規劃時,能夠合理利用自然資源、因地制宜進行石漠化治理及監管布局。

2.3 喀斯特峰叢洼地分區指標

根據上述分區原則,綜合分析與比較導致峰叢洼地石漠化發生發展的各主導因素,篩選確定分區指標：

(1)巖性：碳酸鹽巖是喀斯特發育的物質基礎, 碳酸鹽巖的層位、礦物成分和化學成分、出露條件和巖溶發育特征都將影響喀斯特生態系統的結構、運行規律[14]。以碳酸鹽巖為主的脆弱生態地質環境是喀斯特地區石漠化發育的基礎[23],巖性對喀斯特石漠化起主要的控制作用,在巖性是碳酸鹽巖條件下,尤其是出露型碳酸鹽巖,疊加其他因素導致石漠化[24-25]。峰叢洼地區地貌類型受碳酸鹽巖空間分布的地質背景制約,地表呈現錐、塔峰和常態山等地貌景觀類型。

(2)優勢坡度及其變化：石漠化發生的坡度范圍主要集中在坡度15°—50°[24]。坡度越大,石漠化發生的風險就越高、程度越嚴重[26]。峰叢洼地區約76.91%的面積集中在6°—35°的坡度范圍之內,約61.60%的區域坡度在15°以上。因此,峰叢洼地區的優勢坡度范圍屬于石漠化問題高發的區域范圍。

(3)小于6°土地面積比例：坡度反映耕地地表形態的自然要素特征,是評價耕地等級、利用條件和水土保持的重要指標,也是制定耕地利用與保護、生態退耕政策的主要依據。根據《土地利用現狀調查技術規程》,6°以下的平坡地土地幾乎沒有水土流失或者輕度水土流失[19],且土層較厚,因此,幾乎不存在石漠化問題。另外,<6°土地不但反映了地形特征,又體現了土地資源的質量,<6°土地面積大的區域,土地承載力相對較大,宜耕地資源較豐富,人地關系相對緩和,是耕作的主要發生區域,也是人類活動最強烈的區域[27]。受自然地理條件的限制,耕地質量總體較低。因此,開展面向石山區石漠化治理的自然地域分區,應去掉坡度<6°的土地,對傳統地質圖進行修正,將裸露型碳酸鹽巖作為劃分喀斯特區域和非喀斯特區域的主要依據。

(4)地形起伏度：峰叢洼地位于云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶,地勢西北高東南低,地形起伏,微地貌形態依地勢而變。大斜坡北部的高原面和南部的廣西丘陵,地形相對平坦,喀斯特地貌發育,地貌形態以淺碟型的錐、塔峰谷地為主;大斜坡中部地形下切嚴重,地形起伏大,地貌形態以漏斗型的錐峰洼地為主。大地貌部位和微地貌形態影響<6°壩地面積比例,是典型峰叢洼地區域劃分的主要依據。

(5)氣候-植被分帶：氣候條件對喀斯特地表形態具有再塑造作用。峰叢洼地區西部的滇東高原為西南季風氣候區,氣溫低,降水少,干濕季節氣候分異明顯,喀斯特地貌以常態山為主[16];廣西丘陵和云貴高原南部屬于東亞季風氣候區,降水豐富,地表徑流大,以錐、塔峰為主要地貌[16,28]。因此,氣候分異是喀斯特地貌發育典型程度的主要劃分依據。

分區主要考慮了喀斯特峰叢洼地區地質、氣候和地形地貌等因素在空間上的相似性和差異性,利用去除小于6°土地的碳酸鹽巖面積比例作為一級分區指標,氣候分異作為二級分區指標,大地貌部位和錐峰塔峰等微地貌發育形態作為三級分區指標,并且綜合分析三級分區的社會經濟和石漠化治理現狀及成效,開展石漠化治理優化分區。

2.4 喀斯特峰叢洼地分區方法

為了更直觀的了解峰叢洼地區碎屑巖和碳酸鹽巖分布區氣候和地形地貌差異,以及石漠化治理現狀,在野外考察基礎上,結合專家意見和室內數據分析,利用空間疊置法,對峰叢洼地區的地質、氣候、地形地貌、人類活動狀況和石漠化治理現狀、成效及未來治理方向進行了全面梳理,以期加深對峰叢洼地自然地域分異規律的認識,為后續石漠化治理工程調整和精準脫貧提供科學依據。

3 喀斯特峰叢洼地自然地域分區

3.1 基于修正后地質填圖的峰叢洼地一級分區

圖3 基于修正后喀斯特分布的一級分區 Fig.3 The first level regional divisions based on revised lithologic distribution

圖4 基于氣候分異的峰叢洼地二級分區圖 Fig.4 the secondary level of regional divisions of carbonate karst based on climatic indicators

本研究以縣域為研究單元,同時兼顧區域連續性,依據曹建華[14]劃分巖溶縣(碳酸鹽巖出露面積占土地面積的比例≥30%)的方法,將碳酸鹽巖面積比例小于30%的峰叢洼地區劃分為碎屑巖為主的非喀斯特區(圖3)和碳酸鹽巖為主的喀斯特區。碎屑巖為主的非喀斯特區作為峰叢洼地區的一部分,出露型碳酸鹽巖面積比例少,幾乎沒有石漠化現象。

碎屑巖為主的非喀斯特區(Ⅰ)位于103.40°—109.78°E,21.60°—25.75°N之間,區域土地總面積為4.78×104km2,是區域面積最大、分布最廣的區域。該區是喀斯特地貌面積比例最小,碳酸鹽巖面積比例為18.30%。平均海拔738.35 m,平均起伏度為121.81 m。該區降水充沛,多年平均降水量1435.00 mm,其中,雨季(5—9月)平均降水量為1946.26 mm,旱季(12—2月)平均降水量為338.17 mm。多年平均氣溫為19.33℃,干燥度為0.22。土層屬全區最厚,平均土壤厚度93.03 cm。土壤類型多樣,其中水稻土面積比例為2.14%,黃紅壤面積比例為18.32%。土壤質地以砂粒為主,砂粒含量占37.78%。土壤受侵蝕程度較低,中度、重度和極重度土壤侵蝕面積比例分別為1.71%、0.16%和0.15%。植被覆蓋度全區最高,該區生長季平均歸一化植被指數為0.73。Ⅰ區人口稀少,平均人口密度僅84人/km2。人均耕地面積高于全國平均水平,人地矛盾相對較緩和,石漠化問題不突出。但人均GDP僅有2.4萬元,不足全國水平的一半,居民生活水平較低。

3.2 基于氣候分異的峰叢洼地二級分區

圖5 面向石漠化治理的峰叢洼地區自然地域分區 Fig.5 Natural regional divisions of peak cluster depression area for rocky desertification treatment

滇東南桂西南西南季風非典型峰叢洼地區(Ⅱ)位于103.58°—106.19°E,22.92°—24.46°N之間,區域土地總面積為2.77×104km2。該區位于滇東高原,地形起伏大,平均海拔1282.48 m,平均起伏度為115.43 m。喀斯特地貌分布較廣,但發育不典型,地貌類型以常態山為主,碳酸鹽巖面積比例為35.15%。該區海拔高,受西南季風影響,氣候相對干冷,多年平均降水量最少,僅1248.72 mm,多年平均氣溫僅18.13℃,干燥度為0.23。氣候干濕季節特征明顯,雨季(5—9月)平均降水量為1814.26 mm,旱季(12—2月)平均降水量僅為244.83 mm。土層較厚,平均土壤厚度90.09 cm。土壤質量較好,其中水稻土面積比例為2.62%,黃紅壤面積比例全區最高(27.31%);土壤質地以粘粒為主,粘粒含量占35.13%。該區植被覆蓋率較低,生長季平均歸一化植被指數為0.67。該區石漠化治理成效顯著,與2005年相比,2016年重度、極重度石漠化面積減少了1974.54 km2,石漠化面積比例由2005年的10.79%減少到2016年的3.14%。2015年區內常住人口295.51萬人,人口較少,人口密度114人/km2,但耕地資源緊缺,人均耕地面積為0.92×10-3km2,低于全國人均水平,區內人均GDP全區最低,僅為1.9萬元。

3.3 基于大地貌部位和微地貌形態的峰叢洼地三級分區

受東亞季風控制的典型峰叢洼地區因降水豐富,喀斯特地貌發育強烈,形成典型的錐峰、塔峰、洼地、谷地等地貌形態。另外,由于該區域主要位于云貴高原向廣西丘陵過渡的大斜坡地帶,不同地貌部位的微地貌形態分異特征明顯。在大斜坡地帶,地形起伏強烈,地貌形態以錐峰洼地組合為主,呈現漏斗型;而高原面和廣西丘陵地區地形相對平坦開闊,地貌形態以錐峰谷地和塔峰谷地組合為主,呈淺碟型。因此,在巖性、氣候分異分區基礎上,根據研究區所處的大地貌部位和微地貌形態差異,對東亞季風典型峰叢洼地區進一步分區：黔西南高原面淺碟型錐峰洼地區、黔南桂北大斜坡北部漏斗型錐峰洼地區、桂中大斜坡南部漏斗型錐塔峰洼地區和桂南丘陵淺碟型錐塔峰洼谷區(圖5)。

3.3.1桂中大斜坡南部漏斗型錐塔峰洼地區

桂中大斜坡南部漏斗型錐塔峰洼地區(Ⅲ)位于106.40°—109.10°E,22.92°—24.92°N之間,地處云貴高原向廣西盆地過渡的大斜坡上,地勢西北高、東南低,地形起伏大,平均起伏度為121.64 m,平均海拔457.54 m,區域土地總面積為3.23×104km2。該區喀斯特地貌分布最廣,是全國喀斯特地貌發育最典型的區域之一,碳酸鹽巖面積比例為61.72%。該區水熱資源相對豐富,降雨充沛,多年平均降水量1527.78 mm。多年平均氣溫為20.45℃,干燥度為0.21。土層淺薄且不連續,平均土壤厚度88.47 cm,土壤質地以粘粒為主,粘粒含量占36.74%。植被覆蓋度較高,生長季平均歸一化植被指數為0.72,不同程度石漠化面積均穩定減少,與2005年相比,2016年石漠化減少了13.07%(圖6),但石漠化面積仍高達6093.19 km2,石漠化問題依然最為嚴重。2015年該區戶籍人口541萬人,常住人口僅460.84萬人,人口流失嚴重。人口密度平均為152人/km2,人均耕地面積為1.03×10-3km2,均高于全國人均水平。人口密集,人類活動強烈,土地開發利用程度高。人地關系緊張,石漠化問題最為突出,極大的影響該地區生態環境和經濟發展。

3.3.2黔西南高原面淺碟型錐峰洼地區

黔西南高原面淺碟型錐峰洼地區(Ⅳ)位于104.53°—105.66°E,24.62°—25.39°N之間,區域土地總面積為0.54×104km2。該區是喀斯特地貌發育良好,碳酸鹽巖面積比例為52.84%。平均海拔最高,為1317.96 m,平均起伏度為105.77 m。該區屬山地季風濕潤氣候,夏無酷暑,冬無嚴寒,日照長。降水充沛,雨熱同季,多年平均降水量1327.03 mm。多年平均氣溫為16.90℃,干燥度為0.17。土層淺薄,土壤類型多樣,平均土壤厚度84.04 cm。土壤質地以砂粒為主,砂粒含量占34.01%。生長季平均歸一化植被指數為0.64,植被覆蓋度低。石漠化問題嚴重,但中度、極重度石漠化面積下降明顯,與2005年相比,2016年極重度石漠化面積比例減少了3.58%,輕度石漠化面積比例減少了2.00%,但中度、重度石漠化面積比例幾乎沒變(圖6),石漠化問題依然嚴重。2015年底區內常住人口115.4萬人,人口密度平均為225人/ km2,人均耕地面積為0.70×10-3km2,糧食總產量44.9萬噸,人均GDP3.5萬元,農村居民人均純收入8186元,耕地資源緊張,人地矛盾最為突出。

3.3.3黔南桂北大斜坡北部漏斗型錐峰洼地區

未來廣播電視的發展在很長一段時間內IP和SDI信號將會共存，在向IP過渡期間，如何設計信號調度的拓撲方案，是向IP順利過渡的關鍵因素。在向IP過渡期間，以下3種信號調度拓撲方案可作參考。

黔南桂北大斜坡北部漏斗型錐峰洼地區(Ⅴ)位于106.69°—109.75°E,23.91°—26.18°N之間,地處云貴高原南部大斜坡的最北邊,區域土地總面積為3.17×104km2。平均海拔580.46 m,平均起伏度為102.03 m。喀斯特地貌發育典型,碳酸鹽巖面積比例為61.01%。該區屬中亞熱帶季風氣候,雨熱同季,光、溫、水等氣候資源豐富,多年平均降水量1503.57 mm。多年平均氣溫為18.65℃,干燥度為0.21。土層淺薄,肥力較低,平均土壤厚度84.49 cm。水稻土、黃紅壤面積比例較少,分別為6.14%和1.92%。土壤質地以砂粒為主,砂粒含量占34.58%。該區生長季平均歸一化植被指數為0.71,植被覆蓋度較高,石漠化面積比例相對較低,且不同程度石漠化面積比例均穩定減少。與2005年相比,輕度、中度、重度和極重度石漠化面積比例分別減少了0.82%、3.14%、2.72%和0.51%(圖6)。2015年區內常住人口506.36萬人,人口較稠密,平均人口密度為144人/km2,接近全國平均水平。人均耕地面積0.99×10-3km2,略低于全國水平(1.01×10-3km2)。山多地少,人地矛盾相對緊張。該區喀斯特景觀資源較為豐富,分布有荔波喀斯特、環江喀斯特等世界自然遺產地。

3.3.4桂南丘陵淺碟型錐塔峰洼谷區

桂南丘陵淺碟型錐塔峰洼谷區(Ⅵ)位于105.94°—108.11°E,22.15°—24.13°N之間,地處廣西丘陵地帶,區域土地總面積為2.84×104km2。喀斯特地貌面積分布廣泛,多發育典型的峰叢谷地,碳酸鹽巖面積比例為59.59%。境內丘陵起伏,平均海拔437.45 m,平均起伏度為98.93 m。該區屬于亞熱帶季風氣候區,氣候溫和,光熱充足,降水充沛但季節分配不均。多年平均降水量1427.32 mm。該區氣候相對較干熱,多年平均氣溫為21.34℃,干燥度為0.23。土層最厚,平均土壤厚度92.30 cm。土壤類型多樣,其中水稻土面積比例為6.30%,黃紅壤面積比例為3.18%。土壤質地以粘粒為主,粘粒含量占38.33%。植被覆蓋較高,生長季平均歸一化植被指數為0.70。該區石漠化面積小但程度重,2016年,石漠化總面積比例為11.68%,其中,重度石漠化面積比例約6.96%(圖6)。2015年區內常住人口356.14萬人,戶籍人口417萬。區內人口較稠密,人口密度平均為135人/km2,略低于全國水平。人均耕地面積為1.95×10-3km2,高于全國平均水平。該區耕地資源豐富,且水熱資源最為豐富,農業開發利用程度高,經濟結構以第一產業為主,人地關系相對緩和。

4 討論

喀斯特石漠化的發生和演化受碳酸鹽巖巖性的影響,其嚴重程度與碳酸鹽巖巖層類型之間有內在制約關系,更受高強度人為干擾活動的主導影響[14]。峰叢洼地位于滇東高原、云貴高原和廣西丘陵平原的過渡地帶,地質結構復雜,純碳酸鹽巖、不同程度碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖互層、不同類型碳酸鹽巖互層等現象并存。同時,該區地勢西北高、東南低,氣候條件在空間上具有顯著的空間分異,氣候差異使得區域溶丘地貌形態各異[28]。以地質、氣候分異、大地貌部位和微地貌形態作為喀斯特峰叢洼地石漠化治理分區依據,將整個西南喀斯特峰叢洼地區劃分為碎屑巖為主的非喀斯特區、滇東南桂西南西南季風非典型峰叢洼地區、以及黔西南高原面淺碟型錐峰洼地區、黔南桂北大斜坡北部漏斗型錐峰洼地區、桂中大斜坡南部漏斗型錐塔峰洼地區和桂南丘陵淺碟型錐塔峰洼谷地區等亞區。各分區在自然條件、人口和耕地資源空間分布、人地關系緊張程度以及石漠化現狀、治理成效及未來治理方向上具有鮮明特征。本研究根據各亞區內的自然資源稟賦、社會經濟發展狀況以及人地關系,聚焦具體的生態和發展問題,有助于提出科學合理的石漠化治理優化方案,增強了喀斯特石漠化治理的區域針對性。

圖6 不同分區內2015年人口密度、2015年人均GDP、2015年人均<6°土地面積和2005—2016年石漠化程度演變Fig.6 Population density, per capita GDP, per capita land area of < 6° in 2015 and evolution of rocky desertification from 2005 to 2016 in different subzones

碎屑巖為主的非喀斯特區(Ⅰ)碳酸鹽巖面積比例小于30%,土層厚,植被覆蓋度高,石漠化面積少、程度低。該區耕地資源豐富,人口稀少(圖6),人口壓力小,人地關系緩和,石漠化問題不突出,不屬于石漠化治理的重點區域,針對已經發生石漠化的區域應采取封育保護的治理模式。

滇東南桂西南西南季風非典型峰叢洼地區(Ⅱ)位于滇東高原,屬于西南季風氣候區,干濕季節特征鮮明。由于全年降水量少,氣候相對干冷,喀斯特錐峰、塔峰、洼地、谷地地貌發育不典型,以常態山為主。該區山多地少,人均壩地面積比例少(圖6),坡耕地開發強度大,植被覆蓋度小,人地矛盾突出,土地退化嚴重,石漠化問題突出。與2011年相比,2016年石漠化治理成效顯著,重度、極重度石漠化面積明顯減少。但在石漠化治理中還存在治理對象具有局限性、治理措施配置細化程度不夠以及治理觀念不強的問題。未來石漠化治理應加強有限水資源利用效率,確保生態效益的同時提高土地利用效率,緩解土地資源短缺的壓力,提高農民收入水平。同時,注重改善立地條件,加強路池工程建設,高效利用稀缺的水熱資源。

桂中大斜坡南部漏斗型錐塔峰洼地區(Ⅲ)發育有典型的漏斗型錐峰、塔峰和洼地地貌,石山多,壩地少,石漠化程度高;人多地少(圖6),人均壩地面積低,人地矛盾高度緊張;農民人均收入水平低,屬于連片貧困地區。生態工程實施以來該區不同程度石漠化面積均呈減少趨勢,石漠化結構和程度趨于改善,石漠化面積削減迅速,但該區石漠化面積廣、程度深,石漠化問題最為突出。該區石漠化治理宜采取喀斯特土地集約化利用的立體生態發展模式,充分利用有限的土地資源,緩解人地關系緊張的問題,促進農村產業結構調整與升級,同時兼顧石漠化治理的長中短效益,獲得較大的經濟效益和生態效益。另外,需與異地扶貧搬遷工作緊密結合,緩解石漠化嚴重地區人口壓力。

黔西南高原面淺碟型錐峰洼地區(Ⅳ)整個地勢由西北向東南逐漸降低,地形呈多級臺階狀逐級下降至南盤江河谷,海拔高,氣溫低,降水充沛但季節分配不均;人口稠密(圖6),耕地資源緊張,人地矛盾最為尖銳;2016年石漠化面積比例仍高達21.65%,石漠化問題依然嚴重。該區地處滇、桂、黔三省交界處,自然資源豐富,地理位置優越,區位優勢和資源優勢突出,第一產業比重低,以二三產業為主,注重旅游產業發展,對土地的依賴程度小,經濟發展迅速。桂中大斜坡南部漏斗型錐塔峰洼地區(Ⅲ)石漠化面積最大,黔西南高原面淺碟型錐峰洼地區(Ⅳ)石漠化面積比例最高,兩者均是未來石漠化治理的重點區域。由于兩區域耕地資源有限,石漠化治理需大力發展特色生態衍生產業,增加農民收入,從根本上解決貧困問題[29]。同時,考慮異地扶貧搬遷工程的實施,減少過度超載人口對土地的依賴。

黔南桂北大斜坡北部漏斗型錐峰洼地區(Ⅴ)地處中亞熱帶巖溶喀斯特地區、云貴高原向廣西丘陵過渡地段的最北部,地形起伏較大。該區南北經濟差距大,東南部處于粵桂黔高鐵經濟帶上,區位優越,城鎮化水平高,經濟發展潛力大,石漠化治理應以封育保護為主。石漠化面積比例相對較低,在水熱充沛且土多的喀斯特石山坡麓坡腳地帶發展短平快的喀斯特石生環境適應型特色高效經濟林果產業,獲得長期穩定產出,促進農民增收,緩解貧困問題。另外,該區有濃郁的少數民族風情,自然、文化稟賦較好,分布有荔波喀斯特、環江喀斯特等多處世界自然遺產地,景觀類型豐富,應調整農村產業結構,大力發展喀斯特生態旅游,促進第二、三產業發展。

桂南丘陵淺碟型錐塔峰洼谷地區(Ⅵ)谷地地形平坦開闊,交通便利,位于南寧-新加坡經濟走廊、泛北部灣區域交匯的關鍵地帶,區位優勢明顯。物產資源豐富,有中國最大的甘蔗種植基地、蔗糖生產基地,制糖業是當地第一大支柱產業,經濟發展潛力大。該區人地關系相對寬松,石漠化面積小但程度重。石漠化治理過程中仍存在以下問題：石山坡麓地帶林相低下,經濟效益差;水熱資源豐富,但利用率低,生產、生活用水貧乏;農村勞動力不足,難以承擔勞動密集型農業產業。未來石漠化治理應采取喀斯特石山坡麓灌木林提質改造和封育保護相結合的治理模式,節約人力成本,發揮石漠化治理的長期效益,解決石漠化治理和退耕還林過程中長期效益與短期效益之間的矛盾。

大規模的石漠化綜合治理工程實施以來,峰叢洼地區的石漠化面積削減最為迅速,石漠化面積比例呈減少趨勢,石漠化程度明顯降低,生態環境得到有效改善[30-31]。在前期石漠化面積“持續凈減少”、植被覆蓋增加基礎上,未來喀斯特峰叢洼地石漠化治理應重視石漠化治理的提質增效,在實現初步“變綠”基礎上,重視提升喀斯特生態系統服務能力,充分發揮各亞區內的資源優勢,兼顧石漠化治理的長中短效益,生態治理與生態產業培育有機結合,提高農民收入水平,增強石漠化治理的可持續性,促進區域經濟、人口和生態環境的可持續發展[32-33]。

5 結論

為了提升喀斯特峰叢洼地石漠化治理的區域針對性和可持續性,本研究以地質背景、氣候分異、大地貌部位及微地貌特征為依據,開展了面向石漠化治理的峰叢洼地自然地域分區,分析了各個亞區內的自然環境特征、社會經濟發展狀況和石漠化治理現狀及其成效,揭示了喀斯特峰叢洼地自然地域分異規律,服務于后續石漠化治理。研究發現喀斯特峰叢洼地具有地質地貌分區明顯、氣候分異性強、土地資源分布不均、人地關系區域差異大的特點。各分區內2005—2016年石漠化均呈面積持續凈減少、程度降低的趨勢,但由于區域自然地域差異,未來石漠化治理的側重方向不同：

(1)碎屑巖為主的非喀斯特區坡緩土厚,人口稀少,人地矛盾相對緩和;西南季風非典型峰叢洼地區受西南季風影響干濕季節特征鮮明,喀斯特地貌發育不典型,以常態山為主,未來石漠化治理應結合工程措施,提高資源利用效率。

(2)典型峰叢洼地區：桂中大斜坡南部漏斗型錐塔峰洼地區重度、極重度石漠化問題突出,石漠化面積廣、程度深,可利用土地資源缺乏,未來石漠化治理宜采用土地集約化利用的立體生態發展模式;黔西南高原面淺碟型錐峰洼地區地形起伏較大,人口稠密,人地關系最為緊張,石漠化問題雖有減緩但依然嚴重,未來石漠化治理需考慮通過異地扶貧搬遷來緩解高強度人口壓力對土地的依賴;黔南桂北大斜坡北部漏斗型錐峰洼地區石漠化面積比例相對較低、喀斯特景觀資源豐富,未來石漠化治理應注重發展石生環境特色高效經濟林果產業及生態旅游,提升生態效益和實現快速脫貧;桂南丘陵淺碟型錐塔峰洼谷地區水熱資源最為充沛、人地關系相對舒緩,石漠化問題不突出,可采用自然封育和坡麓灌木林提質改造的石漠化治理模式。