南水北調(diào)中線水源區(qū)石漠化現(xiàn)狀及成因研究

李春杰

（南陽師范學院地理科學與旅游學院，河南 南陽 473061）

石漠化是指在巖溶地貌下，受自然變遷和人類活動的影響，從而導致植被消亡、水土流失以及土地生產(chǎn)力下降，最終使基巖大面積裸露于地表，而呈現(xiàn)出類似荒漠景觀的過程［1-2］。石漠化會破壞人類社會生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，造成環(huán)境退化并帶來巨大的經(jīng)濟社會損失。石漠化多發(fā)生于喀斯特地貌區(qū)域。石漠化過程伴隨著土地質(zhì)量的下降，最終導致可利用的土地資源緊縮；石漠化過程還會伴生各種自然災害，如山洪、滑坡、泥石流等，可能會導致區(qū)域性貧困，造成經(jīng)濟、社會與科技文化落后等一系列問題［3-5］。

南水北調(diào)中線水源區(qū)是我國石漠化較為嚴重的區(qū)域，也是我國石漠化分布的北緣［6-7］。南水北調(diào)中線核心水源區(qū)，是調(diào)水工程最后一道生態(tài)屏障和水源保護的敏感區(qū)域。了解并研究南水北調(diào)中線水源區(qū)的石漠化現(xiàn)狀和成因，是保護水源區(qū)生態(tài)環(huán)境和優(yōu)化供水水質(zhì)過程中面臨的重要課題［8］。本文以南水北調(diào)核心水源區(qū)的典型石漠化區(qū)域為研究對象，通過遙感影像分析的方法，查明石漠化以及潛在石漠化的面積、分布現(xiàn)狀并分析其成因，以期為進一步保護南水北調(diào)水源區(qū)生態(tài)環(huán)境及供水水質(zhì)安全提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

南水北調(diào)中線核心水源區(qū)地處中國自然地理南北過渡帶，屬亞熱帶與暖溫帶氣候的過渡地帶，是長江、淮河兩大水系支流上游發(fā)源地之一。當?shù)啬昶骄鶜鉁?6℃，雨量豐沛，無霜期長，降水主要集中在6—9月，年均降水量為750～900mm［9］。研究區(qū)域位于南水北調(diào)中線核心水源地，是我國石漠化分布的北緣。該區(qū)為喀斯特地貌發(fā)育區(qū)，地貌類型以山地、丘陵為主，成土母質(zhì)由石灰?guī)r、片麻巖等發(fā)育而成，質(zhì)地疏松，土壤類型以黃棕壤和砂姜黑土為主，易被降雨沖刷侵蝕，土壤相對貧瘠，地形以坡地為主，易發(fā)生水土流失［10］。

1.2 研究方法

本研究以南水北調(diào)中線水源區(qū)為例，主要研究區(qū)域包括淅川縣、內(nèi)鄉(xiāng)縣、西峽縣、桐柏縣、南召縣、鎮(zhèn)平縣、鄧州市、方城縣、唐河縣、社旗縣、新野縣和南陽市主城區(qū)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，研究南水北調(diào)中線核心水源區(qū)的石漠化現(xiàn)狀和分布情況。遙感影像數(shù)據(jù)源于地理空間數(shù)據(jù)云（www.gscloud.cn），依據(jù)云量＜20%、地面植被對分析結(jié)果影響較小的原則，選擇2020年2月9日，南水北調(diào)中線水源區(qū)的Landsat8OLI_TIRS衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品，以及SRTM90mDEM數(shù)據(jù)，確保選用數(shù)據(jù)能夠進行有效對比。本研究主要采用Envi5.1遙感影像處理軟件，對遙感影像依次進行輻射校正、大氣校正、圖像配準、裁剪操作。根據(jù)大量的野外調(diào)查數(shù)據(jù)，同時結(jié)合已有的石漠化研究資料，依照不同等級的石漠化土地分布格局，將石漠化強度劃分為輕度、中度、重度和極重度等4級［11］。通過遙感影像監(jiān)督分類的方法，得到不同區(qū)縣石漠化強度及分類面積統(tǒng)計。

2 南水北調(diào)中線水源區(qū)石漠化現(xiàn)狀分析

南水北調(diào)中線水源區(qū)地處我國喀斯特地貌分布區(qū)北緣。當?shù)厝说仃P(guān)系緊張，人類活動打破了生態(tài)平衡，導致地表植被覆蓋率降低，從而出現(xiàn)了大范圍的石漠化現(xiàn)象。石漠化的主要表現(xiàn)形式為表土被剝離后基巖與礫石大面積裸露，植被蓋度下降使得整個地表呈現(xiàn)出石質(zhì)荒漠化景觀，使水土流失、生態(tài)失衡愈發(fā)嚴重。人為改造地形，對土地資源的不合理利用，進一步加快了水土流失的速度，致使該地區(qū)石漠化日益嚴重（見圖1）。

對南水北調(diào)中線核心水源區(qū)的遙感圖像進行分析，可以發(fā)現(xiàn)：淅川縣與內(nèi)鄉(xiāng)縣現(xiàn)存石漠化面積相對較大，分別為34881.5hm2和15548.2hm2；潛在石漠化面積相對較大的是淅川縣與西峽縣，分別為48979.1hm2和22414.9hm2（詳見表1）。目前石漠化最為嚴重的淅川縣和內(nèi)鄉(xiāng)縣，其石漠化程度按強度等級分析具有明顯差異。淅川縣中度石漠化面積最大，為20263.2hm2，內(nèi)鄉(xiāng)縣中度石漠化面積為7561.7hm2（詳見表2）。南陽市行政區(qū)域內(nèi)按土地利用類型分類，林地現(xiàn)存的石漠化面積最大，其次是耕地、未利用地，最后是牧草地，面積分別為71723.2、2628.7、915.9、36.3hm2；南陽市行政區(qū)域內(nèi)按土地使用權(quán)屬分類，集體用地現(xiàn)存的石漠化面積最大，其次是個體用地，最后是國有用地，面積分別為55935.7、16107.2、3261.2hm2（詳見表3）。導致石漠化的最直接因素就是土壤侵蝕，隨著表層土壤的減少，石漠化會愈發(fā)嚴重。喀斯特地貌廣泛發(fā)育的石灰土易被流水侵蝕，不利于地表土層的積累，進一步加快了南水北調(diào)中線水源區(qū)石漠化的進程，潛在石漠化面積不斷擴大。

表1 南陽市各行政區(qū)域石漠化面積

表2 淅川縣、內(nèi)鄉(xiāng)縣石漠化土地強度等級分布現(xiàn)狀

表3 石漠化按土地使用權(quán)屬分類現(xiàn)狀

3 南水北調(diào)中線水源區(qū)石漠化成因分析

南水北調(diào)中線水源區(qū)石漠化的主要原因有兩個，一是自然因素，二是人為因素，其內(nèi)在機制見圖2。

圖2 石漠化的成因機制

3.1 自然因素

3.1.1 地質(zhì)、地形因素。南水北調(diào)中線水源區(qū)所在的南陽市位于我國西南熔巖地區(qū)的北緣，是我國熔巖區(qū)的重要組成部分。其中，伏牛山、桐柏山76.2%的基巖由石灰?guī)r構(gòu)成。且南陽市地形以山地、丘陵為主，多地勢陡峭的山體及破碎的巖石，在降水的沖刷下，地表十分容易遭到侵蝕和破壞，造成石漠化災害［11-13］。南陽市境內(nèi)復雜的地質(zhì)構(gòu)造，加上石灰?guī)r本身自然屬性，天然形成了禿壁殘垣和光山禿嶺；當?shù)爻赏聊纲|(zhì)由石灰?guī)r、片麻巖等發(fā)育而成，質(zhì)地疏松，土壤類型以黃棕壤和砂姜黑土為主，極易受到侵蝕形成自然石漠化景觀（見圖1）。

3.1.2 氣候、植被因素。南水北調(diào)中線水源區(qū)地處東部季風區(qū)，降水較多且集中，夏季降水量占全年降水量的一半以上，集中的降水對地表巖石造成嚴重沖刷，破壞地表土壤［14］，為喀斯特溶蝕、侵蝕作用提供了物質(zhì)和能量來源。而且該地區(qū)地形起伏較大，山勢較陡，當山體具有一定的坡度、破碎度，且植被覆蓋度較低時，山坡上原本較薄的土壤受到強烈沖刷后極易導致水土流失、土地退化和基巖裸露，影響水源區(qū)水環(huán)境和水生態(tài)安全［15］。此外，南水北調(diào)中線水源區(qū)良好的水熱條件加快了巖石的溶蝕速度，更加重了石漠化災害。水源區(qū)植被以灌木居多，大部分植被群落處于正向演替的初始階段，穩(wěn)定性較差，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱，有利于石漠化的形成。

3.2 人為因素

3.2.1 人口素質(zhì)。石漠化形成的另一個主要原因是人為因素。南水北調(diào)中線水源區(qū)可耕地面積較少，且新增石漠化面積主要發(fā)生在陡坡耕作區(qū)，每年新增嚴重石漠化面積還在繼續(xù)增加，使得人地矛盾十分突出。該地區(qū)農(nóng)民普遍僅靠土地進行生產(chǎn)生活，大多缺乏生態(tài)環(huán)境保護意識，過度使用土地資源導致了石漠化面積進一步擴大。雖然南陽市年鑒統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，近幾年南水北調(diào)中線水源區(qū)居民的人均受教育年限在不斷提高，但是由于經(jīng)濟社會相對落后以及基礎(chǔ)設(shè)施條件的限制，水源區(qū)人口的綜合素質(zhì)依然較低，易被當前短期經(jīng)濟利益所吸引，而忽視自然生態(tài)環(huán)境的承受能力，以破壞生態(tài)環(huán)境為代價追求當前經(jīng)濟效益的現(xiàn)象十分普遍。通常石漠化現(xiàn)象嚴峻的縣市，其地方經(jīng)濟也相對落后。

3.2.2 產(chǎn)業(yè)矛盾。南水北調(diào)中線水源區(qū)部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)為發(fā)展經(jīng)濟，大力發(fā)展畜牧業(yè)，且以散養(yǎng)牛羊為主，過度放牧導致林草植被退化。這也是導致南水北調(diào)中線水源區(qū)石漠化加重的原因之一。由于人多地少，人們對耕地和木材的需求量大，因此過度墾殖、亂砍濫伐現(xiàn)象突出，導致生態(tài)破壞嚴重，植被恢復極為困難。調(diào)查顯示，南水北調(diào)水源區(qū)曾多次發(fā)生大面積砍伐樹木的現(xiàn)象，加速了石漠化進程。此外，滑坡、泥石流等地質(zhì)災害，使局部地區(qū)基巖裸露；不合理的開山采石，公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目工程岸坡、邊坡未按照水土保持方案的要求進行治理，也都加劇了石漠化。

4 結(jié)論

石漠化過程是諸多因素綜合作用的結(jié)果，脆弱的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境是石漠化形成的基礎(chǔ)，人為因素更加快了石漠化過程。石漠化使生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性減弱、敏感性增強、自然災害頻發(fā)、耕地面積不斷減少，最終導致土地生產(chǎn)力趨于枯竭。南水北調(diào)中線水源區(qū)地處我國喀斯特地貌分布區(qū)北緣，地質(zhì)構(gòu)造和成土母質(zhì)的特性導致極易出現(xiàn)水土流失，形成石漠化地貌。本研究查明了南水北調(diào)中線水源區(qū)石漠化以及潛在石漠化的面積及分布，其中，淅川縣和內(nèi)鄉(xiāng)縣境內(nèi)石漠化分布面積較大。從整體來看，南水北調(diào)中線水源區(qū)石漠化土地分布較廣，防治形勢十分嚴峻。通過提升人口素質(zhì)，限制過度畜牧、過度墾荒、地形改造、采石采礦和無水保規(guī)劃的工程建設(shè)等措施，可使石漠化土地得到有效恢復，并可改善水源區(qū)水質(zhì)環(huán)境和水生態(tài)，從而確保南水北調(diào)中線水源區(qū)水質(zhì)不斷優(yōu)化，持續(xù)北送。由于石漠化區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)復雜且脆弱，對于石漠化的形成機制仍需進一步深入研究。探討水源區(qū)石漠化現(xiàn)狀和成因，對提升石漠化治理水平、提高石漠化修復能力具有重要的理論和現(xiàn)實意義。