馬能，黃義忠，尹紅梅

(昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093)

石漠化是指基巖大面積裸露于地表而呈現(xiàn)類似荒漠景觀的土地退化過程，其本質(zhì)是喀斯特地區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)功能的退化。我國西南地區(qū)是全球最典型的熱帶—亞熱帶喀斯特地貌的代表，石漠化程度嚴(yán)重，導(dǎo)致當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢、人民生活水平下降、環(huán)境狀況惡化。該狀況已引起國家重視，并加大了石漠化治理力度[1-3]。長期以來，專家學(xué)者在石漠化研究方面取得了一系列成績，對(duì)喀斯特石漠化的成因、影響因子、危害及防治對(duì)策和各種治理模式等進(jìn)行了深入研究[4-6]。

石漠化發(fā)育區(qū)土地整治是將土地整治工程措施與石漠化治理相結(jié)合，不僅能有效解決石漠化發(fā)育區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題，同時(shí)能通過提高耕地質(zhì)量、增加有效耕地面積，提高農(nóng)民收入，帶動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。云南省在西疇縣實(shí)施的石漠化發(fā)育區(qū)土地整治項(xiàng)目取得了顯著的成效。鑒于石漠化發(fā)育區(qū)域的土地整治工程剛剛起步，相關(guān)文獻(xiàn)還較少。司澤寬等[7]基于系數(shù)法、類比法等方法分析區(qū)域內(nèi)新增耕地?cái)?shù)量與質(zhì)量的潛力，并以典型的石漠化地區(qū)貴州省金沙縣為例進(jìn)行了實(shí)例分析；賈麗娟等[8]針對(duì)喀斯特地區(qū)提出3種灌溉排水工程方案；黃晶晶等[9-10]針對(duì)西南喀斯特山地采煤沉陷區(qū)——重慶松藻礦區(qū)，提出土地整治的關(guān)鍵技術(shù)在于土地整治規(guī)劃布局與工程設(shè)計(jì)。

石漠化發(fā)育區(qū)域的土地整治必須由政府牽頭，涉及土地、農(nóng)田水利、道路等各項(xiàng)工程設(shè)施，投入巨大，成功選取實(shí)施區(qū)域是影響整治工程實(shí)效的關(guān)鍵。本文從喀斯特石漠化發(fā)育特點(diǎn)出發(fā)，針對(duì)性選取評(píng)價(jià)因子，并借助高分辨率衛(wèi)星影像和地理信息系統(tǒng)(GIS)手段，探討石漠化發(fā)育區(qū)土地整治適宜性評(píng)價(jià)方法體系，以期為石漠化地區(qū)土地整治項(xiàng)目選址提供參考和依據(jù)。

1 研究方法

1.1 石漠化土地整治適宜性評(píng)價(jià)的特殊性與必要性

石漠化標(biāo)志為基巖大面積裸露。根據(jù)喀斯特地貌發(fā)育規(guī)律，碳酸鹽巖層面被溶蝕，形成許多溶溝溶槽，溝間突起石芽，導(dǎo)致石漠化發(fā)育區(qū)域土地性質(zhì)呈現(xiàn)土壤與巖石交替分布的特征，基巖裸露面積越大，植被覆蓋度越低。石漠化形成的過程實(shí)質(zhì)是土地系統(tǒng)退化的過程，進(jìn)程為林退、草毀→陡坡開墾→土壤沖刷→巖石裸露→石漠[11]，發(fā)展包括初期、中期、后期、末期4個(gè)階段。建立科學(xué)合理的石漠化土地整治適宜性評(píng)價(jià)體系，對(duì)快速有效選取適宜區(qū)域開展土地整治將起到事半功倍的效果，同時(shí)，評(píng)價(jià)成果對(duì)不同整治區(qū)域規(guī)劃設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)借鑒意義。

在參考傳統(tǒng)土地適宜性評(píng)價(jià)因子的基礎(chǔ)上，根據(jù)土地石漠化特點(diǎn)，將基巖出露率、植被覆蓋度作為石漠化土地整治評(píng)價(jià)的重要參評(píng)因子，并探討其信息獲取的方法途徑。

1.2 土地平整工程及技術(shù)分析

參照聯(lián)合國糧農(nóng)組織《土地評(píng)價(jià)綱要》(1976年)分類體系，本文評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用土地適宜等分類體系，將石漠化土地(主要指耕地)整治適宜性評(píng)價(jià)可分為高度適宜、中度適宜、低度適宜、勉強(qiáng)適宜和不適宜5級(jí)(表1)。

表1 石漠化發(fā)育區(qū)土地整治適宜性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取、權(quán)重確定及指標(biāo)量化

結(jié)合石漠化的特點(diǎn)，選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)包含：土地利用現(xiàn)狀類型、耕作層厚度、土壤有機(jī)質(zhì)含量、地形坡度、居民點(diǎn)分布、道路距離分布、基巖出露率、植被覆蓋度。將選定的評(píng)價(jià)因子構(gòu)建指標(biāo)層，進(jìn)而對(duì)指標(biāo)屬性進(jìn)行歸類，得到評(píng)價(jià)指標(biāo)的準(zhǔn)則層，石漠化土地整治適宜性評(píng)價(jià)綜合指數(shù)為本次評(píng)價(jià)的目標(biāo)層(圖1)。

圖1 石漠化發(fā)育區(qū)土地整治適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

結(jié)合自身評(píng)價(jià)指標(biāo)與目標(biāo)的特性，將層次分析法和傳統(tǒng)的土地整治適宜性評(píng)價(jià)相對(duì)重要性相結(jié)合，通過構(gòu)建判斷矩陣并檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性來確定指標(biāo)的權(quán)重。最終確定的石漠化土地整治適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)量化標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重見表2。

1.4 評(píng)價(jià)模型建立

采取加權(quán)綜合指數(shù)法確定各單元單因素的綜合評(píng)價(jià)分值，模型運(yùn)算如下：

式中：F表示各單元單因素獲得的綜合評(píng)價(jià)分值，Bi表示本文選取的第i個(gè)指標(biāo)的分值，Wi表示第i個(gè)指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)重，n≤8。

2 實(shí)證研究

2.1 研究區(qū)概況

選取云南省西疇縣興街鎮(zhèn)三光、拉孩、老街3個(gè)村委會(huì)境內(nèi)的土地為研究區(qū)。研究區(qū)位于西疇縣西南部，屬典型的喀斯特丘陵地貌，山丘、洼地交錯(cuò)分布，氣候?qū)倌蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，日照充足，氣候溫和，降水量大且集中，積溫條件好，有利于各種作物的生長發(fā)育。地質(zhì)條件較穩(wěn)定，一般不會(huì)發(fā)生崩塌、泥石流、滑坡等自然災(zāi)害。研究區(qū)面積387.18 hm2，土地利用現(xiàn)狀見圖2。

表2 石漠化土地整治適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)分規(guī)則及權(quán)重

圖2 研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀

2.2 基于GIS與遙感(RS)的評(píng)價(jià)指標(biāo)信息獲取與處理

在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建中，植被覆蓋度與基巖出露率是2個(gè)關(guān)鍵因子。為獲取準(zhǔn)確有效數(shù)據(jù)，采用遙感數(shù)據(jù)分析[12-13]。

2.2.1 遙感數(shù)據(jù)選取與預(yù)處理

本研究遙感數(shù)據(jù)來自西疇縣Landsat-8的TM遙感影像(2014年12月，分辨率30 m，全色波段band8分辨率為15 m)。數(shù)據(jù)預(yù)處理內(nèi)容包括輻射定標(biāo)、大氣校正、裁剪。預(yù)處理后研究區(qū)遙感影像如圖3所示。

圖3 研究區(qū)原始影像(2014年12月)

2.2.2 植被覆蓋度與基巖出露率信息獲取

基于ENVI平臺(tái)，利用Compute Statistics工具統(tǒng)計(jì)確定最大值和最小值，再利用波段計(jì)算器計(jì)算植被覆蓋度和基巖出露率。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)量化賦值

結(jié)合確定的計(jì)分規(guī)則及權(quán)重，運(yùn)用ArcGIS的空間分析等功能進(jìn)行所有評(píng)價(jià)指標(biāo)的分值量化，計(jì)算后，將要素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)，結(jié)合表2中確定的各評(píng)價(jià)因素評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得到各評(píng)價(jià)因素得分。

利用GIS將以上所有單因子評(píng)價(jià)結(jié)果圖進(jìn)行批量疊加，對(duì)其屬性進(jìn)行處理與分析，結(jié)合表2獲得評(píng)價(jià)綜合分值。由于項(xiàng)目區(qū)的資料獲取困難，本次評(píng)價(jià)中排除有效土層厚度和土壤有機(jī)質(zhì)含量2個(gè)因子。

通過項(xiàng)目所有評(píng)價(jià)單元的綜合分值制作研究區(qū)可建設(shè)區(qū)域綜合得分頻數(shù)分布圖(圖4)，根據(jù)綜合分值將石漠化發(fā)育區(qū)劃分為高度適宜土地整治、中度適宜土地整治和低度適宜土地整治3個(gè)級(jí)別(圖5)，制作研究區(qū)可建設(shè)區(qū)域石漠化土地整治適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果(表3)。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)可建設(shè)面積共計(jì)387.18 hm2，其中：高度適宜土地整治面積266.25 hm2，占研究區(qū)可建設(shè)規(guī)模的68.8%；中度適宜土地整治面積120.02 hm2，占研究區(qū)可建設(shè)規(guī)模的31.0%；低度適宜土地整治面積0.91 hm2，僅占研究區(qū)可建設(shè)規(guī)模的0.2%。

圖4 研究區(qū)可建設(shè)區(qū)域適宜性綜合分值頻數(shù)分布

表3 研究區(qū)可建設(shè)區(qū)域石漠化土地整治適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果

2.4 評(píng)價(jià)結(jié)果校核

后期實(shí)施西疇縣興街鎮(zhèn)三光等3個(gè)村土地整治(石漠化治理)項(xiàng)目，通過規(guī)劃設(shè)計(jì)野外踏勘，本次評(píng)價(jià)結(jié)果與設(shè)計(jì)分區(qū)面積吻合，重合率達(dá)86.7%，說明本評(píng)價(jià)方法具有較好的選址指導(dǎo)與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

圖5 研究區(qū)可建設(shè)區(qū)域石漠化土地整治適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果

3 小結(jié)與討論

本研究從喀斯特石漠化發(fā)育特點(diǎn)出發(fā)，構(gòu)建石漠化發(fā)育區(qū)土地整治適宜性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)性選取評(píng)價(jià)因子，確定權(quán)重，對(duì)指標(biāo)分值進(jìn)行量化，借助高分辨率衛(wèi)星影像獲取植被覆蓋度和基巖出露率2個(gè)關(guān)鍵因子信息，基于ArcGIS的空間分析功能實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)，探討并建立了石漠化發(fā)育區(qū)土地整治適宜性評(píng)價(jià)方法體系。以云南省西疇縣研究區(qū)為例進(jìn)行實(shí)證評(píng)價(jià)，經(jīng)野外校核，評(píng)價(jià)準(zhǔn)確率達(dá)86.7%，證明本評(píng)價(jià)方法在石漠化發(fā)育區(qū)土地整治項(xiàng)目選址上具有較好的指導(dǎo)意義，對(duì)項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)及實(shí)施有較強(qiáng)的借鑒意義。

受限于Landsat-8的TM遙感影像分辨率，本研究的解譯準(zhǔn)確度及面積精確度有待提高，假以更高分辨率的高分衛(wèi)星影像，評(píng)價(jià)結(jié)果將更有大幅度提高。此外，評(píng)價(jià)因子選取及指標(biāo)量化也還存在不合理的地方，有待后期研究深入完善。