陳起偉,熊康寧,周 梅,徐 豐

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

土壤侵蝕是全球范圍內(nèi)發(fā)生最廣泛、危害最嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題之一，它通過減少表土層的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量而降低土壤生產(chǎn)力，加速土地荒漠化[1-2]。根據(jù)水利部2013年頒布的《第一次全國水利普查公報(bào)》數(shù)據(jù)，貴州、云南、廣西三省區(qū)土壤侵蝕面積達(dá)21.5萬km2，占該區(qū)總面積的26.7%[3]，以貴州為中心的西南喀斯特區(qū)是全球三大喀斯特集中分布區(qū)之一[4]，喀斯特地區(qū)土壤侵蝕直接后果就是基巖裸露而發(fā)展成為石漠化，滇黔桂三省區(qū)石漠化面積超過7.79萬km2,占該地區(qū)喀斯特面積的21.1%。石漠化和土壤侵蝕是土地退化過程中兩個(gè)不同的階段，土壤侵蝕是石漠化形成過程中某一階段的表現(xiàn)形式[5]。石漠化與土壤侵蝕之間存在著因果關(guān)系，要治理石漠化必須防治土壤侵蝕[6]。我國很早就開展了以小流域?yàn)閱挝坏耐寥狼治g綜合治理，相關(guān)的學(xué)者在黃土高原區(qū)、黑土漫崗區(qū)、西南紫色土山丘區(qū)、南方紅壤區(qū)等開展了大量研究[7-11]，在土壤侵蝕的理論與技術(shù)應(yīng)用[12]、土壤侵蝕模型[13-14]、土壤侵蝕監(jiān)測與評(píng)價(jià)[15-16]、治理措施[17]等方面取得了大量的研究成果。但喀斯特地區(qū)土壤侵蝕研究成果還不多，針對(duì)不同強(qiáng)度石漠化區(qū)的土壤侵蝕特征差異對(duì)比研究相對(duì)較少。因此，論文以典型石漠化區(qū)關(guān)嶺縣為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用“3S”技術(shù)，分析關(guān)嶺縣不同等級(jí)石漠化區(qū)土壤侵蝕特征，為關(guān)嶺縣土壤侵蝕和石漠化協(xié)同治理提供理論依據(jù)，為喀斯特地區(qū)當(dāng)前正在緊張開展的石漠化治理與土壤侵蝕防治提供參考。

1 研究區(qū)概況

關(guān)嶺縣位于云貴高原東部，隸屬于貴州省安順市，地處105°15′—105°49′E，25°33′—26°41′N，屬于珠江水系北盤江流域。境內(nèi)地層主要為侏羅系、白堊系，從二疊系下到第四系均有出露，巖石主要為淺海相碳酸鹽巖沉積，喀斯特地貌與常態(tài)地貌交錯(cuò)分布。山地面積大，境內(nèi)最高海拔為1 800 m，最低海拔400 m。境內(nèi)亞熱帶季風(fēng)氣候明顯，四季分明、平均氣溫溫和適中，年平均氣溫16℃，年降水量在1 205～1 656 mm，受亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候和地勢影響，降雨多集中到6—8月。關(guān)嶺縣水資源豐富，主要以北盤江、打邦河兩條河流為主，理論水藏量達(dá)2.5×107kW。縣內(nèi)土壤類型豐富，有7個(gè)土類、20個(gè)亞類分布，分布最廣的是黃壤，占土壤總面積的14.5%[18]。關(guān)嶺縣轄9鎮(zhèn)2鄉(xiāng)2街道辦，146個(gè)行政村。2016年，全縣總?cè)丝?5.70萬人，自然增長率為6.31‰，全縣生產(chǎn)總值78.89億元。

2 數(shù)據(jù)源與研究方法

研究區(qū)影像數(shù)據(jù)源以2景中國資源衛(wèi)星ZY-3影像拼接而成，影像獲取時(shí)間為2015年7月和2016年4月，空間分辨率為8 m。地質(zhì)巖性數(shù)據(jù)采用貴州省地礦局發(fā)行的貴州省1∶5萬地質(zhì)圖，坡度數(shù)據(jù)采用研究區(qū)1∶10 000數(shù)字化地形圖生成。首先在ERDAS軟件下對(duì)影像進(jìn)行輻射校正及拼接，根據(jù)關(guān)嶺縣地形圖對(duì)影像進(jìn)行幾何校正配準(zhǔn)，保證遙感影像和地形圖高度配準(zhǔn)。石漠化等級(jí)根據(jù)《巖溶地區(qū)水土流失綜合治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)中石漠化等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)[19]，提取基巖裸露并綜合分析圖斑坡度圖、地質(zhì)圖、土地利用圖等相關(guān)資料[20]，解譯喀斯特石漠化圖。關(guān)嶺縣喀斯特面積超過總面積的70%以上，在喀斯特區(qū)土壤侵蝕進(jìn)程中，巖溶區(qū)土壤流失允許量比非喀斯特區(qū)小，土壤侵蝕的方式存在著很大差異，統(tǒng)一采用全國土壤流失強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)明顯不符合客觀實(shí)際，因此，在關(guān)嶺縣喀斯特區(qū)與非喀斯特區(qū)分別采用喀斯特區(qū)、非喀斯特區(qū)的土壤侵蝕強(qiáng)度界定標(biāo)準(zhǔn)[21-22]。根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中土壤侵蝕遙感調(diào)查方法，分別提取標(biāo)準(zhǔn)中土壤侵蝕間接指標(biāo)中的巖性、坡度、植被覆蓋度等5個(gè)專題因子圖層，根據(jù)圖斑5個(gè)專題因子屬性，在非巖溶區(qū)采用《巖溶地區(qū)水土流失綜合治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》判定土壤侵蝕等級(jí)，在巖溶區(qū)采用《巖溶地區(qū)土壤侵蝕綜合治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》判定土壤侵蝕等級(jí)。運(yùn)用ArcGIS軟件空間疊加分析功能將石漠化圖和土壤侵蝕圖進(jìn)行空間疊置生成石漠化與土壤侵蝕相關(guān)性圖，得到同一圖斑石漠化與土壤侵蝕等級(jí)屬性，分析關(guān)嶺縣各等級(jí)石漠化區(qū)土壤侵蝕的特征。

3 結(jié)果與分析

3.1 關(guān)嶺縣土壤侵蝕現(xiàn)狀

遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)表明(表1)，關(guān)嶺縣國土面積為1 470.57 km2，以微度侵蝕面積最大，占國土面積的69.3%。全縣土壤侵蝕面積451.09 km2，占總面積的30.7%，輕度、中度侵蝕面積分別為209.99 km2，163.61 km2，強(qiáng)烈侵蝕及以上等級(jí)面積占侵蝕總面積的5.2%，從各種侵蝕類型等級(jí)結(jié)構(gòu)分析，關(guān)嶺縣主要以輕度、中度侵蝕為主，強(qiáng)烈及以上侵蝕等級(jí)面積相對(duì)較小，土壤侵蝕強(qiáng)度不高。關(guān)嶺縣土壤侵蝕空間分布特征明顯(圖1)，空間分布不均，土壤侵蝕主要發(fā)生在縣域西部和南部區(qū)域，特別是崗烏鎮(zhèn)—新鋪—板貴沿線土壤侵蝕較強(qiáng)，關(guān)嶺縣土壤侵蝕受地形坡度影響較大，主要分布在北盤江和打邦河沿岸。

關(guān)嶺縣絕大部分區(qū)域?yàn)樘妓猁}巖出露，其喀斯特面積1 273.07 km2，占國土面積的86.6%。同時(shí)，潛在石漠化分布較廣，面積為441.17 km2，輕度及以上石漠化等級(jí)面積為581.06 km2，占總國土面積的39.5%，石漠化主要以輕度、中度石漠化為主，輕度石漠化占石漠化面積的69.5%，面積為404.12 km2。中度石漠化占石漠化總面積的23%，面積為133.69 km2；強(qiáng)度石漠化占石漠化面積比例較小，只有43.24 km2，關(guān)嶺縣石漠化空間分布廣、石漠化在全縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)都有分布，而且等級(jí)都不輕。但是，縣域南部石漠化等級(jí)較高，石漠化更為嚴(yán)重，中部、北部石漠化等級(jí)相對(duì)較輕。

表1 關(guān)嶺縣土壤侵蝕面積統(tǒng)計(jì)

圖1 關(guān)嶺縣土壤侵蝕與石漠化

3.2 喀斯特區(qū)與非喀斯特區(qū)的土壤侵蝕差異

通過關(guān)嶺縣喀斯特區(qū)與非喀斯特區(qū)的土壤侵蝕對(duì)比，分析喀斯特區(qū)與非喀斯特區(qū)的土壤侵蝕差異。從表2可以看出，關(guān)嶺縣喀斯特區(qū)和非喀斯特區(qū)土壤侵蝕特征基本一致，整體隨土壤侵蝕等級(jí)提高而面積減小，都是微度侵蝕面積最大，輕度、中度侵蝕是土壤侵蝕的主要類型。但是喀斯特區(qū)土壤侵蝕發(fā)生率及強(qiáng)度明顯低于非喀斯特區(qū)，喀斯特區(qū)土壤侵蝕面積為374.43 km2，土壤侵蝕發(fā)生率為29.4%；非喀斯特區(qū)面積為197.50 km2，土壤侵蝕面積為76.66 km2，土壤侵蝕發(fā)生率38.8%，喀斯特區(qū)土壤侵蝕發(fā)生率低于非喀斯特區(qū)9.4個(gè)百分點(diǎn)。除非喀斯特區(qū)中度侵蝕發(fā)生率大于輕度侵蝕發(fā)生率外，喀斯特區(qū)與非喀斯特區(qū)的土壤侵蝕面積基本都隨著侵蝕等級(jí)的增強(qiáng)而逐漸減少，其發(fā)生率也隨侵蝕等級(jí)的升高而降低?？λ固貐^(qū)輕度以上侵蝕類型發(fā)生率均小于非喀斯特區(qū)，同時(shí)，喀斯特區(qū)強(qiáng)烈及以上侵蝕等級(jí)所占比例均小于非喀斯特區(qū)，喀斯特區(qū)強(qiáng)烈及以上等級(jí)占喀斯特區(qū)總面積的4.1%，而非喀斯特區(qū)強(qiáng)烈及以上等級(jí)占非喀斯特區(qū)總面積的12.5%，由此可得，喀斯特區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度明顯小于非喀斯特區(qū)。非喀斯特區(qū)中度及以上侵蝕等級(jí)所占比例均大于喀斯特區(qū)，非喀斯特區(qū)比例為28.1%，喀斯特區(qū)比例只有14.5%，非喀斯特區(qū)比喀斯特區(qū)多13.6個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)，非喀斯特區(qū)中度、強(qiáng)烈侵蝕分別占總面積的15.6%，9.1%，喀斯特區(qū)中度、強(qiáng)烈侵蝕分別占總面積的10.4%，3.3%，非喀斯特區(qū)中強(qiáng)烈侵蝕面積比例明顯大于喀斯特區(qū)。

表2 關(guān)嶺縣非喀斯特區(qū)與喀斯特區(qū)土壤侵蝕等級(jí)統(tǒng)計(jì)

3.3 石漠化區(qū)與非石漠化區(qū)的土壤侵蝕差異

對(duì)比分析關(guān)嶺縣石漠化區(qū)與非石漠化區(qū)的土壤侵蝕特征，分析石漠化區(qū)與非石漠化區(qū)土壤侵蝕的差異。從表3可以看出，關(guān)嶺縣石漠化區(qū)總面積為581.06 km2，非石漠化區(qū)總面積為889.51 km2。其中已經(jīng)發(fā)生石漠化的區(qū)域土壤侵蝕面積達(dá)到194.21 km2，占石漠化區(qū)總面積的33.4%；而非石漠化區(qū)土壤侵蝕面積只有256.88 km2，占非石漠化區(qū)面積的28.9%，石漠化區(qū)的土壤侵蝕發(fā)生率略高于非石漠化區(qū)。關(guān)嶺縣石漠化區(qū)土壤侵蝕面積都隨土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)的增強(qiáng)而減少，而非石漠化區(qū)中度侵蝕面積大于輕度侵蝕。石漠化區(qū)，強(qiáng)烈及以上侵蝕的面積為16.20 km2，發(fā)生率只有2.7%；而非石漠化區(qū)強(qiáng)烈及以上侵蝕類型的面積達(dá)到61.29 km2，發(fā)生率達(dá)到6.9%，非石漠化區(qū)強(qiáng)烈侵蝕及以上等級(jí)的發(fā)生率明顯高于石漠化區(qū)，但并不是石漠化區(qū)強(qiáng)烈侵蝕及以上等級(jí)土壤侵蝕不嚴(yán)重，而是石漠化區(qū)強(qiáng)烈侵蝕及以上等級(jí)已經(jīng)無土可流，其發(fā)生率與非石漠化區(qū)相比較小。

表3 關(guān)嶺縣石漠化區(qū)與非石漠化區(qū)土壤侵蝕統(tǒng)計(jì)

3.4 不同等級(jí)石漠化區(qū)土壤侵蝕差異

石漠化等級(jí)強(qiáng)度是否和土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)有直接關(guān)系，高強(qiáng)度石漠化區(qū)土壤侵蝕是否越嚴(yán)重，因此，分析關(guān)嶺縣不同等級(jí)石漠化區(qū)土壤侵蝕特征。將輕度、中度石漠化劃分為低等級(jí)石漠化，將強(qiáng)度和極強(qiáng)度石漠化劃分為高等級(jí)石漠化。從表4可以看出，關(guān)嶺縣低等級(jí)石漠化區(qū)土壤侵蝕面積明顯大于高等級(jí)石漠化區(qū)，特別是石漠化等級(jí)較弱的區(qū)域輕度、中度土壤侵蝕面積明顯大于石漠化嚴(yán)重的區(qū)域，土壤侵蝕面積仍隨著土壤侵蝕等級(jí)的增強(qiáng)而減少。關(guān)嶺縣低等級(jí)石漠化區(qū)土壤侵蝕面積為191.63 km2，占整個(gè)低等級(jí)的石漠化區(qū)總面積的35.63%；高等級(jí)石漠化區(qū)土壤侵蝕面積只有2.57 km，而只占高等級(jí)石漠化區(qū)面積的5.94%，關(guān)嶺縣低等級(jí)石漠化區(qū)發(fā)生率明顯高于高等級(jí)石漠化區(qū)發(fā)生率。同時(shí)，低等級(jí)石漠化區(qū)強(qiáng)烈侵蝕及以上等級(jí)占類型總面積的3.0%，高等級(jí)石漠化區(qū)強(qiáng)烈侵蝕及以上等級(jí)占類型總面積的0.09%，石漠化等級(jí)較低的區(qū)域土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)明顯高于石漠化等級(jí)高的區(qū)域。石漠化等級(jí)程度高的區(qū)域土壤侵蝕嚴(yán)重程度與土壤侵蝕發(fā)生率都明顯低于石漠化等級(jí)較弱的區(qū)域，但是并不能簡單的理解為高等級(jí)石漠化區(qū)水土流失不嚴(yán)重，而是由于強(qiáng)度石漠化區(qū)域自然生態(tài)環(huán)境惡化，表層土壤流失殆盡基巖裸露率增大到了無土可流的程度，因此土壤侵蝕總量相比低等級(jí)石漠化區(qū)小。

表4 關(guān)嶺縣不同等級(jí)石漠化區(qū)土壤侵蝕統(tǒng)計(jì)

4 討 論

本文以典型石漠化區(qū)為研究對(duì)象，分析了不同程度石漠化區(qū)土壤侵蝕的特征，結(jié)果表明，研究區(qū)不同等級(jí)石漠化區(qū)土壤侵蝕具有一定差異性，土壤侵蝕發(fā)生率及強(qiáng)度與石漠化等級(jí)有較強(qiáng)相關(guān)性，研究成果為掌握土壤侵蝕與石漠化內(nèi)在聯(lián)系提供了有效依據(jù)，為區(qū)域土壤侵蝕和石漠化治理提供理論基礎(chǔ)和可量化的決策提供支持，為中國南方石漠化地區(qū)土壤侵蝕防治及生態(tài)文明建設(shè)提供參考。論文以關(guān)嶺縣為研究區(qū)分析了不同等級(jí)石漠化區(qū)的土壤侵蝕分布特征，但論文只是分析了兩者之間的相關(guān)性，而影響土壤侵蝕的因子很多，論文未考慮與土壤侵蝕相關(guān)的其他因子，研究時(shí)也沒有深入分析自然、地形地貌和地下漏失等因素對(duì)土壤侵蝕的影響。同時(shí)研究對(duì)象尺度較小，研究規(guī)律代表性不強(qiáng)，大范圍的石漠化與土壤侵蝕規(guī)律是否一致不能確定，仍需增加研究區(qū)或者擴(kuò)大研究范圍進(jìn)行總結(jié)驗(yàn)證得出更準(zhǔn)確的結(jié)論。

5 結(jié) 論

關(guān)嶺縣土壤侵蝕面積451.09 km2，占總面積的30.7%，以輕度、中度侵蝕為主，石漠化面積581.06 km2，占國土面積的39.5%，中度、輕度石漠化面積比例較大，土壤侵蝕和石漠化都較為嚴(yán)重。關(guān)嶺縣大致呈現(xiàn)出土壤侵蝕面積隨著侵蝕等級(jí)的增強(qiáng)而逐漸減少的金字塔結(jié)構(gòu)，但不同等級(jí)石漠化土壤侵蝕差異特征明顯。

關(guān)嶺縣喀斯特區(qū)土壤侵蝕面積占整個(gè)喀斯特區(qū)總面積的29.4%，而非喀斯特區(qū)則達(dá)到38.8%，喀斯特區(qū)土壤侵蝕面積比例比非喀斯特區(qū)小9.4個(gè)百分點(diǎn)?？λ固貐^(qū)強(qiáng)烈以上等級(jí)占喀斯特區(qū)總面積的4.1%，而非喀斯特區(qū)達(dá)到12.5%，喀斯特區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度明顯小于非喀斯特區(qū)。非喀斯特區(qū)中強(qiáng)烈侵蝕以上等級(jí)面積比例大于喀斯特區(qū)?？傮w上，喀斯特區(qū)土壤侵蝕發(fā)生率及土壤侵蝕等級(jí)強(qiáng)度都比非喀斯特區(qū)小。關(guān)嶺縣石漠化區(qū)土壤侵蝕占石漠化區(qū)總面積的33.4%；而非石漠化區(qū)則只有28.9%，石漠化區(qū)土壤侵蝕高非石漠化區(qū)4.5個(gè)百分點(diǎn)，石漠化區(qū)的土壤侵蝕發(fā)生率略高于非石漠化區(qū)。石漠化區(qū)的土壤侵蝕強(qiáng)度略低于非石漠化區(qū)，非石漠化區(qū)強(qiáng)烈侵蝕及以上等級(jí)的發(fā)生率明顯高于石漠化區(qū)。關(guān)嶺縣高等級(jí)石漠化區(qū)土壤侵蝕面積和侵蝕強(qiáng)度等級(jí)都明顯低于低等級(jí)石漠化區(qū)。

分析結(jié)果表明，關(guān)嶺縣不同等級(jí)石漠化區(qū)土壤侵蝕存在一定的規(guī)律，喀斯特區(qū)土壤侵蝕發(fā)生率低于非喀斯特區(qū)，未發(fā)生石漠化的區(qū)域土壤侵蝕發(fā)生率略低于已經(jīng)發(fā)生石漠化的區(qū)域，嚴(yán)重石漠化區(qū)土壤侵蝕發(fā)生率低于石漠化較輕的區(qū)域。同時(shí)，土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)喀斯特區(qū)小于非喀斯特區(qū)，非石漠化區(qū)小于石漠化區(qū)，高等級(jí)石漠化區(qū)小于低等級(jí)石漠化區(qū)，土壤侵蝕發(fā)生及強(qiáng)度與石漠化存在一定的規(guī)律性。同時(shí)，可以看出，關(guān)嶺縣石漠化與土壤侵蝕區(qū)域分布及強(qiáng)度并不一致，發(fā)生石漠化的區(qū)域土壤侵蝕并不強(qiáng)，因此石漠化治理和土壤侵蝕防治并不能合并成一個(gè)工程進(jìn)行治理。關(guān)嶺縣進(jìn)行土壤侵蝕治理過程中應(yīng)加強(qiáng)石漠化等級(jí)較輕的區(qū)域的治理，同時(shí)更需要加強(qiáng)還未發(fā)生石漠化的區(qū)域土壤侵蝕的防治。