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        典型巖溶區(qū)不同水土流失強(qiáng)度區(qū)石漠化特征分析

        2018-11-06 11:52:38陳起偉安理艷
        中國水土保持 2018年11期
        關(guān)鍵詞:總面積石漠化中度

        陳起偉,安理艷,徐 豐

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

        隨著可持續(xù)發(fā)展成為全世界的共識,環(huán)境脆弱性及其變化規(guī)律研究已成為學(xué)者們關(guān)注的熱點之一[1]??λ固氐貐^(qū)是世界上主要的生態(tài)脆弱帶之一。我國西南喀斯特地區(qū)是全球三大喀斯特集中連片區(qū)中巖溶出露面積最大的地區(qū)[2],同時也是我國集中連片貧困地區(qū)之一,人地矛盾十分突出。在脆弱的巖溶生態(tài)背景下,西南喀斯特地區(qū)水土流失和石漠化問題十分嚴(yán)重,生態(tài)系統(tǒng)趨于逆向演替,脆弱程度日益加劇[3]。從20世紀(jì)80年代起,許多學(xué)者就開始關(guān)注我國西南地區(qū)的巖溶石漠化及水土流失問題,目前關(guān)于巖溶區(qū)水土流失的研究涉及水土流失特征[4]、過程與機(jī)制[5]、監(jiān)測評價[6-7]及防治對策[8]等,而石漠化研究則主要側(cè)重于石漠化形成背景與影響因子[9-10]、演化與動態(tài)監(jiān)測[11]、治理與防治對策[12]等。這些研究成果為巖溶區(qū)水土流失和石漠化防治提供了理論支撐和實踐經(jīng)驗,但是已有的研究大多是單獨分析巖溶區(qū)石漠化或者水土流失,對于石漠化和水土流失之間的關(guān)系研究較少(巖溶區(qū)土壤侵蝕模數(shù)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(xiàn)與結(jié)果,同時又進(jìn)一步加劇了水土流失)。為了探究水土流失強(qiáng)度與石漠化程度的關(guān)系,以及巖溶區(qū)水土流失與石漠化分布區(qū)域的關(guān)系,本研究以位于我國西南典型巖溶區(qū)的貴州省鎮(zhèn)寧縣為例,通過對該地區(qū)石漠化和水土流失相關(guān)圖層進(jìn)行疊加分析,研究不同水土流失強(qiáng)度區(qū)的石漠化特征,以期為我國西南巖溶地區(qū)水土流失及石漠化綜合治理提供理論依據(jù)。

        1 研究區(qū)概況

        鎮(zhèn)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(nèi)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(fēng)氣候區(qū),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(shù)1 142 h,年平均降水量1 277 mm,大部分地區(qū)全年無霜期約340 d。境內(nèi)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(fā)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(xiāng)鎮(zhèn),總?cè)丝?5萬余人,GDP總值74.73億元。

        2 數(shù)據(jù)源與研究方法

        從中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心下載鎮(zhèn)寧縣2015年ZY-3多光譜數(shù)據(jù)與2 m空間分辨率全色數(shù)據(jù),在ERDAS遙感處理軟件中對圖像進(jìn)行融合、鑲嵌與色彩匹配等處理后,結(jié)合鎮(zhèn)寧縣1∶5萬地形圖進(jìn)行正射幾何校正,借助ERDAS遙感圖像處理軟件進(jìn)行相應(yīng)圖像增強(qiáng)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(shù)據(jù)來源于貴州省1∶5萬區(qū)域水文地質(zhì)圖,坡度信息從鎮(zhèn)寧縣1∶5萬數(shù)字等高線圖提取。根據(jù)巖性、基巖裸露率等指標(biāo)判定石漠化等級[15]。參照《巖溶地區(qū)水土流失綜合治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 461—2009)和《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)中的等級劃分標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)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(jìn)行疊加分析,判定水土流失等級。將研究區(qū)水土流失圖與石漠化圖進(jìn)行空間疊置分析,研究鎮(zhèn)寧縣不同等級水土流失區(qū)的石漠化特征。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 鎮(zhèn)寧縣水土流失現(xiàn)狀

        受降水、土壤、坡度和巖性等影響,鎮(zhèn)寧縣水土流失面積較大,水土流失嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)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(qiáng)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(qiáng)烈、極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕面積合計僅占土地總面積的5.01%。鎮(zhèn)寧縣不同強(qiáng)度水土流失面積空間分布特征明顯,南部區(qū)域水土流失強(qiáng)度明顯高于北部區(qū)域,水土流失集中分布在鎮(zhèn)寧縣南部的簡嘎、良田、六馬和沙子等鄉(xiāng)鎮(zhèn),同時水土流失強(qiáng)度與巖性耦合關(guān)系密切,非碳酸鹽巖區(qū)水土流失強(qiáng)度明顯高于碳酸鹽巖區(qū)。

        表1 鎮(zhèn)寧縣不同強(qiáng)度水土流失、石漠化面積統(tǒng)計 km2

        3.2 鎮(zhèn)寧縣石漠化現(xiàn)狀

        鎮(zhèn)寧縣石漠化等級齊全,從無石漠化到極強(qiáng)度石漠化均有分布,石漠化整體上呈現(xiàn)出隨等級升高面積逐漸減少的特點(表1)。全縣巖溶區(qū)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(zhèn)寧縣石漠化分布區(qū)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(qiáng)度和極強(qiáng)度石漠化面積合計為135.59 km2,占30.74%??梢?,鎮(zhèn)寧縣高等級石漠化面積占比較大,石漠化較嚴(yán)重。石漠化分布情況主要受地質(zhì)構(gòu)造、巖性等因子綜合影響,非巖溶區(qū)主要分布在鎮(zhèn)寧縣南部,石漠化主要分布在西部、北部、東部區(qū)域,而在中部、南部分布較少,從鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布看,主要分布在扁擔(dān)山、白水至馬廠沿線各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。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(qū)石漠化則以輕度石漠化零星分布為主。

        3.3 水土流失區(qū)與非水土流失區(qū)石漠化等級差異

        水土流失會導(dǎo)致土壤厚度降低、土壤肥力下降,影響植被生長,導(dǎo)致林草覆蓋度降低,基巖逐漸裸露從而導(dǎo)致石漠化的發(fā)生,有些地區(qū)還可能在出現(xiàn)強(qiáng)烈水土流失后只?;鶐r。為分析水土流失區(qū)與非水土流失區(qū)石漠化等級差異,分別統(tǒng)計了鎮(zhèn)寧縣水土流失區(qū)域和非水土流失區(qū)域的石漠化發(fā)生率及等級。

        表2為水土流失區(qū)與非水土流失區(qū)石漠化面積統(tǒng)計。由表2知,鎮(zhèn)寧縣水土流失區(qū)與非水土流失區(qū)的石漠化發(fā)生率存在較大差異。非水土流失區(qū)和水土流失區(qū)石漠化面積分別為313.55、127.51 km2,分別占非水土流失區(qū)和水土流失區(qū)總面積的29.90%、18.98%,即非水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率比水土流失區(qū)高10.92百分點。

        表2 水土流失區(qū)與非水土流失區(qū)石漠化面積統(tǒng)計 km2

        石漠化類型非水土流失區(qū)面積(km2)比例(%)水土流失區(qū)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(qiáng)度石漠化88.308.425.060.75極強(qiáng)度石漠化40.083.822.140.32非巖溶地區(qū)234.0322.31 234.14 34.85合計1 048.81100 671.80 100

        不同水土流失類型區(qū)的石漠化等級構(gòu)成具有一定差異,雖然水土流失區(qū)與非水土流失區(qū)都是無石漠化和非巖溶地區(qū)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(qū)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(qiáng)度石漠化>潛在石漠化>極強(qiáng)度石漠化,而水土流失區(qū)則為無石漠化>輕度石漠化>潛在石漠化>中度石漠化>強(qiáng)度石漠化>極強(qiáng)度石漠化,水土流失區(qū)輕度及以下石漠化等級占比明顯高于非水土流失區(qū)。雖然非水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率明顯高于水土流失區(qū),但是非水土流失區(qū)輕度和中度石漠化發(fā)生率之和與水土流失區(qū)的差異卻很小,分別為17.66%和17.91%,主要是強(qiáng)度和極強(qiáng)度石漠化發(fā)生率差異較大,分別為12.24%和1.07%。相比而言,非水土流失區(qū)比水土流失區(qū)石漠化等級更高、石漠化更嚴(yán)重。

        3.4 高、低等級水土流失區(qū)石漠化差異

        研究區(qū)非水土流失區(qū)比水土流失區(qū)石漠化更嚴(yán)重。為探究低等級水土流失區(qū)與高等級水土流失區(qū)石漠化有何差異,研究石漠化嚴(yán)重程度究竟是否隨水土流失強(qiáng)度升高而呈現(xiàn)線性變化,將強(qiáng)烈、極強(qiáng)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(qū)的石漠化現(xiàn)狀進(jìn)行對比,結(jié)果見表3。

        表3 高、低等級水土流失區(qū)石漠化統(tǒng)計 km2

        由表3可知,低等級水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率為21.54%,而高等級水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率只有6.09%,兩者相差較大,低等級水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率明顯高于高等級水土流失區(qū)。同時,鎮(zhèn)寧縣低等級水土流失區(qū)石漠化面積達(dá)到122.26 km2,而高等級水土流失區(qū)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(qū)石漠化治理重點應(yīng)放在低等級水土流失區(qū)。

        低等級水土流失區(qū)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(qiáng)度石漠化>極強(qiáng)度石漠化,而高等級水土流失區(qū)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(qiáng)度石漠化>中度石漠化>極強(qiáng)度石漠化。兩者排序比較接近,但是相比高等級水土流失區(qū),低等級水土流失區(qū)輕度石漠化發(fā)生率高于潛在石漠化,中度石漠化大于強(qiáng)度石漠化,且各等級石漠化發(fā)生率都較高。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,低等級水土流失區(qū)輕度、中度石漠化發(fā)生率為20.28%,強(qiáng)度及極強(qiáng)度石漠化發(fā)生率為1.26%,而高等級水土流失區(qū)則分別為6.04%和0.05%。低等級水土流失區(qū)比高等級水土流失區(qū)石漠化面積大而且等級更高,從而可知并非水土流失強(qiáng)度越高的地區(qū)石漠化越嚴(yán)重。

        4 結(jié) 論

        鎮(zhèn)寧縣巖溶地區(qū)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(qū)石漠化面積為127.51 km2,發(fā)生率為18.98%,非水土流失區(qū)石漠化面積為313.55 km2,發(fā)生率為29.90%,水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率比非水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率低10.92百分點。相比而言,非水土流失區(qū)比水土流失區(qū)石漠化等級更高,石漠化更嚴(yán)重。

        鎮(zhèn)寧縣低等級水土流失區(qū)的石漠化面積為122.26 km2,發(fā)生率為21.54%,高等級水土流失區(qū)的石漠化面積為5.25 km2,發(fā)生率為6.09%,低等級水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率比高等級水土流失區(qū)石漠化發(fā)生率高15.45百分點。數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明,并非水土流失強(qiáng)度越高的地區(qū)石漠化越嚴(yán)重,鎮(zhèn)寧縣石漠化等級與水土流失有較強(qiáng)的耦合關(guān)系,非水土流失區(qū)比水土流失區(qū)石漠化等級更高、石漠化更嚴(yán)重,低等級水土流失區(qū)比高等級水土流失區(qū)各等級石漠化發(fā)生率及面積都要高/大,石漠化也更嚴(yán)重??梢?,巖溶區(qū)發(fā)生水土流失的區(qū)域與發(fā)生石漠化的區(qū)域并不是重疊的,需要采取不同的專項工程進(jìn)行分別治理。

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