張雪梅,祁向坤,岳躍民,王克林,*,張信寶,劉大元
1 中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 長(zhǎng)沙 410125 2 中國(guó)科學(xué)院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站, 環(huán)江 547100 3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049 4 中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所山地環(huán)境演變與調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610041 5 中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴陽(yáng) 550002 6 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué),長(zhǎng)沙 410125
我國(guó)西南喀斯特地區(qū)是典型的石漠化生態(tài)脆弱區(qū)和我國(guó)最大面積的集中連片貧困區(qū)[1]。受可溶性碳酸鹽巖地質(zhì)背景制約,喀斯特區(qū)成土慢,土層薄且分布不連續(xù),水文過(guò)程響應(yīng)迅速,植被破壞后恢復(fù)較為困難,對(duì)人類干擾的響應(yīng)更為敏感[2-3]。依據(jù)巖溶發(fā)育的地貌特征,我國(guó)西南喀斯特地區(qū)可分為喀斯特高原、喀斯特槽谷、喀斯特峽谷、喀斯特?cái)嘞菖璧?、峰林平原、峰叢洼地、中高山等地貌類型區(qū),其中,峰叢洼地是八大喀斯特地貌類型中面積最大的區(qū)域,總面積約16.69萬(wàn)km2[4-7]。該區(qū)降水充沛,夏季濕熱多雨,冬季溫和少雨,相對(duì)其他喀斯特地貌類型區(qū),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(wù)依然艱巨,仍有石漠化面積2.15萬(wàn)km2,占巖溶區(qū)總面積的24.76%[8-9]。
生態(tài)區(qū)劃可有效揭示自然生態(tài)區(qū)域的相似性和差異性規(guī)律以及人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)干擾的規(guī)律,可為生態(tài)環(huán)境綜合整治、制定因地制宜的資源開發(fā)和環(huán)境保護(hù)對(duì)策提供科學(xué)依據(jù)[10-12]。石漠化發(fā)生的主要原因是高強(qiáng)度不合理人為干擾,人地矛盾突出[8]。自然地域分區(qū)是喀斯特石漠化科學(xué)治理的前提和重要基礎(chǔ),也是未來(lái)進(jìn)行區(qū)域可持續(xù)性研究的發(fā)展方向[13],為了更直觀的了解我國(guó)西南喀斯特地區(qū)石漠化現(xiàn)狀,制定合理的、有針對(duì)性的區(qū)域石漠化治理方案,眾多學(xué)者開展了一系列的喀斯特分區(qū)研究。曹建華和袁道先根據(jù)大地構(gòu)造和地貌格局,結(jié)合巖溶分布及其發(fā)育特征,首次提出了中國(guó)西南巖溶生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)區(qū)[14];2008年國(guó)務(wù)院批復(fù)的《巖溶地區(qū)石漠化綜合治理規(guī)劃大綱》,依據(jù)地貌特征將我國(guó)西南喀斯特石漠化治理工程區(qū)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(qū);王世杰等[4]從地質(zhì)地貌和氣候因素對(duì)喀斯特地貌的影響方面論證了《巖溶地區(qū)石漠化綜合治理規(guī)劃大綱》分區(qū)的合理性;王宇等[15]以地貌形態(tài)-成因類型為分區(qū)標(biāo)志,首次對(duì)八大工程類型區(qū)中的喀斯特?cái)嘞菖璧剡M(jìn)行環(huán)境地質(zhì)分區(qū),并對(duì)各分區(qū)的生態(tài)及經(jīng)濟(jì)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。上述分區(qū)充分考慮了喀斯特發(fā)育的地貌特征,仍需進(jìn)一步關(guān)注喀斯特地區(qū)的高度景觀異質(zhì)性及地域差異性。
峰叢洼地區(qū)位于云貴高原向廣西丘陵過(guò)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(cuò)分布,景觀異質(zhì)性高。同時(shí),該區(qū)處于西南季風(fēng)區(qū)和東亞季風(fēng)區(qū)交匯地帶,氣候分異特征明顯,區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡[16]。亟需在前期喀斯特地貌分區(qū)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步開展峰叢洼地自然地域分區(qū),明確不同喀斯特峰叢洼地區(qū)域的自然與社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件差異,提升喀斯特石漠化治理的區(qū)域針對(duì)性和可持續(xù)性,服務(wù)于后續(xù)石漠化治理工程規(guī)劃。因此,本研究在修正傳統(tǒng)地質(zhì)圖基礎(chǔ)上,考慮氣候?qū)λ固氐孛布按蟮孛膊课粚?duì)喀斯特微地貌的綜合影響,基于地質(zhì)背景、地形地貌、氣候分異及石漠化發(fā)生機(jī)制開展面向石漠化治理的喀斯特峰叢洼地自然地域分區(qū),揭示不同峰叢洼地區(qū)自然環(huán)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(guān)系狀況,為后續(xù)喀斯特石漠化治理工程規(guī)劃與治理措施優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。
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(guò)渡的斜坡地帶,海拔多在500—1700 m。區(qū)內(nèi)降水充沛,雨熱同期,水熱資源豐富,氣候條件優(yōu)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(fēng)氣候。涉及滇黔桂3省、10個(gè)地州市、61個(gè)縣級(jí)行政單元,國(guó)土總面積16.69萬(wàn)km2(圖1),喀斯特面積8.72萬(wàn)km2。
圖1 峰叢洼地區(qū)域概況Fig.1 General situation of peak cluster depression area
區(qū)內(nèi)人口密度平均為125人/km2(2015年),人均GDP為3.04萬(wàn)元,低于全國(guó)人均水平,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低,貧困問題嚴(yán)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(qū)域。由于人為擾動(dòng),水土流失嚴(yán)重,石漠化問題是困擾該區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最主要的生態(tài)安全問題。缺水、少土,旱澇災(zāi)害發(fā)生頻繁,人畜飲水困難,區(qū)域人地矛盾加劇,也是國(guó)家扶貧工作重點(diǎn)縣集中分布區(qū)。該區(qū)實(shí)施的退耕還林、石漠化綜合治理和天然林保護(hù)等一系列生態(tài)工程成效顯著,石漠化面積出現(xiàn)“持續(xù)凈減少”,石漠化程度降低。據(jù)2018年《中國(guó)巖溶地區(qū)石漠化狀況公報(bào)》統(tǒng)計(jì),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(wàn)km2、0.73萬(wàn)km2和0.06萬(wàn)km2,與2005年相比,分別減少了0.32萬(wàn)km2、0.64萬(wàn)km2和0.19萬(wàn)km2,共減少了1.15萬(wàn)km2,石漠化總面積減少1.11萬(wàn)km2。但仍有石漠化面積2.15萬(wàn)km2,重度、極重度石漠化依然存在,石漠化問題仍然嚴(yán)峻。
喀斯特峰叢洼地區(qū)主要由碎屑巖和碳酸鹽巖兩種巖性構(gòu)成,傳統(tǒng)地質(zhì)填圖是為科學(xué)找礦服務(wù),不僅考慮裸露地質(zhì)巖層,還考慮了埋藏型的碳酸鹽巖巖層。但在石漠化的發(fā)生及在石漠化治理過(guò)程中,主要考慮的是裸露型碳酸鹽巖區(qū)域,埋藏型碳酸鹽巖對(duì)地表喀斯特地貌的形成及石漠化的發(fā)生幾乎沒有影響,因此可通過(guò)提取坡度<6°的壩地去除埋藏型碳酸鹽巖,反映實(shí)際的石漠化發(fā)生及分布區(qū)域。同時(shí),考慮不同巖性差異來(lái)修正傳統(tǒng)地質(zhì)圖,服務(wù)于石漠化治理分區(qū)。修正過(guò)程:傳統(tǒng)地質(zhì)圖由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局巖溶地質(zhì)研究所提供,分辨率為1:50萬(wàn),包含10種巖性??紤]石漠化的發(fā)生與碳酸鹽巖類型(灰?guī)r、白云巖)及其純度的關(guān)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(qū);將白云巖、白云巖夾層、灰?guī)r、灰?guī)r夾層、灰?guī)r與白云巖互層、灰?guī)r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(qū)[17]。修正前峰叢洼地區(qū)碳酸鹽巖面積比例為52.84%,通過(guò)剔除坡度<6°的壩地修正地質(zhì)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(lái)修正傳統(tǒng)地質(zhì)圖的<6°坡度數(shù)據(jù)、高程和地形起伏度等數(shù)據(jù)通過(guò)30 m空間分辨率的數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)數(shù)據(jù)提取。DEM數(shù)據(jù)從地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)下載。氣候區(qū)劃數(shù)據(jù)是劃分東亞季風(fēng)和西南季風(fēng)的主要依據(jù),數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)。氣象數(shù)據(jù)(年均溫和年均降水?dāng)?shù)據(jù))和土壤屬性(土壤類型、土壤侵蝕、土壤質(zhì)地等)數(shù)據(jù)也均從中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/) 下載,數(shù)據(jù)空間分辨率為1 km×1 km柵格數(shù)據(jù),氣象數(shù)據(jù)的時(shí)間跨度為1980—2015年。土層厚度數(shù)據(jù)來(lái)源于寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://westdc. Westgis.ac.cn)的NC文件,數(shù)據(jù)分辨率為5 km×5 km。歸一化植被指數(shù)(NDVI, Normalized Difference Vegetation Index) 數(shù)據(jù)采用的是8 km×8 km分辨率的GIMMS NDVI3g 數(shù)據(jù)集產(chǎn)品,時(shí)間分辨率15 d,時(shí)間跨度從1982—2015年。選用一月兩次數(shù)據(jù)中的最大值作為當(dāng)月NDVI以減少云和大氣噪音。為了更準(zhǔn)確地反映植被信息,對(duì)4—11月的NDVI求取平均值作為本年的生長(zhǎng)季歸一化植被指數(shù)(GSN,Growing Season NDVI)[18-19]。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)包括土地利用數(shù)據(jù)、人口密度和GDP數(shù)據(jù),均從中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)下載的1 km網(wǎng)格空間分布數(shù)據(jù),為柵格類型數(shù)據(jù)。2015年耕地面積通過(guò)統(tǒng)計(jì)土地利用數(shù)據(jù)中的耕地類型獲取。糧食產(chǎn)量、農(nóng)村人均純收入等數(shù)據(jù)來(lái)自2015年廣西壯族自治區(qū)和貴州省縣域統(tǒng)計(jì)年鑒。石漠化數(shù)據(jù)主要包含2005年、2011年和2016年3期巖溶地區(qū)石漠化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(《中國(guó)巖溶地區(qū)石漠化狀況公報(bào)》)。
本研究綜合考慮了喀斯特峰叢洼地地質(zhì)地貌、氣候特征、生態(tài)環(huán)境條件等方面的相似性,以及人類活動(dòng)對(duì)石漠化影響的空間一致性開展自然地域分區(qū),主要遵循以下原則對(duì)峰叢洼地進(jìn)行分區(qū):
(1)影響石漠化主導(dǎo)因子的類似性。土地石漠化是脆弱的自然環(huán)境和高強(qiáng)度的人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果,自然因素是石漠化形成的背景因素,人類活動(dòng)誘使石漠化加速發(fā)展[20]。以碳酸鹽巖為主的巖性條件是石漠化發(fā)生的最基本要素,因此,碳酸鹽巖面積比例是區(qū)分峰叢洼地山地石漠化主導(dǎo)因素的一個(gè)基本定量指標(biāo)。
(2)影響土地利用的主導(dǎo)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(dāng)?shù)氐耐恋乩梅绞?。根?jù)1984年中國(guó)農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會(huì)頒發(fā)的《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》,<6°的土地可發(fā)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(fā)6°以上的坡耕地,導(dǎo)致山區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞,石漠化問題惡化。因此,<6°土地面積是影響該區(qū)人類活動(dòng)及土地利用方式的主導(dǎo)因素。
(3)氣候-植被的類似性:峰叢洼地區(qū)屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,夏季高溫多雨,冬季溫和濕潤(rùn),雨熱同期。植被類型主要是亞熱帶常綠闊葉林。由于季風(fēng)形成的差異,該區(qū)主要受西南季風(fēng)和東亞季風(fēng)兩種季風(fēng)的影響,兩種季風(fēng)在氣溫和降水上的差異導(dǎo)致區(qū)域上地貌形態(tài)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(xiàn)為植被覆蓋下降,土壤肥力下降,土層變薄,生態(tài)環(huán)境惡化,土地生產(chǎn)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(qū)域的完整性:根據(jù)石漠化發(fā)生發(fā)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(qū)域進(jìn)行劃分和合并,保證行政區(qū)域的完整性和地域的連續(xù)性,以便在進(jìn)行峰叢洼地石漠化分區(qū)防治規(guī)劃時(shí),能夠合理利用自然資源、因地制宜進(jìn)行石漠化治理及監(jiān)管布局。
根據(jù)上述分區(qū)原則,綜合分析與比較導(dǎo)致峰叢洼地石漠化發(fā)生發(fā)展的各主導(dǎo)因素,篩選確定分區(qū)指標(biāo):
(1)巖性:碳酸鹽巖是喀斯特發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ), 碳酸鹽巖的層位、礦物成分和化學(xué)成分、出露條件和巖溶發(fā)育特征都將影響喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行規(guī)律[14]。以碳酸鹽巖為主的脆弱生態(tài)地質(zhì)環(huán)境是喀斯特地區(qū)石漠化發(fā)育的基礎(chǔ)[23],巖性對(duì)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(dǎo)致石漠化[24-25]。峰叢洼地區(qū)地貌類型受碳酸鹽巖空間分布的地質(zhì)背景制約,地表呈現(xiàn)錐、塔峰和常態(tài)山等地貌景觀類型。
(2)優(yōu)勢(shì)坡度及其變化:石漠化發(fā)生的坡度范圍主要集中在坡度15°—50°[24]。坡度越大,石漠化發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)就越高、程度越嚴(yán)重[26]。峰叢洼地區(qū)約76.91%的面積集中在6°—35°的坡度范圍之內(nèi),約61.60%的區(qū)域坡度在15°以上。因此,峰叢洼地區(qū)的優(yōu)勢(shì)坡度范圍屬于石漠化問題高發(fā)的區(qū)域范圍。
(3)小于6°土地面積比例:坡度反映耕地地表形態(tài)的自然要素特征,是評(píng)價(jià)耕地等級(jí)、利用條件和水土保持的重要指標(biāo),也是制定耕地利用與保護(hù)、生態(tài)退耕政策的主要依據(jù)。根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)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(xiàn)了土地資源的質(zhì)量,<6°土地面積大的區(qū)域,土地承載力相對(duì)較大,宜耕地資源較豐富,人地關(guān)系相對(duì)緩和,是耕作的主要發(fā)生區(qū)域,也是人類活動(dòng)最強(qiáng)烈的區(qū)域[27]。受自然地理?xiàng)l件的限制,耕地質(zhì)量總體較低。因此,開展面向石山區(qū)石漠化治理的自然地域分區(qū),應(yīng)去掉坡度<6°的土地,對(duì)傳統(tǒng)地質(zhì)圖進(jìn)行修正,將裸露型碳酸鹽巖作為劃分喀斯特區(qū)域和非喀斯特區(qū)域的主要依據(jù)。
(4)地形起伏度:峰叢洼地位于云貴高原向廣西丘陵過(guò)渡的斜坡地帶,地勢(shì)西北高東南低,地形起伏,微地貌形態(tài)依地勢(shì)而變。大斜坡北部的高原面和南部的廣西丘陵,地形相對(duì)平坦,喀斯特地貌發(fā)育,地貌形態(tài)以淺碟型的錐、塔峰谷地為主;大斜坡中部地形下切嚴(yán)重,地形起伏大,地貌形態(tài)以漏斗型的錐峰洼地為主。大地貌部位和微地貌形態(tài)影響<6°壩地面積比例,是典型峰叢洼地區(qū)域劃分的主要依據(jù)。
(5)氣候-植被分帶:氣候條件對(duì)喀斯特地表形態(tài)具有再塑造作用。峰叢洼地區(qū)西部的滇東高原為西南季風(fēng)氣候區(qū),氣溫低,降水少,干濕季節(jié)氣候分異明顯,喀斯特地貌以常態(tài)山為主[16];廣西丘陵和云貴高原南部屬于東亞季風(fēng)氣候區(qū),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(fā)育典型程度的主要?jiǎng)澐忠罁?jù)。
分區(qū)主要考慮了喀斯特峰叢洼地區(qū)地質(zhì)、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(jí)分區(qū)指標(biāo),氣候分異作為二級(jí)分區(qū)指標(biāo),大地貌部位和錐峰塔峰等微地貌發(fā)育形態(tài)作為三級(jí)分區(qū)指標(biāo),并且綜合分析三級(jí)分區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和石漠化治理現(xiàn)狀及成效,開展石漠化治理優(yōu)化分區(qū)。
為了更直觀的了解峰叢洼地區(qū)碎屑巖和碳酸鹽巖分布區(qū)氣候和地形地貌差異,以及石漠化治理現(xiàn)狀,在野外考察基礎(chǔ)上,結(jié)合專家意見和室內(nèi)數(shù)據(jù)分析,利用空間疊置法,對(duì)峰叢洼地區(qū)的地質(zhì)、氣候、地形地貌、人類活動(dòng)狀況和石漠化治理現(xiàn)狀、成效及未來(lái)治理方向進(jìn)行了全面梳理,以期加深對(duì)峰叢洼地自然地域分異規(guī)律的認(rèn)識(shí),為后續(xù)石漠化治理工程調(diào)整和精準(zhǔn)脫貧提供科學(xué)依據(jù)。
圖3 基于修正后喀斯特分布的一級(jí)分區(qū) 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(jí)分區(qū)圖 Fig.4 the secondary level of regional divisions of carbonate karst based on climatic indicators
本研究以縣域?yàn)檠芯繂卧?同時(shí)兼顧區(qū)域連續(xù)性,依據(jù)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(qū)劃分為碎屑巖為主的非喀斯特區(qū)(圖3)和碳酸鹽巖為主的喀斯特區(qū)。碎屑巖為主的非喀斯特區(qū)作為峰叢洼地區(qū)的一部分,出露型碳酸鹽巖面積比例少,幾乎沒有石漠化現(xiàn)象。
碎屑巖為主的非喀斯特區(qū)(Ⅰ)位于103.40°—109.78°E,21.60°—25.75°N之間,區(qū)域土地總面積為4.78×104km2,是區(qū)域面積最大、分布最廣的區(qū)域。該區(qū)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(qū)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(qū)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(zhì)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(qū)最高,該區(qū)生長(zhǎng)季平均歸一化植被指數(shù)為0.73。Ⅰ區(qū)人口稀少,平均人口密度僅84人/km2。人均耕地面積高于全國(guó)平均水平,人地矛盾相對(duì)較緩和,石漠化問題不突出。但人均GDP僅有2.4萬(wàn)元,不足全國(guó)水平的一半,居民生活水平較低。
圖5 面向石漠化治理的峰叢洼地區(qū)自然地域分區(qū) Fig.5 Natural regional divisions of peak cluster depression area for rocky desertification treatment
滇東南桂西南西南季風(fēng)非典型峰叢洼地區(qū)(Ⅱ)位于103.58°—106.19°E,22.92°—24.46°N之間,區(qū)域土地總面積為2.77×104km2。該區(qū)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??λ固氐孛卜植驾^廣,但發(fā)育不典型,地貌類型以常態(tài)山為主,碳酸鹽巖面積比例為35.15%。該區(qū)海拔高,受西南季風(fēng)影響,氣候相對(duì)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(jié)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?jī)H為244.83 mm。土層較厚,平均土壤厚度90.09 cm。土壤質(zhì)量較好,其中水稻土面積比例為2.62%,黃紅壤面積比例全區(qū)最高(27.31%);土壤質(zhì)地以粘粒為主,粘粒含量占35.13%。該區(qū)植被覆蓋率較低,生長(zhǎng)季平均歸一化植被指數(shù)為0.67。該區(qū)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(qū)內(nèi)常住人口295.51萬(wàn)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(guó)人均水平,區(qū)內(nèi)人均GDP全區(qū)最低,僅為1.9萬(wàn)元。
受東亞季風(fēng)控制的典型峰叢洼地區(qū)因降水豐富,喀斯特地貌發(fā)育強(qiáng)烈,形成典型的錐峰、塔峰、洼地、谷地等地貌形態(tài)。另外,由于該區(qū)域主要位于云貴高原向廣西丘陵過(guò)渡的大斜坡地帶,不同地貌部位的微地貌形態(tài)分異特征明顯。在大斜坡地帶,地形起伏強(qiáng)烈,地貌形態(tài)以錐峰洼地組合為主,呈現(xiàn)漏斗型;而高原面和廣西丘陵地區(qū)地形相對(duì)平坦開闊,地貌形態(tài)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(qū)基礎(chǔ)上,根據(jù)研究區(qū)所處的大地貌部位和微地貌形態(tài)差異,對(duì)東亞季風(fēng)典型峰叢洼地區(qū)進(jìn)一步分區(qū):黔西南高原面淺碟型錐峰洼地區(qū)、黔南桂北大斜坡北部漏斗型錐峰洼地區(qū)、桂中大斜坡南部漏斗型錐塔峰洼地區(qū)和桂南丘陵淺碟型錐塔峰洼谷區(qū)(圖5)。
3.3.1桂中大斜坡南部漏斗型錐塔峰洼地區(qū)
桂中大斜坡南部漏斗型錐塔峰洼地區(qū)(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(guò)渡的大斜坡上,地勢(shì)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(qū)域土地總面積為3.23×104km2。該區(qū)喀斯特地貌分布最廣,是全國(guó)喀斯特地貌發(fā)育最典型的區(qū)域之一,碳酸鹽巖面積比例為61.72%。該區(qū)水熱資源相對(duì)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(xù),平均土壤厚度88.47 cm,土壤質(zhì)地以粘粒為主,粘粒含量占36.74%。植被覆蓋度較高,生長(zhǎng)季平均歸一化植被指數(shù)為0.72,不同程度石漠化面積均穩(wěn)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(dá)6093.19 km2,石漠化問題依然最為嚴(yán)重。2015年該區(qū)戶籍人口541萬(wàn)人,常住人口僅460.84萬(wàn)人,人口流失嚴(yán)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(guó)人均水平。人口密集,人類活動(dòng)強(qiáng)烈,土地開發(fā)利用程度高。人地關(guān)系緊張,石漠化問題最為突出,極大的影響該地區(qū)生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
3.3.2黔西南高原面淺碟型錐峰洼地區(qū)
黔西南高原面淺碟型錐峰洼地區(qū)(Ⅳ)位于104.53°—105.66°E,24.62°—25.39°N之間,區(qū)域土地總面積為0.54×104km2。該區(qū)是喀斯特地貌發(fā)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(qū)屬山地季風(fēng)濕潤(rùn)氣候,夏無(wú)酷暑,冬無(wú)嚴(yán)寒,日照長(zhǎng)。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(zhì)地以砂粒為主,砂粒含量占34.01%。生長(zhǎng)季平均歸一化植被指數(shù)為0.64,植被覆蓋度低。石漠化問題嚴(yán)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(yán)重。2015年底區(qū)內(nèi)常住人口115.4萬(wàn)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(chǎn)量44.9萬(wàn)噸,人均GDP3.5萬(wàn)元,農(nóng)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(qū)
未來(lái)廣播電視的發(fā)展在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)IP和SDI信號(hào)將會(huì)共存,在向IP過(guò)渡期間,如何設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)度的拓?fù)浞桨?,是向IP順利過(guò)渡的關(guān)鍵因素。在向IP過(guò)渡期間,以下3種信號(hào)調(diào)度拓?fù)浞桨缚勺鲄⒖肌?/p>
黔南桂北大斜坡北部漏斗型錐峰洼地區(qū)(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(qū)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(fā)育典型,碳酸鹽巖面積比例為61.01%。該區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)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(zhì)地以砂粒為主,砂粒含量占34.58%。該區(qū)生長(zhǎng)季平均歸一化植被指數(shù)為0.71,植被覆蓋度較高,石漠化面積比例相對(duì)較低,且不同程度石漠化面積比例均穩(wěn)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(qū)內(nèi)常住人口506.36萬(wàn)人,人口較稠密,平均人口密度為144人/km2,接近全國(guó)平均水平。人均耕地面積0.99×10-3km2,略低于全國(guó)水平(1.01×10-3km2)。山多地少,人地矛盾相對(duì)緊張。該區(qū)喀斯特景觀資源較為豐富,分布有荔波喀斯特、環(huán)江喀斯特等世界自然遺產(chǎn)地。
3.3.4桂南丘陵淺碟型錐塔峰洼谷區(qū)
桂南丘陵淺碟型錐塔峰洼谷區(qū)(Ⅵ)位于105.94°—108.11°E,22.15°—24.13°N之間,地處廣西丘陵地帶,區(qū)域土地總面積為2.84×104km2??λ固氐孛裁娣e分布廣泛,多發(fā)育典型的峰叢谷地,碳酸鹽巖面積比例為59.59%。境內(nèi)丘陵起伏,平均海拔437.45 m,平均起伏度為98.93 m。該區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),氣候溫和,光熱充足,降水充沛但季節(jié)分配不均。多年平均降水量1427.32 mm。該區(qū)氣候相對(duì)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(zhì)地以粘粒為主,粘粒含量占38.33%。植被覆蓋較高,生長(zhǎng)季平均歸一化植被指數(shù)為0.70。該區(qū)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(qū)內(nèi)常住人口356.14萬(wàn)人,戶籍人口417萬(wàn)。區(qū)內(nèi)人口較稠密,人口密度平均為135人/km2,略低于全國(guó)水平。人均耕地面積為1.95×10-3km2,高于全國(guó)平均水平。該區(qū)耕地資源豐富,且水熱資源最為豐富,農(nóng)業(yè)開發(fā)利用程度高,經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)以第一產(chǎn)業(yè)為主,人地關(guān)系相對(duì)緩和。
喀斯特石漠化的發(fā)生和演化受碳酸鹽巖巖性的影響,其嚴(yán)重程度與碳酸鹽巖巖層類型之間有內(nèi)在制約關(guān)系,更受高強(qiáng)度人為干擾活動(dòng)的主導(dǎo)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(guò)渡地帶,地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)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(xiàn)象并存。同時(shí),該區(qū)地勢(shì)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(qū)域溶丘地貌形態(tài)各異[28]。以地質(zhì)、氣候分異、大地貌部位和微地貌形態(tài)作為喀斯特峰叢洼地石漠化治理分區(qū)依據(jù),將整個(gè)西南喀斯特峰叢洼地區(qū)劃分為碎屑巖為主的非喀斯特區(qū)、滇東南桂西南西南季風(fēng)非典型峰叢洼地區(qū)、以及黔西南高原面淺碟型錐峰洼地區(qū)、黔南桂北大斜坡北部漏斗型錐峰洼地區(qū)、桂中大斜坡南部漏斗型錐塔峰洼地區(qū)和桂南丘陵淺碟型錐塔峰洼谷地區(qū)等亞區(qū)。各分區(qū)在自然條件、人口和耕地資源空間分布、人地關(guān)系緊張程度以及石漠化現(xiàn)狀、治理成效及未來(lái)治理方向上具有鮮明特征。本研究根據(jù)各亞區(qū)內(nèi)的自然資源稟賦、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r以及人地關(guān)系,聚焦具體的生態(tài)和發(fā)展問題,有助于提出科學(xué)合理的石漠化治理優(yōu)化方案,增強(qiáng)了喀斯特石漠化治理的區(qū)域針對(duì)性。
圖6 不同分區(qū)內(nèi)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(qū)(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(qū)耕地資源豐富,人口稀少(圖6),人口壓力小,人地關(guān)系緩和,石漠化問題不突出,不屬于石漠化治理的重點(diǎn)區(qū)域,針對(duì)已經(jīng)發(fā)生石漠化的區(qū)域應(yīng)采取封育保護(hù)的治理模式。
滇東南桂西南西南季風(fēng)非典型峰叢洼地區(qū)(Ⅱ)位于滇東高原,屬于西南季風(fēng)氣候區(qū),干濕季節(jié)特征鮮明。由于全年降水量少,氣候相對(duì)干冷,喀斯特錐峰、塔峰、洼地、谷地地貌發(fā)育不典型,以常態(tài)山為主。該區(qū)山多地少,人均壩地面積比例少(圖6),坡耕地開發(fā)強(qiáng)度大,植被覆蓋度小,人地矛盾突出,土地退化嚴(yán)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(duì)象具有局限性、治理措施配置細(xì)化程度不夠以及治理觀念不強(qiáng)的問題。未來(lái)石漠化治理應(yīng)加強(qiáng)有限水資源利用效率,確保生態(tài)效益的同時(shí)提高土地利用效率,緩解土地資源短缺的壓力,提高農(nóng)民收入水平。同時(shí),注重改善立地條件,加強(qiáng)路池工程建設(shè),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(qū)(Ⅲ)發(fā)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(nóng)民人均收入水平低,屬于連片貧困地區(qū)。生態(tài)工程實(shí)施以來(lái)該區(qū)不同程度石漠化面積均呈減少趨勢(shì),石漠化結(jié)構(gòu)和程度趨于改善,石漠化面積削減迅速,但該區(qū)石漠化面積廣、程度深,石漠化問題最為突出。該區(qū)石漠化治理宜采取喀斯特土地集約化利用的立體生態(tài)發(fā)展模式,充分利用有限的土地資源,緩解人地關(guān)系緊張的問題,促進(jìn)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級(jí),同時(shí)兼顧石漠化治理的長(zhǎng)中短效益,獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。另外,需與異地扶貧搬遷工作緊密結(jié)合,緩解石漠化嚴(yán)重地區(qū)人口壓力。
黔西南高原面淺碟型錐峰洼地區(qū)(Ⅳ)整個(gè)地勢(shì)由西北向東南逐漸降低,地形呈多級(jí)臺(tái)階狀逐級(jí)下降至南盤江河谷,海拔高,氣溫低,降水充沛但季節(jié)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(dá)21.65%,石漠化問題依然嚴(yán)重。該區(qū)地處滇、桂、黔三省交界處,自然資源豐富,地理位置優(yōu)越,區(qū)位優(yōu)勢(shì)和資源優(yōu)勢(shì)突出,第一產(chǎn)業(yè)比重低,以二三產(chǎn)業(yè)為主,注重旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展,對(duì)土地的依賴程度小,經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速。桂中大斜坡南部漏斗型錐塔峰洼地區(qū)(Ⅲ)石漠化面積最大,黔西南高原面淺碟型錐峰洼地區(qū)(Ⅳ)石漠化面積比例最高,兩者均是未來(lái)石漠化治理的重點(diǎn)區(qū)域。由于兩區(qū)域耕地資源有限,石漠化治理需大力發(fā)展特色生態(tài)衍生產(chǎn)業(yè),增加農(nóng)民收入,從根本上解決貧困問題[29]。同時(shí),考慮異地扶貧搬遷工程的實(shí)施,減少過(guò)度超載人口對(duì)土地的依賴。
黔南桂北大斜坡北部漏斗型錐峰洼地區(qū)(Ⅴ)地處中亞熱帶巖溶喀斯特地區(qū)、云貴高原向廣西丘陵過(guò)渡地段的最北部,地形起伏較大。該區(qū)南北經(jīng)濟(jì)差距大,東南部處于粵桂黔高鐵經(jīng)濟(jì)帶上,區(qū)位優(yōu)越,城鎮(zhèn)化水平高,經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿Υ?石漠化治理應(yīng)以封育保護(hù)為主。石漠化面積比例相對(duì)較低,在水熱充沛且土多的喀斯特石山坡麓坡腳地帶發(fā)展短平快的喀斯特石生環(huán)境適應(yīng)型特色高效經(jīng)濟(jì)林果產(chǎn)業(yè),獲得長(zhǎng)期穩(wěn)定產(chǎn)出,促進(jìn)農(nóng)民增收,緩解貧困問題。另外,該區(qū)有濃郁的少數(shù)民族風(fēng)情,自然、文化稟賦較好,分布有荔波喀斯特、環(huán)江喀斯特等多處世界自然遺產(chǎn)地,景觀類型豐富,應(yīng)調(diào)整農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),大力發(fā)展喀斯特生態(tài)旅游,促進(jìn)第二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
桂南丘陵淺碟型錐塔峰洼谷地區(qū)(Ⅵ)谷地地形平坦開闊,交通便利,位于南寧-新加坡經(jīng)濟(jì)走廊、泛北部灣區(qū)域交匯的關(guān)鍵地帶,區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯。物產(chǎn)資源豐富,有中國(guó)最大的甘蔗種植基地、蔗糖生產(chǎn)基地,制糖業(yè)是當(dāng)?shù)氐谝淮笾еa(chǎn)業(yè),經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿Υ?。該區(qū)人地關(guān)系相對(duì)寬松,石漠化面積小但程度重。石漠化治理過(guò)程中仍存在以下問題:石山坡麓地帶林相低下,經(jīng)濟(jì)效益差;水熱資源豐富,但利用率低,生產(chǎn)、生活用水貧乏;農(nóng)村勞動(dòng)力不足,難以承擔(dān)勞動(dòng)密集型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。未來(lái)石漠化治理應(yīng)采取喀斯特石山坡麓灌木林提質(zhì)改造和封育保護(hù)相結(jié)合的治理模式,節(jié)約人力成本,發(fā)揮石漠化治理的長(zhǎng)期效益,解決石漠化治理和退耕還林過(guò)程中長(zhǎng)期效益與短期效益之間的矛盾。
大規(guī)模的石漠化綜合治理工程實(shí)施以來(lái),峰叢洼地區(qū)的石漠化面積削減最為迅速,石漠化面積比例呈減少趨勢(shì),石漠化程度明顯降低,生態(tài)環(huán)境得到有效改善[30-31]。在前期石漠化面積“持續(xù)凈減少”、植被覆蓋增加基礎(chǔ)上,未來(lái)喀斯特峰叢洼地石漠化治理應(yīng)重視石漠化治理的提質(zhì)增效,在實(shí)現(xiàn)初步“變綠”基礎(chǔ)上,重視提升喀斯特生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力,充分發(fā)揮各亞區(qū)內(nèi)的資源優(yōu)勢(shì),兼顧石漠化治理的長(zhǎng)中短效益,生態(tài)治理與生態(tài)產(chǎn)業(yè)培育有機(jī)結(jié)合,提高農(nóng)民收入水平,增強(qiáng)石漠化治理的可持續(xù)性,促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、人口和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[32-33]。
為了提升喀斯特峰叢洼地石漠化治理的區(qū)域針對(duì)性和可持續(xù)性,本研究以地質(zhì)背景、氣候分異、大地貌部位及微地貌特征為依據(jù),開展了面向石漠化治理的峰叢洼地自然地域分區(qū),分析了各個(gè)亞區(qū)內(nèi)的自然環(huán)境特征、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和石漠化治理現(xiàn)狀及其成效,揭示了喀斯特峰叢洼地自然地域分異規(guī)律,服務(wù)于后續(xù)石漠化治理。研究發(fā)現(xiàn)喀斯特峰叢洼地具有地質(zhì)地貌分區(qū)明顯、氣候分異性強(qiáng)、土地資源分布不均、人地關(guān)系區(qū)域差異大的特點(diǎn)。各分區(qū)內(nèi)2005—2016年石漠化均呈面積持續(xù)凈減少、程度降低的趨勢(shì),但由于區(qū)域自然地域差異,未來(lái)石漠化治理的側(cè)重方向不同:
(1)碎屑巖為主的非喀斯特區(qū)坡緩?fù)梁?人口稀少,人地矛盾相對(duì)緩和;西南季風(fēng)非典型峰叢洼地區(qū)受西南季風(fēng)影響干濕季節(jié)特征鮮明,喀斯特地貌發(fā)育不典型,以常態(tài)山為主,未來(lái)石漠化治理應(yīng)結(jié)合工程措施,提高資源利用效率。
(2)典型峰叢洼地區(qū):桂中大斜坡南部漏斗型錐塔峰洼地區(qū)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(lái)石漠化治理宜采用土地集約化利用的立體生態(tài)發(fā)展模式;黔西南高原面淺碟型錐峰洼地區(qū)地形起伏較大,人口稠密,人地關(guān)系最為緊張,石漠化問題雖有減緩但依然嚴(yán)重,未來(lái)石漠化治理需考慮通過(guò)異地扶貧搬遷來(lái)緩解高強(qiáng)度人口壓力對(duì)土地的依賴;黔南桂北大斜坡北部漏斗型錐峰洼地區(qū)石漠化面積比例相對(duì)較低、喀斯特景觀資源豐富,未來(lái)石漠化治理應(yīng)注重發(fā)展石生環(huán)境特色高效經(jīng)濟(jì)林果產(chǎn)業(yè)及生態(tài)旅游,提升生態(tài)效益和實(shí)現(xiàn)快速脫貧;桂南丘陵淺碟型錐塔峰洼谷地區(qū)水熱資源最為充沛、人地關(guān)系相對(duì)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(zhì)改造的石漠化治理模式。