羅旭玲,王世杰,白曉永,譚 秋,冉 晨,陳 歡,習(xí)慧鵬,陳 飛,操 玥,吳路華,李匯文,鐘 昕

1 中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴陽 550081 2 貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,貴陽 550001 3 中國科學(xué)院研究生院,北京 100049 4 中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所普定喀斯特研究綜合試驗(yàn)站,安順 562100 5 貴州師范學(xué)院貴州省流域地理國情監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴陽 550018

喀斯特石漠化是只在亞熱帶脆弱的喀斯特背景下的一種土地退化過程[1- 2],表現(xiàn)為自然因素和人類活動(dòng)綜合作用下的地表植被破壞,水土物質(zhì)流失[3],土地生產(chǎn)力下降,巖石大面積裸露類似荒漠化景觀[4]。石漠化帶來的危害性嚴(yán)重[5],已成為我國西南地區(qū)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的屏障之一[6- 7]。因此,精確找準(zhǔn)石漠化空間分布,合理劃分石漠化等級(jí)是治理石漠化的關(guān)鍵[8]。

為了能更好為石漠化治理服務(wù)提供理論基礎(chǔ),眾多學(xué)者對(duì)石漠化信息提取進(jìn)行了研究,馬士彬等[9]基于Logistic-CA-Markov模型對(duì)六枝特區(qū)進(jìn)行了石漠化空間變化規(guī)律研究；陳飛等[10]對(duì)典型喀斯特槽谷區(qū)石漠化時(shí)空演變及未來情景模擬；陳希等[11]基于多源遙感數(shù)據(jù)的石漠化信息提取研究,認(rèn)為多源數(shù)據(jù)支持下的石漠化信息提取更準(zhǔn)確；李麗等[12]利用中巴光學(xué)遙感數(shù)據(jù)提出了一種植被基于植被覆蓋度的石漠化信息提取方法。但是,以上方法更多的是局限于小區(qū)域,若按照同樣的方法對(duì)大尺度的區(qū)域進(jìn)行石漠化解譯,數(shù)據(jù)的完整獲取存在一定的困難。

所以,為了探究石漠化信息提取方法是否在大尺度研究區(qū)域上也能得出較好的結(jié)果,本文選擇西南喀斯特地區(qū)為研究區(qū),利用歸一化差分植被指數(shù)(NDVI)，植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP),坡度和地表反照率反演2000—2015年四期西南石漠化圖,分析其時(shí)空變化規(guī)律,依據(jù)不同土地利用、坡度和生態(tài)保護(hù)區(qū)來對(duì)石漠化分布進(jìn)行分析。以期在上述分析中能得出石漠化分布規(guī)律,為研究區(qū)生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

西南喀斯特地區(qū)包括貴州、云南、廣西、湖南、湖北、重慶、四川、廣東八省,位于102—111°E,23—32°N,北起秦嶺山脈南麓,南至廣西盆地,西至橫斷山脈,東抵羅霄山脈西側(cè)[13],面積約54萬km2[14],然而其地表喀斯特出露面積就達(dá)51萬km2[15],有24個(gè)生態(tài)功能保護(hù)區(qū)(圖1)。石漠化集中分布于黔、桂、云三個(gè)地區(qū),以黔地區(qū)石漠化面積高達(dá)32427 km2最為嚴(yán)重[16]。年降水量在1000 mm以上,屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候[17]。該區(qū)域生態(tài)位置很重要,其不僅是珠江源頭以及長江水源的而重要補(bǔ)給區(qū),還是南北水調(diào)水源區(qū)和三峽庫區(qū)[18]。西南喀斯特環(huán)境的脆弱性和易傷性,以及不合理的人為活動(dòng),導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞,引起一系列生態(tài)問題,例如,水土流失、森林生態(tài)系統(tǒng)退化、土地石漠化等[19]。

圖1 研究區(qū)地形圖Fig.1 Topographic map of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

1∶50000巖性圖來自喀斯特科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.karstdata.cn/),目的是為了裁剪出非喀斯特區(qū)域,減少石漠化發(fā)生區(qū)域的誤判。

數(shù)值高程模型(DEM)和地表反照率數(shù)據(jù)獲取自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.karstdata.cn/)。DEM空間分辨率為90 m,為了與其他數(shù)據(jù)擁有相同的分辨率,對(duì)其重采樣為1000 m,進(jìn)行坡度提取,并把坡度分為0°— 2°、2°— 6°、6°— 15°、15°— 25°、>25,共5個(gè)等級(jí)。地表反照率空間分辨率為1 km×1 km。

MODIS-NDVI數(shù)據(jù)源于美國航空航天局(https://www.nasa.gov/)的地球觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中的MOD13Q1 L3 級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品,其空間分辨率為 250 m × 250 m,時(shí)間分辨率為16d。應(yīng)用 MODIS Reprojection Tools( MRT) 軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)的 hdf 格式轉(zhuǎn)換為 tif 格式。

土地利用數(shù)據(jù)來自美國國家航空航天局(https://www.nasa.gov/),空間分辨率為300 m × 300 m,為了減少數(shù)據(jù)量,在進(jìn)行石漠化圖生成前就已經(jīng)利用濕地,水域和建設(shè)用地裁剪掉不發(fā)生石漠化的區(qū)域,所以,在分析土地利用中石漠化變化時(shí)就沒有列出濕地、水域和建設(shè)用地三種地類。

NPP數(shù)據(jù)來源于美國NASA EOS/MODIS的2000—2015年產(chǎn)品(http://files.ntsg.umt.edu/data/NTSG_Products/MOD17/),空間分辨率為1 km×1 km,以年為時(shí)間分辨率,單位為kgC/m2,對(duì)下載好的NPP乘以0.0001得到實(shí)際值。

西南生態(tài)功能保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)。

以上數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換為相同的地理坐標(biāo)(WGS_1984)和投影坐標(biāo)(Albers Equal-Area Conic),并且空間分辨率統(tǒng)一采樣為1 km×1 km。

1.3 方法

1.3.1石漠化解譯路線

本文石漠化解譯方法基于地理探測(cè)器,具體流程為：(1)準(zhǔn)備好反演石漠化需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),包括NDVI、NPP、地表反照率、數(shù)值高程模型(DEM)和土地利用/土地覆蓋變化(LUCC),利用巖性圖裁剪出喀斯特。由于認(rèn)為LUCC中的建設(shè)用地、濕地和水域不發(fā)生石漠化,所以,用建設(shè)用地、濕地和水域進(jìn)一步裁剪,這樣既減少石漠化發(fā)生在非喀斯特和不發(fā)生石漠化地區(qū)的誤判,也減少數(shù)據(jù)量。(2)在ArcGIS平臺(tái)根據(jù)已有的貴州省石漠化圖進(jìn)行樣本點(diǎn)信息的提取,利用已有的石漠化樣本點(diǎn)信息對(duì)裁剪好的NDVI、NPP、坡度和地表反照率一一進(jìn)行樣本提取。對(duì)提取好的樣本信息導(dǎo)出ArcGIS另存為表格。打開地理探測(cè)器進(jìn)行權(quán)重分析,自變量選擇石漠化信息,因變量選擇四個(gè)變量,在0.01置信度內(nèi)得出NDVI、NPP、Slope和Surface Albedo的Q分別為46.2、36.3、11和16.5,根據(jù)Q值計(jì)算出相對(duì)貢獻(xiàn)率,分別為0.42、0.33、0.1和0.15(表1)。(3)依據(jù)得出的因子權(quán)重反演出西南喀斯特地區(qū)2000—2015年間的四期石漠化空間圖?；谕跏澜躘20]等石漠化分級(jí)體系,將石漠化分為無石漠化、潛在石漠化、輕度石漠化、中度石漠化、重度石漠化和極重度石漠化,分別對(duì)應(yīng)序號(hào)1、2、3、4、5和6。

表1 石漠化各因子貢獻(xiàn)率

1.3.2因子貢獻(xiàn)率計(jì)算

地理探測(cè)器是探測(cè)和利用空間分異性的工具,由分異及因子、交互作用、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和生態(tài)探測(cè)四個(gè)部分組成[21]。其分異及因子探測(cè)某因子X多大程度上解釋了屬性Y的空間分異。因此可以利用公式來計(jì)算反演石漠化的因子對(duì)其解釋能力大小[22]。表達(dá)式如下：

(1)

式中a為自變量,b為石漠化圖,N為因變量的樣本點(diǎn)總數(shù),Ni為自變量的樣本點(diǎn)總數(shù),δ2、δi2分別為a和b的柵格值方差,i和h分別為第i類因子等級(jí)及其等級(jí)總數(shù)。

1.3.3石漠化轉(zhuǎn)移矩陣

石漠化轉(zhuǎn)移矩陣能夠清晰明了地反映研究區(qū)域石漠化的的具體流向與各種石漠化等級(jí)的轉(zhuǎn)入面積與轉(zhuǎn)出面積[10],進(jìn)而分析石漠化變化的數(shù)量特征。具體公式如式；

(2)

式中：Pij為石漠化轉(zhuǎn)移矩陣；n為石漠化的類型數(shù)；i、j分別為研究期初與研究期末的石漠化等級(jí)序號(hào)。

1.3.4石漠化變化量和變化率

用變化量和變化率兩個(gè)指標(biāo)對(duì)石漠化變化進(jìn)行定量分析[23]。公式如下：

ΔS=Sa-Sb

(3)

K=(Ua-Ub)/Ua×100%

(4)

式中：Sa和Sb分別表示前期和后期土地石漠化的面積,ΔS和K分別表示2000—2015年間石漠化的變化量和變化率。如果變化量和變化率為負(fù)表示增加,為正則表示減少。

2 結(jié)果與分析

2.1 石漠化時(shí)空分布

2.1.1石漠化隨時(shí)間的變化

由表2可知,西南石漠化以輕度和中度為主,其中兩種等級(jí)石漠化面積之和占西南八省總面積的比例在4個(gè)時(shí)期分別為76.76%、76.34%和79.83%、84.98%,由比例可知,輕度和中度石漠化面積在2000—2005年間減少,2005—2015年間增加,總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。按照比例來看,輕度先減少后增加,總體呈上升趨勢(shì),輕度比例依次為41.80%、37.01%、42.58%、49.57%,中度呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),比例依次為34.96%、39.33%、37.25%、35.41%。

由表3可知,2005、2010、2015年間石漠化土地分別為13.22萬km2、12.03萬km2和10.70萬km2,國家公報(bào)2005、2011、2016年間石漠化土地分別為12.94萬km2、11.98萬km2、10.06萬km2。利用本研究減去公報(bào)石漠化土地面積得到石漠化的變化,分別為0.28萬km2、0.05萬km2、0.64萬km2,用變化面積除以本研究的面積得到變化率分別為2.09%、0.38%、5.98%。

表2 已發(fā)生石漠化不同等級(jí)面積變化

表3 石漠化時(shí)間變化

3.1.2石漠化空間變化

由表4可知,2000—2015年間貴州石漠化占比最大,分別為31.46%、27.00%、25.10%和27.66%；云南次之28.01%、21.79%、23.61%和26.36%；廣西分別為22.96%、18.00%、16.04%和15.70%。從占比來看,整體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)的有湖南、湖北、重慶和四川,其中以2010年為節(jié)點(diǎn),表現(xiàn)出先增加后減少；廣州和其他地區(qū)石漠化占比呈現(xiàn)減少的現(xiàn)象,但是云南和廣東以2005年轉(zhuǎn)點(diǎn),表現(xiàn)出先增加后減少,貴州也表現(xiàn)出減少的趨勢(shì),但是在2010以后也有增加。

表4 石漠化分布比例/%

以貴州為中心向四周輻射的西南八省石漠化空間分布(圖2)顯示,石漠化發(fā)生地區(qū)最明顯的為貴州,云南和廣西三個(gè)省份。石漠化發(fā)生可以分為兩個(gè)時(shí)間段,即2000—2005年間是石漠化的增長階段,2005—2015年為石漠化減少階段。研究時(shí)段內(nèi),貴州,云南,廣西石漠化逐漸呈現(xiàn)減少趨勢(shì),其他區(qū)域呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。

圖2 石漠化空間分布Fig.2 Spatial distribution of rocky desertification

3.2 不同土地利用中石漠化變化

不同的土地利用類型中人類活動(dòng)強(qiáng)度有很大的差異,由表5可知,2000—2015年間無石漠化面積最多,潛在石漠化次之。石漠化主要發(fā)生在耕地和林地兩種土地利用類型上,其他用地上石漠化發(fā)生面積最少,耕地和林地上無石漠化呈現(xiàn)增加趨勢(shì),草地和其他用地上的潛在石漠化情況則相反。

2000—2015年間已發(fā)生石漠化面積變化,耕地上輕度石漠化先從2000年的31989.49 km2減少到2005年30653.93 km2,然后又增加到2015年31841.68 km2。中度石漠化從2000年25636.75 km2增加到2005年26935.07 km2,然后又減少到2015年22179.91 km2。重度石漠化從2000年1999.33 km2增加到2005年13663.93 km2,然后又減少到2015年7462.70 km2。極重度石漠化呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。由表5可知,林地和草地大致與耕地上已發(fā)生面積變化一樣,呈現(xiàn)出輕度先減少后增加,中度和重度先增加后減少,極重度呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。其他用地中輕度、中度、重度和極重度石漠化呈增加趨勢(shì)。發(fā)生石漠化的影響因素眾多,但是人類活動(dòng)的強(qiáng)度也促進(jìn)石漠化的加速形成,所以,耕地中石漠化面積分布較多。

由圖3可知,土地利用類型不同,石漠化的分布具有很大的差異。從各石漠化等級(jí)面積比例來看,不同的地類中比例最大的是無石漠化,潛在石漠化次之。已發(fā)生從土地利用類型上的石漠化分布比例來看,耕地上的石漠化發(fā)生比例最大,草地次之,然后是林地,其他用地最少。因?yàn)楦厥侨祟惢顒?dòng)較強(qiáng)的地類,且很多耕地分布在一定坡度的地表上,坡度越大,地表覆蓋的土層就越薄,沖刷越強(qiáng),水土流失快,所以石漠化發(fā)生面積較大。其他用地中的極重度石漠化比大,其他用地一般為巖石裸露率大的難利用土地,地表植被覆蓋少,土層薄,極重度石漠化發(fā)生概率大。

3.3 不同坡度等級(jí)內(nèi)石漠化分布

由表6可以看出,不同坡度石漠化類型在不同時(shí)間段內(nèi)的變化差異很大,2000—2015年間無石漠化在6°—15°坡度上發(fā)生面積最大,分別有53580.7 km2、57962.97 km2、60238.36 km2和59526.82 km2和35146.43 km2。在>25°坡度上最少,分別為4231.59 km2、4311.38 km2、4404.40 km2和4373.18 km2。在0°—6°坡度上的土地由于接近平地,所以,無石漠化面積也很大,潛在石漠化分布與無石漠化分布具有相似的規(guī)律。已發(fā)生石漠化的土地在坡度上的面積分布從大到小依次為6°—15°、2°—6、15°—25°、<2°、>25°,輕度石漠化、中度石漠化、重度石漠化和極重度發(fā)生規(guī)律相似,都在6°—15°坡度上達(dá)到最大值。但是2000—2015年間不同等級(jí)已發(fā)生石漠化在6°—15°上具有不同的演變規(guī)律,其中輕度石漠化以2005年為節(jié)點(diǎn)先減少后增加,由2000年16954.40 km2減少到2005年13854.05 km2,減少了3100.35 km2,后又增加到2015年16056.45 km2,增加了12956.10 km2。中度石漠化逐漸減少,由2000年15776.06 km2減少到2015年11340.23 km2,減少了4435.83 km2。重點(diǎn)石漠化在2000—2005年間增加了2437.51 km2,2005至2015年間減少了5030.03 km2。極重度也表現(xiàn)出逐漸減少的現(xiàn)象,2000—2015年減少了649.36 km2。

表5 不同土地利用中石漠化變化

表6 不同坡度中石漠化變化

由圖4不同坡度下石漠化占比可知,不同坡度內(nèi)以無石漠化和潛在石漠化為主。已發(fā)生石漠化土地上,輕度石漠化主要分布在<25°坡度內(nèi),極重度石漠化隨著坡度的變大逐漸增加。2000年中度石漠化在>2°坡度土地上都有分布,重度石漠化在不同坡度都有發(fā)生。2005年中度石漠化隨著坡度的變陡逐漸增加,在>25坡度上,中度石漠化大于輕度石漠化,重度石漠化主要分布在坡度<25°的土地上,在>25°坡度上的比例最小,坡度6—15范圍內(nèi)達(dá)到最大。2010—2015年間中度石漠化隨著坡度變大呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),2010年中度石漠化在隨著坡度變大而增加,重度石漠化在坡度>25°的土地上占比最少。2015年中度石漠化隨坡度變大逐漸增加,其中>25°坡度的中度石漠化占比最大,重度石漠化主要分布在坡度>2°土地上。綜上分析,石漠化主要發(fā)生在較為平坦的地方,喀斯特區(qū)域的山間壩子較少,平坦的地方土地利用率較高,人類活動(dòng)更加頻繁,隨著坡度的增加,地表起伏變大,人類活動(dòng)較少,石漠化發(fā)生的概率變小。

圖4 不同坡度上石漠化面積比例Fig.4 Proportion of rocky desertification area on different slopes

2.4 西南生態(tài)保護(hù)區(qū)石漠化變化

由表6可知,2000年和2015年生態(tài)保護(hù)區(qū)石漠化面積最大的是西南喀斯特區(qū),面積分別為27481.86 km2和21738.65 km2。從石漠化變化量來看,呈現(xiàn)增加趨勢(shì)的生態(tài)保護(hù)區(qū)有云南東川、三峽庫區(qū)、岷山-邛崍山、南水北調(diào)中線工程區(qū)、大別山地區(qū)、武陵山地區(qū)。其中三峽庫區(qū)增加最多,南水北調(diào)中線工程區(qū)次之,分別增加1641.22 km2、1466.29 km2,增加最少的是大別山,為0.51 km2。石漠化減少最多的的生態(tài)保護(hù)區(qū)是西南喀斯特區(qū)5743.22 km2,南嶺山地次之,減少393.34 km2,減少面積最少的是秦嶺山地生態(tài)保護(hù)區(qū),減少2.11 km2。從石漠化增加的變化率看,變化率最大的是岷山-邛崍山生態(tài)功能保護(hù)區(qū),變化率為770.47%,大別山變化率為439.15%,南水北調(diào)中線工程區(qū)變化率為121.45%,變化率最少的是武陵山山地區(qū),變化率為6.81%。從石漠化減少的變化率來看,減少最多是橫斷山南部生態(tài)保護(hù)區(qū),變化率為82.58%,桂西南石灰?guī)r區(qū)變化率次之,為56.62%,變化率最少的是秦嶺山地生態(tài)保護(hù)區(qū),為8.09%。綜上所述可知,石漠化減少最多或是增加最多的生態(tài)功能保護(hù)區(qū)不一定就是變化率最大,這說明石漠化生態(tài)修復(fù)呈現(xiàn)出邊治理邊惡化的情況,此外,石漠化生態(tài)修復(fù)不能只注意已經(jīng)發(fā)生石漠化的區(qū)域,還應(yīng)注意未發(fā)生石漠化區(qū),要做到石漠化惡化地區(qū)得到改善,未發(fā)生石漠化地區(qū)得到預(yù)防。

由圖5可知,不同的保護(hù)功能區(qū)內(nèi)石漠化轉(zhuǎn)移變化明顯的是水土保持生態(tài)功能保護(hù)區(qū)。綜上分析,2000—2015年間西南生態(tài)保護(hù)功能區(qū)是發(fā)生石漠化減少最大的地方,這是由于研究期間國家和政府開展一系列的生態(tài)工程,如2003年退耕還草工程、2005年集體林權(quán)制度改革、2008年石漠化綜合治理、2014年全國生態(tài)保護(hù)與建設(shè)規(guī)劃(2013—2020年)、2015年生態(tài)文明體制改革總體方案的等,這些生態(tài)修復(fù)工程對(duì)西南喀斯特石漠化的治理起著很大的作用。三峽庫區(qū)生態(tài)功能保護(hù)區(qū)是石漠化增加最多的地方,石漠化公報(bào)顯示2016年山峽庫區(qū)石漠化土地面積為5630km2,比2011年少了1040km2,這與本研究的2015年三峽庫區(qū)石漠化3436.79 km2相比,多2193.21 km2。

3 討論

3.1 土地利用對(duì)石漠化空間分布的影響

西南喀斯特地貌分為中高山、斷陷盆地、巖溶高原、巖溶峽谷、峰叢洼地、巖溶槽谷、峰林平原、溶丘洼地以及局部分布的石林等[24- 25]。奇特的地形地貌決定了喀斯特地區(qū)平原壩子會(huì)被城市、村鎮(zhèn)居民點(diǎn)以及大型工廠等利用,耕種類型以山地旱地為主。土地利用類型以林地、耕地和草地為主[26]。本研究得出林地與耕地中石漠化發(fā)生面積最多,這與陳歡等研究萬山石漠化與土地利用后,指出發(fā)生石漠化的土地類型主要為旱地和林地(有林地、灌木林地)相符[27]；李陽兵等研究喀斯特地區(qū)土地利用與石漠化關(guān)系后,指出石漠化土地中以灌木林地、低覆蓋度草地、未利用地、山區(qū)旱地、石質(zhì)旱地等土地利用類型占較大比例結(jié)果相近[28]。耕地對(duì)石漠化的影響除了與人口密度有關(guān)外,還與農(nóng)村聚居的密集程度、單位面積上的壯勞力有關(guān)[29]。但是,其根本的原因是土地承載力低下,人口壓力超過了土地承載力,洼地耕地資源不足,迫使當(dāng)?shù)馗N坡耕地[30]。因?yàn)槿祟愒谄赂氐母骰顒?dòng)不僅破壞了山地旱地的土壤肥力、抗侵蝕性、顆粒組成、水穩(wěn)定團(tuán)聚體、地表植被等[25],還促進(jìn)了土壤地表、地下流失和生物流失,間接驅(qū)動(dòng)坡地石質(zhì)化,犁耕運(yùn)移土壤和農(nóng)耕促進(jìn)土壤流失,直接和間接的驅(qū)動(dòng)坡地石質(zhì)化[31]。林地對(duì)石漠化的影響主要在于土地利用類型的轉(zhuǎn)化。當(dāng)植被從有林地向疏林地、灌木林地和草地轉(zhuǎn)化時(shí),植被覆蓋度慢慢降低,景觀類型變得單一,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差[32],土壤侵蝕發(fā)生,引發(fā)石漠化景觀產(chǎn)生。

表7 西南生態(tài)保護(hù)區(qū)石漠化面積變化

3.2 坡度對(duì)石漠化空間分布的影響

石漠化發(fā)生較嚴(yán)重的地區(qū)主要分布在貴州西南部及云南東部一帶,因?yàn)樵摰貐^(qū)石灰?guī)r比重較大、地表土層較薄、成土速率慢、降水豐沛、山地面積較廣、耕地比重大。地表坡度大小決定了土壤侵蝕強(qiáng)度,但是隨著坡度的越來越大,土壤侵蝕強(qiáng)度增加會(huì)使得地表土壤變薄,基巖裸露,石漠化發(fā)生。本研究得出潛在石漠化主要發(fā)生在<2°和>25°坡度上,已發(fā)生石漠化主要發(fā)生在6°—15°之間,重度石漠化和極重度在>25°坡度上變化幅度較小。王明明等研究后寨河流域喀斯特石漠化演變特征及其關(guān)鍵表征因子與驅(qū)動(dòng)因素后,指出石漠化區(qū)域主要集中在2°— 22°坡度上[33]。李陽兵等研究王家寨小流域石漠化與坡度的關(guān)系后,指出石漠化集中分布在15°— 25°坡度范圍內(nèi),認(rèn)為簸籮地區(qū)輕度、中度、強(qiáng)度集中分布在 <5°、15°—25°的坡度上[34]。除此之外,李陽兵等在研究了后寨河流域石漠化演變特征后,指出15°—25°、>25°坡度范圍內(nèi)的強(qiáng)度石漠化比例基本保持不變[35]。周忠發(fā)等研究喀斯特地區(qū)石漠化與地形坡度關(guān)系后,指出地形坡度陡,人類活動(dòng)頻繁的地區(qū)石漠化面積大,石漠化程度高[36]。國家農(nóng)業(yè)坡度上限為25°,也就是說>25°以上的耕地實(shí)施退耕還林還草政策。但是,綜合上述分析,石漠化面積發(fā)生最大的坡度范圍是6°—15°,在15°—25°范圍內(nèi)石漠化發(fā)生也嚴(yán)重。因此,石漠化嚴(yán)重區(qū)域可以適當(dāng)?shù)陌淹烁€林還草范圍降得再低一點(diǎn),將喀斯特地區(qū)降低退耕還林坡耕地坡度標(biāo)準(zhǔn)為15°[37]。

圖5 西南生態(tài)保護(hù)區(qū)石漠化轉(zhuǎn)移空間分布Fig.5 Spatial distribution of rocky desertification transfer in southwest ecological reservea,長江源生態(tài)功能保護(hù)區(qū);b,黃河源生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；c,若爾蓋-瑪曲生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；d,岷山-邛崍山生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；e,秦嶺山地生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；f,三峽庫區(qū)生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；g,南水北調(diào)中線工程水源區(qū)生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；h,武陵山山地生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；i,洞庭湖區(qū)生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；j,淮河源生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；k,大別山山地生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；l,南嶺山地生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；m,西南喀斯特生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；n,珠江源(云南部分)生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；o,云南東川生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；p,滇西北生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；q,橫斷山南部生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；r,西雙版納生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；s,桂西南石灰?guī)r生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；t,北部灣生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；u,珠江口生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；v,鄱陽湖生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；w,藏東南山地生態(tài)功能保護(hù)區(qū)；x,江西東江源生態(tài)功能保護(hù)區(qū)

3.3 西南石漠化動(dòng)態(tài)變化的影響因素分析

石漠化的發(fā)生除了存在復(fù)雜的自然因素,還有人類活動(dòng)的影響。研究時(shí)段內(nèi)石漠化演變存在2000—2005年的增加、2005—2015年減少的兩個(gè)階段,但是石漠化整體情況呈現(xiàn)改善趨勢(shì)。由圖6可知,石漠化加劇階段,研究區(qū)農(nóng)村人口眾多,對(duì)土地依附加強(qiáng)、土地需求較大,不合理的開墾方式,對(duì)森林的亂砍亂伐、林地減少。其次,洪水自然災(zāi)害的爆發(fā),引起土壤大面積侵蝕發(fā)生,導(dǎo)致土地破壞、加劇洪澇災(zāi)害淤塞湖泊、影響開發(fā)利用,最大的后果就是引起石漠化的發(fā)生,導(dǎo)致土地石漠化加劇。石漠化的減少階段,由圖6可知,1999年底“退耕還林還草”和西部地區(qū)“山川秀美”工程等生態(tài)修復(fù)政策得到實(shí)施[38],2003年退耕還草工程、2005年集體林權(quán)制度改革和“綠水青山就是金山銀山”的科學(xué)概論被提出、2008年石漠化綜合治理、2014年全國生態(tài)保護(hù)與建設(shè)規(guī)劃(2013—2020年)、2015年生態(tài)文明體制改革總體方案、2015年國務(wù)院關(guān)于全國水土保持規(guī)劃(2015—2030年)的批復(fù)等生態(tài)修復(fù)政策的實(shí)施。隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展,大量農(nóng)村人口外出務(wù)工、務(wù)農(nóng)人員減少使得耕地逐漸撂荒；沼氣、太陽能和液化氣等普及,改變了傳統(tǒng)的能源獲取方式,提高了人們能對(duì)現(xiàn)有能源的利用率,降低了人們對(duì)木柴資源的依附,減少對(duì)林地的砍伐和毀壞,林地得到增加,石漠化逐漸好轉(zhuǎn)。

圖6 近30年石漠化發(fā)生的影響因素Fig.6 Influencing factors of rocky desertification in recent 30 years

3.4 石漠化解譯方法的優(yōu)缺點(diǎn)

由表5可知,貴州省石漠化反演結(jié)果中,輕度石漠化為22019.65 km2,中度石漠化為3730.00 km2,重度石漠化為3001.07 km2,極重度石漠化700.57 km2。與陳起偉[39]等人的結(jié)果對(duì)比,分別相差3131.35 km2,1403.60 km2,728.93 km2,87.43 km2。2000年貴州石漠化反演結(jié)果中輕度石漠化為21924.83 km2、中度石漠化12061.78 km2、重度石漠化2525.29 km2、極重度石漠化592.82 km2,依據(jù)李建存[40]等人文獻(xiàn)石漠化顯示,其中重度包含了本文的重度和極重度石漠化,所以,石漠化對(duì)比分別為輕度、中度和重度,分別相差1075.17 km2、1061.78 km2、118.10 km2。綜合以上分析,本文石漠化結(jié)果誤差在可控范圍內(nèi),因此基于地理探測(cè)器得出反演石漠化因子權(quán)重進(jìn)行石漠化解譯具有一定的優(yōu)點(diǎn),使用方法簡(jiǎn)單,解譯快速,結(jié)果覆蓋范圍廣,數(shù)據(jù)易獲取。缺陷在于石漠化分布結(jié)果圖存在不確定性,因?yàn)椴捎玫臄?shù)據(jù)空間分辨率較低,喀斯特地區(qū)地表復(fù)雜,精度較低的石漠化圖不能在小區(qū)域上得到精確地體現(xiàn)。在今后的研究中,我們將進(jìn)一步加強(qiáng)石漠化解譯的精度,爭(zhēng)取反演解譯出更精準(zhǔn)的石漠化圖,為生態(tài)治理提供一定的支撐。

5 結(jié)論

(1)西南石漠化等級(jí)分布以輕度和中度為主。其發(fā)生比例變化先減少后增加,總體呈上升趨勢(shì)。從空間分布來看,石漠化發(fā)生分布面積最廣的是貴州,其次為廣西和云南。研究時(shí)段內(nèi)的石漠化發(fā)生具有兩個(gè)時(shí)間段,即2000—2005年的增加時(shí)段,2005—2015年的減少時(shí)段。研究時(shí)段內(nèi),西南石漠化面積整體呈現(xiàn)改善趨勢(shì)。

表8 2005年貴州石漠化對(duì)比

(2)從不同土地利用來看,2000—2015年間無石漠化面積最多,潛在石漠化次之。石漠化主要發(fā)生在耕地和林地兩種土地類型上,耕地因?yàn)槿祟惢顒?dòng)很強(qiáng),石漠化的發(fā)生比例最大。其他用地上石漠化發(fā)生面積最少,但是極重度石漠化在其他用地上的發(fā)生比例很大,平均在11%左右。

(3)從不同坡度來看,石漠化的發(fā)生并不是隨坡度的增加而呈現(xiàn)在正相關(guān)。各類型石漠化在坡度等級(jí)分布中的變化如下：<15°坡度范圍內(nèi),輕度石漠化以2005年最少,中度和極重度以2015年石漠化分布面積最少,重度石漠化以2010年最少；15°—25°坡度范圍內(nèi)的強(qiáng)度石漠化在 2000—2015 年也有發(fā)生,說明此坡度范圍也受到墾殖等強(qiáng)烈人為干擾。>25°各等級(jí)石漠化面積變化不大?？傊?在坡度6°—25°之間石漠化發(fā)生面積最大。

(4)從生態(tài)保護(hù)區(qū)來看,2000和2015年西南喀斯特生態(tài)保護(hù)區(qū)是石漠化面積分布最多的區(qū)域,分別為27481.86 km2和21738.65 km2,最少的是大別山山地生態(tài)功能保護(hù)區(qū)。從變化量來看,增加最多的是三峽庫區(qū),增加1641.22 km2,減少最多的是西南喀斯特生態(tài)功能保護(hù)區(qū),減少5743.22 km2。

(5)本文基于地理探測(cè)器得出的石漠化反演因子貢獻(xiàn)率,NPP為0.33、NDVI為0.15、地表反照率為0.42、坡度為0.1。