西南巖溶區(qū)水土流失與石漠化動態(tài)評價研究

尹 輝，蔣忠誠，羅為群，喻崎雯，2，覃小群

（1.中國地科院巖溶地質(zhì)研究所，廣西 桂林 541004；2.廣西師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004）

我國西南巖溶區(qū)水土流失及石漠化嚴(yán)重，正不同程度地威脅著各區(qū)生態(tài)、社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展［1］。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，我國西南巖溶地區(qū)在水土流失及石漠化治理、生態(tài)環(huán)境建設(shè)等方面開展了大量的工作，取得了一定的成效；然而，西南巖溶區(qū)因其自然條件的特殊性和人類活動的不合理，大部分水土流失區(qū)的石漠化在短期內(nèi)仍難以恢復(fù)，石漠化面積還將在一定程度上增加［2］。因此，加強(qiáng)我國西南巖溶區(qū)水土流失和石漠化研究，對于科學(xué)地配置水土保持綜合措施，實現(xiàn)巖溶地區(qū)石漠化治理和生態(tài)恢復(fù)具有重要的意義。

目前國內(nèi)學(xué)者從不同角度對巖溶地區(qū)水土流失和石漠化進(jìn)行了大量的研究，內(nèi)容涵蓋石漠化地區(qū)水土流失監(jiān)測［3］、水土保持治理措施［4］、石漠化成因機(jī)制［5－7］、石漠化分布特征［8］、石漠化防治［9－10］、石漠化綜合評價指標(biāo)體系［11］和評價方法［12－17］等諸多方面。目前，石漠化程度綜合評價已由傳統(tǒng)的定性描述轉(zhuǎn)向石漠化指數(shù)的量化評價，在石漠化評價的綜合性和可比性方面有了質(zhì)的飛躍，然而，基于面積和權(quán)重的石漠化指數(shù)在權(quán)重的界定上仍缺乏理論依據(jù)和說服力。盡管相關(guān)研究提出了以層次分析法作為石漠化指數(shù)的權(quán)重界定方法，但判斷矩陣的構(gòu)造過程及權(quán)重的計算結(jié)果仍比較模糊，因此，如何界定各級石漠化的權(quán)重值是亟待解決的科學(xué)問題；在巖溶區(qū)水土流失動態(tài)研究方面，目前仍缺乏一種簡單實用的水土流失動態(tài)評價方法。以往的水土流失動態(tài)研究成果中，多數(shù)以不同年代各強(qiáng)度水土流失面積變化差值來動態(tài)反映區(qū)域內(nèi)水土流失的動態(tài)變化，卻難以宏觀評價該區(qū)的水土流失治理程度。據(jù)此，本文以石漠化裸巖率均值作為石漠化權(quán)重的計算依據(jù)，運用層次分析法解決石漠化權(quán)重難以界定的難題；并以各級土壤侵蝕模數(shù)均值來界定各強(qiáng)度水土流失的權(quán)重值，建立基于面積和權(quán)重的水土流失綜合評價方法，為探討西南巖溶區(qū)水土流失和石漠化動態(tài)變化提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

西南巖溶石漠化地區(qū)主要包括云南東部、貴州和廣西，地理位置介于東經(jīng)101°54′36″－112°4′12″和北緯21°－29°14′24″之間，該區(qū)地處熱帶、亞熱帶，雨量充沛，水熱同期，溫暖濕潤，年內(nèi)降雨量時間分布十分不均，年平均氣溫由西北到東南依次由7.5～10℃遞升到20～22.5℃，而年平均降雨量則依次由750～1000 mm遞升到2000 ～2250 mm；該區(qū)地勢西高東低，自西向東依次發(fā)育云南巖溶斷陷盆地、黔南和桂西斜坡地帶的巖溶峰叢洼地、桂東巖溶峰林平原3大類型，同時也存在巖溶丘陵、巖溶山地、巖溶峽谷等多種巖溶地貌（表1）。西南巖溶區(qū)不同強(qiáng)度的水土流失面積及不同程度的石漠化面積如表2－6所示，其中，前者來源于我國水利部水土流失遙感解譯結(jié)果，后者來源于國土資源部石漠化遙感解譯結(jié)果。

表1 西南巖溶分布面積km2

表2 西南不同強(qiáng)度水土流失面積變化 km2

表3 滇東不同強(qiáng)度水土流失面積變化 km2

表4 貴州不同強(qiáng)度水土流失面積變化 km2

表5 廣西不同強(qiáng)度水土流失面積變化 km2

表6 西南各級石漠化面積分布表 km2

2 研究方法

2.1 水土流失評價方法

本文建立基于西南巖溶區(qū)各級水土流失強(qiáng)度所占巖溶面積的比重和權(quán)重的水土流失綜合指數(shù)（WSLCI），來綜合反映西南巖溶區(qū)的水土流失強(qiáng)度變化趨勢，其計算公式如下:

式中:Wi——某個水土流失區(qū)第i類水土流失強(qiáng)度的權(quán)重值；Ai——第i類水土流失強(qiáng)度所占面積占該巖溶區(qū)總面積的比例；n——水土流失強(qiáng)度分級種類。

水土流失綜合指數(shù)（WSLCI）中第i類水土流失強(qiáng)度權(quán)重值Wi的確定，本文以曹建華等學(xué)者針對我國西南巖溶區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度分級標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)［18－19］，取各土壤侵蝕強(qiáng)度的侵蝕模數(shù)均值來標(biāo)定該強(qiáng)度的土壤侵蝕模數(shù)（表7），運用層次分析法的權(quán)重計算原理，即通過兩兩比較各強(qiáng)度水土流失的土壤侵蝕模數(shù)均值，來確立各類水土流失強(qiáng)度的權(quán)重值，各級水土流失強(qiáng)度的權(quán)重值計算結(jié)果如表8所示。權(quán)重值越大，表示該土壤侵蝕強(qiáng)度對WSLCI的貢獻(xiàn)率越大，即WSLCI值越大，其反映的水土流失強(qiáng)度越嚴(yán)重。

表7 西南巖溶區(qū)土壤侵蝕模數(shù)與強(qiáng)度分級標(biāo)準(zhǔn)

表8 西南巖溶區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度判斷矩陣及權(quán)重值

2.2 石漠化評價方法

目前關(guān)于石漠化最新的評價方法研究中，多數(shù)傾向于基于各級石漠化面積和權(quán)重的石漠化綜合指數(shù)評價法（KDI）［12－17］，其計算公式如下:

式中:Wi——某個石漠化地區(qū)第i類石漠化程度的權(quán)重值；Ai——第i類石漠化程度所占面積占該區(qū)巖溶總面積的比例；n——石漠化程度分級種類。

石漠化綜合指數(shù)（KDI）中第i類程度的權(quán)重值Wi的確定，本文參照國家林業(yè)局《西南巖溶地區(qū)石漠化監(jiān)測技術(shù)規(guī)定》中關(guān)于石漠化程度的界定標(biāo)準(zhǔn)［20］，取各級石漠化所對應(yīng)的基巖裸露率均值來構(gòu)造判斷矩陣（表9），再運用層次分析法來確立各級石漠化所對應(yīng)的權(quán)重值（表10）。權(quán)重值越大，表示該區(qū)各級石漠化對KDI的貢獻(xiàn)率越大，即KDI值越大，所反映的石漠化程度越嚴(yán)重。

表9 西南巖溶區(qū)各級石漠化程度分級標(biāo)準(zhǔn)

表10 西南巖溶區(qū)石漠化程度判斷矩陣及權(quán)重值

3 評價結(jié)果分析

3.1 西南水土流失評價結(jié)果及分析

本文以水土流失綜合指數(shù)（WSLCI）的計算公式（1）為依據(jù)，結(jié)合表2－5的西南巖溶區(qū)水土流失強(qiáng)度及所占面積，以及表8的各土壤侵蝕強(qiáng)度權(quán)重值，得到西南巖溶區(qū)水土流失綜合程度的動態(tài)計算結(jié)果（表11）。

表11 西南巖溶區(qū)水土流失綜合指數(shù)計算值

從西南各巖溶區(qū)水土流失綜合指數(shù)看（表11），滇東巖溶區(qū)和貴州巖溶區(qū)的水土流失較廣西巖溶區(qū)嚴(yán)重；從各巖溶區(qū)水土流失的動態(tài)變化看，各區(qū)的水土流失在總體上有減少的趨勢。1999年與1989年相比，西南巖溶區(qū)總體水土流失綜合指數(shù)下降了1.16，其中，滇東巖溶區(qū)、貴州巖溶區(qū)、廣西巖溶區(qū)的水土流失綜合指數(shù)分別下降了0.52、1.89和0.61；2002年與1999年相比，由于水土流失治理的時間跨度較短，西南巖溶區(qū)的水土流失綜合指數(shù)變化較小。

3.2 西南石漠化評價結(jié)果及分析

本文以石漠化綜合指數(shù)（KDI）的計算公式（2）為依據(jù)，結(jié)合表6的西南巖溶區(qū)石漠化程度及所占面積，以及表6的各石漠化程度權(quán)重值，得到西南巖溶區(qū)石漠化程度的動態(tài)計算結(jié)果（表12）。

表12 西南巖溶區(qū)石漠化綜合指數(shù)計算值

從西南各巖溶區(qū)石漠化綜合指數(shù)看（表12），滇東巖溶區(qū)石漠化程度最為嚴(yán)重；從各巖溶區(qū)石漠化動態(tài)變化看，各區(qū)石漠化綜合指數(shù)均有不同程度的增加，1999年與1989年相比，西南巖溶區(qū)石漠化綜合指數(shù)上升了1.18，其中，滇東巖溶區(qū)、貴州巖溶區(qū)和廣西巖溶區(qū)的石漠化綜合指數(shù)分別上升了0.46，1.49和1.30。

3.3 討 論

一般說來，巖溶區(qū)水土流失是導(dǎo)致石漠化現(xiàn)象的重要成因之一，在相同的土層厚度和地質(zhì)地貌條件下，水土流失越嚴(yán)重，表層土壤的流失量也就越大，土層厚度將逐漸變薄，碳酸鹽巖出露面積將不斷擴(kuò)大，石漠化程度也日益嚴(yán)重。然而，從上述的計算結(jié)果看，西南各區(qū)水土流失強(qiáng)度在總體上有減弱的趨勢，但石漠化程度卻均有上升的趨勢，針對這一客觀實情，本文主要從如下幾個方面進(jìn)行分析:

（1）巖溶區(qū)石漠化程度與水土流失強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系比較復(fù)雜，且?guī)в幸欢ǖ碾A段性。巖溶區(qū)水土流失前期，雖然土層逐漸變薄，但基巖大多數(shù)仍被土層覆蓋；隨著水土流失量的增加，一部分基巖開始裸露，石漠化現(xiàn)象產(chǎn)生，而基巖裸露程度同時也受到巖溶區(qū)地貌、植被等自然條件及耕作、砍伐等人為活動的影響，導(dǎo)致相同的土壤流失量條件下，不同地塊的基巖裸露情況出現(xiàn)差異；隨著水土流失的進(jìn)一步加劇，巖溶區(qū)土壤因長期的流失漸趨消亡，少量的水土流失即可直接導(dǎo)致基巖的大量裸露，各等級石漠化面積仍將大量增加。因此，即使西南巖溶區(qū)的土壤絕對流失量有所減少，巖溶區(qū)石漠化面積仍有繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢。

（2）西南巖溶區(qū)的水土流失帶有很強(qiáng)的隱蔽性。西南巖溶區(qū)屬于石漠化較為嚴(yán)重的地區(qū)，相當(dāng)一部分地區(qū)的土層已非常淺薄——處于流失殆盡的邊緣；有的地區(qū)甚至是基巖裸露，早已無土可流了。另外，石漠化程度的增加還直接與人為活動息息相關(guān)，如巖溶區(qū)有的地塊“有樹無土”，土壤流失量和石漠化程度均較小，若植被遭到了自然災(zāi)害或人為活動的破壞，石漠化嚴(yán)重程度將發(fā)生突變，而水土流失量仍因無土可流而保持在較小的水平，若僅以水土流失量來表征巖溶區(qū)石漠化程度顯然是不夠科學(xué)的。

（3）西南巖溶區(qū)水土流失遙感解譯結(jié)果存在誤差。本文水土流失遙感解譯數(shù)據(jù)來源于水利部，而水利部關(guān)于巖溶區(qū)的水土流失強(qiáng)度界定標(biāo)準(zhǔn)仍以傳統(tǒng)的基于坡度和土地利用方式（非耕地林草覆蓋度、坡耕地等）的SL（190－96）標(biāo)準(zhǔn)為主，由于巖溶區(qū)水土流失除地表坡面流失外，還包括化學(xué)流失和垂直流失，因此，西南巖溶區(qū)迫切需要制定新的針對巖溶區(qū)的水土流失強(qiáng)度界定標(biāo)準(zhǔn)，以保證水土流失遙感解譯結(jié)果在巖溶區(qū)的精度和適用性。此外，各部門關(guān)于各類遙感解譯的方法及標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)逐步統(tǒng)一，一來避免很多重復(fù)性工作；二使各區(qū)遙感數(shù)據(jù)更具可比性。

4 結(jié)論

（1）本文WSLCI和KDI的權(quán)重值計算分別以我國西南巖溶區(qū)土壤侵蝕分級標(biāo)準(zhǔn)和國家林業(yè)局石漠化程度的界定標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，分別取各土壤侵蝕強(qiáng)度的侵蝕模數(shù)均值和各級石漠化所對應(yīng)的基巖裸露率均值來構(gòu)造判斷矩陣，運用層次分析法的計算原理，分別確定各水土流失強(qiáng)度的權(quán)重值和各級石漠化所對應(yīng)的權(quán)重值。本文關(guān)于水土流失綜合指數(shù)（WSLCI）和石漠化綜合指數(shù)（KDI）的建立，旨在提供了一種簡單實用的巖溶區(qū)水土流失強(qiáng)度和石漠化程度的綜合評價方法，來分析與比較不同年份不同區(qū)域的水土流失強(qiáng)度及石漠化程度的動態(tài)變化，為巖溶區(qū)水土流失和石漠化綜合評價提供可行性參考。

（2）從西南各省水土流失綜合指數(shù)（WSLCI）的計算結(jié)果看，滇東巖溶區(qū)和貴州巖溶區(qū)的水土流失較廣西巖溶區(qū)嚴(yán)重；從各巖溶區(qū)水土流失的動態(tài)變化看，各區(qū)的水土流失強(qiáng)度在總體上有減弱的趨勢。1999年與1989年相比，西南巖溶區(qū)總體水土流失綜合指數(shù)下降了1.16，其中，滇東巖溶區(qū)、貴州巖溶區(qū)、廣西巖溶區(qū)的水土流失綜合指數(shù)分別下降了0.52，1.89和0.61；2002年與1999年相比，西南巖溶區(qū)的水土流失綜合指數(shù)變化較小。

（3）從西南各巖溶區(qū)石漠化綜合指數(shù)（KDI）的計算結(jié)果看，滇東巖溶區(qū)石漠化程度最為嚴(yán)重；從各巖溶區(qū)石漠化動態(tài)變化看，各區(qū)石漠化綜合指數(shù)均有不同程度的增加，1999年與1989年相比，西南巖溶區(qū)石漠化綜合指數(shù)上升了1.18，其中，滇東巖溶區(qū)、貴州巖溶區(qū)和廣西巖溶區(qū)的石漠化綜合指數(shù)分別上升了0.46、1.49和1.30。

（4）西南各區(qū)水土流失強(qiáng)度在總體上有減弱的趨勢，而石漠化程度均有上升的趨勢，這主要與巖溶區(qū)水土流失強(qiáng)度與石漠化程度關(guān)系的復(fù)雜性和階段性、西南巖溶石漠化區(qū)的水土流失的隱蔽性、巖溶區(qū)水土流失遙感解譯結(jié)果存在誤差有關(guān)。

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