烏江流域不同河段石漠化特征對(duì)比分析

陳起偉，熊康寧，蘭安軍

（ 1.貴州師范學(xué)院 地理與旅游學(xué)院，貴州 貴陽 550003；2.貴州師范大學(xué) 中國南方喀斯特研究院，貴州 貴陽 550001 ）

1.引言

中國南方地區(qū)連片分布著世界最大面積的碳酸鹽巖[1-3]，石漠化問題已經(jīng)到了很嚴(yán)重的程度。中國南方巖溶地區(qū)的石漠化問題得到了國家的高度重視，國家投入了大量的資金，實(shí)施了“長治工程”、“珠治試點(diǎn)工程”、石漠化綜合治理和鞏固退耕還林成果專項(xiàng)資金建設(shè)項(xiàng)目等一系列工程。但由于缺乏對(duì)巖溶地區(qū)特殊水土流失及石漠化過程和機(jī)理的深入了解，沒有考慮到流域處于河段的位置、地貌、基巖等環(huán)境差異性，千篇一律采用相同的治理模式治理，許多地區(qū)所采取的治理措施、方法針對(duì)性不強(qiáng)，效果并不十分明顯[4]。由于不同地貌類型、不同河段的流域的石漠化發(fā)生背景不同，石漠化特征和演變規(guī)律存在差異[5][6]，所以研究流域內(nèi)不同河段石漠化及演變特征的差異性對(duì)于更好地有針對(duì)性地采取不同的石漠化治理模式具有重要意義。沿河淇灘小流域、遵義龍壩小流域和畢節(jié)鴨池小流域分別代表了貴州烏江流域下游、中游和上游三種不同的流域河段和地貌類型，分析其石漠化的特征和變化規(guī)律，可反映貴州典型流域不同河段巖溶石漠化的特征和演變規(guī)律。

2.研究方法與研究區(qū)概況

貴州沿河淇灘小流域、遵義龍壩小流域和畢節(jié)鴨池小流域分別代表了貴州烏江流域下游、中游和上游三種不同的流域河段及中低山峽谷、中低山溝谷盆地和巖溶高原山地三種不同的地貌類型。綜合分析當(dāng)前各種石漠化調(diào)查方法，結(jié)合研究需要，石漠化調(diào)查與分析利用遙感技術(shù)進(jìn)行。為了科學(xué)地反映烏江流域不同河段石漠化特征和變化情況，選取IRS-P6融合數(shù)據(jù)（5.8m分辨率）和ALOS（10m分辨率）開展該地區(qū)石漠化類型的對(duì)比調(diào)查。其中，遵義龍壩小流域使用影像為IRS-P6融合數(shù)據(jù)，獲取時(shí)間為2005年10月和2007年11月；沿河淇灘和畢節(jié)鴨池小流域使用ALOS影像數(shù)據(jù)，時(shí)間為2005年10月和2007年11月。石漠化分類參照采用喀斯特石漠化的六級(jí)分類體系[7]，結(jié)合研究區(qū)域各種石漠化特點(diǎn)和遙感信息的可判性分為非喀斯特、非石漠化和石漠化等 6種類型。對(duì)遙感圖像進(jìn)行幾何校正和地理校正與配準(zhǔn)，鑲嵌和裁切，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)處理，收集流域土地利用圖（1:10000）、數(shù)字高程模型（1:10000）、地質(zhì)圖、植被類型圖和野外考察數(shù)據(jù)和資料等進(jìn)行輔助分類，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)督分類與目視解譯相結(jié)合的方式進(jìn)行圖像解譯，分類后再對(duì)圖像進(jìn)行野外實(shí)地核查校正。分類精度采用隨機(jī)抽樣的方法，將分類數(shù)據(jù)與原始圖像、實(shí)地考察數(shù)據(jù)對(duì)比，2005年和2007年二期數(shù)據(jù)的總分類精度分別為89.2%和90.3%。根據(jù)三個(gè)不同河段兩期石漠化圖數(shù)據(jù)庫，對(duì)比分析烏江流域不同河段石漠化差異及其變化特征。

沿河淇灘小流域地處沿河縣淇灘鎮(zhèn)境內(nèi)，屬烏江流域下游段，出露地層主要為寒武系及奧陶系的白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，局部地帶分布著志留系碎屑巖。沿河淇灘小流域巖溶地貌發(fā)育，受烏江水系切割影響，境內(nèi)海拔高差懸殊，地貌多以中低山峽谷、溝谷為主，地表破碎，山高坡陡。流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候區(qū)，多年平均降雨量為1136mm，多年平均氣溫為17.5℃。土壤以黃壤為主，植被為天然亞熱帶針葉林和闊葉林混交植物，樹種為松、杉、柏、楓樹等。

遵義龍壩小流域位于遵義縣龍坪鎮(zhèn)境內(nèi)，處于烏江流域中游區(qū)，流域地形起伏較大，山地、丘陵、河谷縱橫排列，相間交錯(cuò)，平均海拔為920m。巖性以灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主。遵義龍壩小流域氣候溫和，雨量充沛，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，年平均降雨量為1036mm，年均氣溫為14.6℃。土壤主要分布有石灰土、水稻土、黃壤等。遵義龍壩小流域?qū)匍熑~林和針葉林混交地帶，針葉林居多，現(xiàn)有天然植被較少，主要有馬尾松、柏樹、灌木、刺叢、櫟樹等。

畢節(jié)鴨池小流域位于畢節(jié)市東南部鴨池鎮(zhèn)，處于烏江流域上游段，屬巖溶高原山地地貌類型。流域地勢起伏大，海拔在 1400m～1750m之間，相對(duì)高差達(dá)350m，區(qū)內(nèi)巖石以碳酸巖類的石灰?guī)r及侏羅紀(jì)紫色砂頁巖為主。受成土母巖影響，土壤主要為黃壤和紫砂土，區(qū)域氣候溫涼濕潤，年均氣溫為14.0℃，年降水量為863mm。植被為亞熱帶常綠闊葉林，原生植被多被破壞，現(xiàn)為次生林，以馬尾松、柏樹、灌木為主。沿河淇灘小流域、遵義龍壩小流域和畢節(jié)鴨池小流域在烏江流域的位置如圖1所示。

圖1 淇灘、龍壩和鴨池小流域在烏江流域的位置Fig.1 Location of Yachi, Longba and Qitan research area in Wujiang River Basin

3.結(jié)果與分析

根據(jù)石漠化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，利用研究區(qū)兩期遙感影像，經(jīng)遙感解譯和野外實(shí)地調(diào)查，繪制淇灘、龍壩和鴨池小流域2005年和2007年石漠化分布圖，統(tǒng)計(jì)生成各種等級(jí)石漠化面積及變化，見表1。因各小流域面積大小不同，不能直接對(duì)比上述小流域各種石漠化的面積和變化面積，于是從石漠化景觀差異、發(fā)生率、各種石漠化占巖溶面積的比例和石漠化年變化率等方面對(duì)比分析三個(gè)小流域石漠化的特征和變化規(guī)律，以揭示烏江流域不同河段石漠化差異性。

采用圖斑平均面積和景觀破碎度對(duì)小流域景觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量化描述。石漠化圖斑數(shù)量和斑塊平均面積反映了各種石漠化的內(nèi)部構(gòu)成，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，畢節(jié)鴨池小流域各種石漠化平均斑塊面積較大，平均為3.6畝，而遵義龍壩和沿河淇灘小流域平均斑塊面積分別為1.7畝和1.9畝，相差不大。2005年～2007年間，畢節(jié)鴨池小流域平均斑塊變化較大，遵義龍壩小流域石漠化斑塊變化面積最小。畢節(jié)鴨池小流域石漠化分布較連續(xù)，變化也較快。景觀破碎度表征石漠化景觀被分割的破碎程度，反映了各種石漠化景觀空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在一定程度上反映了人類對(duì)景觀的干擾程度。畢節(jié)鴨池小流域強(qiáng)度和中度石漠化圖斑的破碎度最小，而遵義小流域輕度石漠化圖斑破碎度最大。遵義龍壩和沿河淇灘小流域各種石漠化類型的破碎度指數(shù)相差不大，而畢節(jié)鴨池小流域破碎度指數(shù)相差較大，除畢節(jié)鴨池小流域的中度和強(qiáng)度石漠化區(qū)外，三個(gè)小流域破碎度指數(shù)變化曲線較和緩，見圖2。

表1 研究區(qū)2005年～2007年石漠化動(dòng)態(tài)變化表（單位：km2）Tab.1 2005～2007 dynamic change of rocky desertification in research area

圖2 畢節(jié)、遵義和沿河小流域圖斑破碎度圖Fig.2 Fragmentation of rocky desertification in Yachi, Longba and Qitan research area

石漠化發(fā)生率反映了區(qū)域石漠化發(fā)生的概率，石漠化發(fā)生率受各種石漠化影響因子的作用，研究石漠化發(fā)生率可以分析不同河段發(fā)生石漠化的危險(xiǎn)性。為此，統(tǒng)計(jì)分析三個(gè)小流域石漠化面積和巖溶面積的比例。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，沿河淇灘小流域石漠化發(fā)生率最高，達(dá) 40.3%；其次是畢節(jié)鴨池小流域，石漠化發(fā)生率為 37.1%；遵義巖溶高原盆地石漠化發(fā)生率最低，只有 22.4%。流域的上游和下游石漠化發(fā)生率明顯高于中游地區(qū)，特別要注意流域上游和下游的保護(hù)問題，防治石漠化的發(fā)生。

流域不同河段各種等級(jí)石漠化的面積比例存在一定差異。分別對(duì)三個(gè)小流域各種石漠化所占的巖溶面積比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（見圖 3），研究不同河段各種等級(jí)石漠化的構(gòu)成特征。

圖3 沿河、遵義和畢節(jié)鴨池小流域各種石漠化比例Fig.3 rocky desertification scale in Yachi,Longba and Qitan research area

對(duì)流域不同位置各等級(jí)石漠化構(gòu)成比例進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)流域不同河段無石漠化比例相差較大，流域中游無石漠化比例最高，其次是下游地區(qū)，流域上游無石漠化比例最低；流域不同地段潛在石漠化比例相差較小，其中流域上游潛在石漠化比例最高，中游和下游地區(qū)潛在石漠化比例相當(dāng)；上游區(qū)畢節(jié)鴨池小流域輕度石漠化比例最高，其次是沿河烏江流域下游地區(qū)，遵義烏江流域中游地區(qū)輕度石漠化比例最小，流域不同地段輕度石漠化比例相差較大；烏江流域下游地區(qū)中度石漠化比例最高，其次是中游地區(qū)，烏江流域上游地區(qū)中度石漠化比例最小；烏江流域下游強(qiáng)度石漠化比例最高，而流域上游區(qū)強(qiáng)度石漠化比例最小。中度和強(qiáng)度石漠化都是烏江流域下游淇灘小流域比例最高，其石漠化等級(jí)程度在流域內(nèi)最為嚴(yán)重，中游和上游小流域中、強(qiáng)度石漠化比例逐漸降低，石漠化等級(jí)變低。

石漠化的發(fā)生率和各種石漠化的面積比例只能反映出不同地貌類型石漠化的構(gòu)成。為了研究不同地貌類型區(qū)石漠化的變化情況，對(duì)各小流域的石漠化變化面積和石漠化年變化率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究不同地貌類型區(qū)石漠化的變化特征。分別對(duì)代表不同河段的三個(gè)小流域2005年～2007年間的石漠化面積變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，研究各小流域各種等級(jí)石漠化變化量。

對(duì)流域不同河段石漠化變化面積（表1）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)各小流域無石漠化面積都在增加，其中烏江流域中游面積增加最大；和無石漠化一樣，潛在石漠化面積在流域不同河段同樣都是增加的，但是流域下游段淇灘小流域增加的面積很小，在流域上游地區(qū)增加的面積最大；輕度石漠化面積在流域不同河段都在減少，流域中游變化量最大，其次是流域的上游和下游；中度石漠化面積只有流域的下游在增加，烏江流域上游和中游地區(qū)中度石漠化面積都在減少，其中流域中游減少面積最大；流域內(nèi)強(qiáng)度石漠化面積都有所降低，從下游到上游地區(qū)變化面積逐漸減低。

石漠化程度綜合指數(shù)主要反映了小流域石漠化發(fā)生的廣度和深度，反映石漠化屬性，同時(shí)反映了人類因素和自然環(huán)境的綜合效應(yīng)。小流域的石漠化程度變化是各種石漠化類型變化的綜合結(jié)果，石漠化程度變化量可定量表達(dá)該地區(qū)石漠化的綜合水平和變化趨勢，石漠化程度綜合變化率反映各小流域石漠化變化快慢。石漠化程度綜合變化率表達(dá)為：

式中R為石漠化程度綜合變化率，A為第i級(jí)石漠化分級(jí)數(shù)，Cib和Cia分別為b時(shí)間和a時(shí)間第i等級(jí)的石漠化程度所占區(qū)域面積的百分比。當(dāng)R>0 時(shí)，表示該區(qū)域石漠化處于下降階段；R<0則相反。

從流域不同河段的石漠化綜合指數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，在2005年～2007年間，沿河淇灘小流域石漠化程度變化量最大，達(dá) 6.32，而烏江流域上游的畢節(jié)鴨池小流域變化量較小，只有 1.98，兩個(gè)小流域之間石漠化程度變化量相差較大。從石漠化程度的年變化率分析，年變化率最高的是沿河小流域3.0%，其次是遵義2.4%，畢節(jié)小流域的年變化率最低，只有1.4%，石漠化綜合指數(shù)年變化率從流域的上游到下游逐漸升高。

根據(jù)各種石漠化的年變化率可以更好地分析不同河段各種石漠化的變化快慢。從圖 4可以看出，沿河烏江流域下游區(qū)無石漠化年變化率最大，其次是遵義烏江流域中游區(qū)和畢節(jié)上游區(qū)；潛在石漠化年變化率上游和中游區(qū)變化較大，而流域下游區(qū)變化率最??；流域中游區(qū)輕度石漠化的年變化率明顯高于流域上游和下游區(qū)，上游和下游地區(qū)年變化率相當(dāng)；中度石漠化只有流域下游年變化率為正值，遵義和畢節(jié)鴨池小流域都為負(fù)值，其中，遵義烏江流域中游區(qū)變化率最大；強(qiáng)度石漠化各種地貌類型區(qū)年變化率都為負(fù)值，其中，流域下游區(qū)年變化率最大，畢節(jié)流域上游區(qū)和遵義流域中游區(qū)變化率也較大。從流域不同河段分析，潛在、輕度和中度石漠化都是遵義烏江流域中游區(qū)年變化率最大，說明其石漠化治理相對(duì)比較容易，石漠化治理效果要比上游和下游地區(qū)明顯。而沿河烏江流域下游段無石漠化和強(qiáng)度石漠化年變化率最高，其他幾種石漠化類型年變化率最低，說明其石漠化治理趨于兩級(jí)分化，中、輕度石漠化治理效果不明顯。

圖4 畢節(jié)鴨池、遵義龍壩和沿河淇灘小流域石漠化年變化率Fig.4 annual change rate of rocky desertification in Yachi, Longba and Qitan research area

4.討論與結(jié)論

因遙感影像限制，不能全面分析烏江流域不同河段石漠化特征，選擇代表烏江流域不同河段的三個(gè)小流域進(jìn)行石漠化特征及演變規(guī)律對(duì)比分析。受影像時(shí)段限制，動(dòng)態(tài)變化選取的時(shí)間不長，最好選用時(shí)間間隔更長的影像進(jìn)行對(duì)比分析，更能反映出烏江流域石漠化變化規(guī)律。

通過對(duì)烏江不同河段三個(gè)小流域石漠化對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，烏江流域不同河段石漠化現(xiàn)狀及演變具有一定規(guī)律性，烏江流域上游石漠化平均斑塊面積較大，石漠化圖斑的破碎度最小，中游及下游段石漠化圖斑破碎度最大。烏江流域下游和上游河段石漠化發(fā)生率明顯高于中游地區(qū)，下游段石漠化發(fā)生率最高；從石漠化等級(jí)強(qiáng)度差異分析，中度和強(qiáng)度石漠化都是烏江流域下游比例最高，其石漠化等級(jí)程度在流域內(nèi)最為嚴(yán)重，中游和上游小流域中強(qiáng)度石漠化比例逐漸降低，石漠化等級(jí)降低。

2005年～2007年間，烏江流域各河段無石漠化和潛在石漠化面積都增加，流域下游沿河淇灘小流域中度石漠化面積增加，其余各等級(jí)石漠化面積都減少，烏江流域石漠化處于好轉(zhuǎn)趨勢。其中，流域中段龍壩小流域石漠化減少面積最大，其次是上游鴨池小流域，淇灘小流域石漠化面積減少最小。石漠化綜合年變化率最高的是沿河小流域，畢節(jié)小流域的年變化率最低，石漠化綜合年變化率從流域的上游到下游逐漸升高。烏江流域中段龍壩小流域石漠化治理效果要比上游和下游地區(qū)明顯。下游段沿河淇灘小流域石漠化治理趨于兩級(jí)分化，中、輕度石漠化治理效果不明顯。

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