3S技術(shù)在石漠化研究中的應(yīng)用

毛燕等

摘要

石漠化是我國西南部生態(tài)建設(shè)中面臨的突出的環(huán)境問題，嚴(yán)重阻礙了喀斯特地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。從3S技術(shù)在石漠化研究中的應(yīng)用著手，從土壤侵蝕、景觀格局空間分析、成因分析、綜合治理等方面探討了該領(lǐng)域的主要研究進(jìn)展，最后從石漠化驅(qū)動機制分析、構(gòu)建石漠化數(shù)據(jù)庫等方面闡述了今后的發(fā)展趨勢，為今后的工作提供理論研究依據(jù)和決策參考。

關(guān)鍵詞3S技術(shù)；石漠化；土壤侵蝕；景觀格局；成因分析；綜合防治

中圖分類號S127文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）06-01873-02

AbstractDesertification is a significant environmental problem in the southwest of China and hinders sustainable development in Karst areas. Starting from the application of 3S technology in desertification， the research progress of the field was discussed from aspects of soil erosion， landscape pattern spatial analysis， cause analysis， comprehensive prevention. The development trend was elaborated from analysis of desertification driving forces and constructing database， in order to provide theory basis and decision-making reference for the future work.

Key words 3S technology； Desertification； Soil erosion； Landscape pattern； Cause analysis； Comprehensive prevention

石漠化已經(jīng)成為我國現(xiàn)階段突出的生態(tài)環(huán)境問題之一，盡管自20世紀(jì)80年代開始許多學(xué)者就已經(jīng)有所關(guān)注，但其形成機理尚不清楚，同時也缺乏系統(tǒng)的研究方法[1]。關(guān)于石漠化的定義有很多不同的見解，綜合一些學(xué)者的觀點可以將其描述為：在亞熱帶喀斯特地區(qū)，由于人類干擾活動導(dǎo)致的植被退化、水土流失、基巖裸露、土壤生產(chǎn)力下降的類似荒漠景觀的土地退化過程[2-4]。我國是全球三大巖溶集中分布區(qū)之一，面積達(dá)到54萬km2，居住人口約1億，其中滇黔桂湘碳酸鹽巖出露面積37萬km2， 占該區(qū)總面積的36%。截至2003年底，我國已有7萬km2土地出現(xiàn)嚴(yán)重石漠化，泥石流等災(zāi)害頻繁發(fā)生，石漠化治理已成為這些地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展的亟待解決的重要難題[5]。

石漠化發(fā)生地區(qū)一般條件比較惡劣，常規(guī)地面監(jiān)測難度大，并且存在一定的局限性，而3S技術(shù)[遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）]正好彌補了這些不足，使大范圍的對地觀測成為可能，同時也為監(jiān)測環(huán)境災(zāi)害提供了重要依據(jù)。有學(xué)者指出，3S 監(jiān)測技術(shù)在工作量、費用、精度等方面都優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)，能很好地保證監(jiān)測成果的質(zhì)量；同時，利用遙感技術(shù)可提供最新的監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用 GIS 技術(shù)可以進(jìn)行快速的石漠化調(diào)查數(shù)據(jù)分析與評價，可以提高石漠化調(diào)查與評價結(jié)果資料的可用性等[6]。隨著3S技術(shù)的不斷發(fā)展，其已成為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與分析方面的主要技術(shù)手段。為此，筆者從土壤侵蝕、景觀格局空間分析、成因分析、綜合治理等方面進(jìn)行概括，分析前人對于3S技術(shù)在石漠化研究中的應(yīng)用進(jìn)展，旨在進(jìn)一步推動石漠化的深入研究。

1 土壤侵蝕

隨著人口的不斷增加，人地之間的矛盾日益突出，在地貌形態(tài)復(fù)雜、坡度陡峭的巖溶地區(qū)水土流失現(xiàn)象更為嚴(yán)重，這種以水為侵蝕動力的土壤侵蝕已經(jīng)影響到了這些地區(qū)的生存與發(fā)展。近年來，許多學(xué)者利用GIS和RS技術(shù)對巖溶地區(qū)的土壤特征、土壤流失量、土壤侵蝕強度、土壤侵蝕機理和治理等方面開展了研究，為評價巖溶區(qū)不同地段的土壤侵蝕情況提供了重要的科學(xué)依據(jù)。如倪九派等研究發(fā)現(xiàn)，在GIS技術(shù)的支持下進(jìn)行巖溶區(qū)小流域土壤侵蝕量預(yù)測，更能準(zhǔn)確地反映巖溶區(qū)小流域土壤侵蝕狀況及其空間分布特征[7]；周斌等以貴州省安順市為例，探討了基于GIS的水土流失定量評價模型的組成、各參數(shù)因子的算式算法，結(jié)果表明，該方法在貴州省巖溶地區(qū)的水土流失檢測中具有較高的可靠性[8]；覃曉群等針對巖溶石山區(qū)土壤侵蝕危險性評價問題，以廣西平果縣果化示范區(qū)為例，引入GIS和AHP技術(shù)， 建立了示范區(qū)的土壤侵蝕危險性評價模型[9]；王珊以珠治工程廣西項目區(qū)為例，基于GIS及RS技術(shù)構(gòu)建了土壤侵蝕模型，對巖溶區(qū)進(jìn)行了土壤侵蝕評價，明確了研究區(qū)土壤侵蝕發(fā)生的可能程度及空間分布規(guī)律[10]。

2 景觀空間格局分析

針對常規(guī)監(jiān)測在石漠化景觀及其動態(tài)變化研究方面的不足，3S技術(shù)已經(jīng)逐漸成為石漠化景觀格局分析中的主要手段，在景觀數(shù)據(jù)的獲取、景觀格局的定量分析、景觀生態(tài)監(jiān)測等方面起到至關(guān)重要的作用。目前，對景觀結(jié)構(gòu)和空間格局的研究主要是應(yīng)用 RS技術(shù)和 GPS 技術(shù)采集景觀原始數(shù)據(jù)，再利用 GIS 的柵格化數(shù)據(jù)或矢量化數(shù)據(jù)表達(dá)景觀數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，用 GIS 與景觀研究方法進(jìn)行分析，最后對分析結(jié)果進(jìn)行解釋與分析。目前，關(guān)于3S技術(shù)在石漠化景觀格局動態(tài)方面的研究中應(yīng)用還較少，且研究還不夠深入。如譚秋對不同地貌區(qū)域的小流域進(jìn)行了研究，分析了石漠化景觀格局，結(jié)果表明，從高原區(qū)到峽谷區(qū)，石漠化的強度漸重，景觀形狀指數(shù)和破碎度指數(shù)漸增，蔓延度指數(shù)漸減；利用GIS軟件對桂西北土地石漠化類型數(shù)據(jù)進(jìn)行了編碼和重組分析，得出其在不同時間內(nèi)的空間分布特征，結(jié)果表明，桂西北石漠化有加速發(fā)展的態(tài)勢，石漠化治理不明顯，空間格局分散[11]。徐徑原等選取香農(nóng)多樣性指數(shù)、蔓延度指數(shù)等景觀格局指標(biāo)，運用景觀空間分析方法對廣西喀斯特石漠化近10年空間格局演化特征進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)區(qū)域石漠化景觀水平整體異質(zhì)性低，內(nèi)部混合度大，石漠化治理效果顯著[12]。

3 成因分析

石漠化的成因分析是石漠化研究中的一個非常重要的方向，只有當(dāng)明確其形成原因的前提下，才能達(dá)到更好的防治效果。從前人的研究來看，石漠化的產(chǎn)生與發(fā)展主要是自然因素和人為因素共同影響所致。巖溶地區(qū)的碳酸鹽巖易淋溶、成土慢、出露廣泛、抗侵蝕能力低是石漠化產(chǎn)生的主要自然因素；人類對生態(tài)的破壞和土地的不合理利用，如過度樵采、不合理耕作、過度開墾、亂砍濫伐、過度放牧等，成為石漠化形成過程中的主要人為因素。許多學(xué)者也利用3S技術(shù)對此進(jìn)行了探討，利用RS和GIS技術(shù)研究了重慶市黔江區(qū)石漠化現(xiàn)狀及形成原因，發(fā)現(xiàn)石漠化的形成與發(fā)展是人類不合理的經(jīng)濟活動疊加脆弱的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境背景綜合作用的結(jié)果[13]。利用Landsat TM/ETM 數(shù)字影像，監(jiān)測了20世紀(jì)末后20年的廣西喀斯特山區(qū)土地石漠化的時空格局特征與規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其石漠化形成原因包括自然因素（地表組成物質(zhì)、生物群體類型及氣候狀況）、人為因素（過度墾殖、過度放牧以及礦山開發(fā)）和政策因素[14]。利用RS和GIS技術(shù)探討了貴州省石漠化發(fā)生演變的時空特征，發(fā)現(xiàn)陡峻而破碎的地貌格局、分布廣泛的碳酸鹽巖、常年溫暖濕潤以及暴雨頻發(fā)的氣候條件是石漠化發(fā)生的自然因素，不合理的人類活動是石漠化發(fā)生的誘因[15]。運用景觀生態(tài)學(xué)理論與RS和GIS 技術(shù)，對桂西北河池地區(qū)不同土壤類型石漠化的景觀格局和發(fā)生率進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，石漠化的發(fā)生與分布在不同土壤中存在明顯差異，土壤的發(fā)生特點是導(dǎo)致石漠化形成的重要自然因素之一[16]。

4 綜合防治

石漠化已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了喀斯特地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展，關(guān)于其綜合防治問題越來越受到社會和政府的高度關(guān)注，石漠化的治理工作也在各地廣泛開展。特別是3S技術(shù)應(yīng)用到石漠化治理中后，較好地彌補了以前的綜合防治規(guī)劃當(dāng)中的資料紙張化、工具陳舊化、決策經(jīng)驗化等不足，提高了信息的準(zhǔn)確性和規(guī)劃的可靠度，起到了較好的指導(dǎo)作用。在石漠化綜合防治過程中，一些學(xué)者利用3S技術(shù)對此進(jìn)行了論述。如周宏益等將GIS技術(shù)運用到石漠化綜合防治規(guī)劃中，通過GIS的分析功能擇優(yōu)選擇出最佳規(guī)劃方案，極大地提高了規(guī)劃的效率和質(zhì)量[17]；閆研等運用3S-CAD 技術(shù)對廣西天等縣巖溶小流域石漠化綜合治理工程進(jìn)行了初步設(shè)計，把宏觀的工程總體布置和地理信息的點線面結(jié)合起來，提高了綜合治理初步設(shè)計的速度、科學(xué)性和完整性[18]；周忠發(fā)以GIS與遙感技術(shù)為手段，對貴州織金縣洗馬河流域進(jìn)行了石漠化調(diào)查和防治工程的布置[19]。這些研究成果為今后石漠化的恢復(fù)與治理提供了重要的理論參考依據(jù)。

5 展望

近幾年來，3S技術(shù)在石漠化研究中已經(jīng)得到了深入研究和應(yīng)用，并取得了一些階段性的成果，在資源、環(huán)境調(diào)查和區(qū)域管理中發(fā)揮了重要的作用，但目前石漠化呈現(xiàn)局部好轉(zhuǎn)，總體惡化的趨勢，因此仍有許多領(lǐng)域有待于進(jìn)一步探討。筆者認(rèn)為主要有以下兩個方面。

5.1石漠化驅(qū)動機制分析

導(dǎo)致石漠化的影響因子很多，如何了解和分析各影響因子之間的相關(guān)性，確定主導(dǎo)因子，建立一套合理的石漠化評價指標(biāo)體系可為石漠化的綜合防治提供重要的借鑒。目前，關(guān)于利用3S技術(shù)系統(tǒng)分析土地石漠化的驅(qū)動因子特征及其與石漠化強度分布的空間相關(guān)性的研究還較少，今后的工作中有待于進(jìn)一步研究。

5.2 建立石漠化數(shù)據(jù)庫

隨著科技的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)技術(shù)越來越多地用于調(diào)查巖溶區(qū)域狀況，如何有效的利用3S技術(shù)整合這些調(diào)查資源，建立起石漠化數(shù)據(jù)庫，是目前必須考慮的重要問題。數(shù)據(jù)庫和模型的建立可為環(huán)境整體評價和預(yù)測提供重要的參考依據(jù)，也可為政府提供更多的決策支持。

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