畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)石漠化時(shí)空演變過(guò)程和演變特征

左太安，刁承泰，蘇維詞，孫秀鋒，官冬杰

(1. 西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2. 貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院生態(tài)工程學(xué)院，畢節(jié) 551700；3. 貴州省山地資源研究所，貴陽(yáng) 550001；4. 重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400074)

西南石漠化與西北沙漠化、黃土高原水土流失并列為我國(guó)三大生態(tài)災(zāi)害，是西部大開(kāi)發(fā)實(shí)施生態(tài)建設(shè)所面臨的十分突出的地域環(huán)境問(wèn)題[1- 2]。石漠化問(wèn)題的研究始于20世紀(jì)80年代，研究成果涵蓋石漠化概念[3- 5]、立地條件[6- 7]、成因[8]、危害防治[9]、空間分布及演變[10]等多個(gè)方面，為石漠化防治提供了強(qiáng)有力的理論支持和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[11]。石漠化演變過(guò)程作為石漠化問(wèn)題研究的主要內(nèi)容之一，不僅反映了區(qū)域的生態(tài)環(huán)境變遷，同時(shí)其變化結(jié)果還會(huì)影響該區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[12- 13]。相關(guān)學(xué)者已從石漠化變化面積、變化速率、變化趨勢(shì)等方面探討了不同石漠化類(lèi)型[14]、不同空間格局[15- 16]、不同土地利用類(lèi)型[17- 18]上的演變特征，政府部門(mén)也完成了兩次大規(guī)模的石漠化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作[19]。但是，石漠化時(shí)空演變的實(shí)質(zhì)是人類(lèi)活動(dòng)打破生態(tài)平衡后，導(dǎo)致非石漠化與石漠化之間及不同石漠化強(qiáng)度等級(jí)之間相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程，單純采用變化面積、變化速率等指標(biāo)也僅反映了演變過(guò)程的外部整體特征，不同石漠化強(qiáng)度相互轉(zhuǎn)化的內(nèi)部演變過(guò)程的定量研究至今還處于初級(jí)階段。本研究以畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)為例，對(duì)2000、2005及2010年等3期影像進(jìn)行解譯和空間分析，在探討石漠化時(shí)空演變外部總體特征的基礎(chǔ)上，選取演變方式、演變方向和演變速率等指標(biāo)，著重分析不同石漠化強(qiáng)度之間的內(nèi)部轉(zhuǎn)移特征，演繹10年間畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)石漠化演變過(guò)程，并對(duì)其演變機(jī)理初步探討。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)是“畢節(jié)扶貧開(kāi)發(fā)、生態(tài)建設(shè)試驗(yàn)區(qū)”的簡(jiǎn)稱(chēng)，地處貴州省西北部，東經(jīng)103°36′—106°44′，北緯26°21′—27°47′之間，轄七星關(guān)、大方、黔西、金沙、織金、納雍、威寧、赫章等1區(qū)7縣，幅員面積2.69萬(wàn)km2。畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)是全國(guó)唯一以“扶貧開(kāi)發(fā)、生態(tài)建設(shè)、人口控制”為主題的試驗(yàn)區(qū)，同時(shí)是國(guó)家石漠化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)區(qū)域，試驗(yàn)區(qū)8個(gè)區(qū)縣全部是石漠化綜合治理試點(diǎn)縣，在西南石漠化山區(qū)具有一定的典型性和代表性。

本研究所采用的遙感影像及解譯輔助數(shù)據(jù)主要包括：2000年、2005年、2010年Landsat TM影像數(shù)據(jù)，來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀(guān)測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心“對(duì)地觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)共享計(jì)劃網(wǎng)(http://ids.ceode.ac.cn/index.aspx)”，1∶5萬(wàn)畢節(jié)地區(qū)地形圖(1977年)，1∶20萬(wàn)水文地質(zhì)圖(1978年)，1∶5萬(wàn)土地利用類(lèi)型現(xiàn)狀圖(2008年)；社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要包括：2000—2010年《畢節(jié)地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)數(shù)字20年》、《畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)輝煌“十一五”》等資料，來(lái)源于畢節(jié)市統(tǒng)計(jì)局。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 石漠化強(qiáng)度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

石漠化強(qiáng)度等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，不同學(xué)者考慮的角度不一[20]，可歸納為以下4個(gè)方案：(1)大面積的裸巖是石漠化最醒目的景觀(guān)標(biāo)志，在遙感調(diào)查中也較容易識(shí)別，根據(jù)基巖裸露率，將石漠化劃分為無(wú)石漠化、輕度石漠化、中度石漠化和強(qiáng)度石漠化等4個(gè)等級(jí)[21- 22]；(2)植被覆蓋降低是石漠化的另一個(gè)基本景觀(guān)特征，根據(jù)巖石裸露率、植被+土被覆蓋度，將石漠化劃分為無(wú)石漠化、潛在石漠化、輕度石漠化、中度石漠化和強(qiáng)度石漠化等5個(gè)等級(jí)[23]；(3)指出僅根據(jù)基巖裸露率與植被覆蓋度進(jìn)行石漠化強(qiáng)度分級(jí)過(guò)于簡(jiǎn)單，采用基巖裸露率、植被+土被覆蓋度、土被面積比、坡度、平均土厚等多項(xiàng)指標(biāo)，將石漠化劃分為無(wú)石漠化、潛在石漠化、輕度石漠化、中度石漠化、強(qiáng)度石漠化和極強(qiáng)度石漠化等6個(gè)等級(jí)[24]；(4)指出僅根據(jù)石漠化景觀(guān)特征進(jìn)行分級(jí)，相當(dāng)程度上忽略了人類(lèi)活動(dòng)對(duì)石漠化發(fā)生、發(fā)展的影響程度，不利于石漠化治理工程的實(shí)施[25]，采用石漠化景觀(guān)+成因的兩級(jí)分類(lèi)模型，根據(jù)景觀(guān)現(xiàn)狀進(jìn)行第一級(jí)分類(lèi)，根據(jù)石漠化的成因類(lèi)型或土地利用類(lèi)型進(jìn)行第二級(jí)分類(lèi)[26]。

針對(duì)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的分歧，國(guó)家林業(yè)局制定了《巖溶地區(qū)石漠化監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定》(2011年修訂)。首先，根據(jù)基巖裸露度、植被綜合覆蓋度和土地利用類(lèi)型將土地分為石漠化、潛在石漠化、非石漠化等三大類(lèi)型；然后，對(duì)石漠化土地的基巖裸露度、植被類(lèi)型、植被綜合蓋度和土層厚度等指標(biāo)分級(jí)打分，再計(jì)算各指標(biāo)評(píng)分之和，將石漠化劃分為輕度石漠化、中度石漠化、強(qiáng)度石漠化和極強(qiáng)度石漠化等4個(gè)等級(jí)。該分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)是采用“3S”技術(shù)與地面調(diào)查相結(jié)合，以地面調(diào)查為主的技術(shù)方法，分類(lèi)規(guī)范，結(jié)果準(zhǔn)確。但該分類(lèi)方法較為復(fù)雜，且工作量較大?；跀?shù)據(jù)可得性、工作量及主要研究目的等方面的考慮，本研究參照前人研究成果，并結(jié)合畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)的地域特點(diǎn)，首先將巖石裸露率、植被+土被覆蓋度作為主要的劃分指標(biāo)，然后，將土地利用類(lèi)型作為修正指標(biāo)，建立石漠化強(qiáng)度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

表1 石漠化強(qiáng)度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2 石漠化信息的提取

決策樹(shù)作為一種基于知識(shí)的分類(lèi)法逐漸運(yùn)用于遙感領(lǐng)域，其提取信息的關(guān)鍵是特征變量及節(jié)點(diǎn)閾值的選擇[27]。本研究運(yùn)用基于專(zhuān)家知識(shí)算法的決策樹(shù)分類(lèi)方法(ENVI5.0自帶決策樹(shù)分類(lèi)模塊)，實(shí)現(xiàn)石漠化信息的提取。首先，將原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)幾何糾正、圖像配準(zhǔn)、影像鑲嵌、輻射校正和信息增強(qiáng)后，作為石漠化信息提取的數(shù)據(jù)源；其次，以預(yù)處理后的數(shù)據(jù)源為基礎(chǔ)，通過(guò)波段運(yùn)算，計(jì)算3期影像的歸一化植被指數(shù)NDVI和裸土指數(shù)BI，進(jìn)一步生成植被覆蓋度和土壤裸露率[28- 29]；然后，根據(jù)水文地質(zhì)圖和土地利用現(xiàn)狀圖，提取非喀斯特區(qū)和部分無(wú)石漠化區(qū)(建設(shè)用地、水體和水田)，并建立掩膜；最后，根據(jù)表1所確定的石漠化強(qiáng)度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用envi5.0的決策樹(shù)分類(lèi)模塊進(jìn)行分類(lèi)，并根據(jù)野外調(diào)查驗(yàn)證和解譯圖斑修正，得到3期畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)不同石漠化強(qiáng)度等級(jí)分布圖(圖1)及2000—2010年畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)不同石漠化強(qiáng)度分布面積及比例(表2)。為了石漠化動(dòng)態(tài)演變過(guò)程運(yùn)算方便，先將3期石漠化分布圖統(tǒng)一轉(zhuǎn)為30m×30m的grid文件；然后，利用ArcGIS的空間分析功能和Excel的數(shù)理統(tǒng)計(jì)功能，分析畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)石漠化時(shí)空演變過(guò)程。

2.3 分類(lèi)精度評(píng)價(jià)

結(jié)合地形圖和2008年土地利用現(xiàn)狀圖，采用手持式GPS實(shí)地考察的方法，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行野外線(xiàn)路調(diào)查和樣區(qū)調(diào)查，著重對(duì)樣區(qū)不同石漠化強(qiáng)度的土地景觀(guān)特點(diǎn)進(jìn)行采樣記錄，確定樣區(qū)各石漠化強(qiáng)度的空間分布范圍。通過(guò)ENVI中的Using Ground Truth ROIs模塊，以2010年石漠化分類(lèi)結(jié)果為例，計(jì)算石漠化分類(lèi)精度混淆矩陣(表3)。分類(lèi)精度評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，石漠化強(qiáng)度類(lèi)型的中間過(guò)渡類(lèi)判對(duì)率較低，輕度石漠化的用戶(hù)精度僅為71.88%，邊緣類(lèi)判對(duì)率較高，無(wú)石漠化及極強(qiáng)度石漠化的用戶(hù)精度均大于95%。分類(lèi)結(jié)果總精度為86.1616%，Kappa統(tǒng)計(jì)值為0.8316，滿(mǎn)足精度要求。

圖1 畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)石漠化強(qiáng)度等級(jí)分布圖(2000—2010年)

表2 畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)不同石漠化強(qiáng)度等級(jí)分布面積和比例(2000—2010年)

表3 畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)石漠化分類(lèi)精度混淆矩陣表

3 畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)石漠化時(shí)空演變過(guò)程

3.1 石漠化演變的總體特征

石漠化時(shí)空演變過(guò)程既是時(shí)間序列上的演繹，同時(shí)還是空間概念上的表達(dá)[30- 31]。從時(shí)間序列的演繹來(lái)看，2000—2010年，石漠化總面積呈現(xiàn)先增加后趨穩(wěn)的演變態(tài)勢(shì)：2000—2005年，石漠化總面積凈增加324.94km2，面積百分比增加1.2%，年均增加速率為64.99km2/a；2005—2010年，石漠化面積凈減少69.72km2，面積百分比降低0.26%，年均減少速率為13.94km2/a。10年間，輕度石漠化面積先減少后增加，由2000年的5416.24km2減少為2005年的4982.57km2，然而又增加為2010年的5145.97km2；而中強(qiáng)度以上石漠化面積則先增加后減少的基本特征，由2000年的2020.95km2增加為2005年的2779.56km2，然后又減少為2010年的2546.44km2，石漠化擴(kuò)張趨勢(shì)初步遏制。從空間概念上的表達(dá)來(lái)看，畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)石漠化演變過(guò)程主要是有3種類(lèi)型：(1)先增加后減少，主要有七星關(guān)區(qū)、威寧縣、大方縣、納雍縣和赫章縣，其中七星關(guān)區(qū)和威寧縣石漠化面積分別凈減少11.99km2和185.95km2，而大方縣、納雍縣和赫章縣后期石漠化面積雖然有所減少，但10年間石漠化面積仍分別增加22.16、9.79km2和53.19km2；(2)石漠化面積持續(xù)增加，僅有金沙縣，石漠化面積增加166.63km2；(3)石漠化面積先減少后增加，主要有黔西縣和織金縣，石漠化面積分別凈增加178.10km2和37.61km2?？梢?jiàn)，畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)石漠化擴(kuò)張趨勢(shì)雖然初步遏制，但局部地區(qū)仍在惡化，防治形勢(shì)仍很?chē)?yán)峻。

3.2 石漠化時(shí)空演變內(nèi)部特征

石漠化內(nèi)部演化過(guò)程是在一定的空間范圍和時(shí)間段內(nèi)，非石漠化與石漠化之間及不同石漠化強(qiáng)度類(lèi)型之間相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。石漠化內(nèi)部演化過(guò)程的定量評(píng)價(jià)應(yīng)明確以下3個(gè)基本問(wèn)題：(1)不同石漠化強(qiáng)度的演變方式；(2)不同石漠化強(qiáng)度的演變方向，掌握研究時(shí)段初期不同石漠化強(qiáng)度的轉(zhuǎn)移去向及研究時(shí)段末期不同石漠化強(qiáng)度的來(lái)源與構(gòu)成；(3)不同石漠化強(qiáng)度的演變速率，掌握不同石漠化強(qiáng)度相互轉(zhuǎn)化的快慢。

3.2.1 石漠化演變方式

參照前人的研究成果[32- 33]，結(jié)合畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)石漠化演變特征，將石漠化演變方式定義為以下3種類(lèi)型：(1)漸變式：在兩個(gè)時(shí)間段，某種石漠化強(qiáng)度前期轉(zhuǎn)變成另一種石漠化強(qiáng)度，后期該石漠化強(qiáng)度則不再發(fā)生變化，或者，某種石漠化強(qiáng)度前期未發(fā)生變化，而到后期該石漠化強(qiáng)度轉(zhuǎn)變成另一種石漠化強(qiáng)度，即a→b→b型或a→a→b型；(2)跳躍式：在兩個(gè)時(shí)間段，某種石漠化強(qiáng)度前期轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N石漠化強(qiáng)度，在后期又轉(zhuǎn)變?yōu)榈?種石漠化強(qiáng)度，該演變方式較為活躍，即a→b→c型；(3)返變式：在兩個(gè)時(shí)間段，某種石漠化強(qiáng)度前期轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N石漠化強(qiáng)度，在后期又轉(zhuǎn)變?yōu)樵瘡?qiáng)度，即a→b→a型。該演變方式存在兩種可能，一種是前期該區(qū)域不斷被破壞，后期人們開(kāi)始加強(qiáng)石漠化治理和生態(tài)保護(hù)，土地狀況逐漸改善為原石漠化等級(jí)；另一種則是該區(qū)域前期由于退耕還林或石漠化治理等修復(fù)工程，石漠化等級(jí)降低，但由于未能培育出新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，當(dāng)修復(fù)項(xiàng)目結(jié)束后，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民仍然沿用原有的用地方式，土地狀況再度惡化。

圖2 石漠化演變方式的面積和比例(2000—2010年)

在ArcGIS平臺(tái)對(duì)3期石漠化分布圖進(jìn)行空間運(yùn)算，可以分別求出各石漠化演變方式的面積和比例(圖2)。2000—2010年，石漠化強(qiáng)度不曾發(fā)生變化的土地面積為16041.90km2，占總面積的59.74%(含25.42%的非喀斯特地區(qū))，石漠化強(qiáng)度發(fā)生改變的面積為10811.22km2，占總面積的41.26%。石漠化演變方式中漸變式所占面積最大，為10003.84km2，占總面積的37.25%，說(shuō)明石漠化的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程本質(zhì)上是植被覆蓋降低和土壤侵蝕增強(qiáng)的一個(gè)漸變過(guò)程，從一種方式直接地、很快地過(guò)渡、跳躍到另一種方式的比例不是很大；其次是跳躍式，為763.39km2，占總面積的2.84%，說(shuō)明部分區(qū)域的土地類(lèi)型并不穩(wěn)定，時(shí)刻處于變化之中；最少的是返變式，為43.69km2，僅占總面積的0.16%，但也說(shuō)明石漠化演變過(guò)程中既存在“破壞了又治理好”，也存在“治理好又破壞”的現(xiàn)象。

3.2.2 石漠化演變的方向

探討石漠化演變的方向，可以從兩個(gè)方面進(jìn)行分析：(a)用石漠化改善程度和石漠化惡化程度來(lái)描述石漠化狀況整體演變方向；(b)構(gòu)建不同石漠化強(qiáng)度演變轉(zhuǎn)移矩陣，分析不同石漠化等級(jí)內(nèi)部相互轉(zhuǎn)化情況。在GIS平臺(tái)上對(duì)3期石漠化分布圖進(jìn)行空間運(yùn)算，分別獲得石漠化狀況演變方向分布表(表4)和石漠化時(shí)空轉(zhuǎn)移矩陣表(表5)。

(1)石漠化狀況整體演變方向

將石漠化狀況分為5個(gè)演變方向，分別為較好改善、輕度改善、基本不變、輕度惡化和嚴(yán)重惡化。其中，輕度改善是指某石漠化強(qiáng)度向相鄰的較低石漠化等級(jí)轉(zhuǎn)變，如輕度石漠化轉(zhuǎn)變?yōu)闈撛谑?；較好改善是指某石漠化強(qiáng)度跳躍到較低的石漠化等級(jí)，如中度石漠化轉(zhuǎn)變?yōu)闈撛谑驘o(wú)石漠化；輕度惡化是指某石漠化強(qiáng)度向相鄰的較高石漠化等級(jí)轉(zhuǎn)變，如輕度石漠化轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸仁粐?yán)重惡化是指某石漠化類(lèi)型跳躍到較高的石漠化等級(jí)，如輕度石漠化轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)度石漠化或極強(qiáng)度石漠化。由表4可以看出，2000—2010年，畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)石漠化類(lèi)型基本不變的面積最大，為14867.16km2，輕度改善及輕度惡化的面積次之，分別為4659.33km2和4007.83km2，較高改善與嚴(yán)重惡化的面積最少，分別為1338.17km2和1980.32km2，佐證了石漠化漸進(jìn)式為主的演變方式；2000—2005年，土地惡化面積(5479.63km2)大于土地改善面積(4712.55km2)，石漠化擴(kuò)張趨勢(shì)明顯；2005—2010年，土地改善面積(6399.53km2)大于土地惡化面積(5540.04km2)，石漠化狀況開(kāi)始改善，但嚴(yán)重惡化面積仍高達(dá)1911.87km2；輕度改善大于較好改善，說(shuō)明石漠化治理工程要循序漸進(jìn)的開(kāi)展，是一個(gè)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)。

表4 石漠化演變方向的面積和比例

(2)石漠化強(qiáng)度演變轉(zhuǎn)移矩陣

石漠化強(qiáng)度演變轉(zhuǎn)移矩陣能夠揭示石漠化內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各等級(jí)間相互轉(zhuǎn)移變化情況。由表5可知，2000—2010年，非石漠化主要向輕度石漠化、中度石漠化及強(qiáng)度石漠化轉(zhuǎn)化，分別為2578.56km2、1040.11km2和119.84km2，其中，潛在石漠化分別向無(wú)石漠化和輕度石漠化轉(zhuǎn)化1754.00km2和1883.33km2，可見(jiàn)潛在石漠化雖被定義為非石漠化，但并不穩(wěn)定，容易轉(zhuǎn)變?yōu)槭?；石漠化轉(zhuǎn)變?yōu)榉鞘癁?483.9km2，其中輕度石漠化轉(zhuǎn)化面積為2536.27km2，是石漠化狀況改善的主體，說(shuō)明現(xiàn)階段治理的主要成果主要體現(xiàn)在輕度石漠化治理方面；中強(qiáng)度以上石漠化面積轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出面積分別為2194.74km2和1682.89km2，兩者比值為130.41%，說(shuō)明石漠化較嚴(yán)重的地區(qū)石漠化狀況并沒(méi)有根本性的改觀(guān)，仍是石漠化治理的難點(diǎn)所在。2000—2005年及2005—2010年演變轉(zhuǎn)移矩陣表現(xiàn)為相似的特點(diǎn)。

3.2.3 石漠化演變速率

常規(guī)的石漠化演變速率是指單位時(shí)間內(nèi)某石漠化類(lèi)型面積發(fā)生的變化量，能夠反映出某石漠化類(lèi)型增加或者減少的速度，但難以細(xì)致的表達(dá)不同石漠化強(qiáng)度之間轉(zhuǎn)移的情況。本研究引入轉(zhuǎn)入速率和轉(zhuǎn)出速率的概念，轉(zhuǎn)入速率反映了單位時(shí)間內(nèi)該石漠化強(qiáng)度類(lèi)型來(lái)源的活躍程度，轉(zhuǎn)出速度反映了單位時(shí)間內(nèi)該石漠化強(qiáng)度類(lèi)型的不穩(wěn)定程度。為了便于區(qū)分，將常規(guī)轉(zhuǎn)變速率稱(chēng)為綜合速率。

表5 畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)不同石漠化強(qiáng)度演變轉(zhuǎn)移矩陣(2000—2010年)

圖3 畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)石漠化演變速率(2000—2010年)

10年間，畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)石漠化面積由7437.19km2增加為7692.41km2，石漠化面積凈增加255.22km2，綜合速率為25.52km2/a，其中轉(zhuǎn)入速率和轉(zhuǎn)出速率分別為373.91km2/a和348.39km2/a；各石漠化強(qiáng)度等級(jí)中，轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出速率由大到小排序?yàn)闈撛谑?、輕度石漠化、無(wú)石漠化、中度石漠化、強(qiáng)度石漠化和極強(qiáng)度石漠化，可見(jiàn)石漠化強(qiáng)度較低的強(qiáng)度類(lèi)型更為活躍，石漠化治理的成果還很脆弱，而中度以上石漠化治理任務(wù)還很艱巨；此外，盡管潛在石漠化與輕度石漠化的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出速率均較高，但綜合速率最高的是中度石漠化，為45.51km2/a，轉(zhuǎn)入速率大于轉(zhuǎn)出速率，結(jié)合演變轉(zhuǎn)移矩陣(表5)可以看出，中度石漠化增加的主要貢獻(xiàn)是潛在石漠化與輕度石漠化，分別貢獻(xiàn)771.06km2和913.12km2。可見(jiàn)，石漠化治理工程除了對(duì)中度以上石漠化的治理外，更應(yīng)加強(qiáng)潛在石漠化及輕度石漠化的防護(hù)。

3.3 石漠化演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析

石漠化的演變特征不僅與該自然環(huán)境背景具有很大的關(guān)系，同時(shí)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系密切。

3.3.1 石漠化演變與生態(tài)環(huán)境建設(shè)

生態(tài)建設(shè)是畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)的三大主題之一，有關(guān)該區(qū)的生態(tài)建設(shè)工程一直沒(méi)有間斷，如長(zhǎng)江上中游水土保持重點(diǎn)防治工程、長(zhǎng)江中上游防護(hù)林體系建設(shè)工程、退耕還林工程、小流域綜合治理工程、天然林資源保護(hù)工程和石漠化綜合治理試點(diǎn)工程等。自2000年退耕還林工程開(kāi)展以來(lái)，完成造林1954km2(其中退耕地造林723km2、荒山造林1231km2)，涉及試驗(yàn)區(qū)的31.19萬(wàn)農(nóng)戶(hù)；2008年，國(guó)務(wù)院批復(fù)了《全國(guó)巖溶地區(qū)石漠化綜合治理規(guī)劃大綱》，并在石漠化嚴(yán)重的8省(區(qū)、市)的100個(gè)縣啟動(dòng)實(shí)施了石漠化綜合治理試點(diǎn)工程，畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)8個(gè)縣(區(qū))全部劃為治理試點(diǎn)縣，極大地推動(dòng)了試驗(yàn)區(qū)石漠化治理步伐；2000—2005年森林覆蓋率由29.54%增加到33.92%；2005年以后，森林覆蓋率以超過(guò)1.2%的年均速度快速增長(zhǎng)，2010年達(dá)到40.03%(圖4)。此外，以沼氣為重點(diǎn)的生態(tài)能源建設(shè)大幅度減少了薪材在農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)中的比重，有效地促進(jìn)了植被保護(hù)。2000年以前，畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)沼氣池僅為3000余口，2005年全區(qū)已建成沼氣池5.9萬(wàn)口，到2010年沼氣池?cái)?shù)量已達(dá)到23.8萬(wàn)口，農(nóng)村適宜建池普及率達(dá)22.9%，投入使用率達(dá)69.3%，每年至少能為農(nóng)民增收節(jié)支2.88億元，保護(hù)薪炭林480km2(圖5)。

圖4 石漠化面積與森林覆蓋率變化趨勢(shì)

圖5 石漠化面積與沼氣池?cái)?shù)量變化趨勢(shì)

3.3.2 石漠化演變與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展

畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)屬典型的喀斯特貧困山區(qū)，糧食生產(chǎn)是農(nóng)民最穩(wěn)定的收入來(lái)源，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為典型的“一頭沉”，即第一產(chǎn)業(yè)比重過(guò)大，卻忽略了喀斯特環(huán)境的低生態(tài)承載力。2000年以來(lái)，畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)第一產(chǎn)值占地區(qū)生產(chǎn)總值的比例由44.32%下降到20.70%，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正朝著更合理的方向發(fā)展；此外，隨著試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整及國(guó)家政策的引導(dǎo)，外出務(wù)工人口及農(nóng)轉(zhuǎn)非人口不斷增加，農(nóng)村人口(農(nóng)村常住人口)較2000年減少了70.55萬(wàn)人(圖6)。石漠化面積變化和農(nóng)村人口變化具有較好的相似性，說(shuō)明隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，農(nóng)村人口減少，降低了土地負(fù)荷，緩解了土地資源壓力。

畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)8個(gè)縣(區(qū))中有5個(gè)國(guó)家級(jí)貧困縣，經(jīng)濟(jì)落后直接或間接地導(dǎo)致人們陡坡開(kāi)墾、毀林開(kāi)荒，破壞了大量的森林資源，為石漠化發(fā)展埋下伏筆。2000—2005年，農(nóng)民人均純收入由1316元增加為1795元，增加速度比較緩慢，年均增加不足100元；2005—2010年農(nóng)民人均純收入由1795元增加為3354元，年均增加311.8元，生活水平的提高極大地改善了農(nóng)民的生產(chǎn)生活方式，減少了亂砍亂伐、毀山造田和毀林開(kāi)荒等現(xiàn)象，為生態(tài)環(huán)境恢復(fù)提供了有利條件(圖7)。

圖6 石漠化面積與農(nóng)村人口數(shù)變化趨勢(shì)

圖7 石漠化面積與農(nóng)民純收入變化趨勢(shì)

4 結(jié)論與討論

石漠化時(shí)空演變的實(shí)質(zhì)是人類(lèi)活動(dòng)打破生態(tài)平衡后，導(dǎo)致非石漠化與石漠化之間及不同石漠化強(qiáng)度等級(jí)之間相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。所以，本研究對(duì)石漠化時(shí)空演變的總體特征和內(nèi)部轉(zhuǎn)移特征進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，并初步探討了石漠化演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

研究結(jié)果顯示：(1)10年間，試驗(yàn)區(qū)石漠化總面積呈現(xiàn)先增加后趨穩(wěn)的演變態(tài)勢(shì)，石漠化擴(kuò)張趨勢(shì)雖然初步遏制，但局部地區(qū)仍在惡化，防治形勢(shì)仍很?chē)?yán)峻。應(yīng)該繼續(xù)實(shí)施退耕還林工程，全面啟動(dòng)石漠化綜合治理工程，加強(qiáng)生態(tài)公益林補(bǔ)償力度，實(shí)施天然林保護(hù)，強(qiáng)化封山育林，充分發(fā)揮石漠化地區(qū)的自然修復(fù)能力。(2)石漠化演變方式以漸進(jìn)式為主，說(shuō)明石漠化治理也應(yīng)循序漸進(jìn)，不能一蹴而就；石漠化演變方向既存在改善也存在惡化，且輕度改善和輕度惡化的面積均比較大，說(shuō)明一邊治理、一邊破壞的現(xiàn)象還沒(méi)有根本遏制；結(jié)合石漠化演變速率中，轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出速率最大的是潛在和輕度石漠化，且中度石漠化新增來(lái)源也主要是潛在和輕度石漠化，所以，除了對(duì)中度以上石漠化的治理外，更應(yīng)加強(qiáng)潛在石漠化及輕度石漠化的防護(hù)。(3)石漠化的時(shí)空演變特征不僅與該區(qū)域的自然環(huán)境背景具有很大的關(guān)系，同時(shí)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系密切。石漠化治理工程應(yīng)該與扶貧開(kāi)發(fā)緊密結(jié)合，進(jìn)一步調(diào)整農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，改善山區(qū)農(nóng)民的生活水平和農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)，才能從根本上緩解土地壓力，實(shí)現(xiàn)石漠化地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和生態(tài)環(huán)境的全面改善。

石漠化時(shí)空演變過(guò)程是認(rèn)識(shí)西南地區(qū)石漠化發(fā)展/逆轉(zhuǎn)規(guī)律與成因的基礎(chǔ)。無(wú)論從政府層面還是科學(xué)研究層面，正確把握石漠化時(shí)空演變過(guò)程及其特征，對(duì)協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)建設(shè)之間的關(guān)系，制定切合實(shí)際的石漠化治理策略都具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本研究盡管對(duì)石漠化時(shí)空演變的總體特征和內(nèi)部轉(zhuǎn)移特征進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，且選擇了具有典型性和代表性的畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)為例，但是，石漠化是人為加速背景下的土地(生態(tài))退化過(guò)程，僅用10年的時(shí)空演變過(guò)程揭示石漠化演變規(guī)律還存在些許不足；此外，在石漠化演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究中，盡管石漠化與自然環(huán)境背景、生態(tài)環(huán)境建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在必然的聯(lián)系，但是，當(dāng)將研究區(qū)的各指標(biāo)轉(zhuǎn)化為生態(tài)環(huán)境建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)時(shí)，小范圍的石漠化與它們之間的緊密性就會(huì)淹沒(méi)在其中而表現(xiàn)不出，而第二、三產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)及農(nóng)民收入的多元化也會(huì)掩蓋石漠化與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的相關(guān)性，使宏觀(guān)視角下兩者關(guān)系的數(shù)據(jù)模擬難以實(shí)現(xiàn)，只能通過(guò)理論判讀和圖表表達(dá)兩種方式盡可能的予以闡述。

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