現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地單元工程配置對石漠化的影響

摘要：貴州的現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地單元的工程建設背景受到喀斯特背景制約，為研究人為干預下工程的建設對石漠化變化的影響，針對石漠化綜合防治展開工程配置。在RS和GIS技術(shù)的支持下，以2008年和2011年高分辨率影像為數(shù)據(jù)源，提取清鎮(zhèn)市現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地單元石漠化變化信息，以石漠化轉(zhuǎn)移矩陣為基礎，分析工程實施前后工程治理不同階段治理區(qū)石漠化變化特征。通過定量分析可知，無石漠化具有最大的總變化量，輕度石漠化主要表現(xiàn)為數(shù)量的增加。潛在石漠化和中度石漠化新增量大于流失量，強度石漠化、極強度石漠化的流失量大于新增量。結(jié)果表明，經(jīng)過工程治理監(jiān)測時段內(nèi)石漠化面積呈現(xiàn)減少態(tài)勢，兩個時期年變化是從強度石漠化往輕度石漠化增加，石漠化惡化趨勢已經(jīng)得到初步遏制，工程治理初見成效。

關鍵詞：石漠化；轉(zhuǎn)移矩陣；現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)；基地單元；工程配置

中圖分類號：S157 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）10-2521-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.10.018

Abstract： The engineering construction of modern tobacco agriculture base unit is restricted by karst background. This article aims to study the influence of human interventional construction projects on rocky desertification and develop project configuration towards rocky desertification control. Using RS and GIS technology and taking the high resolution satellite images of 2008 and 2011 as data source， extracted the change information of rocky desertification in Qingzhen city modern tobacco base unit. Based on the transfer matrix， change features of the controlled region at different stages of environmental controlled were analyzed. Through quantitative analysis， no rocky desertification area has the largest changes in total amount， mild desertification area mainly increase in numbers. New increment of potential rocky desertification and moderate rocky desertification area was larger than the loss. The loss of intenserock desertification and extremely intense rocky desertification appears was more than the new increment. The results show that： after the engineering treatment rocky desertification area in the monitoring period decreased， annual change in the two periods is from the intense rocky desertification mild rocky desertification. Deterioration trend of rocky desertification has been initially contained， and the engineering management has achieved initial success.

Key words： rocky desertification；transfer matrix；modern tobacco agriculture；base unit；project configuration

喀斯特石漠化是在喀斯特脆弱的生態(tài)環(huán)境下，人類不合理的社會經(jīng)濟活動造成人地矛盾突出、植被破壞、土壤侵蝕、巖石逐漸裸露、土地生產(chǎn)力衰退甚至喪失，地表在視覺上呈現(xiàn)類似于荒漠景觀的演變過程[1]。在中國南方地表石灰?guī)r大量出露，形成了不同類型的地貌景觀格局。其中貴州省是中國南方喀斯特分布的中心，全省喀斯特地貌面積約13萬km2，占全省總面積的73.79%[2]，喀斯特構(gòu)成了整個自然景觀中最醒目的主體[3]。在自然因素和人為作用的相互影響下，人地矛盾日益尖銳，成為社會經(jīng)濟發(fā)展的重大阻礙。

2008年以來，國家已經(jīng)投資近80億元開展了中國南方200個重點縣石漠化綜合治理工程專項，探索石漠化治理經(jīng)驗和成效，貴州的現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地單元的工程建設背景受到喀斯特背景制約，其工程配置在很大程度上是針對石漠化綜合防治展開的。研究結(jié)合高技術(shù)性、新信息源、動態(tài)變化等特點的遙感技術(shù)，獲取空間信息和時間序列信息。以貴州省清鎮(zhèn)市流長鄉(xiāng)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地單元為研究區(qū)域，石漠化變化為研究對象，根據(jù)基地單元石漠化類型變化的參數(shù)，進一步詳細分析研究區(qū)在人為干預下石漠化空間變化過程。綜合對比分析研究區(qū)在工程治理實施前后、工程治理不同階段的石漠化變化特征，為西南地區(qū)石漠化治理提供科學依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與試驗方法

1.1 研究區(qū)概況

研究選取清鎮(zhèn)市流長鄉(xiāng)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地單元為研究區(qū)，主要研究馬場片區(qū)、流長片區(qū)和犁倭片區(qū)，該研究區(qū)位于東經(jīng)106°07′00″-106°20′30″，北緯26°30′00″-26°45′30″，總面積為300 km2，研究區(qū)為喀斯特高原地貌，地層主要以三疊系下統(tǒng)茅草鋪組為主，灰?guī)r與白云巖大量出露，區(qū)內(nèi)受烏江支流三岔河切割的影響，導致地貌組合形態(tài)以峰叢洼地、谷地為主，落水洞與地下暗河發(fā)育；土壤以黃沙壤、黃壤為主，pH 5.5～6.5，呈微酸性，有機質(zhì)含量豐富；屬亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫14 ℃，年平均降雨量1 150.4 mm[4]。研究區(qū)總?cè)丝?5 441人，總耕地面積9 072.1 hm2；烤煙是研究區(qū)主要經(jīng)濟作物，2011年整體推進流長基地單元建設，投入大量資金進行煙水配套工程、大型密集烤房等項目的建設。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究采用2個不同拍攝參數(shù)和時期的遙感影像（表1），分別是2008年ALOS和2011年編號為HJ-1-B-CCD2-10-84-20110528的影像。

利用3S技術(shù)對貴州清鎮(zhèn)流長國家現(xiàn)代煙草基地單元的石漠化現(xiàn)狀與變化進行分析研究。首先在1∶10 000的貴州省清鎮(zhèn)市流長鄉(xiāng)國家現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地單元地形圖上選取20個具有典型特征的地面控制點（GCP）對2008年和2011年的遙感影像進行幾何精校正（誤差控制在0.5像元以內(nèi)），然后以校正過的兩期影像為基準（圖1）。

運用ArcGis 10、ENVI 4.8、ERDAS軟件對2008年和2011年的數(shù)據(jù)分別進行配準，考慮到季節(jié)因素影響，兩期影像的拍攝時間大致在同一時期。綜合分析區(qū)域土地利用圖、坡度圖、地質(zhì)圖以及GPS實測數(shù)據(jù)庫等相關資料，人機交互解譯得到喀斯特石漠化圖。通過GPS抽樣實地驗證后完成貴州省清鎮(zhèn)市流長鄉(xiāng)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地單元喀斯特石漠化圖（圖2）。根據(jù)兩期石漠化圖數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計分析研究區(qū)各種等級石漠化變化特征，并通過兩期石漠化圖空間疊置分析，完成研究區(qū)石漠化變化矩陣，評估貴州石漠化綜合治理效益。

1.3 試驗方法

1.3.1 石漠化類型轉(zhuǎn)移矩陣 石漠化轉(zhuǎn)移矩陣來源于系統(tǒng)分析中對系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述[5]，較全面地刻畫了區(qū)域內(nèi)不同時間段土地類型、結(jié)構(gòu)、特征的變化，其數(shù)學形式為[6]：

式中，S代表面積；n代表石漠化的類型數(shù)；i，j分別代表研究期初與研究期末的石漠化類型。石漠化轉(zhuǎn)移矩陣可全面而又具體地分析區(qū)域石漠化變化的數(shù)量結(jié)構(gòu)特征與各用地類型變化的方向，因而在石漠化變化和模擬分析中具有重要意義，并得到了廣泛應用。目前對石漠化轉(zhuǎn)移矩陣的應用主要集中于直接分析石漠化類型面積的變化信息，其中又以各石漠化類型面積的凈變化分析為主[7]。

式中，pjj表示t1～t2時間內(nèi)土地類型保持不變的百分比；pj+表示t1時間點地類j的總面積百分比。p+j表示t2時間點j種石漠化類型的總面積百分比；pj+-pjj為t1～t2期間石漠化類型j面積減少的百分比；p+j-pjj為t1～t2期間石漠化類型j面積增加的百分比。

當某一地類Cj=0時，并不一定說明無變化，可能為該地類在某些地區(qū)流失土地，同時在另一區(qū)域可能獲得新增量。

2 石漠化變化分析

2.1 結(jié)果分析

借助于地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS 10.0的分析工具模塊下的相交功能，石漠化圖進行疊置分析，獲取了石漠化的轉(zhuǎn)移矩陣。轉(zhuǎn)移矩陣清晰地反映出各類石漠化類型之間的轉(zhuǎn)換情況，利用Excel軟件，得出下面的轉(zhuǎn)移矩陣（表2）。

根據(jù)表2計算出2008年和2011年期間各地類的變化情況，揭示清鎮(zhèn)市流長鄉(xiāng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)煙草基地單元2008-2011年石漠化信息變化（表3）。研究區(qū)在2008-2011年期間內(nèi)無石漠化的總變化量最大，占2.18%；其次是潛在石漠化和輕度石漠化，分別占1.83%、0.54%，中度石漠化、極強度石漠化和強度石漠化相對較小，分別占0.22%、0.17%和0.10%。此外各地類的變化構(gòu)成也不相同，其中無石漠化和潛在石漠化主導了交換變化，輕度石漠化、潛在石漠化主導變化為凈變化。其中無石漠化具有最大的總變化量，交換變化量為2.18%，但是其凈變化量為0，表明無石漠化的變化主要表現(xiàn)出強烈的空間位置的轉(zhuǎn)移。輕度石漠化不同于無石漠化，其凈變化量達到0.32%，凈變化量大于交換變化量，表明輕度石漠化變化主要表現(xiàn)為數(shù)量的增加。潛在石漠化和中度石漠化新增量大于流失量，交換變化占主導地位，說明只發(fā)生了空間位置的轉(zhuǎn)移，但有增長的變化。強度石漠化和極強度石漠化表現(xiàn)為流失量大于新增量，說明3年期間處于減少的變化。

2.2 基于工程配置影響的石漠化變化分析

發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是解決農(nóng)業(yè)糧食短缺、農(nóng)民增收問題的最佳選擇，而生態(tài)農(nóng)業(yè)又是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的最佳模式。煙草是適應性較廣、可塑性較強的作物，并且配套的建設工程對于喀斯特地區(qū)的現(xiàn)狀，制定合理的防治對策，以及對于保護喀斯特地區(qū)脆弱的生態(tài)平衡和防止石漠化面積的進一步擴大具有重要的現(xiàn)實意義（表4）。

2008-2011年期間石漠化變化總面積占研究區(qū)土地總面積的2.52%，經(jīng)過工程治理后在整個監(jiān)測時段內(nèi)石漠化面積一直呈現(xiàn)減少態(tài)勢，兩個時期年變化是從強度石漠化往輕度石漠化增加，輕度石漠化處于等級序列的中間，是石漠化惡化和好轉(zhuǎn)的中間等級，面積轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出具有中和效應，其年變化量較大，說明石漠化的態(tài)勢在好轉(zhuǎn)。石漠化惡化趨勢已經(jīng)得到初步遏制，工程治理初見成效。由表3可知，轉(zhuǎn)換面積最大的石漠化類型為潛在石漠化，其次是無石漠化，石漠化轉(zhuǎn)換主要集中在潛在石漠化、無石漠化、輕度石漠化等等級程度較低的石漠化類型，中、強度石漠化轉(zhuǎn)變面積較小，貴州石漠化治理的重點為石漠化等級較輕的類型。各種石漠化的轉(zhuǎn)移主要集中在相鄰等級之間，各等級石漠化轉(zhuǎn)移變化量總體上都是逐級減小。雖然各項生態(tài)工程效益還不明顯，但在一定程度上緩解了石漠化的發(fā)展趨勢，減緩了石漠化發(fā)展速度，說明現(xiàn)代煙草基地單元工程建設工程對石漠化治理具有較好的治理效果。

3 小結(jié)與討論

在GIS的技術(shù)平臺上，將不同時期的石漠化進行疊置分析，運用各種模型，計算出石漠化變化動態(tài)度和轉(zhuǎn)移矩陣的相關指標，可以有效地研究石漠化變化規(guī)律，石漠化治理是一項循序漸進的工程，各項工程措施具有一定的效益期。結(jié)果表明，研究區(qū)在2008-2011年期間內(nèi)無石漠化的總變化量最大，占2.18%；其次是潛在石漠化、輕度石漠化，分別占1.83%、0.54%，中度石漠化、極強度石漠化和強度石漠化相對較小，分別占0.22%、0.17%和0.10%。其中無石漠化具有最大的總變化量，表明無石漠化的變化主要表現(xiàn)出強烈的空間位置的轉(zhuǎn)移。輕度石漠化不同于無石漠化，表明輕度石漠化變化主要表現(xiàn)為數(shù)量的增加。潛在石漠化和中度石漠化新增量大于流失量說明只發(fā)生了空間位置的轉(zhuǎn)移，但有增長的變化。強度石漠化、極強度石漠化均為流失量大于新增量，說明3年期間處于減少的變化。經(jīng)過工程治理后在整個監(jiān)測時段內(nèi)石漠化面積呈現(xiàn)減少態(tài)勢，兩個時期年變化是從強度石漠化往輕度石漠化增加，輕度石漠化其年變化量較大，說明石漠化態(tài)勢在好轉(zhuǎn)。石漠化惡化趨勢已經(jīng)得到初步遏制，工程治理初見成效。

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