云南紅河州石漠化演變特征及影響因素分析

趙磊磊，陳俊松，程燕芳，朱仕榮，周建洪，唐芳林，藍芙寧

(1.國家林業(yè)局 昆明勘察設(shè)計院，云南 昆明 650216；2.中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所國土資源部巖溶生態(tài)系統(tǒng)與石漠化治理重點實驗室國土資源部、廣西巖溶動力學(xué)重點實驗室，廣西 桂林 541004)

石漠化是指在熱帶、亞熱帶濕潤、半濕潤氣候條件和巖溶極其發(fā)育的自然背景下，受人為活動干擾，地表植被遭破壞，造成土壤嚴(yán)重流失，基巖大面積裸露或礫石堆積的土地退化現(xiàn)象，是巖溶地區(qū)土地退化的極端形式[1-3]。云南省巖溶區(qū)面積占國土面積的28.1%，石漠化問題突出，是全國石漠化最為嚴(yán)重的省份之一[4]。在云南省實施的國家第一期和第二期巖溶地區(qū)石漠化綜合治理工程(以下簡稱國家一期和二期石漠化綜合治理工程)中，紅河州一直是重點區(qū)域，蒙自、個舊、開遠、建水等8個縣市作為試點縣市，被列入石漠化治理和監(jiān)測名單。這些試點縣市巖溶區(qū)面積均占到其國土面積的30%以上，且石漠化發(fā)育典型，社會經(jīng)濟發(fā)展受石漠化嚴(yán)重制約，生態(tài)環(huán)境異常脆弱。紅河州是以彝族、哈尼族為主的多民族自治州，區(qū)域內(nèi)貧困面積大、程度深，脫貧任務(wù)艱巨，巖溶生態(tài)環(huán)境的敏感性和脆弱性已成為區(qū)域發(fā)展的主要制約因素，加快紅河州石漠化治理進程、促進群眾脫貧致富是當(dāng)?shù)卣黜椆ぷ鞯闹刂兄?。本研究擬調(diào)查國家石漠化綜合治理工程在紅河州的實施情況，根據(jù)調(diào)研獲取的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和石漠化遙感解譯結(jié)果等，分析近十幾年來石漠化面積的時空變化規(guī)律，統(tǒng)計不同時期石漠化的分布情況及其演變特征，并結(jié)合自然背景等數(shù)據(jù)，分析石漠化區(qū)的地層分布、巖性組合、人類活動、氣象特征等，總結(jié)石漠化演變特征及影響因素，希望能推動對石漠化演變及其影響因素的深入研究，為國家和當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門開展石漠化治理提供參考。

1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

云南紅河州位于我國云南省東南部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)101°47′～104°16′、北緯22°26′～24°45′，土地總面積33 430.0 km2，其中巖溶區(qū)面積18 386.5 km2，占土地總面積的55%，石漠化問題非常嚴(yán)重。全州地層從元古界至新生界均有出露，分布有多期次基性-酸性、堿性巖漿侵入巖體，巖體變質(zhì)-風(fēng)化作用強烈，地質(zhì)背景復(fù)雜，中、北部的蒙自、彌勒、瀘西、開遠、個舊、建水多分布泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系地層，巖性以碳酸鹽巖為主[5-7]。地處低緯度亞熱帶高原型濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，四季不甚分明，但干濕季節(jié)交替明顯，降雨主要集中在每年6—8月，且時空分布極不均勻：在海拔2 000 m以上的山區(qū)，年均氣溫16.3 ℃，年均降雨量2 026.5 mm，具有降雨強度大、持續(xù)時間長的特點；在海拔2 000 m以下的山間盆地和河谷地帶，年均氣溫分別為17.2、23.4 ℃，年均降雨量分別為817.2、1 688.7 mm，具有降雨量相對較小，但單點暴雨集中、強度大的特點[8]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

為摸清紅河州近十幾年來石漠化的發(fā)展演變特征、影響因素、綜合治理成效等，國家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計院在紅河州相關(guān)部門的部署和協(xié)作下，分別于2012、2016年組隊到蒙自市、建水縣、個舊市、開遠市、彌勒市、瀘西縣、河口縣、屏邊縣等8個國家石漠化綜合治理工程試點縣市進行了治理效果調(diào)研，通過統(tǒng)計上報、遙感解譯、現(xiàn)場查看驗證、走訪座談的形式，對各試點縣市進行了石漠化演變特征、影響因素、綜合治理成效等專項調(diào)查，獲取了2005、2011、2016年各試點縣市不同等級石漠化分布面積、程度、范圍等。

2 各試點縣市石漠化演變特征

2.1 2005年石漠化狀況

2005年紅河州8個試點縣市石漠化面積及分布特征統(tǒng)計結(jié)果見表1、圖1。從表1知，8個試點縣市巖溶區(qū)總面積為10 397.50 km2，占全州巖溶區(qū)總面積的56.55%；石漠化土地面積3 267.49 km2，占8個試點縣市巖溶區(qū)總面積的31.43%，其中極強度、強度、中度、輕度石漠化面積分別為517.73、634.09、1 165.04、950.63 km2。各試點縣市石漠化總面積大小為建水縣>彌勒市>蒙自市>個舊市>開遠市>瀘西縣>屏邊縣>河口縣。

表1 2005年紅河州各試點縣市石漠化面積統(tǒng)計 km2

圖1 2005年各縣市不同等級石漠化面積比例

2005年紅河州各試點縣市石漠化類型以輕度和中度為主，分別占試點縣市巖溶區(qū)總面積的9.14%和11.21%，強度和極強度石漠化土地分別占試點縣市巖溶區(qū)總面積的6.10%和4.98%。蒙自市、個舊市、開遠市、彌勒市、瀘西縣、建水縣、河口縣、屏邊縣石漠化發(fā)生率分別為39.08%、54.52%、36.60%、21.30%、31.69%、28.72%、19.54%、36.14%，最高的是個舊市，最低的是河口縣。

2.2 2011年石漠化狀況

至2011年，經(jīng)過近4年的綜合治理，紅河州石漠化治理效果明顯，各試點縣市的石漠化面積和類型發(fā)生了不同程度的變化，統(tǒng)計結(jié)果見表2、圖2。從表2知，8個試點縣市石漠化土地面積2 438.69 km2，比2005年減少了828.80 km2，其中：極強度石漠化面積318.84 km2，減少了198.89 km2；強度石漠化面積428.09 km2，減少了206.00 km2；中度石漠化面積938.67 km2，減少了226.37 km2；輕度石漠化面積753.09 km2，減少了197.54 km2。各試點縣市石漠化總面積大小為蒙自市>彌勒市>開遠市>瀘西縣>建水縣>個舊市>屏邊縣>河口縣。

表2 2011年紅河州各試點縣市石漠化面積統(tǒng)計 km2

圖2 2011年各縣市不同等級石漠化面積比例

各試點縣市的石漠化類型仍以輕度和中度為主，輕度和中度石漠化面積分別占巖溶區(qū)總面積的7.24%和9.03%，而強度和極強度石漠化面積分別占4.12%和3.07%。蒙自市、個舊市、開遠市、彌勒市、瀘西縣、建水縣、河口縣、屏邊縣石漠化發(fā)生率分別為41.05%、27.33%、29.09%、19.86%、24.06%、10.97%、19.63%、44.96%，最高的是屏邊縣，最低的是建水縣。

2.3 2016年石漠化狀況

2016年國家石漠化綜合治理工程已經(jīng)推進到第二期，紅河州石漠化狀況得到了部分改善，治理效果比較明顯，統(tǒng)計結(jié)果見表3、圖3。8個試點縣市石漠化土地面積為2 345.06 km2，比2011年減少了93.63 km2，其中：極強度石漠化面積41.20 km2，減少了277.64 km2；強度石漠化面積224.37 km2，減少了203.72 km2；中度石漠化面積968.73 km2，增加了30.06 km2；輕度石漠化面積1 110.76 km2，增加了357.67 km2。各試點縣市石漠化土地總面積大小為彌勒市>建水縣>蒙自市>開遠市>瀘西縣>個舊市>屏邊縣>河口縣。

表3 2016年紅河州各試點縣市石漠化面積統(tǒng)計 km2

圖3 2016年各縣市不同等級石漠化面積比例

2016年紅河州各試點縣市不同等級石漠化面積比例與2005、2011年有所不同，但總體石漠化程度還是以輕度和中度為主，輕度和中度石漠化面積分別占巖溶區(qū)總面積的10.68%和9.32%，強度和極強度石漠化面積分別占2.16%和0.40%。蒙自市、個舊市、開遠市、彌勒市、瀘西縣、建水縣、河口縣、屏邊縣石漠化發(fā)生率分別為30.05%、25.11%、33.49%、16.78%、22.45%、16.22%、19.00%、42.33%，最高的是屏邊縣，最低的是建水縣。

2.4 石漠化演變特征

2005—2011年紅河州8個試點縣市石漠化總面積增長率為-25.37%，其中極強度、強度、中度和輕度石漠化面積增長率分別為-38.42%、-32.49%、-19.43%和-20.78%。石漠化演變趨勢表現(xiàn)為：大量石漠化土地向非石漠化土地轉(zhuǎn)變；高等級石漠化類型向低等級石漠化類型轉(zhuǎn)變；所有類型石漠化土地均呈逆向演變趨勢，生態(tài)環(huán)境明顯得到改善。2011—2016年紅河州石漠化總面積增長率為-3.84%，其中極強度石漠化、強度石漠化、中度石漠化和輕度石漠化面積增長率分別為-87.08%、-47.59%、3.20%和47.49%。石漠化演變趨勢表現(xiàn)為：少量石漠化土地向非石漠化土地轉(zhuǎn)變；強度和極強度石漠化土地面積呈急劇減少趨勢，并向中度或輕度石漠化土地轉(zhuǎn)變，總體呈逆向演變；中度和輕度石漠化土地面積增加，尤其輕度石漠化土地面積增加明顯，總體呈正向演變。總之，2005—2011年各試點縣市石漠化面積有明顯減少，石漠化呈逆向演變，但2011—2016年石漠化面積減少不明顯，甚至輕度和中度石漠化土地面積有所增加。增加的輕度和中度石漠化面積中一部分是由極強度和強度石漠化土地轉(zhuǎn)變而來，另一部分是治理難度大、防護措施不到位、人為破壞等原因造成的治理效果反復(fù)。

3 石漠化演變的影響因素分析

石漠化的發(fā)生歸根結(jié)底是巖溶地區(qū)碳酸鹽巖巖性背景、地形地貌、植被條件、氣候和人類活動等共同影響的結(jié)果[9-11]。其中，巖性背景、地形地貌、植被條件是石漠化發(fā)生的基本條件，即生態(tài)地質(zhì)條件是石漠化發(fā)生需要具備的基本要素，它們決定了石漠化的基本特征，而人類活動則是石漠化發(fā)生的主要誘因，是石漠化形成和發(fā)展演變的主要影響因素[12-14]。通過調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，影響和制約紅河州石漠化形成和演變的主要因素包括地層巖性、環(huán)境地質(zhì)和人類活動三方面。

3.1 地層巖性

研究發(fā)現(xiàn)，我國西南巖溶地區(qū)的石漠化分布與地層巖性密切相關(guān)，石漠化主要發(fā)生在純灰?guī)r、純白云巖和灰?guī)r與白云巖組合的巖性分布區(qū)。究其原因，是由于這三類巖石的可溶物含量大于95%，而不溶物含量極低，在濕熱的環(huán)境條件下，可溶物極易被溶蝕流失掉，僅剩下極少量的不溶物，成土速率非常緩慢[15-16]。紅河州地層從元古界至新生界均有出露，中、北部的蒙自、彌勒、瀘西、開遠、個舊、建水多分布泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系地層，巖性以碳酸鹽巖為主，而純灰?guī)r、純白云巖和灰?guī)r與白云巖組合的出露面積占碳酸鹽巖類總面積的90%以上，僅少量為碳酸鹽巖與碎屑巖組合出露。蒙自市、個舊市、開遠市、彌勒市和瀘西縣主要出露三疊系中統(tǒng)個舊組地層，巖性主要為白云巖、灰?guī)r和灰質(zhì)白云巖。建水縣主要出露泥盆系中統(tǒng)東崗嶺階地層，巖性主要為灰?guī)r、白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r。這些巖石層厚質(zhì)純而堅硬，可溶物含量極高，以溶蝕作用為主，基巖面光滑，與地表附著物(土壤等)黏著力差，極易受外力作用而發(fā)生流失，植被容易退化，造成基巖出露，發(fā)生石漠化。河口縣出露的寒武系中統(tǒng)、上統(tǒng)和二疊系中統(tǒng)地層的灰?guī)r和白云巖分布區(qū)也是石漠化極易發(fā)生的區(qū)域，但極易發(fā)生石漠化的地層出露區(qū)面積比例小于其他試點縣市，因此兩縣的石漠化發(fā)生率及面積較小。

3.2 環(huán)境地質(zhì)

紅河州地處滇東南地區(qū)，受地質(zhì)構(gòu)造運動控制，在其中部和北部的蒙自、彌勒、瀘西、開遠、個舊、建水一帶形成了集中連片分布的喀斯特斷陷盆地。據(jù)不完全統(tǒng)計，紅河州一共分布有十幾個面積大于30 km2的喀斯特斷陷盆地，規(guī)模比較大的有蒙自盆地、曲溪盆地、瀘西盆地、竹園盆地等，最大的蒙自盆地面積達到了369.4 km2。這種喀斯特斷陷盆地是隨著新生代高原隆升產(chǎn)生的斷裂活動所引起的斷塊差異沉陷及溶蝕作用共同形成的山間盆地[7]，具有特殊的環(huán)境地質(zhì)分異性，主要表現(xiàn)為地貌分區(qū)明顯(“山-盆”共存)、新構(gòu)造運動強烈、水資源分布不均、土壤植被分帶性強、氣候垂向變化大等。在喀斯特斷陷盆地區(qū)的隆升高原面上，巖溶發(fā)育強烈，山區(qū)氣溫低、降雨量大，山區(qū)與盆底平壩區(qū)之間的地下水水力坡降大，地下水垂直徑流帶厚，強烈的巖溶發(fā)育和大的地形高差為水土流失提供了動力潛能，雨水極易迅速攜帶大量泥沙注入地下流失掉。因此，在喀斯特斷陷盆地的山區(qū)，往往表現(xiàn)為地表水缺乏、地下水豐富但埋藏深。比較典型的例子就是位于紅河州蒙自市和開遠市的南洞地下河流域，該流域地處十分典型的喀斯特斷陷盆地區(qū)(蒙自盆地)，排泄區(qū)的南洞地下河總出口與補給區(qū)的蒙自東山地區(qū)地形高差在500 m以上，每年有大量的泥沙從南洞地下河總出口流失[17]。特殊的環(huán)境地質(zhì)條件使得喀斯特斷陷盆地的山區(qū)極易發(fā)生石漠化，調(diào)查研究和遙感數(shù)據(jù)顯示，紅河州的石漠化大部分分布在喀斯特斷陷盆地的隆升高原山區(qū)。

3.3 人類活動

人類活動可導(dǎo)致石漠化正向演變或逆向演變。正向演變即石漠化向惡化的方向轉(zhuǎn)變，人類活動導(dǎo)致石漠化正向演變主要表現(xiàn)在毀林(草)開荒、過度放牧和采樵、燒山、開挖礦山、修路、不當(dāng)經(jīng)營等6個方面。紅河州的毀林(草)開荒主要發(fā)生在20世紀(jì)90年代，進入21世紀(jì)后這種現(xiàn)象明顯減少，但在部分山村依然存在，根本原因還是人地矛盾突出。特別是過度放牧、采樵和燒山等會使大量植被在短時間內(nèi)消失殆盡，進而引發(fā)嚴(yán)重的水土流失[18-19]。典型的例子是在蒙自市小東山一帶，礦山開采及冶煉導(dǎo)致植被嚴(yán)重破壞，石漠化狀況呈明顯正向演變的趨勢[20-21]。

人類活動導(dǎo)致石漠化逆向演變主要歸因于人工造林、種草和植被保護、封山管護、中幼林撫育、退耕還林還草、工程措施等[22-24]。在石漠化區(qū)進行人工造林主要是在裸露基巖之間的石縫、穴地、凹槽等處殘存的土壤中種植苗木、種子或營養(yǎng)器官等，植被的保水固土和減少基巖裸露率的作用有助于石漠化逆向演變；中幼林撫育使林地的樹種組成和林分密度更加完善；種草、植被保護和封山管護主要是針對林草植被覆蓋較好的有林地、未成林地、灌木林地、牧草地，以及當(dāng)前不具備自我恢復(fù)能力的未利用地等潛在或輕度石漠化土地進行的保護措施，通過管護或保護減輕和解除生態(tài)脅迫因子，使現(xiàn)有植被不遭受破壞，群落正常演替；退耕還林還草等措施使石漠化耕地撂荒，先鋒灌草植被自然生長，群落自然演替，無人為破壞的石漠化土地得以自我逆向演替；工程措施主要是通過對石漠化土地進行坡改梯、修筑邊坡、砌石圍欄等減少土壤侵蝕量，控制水土流失量，提高耕地質(zhì)量和生產(chǎn)力，使石漠化發(fā)生逆向演變[18]。

4 結(jié) 論

(1)紅河州2005、2011、2016年土地石漠化面積分別為3 267.49、2 438.69、2 345.06 km2。2005—2016年，全州石漠化狀況總體上為逆向演變，其中輕度和中度石漠化土地面積先減少后增加，強度和極強度石漠化土地面積急劇減少。石漠化土地主要分布在紅河州中至北部的個舊市、建水縣、蒙自市、開遠市、彌勒市和瀘西縣。

(2)石漠化的發(fā)生和演變主要受到碳酸鹽巖巖性背景、地形地貌、植被條件、氣候和人類活動等因素的影響，但人類活動是石漠化形成和演變的重要影響因素。

(3)紅河州自2008年開始實施國家一期和二期石漠化綜合治理工程以來，石漠化治理效果比較明顯，生態(tài)環(huán)境持續(xù)好轉(zhuǎn)，但各試點縣市的石漠化演變過程和方向具有復(fù)雜性和多變性，不同監(jiān)測時段正向演變與逆向演變共存問題依然存在，因此需要繼續(xù)加強石漠化綜合治理工程建設(shè)。