安順市旱地巖溶石漠化特征分析

(1、 2.貴州師范大學(xué)喀斯特研究院， 貴州 貴陽550001) (3. 貴州師范學(xué)院地理與旅游學(xué)院，貴州 貴陽550018)

石漠化是巖溶地區(qū)最嚴(yán)峻的生態(tài)災(zāi)害，強(qiáng)烈的人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和坡度是石漠化發(fā)生過程的主要驅(qū)動(dòng)力[1]。不同等級(jí)石漠化與不同土地利用類型存在著相關(guān)性，石漠化土地中以灌木林地、低覆蓋度草地、未利用地、旱地等土地利用類型占較大比例，不同土地利用類型下的石漠化差異也非常大[2-3]

旱地是巖溶山區(qū)強(qiáng)烈農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的結(jié)果，也是發(fā)生石漠化的主要土地利用類型之一，且可能發(fā)生各種類型的石漠化[4]。相關(guān)研究表明，新增石漠化面積中，有89%來源于旱地[5]，水田基本不存在石漠化現(xiàn)象，僅旱地存在[6]。近年來貴州省整體旱地雖然呈現(xiàn)出顯著減少的趨勢(shì)，但仍占全省耕地面積的70.05%[7]。旱地作為巖溶山區(qū)從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要作用對(duì)象，具有廣種薄收、極易發(fā)生石漠化、景觀破碎、在不同坡度下呈階梯變化等特征。研究旱地的石漠化等級(jí)與坡度組合差異及其分布特征，不僅能夠反映當(dāng)前石漠化區(qū)域的人類干擾程度、生產(chǎn)力狀況與生態(tài)狀況，還有利于為區(qū)域制定合適的治理措施。目前針對(duì)巖溶區(qū)旱地的研究集中在坡度>6°的坡耕地特征[8]、成因[9]、時(shí)空變化與生態(tài)功能評(píng)價(jià)[10]方面進(jìn)行研究，并對(duì)坡耕地的利用模式[11]及其與聚落、石漠化的關(guān)系[12]進(jìn)行分析。專題分析旱地石漠化特征及與坡度相關(guān)性較少，還不能指導(dǎo)旱地石漠化治理。

1 研究區(qū)概況

安順市位于貴州省中西部(105°13′～106° 34′E、25°21′-26°28′N)，國土面積9267 km2，為典型的巖溶丘陵地貌，地勢(shì)西高東低，海拔560～1500m，年平均氣溫13.9℃，年降水量1172mm，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候。地處長江流域和珠江流域的分水嶺，境內(nèi)河網(wǎng)密度北部密，南部稀疏。安順市是貴州省巖溶地貌的典型區(qū)，巖溶地貌占比超過60%。全市中度以上石漠化面積占石漠化總面積的47.4%。

2 數(shù)據(jù)源與研究方法

影像數(shù)據(jù)源為中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心下載2015年6月的2.5m分辨率的ZY-3遙感影像數(shù)據(jù)，旱地分布圖源于貴州省自然資源廳的地理國情普查圖，巖性數(shù)據(jù)采用貴州省地礦局編制的貴州省1∶50000地質(zhì)圖，坡度數(shù)據(jù)根據(jù)研究區(qū)1∶10000萬地形圖生成。以ArcGIS10.2作為人機(jī)交互判讀及數(shù)據(jù)處理軟件。首先利用地理國情普查成果圖提取出研究區(qū)旱地范圍，根據(jù)遙感影像判讀基巖裸露率，結(jié)合土壤圖、地質(zhì)圖等資料進(jìn)行石漠化等級(jí)解譯，輔以GPS實(shí)地調(diào)查建立安順市旱地巖溶石漠化數(shù)據(jù)庫。石漠化等級(jí)根據(jù)《巖溶地區(qū)水土流失綜合治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中石漠化等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)[13]。疊加地質(zhì)圖和地形圖生成的坡度圖追加圖斑坡度屬性和巖性。研究采用坡度6級(jí)分類體系，分別為：0°～5°為第1級(jí)；5° ～8°為第2級(jí)；8°～15°為第3級(jí)；15°～25°為第4級(jí)；25°～35°為第5級(jí)；> 35°為第6級(jí)。運(yùn)用ArcGIS10.2對(duì)其進(jìn)行空間分析與密度計(jì)算，利用統(tǒng)計(jì)分析功能對(duì)旱地面積隨坡度變化及其空間分布特征進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 安順市旱地狀況

安順市旱地總面積為2199.02 km2，其中西秀區(qū)旱地面積最大，為467.21 km2，紫云縣次之，為424.26 km2，關(guān)嶺縣最小，為298.02 km2。從全市旱地的坡度構(gòu)成看，旱地在第1坡度級(jí)0°～ 5°的范圍內(nèi)面積最大，占旱地總面積的37.61%，這主要因?yàn)榘岔樖?°～ 5°的坡度范圍內(nèi)的土地面積最大，且該坡度級(jí)水土流失微弱, 土層較厚，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的理想地區(qū)。15°～25°的坡度范圍內(nèi)次之，占旱地總面積的20.54%。由于安順市5°～ 8°的坡度范圍內(nèi)的國土面積最小，故該坡度范圍內(nèi)旱地面積也最小，僅為43.82 km2(表1)。安順市大于25°的旱地面積達(dá)708.02 km2，占旱地總面積的32.2%，這些區(qū)域陡坡耕作極易引起水土流失導(dǎo)致石漠化發(fā)生，需要加強(qiáng)退耕還林還草。

表1 安順市旱地面積(km2)

將安順市各坡度等級(jí)下的土地構(gòu)成與各坡度等級(jí)下的旱地構(gòu)成進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)土地的坡度構(gòu)成與旱地不完全一致。25°-35°土地面積最大，該坡度下的旱地面積占全市旱地總量17.00%，第1坡度級(jí)土地面積占全市的22.67%，旱地面積占全市的37.61%。由于巖溶區(qū)的坡耕地實(shí)施退耕還林工程，使得大部分坡度較大的旱地退耕成其他地類，全市> 15°的坡度范圍內(nèi)，旱地面積隨坡度增大而小幅減少。

運(yùn)用核密度分析發(fā)現(xiàn)安順市旱地地塊有如下集聚特征(圖2)，安順市北部峰叢洼地區(qū)域和南部山地峽谷區(qū)域旱地形成的較大規(guī)模高密度聚集區(qū)，具體為：平壩縣北部坡度平緩的片區(qū)，及鎮(zhèn)寧縣南部坡度大的片區(qū)；中部丘陵平地區(qū)域旱地形成較小規(guī)模高密度聚集區(qū)，具體為：西秀區(qū)與平壩縣的交界處、西秀區(qū)與普定縣的交界處、紫云縣中部和南部片區(qū)。

圖1 安順市坡度分級(jí)

圖2 安順市旱地核密度分布圖

3.2 旱地巖性分布特征

對(duì)安順市巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)的旱地面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)旱地與坡度的關(guān)系及旱地分布差異。由表2可知，安順市旱地中，巖溶區(qū)旱地面積為1718.18 km2，占旱地總面積的78.13%，占耕地的比例為56.78%。非巖溶區(qū)中的旱地面積為480.84 km2，占旱地總面積的21.87%，占耕地的比例為65.32%。安順市旱地主要分布于巖溶區(qū)，非巖溶區(qū)旱地在耕地中的占比稍大于巖溶區(qū)。巖溶區(qū)旱地中，0°～ 5°的坡度范圍內(nèi)的旱地面積最大，為716.71 km2，占巖溶區(qū)旱地總面積的41.71%。非巖溶區(qū)旱地主要分布于0°～ 5°、15°～ 25°和25°～ 35°三個(gè)坡度范圍內(nèi)，面積分別為：120.98 km2、121.89 km2和133.03 km2。非巖溶區(qū)旱地在各坡度范圍內(nèi)的構(gòu)成情況與各坡度的土地構(gòu)成情況相似。

表2 不同坡度等級(jí)的巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)旱地面積(km2)

圖3 安順市巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)旱地面積與坡度關(guān)系

從面積看，各坡度巖溶區(qū)旱地面積均大于非巖溶區(qū)旱地面積，受保水性影響，巖溶區(qū)耕地以旱地為主。從巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)旱地與坡度的關(guān)系看(圖3)，在坡度<25°范圍內(nèi)，巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)旱地面積隨坡度變化一致，旱地面積占比均隨坡度的增加而急劇減少后緩慢增加。在坡度>25°范圍內(nèi), 巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)旱地面積隨坡度變化剛好相反。非巖溶區(qū)旱地面積先隨坡度的增大而增加而后減少，而巖溶區(qū)旱地面積先隨坡度的增加而減少而后增加。

3.3 安順市旱地石漠化特征

3.3.1 石漠化與非石漠化旱地差異分析

安順市石漠化旱地面積為412.95 km2，占巖溶區(qū)旱地總面積的24.03%。從坡度構(gòu)成看，石漠化旱地在第1、4、5、6四個(gè)坡度級(jí)的面積占比均達(dá)到20%以上，說明安順市石漠化旱地在平緩、緩坡與陡坡地帶均有分布。其中，坡度> 35°的第6坡度級(jí)旱地面積最大，為119.19 km2，占石漠化旱地總面積的28.86%。且平緩地帶石漠化旱地占比較大，僅次于坡度> 35°的陡坡地帶。而非石漠化旱地主要分布在第1坡度級(jí)，0°～ 5°坡度范圍內(nèi)，面積為621.3 km2，占非石漠化旱地總面積的47.60%(表3)。

表3 安順市巖溶區(qū)不同坡度等級(jí)的石漠化與非石漠化旱地面積(km2)

圖4 安順市巖溶區(qū)石漠化與非石漠化旱地與坡度的關(guān)系

從面積看，各坡度石漠化旱地面積均小于非石漠化旱地面積。從石漠化與非石漠化旱地面積與坡度的關(guān)系看(圖4)，在坡度<25°范圍內(nèi)，石漠化與非石漠化旱地面積隨坡度變化一致，并與巖溶區(qū)及非巖溶區(qū)旱地面積隨坡度變化一致，旱地面積均隨坡度的增加而急劇減少后緩慢增加，即在0°- 5°的坡度范圍內(nèi)石漠化與非石漠化旱地面積均較大，這主要是由于0°- 5°的坡度范圍內(nèi)更便于耕作，早期石漠化治理大多關(guān)注于坡耕地的整治，但該坡度范圍內(nèi)的石漠化旱地也應(yīng)引起重視。在坡度> 15°的區(qū)域，石漠化旱地的面積隨坡度的增加而增大，非石漠化旱地的面積隨坡度的增加而減小。

分別對(duì)安順市巖溶區(qū)石漠化旱地與非石漠化旱地的聚集情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)(圖5和圖6)，安順市石漠化旱地分布廣而零散，高密度聚集規(guī)模小且分布零散，全市高、中等密度聚集片區(qū)在安順市中部呈現(xiàn)由北至南條帶狀分布。同時(shí)，平壩縣西北部和紫云縣東南部也有較大規(guī)模高、中等密度聚集片區(qū)。非石漠化旱地中有多個(gè)高等密度集聚片區(qū)連片分布于安順市北部，即西秀區(qū)和平壩縣與普定縣交界地區(qū)，安順市其他地區(qū)形成若干中等及低等密度片區(qū)即關(guān)嶺縣、紫云縣與鎮(zhèn)寧縣，這主要由于這三個(gè)縣的山地區(qū)占比均大于50%，山間平壩區(qū)占比均小于10%，故旱地斑塊較為破碎、分布較為零散。

圖5 安順市巖溶區(qū)石漠化旱地核密度分布圖

圖6 安順市巖溶區(qū)非石漠化旱地核密度分布圖

3.3.2 石漠化旱地分析

安順市石漠化中紫云縣石漠化旱地面積最大，為161.33 km2，平壩縣最小，為17.89 km2。分石漠化等級(jí)看，輕度石漠化旱地面積為262.89km2，占旱地總量的15.30%，中度石漠化旱地面積占旱地總量的6.17%，重度石漠化旱地面積占旱地總量的2.56%。由此可見，輕度石漠化旱地面積最大，占石漠化旱地比重最大，且分布廣泛，若不加以控制，極有可能進(jìn)一步發(fā)展成更高的石漠化等級(jí)。綜上，全市紫云縣旱地石漠化發(fā)生率最高，平壩縣最低。旱地的輕度石漠化發(fā)生率最高，重度石漠化發(fā)生率最低。石漠化旱地面積隨石漠化等級(jí)的增加而減少(表4)。

表4 安順市不同等級(jí)石漠化旱地面積(km2)

分坡度看，安順市坡度> 5°的區(qū)域內(nèi)，石漠化旱地發(fā)生率隨坡度的增加而增大，坡度> 35°的區(qū)域內(nèi)旱地的石漠化發(fā)生率最高，為45.88%，紫云縣坡度>25°的旱地面積遠(yuǎn)高于其他區(qū)縣，紫云縣石漠化發(fā)生率最高。綜上，坡度越大，旱地越容易發(fā)生石漠化。由表5可知，第1坡度級(jí)范圍內(nèi)的石漠化旱地面積為95.41 km2，大于第4坡度級(jí)的石漠化旱地面積。因此，雖然第1坡度級(jí)的石漠化旱地發(fā)生率低，但安順市第1坡度級(jí)的旱地面積占比也較大，應(yīng)該引起重視(表5)。

表5 安順市不同坡度下石漠化旱地

從各坡度級(jí)內(nèi)石漠化等級(jí)構(gòu)成看，各坡度級(jí)范圍內(nèi)旱地的石漠化等級(jí)構(gòu)成差異不大，均為輕度石漠化旱地>中度石漠化旱地>重度石漠化旱地，但隨著坡度增加，中強(qiáng)度石漠化比例增大，輕、中、強(qiáng)度石漠化旱地比例差距越來越小。從各石漠化程度內(nèi)坡度構(gòu)成看，輕度石漠化旱地隨坡度階梯變化不大，但隨石漠化等級(jí)的增加，坡度> 35°的旱地比例增大，即隨石漠化等級(jí)增加，第6坡度級(jí)旱地與其他坡度級(jí)旱地的比例差距越來越大(圖7)。

圖7 安順市不同坡度級(jí)下的旱地石漠化等級(jí)構(gòu)成

各石漠化等級(jí)的旱地集聚特征如圖8所示，安順市輕度石漠化旱地高密度集聚區(qū)在各區(qū)縣均有分布，但集聚規(guī)模小。說明全市輕度石漠化旱地面積大、分布廣而分散。中度石漠化旱地高密度聚集區(qū)主要分布在安順市中部(西秀區(qū)與普定縣、鎮(zhèn)寧縣、紫云縣交界處)、紫云縣東南部，且聚集規(guī)模較輕度石漠化旱地集聚規(guī)模大。重度石漠化旱地高密度聚集區(qū)主要分布于西秀區(qū)西北部，鎮(zhèn)寧縣、紫云縣與西秀區(qū)交界處，及紫云縣東南部。集聚規(guī)模與中度石漠化旱地相似。說明中度和重度石漠化旱地面積雖較輕度石漠化旱地面積小，但具有明顯集聚特征，且二者集聚狀況相似。

圖8 安順市石漠化旱地核密度分布圖

4 結(jié)論

本文以安順市作為研究區(qū)域，運(yùn)用空間疊加分析與核密度分析方法，從坡度與石漠化等級(jí)角度，發(fā)現(xiàn)安順市旱地的石漠化具有如下特征：

(1)安順市旱地總面積為2199.02 km2，主要分布在巖溶區(qū)，占旱地總面積的78.13%，各坡度級(jí)巖溶區(qū)旱地面積均大于非巖溶區(qū)，其中0°- 5°的坡度范圍內(nèi)的面積最大，占旱地總面積的37.61%，且在東北部和西南部分布最為密集。

(2)安順市石漠化旱地面積為412.95 km2，占巖溶區(qū)旱地總面積的24.03%。在平緩、緩坡與陡坡地帶均有分布。且平緩地帶石漠化旱地占比較大，僅次于坡度> 35°的陡坡地帶。在坡度> 15°的區(qū)域，石漠化旱地的面積隨坡度的增加而增大，非石漠化旱地的面積隨坡度的增加而減小。全市石漠化旱地密集分布在安順市中部，呈現(xiàn)由北至南的條帶狀。

(3)安順市石漠化旱地中，石漠化旱地面積隨石漠化等級(jí)的增加而減少。輕度石漠化有262.89km2，重度石漠化旱地有44.03 km2。各坡度級(jí)范圍內(nèi)旱地的石漠化等級(jí)構(gòu)成差異不大，均為輕度石漠化旱地>中度石漠化旱地>重度石漠化旱地。但隨著坡度增加，中強(qiáng)度石漠化比例增大，隨坡度> 35°的旱地比例增大，輕、中、強(qiáng)度石漠化旱地比例差距越來越小，說明隨著坡度等級(jí)增加，旱地發(fā)生高等級(jí)石漠化風(fēng)險(xiǎn)增強(qiáng)，安順市應(yīng)對(duì)> 25°的旱地加強(qiáng)退耕還林治理。