丹江口庫區(qū)石漠化特征及成因分析

楊妍妨 程洋 王永

摘要：丹江口水庫作為國家南水北調(diào)中線工程的水源地，其良好的水質(zhì)狀態(tài)，是南水北調(diào)中線工程成功的關(guān)鍵所在。以高分辨率遙感數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，獲取了水源區(qū)和庫區(qū)石漠化空間分布特征，其中庫區(qū)石漠化主要分布于南水北調(diào)渠首所在地的河南省淅川縣境內(nèi)，總面積約327.59 km2，發(fā)生率23.11%（為水源區(qū)的5.7倍）。通過實地調(diào)查，結(jié)合地質(zhì)特征，按照主控因素建立了庫區(qū)石漠化的3種典型模式：人類活動形成的石漠化、自然條件形成的石漠化、自然條件主導(dǎo)下人類活動加劇形成的石漠化;同時分析認(rèn)為地質(zhì)條件是丹江口庫區(qū)石漠化形成的物質(zhì)基礎(chǔ)、自然氣候是石漠化形成的背景因素、人類活動是石漠化形成的動力條件。該石漠化特征模式和成因的提出，可為庫區(qū)石漠化治理、生態(tài)修復(fù)提供依據(jù)，對其他巖溶地區(qū)石漠化成因模式的建立具有重要參考作用。

關(guān) 鍵 詞：石漠化; 自然條件; 人類活動; 丹江口庫區(qū)

中圖法分類號： S157

文獻標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.05.016

0 引 言

石漠化是指在熱帶、亞熱帶濕潤、半濕潤氣候條件和巖溶及其發(fā)育的自然背景下，受人為活動干擾，地表植被遭受破壞，造成土壤侵蝕程度嚴(yán)重、基巖大面積裸露、土地退化的表現(xiàn)形式，是造成水土流失、水源喪失、河流泥沙含量增加的重要原因，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和河流水質(zhì)[1-5]。丹江口水庫作為國家南水北調(diào)中線工程的水源地，其良好的水質(zhì)狀態(tài)，是南水北調(diào)中線工程成功的關(guān)鍵所在。20世紀(jì)90年代開始，國家針對丹江口庫區(qū)及上游地區(qū)開展了一系列水污染防治和水土保持重點防治工作[6-9]和研究[10-14]，對石漠化嚴(yán)重地區(qū)采取封山育林、人工造林、草地建設(shè)等植被恢復(fù)措施[15-19]，限制土地過度開發(fā)，有效遏制了石漠化問題的加重，丹江口水庫的水質(zhì)和庫區(qū)及上游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境得到顯著改善[20-22]。

《丹江口庫區(qū)及上游水污染防治和水土保持“十三五”規(guī)劃》[9]指出，隨著中線工程配套設(shè)施的完善，中線供水已成為京津兩市城區(qū)的主要飲用水源，對水質(zhì)、水量保障和風(fēng)險防控提出了更高的要求，而丹江口庫區(qū)及上游部分區(qū)域仍存在不同程度水土流失、石漠化等問題。2014～2015年河南省完成的首次石漠化監(jiān)測結(jié)果也顯示，南水北調(diào)渠首所在的淅川縣石漠化土地面積占全省石漠化土地面積的46.73%、潛在石漠化土地面積占全省潛在石漠化土地總面積的52.61%，均為全省第一，石漠化問題直接威脅水庫水質(zhì)安全[23]。除了繼續(xù)開展水污染防治和水土保持工作，更深層次的石漠化調(diào)查與治理工作也亟待進行。本文依托中國地質(zhì)調(diào)查局“國土空間開發(fā)適宜性地質(zhì)調(diào)查與評價”工程下屬“南方石漠化重點區(qū)綜合地質(zhì)調(diào)查與評價”項目任務(wù)，對丹江口庫區(qū)及上游地區(qū)開展了石漠化遙感地質(zhì)調(diào)查研究，獲取了丹江口庫區(qū)及上游地區(qū)的石漠化空間分布特征、庫區(qū)石漠化實地特征及成因模式，厘清庫區(qū)石漠化與地質(zhì)的關(guān)系，成果可為南水北調(diào)中線工程水源地的石漠化治理、生態(tài)修復(fù)和保護提供地質(zhì)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

丹江口水庫位于長江一級支流漢江的中下游，橫跨于湖北省丹江口市北部和河南省淅川縣南部的廣闊地區(qū)，水源多來自漢江及其支流丹江。丹江口水庫淹沒范圍稱為丹江口庫區(qū)（以下簡稱“庫區(qū)”），主要涉及河南省南陽市淅川縣、鄧州市，湖北省十堰市張灣區(qū)、芽箭區(qū)、鄖陽區(qū)、丹江口市（含武當(dāng)山特區(qū)）、鄖西縣，共7個縣（市、區(qū)）[8]，庫區(qū)及其周邊地貌類型主要為丘陵，山中的溝、岔分布相對廣泛。氣候?qū)儆诒眮啛釒Ъ撅L(fēng)型大陸性氣候，四季分明，雨量充沛，降雨特征主要表現(xiàn)為西多、東少，山區(qū)多、丘陵和平原區(qū)少[24]。據(jù)地質(zhì)資料知，庫區(qū)巖溶區(qū)面積約0.14萬km2。

由丹江口庫區(qū)及上游地區(qū)組成的南水北調(diào)中線工程水源區(qū)（以下簡稱“水源區(qū)”），地理位置為31°20′～34°10′N，106°～112°E，包括陜西省、四川省、重慶市、甘肅省、湖北省和河南省，總面積 9.52萬 km2[9，11]。水源區(qū)整體位于秦巴山區(qū)，總體地勢由西北向東南傾斜，主要的地貌單元包括部分秦嶺南坡、伏牛山南坡、米倉山北坡、大巴山北坡、神農(nóng)架北坡及其間的盆地、低山丘陵，以及東側(cè)的部分南陽盆地及周邊山地[25]，屬于北亞熱帶季風(fēng)區(qū)的溫暖半濕潤氣候，四季分明，降水分布不均，立體氣候明顯。據(jù)地質(zhì)資料知，水源區(qū)巖溶區(qū)面積約2.20萬km2。

2 石漠化現(xiàn)狀

本文以2018年高分一號16 m分辨率遙感數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，結(jié)合“DD2004-02區(qū)域環(huán)境地質(zhì)調(diào)查總則”和相關(guān)石漠化遙感解譯類型分級的劃分標(biāo)準(zhǔn)[26-28]，對庫區(qū)和水源區(qū)巖溶石漠化進行人機交互解譯，按照無石漠化（巖石裸露程度<30%）、輕度石漠化（巖石裸露程度30%～50%）、中度石漠化（巖石裸露程度50%～70%）、重度石漠化（巖石裸露程度>70%）的劃分等級依據(jù)，獲取了庫區(qū)和水源區(qū)的石漠化空間分布特征（分別見圖2和表1）。

水源區(qū)面積為21 955.91 km2的巖溶區(qū)中，石漠化總面積888.74 km2，發(fā)生率4.05%，呈點狀、帶狀零星分布于漢中市、安康市等人類活動劇烈區(qū)和東部丹江口水庫附近，其中中度和重度石漠化占比1.33%;庫區(qū)面積為1 417.59 km2的巖溶區(qū)中，石漠化面積327.59 km2，發(fā)生率23.11%，為水源區(qū)的5.7倍，其中中度和重度石漠化占比11.88%，為水源區(qū)的8.9倍，集中發(fā)生于庫區(qū)北部、南水北調(diào)渠首所在地的河南省淅川縣境內(nèi)。相比于同期西南8省15.85%的石漠化發(fā)生率，庫區(qū)石漠化問題尤為突出，隨之而來的基巖裸露、植被退化、水土流失等也將直接威脅庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境和水質(zhì)安全，影響不容小覷。

3 石漠化實地特征

針對庫區(qū)較為嚴(yán)峻的石漠化現(xiàn)狀，項目開展了以庫區(qū)為單位的整體性實地調(diào)查（見圖3）。本文根據(jù)遙感解譯及實地特征，按照主控因素建立了庫區(qū)3種地質(zhì)背景下的石漠化模式：自然條件形成的石漠化、人類活動形成的石漠化、自然條件主導(dǎo)下人類活動加劇形成的石漠化。

3.1 自然條件形成的石漠化

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，庫區(qū)多處巖溶緩坡高程低、坡度小，為適宜人類耕種的自然地貌。但因巖性和斷層、褶皺構(gòu)造的影響，山谷土層厚、土質(zhì)好，植被茂密;而山脊灰?guī)r質(zhì)地堅硬，成土速率慢，土壤較薄且不連續(xù)，大量基巖裸露，自然條件下植被以低矮荒草為主，飛播造林成活率低，植被覆蓋度低于50%，遙感影像為條帶狀灰白色，呈現(xiàn)出典型的巖溶石漠化特征（見圖4）。如紫荊關(guān)-寺灣-老城-香花大斷裂北側(cè)的黑魚溝村一帶，沿谷地發(fā)育互相切割的兩條小型斷層，斷層交叉部位存在小型牽引褶皺，實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)該處石漠化受到了巖性和地質(zhì)構(gòu)造的綜合控制：斷層谷地植被茂密，為人類利用的耕地;而在山脊則為致密堅硬的灰?guī)r，土壤薄，基巖大面積裸露，植被以荒草為主，人工種植的松樹難以成活，為中-重度石漠化。因而，認(rèn)為地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造在一定程度上控制石漠化的發(fā)育，并將這種純自然條件導(dǎo)致適宜人類利用地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢衫?、且基巖裸露的現(xiàn)象也定義為石漠化，建立自然條件形成石漠化的模式。

3.2 人類活動形成的石漠化

楊洞堡向斜北翼西端的山脊附近（河南淅川縣柴溝村一帶），在遙感影像上呈現(xiàn)灰白色，大量基巖裸露，解譯為石漠化;實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域為人工開荒種植核桃樹，出現(xiàn)大量基巖裸露為中-重度石漠化現(xiàn)象;在開荒較早的區(qū)域，核桃樹枝葉密閉，呈現(xiàn)典型的林下石漠化現(xiàn)象，見圖5（a）。丹江斷裂北側(cè)（湖北丹江口市北溝村一帶）沿谷地及兩側(cè)緩坡，遙感影像呈現(xiàn)局部灰白色，基巖裸露嚴(yán)重，實地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)該區(qū)域為碳酸鹽巖夾碎屑巖區(qū)，人工種植柑桔樹，柑桔樹樹齡較短，人類翻土、施肥、養(yǎng)護等活動使得柑桔種植區(qū)的水土流失嚴(yán)重、基巖裸露明顯，形成石漠化，見圖5（b）。除此之外，因庫區(qū)人地關(guān)系緊張、耕地資源稀缺，人類因生活所需在巖溶谷地和緩坡上種植的小麥、蔬菜等活動，均對自然狀況進行擾動，這種人類活動造成的石漠化是丹江口庫區(qū)石漠化的主要原因之一。

3.3 自然條件主導(dǎo)下人類活動加劇形成的石漠化

如圖6所示，研究區(qū)還存在以自然條件為主導(dǎo)、人類活動加劇形成的石漠化現(xiàn)象：楊山村背斜南翼地區(qū)（湖北省襄陽市與河南省南陽市交界區(qū)域），在遙感影像上可見陽坡與陰坡色調(diào)差異較大，陽坡大量基巖裸露，植被稀缺，呈中-重度石漠化影像特征;陰坡植被以喬灌為主，長勢良好，覆蓋度達80%以上。實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，陽坡適宜龍須草（當(dāng)?shù)卮迕竦囊环N經(jīng)濟作物，形似荒草）生長，每年收割時植被遭受破壞，導(dǎo)致大量基巖裸露，出現(xiàn)石漠化現(xiàn)象;陰坡熱量不足，不適宜種植龍須草，為自然生長的喬灌，無石漠化現(xiàn)象。這種以自然條件為主導(dǎo)、人類活動加劇形成石漠化的模式，主要分布于在丹江庫段南部，以楊山村、雷莊村最為典型。

4 石漠化成因分析

整體來看，地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、坡度、土壤、光照、熱量、人類活動等多種因素的綜合影響造就了丹江口庫區(qū)的石漠化現(xiàn)狀。本文將其原因歸納為，地質(zhì)條件是石漠化形成的物質(zhì)基礎(chǔ)、自然氣候是石漠化形成的背景因素、人類活動是石漠化形成的動力條件。

4.1 地質(zhì)條件是石漠化形成的物質(zhì)基礎(chǔ)

丹江口庫區(qū)地史上多期次的構(gòu)造運動致使庫區(qū)褶皺、斷裂發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地勢起伏不平，為石漠化提供了動力潛能。隨著坡度的增加，坡面徑流加快，坡面上的土壤穩(wěn)定性降低，水土流失加劇，使得地形起伏大、坡度高的地段石漠化相對嚴(yán)重，而地形相對平緩的溝谷地段石漠化相對較輕。在巖性方面，碳酸鹽巖層形成1 cm土壤大概需要2 500～8 500 a[29-30]，成土十分困難。區(qū)內(nèi)普遍可見山谷土層厚、土質(zhì)好，植被茂密;而山脊灰?guī)r質(zhì)地堅硬，成土速率慢，土壤較薄且不連續(xù)，大量基巖裸露，自然條件下植被以低矮荒草為主，飛播造林成活率低的情況。加之區(qū)內(nèi)高角度斷層的切割和牽引下，坡面出露的堅硬燧石條帶彎曲、錯動，使得坡面土壤分布斷續(xù)，在雨水的沖刷下更加難以保存，碳酸鹽巖大面積出露，為丹江口庫區(qū)石漠化的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。這種自然形成的石漠化不可逆轉(zhuǎn)，很難向西南巖溶地區(qū)一樣通過種植火龍果、花椒、金銀花等經(jīng)濟作物而得到顯著治理。

4.2 自然氣候是石漠化形成的背景因素

丹江口庫區(qū)氣候?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)型大陸性氣候，四季分明，雨量充沛，雨水常年侵溶沖刷地表，這為水土流失的發(fā)生提供了充足的外動力;加之干旱季節(jié)時蒸發(fā)量大于降水量，植被缺乏。丹江口庫區(qū)巖溶地貌以巖溶丘陵為主，光照、熱量充足的陽面坡因適宜種植作物而遭受嚴(yán)重的人類活動干擾，石漠化發(fā)生率極高;陰面坡光熱條件相對較差，反而得以自然生長出茂密的植被，石漠化發(fā)生率大幅降低，整體來講，雨熱條件不均勻的自然氣候是丹江口庫區(qū)石漠化形成的背景因素。

4.3 人類活動是石漠化形成的動力條件

庫區(qū)人地關(guān)系緊張、耕地資源稀缺，亂砍濫伐、過度放牧、開墾耕種等人類活動不可避免地促進了石漠化的發(fā)生和加重。在丹江庫區(qū)東北部，人類在土壤斷續(xù)且薄的丘陵草甸上放牧的現(xiàn)象隨處可見，即便在土層厚實的山谷區(qū)，植被也以低矮荒草為主，過度放牧不可避免地擾動土壤、毀壞植被、增加地表粗糙度，加速水土的流失，加劇石漠化的發(fā)生;在溶丘陽面坡種植龍須草或蔬菜、在石漠化區(qū)種植幼齡柑橘、核桃樹等，因常年的施肥、養(yǎng)護等活動不斷干擾土壤，廣種薄收，土地生產(chǎn)力下降，加劇了石漠化的發(fā)生。因而過度放牧和耕種等人類活動是丹江口庫區(qū)石漠化形成的動力條件。

5 結(jié)論與建議

在內(nèi)外因素的綜合影響下，丹江口庫區(qū)石漠化發(fā)生率為水源區(qū)的5.7倍，石漠化問題十分突出。本文通過高分辨率遙感解譯與實地調(diào)查，按照主控因素建立了庫區(qū)石漠化的3種典型特征模式，包括：① 自然條件形成的石漠化，即為地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等自然因素導(dǎo)致適宜人類利用地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢衫?、且基巖裸露而出現(xiàn)石漠化的現(xiàn)象，以山脊灰?guī)r質(zhì)地堅硬，成土速率慢，土壤較薄且不連續(xù)，自然植被低矮，植被覆蓋度低為特征;② 人類活動形成的石漠化，表現(xiàn)在幼齡核桃、柑桔種植區(qū)的翻土、施肥、養(yǎng)護等人類活動形成的中-重度石漠化、林下石漠化和因農(nóng)作物耕作區(qū)的過度開墾、擾動至水土流失形成石漠化;③ 自然條件主導(dǎo)下人類活動加劇形成的石漠化，是前兩者的綜合，表現(xiàn)為楊山村、雷莊村等地出現(xiàn)的陰坡植被茂密、多樣，無石漠化，而陽坡在人工種植龍須草等經(jīng)濟作物后基巖裸露形成輕度石漠化。丹江口庫區(qū)石漠化的成因中，地質(zhì)條件是石漠化形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，自然氣候是石漠化形成的背景因素，人類活動是石漠化形成的動力條件。

目前，種植柑橘、核桃林等果樹是解決經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)保護之間矛盾的有效辦法之一，但是仍然存在上部樹林枝繁葉茂、下部基巖嚴(yán)重裸露的林下石漠化現(xiàn)象，今后應(yīng)予以關(guān)注。此外，建議根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件和人類活動特征，因地制宜，開展針對性調(diào)查和治理。

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（編輯：黃文晉）

Rocky desertification characteristics in Danjiangkou Reservoir area and cause analysis

YANG Yanfang，CHENG Yang，WANG Yong

（Key Laboratory of Karst Ecosystem and Treatment of Rocky Desertification，Institute of Karst Geology，Guilin 541004，China）

Abstract：

Danjiangkou Reservoir is the water source of the middle route of South-to-North Water Diversion Project.Keeping the water quality in good condition is the key to ensuring the success of the project.In this paper，the high resolution remote sensing data was used as the data source to obtain the spatial distribution characteristics of karst rocky desertification in the water source area and reservoir area.Karst rocky desertification in the reservoir area was mainly distributed in Xichuan County，Henan Province，with a total area of 327.59 km2.The incidence rate was 23.11%，which was 5.7 times that of the water source area.Based on field investigation and geological characteristics，three typical modes of rocky desertification in the reservoir area were established according to the main controlling factors，which were rocky desertification caused by human activities，rocky desertification caused by natural conditions and rocky desertification caused by intensified human activities led by natural conditions.It was pointed out that for the rocky desertification in Danjiangkou Reservoir area，the geological setting was a material basis，the climate condition was a background，and the human activity was a dynamic source.The proposed mode of rock desertification characteristics and its cause can provide a basis for rock desertification control and ecological restoration in the reservoir area，and provide an important reference for the establishment of rock desertification cause modes in other karst areas.

Key words：

rocky desertification;natural condition;human activities;Danjiangkou Reservoir area