黔中白云巖石漠區(qū)小流域土地利用變化及生態(tài)效益

楊光能, 張 喜, 薛建輝, 吳永波, 侯貽菊, 崔迎春, 舒德遠

(1.貴州省林業(yè)科學研究院, 貴陽 550005; 2.南京林業(yè)大學, 南京 210037)

喀斯特石漠化是在巖溶地質(zhì)環(huán)境背景下，受自然因素及人類活動的綜合影響，植被結構發(fā)生變化導致地表土壤流失、下覆碳酸鹽巖石裸露，地貌呈現(xiàn)類似荒漠化景觀的土地退化過程[1]，是我國西南地區(qū)重大生態(tài)環(huán)境問題之一。2006年國家啟動巖溶地區(qū)石漠化綜合治理工程[2-3]，重點解決喀斯特石漠區(qū)水土[4-6]耦合機理、治理途徑及模式[7]，西南喀斯特部分地區(qū)的土地利用結構及植被覆蓋率發(fā)生了較大改變[8]，其中退耕還林工程的貢獻率較高[9]。石漠化類型及程度和母巖性質(zhì)有明顯的相關性[10]，由石灰?guī)r組發(fā)育的顯性石漠化基巖裸露面積大，小生境類型多樣，重視程度高，治理途徑及模式較為成熟[7]；由白云巖組發(fā)育的隱性石漠化基巖裸露面積小，母巖物理崩解高于化學溶解，地表堆積物相對連續(xù)，土壤石礫量高，是較易被忽視、植被恢復較為困難的類型，成為石漠化綜合治理的難點。石漠化綜合治理主要以小流域[2-3,11-12]為單位，在氣象干旱和水文干旱關聯(lián)性[13]、土地利用演變和石漠化分布格局[14]、植被恢復中的樹種選擇[15]、生物炭施用對土壤微生物[16]及種子萌發(fā)[17]的影響、石漠化綜合治理生態(tài)效益評價等[12]方面已有部分研究。利用不同時期遙感圖像信息[11,18-19]和實地斑塊調(diào)查結合的方法分析白云巖石漠化小流域及不同植被恢復模式的植被類型及動態(tài)變化，提取相關指標分析主要生態(tài)效益[12]變化的研究還未見報道。

本文在國家重點研發(fā)計劃課題[15,20]資助下，結合貴州省2015年啟動的石漠化綜合治理工程，在2個相似生物氣候背景的不同白云巖組石漠化綜合治理小流域內(nèi)選擇一級支流建立研究區(qū)，分析土地利用結構及植被類型變化、不同研究區(qū)及植被恢復模式的主要生態(tài)效益指標動態(tài)變化過程，總結相似生物氣候不同白云巖組石漠化小流域綜合治理工程中植被恢復模式的效應差異性，為石漠化綜合治理提供新的理論依據(jù)及示范案例。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

普定縣城關鎮(zhèn)沙灣小流域(26°17′30″—26°22′35″N，105°43′25″—105°48′41″E，面積為35.47 km2，海拔范圍1 100～1 450 m)和凱里市凱棠鎮(zhèn)小河小流域(26°40′1″—26°46′15″N，108°3′41″—108°9′24″E，面積為44.47 km2，海拔范圍560～1 100 m)同屬巖溶高原石漠化綜合治理區(qū)[2]，為貴州省2015年啟動的巖溶地區(qū)石漠化綜合治理小流域。沙灣小流域?qū)贋踅饔?，年平均氣溫?5.1℃，年平均降雨量為1 396.9 mm，山地多，壩地少，為山原峰叢洼地地貌，灰質(zhì)白云巖分布廣泛，其次為白云巖和泥質(zhì)砂巖等，其中耕地面積占37.1%、林地面積占46.6%、草地面積占6.0%。小河小流域?qū)偾逅饔?，年平均氣溫?5.7℃，年平均降雨量為1 234.5 mm，河流切割顯著，相對高差較大，為低山地貌，礫質(zhì)白云巖分布廣泛，其次為石灰?guī)r和碎屑沉積巖等，其中耕地占41.41%、林地占49.71%、草地占2.05%。2個小流域同屬亞熱帶季風氣候區(qū)及潛度—輕度石漠區(qū)，沙灣小流域重度石漠化面積占相當比例(表1)，自然地理和社會經(jīng)濟主要指標存在一定差異，在2縣(市)有較高的代表性。

表1 不同研究區(qū)所在小流域生態(tài)環(huán)境及社會經(jīng)濟主要指標對比

1.2 治理原則與主要治理模式

2個小流域土地利用類型相對完備，具備一般石漠化小流域中“山—水—林—草—田—路”一體化的基本特征。石漠化綜合治理實施方案遵循以小流域為設計及治理單元，因地制宜、綜合治理，預防為主、全面規(guī)劃、綜合防治，經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益相統(tǒng)一，把石漠化綜合防治和農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整、替代產(chǎn)業(yè)培植、脫貧解困、農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展及新農(nóng)村建設相結合，堅持全民參與和先進科技成果支撐，依法依規(guī)防治和治理成效保護。

石漠化綜合治理工程措施中(表2)，沙灣小流域和小河小流域封山育林模式面積占治理總面積的71.00%，65.58%，生態(tài)修復模式中防護林營造工程面積的相應值為1.09%，13.43%，蓄水池和機耕道建設比例不同，其中小河小流域草地畜牧業(yè)模式面積比例為33.33%，沙灣小流域生態(tài)修復模式中經(jīng)濟林營造面積比例為15.57%。2個小流域石漠化綜合治理重在林草地植被恢復，輔以部分工程措施。

表2 不同研究區(qū)所在小流域石漠化綜合治理主要模式及參數(shù)

課題實施中結合石漠化綜合治理工程建設、參與技術支撐與服務，研發(fā)、中試和引進了系列先進技術。(1) 封山育林模式中，引入石漠化山地生態(tài)恢復限制因子辨識技術、林分結構優(yōu)化配置及可持續(xù)收獲技術、森林植被與生態(tài)功能恢復技術等；(2) 生態(tài)修復模式(包括防護林和經(jīng)濟林營造、草地畜牧業(yè)建設)中，引入石漠化山地生態(tài)恢復限制因子辨識技術、適宜造林(種草)植物篩選技術、輕型基質(zhì)育苗技術、生物材料覆蓋技術、生物炭基肥施用技術、林分結構優(yōu)化配置及可持續(xù)收獲技術、人工植被群落穩(wěn)定性和生態(tài)效益評價技術等。

在2個小流域的一級支流內(nèi)，選擇面積相近的研究區(qū)(二級小流域)進行主要模式實施效應及主要生態(tài)效益指標動態(tài)分析，即普定研究區(qū)(108°4′32″—108°6′28″E，26°43′27″—26°45′3″N，面積為3.48 km2)和凱里研究區(qū)(105°43′33″—105°45′34″E，26°19′55″—26°21′13″N，面積為4.77 km2)，2個研究區(qū)涵蓋了相應小流域石漠化綜合治理的主要治理措施，具有一定代表性及示范效應。

1.3 資料收集

凱里市和普定縣所在研究區(qū)的10 000地形圖和當?shù)厝嗣裾u審通過的《巖溶石漠化綜合治理實施方案(2015—2017)》由2縣(市)林業(yè)部門提供，2個研究區(qū)2016年和2020年底Landsat8_OLI影像和Google Earth影像(Landsat8_OLI影像從地理空間數(shù)據(jù)云獲取，利用91衛(wèi)圖軟件下載Google Earth影像)。

1.4 研究方法

1.4.1 實地斑塊調(diào)查 參照《貴州省森林資源規(guī)劃設計調(diào)查工作細則(2014—2016)》，2016年底利用1∶10 000地形圖實地完成2個研究區(qū)的斑塊邊界勾繪及因子調(diào)查，斑塊因子包括地貌、坡度、成土母巖、巖石裸露率、土壤類型及土層厚度等生境因子，地類、工程類別、林型、林種、起源、齡組、優(yōu)勢樹種和植被覆蓋度等植被相關指標。

1.4.2 遙感圖像分類信息提取 結合2016年底實地研究區(qū)斑塊邊界勾繪數(shù)據(jù)、Google Earth影像及因子數(shù)據(jù)，在ArcGIS 10.5軟件下目視解譯，對每個斑塊進行判讀和邊界修改，結合優(yōu)勢樹種，獲得2016年土地利用類型和植被類型數(shù)據(jù)。根據(jù)2020年Google Earth影像，在2016年數(shù)據(jù)的基礎上，進行修邊處理，獲得2020年土地利用類型和植被類型[21]數(shù)據(jù)，分類精度大于90%。以研究區(qū)邊界，裁剪Landsat8_OLI影像，在Envi5.1軟件下完成植被覆蓋度提取，具體操作如下：

(1) 植被指數(shù)[22]。對Landsat8_OLI影像進行輻射標定、大氣矯正，計算植被指數(shù)(NDVI)：

NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)

(1)

式中：NIR為近紅外波段(band5)；R為紅外波段(band4)。

(2) 植被覆蓋度[23]。采用像元二分模型計算植被覆蓋度(VFC)：

VFC=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)

(2)

式中：NDVI，NDVIsoil和NDVIveg為任意像元、裸土像元和純植被像元的NDVI。公式可變?yōu)?/p>

VFC=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)

(3)

式中：NDVImax和NDVImin為區(qū)域內(nèi)NDVI的最大值和最小值。其值參考李苗苗[22]提出的估算方法，以NDVI值的累積概率為5%和95%的NDVI值作為NDVImin和NDVImax。

(3) 植被覆蓋度等級。參考相關文獻[11,14]，植被覆蓋度劃分為6個等級：Ⅰ級(<10%)、Ⅱ級(10%～20%)、Ⅲ級(20%～35%)、Ⅳ級(35%～50%)、Ⅴ級(50%～70%)和Ⅵ級(≥70%)。

1.4.3 主要生態(tài)效益指標選擇 參照《石漠化治理監(jiān)測與評價規(guī)范(LY/T2994—2018)》和文獻[12]，選取生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性指標中植被覆蓋率、水土保持效益指標中土壤侵蝕模數(shù)和石漠化等級面積降低率作為生態(tài)效益評價的指標。

1.5 數(shù)據(jù)處理

(1) 轉(zhuǎn)移矩陣[24]。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣代表的是土地利用類型變化的方向。當以研究區(qū)土地利用類型的面積作為轉(zhuǎn)移矩陣中的元素時，表示式(Sij)：

(4)

式中：Sij為t1時間i類土地利用類型在t2時間轉(zhuǎn)化為j類土地利用類型的面積，i=j時為土地利用類型未變化面積；t1和t2為2016年底和2020年底；i和j為t1和t2時間的土地利用類型(i=1，2，3，…，n；j=1，2，3，…，m)。

(2) 植被覆蓋率。用Envi軟件處理2016年、2020年底的植被覆蓋度數(shù)據(jù)，統(tǒng)計林草地(包括喬木林、灌木林、草地及變化)植被覆蓋率(P，%)：

(5)

式中：n為林草地類型斑塊數(shù)量；pi和si為第i斑塊的植被覆蓋度(%)及面積(hm2)。

(3) 土壤侵蝕模數(shù)。參照文獻[25]計算與統(tǒng)計林草地的土壤侵蝕模數(shù)(E)：

ei=66×li1.5×(1.01-pi)

(6)

(7)

式中：ei和li為第i斑塊的土壤侵蝕模數(shù)〔t/(km2·a)〕和坡度(°)。

(4) 石漠化等級。參照文獻[11,14]，制定石漠化評價主要因子等級及賦值(表3)，分別計算各研究區(qū)內(nèi)林草地斑塊的石漠化等級評價因子值(R)及各地類石漠化等級面積變化率(Djk)。

表3 石漠化程度評定標準

(8)

式中：ri為第i石漠化等級評價因子的賦值,n=5。

斑塊石漠化程度變化(djk)：R2016=R2020時，石漠化程度無變化；R2016R2020時，斑塊石漠化程度增加。其中，k=1,2,3。

(9)

式中：j為斑塊序號。

2 結果與分析

2.1 土地利用類型及面積變化

2.1.1 土地利用類型結構變化 2016年土地利用類型結構中(圖1—2)，喬木林地、灌木林地、竹林地、草地、園地、耕地、水體和建設用地面積比例在普定研究區(qū)為27.09%，29.10%，0.02%，0，9.81%，26.82%，0.10%，7.06%，凱里研究區(qū)為39.79%，31.42%，0，4.19%，5.58%，15.06%，0.73%，3.23%，相應林地(包括喬木林、灌木林和竹林地)面積比例為56.21%，71.21%，農(nóng)林地(包括林地、園地和耕地)面積比例為92.84%，91.85%。適宜于植被恢復為主體的石漠化綜合治理效應分析。普定研究區(qū)農(nóng)地和建設用地面積比大、開發(fā)程度高，與其鄰近縣城關鎮(zhèn)有關；凱里研究區(qū)牧草地面積占相當比例，與其遠離中心城市，是苗族聚集區(qū)有關。

圖1 普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)土地利用類型面積數(shù)量變化

圖2 普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)土地利用類型面積空間變化

2016—2020年2個研究區(qū)林地面積增加5.04%，0.56%，主要是因觀光農(nóng)業(yè)園建設和石漠化綜合治理目標導致林地面積增大；園地面積在普定研究區(qū)呈增加趨勢、凱里研究區(qū)呈降低趨勢，形成原因為前者是觀光農(nóng)業(yè)園中葡萄(Vitisvinifera)園建設，后者是觀光農(nóng)業(yè)園中路網(wǎng)建設。2個研究區(qū)耕地面積降幅最大，普定研究區(qū)的相應值較高，主要原因是退耕造林以及以葡萄園為主體的觀光農(nóng)業(yè)園建設。普定研究區(qū)竹林和水體面積沒有變化，凱里研究區(qū)水體面積略有增加，原因是沿河兩岸農(nóng)家樂中魚塘數(shù)量及面積增加。建設用地面積中，普定研究區(qū)呈降低趨勢，凱里研究區(qū)呈增加趨勢，2個研究區(qū)除因觀光農(nóng)業(yè)園建設中的路網(wǎng)調(diào)整外，普定研究區(qū)還因部分采石廠停產(chǎn)復綠。2個研究區(qū)在觀光農(nóng)業(yè)園建設為主要目標的石漠化綜合治理中，耕地面積下降、林地面積上升，土地利用類型面積結構趨于優(yōu)化。

2.1.2 土地利用類型轉(zhuǎn)移變化 分析發(fā)現(xiàn)(表4—5)，2016—2020年，普定研究區(qū)轉(zhuǎn)移面積為22.40 hm2，占研究區(qū)總面積的6.43%，凱里研究區(qū)的相應值為8.66 hm2，1.81%，普定研究區(qū)土地利用類型面積調(diào)整強度高于凱里研究區(qū)。轉(zhuǎn)出面積比例排序中，普定研究區(qū)為耕地(85.04%)>建設用地(6.79%)>灌木林地(3.04%)>喬木林地(2.81%)>園地(1.61%)，凱里研究區(qū)為耕地(42.73%)>灌木林地(38.91%)>草地(14.67%)>喬木林地(3.35%)>園地(0.35%)，2個研究區(qū)耕地轉(zhuǎn)出面積較大，園地轉(zhuǎn)出面積較??；轉(zhuǎn)入面積比例中，普定研究區(qū)為灌木林地(70.58%)>喬木林地(13.53%)>建設用地(5.36%)>耕地(5.13%)>園地(4.69%)，凱里研究區(qū)為喬木林地(40.65%)>灌木林地(32.79%)>建設用地(26.10%)>水體(0.46%)，2個研究區(qū)喬木林地和灌木林地轉(zhuǎn)入面積較大，建設用地轉(zhuǎn)入面積占相當比例。2個研究區(qū)地類轉(zhuǎn)移面積中，林地轉(zhuǎn)入量>轉(zhuǎn)出量、耕地轉(zhuǎn)入量<轉(zhuǎn)出量，植被得到進一步恢復，觀光農(nóng)業(yè)園要素配置更趨合理。

表4 普定研究區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

表5 凱里研究區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

2.2 植被類型及面積變化

2.2.1 植被類型變化 參照貴州植被分類系統(tǒng)[21](圖3—4)，2016年普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)(草地歸入灌草叢類型)林地面積比例為56.20%，75.40%，其中在普定研究區(qū)闊葉林(包括常綠闊葉林、落葉闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、山地常綠落葉闊葉混交林和竹林)、針葉林(包括暖性針葉林和石灰?guī)r山地針葉林)和灌叢林(包括石灰?guī)r山地落葉灌叢、石灰?guī)r山地藤刺灌叢和石灰?guī)r山地灌草叢)面積比例為23.23%，3.87%，29.10%，凱里研究區(qū)相應值為4.95%，34.83%，35.62%，普定研究區(qū)林地面積比較低，闊葉林面積比較高，凱里研究區(qū)林地面積比較高，針葉林面積比較高。普定研究區(qū)當?shù)鼐用裼性诜壳拔莺蠛痛逭車鸂I建“風水林”的傳統(tǒng)習慣，原生性和次生性闊葉林保護較好，人工造林也以經(jīng)濟性和觀賞性闊葉樹種為主；凱里研究區(qū)苗族聚居，習慣性喜愛的柏木(Cupressusfunebris)等人工針葉用材林和用于畜牧業(yè)發(fā)展的灌草叢林地面積較大。

圖3 普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)植被類型面積數(shù)量變化

圖4 普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)植被類型面積空間變化

2020年，普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)林地面積比例為61.24%，75.69%，林地面積呈增長態(tài)勢。闊葉林、針葉林和灌叢林面積比例在普定研究區(qū)為23.92%，3.87%，33.45%，凱里研究區(qū)為5.14%，35.32%，35.23%，普定研究區(qū)針葉林面積沒有變化、闊葉林和灌叢林面積增加，凱里研究區(qū)灌叢面積下降、闊葉林和針葉林面積增加，主要受石漠化綜合治理目標、人為經(jīng)營活動方向及先進技術的綜合影響。普定研究區(qū)在防護林和經(jīng)濟林營造中回避了針葉樹種、重點栽種闊葉類樹種，坡地灌叢林面積增加；凱里研究區(qū)防護林營造中保留了柏木等適生性針葉樹種，灌叢草地建設重在提質(zhì)增效、引進皇竹草(Pennisetumsinese)等優(yōu)良牧草品種集約栽培，灌叢林面積因植被自然恢復提質(zhì)和防護林營造而有所下降。2個研究區(qū)植被類型面積有由灌叢林向針葉林及闊葉林增加的趨勢，林分質(zhì)量進一步改善。

2.2.2 植被覆蓋度等級變化 分析發(fā)現(xiàn)(圖5)，2016年林草地植被覆蓋度Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ等級的面積比組成中，普定研究區(qū)為0，0.19%，0.10%，7.32%，92.39%，凱里研究區(qū)為0.19%，0.94%，23.05%，25.47%，50.34%；2020年普定研究區(qū)林草地植被覆蓋度5個等級的面積比的相應值為0，0，0，4.69%，95.31%，凱里研究區(qū)為0，1.86%，23.01%，27.40%，47.73%。2016—2020年2個研究區(qū)不同等級面積比隨植被覆蓋度等級升高呈增加趨勢。植被覆蓋度≥Ⅴ等級的面積比例中，普定研究區(qū)由99.71%上升至100.00%，凱里研究區(qū)由75.81%下降至75.13%，林草地植被覆蓋率在普定研究區(qū)持續(xù)增長，治理效應顯著；凱里研究區(qū)有降低趨勢，主要因為過度放牧導致的灌叢草地質(zhì)量下降和部分灌叢草地改種葡萄。

圖5 普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)植被覆蓋度等級面積變化

進一步分析林草地不同植被類型的覆蓋度等級發(fā)現(xiàn)(圖6)，2016年喬木林地覆蓋度Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ和Ⅵ等級面積比例在普定研究區(qū)為0，0.21%，5.71%，94.08%，凱里研究區(qū)為0.48%，8.96%，15.17%，75.39%；2020年相應值在普定研究區(qū)為0，0，5.28%，94.72%，凱里研究區(qū)為0.35%，8.36%，16.38%，74.90%。2016年灌木林地覆蓋度Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ和Ⅵ等級面積比例在普定研究區(qū)為0，0.37%，0，8.75%，90.87%，凱里研究區(qū)為0.46%，1.43%，38.15%，34.62%，25.34%；2020年相應值在普定研究區(qū)為0，0，0，4.20%，95.80%，凱里研究區(qū)為0，0.54%，38.54%，43.40%，17.52%。2016—2020年植被覆蓋度≥Ⅴ等級面積比例中，喬木林地在普定研究區(qū)由91.29%上升至100.00%，凱里研究區(qū)由90.56%上升至91.29%；灌木林地相應值在普定研究區(qū)由60.92%上升至100.00%，凱里研究區(qū)由59.96%上升至60.92%。喬木林和灌木林地面積率在普定研究區(qū)較高、增長快，凱里研究區(qū)的相應值較低、增長慢。普定研究區(qū)竹林地覆蓋度整體性增長1個等級。凱里研究區(qū)草地覆蓋度Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ和Ⅵ等級面積比例在2016年為1.67%，43.66%，54.66%，0，2020年相應值為27.96%，50.22%，13.24%，8.58%，2016年和2020年草地覆蓋度≥Ⅴ等級面積比例分別為54.66%，21.82%，草地覆蓋度值整體性下降，Ⅵ等級草地覆蓋度值升高。

圖6 普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)不同林地類型植被覆蓋度等級面積變化

2.3 生態(tài)效益主要指標變化

2.3.1 植被覆蓋率變化 分析發(fā)現(xiàn)(表6)，2016年和2020年植被覆蓋率呈凱里研究區(qū)>普定研究區(qū)、增加量呈凱里研究區(qū)<普定研究區(qū)的變化趨勢，2個研究區(qū)植被覆蓋率呈增加態(tài)勢。封山育林模式中，2016年底普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)植被覆蓋率為68.49%，57.07%，2020年的相應值為87.97%，74.51%，植被覆蓋率及增長量呈增加趨勢，呈普定研究區(qū)>凱里研究區(qū)的趨勢，受2個研究區(qū)2016年林分齡級與質(zhì)量綜合影響。生態(tài)修復模式中，2020年植被覆蓋率較高，達到80%以上，呈普定研究區(qū)>凱里研究區(qū)的趨勢，受2個研究區(qū)石漠化基質(zhì)異質(zhì)性和先進營造林技術引進的綜合影響。凱里研究區(qū)草地植被覆蓋率呈增加態(tài)勢，增長量為14.69%，受新品種引進和草地集約經(jīng)營技術的綜合影響。植被覆蓋率增加量呈生態(tài)修復模式>封山育林模式>草地畜牧業(yè)模式。

表6 不同研究區(qū)植被覆蓋率變化 %

2.3.2 土壤侵蝕模數(shù)變化 分析發(fā)現(xiàn)(表7)，土壤侵蝕模數(shù)值在2016年呈普定研究區(qū)>凱里研究區(qū)，2020年呈普定研究區(qū)<凱里研究區(qū)，侵蝕模數(shù)減少量呈普定研究區(qū)>凱里研究區(qū)的變化趨勢，2個研究區(qū)土壤侵蝕模數(shù)值呈減少態(tài)勢。2016—2020年2個研究區(qū)封山育林模式和生態(tài)修復模式的土壤侵蝕模數(shù)值降低，呈普定研究區(qū)>凱里研究區(qū)的變化趨勢，普定研究區(qū)的降幅較大，受石漠化基質(zhì)和先進營造林技術的綜合影響；凱里研究區(qū)草地畜牧業(yè)模式土壤侵蝕模數(shù)值降低，降幅不及封山育林模式和生態(tài)修復模式。土壤侵蝕模數(shù)降低量呈生態(tài)修復模式>封山育林模式>草地畜牧業(yè)模式。

表7 不同研究區(qū)土壤侵蝕模數(shù)變化 t/(km2·a)

2.3.3 石漠化等級面積率變化 分析發(fā)現(xiàn)(表8)，2016—2020年，普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)石漠化等級降低面積率為57.17%，31.98%，無變化面積率為5.57%，42.98%，石漠化趨勢得到有效遏制。封山育林模式中，普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)石漠化等級降低面積率為93.36%，43.04%，無變化面積率為6.07%，44.55%，面積增加率為0.58%，12.41%，治理效應呈凱里研究區(qū)<普定研究區(qū)的趨勢，這與石漠化基質(zhì)的差異性和凱里研究區(qū)因發(fā)展草地畜牧業(yè)而高頻率用火、時常越界波及林地有關。草地畜牧業(yè)模式中，凱里研究區(qū)石漠化等級面積降低率、無變化率和增加率為16.99%，22.82%，60.19%，治理效應不及封山育林模式。生態(tài)修復模式是石漠化治理效應較佳模式。

表8 不同研究區(qū)石漠化等級變化的面積組成 hm2

3 討 論

(1) 研究區(qū)域代表性及小流域植被恢復模式效應的差異性。普定沙灣小流域和凱里小河小流域同屬亞熱帶季風氣候、巖溶高原石漠區(qū)，為潛度—輕度石漠等級[1,11,14]。農(nóng)林地面積比例在沙灣小流域和小河小流域為89.70%，93.17%，景觀基質(zhì)相似度高[8-9,18-19]。普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)屬二級小流域，占相應一級小流域面積比例為9.81%，10.73%，相應農(nóng)林地面積比例為87.22%，90.46%，2個研究區(qū)在相應小流域中有較高的代表性。封山育林模式面積比例在沙灣小流域和小河小流域為28.02%，20.35%，在普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)的相應值為55.90%，71.02%；生態(tài)修復模式相應值為11.45%和0.34%，4.98%和0.74%；草地畜牧業(yè)模式在凱里研究區(qū)的相應值為10.34%，3.96%，受石漠區(qū)基質(zhì)差異[10]和工程治理目標的綜合影響[1-3]。2個研究區(qū)林草恢復措施類型相對齊備，與小流域相應措施的面積比存在一定差異。研究區(qū)和小流域間綜合治理效應有尺度性轉(zhuǎn)換差異[11-12,14]，隨研究區(qū)和小流域間面積比例增大、綜合治理效應尺度性差異變小。這種面積比例的差異不會改變單項措施效應評價的趨勢性。

(2) 石漠化基質(zhì)變化導致土地利用-植被類型-生態(tài)效益的差異性。普定研究區(qū)屬灰質(zhì)白云巖石漠區(qū)、凱里研究區(qū)屬礫質(zhì)白云巖石漠區(qū)[1,10]，土層平均厚度和巖石裸露率在普定研究區(qū)為81.84 cm，20.61%，凱里研究區(qū)的相應值為48.98 cm，7.99%，2個研究區(qū)土層平均厚度和巖石裸露率值差異性明顯。2016年石漠化綜合治理工程實施初期，普定研究區(qū)植被覆蓋率值小于凱里研究區(qū)、土壤侵蝕模數(shù)值呈相反趨勢，是由土地利用結構、植被類型以及面積結構性差異引起的[1,14]。這種變化的本質(zhì)因素是石漠化基質(zhì)的差異性，也不可否認生物氣候[2-4]、植被類型[5-6,12,25]和人為活動[9,14,18-19]的影響。

(3) 石漠化綜合治理土地利用結構變化及效應的差異性。2016—2020年2個研究區(qū)耕地面積轉(zhuǎn)出部分主要為喬木林地和灌木林地等、林地面積轉(zhuǎn)入部分主要為耕地和建設用地等，林地轉(zhuǎn)入面積大于轉(zhuǎn)出面積、耕地轉(zhuǎn)入面積小于轉(zhuǎn)出面積，符合石漠化綜合治理的一般規(guī)律[1-3,7-8,11]，其中農(nóng)地是最活躍的變化地類[9,18-19]。受2個研究區(qū)屬不同級別觀光農(nóng)業(yè)園及過境公路建設的影響，建設用地由林地和農(nóng)地等轉(zhuǎn)入，成為石漠化綜合治理中特有影響因素。植被覆蓋率增加量、土壤侵蝕模數(shù)降低率和石漠化等級降低面積率呈普定研究區(qū)>凱里研究區(qū)，普定研究區(qū)石漠化綜合治理效應較好[5-6,12]，受石漠化基質(zhì)類型[10]及水分等[4,13]立地要素、治理模式類型[7,20]和引進先進技術[15-17]的綜合影響。

(4) 不同林草植被恢復模式效應及在2個研究區(qū)間的差異性。植被覆蓋率增加量、土壤侵蝕模數(shù)降低率和石漠化等級降低面積率在2個研究區(qū)呈生態(tài)修復模式>封山育林模式>草地畜牧業(yè)模式，生態(tài)修復模式引進了系列先進技術促進植被生長[15-17]，生態(tài)效益增加量較大；草地畜牧業(yè)模式在植被層結構及生物量積累[5-6]上不及生態(tài)修復模式和封山育林模式，生態(tài)效益增加量較小。生態(tài)修復模式和封山育林模式生態(tài)效益呈普定研究區(qū)>凱里研究區(qū)的變化趨勢，主要受石漠化基質(zhì)類型[10]及水分等[4,13]立地要素的影響。

(5) 研究方法對石漠化綜合治理工程效應評價的影響。有別于其他單項方法對小流域土地利用[11]、植被覆蓋度[8-9,22-23]和石漠化綜合治理效應[11-12]的評估，本研究采用相同時間斷面遙感影像和現(xiàn)地地形圖斑塊勾繪及斑塊主要因子調(diào)查相結合的方法，彌補了遙感衛(wèi)星影像在斑塊主要因子量獲取上的不足[8-9,18-19,22-23]，豐富了生態(tài)效益分析內(nèi)容。遙感衛(wèi)星影像和現(xiàn)地調(diào)查相結合方法比單一的遙感衛(wèi)星影像法的評價效果好，值得推介。

4 結 論

(1) 普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)同屬亞熱帶季風氣候、巖溶高原石漠區(qū)，為潛度—輕度石漠化等級，前者屬灰質(zhì)白云巖石漠區(qū)，后者屬礫質(zhì)白云巖石漠區(qū)，基質(zhì)類型是影響石漠化綜合治理工程目標及林草恢復模式效應的本質(zhì)因素。2016年，普定研究區(qū)農(nóng)地及林地面積比例為36.63%，20.64%，凱里研究區(qū)的相應值為56.21%，71.21%，農(nóng)林地景觀基質(zhì)相似度高；普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)植被覆蓋率為38.46%，42.22%，土壤侵蝕模數(shù)為4 742.07，4 380.28 t/(km2·a)，普定研究區(qū)石漠化趨勢較強。

(2) 2016—2020年2個研究區(qū)林地面積轉(zhuǎn)入量>轉(zhuǎn)出量、耕地面積轉(zhuǎn)入量<轉(zhuǎn)出量，石漠化綜合治理主要影響因素為耕地、林地和建設用地。普定研究區(qū)和凱里研究區(qū)植被覆蓋率增加量為15.79%，13.38%，土壤侵蝕模數(shù)降低率為32.98%，25.51%，石漠化等級降低面積率為57.17%，31.98%，普定研究區(qū)綜合治理效應顯著。

(3) 植被覆蓋率增加量、土壤侵蝕模數(shù)降低率和石漠化等級降低面積率中，生態(tài)修復模式相應值在普定研究區(qū)為89.00%，88.12%，100.00%，凱里研究區(qū)為83.05%，77.26%，100.00%；封山育林模式相應值在普定研究區(qū)為19.48%，59.87%，93.36%，凱里研究區(qū)為17.44%，36.00%，43.04%；凱里研究區(qū)草地畜牧業(yè)模式相應值為14.69%，12.57%，16.99%。生態(tài)效益呈生態(tài)修復模式>封山育林模式>草地畜牧業(yè)模式的變化趨勢，生態(tài)修復模式和封山育林模式生態(tài)效益呈普定研究區(qū)>凱里研究區(qū)的變化趨勢。