王小鳳,楊廣斌

(貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,貴陽 550025)

0 引 言

喀斯特石漠化誘發(fā)生態(tài)環(huán)境退化,導(dǎo)致土地資源緊張,貧困問題加劇[1]。21世紀初,我國開始探索石漠化治理對策,提出以巖溶流域為單元,因地制宜的治理模式[2-3]。貴州省作為石漠化面積最大、程度最深的省份,石漠化問題受到政府部門高度重視。國家在“十一五”規(guī)劃中提出重點保護貴州石漠化地區(qū)綜合治理生態(tài)工程,于2008年正式啟動。貴州省在“十二五”“十三五”規(guī)劃中,明確要繼續(xù)加大力度全面推進石漠化綜合治理,2016年國家發(fā)展與改革委員會頒布的《巖溶地區(qū)石漠化綜合治理工程“十三五”建設(shè)規(guī)劃》,對推進貴州喀斯特地區(qū)石漠化綜合治理工作做了進一步指導(dǎo)。據(jù)全國第2次石漠化監(jiān)測結(jié)果,2011年貴州省石漠化面積較2005年減少了2 920 km2。第3次石漠化監(jiān)測結(jié)果顯示2016年較2011年減少了5 537 km2,有效遏制了石漠化擴張,生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善。此后,貴州省石漠化治理進入成效鞏固與深入推進階段,截止目前,由原來高強度人為干擾向大規(guī)模自然恢復(fù)與人工造林轉(zhuǎn)變[4]。分析石漠化變化規(guī)律及治理成效,有助于科學(xué)、高效開展新一階段石漠化治理。

前人聚焦石漠化生態(tài)問題,基于石漠化監(jiān)測結(jié)果,對其空間分異特征[5]、變化規(guī)律及驅(qū)動機制[6-7]、生態(tài)恢復(fù)[8-9]等方面展開了豐富研究,為治理提供了理論支撐。目前石漠化時空變異研究多基于遙感數(shù)據(jù),如文林琴和栗忠飛[10]通過TM影像研究得出貴州省2004—2016年石漠化呈現(xiàn)總體持續(xù)好轉(zhuǎn)態(tài)勢;許玉鳳等[11]基于3S技術(shù)研究表明,貴州省黔南州在2010年無、重度石漠化面積分別為最小和最大值;習慧鵬等[12]基于Landsat數(shù)據(jù)反演表明1990—2015年貴州省普定縣石漠化演變呈好轉(zhuǎn)—惡化—好轉(zhuǎn)趨勢。這些研究從省、市、縣域探明石漠化演變規(guī)律,并通過總體與各等級石漠化面積變化量來表征其演變情況。土地石漠化的產(chǎn)生與水土流失、地形地貌直接相關(guān),當前石漠化治理主要以流域為單元分區(qū)、分級開展。而針對貴州省典型巖溶地貌、流域土地石漠化的時空變化定量研究鮮見,限制了以流域為單元的石漠化分區(qū)綜合治理成效評估。

因此,選取黔中高原峽谷的北盤江流域為研究區(qū),首先分析2010—2019年石漠化變化,然后探索石漠化隨坡度、海拔的變化,并分析各類政策措施對石漠化的影響,為石漠化科學(xué)治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

北盤江是珠江干流西江上游左岸的一級支流,發(fā)源于云南省宣威市。貴州境內(nèi)位于104°00′E—106°20′E、24°50′N—26°45′N,長352 km,流域面積21 288 km2,流經(jīng)六盤水、黔西南和安順。年均降雨量900～1 300 mm。流域地勢起伏大,海拔為295～2 848 m,呈西北高而東南低,天然落差1 982 m,主要為中山地貌,境內(nèi)多V形峽谷、險灘。流域內(nèi)巖溶發(fā)育廣泛,多地下河,水土流失嚴重。域內(nèi)喀斯特集中分布,石漠化發(fā)育。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本文2010年石漠化數(shù)據(jù)源自《全國生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010)遙感調(diào)查與評估項目》,采取相同石漠化提取方法,通過2019年高分1號遙感數(shù)據(jù)提取植被覆蓋率和基巖裸露率,結(jié)合林地資源數(shù)據(jù)計算得到石漠化數(shù)據(jù)。巖性數(shù)據(jù)通過貴州省1∶50萬水文地質(zhì)圖矯正處理后提取,剔除非喀斯特類巖性。高程、坡度數(shù)據(jù)通過30 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)提取,根據(jù)域內(nèi)地貌特征與海拔范圍,將提取后的高程按照丘陵、低山、低中山、中中山、高中山分為<500、[500,1 000)、[1 000,1 200)、[1 200,1 800)、[1 800,3 499] m;坡度級按照平坡、緩坡、斜坡、陡坡、急坡、險坡分為6級：[0°,5°)、[5°,15°)、[15°,25°)、[25°,35°)、[35°,45°)、≥45°;2010—2019年平均降雨數(shù)據(jù)通過中國氣象局(http：∥www.gscloud.cn)下載,再通過克里金插值求算。最后統(tǒng)一各要素分辨率和空間參考。

1.3 研究方法

1.3.1 石漠化分類

本研究參照《巖溶地區(qū)石漠化調(diào)查技術(shù)規(guī)定(2021年修訂)》,將喀斯特土地石漠化分為6種類型：非石漠化、潛在石漠化、輕度石漠化、中度石漠化、重度石漠化、極重度石漠化,依次編號為1、2、3、4、5、6。分類依據(jù)如下。

喀斯特土地石漠化主要以基巖裸露率、林灌草植被綜合蓋度及土地利用類型綜合情況制定評定標準,劃分3大類,即石漠化土地、潛在石漠化土地和非石漠化土地,其中石漠化土地根據(jù)基巖裸露率、植被類型、植被綜合蓋度、土層厚度4個指標評分值(表1)之和劃分為4級,石漠化評分值之和≤45、(45,60]、(60,75]、>75,等級分別為輕度石漠化(Ⅰ)、中度石漠化(Ⅱ)、重度石漠化(Ⅲ)、極重度石漠化(Ⅳ)。

表1 石漠化程度評定因子評分標準

1.3.2 石漠化轉(zhuǎn)移矩陣

以2010年、2019年石漠化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),運用馬爾科夫模型(MarkovModel)[13]構(gòu)建石漠化類型轉(zhuǎn)移矩陣,并計算各石漠化類型的轉(zhuǎn)出面積、轉(zhuǎn)入面積,其表達式為

(1)

式中：Pij為石漠化轉(zhuǎn)移矩陣;n為石漠化類型數(shù);i、j分別為研究期初、期末石漠化類型序號。

1.3.3 石漠化狀態(tài)指數(shù)

狀態(tài)指數(shù)反映石漠化類型變化的趨勢和狀態(tài)。計算公式為

ΔUin+ΔUout≠0 。

(2)

式中：Ps為某種石漠化類型的狀態(tài)指數(shù);ΔUout為研究期某類石漠化類型轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷拿娣e和;ΔUin為同時期其他石漠化類型轉(zhuǎn)變?yōu)樵撌愋偷拿娣e和。

2 結(jié)果與分析

2.1 石漠化變化特征

2.1.1 石漠化隨時間的變化

據(jù)圖1,2010—2019年流域石漠化面積減少1 071.89 km2,占域內(nèi)喀斯特面積比例從41.14%降至33.02%。隨時間推移,輕、中、重、極重度石漠化面積均降低,潛在與非石漠化面積均增加,表明治理工程有效控制了石漠化發(fā)育程度加強。從比例來看,重、極重度石漠化的比例最低,且占比降低,說明石漠化發(fā)生總體以輕、中度為主。中度石漠化面積和比例高于輕度,可能與人為利用強度有關(guān)。

圖1 2010—2019年各類型石漠化面積及占喀斯特面積比例變化

非、潛在石漠化狀態(tài)指數(shù)趨近于1,呈“漲勢”狀態(tài),表明這2種石漠化土地類型呈現(xiàn)出極端非平衡態(tài)勢,整體面積增加;輕、中、重、極重度狀態(tài)指數(shù)為負值,表明這幾類石漠化土地的轉(zhuǎn)入速度小于轉(zhuǎn)出速度,且在該時期內(nèi)面積在減少。其中輕度石漠化土地狀態(tài)指數(shù)為-0.05%,接近于0,表明在此期間輕度石漠化土地面積轉(zhuǎn)入速度與轉(zhuǎn)出速度差距較小;重、極重度石漠化狀態(tài)指數(shù)為-0.65%、-0.97%,與-1%接近,其轉(zhuǎn)出速度遠大于轉(zhuǎn)入速度,表明域內(nèi)重度及以上石漠化面積規(guī)模迅速縮減,重度及以上石漠化土地處于不穩(wěn)定狀態(tài)(表2)。

表2 貴州省2010—2019年不同類型石漠化面積變化

根據(jù)式(1),得到貴州省北盤江流域2010—2019年石漠化類型轉(zhuǎn)移矩陣(表3),同時,根據(jù)轉(zhuǎn)移矩陣計算得出不同類型石漠化轉(zhuǎn)移面積的占比(圖2)。

綜合表3、圖2可知：

(1)非石漠化轉(zhuǎn)出面積為8.6 km2,主要向潛在石漠化轉(zhuǎn)變;轉(zhuǎn)入面積為184.27 km2,主要由潛在、中度石漠化轉(zhuǎn)入;一方面,植被破壞與土地利用不當,導(dǎo)致流域內(nèi)植被覆蓋率降低、基巖裸露率增加,進而引起非石漠化向潛在石漠化土地轉(zhuǎn)變;另一方面,域內(nèi)石漠化發(fā)生以中度為主,封山管護、育林(草)和人工造林等林草恢復(fù)措施對重度以下石漠化植被覆蓋率和基巖裸露率有較顯著影響,可使中度以下石漠化直接向非石漠化土地轉(zhuǎn)變。

表3 貴州省北盤江流域2010—2019年石漠化類型轉(zhuǎn)移矩陣

圖2 2010—2019年不同類型石漠化轉(zhuǎn)移面積比例

(2)潛在石漠化主要由中度、輕度石漠化轉(zhuǎn)入,轉(zhuǎn)出多為非石漠化,表示治理取得成效。

(3)輕度石漠化轉(zhuǎn)出面積為445.70 km2,主要向潛在石漠化轉(zhuǎn)變;轉(zhuǎn)入面積為400.95 km2,主要由中度石漠化轉(zhuǎn)入。輕度石漠化轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出面積之比接近1,由此可見研究區(qū)輕度石漠化總體面積雖穩(wěn)定,但是內(nèi)部轉(zhuǎn)換劇烈。

(4)中度石漠化轉(zhuǎn)出面積為881.73 km2,主要向潛在和輕度石漠化轉(zhuǎn)變;轉(zhuǎn)入面積為254.96 km2,主要轉(zhuǎn)入石漠化類型是重度石漠化,其次是潛在石漠化。

(5)重度石漠化轉(zhuǎn)出面積為384.78 km2,主要向中度和潛在石漠化轉(zhuǎn)變,各占轉(zhuǎn)出面積的43.90%、37.20%;轉(zhuǎn)入面積為82.07 km2,主要由極重度石漠化轉(zhuǎn)入,占轉(zhuǎn)入面積的80.87%。重度石漠化較難治理,由重度石漠化直接轉(zhuǎn)變?yōu)闈撛谑娣e占比可見,對該類石漠化治理的力度較大,治理成效顯著。

(6)極重度石漠化轉(zhuǎn)出面積為99.10 km2,主要轉(zhuǎn)變?yōu)橹囟仁?轉(zhuǎn)入面積為1.44 km2,主要以重度石漠化轉(zhuǎn)入為主。極重度石漠化極難治理,從其轉(zhuǎn)出情況可見,極重度石漠化的治理成效較顯著。從轉(zhuǎn)入情況看,存在少量治理難度大、石漠化極端惡化情況。

2.1.2 石漠化空間變化

流域石漠化分布空間上,以北部、東北及中部為主;重度、極重度以北部、東南部、中部和南部居多,較2010年,2019年重度及以上石漠化在北部、東部明顯減少(圖3)。

圖3 貴州省北盤江流域石漠化空間分布

依據(jù)《巖溶地區(qū)石漠化調(diào)查技術(shù)規(guī)定(2021年修訂)》,針對土地石漠化狀況之間以及石漠化發(fā)生程度之間的相互轉(zhuǎn)換,將石漠化演變類型分為明顯改善、輕微改善、穩(wěn)定、退化加劇和退化嚴重加劇5個類型。具體分類標準為：石漠化狀況或石漠化程度順向(逆向)演變2級或者2級以上為明顯改善(退化嚴重加劇);植被狀態(tài)輕微改善(退化)或石漠化程度順向(逆向)演變一級為輕微改善型(退化加劇);石漠化狀況與石漠化程度均沒有發(fā)生變化為穩(wěn)定。

由圖4,從空間分布上看：①流域2010—2019年石漠化明顯改善區(qū)域主要集中在流域東部;嚴重退化加劇區(qū)域主要分布在南部;在北部既有石漠化明顯改善區(qū)域,也有嚴重退化加劇區(qū)域。②石漠化以穩(wěn)定為主,其次是輕微改善型,零散分布退化加劇類型。結(jié)合具體數(shù)值,貴州省北盤江流域2010—2019年石漠化變化類型按面積排序為：穩(wěn)定型>輕微改善>明顯改善>退化嚴重加劇>退化加劇。石漠化變化穩(wěn)定型主要以非石漠化和潛在石漠化穩(wěn)定為主;明顯改善與輕微改善類型主要以輕度與中度石漠化改善為主,輕度與中度石漠化是研究區(qū)土地石漠化發(fā)生的主要類型,且具有一定的土層厚度,有利于植被生長。植被恢復(fù)工程是改善該類石漠化最有效直接的方式,如退耕還林還草工程能直接將旱地變?yōu)榱值?、草?人工造林等工程措施能較大程度提高草地、疏林地、低覆蓋度灌叢的植被覆蓋率。此外,認為干熱強度減弱時,輕度與中度石漠化也能夠自然恢復(fù),阻止石漠化發(fā)育。退化嚴重加劇變化類型主要發(fā)生在潛在石漠化土地上,且分布零散,因為該類土地較為穩(wěn)定,受自然等因素的影響較小,其退化主要是受到強烈的毀林、毀草以及不合適的經(jīng)營管理等人為干擾。退化加劇型面積最小,主要以輕、中度石漠化變化為主,域內(nèi)主要在輕、中度石漠化土地開展石漠化治理措施,治理過程中治理措施的不當以及自然災(zāi)害的發(fā)生,易導(dǎo)致該類石漠化發(fā)生惡化。

圖4 貴州省北盤江流域2010—2019年石漠化變化類型

表4 不同坡度石漠化變化

2.1.3 石漠化在不同地域維度中的變化

2.1.3.1 不同坡度的變化

據(jù)表4可知,石漠化主要發(fā)生在5°～25°之間,在各坡度范圍所有石漠化類型的發(fā)生總體減少,且在5°～25°坡度范圍減少面積較大,在25°～45°減小幅度較大。結(jié)果表明,治理工程特別是退耕還林工程實施后,石漠化發(fā)生程度變低、范圍更小,可控性增強。

2.1.3.2 不同海拔的變化

表5顯示,84%以上的石漠化發(fā)生在1 000 m以上,非、潛在石漠化及已發(fā)生石漠化區(qū)域各等級石漠化面積分布規(guī)律相似,均在1 800 m以上達到最值。所有海拔梯度上,均為非、潛在面積增加,中度石漠化、重度、極重度石漠化面積降低,輕度則僅為1 200～1 800 m區(qū)域增加。說明石漠化治理工程總體降低了擾動強度,這一規(guī)律與海拔的內(nèi)在關(guān)聯(lián)程度較小。

表5 不同海拔石漠化面積的變化

2.2 石漠化治理成效分析

貴州省北盤江流域是貴州省石漠化較為嚴重的區(qū)域之一,域內(nèi)發(fā)育典型巖溶峽谷地貌。研究時段內(nèi),域內(nèi)石漠化面積明顯減少,程度明顯減輕,綜合治理成效顯著。這是域內(nèi)采取工程治理、植樹造林、退耕還林等林草植被恢復(fù)措施,結(jié)合因地制宜的石漠化治理模式,以小流域為單元綜合治理的結(jié)果。

其中,域內(nèi)輕度、中度石漠化明顯改善,非、潛在石漠化轉(zhuǎn)入面積中,由輕、中度石漠化轉(zhuǎn)入占81.16%,林草植被恢復(fù)是石漠化得到有效治理的主要原因。據(jù)省林業(yè)局發(fā)布的全省各地2019年森林覆蓋率情況顯示,覆蓋流域面積最大的黔西南州,森林覆蓋率增速排列全省前列,2019年達61.17%;流域覆蓋面積最大的六盤水市(60%以上國土面積在北盤江流域內(nèi)),通過實施國土綠化,截止2019年森林覆蓋率從2010年的37%增加到62%。域內(nèi)重、極重度石漠化主要分布在中部和北部,且減幅較大,分別為27.08%、44.55%。中、北部有著典型的巖溶峽谷地貌,石漠化治理主要依托封山育林、人工造林項目,采用“花江模式”“關(guān)嶺模式”“頂壇模式”等為代表的多種典型石漠化治理模式,以小流域為單元進行[14-17]。如中部石漠化程度較深的關(guān)嶺縣,據(jù)其政府部門公開資料,2008年以來,在花江大峽谷沿線涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)實施了木工、花戛、文山等小流域石漠化治理項目;同時,依托多項造林項目,因地制宜種植皇竹草和花椒等來鞏固北盤江流域的生態(tài)系統(tǒng),共治理巖溶面積240.89 km2,石漠化面積136.36 km2,在提高北盤江流域環(huán)境綠化率的同時也增加了該區(qū)域的人均收入。此外,域內(nèi)石漠化面積在坡度為25°～45°范圍減幅最大,這與退耕還林成效相契合。2014年新一輪退耕還林開啟,全省新一輪退耕還林近10 000 km2,貴州省側(cè)重點轉(zhuǎn)到經(jīng)濟林上,較大程度提高農(nóng)民收入,減輕了石漠化土地的經(jīng)濟負擔[18]。多項研究結(jié)果表明,退耕還林政策對遏止喀斯特區(qū)域石漠化進程有積極作用,明顯提高了石漠化區(qū)域植被覆蓋度[19-20]。

綜上,域內(nèi)多地將石漠化治理與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相結(jié)合的“造血”式治理新路,結(jié)合發(fā)展林下經(jīng)濟、退耕還林等政策措施,石漠化發(fā)展趨勢得到遏制,生態(tài)環(huán)境得到恢復(fù)與改善,經(jīng)濟效益不斷顯現(xiàn),得到當?shù)孛癖姷慕蛹{,更好地為域內(nèi)石漠化治理調(diào)動了群眾積極性。

從石漠化現(xiàn)狀來看,未來域內(nèi)石漠化治理重點仍然是輕度石漠化和中度石漠化區(qū)域,退化加劇和退化嚴重加劇并存,這說明石漠化防和治需要兩手一起抓。域內(nèi)高陡區(qū)域石漠化發(fā)生率高,發(fā)生程度深,退耕還林工程針對坡度在>25°范圍的石漠化治理起到了積極作用,但在5°～25°坡度范圍內(nèi)石漠化面積大,輕、中度石漠化面積占比高,針對這一區(qū)域,需進一步優(yōu)化退耕還林坡度范圍,加大治理力度。域內(nèi)高海拔范圍內(nèi)石漠化面積大,治理也更為艱難,但從這一區(qū)域石漠化面積變化情況看,針對這一區(qū)域石漠化治理成效顯著。筆者認為,隨著石漠化防治工程的推進,域內(nèi)宜林荒山荒地將呈減少趨勢,新一輪石漠化綜合治理的重心應(yīng)該放在提高林木質(zhì)量、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上,并依靠科技進步,大力推廣和應(yīng)用先進實用的技術(shù)和模式,提高治理成效。此外,還需更大力度推動當?shù)厝罕妳⑴c到治理和保護中來,以恢復(fù)生態(tài)為基礎(chǔ),改善民生為目的,將石漠化綜合治理與鄉(xiāng)村振興相結(jié)合。

3 結(jié) 論

貴州省北盤江流域近10 a石漠化面積明顯減少,石漠化程度減輕,變化范圍有明顯空間分異規(guī)律,治理成效顯著,具體研究結(jié)論如下：

(1)10 a綜合治理以來,貴州省北盤江流域石漠化面積明顯減少,減少面積為1 071.89 km2,占域內(nèi)喀斯特面積比例從41.14%降至33.20%,主要以中度、重度石漠化減少為主。

(2)石漠化變化類型中,明顯改善型主要以輕度與中度石漠化改善為主,退化嚴重加劇型以潛在石漠化退化為主;空間分布上明顯改善型分布廣泛,退化嚴重加劇型分布零散。

(3)從坡度看,石漠化集中發(fā)生在5°～25°范圍,在25°～45°坡度范圍減少幅度較大;從海拔看,各海拔梯度中、重、極重度石漠化均減少,輕度在海拔1 200～1 800 m范圍略有增加。

(4)貴州省北盤江流域內(nèi)采取的工程治理、植樹造林、退耕還林等林草植被恢復(fù)措施,結(jié)合因地制宜的石漠化治理模式,使石漠化面積明顯減少,程度減輕,10 a石漠化綜合治理成效顯著。