关岭县不同等级石漠化区土壤侵蚀特征

陈起伟,熊康宁,周 梅,徐 丰

(1.贵州师范大学 喀斯特研究院,贵阳 550001; 2.贵州师范学院地理与旅游学院,贵阳 550018; 3.贵州省水土保持监测站,贵阳 550002)

土壤侵蚀是全球范围内发生最广泛、危害最严重的生态环境问题之一，它通过减少表土层的有机质和养分含量而降低土壤生产力，加速土地荒漠化[1-2]。根据水利部2013年颁布的《第一次全国水利普查公报》数据，贵州、云南、广西三省区土壤侵蚀面积达21.5万km2，占该区总面积的26.7%[3]，以贵州为中心的西南喀斯特区是全球三大喀斯特集中分布区之一[4]，喀斯特地区土壤侵蚀直接后果就是基岩裸露而发展成为石漠化，滇黔桂三省区石漠化面积超过7.79万km2,占该地区喀斯特面积的21.1%。石漠化和土壤侵蚀是土地退化过程中两个不同的阶段，土壤侵蚀是石漠化形成过程中某一阶段的表现形式[5]。石漠化与土壤侵蚀之间存在着因果关系，要治理石漠化必须防治土壤侵蚀[6]。我国很早就开展了以小流域为单位的土壤侵蚀综合治理，相关的学者在黄土高原区、黑土漫岗区、西南紫色土山丘区、南方红壤区等开展了大量研究[7-11]，在土壤侵蚀的理论与技术应用[12]、土壤侵蚀模型[13-14]、土壤侵蚀监测与评价[15-16]、治理措施[17]等方面取得了大量的研究成果。但喀斯特地区土壤侵蚀研究成果还不多，针对不同强度石漠化区的土壤侵蚀特征差异对比研究相对较少。因此，论文以典型石漠化区关岭县为研究对象，综合运用“3S”技术，分析关岭县不同等级石漠化区土壤侵蚀特征，为关岭县土壤侵蚀和石漠化协同治理提供理论依据，为喀斯特地区当前正在紧张开展的石漠化治理与土壤侵蚀防治提供参考。

1 研究区概况

关岭县位于云贵高原东部，隶属于贵州省安顺市，地处105°15′—105°49′E，25°33′—26°41′N，属于珠江水系北盘江流域。境内地层主要为侏罗系、白垩系，从二叠系下到第四系均有出露，岩石主要为浅海相碳酸盐岩沉积，喀斯特地貌与常态地貌交错分布。山地面积大，境内最高海拔为1 800 m，最低海拔400 m。境内亚热带季风气候明显，四季分明、平均气温温和适中，年平均气温16℃，年降水量在1 205～1 656 mm，受亚热带湿润季风气候和地势影响，降雨多集中到6—8月。关岭县水资源丰富，主要以北盘江、打邦河两条河流为主，理论水藏量达2.5×107kW。县内土壤类型丰富，有7个土类、20个亚类分布，分布最广的是黄壤，占土壤总面积的14.5%[18]。关岭县辖9镇2乡2街道办，146个行政村。2016年，全县总人口35.70万人，自然增长率为6.31‰，全县生产总值78.89亿元。

2 数据源与研究方法

研究区影像数据源以2景中国资源卫星ZY-3影像拼接而成，影像获取时间为2015年7月和2016年4月，空间分辨率为8 m。地质岩性数据采用贵州省地矿局发行的贵州省1∶5万地质图，坡度数据采用研究区1∶10 000数字化地形图生成。首先在ERDAS软件下对影像进行辐射校正及拼接，根据关岭县地形图对影像进行几何校正配准，保证遥感影像和地形图高度配准。石漠化等级根据《岩溶地区水土流失综合治理技术标准》标准中石漠化等级划分标准[19]，提取基岩裸露并综合分析图斑坡度图、地质图、土地利用图等相关资料[20]，解译喀斯特石漠化图。关岭县喀斯特面积超过总面积的70%以上，在喀斯特区土壤侵蚀进程中，岩溶区土壤流失允许量比非喀斯特区小，土壤侵蚀的方式存在着很大差异，统一采用全国土壤流失强度标准明显不符合客观实际，因此，在关岭县喀斯特区与非喀斯特区分别采用喀斯特区、非喀斯特区的土壤侵蚀强度界定标准[21-22]。根据分级标准中土壤侵蚀遥感调查方法，分别提取标准中土壤侵蚀间接指标中的岩性、坡度、植被覆盖度等5个专题因子图层，根据图斑5个专题因子属性，在非岩溶区采用《岩溶地区水土流失综合治理技术标准》判定土壤侵蚀等级，在岩溶区采用《岩溶地区土壤侵蚀综合治理技术标准》判定土壤侵蚀等级。运用ArcGIS软件空间叠加分析功能将石漠化图和土壤侵蚀图进行空间叠置生成石漠化与土壤侵蚀相关性图，得到同一图斑石漠化与土壤侵蚀等级属性，分析关岭县各等级石漠化区土壤侵蚀的特征。

3 结果与分析

3.1 关岭县土壤侵蚀现状

遥感监测数据表明(表1)，关岭县国土面积为1 470.57 km2，以微度侵蚀面积最大，占国土面积的69.3%。全县土壤侵蚀面积451.09 km2，占总面积的30.7%，轻度、中度侵蚀面积分别为209.99 km2，163.61 km2，强烈侵蚀及以上等级面积占侵蚀总面积的5.2%，从各种侵蚀类型等级结构分析，关岭县主要以轻度、中度侵蚀为主，强烈及以上侵蚀等级面积相对较小，土壤侵蚀强度不高。关岭县土壤侵蚀空间分布特征明显(图1)，空间分布不均，土壤侵蚀主要发生在县域西部和南部区域，特别是岗乌镇—新铺—板贵沿线土壤侵蚀较强，关岭县土壤侵蚀受地形坡度影响较大，主要分布在北盘江和打邦河沿岸。

关岭县绝大部分区域为碳酸盐岩出露，其喀斯特面积1 273.07 km2，占国土面积的86.6%。同时，潜在石漠化分布较广，面积为441.17 km2，轻度及以上石漠化等级面积为581.06 km2，占总国土面积的39.5%，石漠化主要以轻度、中度石漠化为主，轻度石漠化占石漠化面积的69.5%，面积为404.12 km2。中度石漠化占石漠化总面积的23%，面积为133.69 km2；强度石漠化占石漠化面积比例较小，只有43.24 km2，关岭县石漠化空间分布广、石漠化在全县各乡镇都有分布，而且等级都不轻。但是，县域南部石漠化等级较高，石漠化更为严重，中部、北部石漠化等级相对较轻。

表1 关岭县土壤侵蚀面积统计

图1 关岭县土壤侵蚀与石漠化

3.2 喀斯特区与非喀斯特区的土壤侵蚀差异

通过关岭县喀斯特区与非喀斯特区的土壤侵蚀对比，分析喀斯特区与非喀斯特区的土壤侵蚀差异。从表2可以看出，关岭县喀斯特区和非喀斯特区土壤侵蚀特征基本一致，整体随土壤侵蚀等级提高而面积减小，都是微度侵蚀面积最大，轻度、中度侵蚀是土壤侵蚀的主要类型。但是喀斯特区土壤侵蚀发生率及强度明显低于非喀斯特区，喀斯特区土壤侵蚀面积为374.43 km2，土壤侵蚀发生率为29.4%；非喀斯特区面积为197.50 km2，土壤侵蚀面积为76.66 km2，土壤侵蚀发生率38.8%，喀斯特区土壤侵蚀发生率低于非喀斯特区9.4个百分点。除非喀斯特区中度侵蚀发生率大于轻度侵蚀发生率外，喀斯特区与非喀斯特区的土壤侵蚀面积基本都随着侵蚀等级的增强而逐渐减少，其发生率也随侵蚀等级的升高而降低。喀斯特区轻度以上侵蚀类型发生率均小于非喀斯特区，同时，喀斯特区强烈及以上侵蚀等级所占比例均小于非喀斯特区，喀斯特区强烈及以上等级占喀斯特区总面积的4.1%，而非喀斯特区强烈及以上等级占非喀斯特区总面积的12.5%，由此可得，喀斯特区土壤侵蚀强度明显小于非喀斯特区。非喀斯特区中度及以上侵蚀等级所占比例均大于喀斯特区，非喀斯特区比例为28.1%，喀斯特区比例只有14.5%，非喀斯特区比喀斯特区多13.6个百分点，同时，非喀斯特区中度、强烈侵蚀分别占总面积的15.6%，9.1%，喀斯特区中度、强烈侵蚀分别占总面积的10.4%，3.3%，非喀斯特区中强烈侵蚀面积比例明显大于喀斯特区。

表2 关岭县非喀斯特区与喀斯特区土壤侵蚀等级统计

3.3 石漠化区与非石漠化区的土壤侵蚀差异

对比分析关岭县石漠化区与非石漠化区的土壤侵蚀特征，分析石漠化区与非石漠化区土壤侵蚀的差异。从表3可以看出，关岭县石漠化区总面积为581.06 km2，非石漠化区总面积为889.51 km2。其中已经发生石漠化的区域土壤侵蚀面积达到194.21 km2，占石漠化区总面积的33.4%；而非石漠化区土壤侵蚀面积只有256.88 km2，占非石漠化区面积的28.9%，石漠化区的土壤侵蚀发生率略高于非石漠化区。关岭县石漠化区土壤侵蚀面积都随土壤侵蚀强度等级的增强而减少，而非石漠化区中度侵蚀面积大于轻度侵蚀。石漠化区，强烈及以上侵蚀的面积为16.20 km2，发生率只有2.7%；而非石漠化区强烈及以上侵蚀类型的面积达到61.29 km2，发生率达到6.9%，非石漠化区强烈侵蚀及以上等级的发生率明显高于石漠化区，但并不是石漠化区强烈侵蚀及以上等级土壤侵蚀不严重，而是石漠化区强烈侵蚀及以上等级已经无土可流，其发生率与非石漠化区相比较小。

表3 关岭县石漠化区与非石漠化区土壤侵蚀统计

3.4 不同等级石漠化区土壤侵蚀差异

石漠化等级强度是否和土壤侵蚀强度等级有直接关系，高强度石漠化区土壤侵蚀是否越严重，因此，分析关岭县不同等级石漠化区土壤侵蚀特征。将轻度、中度石漠化划分为低等级石漠化，将强度和极强度石漠化划分为高等级石漠化。从表4可以看出，关岭县低等级石漠化区土壤侵蚀面积明显大于高等级石漠化区，特别是石漠化等级较弱的区域轻度、中度土壤侵蚀面积明显大于石漠化严重的区域，土壤侵蚀面积仍随着土壤侵蚀等级的增强而减少。关岭县低等级石漠化区土壤侵蚀面积为191.63 km2，占整个低等级的石漠化区总面积的35.63%；高等级石漠化区土壤侵蚀面积只有2.57 km，而只占高等级石漠化区面积的5.94%，关岭县低等级石漠化区发生率明显高于高等级石漠化区发生率。同时，低等级石漠化区强烈侵蚀及以上等级占类型总面积的3.0%，高等级石漠化区强烈侵蚀及以上等级占类型总面积的0.09%，石漠化等级较低的区域土壤侵蚀强度等级明显高于石漠化等级高的区域。石漠化等级程度高的区域土壤侵蚀严重程度与土壤侵蚀发生率都明显低于石漠化等级较弱的区域，但是并不能简单的理解为高等级石漠化区水土流失不严重，而是由于强度石漠化区域自然生态环境恶化，表层土壤流失殆尽基岩裸露率增大到了无土可流的程度，因此土壤侵蚀总量相比低等级石漠化区小。

表4 关岭县不同等级石漠化区土壤侵蚀统计

4 讨 论

本文以典型石漠化区为研究对象，分析了不同程度石漠化区土壤侵蚀的特征，结果表明，研究区不同等级石漠化区土壤侵蚀具有一定差异性，土壤侵蚀发生率及强度与石漠化等级有较强相关性，研究成果为掌握土壤侵蚀与石漠化内在联系提供了有效依据，为区域土壤侵蚀和石漠化治理提供理论基础和可量化的决策提供支持，为中国南方石漠化地区土壤侵蚀防治及生态文明建设提供参考。论文以关岭县为研究区分析了不同等级石漠化区的土壤侵蚀分布特征，但论文只是分析了两者之间的相关性，而影响土壤侵蚀的因子很多，论文未考虑与土壤侵蚀相关的其他因子，研究时也没有深入分析自然、地形地貌和地下漏失等因素对土壤侵蚀的影响。同时研究对象尺度较小，研究规律代表性不强，大范围的石漠化与土壤侵蚀规律是否一致不能确定，仍需增加研究区或者扩大研究范围进行总结验证得出更准确的结论。

5 结 论

关岭县土壤侵蚀面积451.09 km2，占总面积的30.7%，以轻度、中度侵蚀为主，石漠化面积581.06 km2，占国土面积的39.5%，中度、轻度石漠化面积比例较大，土壤侵蚀和石漠化都较为严重。关岭县大致呈现出土壤侵蚀面积随着侵蚀等级的增强而逐渐减少的金字塔结构，但不同等级石漠化土壤侵蚀差异特征明显。

关岭县喀斯特区土壤侵蚀面积占整个喀斯特区总面积的29.4%，而非喀斯特区则达到38.8%，喀斯特区土壤侵蚀面积比例比非喀斯特区小9.4个百分点。喀斯特区强烈以上等级占喀斯特区总面积的4.1%，而非喀斯特区达到12.5%，喀斯特区土壤侵蚀强度明显小于非喀斯特区。非喀斯特区中强烈侵蚀以上等级面积比例大于喀斯特区。总体上，喀斯特区土壤侵蚀发生率及土壤侵蚀等级强度都比非喀斯特区小。关岭县石漠化区土壤侵蚀占石漠化区总面积的33.4%；而非石漠化区则只有28.9%，石漠化区土壤侵蚀高非石漠化区4.5个百分点，石漠化区的土壤侵蚀发生率略高于非石漠化区。石漠化区的土壤侵蚀强度略低于非石漠化区，非石漠化区强烈侵蚀及以上等级的发生率明显高于石漠化区。关岭县高等级石漠化区土壤侵蚀面积和侵蚀强度等级都明显低于低等级石漠化区。

分析结果表明，关岭县不同等级石漠化区土壤侵蚀存在一定的规律，喀斯特区土壤侵蚀发生率低于非喀斯特区，未发生石漠化的区域土壤侵蚀发生率略低于已经发生石漠化的区域，严重石漠化区土壤侵蚀发生率低于石漠化较轻的区域。同时，土壤侵蚀强度等级喀斯特区小于非喀斯特区，非石漠化区小于石漠化区，高等级石漠化区小于低等级石漠化区，土壤侵蚀发生及强度与石漠化存在一定的规律性。同时，可以看出，关岭县石漠化与土壤侵蚀区域分布及强度并不一致，发生石漠化的区域土壤侵蚀并不强，因此石漠化治理和土壤侵蚀防治并不能合并成一个工程进行治理。关岭县进行土壤侵蚀治理过程中应加强石漠化等级较轻的区域的治理，同时更需要加强还未发生石漠化的区域土壤侵蚀的防治。