肇庆七星岩景区喀斯特景观类石漠化演化及其意义

朱汐 许自力 陈泽腾

（华南理工大学建筑学院，广东 广州 510641）

喀斯特石漠化是在喀斯特脆弱的生态环境下，受不合理人为活动的破坏干扰所导致的土地出现类似荒漠化的土地退化过程[1]。肇庆七星岩风景区出现某些类似石漠化的景观，其生态效益是负面的[2～6]，但有利于增加其独特性与观赏性，而维持景观特征的可持续性又是风景区的重要关注点之一。本文在七星岩风景区喀斯特石漠化生态评价基础上，提出“喀斯特类石漠化”概念。目前从景观生态学的角度，关注喀斯特风景区中类似石漠化现象的景观及生态意义的研究甚少，本文认为这类视角对喀斯特景区的保护与利用有指导意义。

1 研究背景

肇庆七星岩风景区位于广东省肇庆市，属亚热带季风湿润气候，雨热同期，多年平均降雨量1 650 mm，多年平均气温22.1℃。景区主要的7座岩峰分别为仙掌岩、蟾蜍岩、阿坡岩、天柱岩、石室岩、玉屏岩和阆风岩（图1），是周边地区唯一突出地表的喀斯特地貌，地质成分主要为石灰岩，因此其石漠化类型主要为显性石漠化[7]。历史上，人为活动对岩峰生态的影响为：破坏—恢复—再破坏。原生植被经砍伐后，1955年人工恢复植被，1978年后又遭受到一定程度的破坏[8～9]。现状岩峰上既有高大茂密的树林，也有大面积裸露的岩石，多种生境相互交错。研究石漠化问题对维护肇庆七星岩景观有重要意义。

2 “喀斯特类石漠化”

本文将出现在肇庆七星岩风景区中这种类似于喀斯特石漠化的现象，称为“喀斯特类石漠化”。“喀斯特类石漠化”可定义为：在水热条件良好的区域，喀斯特脆弱的生态环境，受不合理人为活动的破坏干扰，并一定程度导致土地局部出现类似荒漠化的土地退化过程。

图1 类石漠化研究范围

表1 喀斯特类石漠化与喀斯特石漠化的区别

“喀斯特类石漠化”与“喀斯特石漠化”的区别主要体现在尺度、植被条件上（表1）。贵州作为典型喀斯特石漠化地区，其地形主要为喀斯特发育强烈的高原山地，喀斯特出露面积大且连续，表现为大面积的荒漠[10]，对社会、生态存在较大危害。而粤西、粤北地区，喀斯特出露面积小且分布零散，加上良好的水热条件，植被生长优于贵州地区，表现为少量岩峰点缀于大片森林茂密的丘陵中，对社会、生态的危害较小。

3 研究方法

在七星岩风景区中“喀斯特类石漠化”与“喀斯特石漠化”景观特征与生态状态相同，本文的类石漠化状态评价采用“喀斯特石漠化”的生态评价标准。喀斯特类石漠化是土地退化过程，可以生态基准面作为评价标准，以完全没有发生喀斯特类石漠化的未退化阶段为初始面，以极端退化阶段为终极面，构成完整的喀斯特类石漠化过程[11]。因目前没有针对珠三角地区的评价标准，本研究采用条件较为相近的西南地区《喀斯特石漠化的形成过程及防治研究》[7]的标准。

因肇庆七星岩的地质成分以石灰岩为主，故选择采用显性石漠化程度评价的6个因子：枯落物厚度、土壤厚度、裸露石面面积、群落高度、乔灌层盖度、群落生物量[7]（为方便后续数据统计和计算，下文裸露石面面积用土壤覆盖率转换计算）。

在七星岩岩峰上随机选取80个5 m×5 m的样方，现场测量6个因子的数值。将主成分分析（PCA）法和系统聚类法结合，将80个样方进行分类，得到初步分类的结果。利用PCA法得出各个因子的权重，以石漠化程度最强与最弱的两个样方为终极面与初始面[7，11]，对80个样方的类石漠化程度进行评分。将评分结果与初步分类结果跟《喀斯特石漠化的形成过程及防治研究》[7]中的石漠化等级进行比对及适当调整，得到最终的分类标准，并将各样方得分代入最终评价标准，得出结果。此外，利用景观生态学的传统方法—层次分析（AHP）法得到权重，重新计算分类结果，并对比两种评价方法，得到检验结果。最后根据现场的景观特征，将类石漠化评价结果与现场的景观形态进行对照，分析其景观价值。

4 研究结果与分析

4.1 类石漠化程度分类

4.1.1类石漠化程度初步分类划分

根据选定的80个样方，就6个因子数据进行PCA，运算结果取样足够度KMO度量为0.826，6个因子拮取值都在0.5以上，且因子相关矩阵大部分数据的绝对值都在0.3以上，说明采样数据适合因子主成分分析。因子降维后选定两个主成分，第一主成分PC1主要概括解释包括枯落物厚度、群落高度、乔灌层盖度、群落生物量在内的植被因子，第二主成分PC2则主要概括解释包括土壤厚度、土壤覆盖率在内的土壤因子[7]。

运用系统聚类分析得到80个样方的聚类树状图，划定分类界限，相邻近的样方合并归为一类，最后将80个样方划分为7类（图2）。

结合系统聚类结果和PCA结果，根据系统聚类样方归类在P1P2平面上的位置关系，就近归类，得到80个样方的PCA排序结果（图3）。

根据样方的系统聚类与PCA排序结果，类石漠化程度初步大致划分为5类，类石漠化程度从I到V逐渐弱化，分别包含样地数量为9、12、22、24和13个。

图2 80个样地的系统聚类结果

图3 80个样地的PCA排序结果

4.1.2 PCA法权重与类石漠化程度最终分类划分

借助样方的具体评分，通过样方评分结果排序对初始分类结果进行修正和补充。

样方的评分是多因子共同影响的结果，各指标对类石漠化的影响也各不相同，指征的复合构成了指征的多维空间，因此确定各指标的权重对于整体评价十分必要。利用PCA结果计算各评价因子的权重。因子降维后选定两个主成分，对应的特征值分别为3.454和1.001，贡献率分别为57.565%和16.680%。PCA所得的因子载荷数据表示原始变量在主成分上的负荷（表2），反映原始变量在主成分上的相对重要性。

首先，计算出各指标在两个主成分线性组合中的系数，具体公式如下：

式中，Fij为主成分系数，Xij为因子载荷，ai主成分特征值。

其次，利用各指标在两个主成分线性组合中的系数计算各指标综合系数，具体公式如下：

式中，Fj为综合系数，Fij为主成分系数，bi主成分贡献率。

对各原始变量综合系数归一化，得到群落生物量、群落高度、枯落物厚度、土壤厚度、土壤覆盖率、乔灌层盖度的权重分别为0.143、0.148、0.162、0.203、0.202 和 0.142。

类石漠化反映到各指标上表征不同，通过评价指标量纲统一化处理，对各指标的原始数据进行极差标准化，使标准化后的数值在0～1之间。以每一个指标中的最大值（标准化后为 1）构成新的理论原点，记为 A0，作为其余样地比较的标准点，得到样地点与标准点之间的单项指标距离，再借助指标权重加权得到样地点与标准点之间的综合距离。样地点与标准点之间的距离即表示所研究类石漠化土地与标准样地的相异程度。各样地与标准点的欧氏距离值DI( Distance index )可用下式表示：

式中，DI为类石漠化样地与标准点的欧氏距离值；Wj为指标的权重；Aj为类石漠化样指标数值，A0为理论原点。

以石漠化最强与最弱（类石漠化指数RDI值对应1和0）的两个样方为生态基准面中的终极面与初始面[7，11]，参照理论标准面计算出对应的DI值，根据两个基准面所对应的RDI值对所有样方的RDI值做极差标准化处理，RDI数值越大，类石漠化程度越高，反之越低（表3）。

根据RDI数值排序，结合《喀斯特石漠化的形成过程及防治研究》[7]中对石漠化程度的分类进行修正和补充，在原先基础之上调整样方所在类型，对类型数量进行合理拆分和合并，得到80个样地类石漠化类型划分结果（图4）。

根据类石漠化类型划分，确定每个类型对应样方RDI数值范围，制定类石漠化程度等级划分标准（表4）。

对比《喀斯特石漠化的形成过程及防治研究》[7]中对石漠化程度的分类，肇庆七星岩有较多样方的生态状况比西南地区喀斯特森林更为良好，因此出现较多RDI为负数的样方。笔者猜测其原因主要为两地水热条件不同。

4.2 PCA法权重评价

对PCA计算得出80个样方的DI值作极差标准化处理，根据RDI排序分组划分（表5）。

分别对七星岩所有样方和单座岩峰样方评价因子取平均值，利用

表2 PCA因子荷载及系数

表3 PCA权重下的生态基准面DI值

表4 类石漠化程度等级划分标准

表5 PCA权重评价的RDI值分组划分结果

图4 80个样地类石漠化类型划分结果

PCA权重计算RDI，由结果可知七星岩整体类石漠化状态为“次级乔林”；单座岩峰来看，仙掌岩、蟾蜍岩、阿坡岩、石室岩和天柱岩类石漠化状态为“未退化”，玉屏岩和阆风岩类石漠化状态为“顶级乔林”。可见肇庆七星岩整体的类石漠化情况并不严重，但各样方点类石漠化程度差异较大。这种石漠与森林交错的景观，也成为肇庆七星岩独特的风景。

4.3 AHP法权重验证结果

AHP法作为景观生态学评价的传统方法，具有一定的可靠性。本研究将同样的原始数据，运用AHP法得出的权重，用相同的方法重新进行评分，并将得分代入前文表3的类石漠化程度划分标准中，得出结果，以此验证依照PCA法权重所得出结果的科学性。

采用AHP法，依据T.L.Saaty提出的一致矩阵法构造矩阵[12]，在咨询专家、导师意见的基础之上，用不同层级标度法进行指标的重要程度判定，其中1、3、5、7分别表示“重要程度相同”“稍微重要”“重要”“很重要”；2、4、6则为处于 1、3、5、7之间的重要程度，指标之间反过来的重要程度则用对应数字的倒数表示（表6）。计算判断矩阵，在随机一致性比率CR（0.0197＜0.1）检验合理的基础上确定群落生物量、群落高度、枯落物厚度、土壤厚度、土壤覆盖率、乔灌层盖度的权重分别为0.381、0.252、0.064、0.160、0.042 和0.101。代入欧氏距离值DI计算公式，对80个样方DI值作极差标准化处理，根据RDI排序分组划分（表7）。

分别对七星岩所有样方和单座岩峰样方评价因子取平均值，利用AHP法权重计算RDI，由结果可知七星岩整体类石漠化状态为“顶级乔林”；单座岩峰来看，仙掌岩、蟾蜍岩、阿坡岩、石室岩和天柱岩类石漠化状态为“次级乔林”，玉屏岩和阆风岩类石漠化状态为“顶级乔林”。

比较采用PCA法与AHP法所得权重的评价结果。对七星岩与各岩峰的整体评价，两种方法的结果较为接近。两种结果都将80个样方点分为6类，且RDI都在-1.20～0.85之间。其中，36个样方点被分到同一类中（占45%），39个样方点被分到相邻一类中（占48.75%），只有5个样方点被分到相隔的一类中（占6.25%）。两种评价方法的结果有一定相似性，可见该评价结果具有一定的可靠性。

5 景观价值与意义

喀斯特类石漠化是喀斯特地区特有的生态现象，形成独特的景观，为喀斯特风景区增加了观赏性与独特性。喀斯特类石漠化程度不同，其景观呈现、景观特征与景观构成都会有所不同。在肇庆七星岩中，虽然只存在显性类石漠化，但类石漠化程度跨度大且每种程度都占有一定比例，丰富了景观的变化。

当类石漠化程度为“顶级乔林”时，景观类似于原始丛林，有大量多层次的植物，由高大密布的乔林与遍地的地被构成。当类石漠化程度为“次级乔林”时，景观类似荒野间的小乔林，为较密的小乔林与土石相间的地表构成。当类石漠化程度为“未退化”时，形成岩石间点缀着许多树丛的景观，小乔木形成的树丛与裸岩为主要地表构成。当类石漠化程度为“轻度”时，形成小乔木孤植于裸岩顶部的景观，类似大型叠石假山与植物的搭配，由孤植的小乔木与大面积裸岩构成。当类石漠化程度为“中度”时，形成小乔木、灌木从大面积裸岩的岩缝中挣扎而出的景观。当类石漠化程度为“强度”时，其景观与石荒漠类似，遍地嶙峋的岩石，偶有植被与土壤。

表6 AHP法6个因子层级标度

表7 AHP法权重评价的RDI值分组划分结果

总体而言，不同类石漠化程度的部分交错分布，形成石漠与森林交错的景观，在岩峰上形成丰富的变化，具有很高的景观价值。

6 结论

肇庆七星岩整体喀斯特类石漠化程度并不严重，七星岩与各岩峰整体上都未出现类石漠化现象，只有局部区域出现不同程度的类石漠化。因类石漠化程度跨度较大，在景观上有明显差别，且不同类石漠化程度区域交错分布，产生石漠与森林交错的独特景观，丰富了岩峰的形态，为本已极具景观价值的肇庆七星岩喀斯特地貌，增加了独特性与观赏性。

在七星岩类石漠化现象的案例里，类石漠化在生态上有着负面的意义；但同时，在特定的发育阶段，类石漠化现象与当地特有的植被、水体等其他地貌要素组合在一起，形成富有特色且具有一定美学价值的景观，因而在景观资源形成上又有一定的积极意义。

致谢：感谢郑佳佳、郑安珩、周培鑫同学在研究过程中的鼎力相助。