南水北调中线水源区石漠化现状及成因研究

李春杰

（南阳师范学院地理科学与旅游学院，河南 南阳 473061）

石漠化是指在岩溶地貌下，受自然变迁和人类活动的影响，从而导致植被消亡、水土流失以及土地生产力下降，最终使基岩大面积裸露于地表，而呈现出类似荒漠景观的过程［1-2］。石漠化会破坏人类社会生存和发展的基础，造成环境退化并带来巨大的经济社会损失。石漠化多发生于喀斯特地貌区域。石漠化过程伴随着土地质量的下降，最终导致可利用的土地资源紧缩；石漠化过程还会伴生各种自然灾害，如山洪、滑坡、泥石流等，可能会导致区域性贫困，造成经济、社会与科技文化落后等一系列问题［3-5］。

南水北调中线水源区是我国石漠化较为严重的区域，也是我国石漠化分布的北缘［6-7］。南水北调中线核心水源区，是调水工程最后一道生态屏障和水源保护的敏感区域。了解并研究南水北调中线水源区的石漠化现状和成因，是保护水源区生态环境和优化供水水质过程中面临的重要课题［8］。本文以南水北调核心水源区的典型石漠化区域为研究对象，通过遥感影像分析的方法，查明石漠化以及潜在石漠化的面积、分布现状并分析其成因，以期为进一步保护南水北调水源区生态环境及供水水质安全提供依据。

1 研究区域概况及研究方法

1.1 研究区域概况

南水北调中线核心水源区地处中国自然地理南北过渡带，属亚热带与暖温带气候的过渡地带，是长江、淮河两大水系支流上游发源地之一。当地年平均气温16℃，雨量丰沛，无霜期长，降水主要集中在6—9月，年均降水量为750～900mm［9］。研究区域位于南水北调中线核心水源地，是我国石漠化分布的北缘。该区为喀斯特地貌发育区，地貌类型以山地、丘陵为主，成土母质由石灰岩、片麻岩等发育而成，质地疏松，土壤类型以黄棕壤和砂姜黑土为主，易被降雨冲刷侵蚀，土壤相对贫瘠，地形以坡地为主，易发生水土流失［10］。

1.2 研究方法

本研究以南水北调中线水源区为例，主要研究区域包括淅川县、内乡县、西峡县、桐柏县、南召县、镇平县、邓州市、方城县、唐河县、社旗县、新野县和南阳市主城区，通过数据统计分析，研究南水北调中线核心水源区的石漠化现状和分布情况。遥感影像数据源于地理空间数据云（www.gscloud.cn），依据云量＜20%、地面植被对分析结果影响较小的原则，选择2020年2月9日，南水北调中线水源区的Landsat8OLI_TIRS卫星数字产品，以及SRTM90mDEM数据，确保选用数据能够进行有效对比。本研究主要采用Envi5.1遥感影像处理软件，对遥感影像依次进行辐射校正、大气校正、图像配准、裁剪操作。根据大量的野外调查数据，同时结合已有的石漠化研究资料，依照不同等级的石漠化土地分布格局，将石漠化强度划分为轻度、中度、重度和极重度等4级［11］。通过遥感影像监督分类的方法，得到不同区县石漠化强度及分类面积统计。

2 南水北调中线水源区石漠化现状分析

南水北调中线水源区地处我国喀斯特地貌分布区北缘。当地人地关系紧张，人类活动打破了生态平衡，导致地表植被覆盖率降低，从而出现了大范围的石漠化现象。石漠化的主要表现形式为表土被剥离后基岩与砾石大面积裸露，植被盖度下降使得整个地表呈现出石质荒漠化景观，使水土流失、生态失衡愈发严重。人为改造地形，对土地资源的不合理利用，进一步加快了水土流失的速度，致使该地区石漠化日益严重（见图1）。

对南水北调中线核心水源区的遥感图像进行分析，可以发现：淅川县与内乡县现存石漠化面积相对较大，分别为34881.5hm²和15548.2hm²；潜在石漠化面积相对较大的是淅川县与西峡县，分别为48979.1hm²和22414.9hm²（详见表1）。目前石漠化最为严重的淅川县和内乡县，其石漠化程度按强度等级分析具有明显差异。淅川县中度石漠化面积最大，为20263.2hm²，内乡县中度石漠化面积为7561.7hm²（详见表2）。南阳市行政区域内按土地利用类型分类，林地现存的石漠化面积最大，其次是耕地、未利用地，最后是牧草地，面积分别为71723.2、2628.7、915.9、36.3hm²；南阳市行政区域内按土地使用权属分类，集体用地现存的石漠化面积最大，其次是个体用地，最后是国有用地，面积分别为55935.7、16107.2、3261.2hm²（详见表3）。导致石漠化的最直接因素就是土壤侵蚀，随着表层土壤的减少，石漠化会愈发严重。喀斯特地貌广泛发育的石灰土易被流水侵蚀，不利于地表土层的积累，进一步加快了南水北调中线水源区石漠化的进程，潜在石漠化面积不断扩大。

表1 南阳市各行政区域石漠化面积

表2 淅川县、内乡县石漠化土地强度等级分布现状

表3 石漠化按土地使用权属分类现状

3 南水北调中线水源区石漠化成因分析

南水北调中线水源区石漠化的主要原因有两个，一是自然因素，二是人为因素，其内在机制见图2。

图2 石漠化的成因机制

3.1 自然因素

3.1.1 地质、地形因素。南水北调中线水源区所在的南阳市位于我国西南熔岩地区的北缘，是我国熔岩区的重要组成部分。其中，伏牛山、桐柏山76.2%的基岩由石灰岩构成。且南阳市地形以山地、丘陵为主，多地势陡峭的山体及破碎的岩石，在降水的冲刷下，地表十分容易遭到侵蚀和破坏，造成石漠化灾害［11-13］。南阳市境内复杂的地质构造，加上石灰岩本身自然属性，天然形成了秃壁残垣和光山秃岭；当地成土母质由石灰岩、片麻岩等发育而成，质地疏松，土壤类型以黄棕壤和砂姜黑土为主，极易受到侵蚀形成自然石漠化景观（见图1）。

3.1.2 气候、植被因素。南水北调中线水源区地处东部季风区，降水较多且集中，夏季降水量占全年降水量的一半以上，集中的降水对地表岩石造成严重冲刷，破坏地表土壤［14］，为喀斯特溶蚀、侵蚀作用提供了物质和能量来源。而且该地区地形起伏较大，山势较陡，当山体具有一定的坡度、破碎度，且植被覆盖度较低时，山坡上原本较薄的土壤受到强烈冲刷后极易导致水土流失、土地退化和基岩裸露，影响水源区水环境和水生态安全［15］。此外，南水北调中线水源区良好的水热条件加快了岩石的溶蚀速度，更加重了石漠化灾害。水源区植被以灌木居多，大部分植被群落处于正向演替的初始阶段，稳定性较差，区域生态系统十分脆弱，有利于石漠化的形成。

3.2 人为因素

3.2.1 人口素质。石漠化形成的另一个主要原因是人为因素。南水北调中线水源区可耕地面积较少，且新增石漠化面积主要发生在陡坡耕作区，每年新增严重石漠化面积还在继续增加，使得人地矛盾十分突出。该地区农民普遍仅靠土地进行生产生活，大多缺乏生态环境保护意识，过度使用土地资源导致了石漠化面积进一步扩大。虽然南阳市年鉴统计数据显示，近几年南水北调中线水源区居民的人均受教育年限在不断提高，但是由于经济社会相对落后以及基础设施条件的限制，水源区人口的综合素质依然较低，易被当前短期经济利益所吸引，而忽视自然生态环境的承受能力，以破坏生态环境为代价追求当前经济效益的现象十分普遍。通常石漠化现象严峻的县市，其地方经济也相对落后。

3.2.2 产业矛盾。南水北调中线水源区部分乡镇为发展经济，大力发展畜牧业，且以散养牛羊为主，过度放牧导致林草植被退化。这也是导致南水北调中线水源区石漠化加重的原因之一。由于人多地少，人们对耕地和木材的需求量大，因此过度垦殖、乱砍滥伐现象突出，导致生态破坏严重，植被恢复极为困难。调查显示，南水北调水源区曾多次发生大面积砍伐树木的现象，加速了石漠化进程。此外，滑坡、泥石流等地质灾害，使局部地区基岩裸露；不合理的开山采石，公路、铁路等基础设施建设项目工程岸坡、边坡未按照水土保持方案的要求进行治理，也都加剧了石漠化。

4 结论

石漠化过程是诸多因素综合作用的结果，脆弱的生态地质环境是石漠化形成的基础，人为因素更加快了石漠化过程。石漠化使生态系统的稳定性减弱、敏感性增强、自然灾害频发、耕地面积不断减少，最终导致土地生产力趋于枯竭。南水北调中线水源区地处我国喀斯特地貌分布区北缘，地质构造和成土母质的特性导致极易出现水土流失，形成石漠化地貌。本研究查明了南水北调中线水源区石漠化以及潜在石漠化的面积及分布，其中，淅川县和内乡县境内石漠化分布面积较大。从整体来看，南水北调中线水源区石漠化土地分布较广，防治形势十分严峻。通过提升人口素质，限制过度畜牧、过度垦荒、地形改造、采石采矿和无水保规划的工程建设等措施，可使石漠化土地得到有效恢复，并可改善水源区水质环境和水生态，从而确保南水北调中线水源区水质不断优化，持续北送。由于石漠化区域的生态系统复杂且脆弱，对于石漠化的形成机制仍需进一步深入研究。探讨水源区石漠化现状和成因，对提升石漠化治理水平、提高石漠化修复能力具有重要的理论和现实意义。