丹江口库区石漠化特征及成因分析

杨妍妨 程洋 王永

摘要：丹江口水库作为国家南水北调中线工程的水源地，其良好的水质状态，是南水北调中线工程成功的关键所在。以高分辨率遥感数据作为数据源，获取了水源区和库区石漠化空间分布特征，其中库区石漠化主要分布于南水北调渠首所在地的河南省淅川县境内，总面积约327.59 km2，发生率23.11%（为水源区的5.7倍）。通过实地调查，结合地质特征，按照主控因素建立了库区石漠化的3种典型模式：人类活动形成的石漠化、自然条件形成的石漠化、自然条件主导下人类活动加剧形成的石漠化;同时分析认为地质条件是丹江口库区石漠化形成的物质基础、自然气候是石漠化形成的背景因素、人类活动是石漠化形成的动力条件。该石漠化特征模式和成因的提出，可为库区石漠化治理、生态修复提供依据，对其他岩溶地区石漠化成因模式的建立具有重要参考作用。

关 键 词：石漠化; 自然条件; 人类活动; 丹江口库区

中图法分类号： S157

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.05.016

0 引 言

石漠化是指在热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶及其发育的自然背景下，受人为活动干扰，地表植被遭受破坏，造成土壤侵蚀程度严重、基岩大面积裸露、土地退化的表现形式，是造成水土流失、水源丧失、河流泥沙含量增加的重要原因，严重影响生态环境质量和河流水质[1-5]。丹江口水库作为国家南水北调中线工程的水源地，其良好的水质状态，是南水北调中线工程成功的关键所在。20世纪90年代开始，国家针对丹江口库区及上游地区开展了一系列水污染防治和水土保持重点防治工作[6-9]和研究[10-14]，对石漠化严重地区采取封山育林、人工造林、草地建设等植被恢复措施[15-19]，限制土地过度开发，有效遏制了石漠化问题的加重，丹江口水库的水质和库区及上游地区的生态环境得到显著改善[20-22]。

《丹江口库区及上游水污染防治和水土保持“十三五”规划》[9]指出，随着中线工程配套设施的完善，中线供水已成为京津两市城区的主要饮用水源，对水质、水量保障和风险防控提出了更高的要求，而丹江口库区及上游部分区域仍存在不同程度水土流失、石漠化等问题。2014～2015年河南省完成的首次石漠化监测结果也显示，南水北调渠首所在的淅川县石漠化土地面积占全省石漠化土地面积的46.73%、潜在石漠化土地面积占全省潜在石漠化土地总面积的52.61%，均为全省第一，石漠化问题直接威胁水库水质安全[23]。除了继续开展水污染防治和水土保持工作，更深层次的石漠化调查与治理工作也亟待进行。本文依托中国地质调查局“国土空间开发适宜性地质调查与评价”工程下属“南方石漠化重点区综合地质调查与评价”项目任务，对丹江口库区及上游地区开展了石漠化遥感地质调查研究，获取了丹江口库区及上游地区的石漠化空间分布特征、库区石漠化实地特征及成因模式，厘清库区石漠化与地质的关系，成果可为南水北调中线工程水源地的石漠化治理、生态修复和保护提供地质依据。

1 研究区概况

丹江口水库位于长江一级支流汉江的中下游，横跨于湖北省丹江口市北部和河南省淅川县南部的广阔地区，水源多来自汉江及其支流丹江。丹江口水库淹没范围称为丹江口库区（以下简称“库区”），主要涉及河南省南阳市淅川县、邓州市，湖北省十堰市張湾区、芽箭区、郧阳区、丹江口市（含武当山特区）、郧西县，共7个县（市、区）[8]，库区及其周边地貌类型主要为丘陵，山中的沟、岔分布相对广泛。气候属于北亚热带季风型大陆性气候，四季分明，雨量充沛，降雨特征主要表现为西多、东少，山区多、丘陵和平原区少[24]。据地质资料知，库区岩溶区面积约0.14万km2。

由丹江口库区及上游地区组成的南水北调中线工程水源区（以下简称“水源区”），地理位置为31°20′～34°10′N，106°～112°E，包括陕西省、四川省、重庆市、甘肃省、湖北省和河南省，总面积 9.52万 km2[9，11]。水源区整体位于秦巴山区，总体地势由西北向东南倾斜，主要的地貌单元包括部分秦岭南坡、伏牛山南坡、米仓山北坡、大巴山北坡、神农架北坡及其间的盆地、低山丘陵，以及东侧的部分南阳盆地及周边山地[25]，属于北亚热带季风区的温暖半湿润气候，四季分明，降水分布不均，立体气候明显。据地质资料知，水源区岩溶区面积约2.20万km2。

2 石漠化现状

本文以2018年高分一号16 m分辨率遥感数据作为数据源，结合“DD2004-02区域环境地质调查总则”和相关石漠化遥感解译类型分级的划分标准[26-28]，对库区和水源区岩溶石漠化进行人机交互解译，按照无石漠化（岩石裸露程度<30%）、轻度石漠化（岩石裸露程度30%～50%）、中度石漠化（岩石裸露程度50%～70%）、重度石漠化（岩石裸露程度>70%）的划分等级依据，获取了库区和水源区的石漠化空间分布特征（分别见图2和表1）。

水源区面积为21 955.91 km2的岩溶区中，石漠化总面积888.74 km2，发生率4.05%，呈点状、带状零星分布于汉中市、安康市等人类活动剧烈区和东部丹江口水库附近，其中中度和重度石漠化占比1.33%;库区面积为1 417.59 km2的岩溶区中，石漠化面积327.59 km2，发生率23.11%，为水源区的5.7倍，其中中度和重度石漠化占比11.88%，为水源区的8.9倍，集中发生于库区北部、南水北调渠首所在地的河南省淅川县境内。相比于同期西南8省15.85%的石漠化发生率，库区石漠化问题尤为突出，随之而来的基岩裸露、植被退化、水土流失等也将直接威胁库区的生态环境和水质安全，影响不容小觑。

3 石漠化实地特征

针对库区较为严峻的石漠化现状，项目开展了以库区为单位的整体性实地调查（见图3）。本文根据遥感解译及实地特征，按照主控因素建立了库区3种地质背景下的石漠化模式：自然条件形成的石漠化、人类活动形成的石漠化、自然条件主导下人类活动加剧形成的石漠化。

3.1 自然条件形成的石漠化

调查发现，库区多处岩溶缓坡高程低、坡度小，为适宜人类耕种的自然地貌。但因岩性和断层、褶皱构造的影响，山谷土层厚、土质好，植被茂密;而山脊灰岩质地坚硬，成土速率慢，土壤较薄且不连续，大量基岩裸露，自然条件下植被以低矮荒草为主，飞播造林成活率低，植被覆盖度低于50%，遥感影像为条带状灰白色，呈现出典型的岩溶石漠化特征（见图4）。如紫荆关-寺湾-老城-香花大断裂北侧的黑鱼沟村一带，沿谷地发育互相切割的两条小型断层，断层交叉部位存在小型牵引褶皱，实地调查发现该处石漠化受到了岩性和地质构造的综合控制：断层谷地植被茂密，为人类利用的耕地;而在山脊则为致密坚硬的灰岩，土壤薄，基岩大面积裸露，植被以荒草为主，人工种植的松树难以成活，为中-重度石漠化。因而，认为地层岩性、地质构造在一定程度上控制石漠化的发育，并将这种纯自然条件导致适宜人类利用地区转变为不可利用、且基岩裸露的现象也定义为石漠化，建立自然条件形成石漠化的模式。

3.2 人类活动形成的石漠化

杨洞堡向斜北翼西端的山脊附近（河南淅川县柴沟村一带），在遥感影像上呈现灰白色，大量基岩裸露，解译为石漠化;实地调查发现，该区域为人工开荒种植核桃樹，出现大量基岩裸露为中-重度石漠化现象;在开荒较早的区域，核桃树枝叶密闭，呈现典型的林下石漠化现象，见图5（a）。丹江断裂北侧（湖北丹江口市北沟村一带）沿谷地及两侧缓坡，遥感影像呈现局部灰白色，基岩裸露严重，实地调查中发现该区域为碳酸盐岩夹碎屑岩区，人工种植柑桔树，柑桔树树龄较短，人类翻土、施肥、养护等活动使得柑桔种植区的水土流失严重、基岩裸露明显，形成石漠化，见图5（b）。除此之外，因库区人地关系紧张、耕地资源稀缺，人类因生活所需在岩溶谷地和缓坡上种植的小麦、蔬菜等活动，均对自然状况进行扰动，这种人类活动造成的石漠化是丹江口库区石漠化的主要原因之一。

3.3 自然条件主导下人类活动加剧形成的石漠化

如图6所示，研究区还存在以自然条件为主导、人类活动加剧形成的石漠化现象：杨山村背斜南翼地区（湖北省襄阳市与河南省南阳市交界区域），在遥感影像上可见阳坡与阴坡色调差异较大，阳坡大量基岩裸露，植被稀缺，呈中-重度石漠化影像特征;阴坡植被以乔灌为主，长势良好，覆盖度达80%以上。实地调查发现，阳坡适宜龙须草（当地村民的一种经济作物，形似荒草）生长，每年收割时植被遭受破坏，导致大量基岩裸露，出现石漠化现象;阴坡热量不足，不适宜种植龙须草，为自然生长的乔灌，无石漠化现象。这种以自然条件为主导、人类活动加剧形成石漠化的模式，主要分布于在丹江库段南部，以杨山村、雷庄村最为典型。

4 石漠化成因分析

整体来看，地层岩性、地质构造、坡度、土壤、光照、热量、人类活动等多种因素的综合影响造就了丹江口库区的石漠化现状。本文将其原因归纳为，地质条件是石漠化形成的物质基础、自然气候是石漠化形成的背景因素、人类活动是石漠化形成的动力条件。

4.1 地质条件是石漠化形成的物质基础

丹江口库区地史上多期次的构造运动致使库区褶皱、断裂发育，地质构造复杂，地势起伏不平，为石漠化提供了动力潜能。随着坡度的增加，坡面径流加快，坡面上的土壤稳定性降低，水土流失加剧，使得地形起伏大、坡度高的地段石漠化相对严重，而地形相对平缓的沟谷地段石漠化相对较轻。在岩性方面，碳酸盐岩层形成1 cm土壤大概需要2 500～8 500 a[29-30]，成土十分困难。区内普遍可见山谷土层厚、土质好，植被茂密;而山脊灰岩质地坚硬，成土速率慢，土壤较薄且不连续，大量基岩裸露，自然条件下植被以低矮荒草为主，飞播造林成活率低的情况。加之区内高角度断层的切割和牵引下，坡面出露的坚硬燧石条带弯曲、错动，使得坡面土壤分布断续，在雨水的冲刷下更加难以保存，碳酸盐岩大面积出露，为丹江口库区石漠化的形成奠定了物质基础。这种自然形成的石漠化不可逆转，很难向西南岩溶地区一样通过种植火龙果、花椒、金银花等经济作物而得到显著治理。

4.2 自然气候是石漠化形成的背景因素

丹江口库区气候属北亚热带季风型大陆性气候，四季分明，雨量充沛，雨水常年侵溶冲刷地表，这为水土流失的发生提供了充足的外动力;加之干旱季节时蒸发量大于降水量，植被缺乏。丹江口库区岩溶地貌以岩溶丘陵为主，光照、热量充足的阳面坡因适宜种植作物而遭受严重的人类活动干扰，石漠化发生率极高;阴面坡光热条件相对较差，反而得以自然生长出茂密的植被，石漠化发生率大幅降低，整体来讲，雨热条件不均匀的自然气候是丹江口库区石漠化形成的背景因素。

4.3 人类活动是石漠化形成的动力条件

库区人地关系紧张、耕地资源稀缺，乱砍滥伐、过度放牧、开垦耕种等人类活动不可避免地促进了石漠化的发生和加重。在丹江库区东北部，人类在土壤断续且薄的丘陵草甸上放牧的现象随处可见，即便在土层厚实的山谷区，植被也以低矮荒草为主，过度放牧不可避免地扰动土壤、毁坏植被、增加地表粗糙度，加速水土的流失，加剧石漠化的发生;在溶丘阳面坡种植龙须草或蔬菜、在石漠化区种植幼龄柑橘、核桃树等，因常年的施肥、养护等活动不断干扰土壤，广种薄收，土地生产力下降，加剧了石漠化的发生。因而过度放牧和耕种等人类活动是丹江口库区石漠化形成的动力条件。

5 结论与建议

在内外因素的综合影响下，丹江口库区石漠化发生率为水源区的5.7倍，石漠化问题十分突出。本文通过高分辨率遥感解译与实地调查，按照主控因素建立了库区石漠化的3种典型特征模式，包括：① 自然条件形成的石漠化，即为地层岩性、地质构造等自然因素导致适宜人类利用地区转变为不可利用、且基岩裸露而出现石漠化的现象，以山脊灰岩质地坚硬，成土速率慢，土壤较薄且不连续，自然植被低矮，植被覆盖度低为特征;② 人类活动形成的石漠化，表现在幼龄核桃、柑桔种植区的翻土、施肥、养护等人类活动形成的中-重度石漠化、林下石漠化和因农作物耕作区的过度开垦、扰动至水土流失形成石漠化;③ 自然条件主导下人类活动加剧形成的石漠化，是前两者的综合，表现为杨山村、雷庄村等地出现的阴坡植被茂密、多样，无石漠化，而阳坡在人工种植龙须草等经济作物后基岩裸露形成轻度石漠化。丹江口库区石漠化的成因中，地质条件是石漠化形成的物质基础，自然气候是石漠化形成的背景因素，人类活动是石漠化形成的动力条件。

目前，种植柑橘、核桃林等果树是解决经济发展与生态保护之间矛盾的有效办法之一，但是仍然存在上部树林枝繁叶茂、下部基岩严重裸露的林下石漠化现象，今后应予以关注。此外，建议根据当地的自然条件和人类活动特征，因地制宜，开展针对性调查和治理。

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（編辑：黄文晋）

Rocky desertification characteristics in Danjiangkou Reservoir area and cause analysis

YANG Yanfang，CHENG Yang，WANG Yong

（Key Laboratory of Karst Ecosystem and Treatment of Rocky Desertification，Institute of Karst Geology，Guilin 541004，China）

Abstract：

Danjiangkou Reservoir is the water source of the middle route of South-to-North Water Diversion Project.Keeping the water quality in good condition is the key to ensuring the success of the project.In this paper，the high resolution remote sensing data was used as the data source to obtain the spatial distribution characteristics of karst rocky desertification in the water source area and reservoir area.Karst rocky desertification in the reservoir area was mainly distributed in Xichuan County，Henan Province，with a total area of 327.59 km2.The incidence rate was 23.11%，which was 5.7 times that of the water source area.Based on field investigation and geological characteristics，three typical modes of rocky desertification in the reservoir area were established according to the main controlling factors，which were rocky desertification caused by human activities，rocky desertification caused by natural conditions and rocky desertification caused by intensified human activities led by natural conditions.It was pointed out that for the rocky desertification in Danjiangkou Reservoir area，the geological setting was a material basis，the climate condition was a background，and the human activity was a dynamic source.The proposed mode of rock desertification characteristics and its cause can provide a basis for rock desertification control and ecological restoration in the reservoir area，and provide an important reference for the establishment of rock desertification cause modes in other karst areas.

Key words：

rocky desertification;natural condition;human activities;Danjiangkou Reservoir area