贵州省北盘江流域喀斯特石漠化变化特征及治理成效分析

王小凤,杨广斌

(贵州师范大学 地理与环境科学学院,贵阳 550025)

0 引 言

喀斯特石漠化诱发生态环境退化,导致土地资源紧张,贫困问题加剧[1]。21世纪初,我国开始探索石漠化治理对策,提出以岩溶流域为单元,因地制宜的治理模式[2-3]。贵州省作为石漠化面积最大、程度最深的省份,石漠化问题受到政府部门高度重视。国家在“十一五”规划中提出重点保护贵州石漠化地区综合治理生态工程,于2008年正式启动。贵州省在“十二五”“十三五”规划中,明确要继续加大力度全面推进石漠化综合治理,2016年国家发展与改革委员会颁布的《岩溶地区石漠化综合治理工程“十三五”建设规划》,对推进贵州喀斯特地区石漠化综合治理工作做了进一步指导。据全国第2次石漠化监测结果,2011年贵州省石漠化面积较2005年减少了2 920 km2。第3次石漠化监测结果显示2016年较2011年减少了5 537 km2,有效遏制了石漠化扩张,生态环境持续改善。此后,贵州省石漠化治理进入成效巩固与深入推进阶段,截止目前,由原来高强度人为干扰向大规模自然恢复与人工造林转变[4]。分析石漠化变化规律及治理成效,有助于科学、高效开展新一阶段石漠化治理。

前人聚焦石漠化生态问题,基于石漠化监测结果,对其空间分异特征[5]、变化规律及驱动机制[6-7]、生态恢复[8-9]等方面展开了丰富研究,为治理提供了理论支撑。目前石漠化时空变异研究多基于遥感数据,如文林琴和栗忠飞[10]通过TM影像研究得出贵州省2004—2016年石漠化呈现总体持续好转态势;许玉凤等[11]基于3S技术研究表明,贵州省黔南州在2010年无、重度石漠化面积分别为最小和最大值;习慧鹏等[12]基于Landsat数据反演表明1990—2015年贵州省普定县石漠化演变呈好转—恶化—好转趋势。这些研究从省、市、县域探明石漠化演变规律,并通过总体与各等级石漠化面积变化量来表征其演变情况。土地石漠化的产生与水土流失、地形地貌直接相关,当前石漠化治理主要以流域为单元分区、分级开展。而针对贵州省典型岩溶地貌、流域土地石漠化的时空变化定量研究鲜见,限制了以流域为单元的石漠化分区综合治理成效评估。

因此,选取黔中高原峡谷的北盘江流域为研究区,首先分析2010—2019年石漠化变化,然后探索石漠化随坡度、海拔的变化,并分析各类政策措施对石漠化的影响,为石漠化科学治理提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

北盘江是珠江干流西江上游左岸的一级支流,发源于云南省宣威市。贵州境内位于104°00′E—106°20′E、24°50′N—26°45′N,长352 km,流域面积21 288 km2,流经六盘水、黔西南和安顺。年均降雨量900～1 300 mm。流域地势起伏大,海拔为295～2 848 m,呈西北高而东南低,天然落差1 982 m,主要为中山地貌,境内多V形峡谷、险滩。流域内岩溶发育广泛,多地下河,水土流失严重。域内喀斯特集中分布,石漠化发育。

1.2 数据来源与处理

本文2010年石漠化数据源自《全国生态环境十年变化(2000—2010)遥感调查与评估项目》,采取相同石漠化提取方法,通过2019年高分1号遥感数据提取植被覆盖率和基岩裸露率,结合林地资源数据计算得到石漠化数据。岩性数据通过贵州省1∶50万水文地质图矫正处理后提取,剔除非喀斯特类岩性。高程、坡度数据通过30 m分辨率的DEM数据提取,根据域内地貌特征与海拔范围,将提取后的高程按照丘陵、低山、低中山、中中山、高中山分为<500、[500,1 000)、[1 000,1 200)、[1 200,1 800)、[1 800,3 499] m;坡度级按照平坡、缓坡、斜坡、陡坡、急坡、险坡分为6级：[0°,5°)、[5°,15°)、[15°,25°)、[25°,35°)、[35°,45°)、≥45°;2010—2019年平均降雨数据通过中国气象局(http：∥www.gscloud.cn)下载,再通过克里金插值求算。最后统一各要素分辨率和空间参考。

1.3 研究方法

1.3.1 石漠化分类

本研究参照《岩溶地区石漠化调查技术规定(2021年修订)》,将喀斯特土地石漠化分为6种类型：非石漠化、潜在石漠化、轻度石漠化、中度石漠化、重度石漠化、极重度石漠化,依次编号为1、2、3、4、5、6。分类依据如下。

喀斯特土地石漠化主要以基岩裸露率、林灌草植被综合盖度及土地利用类型综合情况制定评定标准,划分3大类,即石漠化土地、潜在石漠化土地和非石漠化土地,其中石漠化土地根据基岩裸露率、植被类型、植被综合盖度、土层厚度4个指标评分值(表1)之和划分为4级,石漠化评分值之和≤45、(45,60]、(60,75]、>75,等级分别为轻度石漠化(Ⅰ)、中度石漠化(Ⅱ)、重度石漠化(Ⅲ)、极重度石漠化(Ⅳ)。

表1 石漠化程度评定因子评分标准

1.3.2 石漠化转移矩阵

以2010年、2019年石漠化数据为基础,运用马尔科夫模型(MarkovModel)[13]构建石漠化类型转移矩阵,并计算各石漠化类型的转出面积、转入面积,其表达式为

(1)

式中：Pij为石漠化转移矩阵;n为石漠化类型数;i、j分别为研究期初、期末石漠化类型序号。

1.3.3 石漠化状态指数

状态指数反映石漠化类型变化的趋势和状态。计算公式为

ΔUin+ΔUout≠0 。

(2)

式中：Ps为某种石漠化类型的状态指数;ΔUout为研究期某类石漠化类型转变为其它石漠化类型的面积和;ΔUin为同时期其他石漠化类型转变为该石漠化类型的面积和。

2 结果与分析

2.1 石漠化变化特征

2.1.1 石漠化随时间的变化

据图1,2010—2019年流域石漠化面积减少1 071.89 km2,占域内喀斯特面积比例从41.14%降至33.02%。随时间推移,轻、中、重、极重度石漠化面积均降低,潜在与非石漠化面积均增加,表明治理工程有效控制了石漠化发育程度加强。从比例来看,重、极重度石漠化的比例最低,且占比降低,说明石漠化发生总体以轻、中度为主。中度石漠化面积和比例高于轻度,可能与人为利用强度有关。

图1 2010—2019年各类型石漠化面积及占喀斯特面积比例变化

非、潜在石漠化状态指数趋近于1,呈“涨势”状态,表明这2种石漠化土地类型呈现出极端非平衡态势,整体面积增加;轻、中、重、极重度状态指数为负值,表明这几类石漠化土地的转入速度小于转出速度,且在该时期内面积在减少。其中轻度石漠化土地状态指数为-0.05%,接近于0,表明在此期间轻度石漠化土地面积转入速度与转出速度差距较小;重、极重度石漠化状态指数为-0.65%、-0.97%,与-1%接近,其转出速度远大于转入速度,表明域内重度及以上石漠化面积规模迅速缩减,重度及以上石漠化土地处于不稳定状态(表2)。

表2 贵州省2010—2019年不同类型石漠化面积变化

根据式(1),得到贵州省北盘江流域2010—2019年石漠化类型转移矩阵(表3),同时,根据转移矩阵计算得出不同类型石漠化转移面积的占比(图2)。

综合表3、图2可知：

(1)非石漠化转出面积为8.6 km2,主要向潜在石漠化转变;转入面积为184.27 km2,主要由潜在、中度石漠化转入;一方面,植被破坏与土地利用不当,导致流域内植被覆盖率降低、基岩裸露率增加,进而引起非石漠化向潜在石漠化土地转变;另一方面,域内石漠化发生以中度为主,封山管护、育林(草)和人工造林等林草恢复措施对重度以下石漠化植被覆盖率和基岩裸露率有较显著影响,可使中度以下石漠化直接向非石漠化土地转变。

表3 贵州省北盘江流域2010—2019年石漠化类型转移矩阵

图2 2010—2019年不同类型石漠化转移面积比例

(2)潜在石漠化主要由中度、轻度石漠化转入,转出多为非石漠化,表示治理取得成效。

(3)轻度石漠化转出面积为445.70 km2,主要向潜在石漠化转变;转入面积为400.95 km2,主要由中度石漠化转入。轻度石漠化转入与转出面积之比接近1,由此可见研究区轻度石漠化总体面积虽稳定,但是内部转换剧烈。

(4)中度石漠化转出面积为881.73 km2,主要向潜在和轻度石漠化转变;转入面积为254.96 km2,主要转入石漠化类型是重度石漠化,其次是潜在石漠化。

(5)重度石漠化转出面积为384.78 km2,主要向中度和潜在石漠化转变,各占转出面积的43.90%、37.20%;转入面积为82.07 km2,主要由极重度石漠化转入,占转入面积的80.87%。重度石漠化较难治理,由重度石漠化直接转变为潜在石漠化面积占比可见,对该类石漠化治理的力度较大,治理成效显著。

(6)极重度石漠化转出面积为99.10 km2,主要转变为重度石漠化;转入面积为1.44 km2,主要以重度石漠化转入为主。极重度石漠化极难治理,从其转出情况可见,极重度石漠化的治理成效较显著。从转入情况看,存在少量治理难度大、石漠化极端恶化情况。

2.1.2 石漠化空间变化

流域石漠化分布空间上,以北部、东北及中部为主;重度、极重度以北部、东南部、中部和南部居多,较2010年,2019年重度及以上石漠化在北部、东部明显减少(图3)。

图3 贵州省北盘江流域石漠化空间分布

依据《岩溶地区石漠化调查技术规定(2021年修订)》,针对土地石漠化状况之间以及石漠化发生程度之间的相互转换,将石漠化演变类型分为明显改善、轻微改善、稳定、退化加剧和退化严重加剧5个类型。具体分类标准为：石漠化状况或石漠化程度顺向(逆向)演变2级或者2级以上为明显改善(退化严重加剧);植被状态轻微改善(退化)或石漠化程度顺向(逆向)演变一级为轻微改善型(退化加剧);石漠化状况与石漠化程度均没有发生变化为稳定。

由图4,从空间分布上看：①流域2010—2019年石漠化明显改善区域主要集中在流域东部;严重退化加剧区域主要分布在南部;在北部既有石漠化明显改善区域,也有严重退化加剧区域。②石漠化以稳定为主,其次是轻微改善型,零散分布退化加剧类型。结合具体数值,贵州省北盘江流域2010—2019年石漠化变化类型按面积排序为：稳定型>轻微改善>明显改善>退化严重加剧>退化加剧。石漠化变化稳定型主要以非石漠化和潜在石漠化稳定为主;明显改善与轻微改善类型主要以轻度与中度石漠化改善为主,轻度与中度石漠化是研究区土地石漠化发生的主要类型,且具有一定的土层厚度,有利于植被生长。植被恢复工程是改善该类石漠化最有效直接的方式,如退耕还林还草工程能直接将旱地变为林地、草地,人工造林等工程措施能较大程度提高草地、疏林地、低覆盖度灌丛的植被覆盖率。此外,认为干热强度减弱时,轻度与中度石漠化也能够自然恢复,阻止石漠化发育。退化严重加剧变化类型主要发生在潜在石漠化土地上,且分布零散,因为该类土地较为稳定,受自然等因素的影响较小,其退化主要是受到强烈的毁林、毁草以及不合适的经营管理等人为干扰。退化加剧型面积最小,主要以轻、中度石漠化变化为主,域内主要在轻、中度石漠化土地开展石漠化治理措施,治理过程中治理措施的不当以及自然灾害的发生,易导致该类石漠化发生恶化。

图4 贵州省北盘江流域2010—2019年石漠化变化类型

表4 不同坡度石漠化变化

2.1.3 石漠化在不同地域维度中的变化

2.1.3.1 不同坡度的变化

据表4可知,石漠化主要发生在5°～25°之间,在各坡度范围所有石漠化类型的发生总体减少,且在5°～25°坡度范围减少面积较大,在25°～45°减小幅度较大。结果表明,治理工程特别是退耕还林工程实施后,石漠化发生程度变低、范围更小,可控性增强。

2.1.3.2 不同海拔的变化

表5显示,84%以上的石漠化发生在1 000 m以上,非、潜在石漠化及已发生石漠化区域各等级石漠化面积分布规律相似,均在1 800 m以上达到最值。所有海拔梯度上,均为非、潜在面积增加,中度石漠化、重度、极重度石漠化面积降低,轻度则仅为1 200～1 800 m区域增加。说明石漠化治理工程总体降低了扰动强度,这一规律与海拔的内在关联程度较小。

表5 不同海拔石漠化面积的变化

2.2 石漠化治理成效分析

贵州省北盘江流域是贵州省石漠化较为严重的区域之一,域内发育典型岩溶峡谷地貌。研究时段内,域内石漠化面积明显减少,程度明显减轻,综合治理成效显著。这是域内采取工程治理、植树造林、退耕还林等林草植被恢复措施,结合因地制宜的石漠化治理模式,以小流域为单元综合治理的结果。

其中,域内轻度、中度石漠化明显改善,非、潜在石漠化转入面积中,由轻、中度石漠化转入占81.16%,林草植被恢复是石漠化得到有效治理的主要原因。据省林业局发布的全省各地2019年森林覆盖率情况显示,覆盖流域面积最大的黔西南州,森林覆盖率增速排列全省前列,2019年达61.17%;流域覆盖面积最大的六盘水市(60%以上国土面积在北盘江流域内),通过实施国土绿化,截止2019年森林覆盖率从2010年的37%增加到62%。域内重、极重度石漠化主要分布在中部和北部,且减幅较大,分别为27.08%、44.55%。中、北部有着典型的岩溶峡谷地貌,石漠化治理主要依托封山育林、人工造林项目,采用“花江模式”“关岭模式”“顶坛模式”等为代表的多种典型石漠化治理模式,以小流域为单元进行[14-17]。如中部石漠化程度较深的关岭县,据其政府部门公开资料,2008年以来,在花江大峡谷沿线涉及乡镇实施了木工、花戛、文山等小流域石漠化治理项目;同时,依托多项造林项目,因地制宜种植皇竹草和花椒等来巩固北盘江流域的生态系统,共治理岩溶面积240.89 km2,石漠化面积136.36 km2,在提高北盘江流域环境绿化率的同时也增加了该区域的人均收入。此外,域内石漠化面积在坡度为25°～45°范围减幅最大,这与退耕还林成效相契合。2014年新一轮退耕还林开启,全省新一轮退耕还林近10 000 km2,贵州省侧重点转到经济林上,较大程度提高农民收入,减轻了石漠化土地的经济负担[18]。多项研究结果表明,退耕还林政策对遏止喀斯特区域石漠化进程有积极作用,明显提高了石漠化区域植被覆盖度[19-20]。

综上,域内多地将石漠化治理与产业发展相结合的“造血”式治理新路,结合发展林下经济、退耕还林等政策措施,石漠化发展趋势得到遏制,生态环境得到恢复与改善,经济效益不断显现,得到当地民众的接纳,更好地为域内石漠化治理调动了群众积极性。

从石漠化现状来看,未来域内石漠化治理重点仍然是轻度石漠化和中度石漠化区域,退化加剧和退化严重加剧并存,这说明石漠化防和治需要两手一起抓。域内高陡区域石漠化发生率高,发生程度深,退耕还林工程针对坡度在>25°范围的石漠化治理起到了积极作用,但在5°～25°坡度范围内石漠化面积大,轻、中度石漠化面积占比高,针对这一区域,需进一步优化退耕还林坡度范围,加大治理力度。域内高海拔范围内石漠化面积大,治理也更为艰难,但从这一区域石漠化面积变化情况看,针对这一区域石漠化治理成效显著。笔者认为,随着石漠化防治工程的推进,域内宜林荒山荒地将呈减少趋势,新一轮石漠化综合治理的重心应该放在提高林木质量、优化产业结构上,并依靠科技进步,大力推广和应用先进实用的技术和模式,提高治理成效。此外,还需更大力度推动当地群众参与到治理和保护中来,以恢复生态为基础,改善民生为目的,将石漠化综合治理与乡村振兴相结合。

3 结 论

贵州省北盘江流域近10 a石漠化面积明显减少,石漠化程度减轻,变化范围有明显空间分异规律,治理成效显著,具体研究结论如下：

(1)10 a综合治理以来,贵州省北盘江流域石漠化面积明显减少,减少面积为1 071.89 km2,占域内喀斯特面积比例从41.14%降至33.20%,主要以中度、重度石漠化减少为主。

(2)石漠化变化类型中,明显改善型主要以轻度与中度石漠化改善为主,退化严重加剧型以潜在石漠化退化为主;空间分布上明显改善型分布广泛,退化严重加剧型分布零散。

(3)从坡度看,石漠化集中发生在5°～25°范围,在25°～45°坡度范围减少幅度较大;从海拔看,各海拔梯度中、重、极重度石漠化均减少,轻度在海拔1 200～1 800 m范围略有增加。

(4)贵州省北盘江流域内采取的工程治理、植树造林、退耕还林等林草植被恢复措施,结合因地制宜的石漠化治理模式,使石漠化面积明显减少,程度减轻,10 a石漠化综合治理成效显著。