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岩溶山区石漠化变化与土地利用关系坡度分异规律研究

2022-07-13高南马士彬杨昌红杨雪萃

安徽农学通报 2022年11期
关键词:土地利用

高南 马士彬 杨昌红 杨雪萃

摘 要:在中國西南岩溶地区,由于受自然条件和人类活动的影响,生态脆弱性强,以石漠化为主的生态问题尤为突出。该研究以贵州花江为对象,利用2000年、2018年花江示范区的石漠化数据及2018年土地利用数据进行空间叠加和统计分析,探究了石漠化与土地利用关系坡度分异规律。结果表明:(1)示范区土地利用类型以草地和灌木丛为主,在坡度<25°范围,草地和灌木丛随着坡度的增高所占比例呈递增变化,耕地则相反。(2)石漠化变化在坡度5°~25°之间发生显著变化。在<25°的坡度范围,石漠化变化的面积变化与坡度呈正相关,>25°的坡度则呈负相关。(3)草地类型下的石漠化变化最显著的坡度是15°~25°,石漠化变化主要从极重度石漠化转变为中度石漠化。耕地集中在<25°的坡度,以重度石漠化转变为中度石漠化为主。灌木、林地则集中在坡度8°~25°的范围,灌木以极重度石漠化转变为中度石漠化为主。林地以轻度石漠化转变为潜在石漠化为主。土地利用与石漠化关系的坡度分异规律具有一定的相关性。4种地类均在坡度<25°的范围内石漠化变化明显,可见人类活动是影响石漠化的一大主因。

关键词:喀斯特石漠化;土地利用;坡度分异;花江示范区

中图分类号 X171.4 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2022)11-0102-07

The Law of Slope Differentiation in Relation Between Rocky Desertification Change and Land Use in Karst Mountainous Area

GAO Nan   MA Shibin   YANG Changhong   YANG Xuecui

(School of Tourism and History Culture, Liupanshui Normal University, Liupanshui 553000, China)

Abstract: In the karst region of southwest China, ecological vulnerability is strong due to natural conditions and human activities, and ecological problems mainly manifested by stone desertification are particularly prominent. Taking the Huajiang Demonstration Area in Guizhou as an example, this paper uses the stone desertification data of the Huajiang Demonstration Area in 2000 and 2018 and the land use data in 2018 for spatial overlay and statistical analysis to study the relationship between stone desertification and land use based on the slope perspective. The results show that (1)the land use types in the demonstration area are mainly grassland and shrubland, and the proportion of grassland and shrubland increases with the increase of slope in the range of slope<25°while the opposite is true for cultivated land. (2)The change in stone desertification in the demonstration area varies significantly between slopes of 5°and 25° Within the slope range of<25° the area change of stone desertification change is positively correlated with slope, while the slope of>25°is negatively correlated. (3)The most significant slope range for stone desertification change under grassland types is 15°~25°with stone desertification change mainly from very heavy to moderate stone desertification. Cultivated land is concentrated on slopes<25°and is dominated by a change from heavy to moderate stone desertification. Shrubs and woodlands are concentrated in the slope range 8°~25°with shrubs mainly changing from very heavy to moderate stone desertification. The woodland is dominated by light stone desertification transformed into potential stone desertification. The pattern of slope divergence in the relationship between land use and stone desertification is somewhat correlated. All four land types show significant changes in stone desertification in the<25°range, suggesting that human activities are a major factor influencing stone desertification.

Key words: Karst rocky desertification; Land use; Slope variation; Huajiang demonstration area

岩溶石漠化指在热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶极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[1]。作为最严重的环境地质问题,日益扩展的土地石漠化正在吞噬着中国西南喀斯特地区民众的生存空间。石漠化形成原因除了自然条件先天不足外,人类不合理的开发利用土地也是造成石漠化的主要原因之一。目前,贵州省是石漠化分布面积最广、状况最复杂、类型最齐全的省份[2]。近些年,学者们[3-4]等分析了喀斯特土地利用与石漠化的关系,内容涵盖喀斯特石漠化分布特征、评价指标、成因机制及综合治理等诸多方面。在针对坡度与土地利用的研究中,胡荣明等分析坡度对土地利用的影响,分析其分布规律得出石漠化随着坡度的变化[5];李阳兵等通过基于不同空间尺度研究石漠化和坡度的关系[6],得出石漠化的强度随坡度的增高而升高,超过27°后反而降低,研究的空间尺度越大,石漠化集中的坡度范围就越高,同时反映大尺度的分析结论不能作为小尺度土地石漠化的指导防治工作的问题等结论。针对岩性与石漠化土地的空间相关关系,Wang等[7]对喀斯特空间分布的研究,针对石漠化与土地利用关系的研究,张钦云[8]、傅俊涛[9]等对现状进行分析与评价的基础上提出治理措施。基于以上研究现状和研究问题来看,大多是研究2种影响因子之间的相关性,在坡度分异规律下石漠化变化与土地利用的相关性研究相对较少,但坡度的影响不可忽视。

本研究以贵州花江示范区为对象,在坡度视角下定量分析小尺度石漠化的变化与土地利用的相关性,得出贵州花江示范区石漠化变化集中于坡度5°~25°之间,主要的土地利用类型均在坡度<25°的范围内其石漠化变化明显,而人类活动集中在坡度8°~25°,故而影响土地利用和石漠化变化的程度。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况 花江石漠化治理示范区地处贵州省西南部关岭县南部和贞丰县北部的交界处,地理经纬度范围为105°35″00′~105°43′05″E,25°37′20″~25°42′36″N。花江示范区国土面积为51.48km2,海拔约450~1450m,相对高差1000m,落差较大,年均降水量、气温分别为1100mm、18.4℃,是典型的亚热带季风气候。区内有北盘江穿过,在河流强烈的下切作用下,河谷深陷,河岸两侧地势陡峭险峻,河谷北岸是典型的峰丛、台地地貌,南岸发育峰丛、峰丛深洼地地貌类型,整个地势中间低,河流南北两侧高。植被类型主要以灌丛、草地为主。花江示范区石漠化程度非常严重,是西南地区石漠化重点治理的示范区。本文选花江示范区小尺度为研究区,深入探讨石漠化的影响因素,对此区域的石漠化的治理意义重大,同时具有典型的代表性。

1.2 研究方法

1.2.1 数据来源 本研究所采用的数据来源主要选取2000年花江TM遥感数据,将此作为花江石漠化的遥感数据源,将2018年Google高清影像作为提取2018年石漠化数据和土地利用数据的遥感数据源;DEM数据作为提取坡度数据,数据来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台。

1.2.2 分析因子提取

1.2.2.1 坡度 坡度以30m分辨率的DEM數据,参照国家水利行业标准[10-11]以及张珊珊[12]等基于坡度石漠化于水土流失相关性的研究的经验[12],按照平坡、平缓坡、缓坡、缓陡坡、陡坡、极陡坡将坡度分为6类:0°~5°、5°~8°、8°~15°、15°~25°、25°~35°、>35°。其中,在主要的地类中,草地在不同坡度中所占比例最大,达42.08%。其次为灌木丛,占比37.69%,再次为耕地,占比8.57%,最后是林地,占比2.44%。

1.2.2.2 石漠化与土地利用 基于已有的石漠化研究,对石漠化等级划分有大量的文献研究[13-15],结合花江示石漠化的特点,将不同程度的石漠化划分为潜在石漠化(植被覆盖度>50%)、轻度石漠化(植被覆盖度30~50%)、中度石漠化(植被覆盖度20%~30%)、重度石漠化(植被覆盖度10%~20%)、极重度石漠化(植被覆盖度<10%)5个等级。根据《土地利用现状分类》国家标准的解读[16]和(《GB/T 21010—2017土地利用现状分类》)的分类标准,结合研究分析需要,把土地利用类型共分为8个类型:林地、灌木丛、草地、耕地、园地、水体、建设用地、裸岩。

2 结果与分析

2.1 土地利用的坡度分异规律 由表12018年花江示范区土地利用现状可知,林地、灌木丛、草地、耕地、园地、建设用地、裸岩占总面积比例分别为2.0%、32.4%、35.8%、4.5%、0.6%、3.3%、0.6%。其中,草地所占总面积的比例最高,其次为灌木丛,而耕地、建设用地、林地、园林、裸岩的分布较少。数据说明,2018年花江示范区土地利用类型以草地和灌木丛为主,林地面积极少。其中,人类活动相对强烈的土地利用类型为耕地、建筑用地和园林。从空间上来看,林地主要分布于西北部沿岸地区,南部地区呈斑块状分布;灌木丛成片分布于南部地区、西北沿岸地区和北部地区,草地成片分布于中部地区、北部地区和西北部地区;耕地与居民建设用地主要位于北部地区,成带状分布。其中,中部分布的成片建设用地主要为采石场;园林主要集中分布于中部河谷北岸和居民建筑用地附近的地区。裸岩成点斑状分布于中南部地区。

根据图2坡度与土地利用类型在各坡度上的分布可以看出灌木面积在<5°、5°~8°、8°~15°、15°~25°坡度范围内所分布的比例最大,其次为草地。草地面积在25°~35°、>35°坡度范围内面积最大,灌木丛和草地面积在坡度<25°的范围,随着坡度的增高所占的比例呈现递增变化,而耕地随坡度的增高呈现递减变化,林地面积在各等级坡度中占比较为相近。这种分布规律与人类在不同坡度范围的活动强度有关。即低坡度地区地势平坦,活动相对强烈影响较大,高坡度地区地势陡峭,受人类活动影响小。所以耕地在低坡度地区占比大,灌木丛与草地面积在高坡度地区占比大。如人类加大对高坡度开发等强烈措施,生态极易遭到破坏,并且恢复非常困难。

2.2 石漠化变化的坡度分异规律 根据图3花江示范区石漠化变化空间分布图可以得出,2000—2018年石漠化得到了小部分的治理,面积缩减0.56km2;石漠化的变化类型主要以极重度石漠化转变为轻度石漠化和中度石漠化为主,其次为重度石漠化转变为轻度石漠化和中度石漠化。极重度石漠和重度石漠化成片分布在中部和南部地区,主要集中在草地和灌木丛中。

石漠化变化面积和坡度数据结果见图4,将不同坡度等级下石漠化的变化情况进行统计。由图4可知,石漠化面积比例最大的是坡度在8°~25°之间的斜坡,但从整体上来说,花江示范区石漠化变化在坡度5°~25°之间发生显著变化,石漠化变化主要以极重度石漠化转变为中度石漠化为主。从坡度方面进行分析:<25°的坡度范围内,石漠化变化的面积变化与坡度呈正相关,石漠化变化面积随着坡度的上升而逐渐增加;在坡度>25°的范围内,石漠化变化面积变化与坡度呈负相关,石漠化变化面积随着坡度的升高而降低;而人类活动主要集中于坡度8°~25°,在该范围内人类活动影响频繁,对土地的影响较大,进而加剧了石漠化的变化程度。

2.3 石漠化变化与土地利用关系的坡度分异规律 研究表明,在花江示范区中土地利用面积以草地和灌木丛2种地类为主,草地类型下石漠化的面积12.86km2,约占花江总面积的25%,灌木丛类型下石漠化的面积13.3km2,约占花江总面积的26%,其他类型的土地利用面积稍小。

在不同等级的坡度下,石漠化变化的程度也不同。其中,在15°~25°的坡度范围内,草地类型下的石漠化变化最为显著,且在该坡度范围内石漠化变化主要从极重度石漠化转变为中度石漠化。在缓坡8°~15°范围内,主要以极重度石漠化变化转变为主,石漠化变化由极重度石漠化转变为中度石漠化和轻度石漠化(见表2)。由此可见,该地的石漠化治理有一定的效果。

林地类型下石漠化的变化以缓坡8°~15°和缓陡坡15°~25°为主,面积仅占0.49km2。在坡度>25°以上的地区,石漠化程度较低,面积仅为0.25km2(见表3)。故而人文地理活动或人类活动都相对较少。

灌木类型下石漠化变化相较于草地而言,石漠化变化要更为集中,石漠化变化面积占比更高。主要集中于坡度8°~25°的范围内,在极重度石漠化和重度石漠化中转变较为明显,主要以极重度石漠化转变为中度石漠化为主,重度石漠化转变为中度石漠化次之。但随着坡度的升高,石漠化变化面积逐渐减少(见表4)。由此可以看出,人类活动在受到坡度的影响下也存在一定的局限性。

在耕地类型下,石漠化变化集中在<25°的坡度下,石漠化变化在重度石漠化和极重度石漠化中转变明显,主要以重度石漠化转变为中度石漠化为主。结合耕地的坡度分异规律,此坡度范围内人类活动集中(见表5)。由此可以得出,这是人类活动最为频繁的一个区域,其地表更容易受到人为干扰。

3 讨论

本研究以花江示范区2000年、2018年花江示范区的石漠化数据及2018年土地利用数据进行空间叠加和统计分析,结果表明,花江地区石漠化面积有所减少。从花江示范土地利用的坡度分异规律分布情况看,林地、灌木丛分布于高坡度,草地分布于低坡度,与简萍等研究地形梯度与土地利用的空间分布格局结论相一致[17]。参考安国英等[18]对西南岩溶区石漠化分布的现状和近十年间石漠化的演变情况,结合调查数据统计,1999—2008年的9年间西南岩溶区的石漠化在总体上呈向好趋势,表现在石漠化总面积在减少,石漠化程度由重度、中度向中度、轻度和潜在石漠化转化,仅局部地区持续有所恶化。岩溶地区石漠化公报[19]、岩溶地区第3次石漠化监测结果[20]和岩溶地区土动态研究[21]结果显示,贵州省石漠化面积最大,经过一段时期的治理,贵州省也是石漠化面积减少最多的省份。本文以花江示范区为例进行研究,2000—2018年石漠化面积得到了一定的治理,在此基础上,探讨石漠化变化与土地利用关系的坡度分异规律,结果表明,不同坡度等级下,石漠化变化和土地利用与坡度存在一定的关系。本文基于张珊珊从坡度视角上分析石漠化与水土流失的相关性研究经验和陈金珂[22]在不同坡度等级下研究土壤侵蚀与石漠化分布特征耦合分析以及石军南[23]等对岩溶地区坡度与土地石漠化的空间相关性分析的研究经验,研究不同坡度下石漠化变化与土地利用的相关性。在石漠化变化与土地利用关系的坡度分异规律中,不同坡度等级土地利用和石漠化之间也不是单一的关系,各石漠化等级在不同的坡度下出现了不同程度的变化。但由于受到人类活动影响的程度不同,使得本文研究存在着一定的差异性,且本研究只考虑了2个影响因子间的相关性,对于石漠化的治理现实性因素存在一定的不足。

4 结论

花江示范区土地利用类型以草地和灌木丛为主,且灌木丛和草地面积在坡度<25°的范围内,随着坡度的增高所占的比例呈现递增变化,耕地随坡度的增高呈现递减变化,这种分布规律与人类活动的强度有关。

(2)从整体上来说,花江示范区石漠化变化在坡度5°~25°之间发生显著变化。在<25°的坡度范围内,石漠化变化的面积变化与坡度呈正相关,石漠化变化面积随着坡度的上升而逐渐增加。在坡度>25°的范围内,石漠化变化面积变化与坡度呈负相关。

(3)在不同等级的坡度下,石漠化变化的程度也有所不同。草地类型下的石漠化变化最为显著的坡度范围是15°~25°,该坡度范围内石漠化變化主要从极重度石漠化转变为中度石漠化,灌木类型下石漠化变化集中在坡度8°~25°的范围内,石漠化变化主要以极重度石漠化转变为中度石漠化为主。耕地是人类活动最为频繁的一个区域,在耕地类型下石漠化变化集中在<25°的坡度,石漠化变化以重度石漠化转变为中度石漠化为主。林地类型下石漠化变化的坡度范围为8°~25°,石漠化变化以轻度石漠化转变为潜在石漠化为主。结合我国国土法等,林地的发展适宜>25°以上的地区,该坡度范围并不适宜耕地,人类活动影响小,植被主要以自然恢复为主,故而石漠化程度较低。

由此可见,土地利用与石漠化关系的坡度分异规律具有一定的相关性。4种地类均在<25°的范围内石漠化变化明显,>25°的坡度上石漠化变化较小,而影响石漠化的一大主因人类活动也因坡度的不同等级对人类行为活动有所限制,进而影响到土地利用和石漠化的发生程度。

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基金项目:国家级大学生创新训练项目(编号:3931)。

作者简介:高南(1999—),女,陕西榆林人,在读本科生,研究方向:地理信息系统与遥感。

通讯作者:马士彬(1982—),男,副教授,研究方向:环境遥感与信息系统应用。  收稿日期:2021-12-21

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