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黔中白云岩石漠区小流域土地利用变化及生态效益

2022-11-09杨光能薛建辉吴永波侯贻菊崔迎春舒德远

水土保持研究 2022年6期
关键词:凯里覆盖度石漠化

杨光能, 张 喜, 薛建辉, 吴永波, 侯贻菊, 崔迎春, 舒德远

(1.贵州省林业科学研究院, 贵阳 550005; 2.南京林业大学, 南京 210037)

喀斯特石漠化是在岩溶地质环境背景下,受自然因素及人类活动的综合影响,植被结构发生变化导致地表土壤流失、下覆碳酸盐岩石裸露,地貌呈现类似荒漠化景观的土地退化过程[1],是我国西南地区重大生态环境问题之一。2006年国家启动岩溶地区石漠化综合治理工程[2-3],重点解决喀斯特石漠区水土[4-6]耦合机理、治理途径及模式[7],西南喀斯特部分地区的土地利用结构及植被覆盖率发生了较大改变[8],其中退耕还林工程的贡献率较高[9]。石漠化类型及程度和母岩性质有明显的相关性[10],由石灰岩组发育的显性石漠化基岩裸露面积大,小生境类型多样,重视程度高,治理途径及模式较为成熟[7];由白云岩组发育的隐性石漠化基岩裸露面积小,母岩物理崩解高于化学溶解,地表堆积物相对连续,土壤石砾量高,是较易被忽视、植被恢复较为困难的类型,成为石漠化综合治理的难点。石漠化综合治理主要以小流域[2-3,11-12]为单位,在气象干旱和水文干旱关联性[13]、土地利用演变和石漠化分布格局[14]、植被恢复中的树种选择[15]、生物炭施用对土壤微生物[16]及种子萌发[17]的影响、石漠化综合治理生态效益评价等[12]方面已有部分研究。利用不同时期遥感图像信息[11,18-19]和实地斑块调查结合的方法分析白云岩石漠化小流域及不同植被恢复模式的植被类型及动态变化,提取相关指标分析主要生态效益[12]变化的研究还未见报道。

本文在国家重点研发计划课题[15,20]资助下,结合贵州省2015年启动的石漠化综合治理工程,在2个相似生物气候背景的不同白云岩组石漠化综合治理小流域内选择一级支流建立研究区,分析土地利用结构及植被类型变化、不同研究区及植被恢复模式的主要生态效益指标动态变化过程,总结相似生物气候不同白云岩组石漠化小流域综合治理工程中植被恢复模式的效应差异性,为石漠化综合治理提供新的理论依据及示范案例。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

普定县城关镇沙湾小流域(26°17′30″—26°22′35″N,105°43′25″—105°48′41″E,面积为35.47 km2,海拔范围1 100~1 450 m)和凯里市凯棠镇小河小流域(26°40′1″—26°46′15″N,108°3′41″—108°9′24″E,面积为44.47 km2,海拔范围560~1 100 m)同属岩溶高原石漠化综合治理区[2],为贵州省2015年启动的岩溶地区石漠化综合治理小流域。沙湾小流域属乌江流域,年平均气温为15.1℃,年平均降雨量为1 396.9 mm,山地多,坝地少,为山原峰丛洼地地貌,灰质白云岩分布广泛,其次为白云岩和泥质砂岩等,其中耕地面积占37.1%、林地面积占46.6%、草地面积占6.0%。小河小流域属清水江流域,年平均气温为15.7℃,年平均降雨量为1 234.5 mm,河流切割显著,相对高差较大,为低山地貌,砾质白云岩分布广泛,其次为石灰岩和碎屑沉积岩等,其中耕地占41.41%、林地占49.71%、草地占2.05%。2个小流域同属亚热带季风气候区及潜度—轻度石漠区,沙湾小流域重度石漠化面积占相当比例(表1),自然地理和社会经济主要指标存在一定差异,在2县(市)有较高的代表性。

表1 不同研究区所在小流域生态环境及社会经济主要指标对比

1.2 治理原则与主要治理模式

2个小流域土地利用类型相对完备,具备一般石漠化小流域中“山—水—林—草—田—路”一体化的基本特征。石漠化综合治理实施方案遵循以小流域为设计及治理单元,因地制宜、综合治理,预防为主、全面规划、综合防治,经济效益、社会效益和生态效益相统一,把石漠化综合防治和农村产业结构调整、替代产业培植、脱贫解困、农村经济发展及新农村建设相结合,坚持全民参与和先进科技成果支撑,依法依规防治和治理成效保护。

石漠化综合治理工程措施中(表2),沙湾小流域和小河小流域封山育林模式面积占治理总面积的71.00%,65.58%,生态修复模式中防护林营造工程面积的相应值为1.09%,13.43%,蓄水池和机耕道建设比例不同,其中小河小流域草地畜牧业模式面积比例为33.33%,沙湾小流域生态修复模式中经济林营造面积比例为15.57%。2个小流域石漠化综合治理重在林草地植被恢复,辅以部分工程措施。

表2 不同研究区所在小流域石漠化综合治理主要模式及参数

课题实施中结合石漠化综合治理工程建设、参与技术支撑与服务,研发、中试和引进了系列先进技术。(1) 封山育林模式中,引入石漠化山地生态恢复限制因子辨识技术、林分结构优化配置及可持续收获技术、森林植被与生态功能恢复技术等;(2) 生态修复模式(包括防护林和经济林营造、草地畜牧业建设)中,引入石漠化山地生态恢复限制因子辨识技术、适宜造林(种草)植物筛选技术、轻型基质育苗技术、生物材料覆盖技术、生物炭基肥施用技术、林分结构优化配置及可持续收获技术、人工植被群落稳定性和生态效益评价技术等。

在2个小流域的一级支流内,选择面积相近的研究区(二级小流域)进行主要模式实施效应及主要生态效益指标动态分析,即普定研究区(108°4′32″—108°6′28″E,26°43′27″—26°45′3″N,面积为3.48 km2)和凯里研究区(105°43′33″—105°45′34″E,26°19′55″—26°21′13″N,面积为4.77 km2),2个研究区涵盖了相应小流域石漠化综合治理的主要治理措施,具有一定代表性及示范效应。

1.3 资料收集

凯里市和普定县所在研究区的10 000地形图和当地人民政府评审通过的《岩溶石漠化综合治理实施方案(2015—2017)》由2县(市)林业部门提供,2个研究区2016年和2020年底Landsat8_OLI影像和Google Earth影像(Landsat8_OLI影像从地理空间数据云获取,利用91卫图软件下载Google Earth影像)。

1.4 研究方法

1.4.1 实地斑块调查 参照《贵州省森林资源规划设计调查工作细则(2014—2016)》,2016年底利用1∶10 000地形图实地完成2个研究区的斑块边界勾绘及因子调查,斑块因子包括地貌、坡度、成土母岩、岩石裸露率、土壤类型及土层厚度等生境因子,地类、工程类别、林型、林种、起源、龄组、优势树种和植被覆盖度等植被相关指标。

1.4.2 遥感图像分类信息提取 结合2016年底实地研究区斑块边界勾绘数据、Google Earth影像及因子数据,在ArcGIS 10.5软件下目视解译,对每个斑块进行判读和边界修改,结合优势树种,获得2016年土地利用类型和植被类型数据。根据2020年Google Earth影像,在2016年数据的基础上,进行修边处理,获得2020年土地利用类型和植被类型[21]数据,分类精度大于90%。以研究区边界,裁剪Landsat8_OLI影像,在Envi5.1软件下完成植被覆盖度提取,具体操作如下:

(1) 植被指数[22]。对Landsat8_OLI影像进行辐射标定、大气矫正,计算植被指数(NDVI):

NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)

(1)

式中:NIR为近红外波段(band5);R为红外波段(band4)。

(2) 植被覆盖度[23]。采用像元二分模型计算植被覆盖度(VFC):

VFC=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)

(2)

式中:NDVI,NDVIsoil和NDVIveg为任意像元、裸土像元和纯植被像元的NDVI。公式可变为

VFC=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)

(3)

式中:NDVImax和NDVImin为区域内NDVI的最大值和最小值。其值参考李苗苗[22]提出的估算方法,以NDVI值的累积概率为5%和95%的NDVI值作为NDVImin和NDVImax。

(3) 植被覆盖度等级。参考相关文献[11,14],植被覆盖度划分为6个等级:Ⅰ级(<10%)、Ⅱ级(10%~20%)、Ⅲ级(20%~35%)、Ⅳ级(35%~50%)、Ⅴ级(50%~70%)和Ⅵ级(≥70%)。

1.4.3 主要生态效益指标选择 参照《石漠化治理监测与评价规范(LY/T2994—2018)》和文献[12],选取生态系统稳定性指标中植被覆盖率、水土保持效益指标中土壤侵蚀模数和石漠化等级面积降低率作为生态效益评价的指标。

1.5 数据处理

(1) 转移矩阵[24]。土地利用转移矩阵代表的是土地利用类型变化的方向。当以研究区土地利用类型的面积作为转移矩阵中的元素时,表示式(Sij):

(4)

式中:Sij为t1时间i类土地利用类型在t2时间转化为j类土地利用类型的面积,i=j时为土地利用类型未变化面积;t1和t2为2016年底和2020年底;i和j为t1和t2时间的土地利用类型(i=1,2,3,…,n;j=1,2,3,…,m)。

(2) 植被覆盖率。用Envi软件处理2016年、2020年底的植被覆盖度数据,统计林草地(包括乔木林、灌木林、草地及变化)植被覆盖率(P,%):

(5)

式中:n为林草地类型斑块数量;pi和si为第i斑块的植被覆盖度(%)及面积(hm2)。

(3) 土壤侵蚀模数。参照文献[25]计算与统计林草地的土壤侵蚀模数(E):

ei=66×li1.5×(1.01-pi)

(6)

(7)

式中:ei和li为第i斑块的土壤侵蚀模数〔t/(km2·a)〕和坡度(°)。

(4) 石漠化等级。参照文献[11,14],制定石漠化评价主要因子等级及赋值(表3),分别计算各研究区内林草地斑块的石漠化等级评价因子值(R)及各地类石漠化等级面积变化率(Djk)。

表3 石漠化程度评定标准

(8)

式中:ri为第i石漠化等级评价因子的赋值,n=5。

斑块石漠化程度变化(djk):R2016=R2020时,石漠化程度无变化;R2016R2020时,斑块石漠化程度增加。其中,k=1,2,3。

(9)

式中:j为斑块序号。

2 结果与分析

2.1 土地利用类型及面积变化

2.1.1 土地利用类型结构变化 2016年土地利用类型结构中(图1—2),乔木林地、灌木林地、竹林地、草地、园地、耕地、水体和建设用地面积比例在普定研究区为27.09%,29.10%,0.02%,0,9.81%,26.82%,0.10%,7.06%,凯里研究区为39.79%,31.42%,0,4.19%,5.58%,15.06%,0.73%,3.23%,相应林地(包括乔木林、灌木林和竹林地)面积比例为56.21%,71.21%,农林地(包括林地、园地和耕地)面积比例为92.84%,91.85%。适宜于植被恢复为主体的石漠化综合治理效应分析。普定研究区农地和建设用地面积比大、开发程度高,与其邻近县城关镇有关;凯里研究区牧草地面积占相当比例,与其远离中心城市,是苗族聚集区有关。

图1 普定研究区和凯里研究区土地利用类型面积数量变化

图2 普定研究区和凯里研究区土地利用类型面积空间变化

2016—2020年2个研究区林地面积增加5.04%,0.56%,主要是因观光农业园建设和石漠化综合治理目标导致林地面积增大;园地面积在普定研究区呈增加趋势、凯里研究区呈降低趋势,形成原因为前者是观光农业园中葡萄(Vitisvinifera)园建设,后者是观光农业园中路网建设。2个研究区耕地面积降幅最大,普定研究区的相应值较高,主要原因是退耕造林以及以葡萄园为主体的观光农业园建设。普定研究区竹林和水体面积没有变化,凯里研究区水体面积略有增加,原因是沿河两岸农家乐中鱼塘数量及面积增加。建设用地面积中,普定研究区呈降低趋势,凯里研究区呈增加趋势,2个研究区除因观光农业园建设中的路网调整外,普定研究区还因部分采石厂停产复绿。2个研究区在观光农业园建设为主要目标的石漠化综合治理中,耕地面积下降、林地面积上升,土地利用类型面积结构趋于优化。

2.1.2 土地利用类型转移变化 分析发现(表4—5),2016—2020年,普定研究区转移面积为22.40 hm2,占研究区总面积的6.43%,凯里研究区的相应值为8.66 hm2,1.81%,普定研究区土地利用类型面积调整强度高于凯里研究区。转出面积比例排序中,普定研究区为耕地(85.04%)>建设用地(6.79%)>灌木林地(3.04%)>乔木林地(2.81%)>园地(1.61%),凯里研究区为耕地(42.73%)>灌木林地(38.91%)>草地(14.67%)>乔木林地(3.35%)>园地(0.35%),2个研究区耕地转出面积较大,园地转出面积较小;转入面积比例中,普定研究区为灌木林地(70.58%)>乔木林地(13.53%)>建设用地(5.36%)>耕地(5.13%)>园地(4.69%),凯里研究区为乔木林地(40.65%)>灌木林地(32.79%)>建设用地(26.10%)>水体(0.46%),2个研究区乔木林地和灌木林地转入面积较大,建设用地转入面积占相当比例。2个研究区地类转移面积中,林地转入量>转出量、耕地转入量<转出量,植被得到进一步恢复,观光农业园要素配置更趋合理。

表4 普定研究区土地利用类型转移矩阵 hm2

表5 凯里研究区土地利用类型转移矩阵 hm2

2.2 植被类型及面积变化

2.2.1 植被类型变化 参照贵州植被分类系统[21](图3—4),2016年普定研究区和凯里研究区(草地归入灌草丛类型)林地面积比例为56.20%,75.40%,其中在普定研究区阔叶林(包括常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、山地常绿落叶阔叶混交林和竹林)、针叶林(包括暖性针叶林和石灰岩山地针叶林)和灌丛林(包括石灰岩山地落叶灌丛、石灰岩山地藤刺灌丛和石灰岩山地灌草丛)面积比例为23.23%,3.87%,29.10%,凯里研究区相应值为4.95%,34.83%,35.62%,普定研究区林地面积比较低,阔叶林面积比较高,凯里研究区林地面积比较高,针叶林面积比较高。普定研究区当地居民有在房前屋后和村寨周围营建“风水林”的传统习惯,原生性和次生性阔叶林保护较好,人工造林也以经济性和观赏性阔叶树种为主;凯里研究区苗族聚居,习惯性喜爱的柏木(Cupressusfunebris)等人工针叶用材林和用于畜牧业发展的灌草丛林地面积较大。

图3 普定研究区和凯里研究区植被类型面积数量变化

图4 普定研究区和凯里研究区植被类型面积空间变化

2020年,普定研究区和凯里研究区林地面积比例为61.24%,75.69%,林地面积呈增长态势。阔叶林、针叶林和灌丛林面积比例在普定研究区为23.92%,3.87%,33.45%,凯里研究区为5.14%,35.32%,35.23%,普定研究区针叶林面积没有变化、阔叶林和灌丛林面积增加,凯里研究区灌丛面积下降、阔叶林和针叶林面积增加,主要受石漠化综合治理目标、人为经营活动方向及先进技术的综合影响。普定研究区在防护林和经济林营造中回避了针叶树种、重点栽种阔叶类树种,坡地灌丛林面积增加;凯里研究区防护林营造中保留了柏木等适生性针叶树种,灌丛草地建设重在提质增效、引进皇竹草(Pennisetumsinese)等优良牧草品种集约栽培,灌丛林面积因植被自然恢复提质和防护林营造而有所下降。2个研究区植被类型面积有由灌丛林向针叶林及阔叶林增加的趋势,林分质量进一步改善。

2.2.2 植被覆盖度等级变化 分析发现(图5),2016年林草地植被覆盖度Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ等级的面积比组成中,普定研究区为0,0.19%,0.10%,7.32%,92.39%,凯里研究区为0.19%,0.94%,23.05%,25.47%,50.34%;2020年普定研究区林草地植被覆盖度5个等级的面积比的相应值为0,0,0,4.69%,95.31%,凯里研究区为0,1.86%,23.01%,27.40%,47.73%。2016—2020年2个研究区不同等级面积比随植被覆盖度等级升高呈增加趋势。植被覆盖度≥Ⅴ等级的面积比例中,普定研究区由99.71%上升至100.00%,凯里研究区由75.81%下降至75.13%,林草地植被覆盖率在普定研究区持续增长,治理效应显著;凯里研究区有降低趋势,主要因为过度放牧导致的灌丛草地质量下降和部分灌丛草地改种葡萄。

图5 普定研究区和凯里研究区植被覆盖度等级面积变化

进一步分析林草地不同植被类型的覆盖度等级发现(图6),2016年乔木林地覆盖度Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ和Ⅵ等级面积比例在普定研究区为0,0.21%,5.71%,94.08%,凯里研究区为0.48%,8.96%,15.17%,75.39%;2020年相应值在普定研究区为0,0,5.28%,94.72%,凯里研究区为0.35%,8.36%,16.38%,74.90%。2016年灌木林地覆盖度Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ和Ⅵ等级面积比例在普定研究区为0,0.37%,0,8.75%,90.87%,凯里研究区为0.46%,1.43%,38.15%,34.62%,25.34%;2020年相应值在普定研究区为0,0,0,4.20%,95.80%,凯里研究区为0,0.54%,38.54%,43.40%,17.52%。2016—2020年植被覆盖度≥Ⅴ等级面积比例中,乔木林地在普定研究区由91.29%上升至100.00%,凯里研究区由90.56%上升至91.29%;灌木林地相应值在普定研究区由60.92%上升至100.00%,凯里研究区由59.96%上升至60.92%。乔木林和灌木林地面积率在普定研究区较高、增长快,凯里研究区的相应值较低、增长慢。普定研究区竹林地覆盖度整体性增长1个等级。凯里研究区草地覆盖度Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ和Ⅵ等级面积比例在2016年为1.67%,43.66%,54.66%,0,2020年相应值为27.96%,50.22%,13.24%,8.58%,2016年和2020年草地覆盖度≥Ⅴ等级面积比例分别为54.66%,21.82%,草地覆盖度值整体性下降,Ⅵ等级草地覆盖度值升高。

图6 普定研究区和凯里研究区不同林地类型植被覆盖度等级面积变化

2.3 生态效益主要指标变化

2.3.1 植被覆盖率变化 分析发现(表6),2016年和2020年植被覆盖率呈凯里研究区>普定研究区、增加量呈凯里研究区<普定研究区的变化趋势,2个研究区植被覆盖率呈增加态势。封山育林模式中,2016年底普定研究区和凯里研究区植被覆盖率为68.49%,57.07%,2020年的相应值为87.97%,74.51%,植被覆盖率及增长量呈增加趋势,呈普定研究区>凯里研究区的趋势,受2个研究区2016年林分龄级与质量综合影响。生态修复模式中,2020年植被覆盖率较高,达到80%以上,呈普定研究区>凯里研究区的趋势,受2个研究区石漠化基质异质性和先进营造林技术引进的综合影响。凯里研究区草地植被覆盖率呈增加态势,增长量为14.69%,受新品种引进和草地集约经营技术的综合影响。植被覆盖率增加量呈生态修复模式>封山育林模式>草地畜牧业模式。

表6 不同研究区植被覆盖率变化 %

2.3.2 土壤侵蚀模数变化 分析发现(表7),土壤侵蚀模数值在2016年呈普定研究区>凯里研究区,2020年呈普定研究区<凯里研究区,侵蚀模数减少量呈普定研究区>凯里研究区的变化趋势,2个研究区土壤侵蚀模数值呈减少态势。2016—2020年2个研究区封山育林模式和生态修复模式的土壤侵蚀模数值降低,呈普定研究区>凯里研究区的变化趋势,普定研究区的降幅较大,受石漠化基质和先进营造林技术的综合影响;凯里研究区草地畜牧业模式土壤侵蚀模数值降低,降幅不及封山育林模式和生态修复模式。土壤侵蚀模数降低量呈生态修复模式>封山育林模式>草地畜牧业模式。

表7 不同研究区土壤侵蚀模数变化 t/(km2·a)

2.3.3 石漠化等级面积率变化 分析发现(表8),2016—2020年,普定研究区和凯里研究区石漠化等级降低面积率为57.17%,31.98%,无变化面积率为5.57%,42.98%,石漠化趋势得到有效遏制。封山育林模式中,普定研究区和凯里研究区石漠化等级降低面积率为93.36%,43.04%,无变化面积率为6.07%,44.55%,面积增加率为0.58%,12.41%,治理效应呈凯里研究区<普定研究区的趋势,这与石漠化基质的差异性和凯里研究区因发展草地畜牧业而高频率用火、时常越界波及林地有关。草地畜牧业模式中,凯里研究区石漠化等级面积降低率、无变化率和增加率为16.99%,22.82%,60.19%,治理效应不及封山育林模式。生态修复模式是石漠化治理效应较佳模式。

表8 不同研究区石漠化等级变化的面积组成 hm2

3 讨 论

(1) 研究区域代表性及小流域植被恢复模式效应的差异性。普定沙湾小流域和凯里小河小流域同属亚热带季风气候、岩溶高原石漠区,为潜度—轻度石漠等级[1,11,14]。农林地面积比例在沙湾小流域和小河小流域为89.70%,93.17%,景观基质相似度高[8-9,18-19]。普定研究区和凯里研究区属二级小流域,占相应一级小流域面积比例为9.81%,10.73%,相应农林地面积比例为87.22%,90.46%,2个研究区在相应小流域中有较高的代表性。封山育林模式面积比例在沙湾小流域和小河小流域为28.02%,20.35%,在普定研究区和凯里研究区的相应值为55.90%,71.02%;生态修复模式相应值为11.45%和0.34%,4.98%和0.74%;草地畜牧业模式在凯里研究区的相应值为10.34%,3.96%,受石漠区基质差异[10]和工程治理目标的综合影响[1-3]。2个研究区林草恢复措施类型相对齐备,与小流域相应措施的面积比存在一定差异。研究区和小流域间综合治理效应有尺度性转换差异[11-12,14],随研究区和小流域间面积比例增大、综合治理效应尺度性差异变小。这种面积比例的差异不会改变单项措施效应评价的趋势性。

(2) 石漠化基质变化导致土地利用-植被类型-生态效益的差异性。普定研究区属灰质白云岩石漠区、凯里研究区属砾质白云岩石漠区[1,10],土层平均厚度和岩石裸露率在普定研究区为81.84 cm,20.61%,凯里研究区的相应值为48.98 cm,7.99%,2个研究区土层平均厚度和岩石裸露率值差异性明显。2016年石漠化综合治理工程实施初期,普定研究区植被覆盖率值小于凯里研究区、土壤侵蚀模数值呈相反趋势,是由土地利用结构、植被类型以及面积结构性差异引起的[1,14]。这种变化的本质因素是石漠化基质的差异性,也不可否认生物气候[2-4]、植被类型[5-6,12,25]和人为活动[9,14,18-19]的影响。

(3) 石漠化综合治理土地利用结构变化及效应的差异性。2016—2020年2个研究区耕地面积转出部分主要为乔木林地和灌木林地等、林地面积转入部分主要为耕地和建设用地等,林地转入面积大于转出面积、耕地转入面积小于转出面积,符合石漠化综合治理的一般规律[1-3,7-8,11],其中农地是最活跃的变化地类[9,18-19]。受2个研究区属不同级别观光农业园及过境公路建设的影响,建设用地由林地和农地等转入,成为石漠化综合治理中特有影响因素。植被覆盖率增加量、土壤侵蚀模数降低率和石漠化等级降低面积率呈普定研究区>凯里研究区,普定研究区石漠化综合治理效应较好[5-6,12],受石漠化基质类型[10]及水分等[4,13]立地要素、治理模式类型[7,20]和引进先进技术[15-17]的综合影响。

(4) 不同林草植被恢复模式效应及在2个研究区间的差异性。植被覆盖率增加量、土壤侵蚀模数降低率和石漠化等级降低面积率在2个研究区呈生态修复模式>封山育林模式>草地畜牧业模式,生态修复模式引进了系列先进技术促进植被生长[15-17],生态效益增加量较大;草地畜牧业模式在植被层结构及生物量积累[5-6]上不及生态修复模式和封山育林模式,生态效益增加量较小。生态修复模式和封山育林模式生态效益呈普定研究区>凯里研究区的变化趋势,主要受石漠化基质类型[10]及水分等[4,13]立地要素的影响。

(5) 研究方法对石漠化综合治理工程效应评价的影响。有别于其他单项方法对小流域土地利用[11]、植被覆盖度[8-9,22-23]和石漠化综合治理效应[11-12]的评估,本研究采用相同时间断面遥感影像和现地地形图斑块勾绘及斑块主要因子调查相结合的方法,弥补了遥感卫星影像在斑块主要因子量获取上的不足[8-9,18-19,22-23],丰富了生态效益分析内容。遥感卫星影像和现地调查相结合方法比单一的遥感卫星影像法的评价效果好,值得推介。

4 结 论

(1) 普定研究区和凯里研究区同属亚热带季风气候、岩溶高原石漠区,为潜度—轻度石漠化等级,前者属灰质白云岩石漠区,后者属砾质白云岩石漠区,基质类型是影响石漠化综合治理工程目标及林草恢复模式效应的本质因素。2016年,普定研究区农地及林地面积比例为36.63%,20.64%,凯里研究区的相应值为56.21%,71.21%,农林地景观基质相似度高;普定研究区和凯里研究区植被覆盖率为38.46%,42.22%,土壤侵蚀模数为4 742.07,4 380.28 t/(km2·a),普定研究区石漠化趋势较强。

(2) 2016—2020年2个研究区林地面积转入量>转出量、耕地面积转入量<转出量,石漠化综合治理主要影响因素为耕地、林地和建设用地。普定研究区和凯里研究区植被覆盖率增加量为15.79%,13.38%,土壤侵蚀模数降低率为32.98%,25.51%,石漠化等级降低面积率为57.17%,31.98%,普定研究区综合治理效应显著。

(3) 植被覆盖率增加量、土壤侵蚀模数降低率和石漠化等级降低面积率中,生态修复模式相应值在普定研究区为89.00%,88.12%,100.00%,凯里研究区为83.05%,77.26%,100.00%;封山育林模式相应值在普定研究区为19.48%,59.87%,93.36%,凯里研究区为17.44%,36.00%,43.04%;凯里研究区草地畜牧业模式相应值为14.69%,12.57%,16.99%。生态效益呈生态修复模式>封山育林模式>草地畜牧业模式的变化趋势,生态修复模式和封山育林模式生态效益呈普定研究区>凯里研究区的变化趋势。

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