廣西鳳山縣林地石漠化指數(shù)研究

呂飛舟，石程遠(yuǎn) ，李典軍，呂 勇

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.廣西林業(yè)設(shè)計(jì)院，廣西 南 寧530011）

廣西鳳山縣林地石漠化指數(shù)研究

呂飛舟1，石程遠(yuǎn)2，李典軍1，呂 勇1

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.廣西林業(yè)設(shè)計(jì)院，廣西 南 寧530011）

為了準(zhǔn)確評(píng)定林地石漠化等級(jí)，以廣西鳳山縣林地為案例，提出了林地石漠化指數(shù)這一定量新指標(biāo)來(lái)量化評(píng)價(jià)林地石漠化的程度。根據(jù)林地的基巖裸露率、植被綜合覆蓋度、坡度、土層厚度4個(gè)指標(biāo)對(duì)林地石漠化評(píng)價(jià)的重要程度，釆用專家打分得到重要性比較結(jié)果，釆用層次分析法計(jì)算得出各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值。結(jié)果表明：基巖裸露率、植被綜合覆蓋度、坡度、土層厚度4個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值分別為0.553 4、0.284 1、0.062 9、0.099 6，表明林地石漠化指數(shù)各指標(biāo)重要性最大的是基巖裸露率，其次是植被綜合覆蓋度，然后是土層厚度、坡度；無(wú)石漠化、潛在、輕度、中度、強(qiáng)度、極強(qiáng)度各等級(jí)的石漠化指數(shù)區(qū)間分別為[0，0.161]、（0.161，0.352]、（0.352，0.418]、（0.418，0.720]、（0.720，0.868]、（0.868，1]。利用該指數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)廣西鳳山縣林地的石漠化程度等級(jí)的量化評(píng)定。

林地石漠化；石漠化指數(shù)；廣西鳳山縣

狹義石漠化，特指在我國(guó)西南濕潤(rùn)地區(qū)碳酸鹽巖（石灰?guī)r、白云巖等）形成的巖溶地貌上，由于不合理的人為活動(dòng)參與巖溶自然過(guò)程，造成植被破壞，進(jìn)而引起水土流失導(dǎo)致的石質(zhì)荒漠化[1]。構(gòu)建科學(xué)、合理的石漠化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是巖溶地區(qū)石漠化評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，也是提高石漠化土地評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。石漠化程度分級(jí)按照等比內(nèi)插法，石漠化可以被劃分出輕度、中度、重度和極重度4個(gè)等級(jí)[2-4]。各級(jí)石漠化的判別指征可以根據(jù)基巖裸露率、植被覆蓋率、土壤質(zhì)地和土地生產(chǎn)力等4個(gè)指標(biāo)的差異來(lái)確定[5]。目前林地石漠化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究多基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的現(xiàn)象調(diào)查，以定性描述為主，評(píng)價(jià)指標(biāo)繁冗，多為間接性指標(biāo)，不易獲取，可操作性差[6-7]。本研究以廣西鳳山縣為案例，提出石漠化指數(shù)的新概念，基于植被綜合覆蓋度、基巖裸露率、坡度、土層厚度等4個(gè)指標(biāo)對(duì)林地石漠化評(píng)價(jià)的重要程度，構(gòu)建基于小班的林地石漠化指數(shù)計(jì)算模型，旨在實(shí)現(xiàn)林地石漠化的量化評(píng)價(jià)，為林地石漠化等級(jí)劃分提供一種新途徑。

1 研究區(qū)概況

鳳山縣地處廣西壯族自治區(qū)西北部、云貴高原南部的邊緣地帶，地理位置為東經(jīng)106°40′50″～107°16′57″，北緯 24°15′30″～ 24°49′34″，北連天峨縣，東接?xùn)|蘭縣，南臨巴馬瑤族自治縣，西抵百色市的凌云縣和樂(lè)業(yè)縣?？h域面積1 737.93 km2。該區(qū)屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫18.4～20.2 ℃；無(wú)霜期303～332 d；年降水量1 058.0～2 214.5 mm，雨季5～9月。分布有紅壤、黃紅壤、黃壤、石灰土、沖積土和水稻土等土壤類型。

鳳山縣境內(nèi)巖溶地區(qū)土地類型分為石漠化土地、潛在石漠化土地和非石漠化土地等3大類。根據(jù)2005年廣西巖溶地區(qū)石漠化監(jiān)測(cè)成果，鳳山縣巖溶地區(qū)面積為80 509.3 hm2，其中石漠化土地面積59 528.3 hm2，占全縣巖溶地貌面積的73.94%；潛在石漠化土地面積14 989.1 hm2，占18.62%；非石漠化土地面積5 991.9 hm2，占7.44%。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

采用廣西鳳山縣2013年度更新的森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查的小班數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合鳳山縣林地保護(hù)利用規(guī)劃的林地落界數(shù)據(jù)，通過(guò)選取典型樣地，補(bǔ)充調(diào)查和觀測(cè)石漠化林地林分質(zhì)量、土壤質(zhì)量等主要因子，作為林地石漠化指數(shù)的研究數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

提出林地石漠化指數(shù)，結(jié)合鳳山縣石漠化林地的特點(diǎn)，建立適用于該地區(qū)的石漠化等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。運(yùn)用層次分析法、專家打分法等來(lái)確定各指標(biāo)權(quán)重，并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行量化，構(gòu)建基于小班的林地石漠化指數(shù)計(jì)算模型。

3 結(jié)果與分析

3.1 林地石漠化指數(shù)的構(gòu)建

3.1.1 林地石漠化指數(shù)的概念

石漠化是指巖溶極其發(fā)育的自然背景下，由于不合理的人為活動(dòng)參與巖溶自然過(guò)程，造成植被破壞，土壤侵蝕加劇，基巖大面積裸露，地表呈現(xiàn)似荒漠化景觀的土地退化乃至土壤消失的現(xiàn)象。根據(jù)《廣西森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)方法》（2008年），土地石漠化按程度分為非石漠化土地、潛在石漠化土地、半石漠化土地和石漠化土地4個(gè)類型，其石漠化評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)詳見表1。當(dāng)評(píng)定為“無(wú)”級(jí)時(shí)，即為非石漠化土地。

以上標(biāo)準(zhǔn)只是石漠化判別的一個(gè)定性方法，在實(shí)際操作中比較難以把握，不同的人員可能得出不同的判別結(jié)果，不利于石漠化類型的確定。因此，為了彌補(bǔ)石漠化定性評(píng)定的不足，本研究提出了石漠化指數(shù)這一定量指標(biāo)，以期對(duì)石漠化評(píng)定進(jìn)行量化，從而比較精確地評(píng)定石漠化等級(jí)。

林地石漠化指數(shù)（Rocky Desertification Index）是指現(xiàn)有林地被確定為石漠化土地的概率。石漠化指數(shù)取值區(qū)間為[0，1]，取值越大，說(shuō)明該林地被確定為石漠化土地的概率越高，石漠化程度也就越強(qiáng)。

表1 石漠化程度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation standard of rocky desertification degree

3.1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選

評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)具系統(tǒng)性、簡(jiǎn)易性、可比性、相關(guān)性、代表性、預(yù)警性、敏感性、準(zhǔn)確性、綜合性和主導(dǎo)性，且與石漠化應(yīng)有較好的相關(guān)性，既要充分考慮到多種影響因素，又必須找出對(duì)石漠化發(fā)展程度起控制作用的主導(dǎo)因子，堅(jiān)持綜合性和主導(dǎo)性相結(jié)合。遵循（1）系統(tǒng)性原則；（2）代表性原則；（3）數(shù)量化原則；（4）可操作性原則，通過(guò)咨詢專家意見，并結(jié)合廣西區(qū)的相關(guān)規(guī)定，篩選出基巖裸露率、植被綜合覆蓋度、坡度、土層厚度等4個(gè)指標(biāo)來(lái)構(gòu)建石漠化指數(shù)。

（1）基巖裸露率?；鶐r裸露是石漠化現(xiàn)象最明顯的表現(xiàn)。各等級(jí)之間的界線可以結(jié)合植被覆蓋情況來(lái)劃分。當(dāng)土地利用為低覆蓋草地時(shí)，土地已不能利用，景觀近于裸露石山，裸巖率達(dá)80%以上。在典型巖溶地區(qū)，林地基巖裸露率較草地和耕地高，因此可以采用林地不適宜級(jí)的基巖裸露率作為不宜利用的界線。當(dāng)林地不適宜級(jí)的基巖裸露率大于70%，可認(rèn)為達(dá)到了強(qiáng)度石漠化的程度。

（2）植被綜合覆蓋度。根據(jù)石漠化的科學(xué)內(nèi)涵，石漠化最直觀的表現(xiàn)就是植被綜合覆蓋度下降，巖石裸露，因此，植被綜合覆蓋度是進(jìn)行石漠化評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)。廣西鳳山石漠化地區(qū)的頂極植被雖然為常綠闊葉林，但目前存留的原生性常綠闊葉林不多。該區(qū)地處亞熱帶濕潤(rùn)氣候帶，水熱條件較好，在一些土層較厚的地帶，高覆蓋的灌草地（植被綜合覆蓋度＞ 50%）土地生產(chǎn)力依然較高，在景觀上并不具有“石漠化”的特征。對(duì)植被蓋度與水土保持關(guān)系的研究也表明，植被覆蓋不低于50%，可保證穩(wěn)定地減少土壤侵蝕，因此可將植被覆蓋在50%以上的地區(qū)作為無(wú)明顯石漠化的地區(qū)；從土地利用的角度來(lái)說(shuō)，若植被綜合覆蓋度低于20%，在土地利用上屬于低覆蓋地區(qū)，土地難以利用，基巖大部分出露，景觀已經(jīng)接近于裸露石山狀態(tài)，同樣已經(jīng)達(dá)到了強(qiáng)度石漠化的程度。

（3）坡度。石漠化發(fā)生的本質(zhì)原因是土壤侵蝕速率大于成土速率，坡度本身并不能直接反映石漠化程度，但可通過(guò)反映石漠化的形成過(guò)程和結(jié)果來(lái)體現(xiàn)石漠化形成的危險(xiǎn)程度。坡度越大，地表物質(zhì)的不穩(wěn)定性就越強(qiáng)，土壤越容易遭受侵蝕而變薄。對(duì)不同坡度下土壤沖刷量的試驗(yàn)研究表明：坡度在14°以下，土壤沖刷量隨坡度增加而增加，但趨勢(shì)很平緩；若坡度在14°以上，沖刷量隨坡度急劇增加。因此，當(dāng)坡度在14°以上時(shí)，表明石漠化發(fā)生的危險(xiǎn)程度較明顯。

（4）土層厚度。廣西鳳山巖溶地區(qū)具有獨(dú)特的水熱條件，有土層存在的地方基本就會(huì)有植被生長(zhǎng)，該地區(qū)土層厚度的空間分布不均，土層厚度是反映石漠化分布規(guī)律的一個(gè)重要指征。根據(jù)大量野外實(shí)地調(diào)查結(jié)果，典型裸露型巖溶山地土體厚度一般約為30 cm，參照對(duì)山區(qū)丘陵區(qū)土地適宜性評(píng)價(jià)的研究成果，土層厚度在20 cm以上則林、灌、草均可利用，可近似地認(rèn)為無(wú)明顯石漠化的地區(qū)；土層厚度小于10 cm時(shí)，林業(yè)和牧業(yè)難以利用，為強(qiáng)度石漠化地區(qū)。

3.1.3 林地石漠化指數(shù)的計(jì)算

3.1.3.1 林地石漠化指數(shù)模型

在上述篩選了構(gòu)建石漠化指數(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，還需要分析這些指標(biāo)作為自變量與石漠化指數(shù)這一因變量之間的相關(guān)關(guān)系。

當(dāng)林地基巖裸露率大于30%，可認(rèn)為達(dá)到了半石漠化的狀態(tài)。很明顯，基巖裸露率與石漠化指數(shù)呈正相關(guān)，在其他條件相當(dāng)?shù)那疤嵯?，基巖裸露率越大，其石漠化指數(shù)值越大。

若植被綜合覆蓋度低于50%，石漠化的景觀已經(jīng)比較明顯。因此，植被綜合覆蓋度與石漠化指數(shù)明顯呈負(fù)相關(guān)，在其他條件均相當(dāng)?shù)那疤嵯拢脖痪C合覆蓋度越小，石漠化指數(shù)值反而越大。

坡度與石漠化指數(shù)呈正相關(guān)，在其他條件相當(dāng)?shù)那疤嵯拢露仍酱?，其石漠化指?shù)值也將越大。最大坡度一般為90°，那么坡度值與90°的比值將介于0～1之間，且同樣與石漠化指數(shù)呈正相關(guān)。

典型裸露型巖溶山地土體厚度一般在30 cm左右，當(dāng)林地土層厚度小于10 cm時(shí)就難以利用，已經(jīng)達(dá)到了強(qiáng)度石漠化的程度。因此，土層厚度與石漠化指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，在其他條件相當(dāng)?shù)那疤嵯?，土層厚度越小，石漠化指?shù)值越大。當(dāng)土層厚度超過(guò)30 cm時(shí)，則認(rèn)為土層厚度對(duì)石漠化指數(shù)的貢獻(xiàn)為0。

綜合上述指標(biāo)相關(guān)關(guān)系分析，可得石漠化指數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：I為石漠化指數(shù)；R為基巖裸露率；V為植被綜合覆蓋度；G為坡度，90°為最大坡度值；S為土層厚度，cm，30為土層厚度閥值；a、b、c、d為各指標(biāo)權(quán)重，釆用層次分析法計(jì)算得出。

3.1.3.2 各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

根據(jù)基巖裸露率、植被綜合覆蓋度、坡度、土層厚度等4個(gè)指標(biāo)對(duì)石漠化影響的重要程度，釆用專家打分得到一對(duì)一的重要性比較結(jié)果，釆用層次分析法計(jì)算得出各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值。

（1）構(gòu)造判斷矩陣。判斷矩陣是層次分析法的計(jì)算基礎(chǔ)，判斷矩陣的元素值表示專家對(duì)成對(duì)比較的兩個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要性的看法，這些值直接影響一個(gè)方案的決策結(jié)果。判斷矩陣的元素采用1～9及其倒數(shù)的標(biāo)度方法，結(jié)果見表2。

表2 判斷矩陣標(biāo)度及其含義Table 2 Scale and meaning of judgment matrix

通過(guò)邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域的專家和研究人員對(duì)構(gòu)建石漠化指數(shù)的基巖裸露率、植被綜合覆蓋度、坡度、土層厚度4個(gè)指標(biāo)的重要程度進(jìn)行一對(duì)一的比較打分，取算術(shù)平均值構(gòu)成判斷矩陣T-B，結(jié)果見式（2）。

式中：B1為基巖裸露率；B2為植被綜合覆蓋度；B3為坡度；B4為土層厚度。

（2）計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重值。采用方根法計(jì)算判斷矩陣（2）的特征向量和最大特征根λmax，并通過(guò)一致性檢驗(yàn)，說(shuō)明判斷矩陣的排序具有滿意一致性。進(jìn)一步根據(jù)層次分析法計(jì)算石漠化指數(shù)各指標(biāo)的權(quán)重值，結(jié)果詳見表3。

表3 石漠化指數(shù)各指標(biāo)權(quán)重值Table 3 Indicators weight values of rocky desertificationindexes

由表3可知，石漠化指數(shù)各指標(biāo)重要性最大的是基巖裸露率，其次是植被綜合覆蓋度，然后是土層厚度、坡度。

3.2 鳳山縣林地石漠化評(píng)價(jià)

3.2.1 基于石漠化指數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

基于《廣西森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)方法》所規(guī)定的石漠化程度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合石漠化指數(shù)計(jì)算模型，分別計(jì)算石漠化各等級(jí)的石漠化指數(shù)區(qū)間，采用下限排外法確定石漠化指數(shù)區(qū)間?；谑笖?shù)的石漠化評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)詳見表4。

表4 石漠化程度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Evaluation criteria of rocky desertification degree

3.2.2 各小班石漠化指數(shù)的計(jì)算評(píng)價(jià)

基于鳳山縣林地保護(hù)利用規(guī)劃的調(diào)查數(shù)據(jù)，運(yùn)用構(gòu)建的石漠化指數(shù)模型，對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)登記表中的各個(gè)小班逐一進(jìn)行石漠化指數(shù)計(jì)算，并根據(jù)上述確定的基于石漠化指數(shù)的石漠化程度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)每個(gè)小班進(jìn)行石漠化程度評(píng)價(jià)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：鳳山縣林地面積143 137.3 hm2，其中石漠化、半石漠化林地面積26 434.8 hm2，占林地面積的18.47%，共涉及到2 057個(gè)小班。

（1）石漠化類型林地面積統(tǒng)計(jì)。按石漠化類型來(lái)分，無(wú)石漠化林地面積115 805.5 hm2，占林地總面積的80.90%；潛在石漠化林地面積897.0 hm2，占林地總面積的0.63%；半石漠化林地面積25 420.5 hm2，占林地總面積的17.76%；石漠化林地面積1 014.3 hm2，占林地總面積的0.71%，結(jié)果詳見表5。

表5 各類石漠化類型林地面積Table 5 Forest land area of all kinds of rocky desertification types

（2）石漠化等級(jí)林地面積統(tǒng)計(jì)。按石漠化等級(jí)來(lái)分，無(wú)石漠化林地面積為115 805.5 hm2，占林地總面積的80.90%；潛在石漠化林地面積897.0 hm2，占林地總面積的0.63%；輕度石漠化林地面積4 312.3 hm2，占石漠化林地面積的16.31%，占林地總面積的3.01%；中度石漠化林地面積21 108.2 hm2，占石漠化林地面積的79.85%，占林地總面積的14.75%；強(qiáng)度石漠化林地面積990.5 hm2，占石漠化林地面積的3.75%，占林地總面積的0.69%；極強(qiáng)度石漠化林地面積23.8 hm2，占石漠化林地面積的0.09%，占林地總面積的0.02%，結(jié)果詳見表6。

表6 各種石漠化等級(jí)林地面積Table 6 Forest land area of all kinds of rocky desertification grade

4 結(jié) 論

目前通用的石漠化分級(jí)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)只是石漠化判別的一個(gè)定性方法，所使用的土壤侵蝕程度、基巖裸露率、植被綜合覆蓋度等指標(biāo)在實(shí)際操作中難以把握，不同的人員可能得出不同的判別結(jié)果，不利于林地石漠化程度的準(zhǔn)確評(píng)定。

提出了林地石漠化指數(shù)（RDI）的新概念。定義林地石漠化指數(shù)為現(xiàn)有林地被確定為石漠化林地的概率，石漠化指數(shù)取值區(qū)間為[0，1]，取值越大，說(shuō)明該林地被確定為石漠化林地的概率越高，林地石漠化程度也就越強(qiáng)。

以廣西鳳山縣林地為案例，構(gòu)建了林地石漠化指數(shù)計(jì)量模型。根據(jù)基巖裸露率、植被綜合覆蓋度、坡度、土層厚度4個(gè)指標(biāo)對(duì)石漠化評(píng)價(jià)的重要程度，釆用專家打分得到重要性比較結(jié)果，釆用層次分析法計(jì)算分別得出4個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值，分別為0.553 4、0.284 1、0.062 9、0.099 6，林地?zé)o石漠化，潛在、輕度、中度、強(qiáng)度、極強(qiáng)度石漠化各等級(jí)的林地石漠化指數(shù)分別為[0，0.161]、（0.161，0.352]、（0.352，0.418]、（0.418，0.720]、（0.720，0.868]、（0.868，1]，實(shí)現(xiàn)了基于小班的廣西鳳山縣林地石漠化程度的量化評(píng)價(jià)。

[1] 廣西壯族自治區(qū)林業(yè)廳.廣西壯族自治區(qū)巖溶地區(qū)第二次石漠化監(jiān)測(cè)報(bào)告[R].南寧:廣西壯族自治區(qū)林業(yè)廳,2012.

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Study on rocky desertification index for Fengshan county of Guangxi province

LV Fei-zhou1, SHI Cheng-yuan2, LI Dian-jun1, LV Yong1
(1.Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China;2.Guangxi Forestry Planning Institute, Nanning 530011, Guangxi, China)

In order to accurately assess the rocky forestland desertification grade, by taking the forestland in Fengshan county of Guangxi province as a studied object, a new quantitative indicator index of rocky desertification was proposed to quantify the rocky forestland evaluation.According to the importance degrees of four indexes (bedrock exposed rate, comprehensive vegetation coverage rate, slope,soil thickness) to evaluation of rocky desertification, the comparison results of importance was obtained by using expert scoring method,and the weight values of each index were calculated by using analytic hierarchy process method.The results show that the weight values of bedrock exposed rate, comprehensive vegetation coverage rate, slope, soil thickness were 0.5534, 0.2841, 0.0629, 0.0996 respectively,indicating the importance of indicator of all indicators was the bedrock exposed rate, followed by comprehensive vegetation coverage rate, soil thickness, slope; And the index intervals of rocky desertification index of no rocky, potentially, mild, moderate, strength and extreme strength rocky grade were [0,0.161], (0.161,0.352], (0.352,0.418], (0.418,0.720], (0.720,0.868], (0.868,1] respectively.The rocky desertification forestland grade indicator index system can quantitatively evaluated the forestland rocky desertification status quo in Fengshan County of Guangxi Province.

forestland rocky desertification; rocky desertification index; Fengshan county of Guangxi province

S728.9

A

1673-923X(2015)09-0104-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.09.018

2014-09-08

國(guó)家林業(yè)局“石漠化綜合治理工程二期規(guī)劃思路研究”

呂飛舟，碩士研究生 通訊作者：呂 勇，教授，博士生導(dǎo)師；E-mail：727065572@qq.com

呂飛舟，石程遠(yuǎn)，李典軍，等.廣西鳳山縣林地石漠化指數(shù)研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015, 35(9): 104-108.

[本文編校：謝榮秀]