文林琴,栗忠飛

西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院,昆明 650224

石漠化是一種受人類不合理社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)干擾和破壞而造成的土壤嚴(yán)重侵蝕、基巖大面積裸露、土地生產(chǎn)力嚴(yán)重下降、地表出現(xiàn)類似荒漠景觀的土地退化過(guò)程[1]。我國(guó)石漠化主要分布于貴州、云南、廣西、湖南、四川、重慶、湖北和廣東等8個(gè)省份[2- 3],其中尤以西南區(qū)域的貴州、云南為重,已經(jīng)成為困擾我國(guó)西南區(qū)域生態(tài)建設(shè)的重大環(huán)境問(wèn)題[4- 6]。

地處我國(guó)西南區(qū)域的貴州省,位于長(zhǎng)江中上游與珠江上游重要水源補(bǔ)給區(qū),具有十分重要的地理位置和生態(tài)區(qū)位[7]。貴州省是世界上巖溶地貌發(fā)育最典型的地區(qū)之一,是全國(guó)石漠化分布面積最大、類型最全、形成最強(qiáng)烈的高原山區(qū)[8]。貴州省嚴(yán)重的石漠化問(wèn)題,導(dǎo)致區(qū)域水土流失加劇、生態(tài)系統(tǒng)功能退化,江河湖庫(kù)泥沙淤積,嚴(yán)重威脅著長(zhǎng)江、珠江等江河中下游地區(qū)的生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展[9],一直以來(lái)都是區(qū)域內(nèi)研究的熱點(diǎn)和生態(tài)環(huán)境治理的重點(diǎn)[10- 12]。

諸多學(xué)者針對(duì)貴州省石漠化問(wèn)題開展了一系列研究,包括石漠化時(shí)空演變[10,13- 14]、動(dòng)態(tài)變化及成因[15-16]、驅(qū)動(dòng)機(jī)制[17]、生態(tài)恢復(fù)與治理[18-19]以及監(jiān)測(cè)技術(shù)及評(píng)價(jià)方法[20-21]等。對(duì)石漠化的研究中,分析石漠化格局變化過(guò)程是認(rèn)識(shí)石漠化發(fā)生、發(fā)展的前提和基礎(chǔ)[22]。但由于研究目的、數(shù)據(jù)來(lái)源及研究區(qū)自然環(huán)境狀況等條件的差異與制約,當(dāng)前針對(duì)貴州省石漠化的各類研究,總體上呈現(xiàn)：1)研究區(qū)多為石漠化治理試點(diǎn)區(qū)域、縣域及地州區(qū)域等中小區(qū)域,未能體現(xiàn)貴州省域尺度上石漠化空間格局狀況；2)研究時(shí)間序列較短,未能體現(xiàn)近二十多年來(lái)貴州全省石漠化治理、演變的過(guò)程及發(fā)展態(tài)勢(shì)。因此,長(zhǎng)時(shí)間序列下、貴州省域尺度的石漠化演變狀態(tài)及未來(lái)趨勢(shì)變化的相關(guān)研究,在當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)背景下顯得尤為迫切而重要。

本文基于TM遙感影像數(shù)據(jù),以貴州全省為研究區(qū),對(duì)貴州省2004—2016年間4個(gè)不同時(shí)段的石漠化演變狀況,開展動(dòng)態(tài)化的定量分析,揭示貴州省近些年來(lái),在國(guó)家生態(tài)環(huán)境建設(shè)大背景下,其石漠化狀態(tài)的發(fā)展演變規(guī)律及空間分布格局,與此同時(shí),進(jìn)而模擬預(yù)測(cè)其未來(lái)演變趨勢(shì)。研究對(duì)未來(lái)貴州省乃至整個(gè)西南區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)需求下的石漠化治理提供現(xiàn)實(shí)的科學(xué)指導(dǎo)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

貴州省地處中國(guó)西南地區(qū)腹地(103°36′—109°35′E、24°37′—29°13′N),地貌類型屬于中國(guó)西南喀斯特高原山地,境內(nèi)地勢(shì)西高東低,自中部向北、東、南三面傾斜,平均海拔在1100 m左右。西部高海拔區(qū)域?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候,中部、東部為亞熱帶季風(fēng)氣候,區(qū)內(nèi)氣溫和降水分布差異顯著,年平均降水量682—1134 mm,年均氣溫14—16 ℃,常年相對(duì)濕度在70%以上。

全省土壤類型復(fù)雜多樣,其中黃壤面積最多,主要分布于中部區(qū)域,是全省土壤類型的主體部分。境內(nèi)還廣泛發(fā)育石灰土和紫色土等巖性土[23]。

全省植被類型主要包括栽培植被、灌叢、草叢、草甸、針葉林、闊葉林和針闊葉混交林[24],其東南部、南部、西北部植被類型以闊葉林、針闊混交林、竹林為主,而西部、西南部、東北部以灌叢、灌草叢為主[25]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文采用的遙感影像數(shù)據(jù)及DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)源于地理空間數(shù)據(jù)云共享平臺(tái)(http://www.gscloud.cn/)。其中2004年和2008年數(shù)據(jù)為L(zhǎng)andsat TM影像數(shù)據(jù),2012年和2016年數(shù)據(jù)為L(zhǎng)andsat 8的OLI_TIRS影像數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)空間分辨率均為30 m×30 m,時(shí)間頻率為16 d。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)處理

首先對(duì)原始影像數(shù)據(jù)進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換為UTM(通用橫軸墨卡托投影坐標(biāo)系),采用WGS_84坐標(biāo)系；采用信息較豐富的TM5、4、3和OLI_TIRS6、5、4三個(gè)波段進(jìn)行彩色合成圖像。利用ENVI5.3對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)(Radiometric)和FLAASH大氣校正,校正后采用三次卷積法將研究區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行鑲嵌,以貴州省地圖為底圖,進(jìn)行裁剪以待信息提取。

2.2 石漠化程度等級(jí)劃分

2.2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

石漠化信息提取、空間分布研究以GIS技術(shù)結(jié)合遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)[26- 30],評(píng)價(jià)指標(biāo)一般根據(jù)景觀特征和主要成因加以選擇[31]。植被覆蓋度下降,大面積巖石裸露是石漠化最直接的景觀標(biāo)志[32-35],成為石漠化研究選用最多的分級(jí)指標(biāo)[36]。也是石漠化調(diào)查、評(píng)估和等級(jí)劃分的重要依據(jù)[37]。諸多研究以及全國(guó)石漠化公報(bào)、貴州省石漠化公報(bào)等都將這兩個(gè)指標(biāo)列為評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[12- 13,38- 39]。此外,坡度是影響石漠化變化的自然條件[40],坡度越大,地表結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性就越強(qiáng),越容易發(fā)生石漠化,是石漠化演變過(guò)程中一個(gè)非常重要的影響因素[41],故而也常被作為石漠化的分級(jí)指標(biāo)[12,42]。綜上情況,本文結(jié)合當(dāng)前石漠化空間遙感監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系研究現(xiàn)狀[12- 13,29- 30,39],結(jié)合石漠化遙感監(jiān)測(cè)指標(biāo)選取的目的性、可操作性和代表性等原則[43-44],同時(shí),考慮影響貴州省石漠化演變的主導(dǎo)因素、空間尺度大小、地理環(huán)境狀況等特征,最終選取植被覆蓋度、巖石裸露率、坡度等3個(gè)指標(biāo)作為本研究中石漠化空間格局演變的評(píng)價(jià)指標(biāo)(表1)。

2.2.2石漠化等級(jí)的劃分

對(duì)于較大區(qū)域的石漠化監(jiān)測(cè)研究,常采用3—4級(jí)的劃分方法[37]。國(guó)家林業(yè)局制定《巖溶地區(qū)石漠化監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定》(2011年修訂),將石漠化劃分為輕、中、強(qiáng)和極強(qiáng)度4個(gè)等級(jí),也有學(xué)者將石漠化劃分為分為重、中、輕度和無(wú)石漠化4個(gè)等級(jí)[12,45]。也有研究依據(jù)巖石裸露率和植被覆蓋度指標(biāo),劃分出無(wú)石漠化或潛在石漠化,及強(qiáng)度或極強(qiáng)度石漠化等[38- 39,42]。指標(biāo)的閾值主要根據(jù)空間尺度、分級(jí)目標(biāo)以及遙感影像的解譯方法等因素確定[46]。本文基于數(shù)據(jù)可得性、主要研究目等,綜合前人研究成果等[47- 49],將石漠化等級(jí)劃分為為無(wú)石漠化、輕度、中度和重度石漠化4個(gè)等級(jí)(表1)。

表1 喀斯特石漠化等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 各指標(biāo)信息提取

2.3.1坡度提取

選取DEM數(shù)據(jù)(http://www.gscloud.cn),利用ENVI 5.3軟件經(jīng)融合裁剪、投影轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)成Tif格式,得到研究區(qū)DEM,然后利用ArcGIS 10.4軟件Spatial Analyst Tools工具箱中Surface工具集,進(jìn)行Slope坡度計(jì)算[50]。

2.3.2植被覆蓋度提取

運(yùn)用Gutman像元二分模型[51],以歸一化差值植被指數(shù)(NDVI)估算植被覆蓋度的模型為基礎(chǔ),參照李苗苗等[52]所改進(jìn)的歸一化植被指數(shù)(NDVI)定量估算植被覆蓋度的模型,進(jìn)行植被覆蓋度(FVc)估算。其表達(dá)式為：

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

(1)

式中NIR和RED分別為近紅外波段與紅光波段。

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

(2)

其中,NDVIsoil為完全是裸土或無(wú)植被覆蓋區(qū)域的NDVI值,NDVIveg則代表完全被植被所覆蓋的像元的NDVI 值,即純植被像元的NDVI值。研究中NDVIveg與NDVIsoil取值分別為圖像中置信度為95%置信區(qū)間內(nèi)的最大值與最小值。

2.3.3巖石裸露率提取

在NDVI估算植被覆蓋度的基礎(chǔ)上,參照張曉倫[44]歸一化巖石指數(shù)(NDRI)估算巖石裸露率(Fr)。其表達(dá)式為：

NDRI=(SWIR-NIR)/(SWIR+NIR)

(3)

式中,SWIR和NIR分別為短波紅外與近紅外波段。

Fr=(NDRI-NDRIrock)/(NDRIrock-NDRIn)

(4)

式中,NDRIrock為完全巖石覆蓋區(qū)域NDRI值,NDRIn為完全非巖石覆蓋時(shí)像元的NDRI值。研究中NDRIrock與NDRIn取值分別為圖像中置信度為95%的置信區(qū)間內(nèi)的最大值與最小值。

2.3.4實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取

選擇貴州省石漠化等級(jí)分布較全的黔西南州為野外抽樣調(diào)查區(qū)域,于2018年8月中旬,在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行空間抽樣調(diào)查共計(jì)36個(gè)樣地,記錄樣地經(jīng)緯度、石漠化程度、植被類型、植被覆蓋度、巖石裸露率等指標(biāo)。

2.3.5石漠化動(dòng)態(tài)度與未來(lái)預(yù)測(cè)分析

為定量分析貴州省石漠化動(dòng)態(tài)變化區(qū)域差異和預(yù)測(cè)未來(lái)變化趨勢(shì),本文引用單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度來(lái)研究單一等級(jí)石漠化動(dòng)態(tài)度,利用綜合石漠化動(dòng)態(tài)度表示各石漠化類型總的變化幅度與速度[10],同時(shí)利用ArcGIS對(duì)4期石漠化數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和疊加,得到石漠化轉(zhuǎn)移矩陣,定量解釋各石漠化類型間轉(zhuǎn)移特征,運(yùn)用馬爾科夫模型[53- 54],通過(guò)馬爾科夫過(guò)程轉(zhuǎn)移概率,預(yù)測(cè)2020年和2024年貴州省石漠化演變趨勢(shì)。

(1)單一等級(jí)石漠化動(dòng)態(tài)度計(jì)算公式：

(5)

式中,K為研究時(shí)段內(nèi)某一石漠化類型動(dòng)態(tài)度；Ua和Ub分別為研究期初及研究期末該類石漠化類型的數(shù)量；T為研究時(shí)段長(zhǎng)。

(2)綜合石漠化動(dòng)態(tài)度計(jì)算公式：

(6)

式中,K為綜合石漠化動(dòng)態(tài)度；Uai為研究區(qū)域內(nèi)第i類石漠化類型在研究起始年的統(tǒng)計(jì)面積；Ubi為研究區(qū)內(nèi)第i類石漠化類型在研究終止年的統(tǒng)計(jì)面積；S為研究區(qū)總的國(guó)土面積；T為研究年數(shù)；n為石漠化類型數(shù)。

3 結(jié)果

3.1 貴州省植被覆蓋度時(shí)空格局分析3.1.1 植被覆蓋度精度檢驗(yàn)

圖1顯示,實(shí)測(cè)的植被覆蓋度與遙感解譯的植被覆蓋度,兩者相關(guān)性系數(shù)R2達(dá)到0.87,精度良好。

圖1 植被覆蓋度預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的回歸關(guān)系 Fig.1 Regression relationship between vegetation coverage prediction value and measured value

3.1.2貴州省植被覆蓋度時(shí)空變化特征

貴州省植被覆蓋度各時(shí)期總體上均呈現(xiàn)從東南向西北遞減的趨勢(shì),西北部畢節(jié)市平均植被蓋度僅為23.2%—49.1%,而東南部黔東南州達(dá)到64.8%—75.6%(圖2)。

2004—2016年間,貴州省植被覆蓋度總體呈持續(xù)上升趨勢(shì)(圖2),全省平均植被覆蓋度從44.3% 增加到63.4%；尤其是2004年到2008年間,貴州西部畢節(jié)市、安順市、六盤水市和黔西南州等地出現(xiàn)顯著增高趨勢(shì),分別從23.2%—36.9%增加到了46.4%—59.3%。2008—2012年間,西南部的黔西南州和西部的六盤水市植被蓋度平均下降了9.6%和11.5%。2012—2016年間,貴州全省平均植被覆蓋度從57.3%增加到63.4%,但畢節(jié)市地區(qū)仍呈3.1%的局部下降趨勢(shì)(圖2)。

圖2 貴州省植被覆蓋度空間分布Fig.2 Distribution of vegetation coverage in Guizhou Province

3.2 貴州省巖石裸露率時(shí)空變化特征

貴州省巖石裸露率各個(gè)時(shí)期同樣呈現(xiàn)西高東低的特征,西部畢節(jié)市平均巖石裸露率高達(dá)65.1%—65.6%,而東部黔東南州僅為30.1%—40.5%(圖3)。

2004—2016年間,貴州省巖石裸露總體呈下降趨勢(shì),全省平均巖石裸露從53.4%下降到了49.7%。2008年到2012年,西北畢節(jié)市呈上升趨勢(shì)。2012—2016年間,全省平均巖石裸露率下降了2.4%。

圖3 貴州省巖石裸露率空間分布Fig.3 Distribution of rocky exposure rate in Guizhou Province

3.3 貴州省石漠化時(shí)空演變特征

3.3.1貴州省石漠化空間分布格局

貴州省石漠化狀況在空間分布上呈現(xiàn)出西部重、東部輕的特征(圖4)。4個(gè)時(shí)期中,西北部畢節(jié)市中度以上石漠化面積占該區(qū)域的62.0%—86.4%,東南部黔東南州僅為18.4%—33.0%(圖4)。

貴州石漠化的主要分布區(qū)域是畢節(jié)市、黔南州、黔西南州、六盤水市和安順市等5個(gè)地州市,4個(gè)時(shí)期中,其石漠化面積分別占區(qū)域國(guó)土面積的46.2%、40.8%、41.2%和35.7%,而無(wú)石漠化分布較多的為銅仁市和黔東南州,石漠化面積分別占區(qū)域國(guó)土面積的16.3%、18.3%、13.6%和11.6%(圖4)。

圖4 貴州省石漠化空間分布Fig.4 Distribution of rocky desertification in Guizhou Province

3.3.2貴州省石漠化時(shí)間演變特征

2004—2016年間,貴州省石漠化面積占比從81.7%下降到61.4%,其中,中、重度石漠化面積從61.4%下降到了38.1%(表2)。從絕對(duì)面積看,12年間,無(wú)石漠化面積從32176.4 km2增加至67893.9 km2；重度石漠化區(qū)域從34011.9 km2下降至20407.0 km2,截止到2016年,貴州省石漠化面積仍有108161.9 km2。從單一等級(jí)動(dòng)態(tài)度看,無(wú)石漠化動(dòng)態(tài)度一直呈正值變化,面積持續(xù)增加,而中度和重度石漠化則呈相反的變化特征(表2)。

2004—2008年和2012—2016年2個(gè)時(shí)段,是貴州省石漠化顯著好轉(zhuǎn)時(shí)期,無(wú)石漠化面積分別增加了40.1%和30.1%,動(dòng)態(tài)度分別為10.0%和7.5%；重度石漠化面積分別減少了20.4%和10.7%,動(dòng)態(tài)度分別為-5.1%和-2.7%。值得注意的是,2012—2016年間的中度石漠化減少較為顯著,年均減少3873.6 km2,動(dòng)態(tài)度為-6.4%。2008—2012年間,總體上也呈改善狀態(tài),無(wú)石漠化面積增加了1780.8 km2,動(dòng)態(tài)度為4.0%,輕度、中度和重度石漠化年均分別減少176.8 km2、544.8 km2和1055.6 km2(表2)。

2004—2008年,2008—2012年,2012—2016年3個(gè)時(shí)段的綜合石漠化動(dòng)態(tài)度分別為 5.2%,2.2%,5.1%,呈先減小后增大的趨勢(shì),石漠化總面積持續(xù)減少。2008—2012年時(shí)段變化面積最小,動(dòng)態(tài)度最低,其他兩個(gè)時(shí)段面積變化相當(dāng),變化速度較快(表3)。

表2 貴州省2004—2016 年不同類型石漠化動(dòng)態(tài)度

表3 貴州省2004—2016 年石漠化綜合動(dòng)態(tài)度

3.4 貴州省2004—2016年石漠化轉(zhuǎn)移過(guò)程

2004—2008年時(shí)段,輕、中度石漠化向無(wú)石漠化分別轉(zhuǎn)化了16048.1 km2和15455.0 km2；重度石漠化在貴州省安順市、黔西南州及遵義市增加較多,主要貢獻(xiàn)是中度石漠化,貢獻(xiàn)了8557.7 km2(圖5)。

2008—2012年時(shí)段,石漠化改善主體仍然是輕、中度,分別轉(zhuǎn)化13714.3 km2和27938.2 km2；重度石漠化增加的部分有56.3%來(lái)源于中度石漠化,集中在畢節(jié)市和六盤水區(qū)域(圖5)。

2012—2016年時(shí)段,輕、中度石漠化分別向無(wú)石漠化轉(zhuǎn)化16374.3 km2和15735.7 km2,主要分布于貴陽(yáng)市、安順市和黔南州(圖5)。

2004—2016年的12年間,無(wú)石漠化主要向輕、中度分別轉(zhuǎn)化4833.6 km2和3346.2 km2,而石漠化狀況改善的主體也是輕、中度,分別轉(zhuǎn)化16855.3 km2和22996.0 km2；中、重度石漠化的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出面積分別為31613.9 km2和74486.9 km2,比值為42.4%,其中,中度石漠化增加的主要貢獻(xiàn)是輕度和重度石漠化,分別貢獻(xiàn)6193.1 km2和12012.2 km2,由輕度向中度石漠化轉(zhuǎn)移惡化的區(qū)域主要出現(xiàn)在畢節(jié)市、黔西南州及遵義市的西北部(圖5d)。

近12年間,貴州省無(wú)石漠化面積凈增加35717.4 km2,增速為2976.5 km2/a,無(wú)石漠化轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出速率分別為3743.6 km2/a和767.1 km2/a；中度以上石漠化的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出速率分別為2634.5 km2/a和56207.2 km2/a。從各石漠化等級(jí)的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出速率看,輕度和中度石漠化轉(zhuǎn)化較為活躍,而重度石漠化和無(wú)石漠化較為穩(wěn)定(圖5)。

圖5 石漠化空間轉(zhuǎn)化Fig.5 Spatial transformation map of rocky desertification

3.5 貴州省石漠化狀況預(yù)測(cè)

表4顯示,到2020年,貴州省無(wú)石漠化面積將從2016年的67893.9 km2上升到73915.8 km2,石漠化面積將減少6023.4 km2,達(dá)8.9%,其中中度石漠化面積減少最多,達(dá)7.6%。到2024年,無(wú)石漠化面積將增加到76155.4 km2,將增加12.2%,石漠化面積將減少8263.0 km2,中度和重度石漠化減少較多,分別下降10.0%和15.3%。

表4 貴州省2020年和2024年石漠化類型預(yù)測(cè)結(jié)果

4 討論

4.1 貴州省石漠化空間分布格局

植被覆蓋度是評(píng)價(jià)石漠化的關(guān)鍵指標(biāo),與石漠化等級(jí)呈現(xiàn)負(fù)向關(guān)系[55]。本研究中,貴州省植被覆蓋度與石漠化空間分布格局基本一致(圖2、圖4),相關(guān)學(xué)者基于MODIS-NDVI數(shù)據(jù)的研究也呈現(xiàn)出基本一致的結(jié)果[56-58]。貴州省黔東南區(qū)域,少數(shù)民族聚集,人類活動(dòng)相對(duì)較少,自然植被相對(duì)優(yōu)越[59],西北部畢節(jié)市和六盤水市區(qū)域,地處貴州典型巖溶山區(qū),巖石裸露碎裂、巖溶發(fā)育強(qiáng)烈[16],植被覆蓋度相對(duì)較低。貴州中部的安順、貴陽(yáng)及北部的遵義等區(qū)域,由于城市快速發(fā)展、人口密集,人類活動(dòng)影響相對(duì)強(qiáng)烈,致使其植被覆蓋也相對(duì)較低[56]。

巖石裸露是石漠化最直觀的表現(xiàn),巖石裸露率的高低與石漠化程度呈正相關(guān)關(guān)系,本研究顯示貴州省巖石裸露率總體呈現(xiàn)西高東低的特征(圖3)。貴州省地勢(shì)西高東低,西部多中山區(qū),多巖溶峽谷發(fā)育,地表物質(zhì)不穩(wěn)定,土被破碎,長(zhǎng)期沖刷再加上人為因素破壞極易造成基巖裸露,中、東部海拔相對(duì)較低,為中、低山區(qū),坡度相對(duì)較緩,地表物質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定[60]。本研究也相應(yīng)顯示,植被覆蓋度相對(duì)較高的東部和北部地區(qū)巖石裸露率低、西部地區(qū)巖石裸露率較高(圖2,圖3)。由此可見,生態(tài)建設(shè)中,提高區(qū)域植被蓋度、降低巖石裸露率,是石漠化防治首要任務(wù)。

石漠化的分布與發(fā)展不僅與植被蓋度、巖石裸露率直接相關(guān),還受坡度、巖性、人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子的影響[61-62]。、人口密集程度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r密切相關(guān),本研究及相關(guān)研究[42]所呈現(xiàn)的貴州省石漠化空間分布呈西部重、東部輕、南部重、北部輕的空間格局,顯著受到驅(qū)動(dòng)因素的影響。貴州省碳酸鹽巖空間分布為南部富石灰?guī)r、北部富白云巖,受巖性制約的地貌形態(tài)也具南部多峰叢洼地、北部多丘叢的分布特征[63],同時(shí)也形成與地形坡度特征相應(yīng)的石漠化分布特征[55]。此外,貴州省人口分布同樣呈現(xiàn)西部地區(qū)較東部密集的特征,經(jīng)濟(jì)密度相對(duì)較高[64],人口密集、頻繁的農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境及土地利用負(fù)擔(dān)加重,加之西北部密集分布的礦產(chǎn)資源,導(dǎo)致西北部經(jīng)濟(jì)密度明顯高于東南部[65],所有這些均加劇了相應(yīng)區(qū)域的石漠化發(fā)展。

4.2 2004—2016年間貴州省石漠化演變特征

本研究顯示,2004—2016年間,貴州省植被覆蓋度持續(xù)增加,達(dá)到了63.4%,巖石裸露率持續(xù)下降(圖2,圖3)。相關(guān)研究也顯示2004—2008年間,甚至到2016年間,貴州全省植被覆蓋度呈現(xiàn)持續(xù)增加趨勢(shì)[58]。相應(yīng)地,貴州省2004—2016年間石漠化程度持續(xù)下降,尤其是2004—2008年間,其下降程度最為顯著(圖5)。根據(jù)石漠化公報(bào)[2- 3]顯示,2005—2011年和2011—2016年貴州省石漠化面積分別減少8.8%和18.3%。本研究中,貴州省石漠化面積在2004—2012年和2012—2016年分別下降13.9%和14.5%,與全國(guó)石漠化公報(bào)基本一致。

近年來(lái),相關(guān)研究均顯示了貴州石漠化好轉(zhuǎn)的趨勢(shì),諸如貴州晴隆縣[10]、貴州省普定縣[11],貴州省花江、朗溪、后寨河、王家寨、花江等5個(gè)典型巖溶山地[49],乃至貴州全省[42]等區(qū)域。究其原因,一方面,近年來(lái),貴州省結(jié)合國(guó)務(wù)院批復(fù)的《巖溶地區(qū)石漠化綜合治理規(guī)劃大綱(2006—2015)》以及《貴州省水利建設(shè)生態(tài)建設(shè)石漠化治理綜合規(guī)劃石漠化綜合治理專項(xiàng)規(guī)劃(2011—2020)》等,把水利建設(shè)與生態(tài)建設(shè)、石漠化綜合治理,三位一體結(jié)合起來(lái)科學(xué)規(guī)劃,加快實(shí)施石漠化綜合治理、退耕還林、長(zhǎng)江和珠江防護(hù)林等工程,促進(jìn)了石漠化綜合治理,使石漠化擴(kuò)展趨勢(shì)得以遏制。另一方面,自2008年以來(lái),國(guó)家啟動(dòng)石漠化綜合治理試點(diǎn)工作,貴州省55個(gè)縣列為第一批試點(diǎn)縣,2011年,貴州78個(gè)石漠化縣全部納入國(guó)家石漠化綜合治理實(shí)施范圍,石漠化治理步伐進(jìn)一步加快[3]。本研究結(jié)果直接顯示出2004—2016年石漠化程度顯著好轉(zhuǎn)的演變特征(圖4、表2)。相關(guān)政策措施對(duì)石漠化的治理起到了顯著效應(yīng),但貴州省局部區(qū)域內(nèi)石漠化仍繼續(xù)惡化(圖5)、生態(tài)環(huán)境依然十分脆弱,石漠化防治形勢(shì)依然嚴(yán)峻。

4.3 貴州省石漠化等級(jí)轉(zhuǎn)換及未來(lái)演變態(tài)勢(shì)

石漠化的演變并不是一蹴而就的,而是一個(gè)復(fù)雜而循序漸進(jìn)的過(guò)程。本研究顯示,在石漠化轉(zhuǎn)換過(guò)程中,全省石漠化轉(zhuǎn)入類型集中在無(wú)石漠化和輕度石漠化這兩大類中(圖5)。相關(guān)研究也顯示出,石漠化的轉(zhuǎn)化以高等級(jí)向低等級(jí)轉(zhuǎn)化為主,而低等級(jí)向高等級(jí)的轉(zhuǎn)化面積越來(lái)越少的特征[42]。無(wú)石漠化和重度石漠化相對(duì)穩(wěn)定,一方面體現(xiàn)貴州石漠化治理與防護(hù)取得一定成效,另一方面也反應(yīng)出重度石漠化在治理過(guò)程中的難度。

基于馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣模型預(yù)測(cè)顯示(表5),到2020年及2024年,貴州省石漠化狀況將持續(xù)好轉(zhuǎn)。由于預(yù)測(cè)值是以現(xiàn)有的石漠化綜合治理為基礎(chǔ),隨著治理年限的延續(xù),石漠化綜合治理成效會(huì)越來(lái)越顯著,石漠化改善狀況應(yīng)比預(yù)測(cè)結(jié)果更為顯著。但是,隨著各治理措施的推進(jìn),余留區(qū)域的石漠化立地條件越來(lái)越差,治理成本越來(lái)越高,治理難度將越來(lái)越大[3]。為加快石漠化改善進(jìn)程,實(shí)現(xiàn)2035年和2050年生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo),在初步遏制石漠化發(fā)展后,仍需大力實(shí)施以植被恢復(fù)為重點(diǎn)的生態(tài)工程,結(jié)合國(guó)務(wù)院批復(fù)的《貴州省水利建設(shè)生態(tài)建設(shè)石漠化治理綜合規(guī)劃(2011—2020)》明確的目標(biāo),提高工程投資標(biāo)準(zhǔn),加大投資力度,優(yōu)化結(jié)構(gòu),全面加快石漠化治理步伐,持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)石漠化的動(dòng)態(tài)變化。

快速準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)石漠化狀況是石漠化治理的關(guān)鍵,傳統(tǒng)的石漠化調(diào)查方法周期很長(zhǎng),難以達(dá)到監(jiān)測(cè)目標(biāo),而遙感技術(shù)具備大范圍、綜合性、動(dòng)態(tài)性觀測(cè)能力和宏觀、快捷、經(jīng)濟(jì)以及信息綜合等優(yōu)勢(shì)[66],是石漠化遙感信息提取不可或缺的手段。本研究結(jié)果證明該方法適用于貴州全省大尺度時(shí)空范圍內(nèi)石漠化狀況的提取和分析,是該研究領(lǐng)域內(nèi),采用多種影像特征及多源數(shù)據(jù)進(jìn)行石漠化遙感信息提取的科學(xué)而必要的補(bǔ)充,有助于對(duì)貴州省石漠化狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理。但在研究中分級(jí)指標(biāo)及指標(biāo)閾值不具有統(tǒng)一性,定量化困難,對(duì)影像處理、提取技術(shù)等仍需進(jìn)一步提高。

5 結(jié)論

(1)貴州省石漠化空間格局呈西重、東輕的分布特征,其中尤以畢節(jié)市、黔南州、黔西南州、六盤水市和安順市等區(qū)域?yàn)橹?一方面與其區(qū)域地質(zhì)地貌相關(guān),另一方面也表現(xiàn)出相關(guān)區(qū)域密集的人類活動(dòng)及相對(duì)活躍的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)石漠化演變的驅(qū)動(dòng)作用。

(2)截止2016年,貴州省植被覆蓋度呈現(xiàn)持續(xù)增加,石漠化面積呈現(xiàn)持續(xù)減少的演變趨勢(shì),近十多年來(lái),貴州省石漠化狀況已經(jīng)得到遏制,石漠化治理工程取得顯著成效,但局部區(qū)域諸如畢節(jié)市、黔西南州等石漠化分布較多的區(qū)域仍存在高度的不穩(wěn)定性,或趨于惡化的態(tài)勢(shì),尤其是重度石漠化區(qū)域,其治理尤為復(fù)雜而艱難。

(3)預(yù)測(cè)顯示的到2020年及2024年貴州省石漠化將繼續(xù)保持改善的態(tài)勢(shì),表明貴州省石漠化治理的相關(guān)政策措施將繼續(xù)發(fā)揮重要作用,但所顯示出改善速度較慢的特征,也表明石漠化防治形勢(shì)的嚴(yán)峻性,當(dāng)?shù)卣畱?yīng)結(jié)合當(dāng)前發(fā)展背景,統(tǒng)籌山水林田湖草一體化系統(tǒng),在繼續(xù)推進(jìn)各項(xiàng)重點(diǎn)工程的同時(shí),應(yīng)切實(shí)提高石漠化區(qū)域的生態(tài)環(huán)境自然修復(fù)能力。

致謝：西南林業(yè)大學(xué)黎銘鈺、王興永、葉緯平參與野外樣地調(diào)查、遙感影像數(shù)據(jù)前期處理工作，特此致謝。