全 文 ：第 34 卷第 23 期
2014年 12月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.23
Dec.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金(41261038);国家自然科学基金(41201546);贵州省科学技术基金项目(黔科合 J字[2011]2033号);西南大学基
本科研经费专项基金项目(XDJK2013C068);重庆市自然科学基金(cstc2012jjA20010)
收稿日期:2014鄄01鄄14; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄09鄄26
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: diaoct@ swu.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201401140108
左太安,刁承泰,苏维词,孙秀锋,官冬杰.毕节试验区石漠化时空演变过程和演变特征.生态学报,2014,34(23):7067鄄7077.
Zuo T A,Diao C T,Su W C,Sun X F,Guan D J. Spatial鄄temporal evolution process and its evaluation characteristic of rocky desertification in Bijie
experimental area.Acta Ecologica Sinica,2014,34(23):7067鄄7077.
毕节试验区石漠化时空演变过程和演变特征
左太安1,2,刁承泰1,*,苏维词3,孙秀锋1,官冬杰4
(1. 西南大学地理科学学院,重庆摇 400715;2. 贵州工程应用技术学院生态工程学院,毕节摇 551700;
3. 贵州省山地资源研究所,贵阳摇 550001;4. 重庆交通大学河海学院,重庆摇 400074)
摘要:基于 RS和 GIS技术,解译了 2000、2005和 2010年 3期毕节试验区石漠化数据,利用空间分析和数理统计分析方法,在探
讨石漠化时空演变总体特征的基础上,选取演变方式、演变方向和演变速率等指标,重点分析了不同石漠化强度之间的内部转
移特征,演绎了 10年间毕节试验区石漠化演变过程。 研究表明:(1)10年间,石漠化总面积呈现先增加后趋稳的演变态势,石
漠化扩张趋势虽然初步遏制,但局部地区还在恶化,防治形势仍很严峻;(2)石漠化演变方式以渐变式为主,跳跃式为辅,返变
式最少;(3)石漠化演变的方向既存在改善也存在恶化,且轻度改善和轻度恶化的面积均比较大,一边治理、一边破坏的现象还
没有根本遏制;(4)非石漠化与石漠化相互转换非常活跃,潜在石漠化虽被定义为非石漠化,但并不稳定,容易转变为石漠化;
(5)石漠化演变速率分为转入速率、转出速率和综合速率,中度石漠化综合速率最高,转入速率大于转出速率,潜在石漠化和轻
度石漠化是中度石漠化增加的主要来源;(6)石漠化时空演变特征与生态环境建设及社会经济发展具有一定的相关性。 该研
究成果为喀斯特山区生态环境保护和石漠化防治提供了有益的参考。
关键词:时空演变过程;演变方式;演变方向;演变速率;毕节试验区
Spatial鄄temporal evolution process and its evaluation characteristic of rocky
desertification in Bijie experimental area
ZUO Tai忆an1,2,DIAO Chengtai1,*,SU Weici3,SUN Xiufeng1,GUAN Dongjie4
1 College of Geographical Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China
2 College of Ecological Engineering, Guizhou University of Engineering Science, Bijie 551700,China
3 Institute of Mountain Resource, Guizhou Academy of Sciences,Guiyang 550001 China
4 School of River and Ocean Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China
Abstract: Based on spatial analysis and statistical analysis methods, the spatial鄄temporal evolution process of rocky
desertification in Bijie experimental area, in terms of change pattern, direction, and rate, was analyzed using 3鄄phase
distribution maps, which were interpreted by the decision tree method from Landsat images in 2000, 2005 and 2010. In
particular, the interchanges among different degrees of rocky desertification were investigated. The results are listed below.
(1) From 2000 to 2010, the total area of rocky desertification first increased and then stabilized, indicating that the
expansion of rocky desertification was controlled preliminarily. However, the rocky desertification in some areas was still
worse, and the effects of prevention and control were not optimistic. (2) The change patterns of rocky desertification were
mainly gradual change, followed sequentially by leaping change and returning change. (3) The change directions of rocky
desertification included both forward (improvement) and backward (deterioration), but the areas of slight improvement and
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slight deterioration were both very large. The co鄄occurrence of destruction and treatment has not been changed. (4) The
potential rocky desertification, though not included as rocky desertification, was not stable and could be easily transformed
into rocky desertification. (5) The change rates of rocky desertification were divided into three types: transfer鄄in rate,
transfer鄄out rate, and comprehensive transfer rate. The comprehensive transfer rate of moderate rocky desertification was the
largest compared with other types of rocky desertification, and the newly鄄formed moderate rocky desertification mainly came
from light and potential rocky desertification. (6) The spatial鄄temporal evolution process of rocky desertification was closely
correlated with ecological environment construction and socioeconomic development. This study provides theoretical
foundations for preservation of ecological environment and comprehensive treatment of rocky desertification.
Key Words: spatial鄄temporal evolution process; change pattern; change direction; change rate; Bijie experimental area
摇 摇 西南石漠化与西北沙漠化、黄土高原水土流失
并列为我国三大生态灾害,是西部大开发实施生态
建设所面临的十分突出的地域环境问题[1鄄2]。 石漠
化问题的研究始于 20 世纪 80 年代,研究成果涵盖
石漠化概念[3鄄5]、立地条件[6鄄7]、成因[8]、危害防
治[9]、空间分布及演变[10]等多个方面,为石漠化防
治提供了强有力的理论支持和实践经验[11]。 石漠
化演变过程作为石漠化问题研究的主要内容之一,
不仅反映了区域的生态环境变迁,同时其变化结果
还会影响该区域的社会经济发展[12鄄13]。 相关学者已
从石漠化变化面积、变化速率、变化趋势等方面探讨
了不同石漠化类型[14]、不同空间格局[15鄄16]、不同土
地利用类型[17鄄18]上的演变特征,政府部门也完成了
两次大规模的石漠化动态监测工作[19]。 但是,石漠
化时空演变的实质是人类活动打破生态平衡后,导
致非石漠化与石漠化之间及不同石漠化强度等级之
间相互转化的过程,单纯采用变化面积、变化速率等
指标也仅反映了演变过程的外部整体特征,不同石
漠化强度相互转化的内部演变过程的定量研究至今
还处于初级阶段。 本研究以毕节试验区为例,对
2000、2005及 2010年等 3期影像进行解译和空间分
析,在探讨石漠化时空演变外部总体特征的基础上,
选取演变方式、演变方向和演变速率等指标,着重分
析不同石漠化强度之间的内部转移特征,演绎 10 年
间毕节试验区石漠化演变过程,并对其演变机理初
步探讨。
1摇 研究区概况及数据来源
毕节试验区是“毕节扶贫开发、生态建设试验
区冶的简称,地处贵州省西北部,东经 103毅36忆—106毅
44忆,北纬 26毅21忆—27毅47忆之间,辖七星关、大方、黔
西、金沙、织金、纳雍、威宁、赫章等 1 区 7 县,幅员面
积 2.69 万 km2。 毕节试验区是全国唯一以“扶贫开
发、生态建设、人口控制冶为主题的试验区,同时是国
家石漠化动态监测的重点区域,试验区 8 个区县全
部是石漠化综合治理试点县,在西南石漠化山区具
有一定的典型性和代表性。
本研究所采用的遥感影像及解译辅助数据主要
包括:2000 年、2005 年、2010 年 Landsat TM 影像数
据,来源于中国科学院对地观测与数字地球科学中
心“对地观测数据共享计划网( http: / / ids. ceode. ac.
cn / index.aspx)冶,1颐5 万毕节地区地形图(1977 年),
1颐20万水文地质图(1978 年),1颐5 万土地利用类型
现状图(2008 年);社会经济数据主要包括:2000—
2010年《毕节地区统计年鉴》、《毕节试验区数字 20
年》、《毕节试验区辉煌“十一五冶》等资料,来源于毕
节市统计局。
2摇 数据处理
2.1摇 石漠化强度等级划分标准
石漠化强度等级的划分标准,不同学者考虑的
角度不一[20],可归纳为以下 4 个方案:(1)大面积的
裸岩是石漠化最醒目的景观标志,在遥感调查中也
较容易识别,根据基岩裸露率,将石漠化划分为无石
漠化、轻度石漠化、中度石漠化和强度石漠化等 4 个
等级[21鄄22];(2)植被覆盖降低是石漠化的另一个基
本景观特征,根据岩石裸露率、植被+土被覆盖度,将
石漠化划分为无石漠化、潜在石漠化、轻度石漠化、
中度石漠化和强度石漠化等 5 个等级[23];(3)指出
仅根据基岩裸露率与植被覆盖度进行石漠化强度分
级过于简单,采用基岩裸露率、植被+土被覆盖度、土
被面积比、坡度、平均土厚等多项指标,将石漠化划
8607 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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分为无石漠化、潜在石漠化、轻度石漠化、中度石漠
化、强度石漠化和极强度石漠化等 6 个等级[24];(4)
指出仅根据石漠化景观特征进行分级,相当程度上
忽略了人类活动对石漠化发生、发展的影响程度,不
利于石漠化治理工程的实施[25],采用石漠化景观+
成因的两级分类模型,根据景观现状进行第一级分
类,根据石漠化的成因类型或土地利用类型进行第
二级分类[26]。
针对分类标准的分歧,国家林业局制定了《岩溶
地区石漠化监测技术规定》 (2011 年修订)。 首先,
根据基岩裸露度、植被综合覆盖度和土地利用类型
将土地分为石漠化、潜在石漠化、非石漠化等三大类
型;然后,对石漠化土地的基岩裸露度、植被类型、植
被综合盖度和土层厚度等指标分级打分,再计算各
指标评分之和,将石漠化划分为轻度石漠化、中度石
漠化、强度石漠化和极强度石漠化等 4 个等级。 该
分类标准是采用“3S冶技术与地面调查相结合,以地
面调查为主的技术方法,分类规范,结果准确。 但该
分类方法较为复杂,且工作量较大。 基于数据可得
性、工作量及主要研究目的等方面的考虑,本研究参
照前人研究成果,并结合毕节试验区的地域特点,首
先将岩石裸露率、植被+土被覆盖度作为主要的划分
指标,然后,将土地利用类型作为修正指标,建立石
漠化强度等级划分标准(表 1)。
表 1摇 石漠化强度等级划分标准
Table 1摇 The classification criterion of karst rocky desertification (K.R.D.) grade
划分等级
Grade of K.R.D.
岩石裸露率
Area of bare
rock
植被+土被覆盖度
The vegetation and
soil coverage
主要土地利用类型
Types of the main
land use
无石漠化 No K.R.D. [0,40] [70,100] 建筑用地、水体、水田、林地、灌木林地、草地、平坦的旱地等
潜在石漠化 Potential K.R.D. [40,60] [50,70] 林地、灌木林、草地和较平坦或已梯化的旱地等
轻度石漠化 Light K.R.D. [60,70] [35,50] 林地、灌木林、草地、旱地、未利用地等
中度石漠化 Moderate K.R.D. [70,80] [20,35] 稀疏的灌木林地、坡耕地、草地、未利用地等
强度石漠化 Serious K.R.D. [80,90] [10,20] 石质坡耕地、草地、未利用地等
极强度石漠 Extremely serious K.R.D. [90,100] [0,10] 石质坡耕地、草地、未利用地等
非喀斯特 Non鄄karst 非喀斯特地区未参与分类
2.2摇 石漠化信息的提取
决策树作为一种基于知识的分类法逐渐运用于
遥感领域,其提取信息的关键是特征变量及节点阈
值的选择[27]。 本研究运用基于专家知识算法的决
策树分类方法(ENVI5.0 自带决策树分类模块),实
现石漠化信息的提取。 首先,将原始数据经过几何
纠正、图像配准、影像镶嵌、辐射校正和信息增强后,
作为石漠化信息提取的数据源;其次,以预处理后的
数据源为基础,通过波段运算,计算 3 期影像的归一
化植被指数 NDVI 和裸土指数 BI,进一步生成植被
覆盖度和土壤裸露率[28鄄29];然后,根据水文地质图和
土地利用现状图,提取非喀斯特区和部分无石漠化
区(建设用地、水体和水田),并建立掩膜;最后,根据
表 1 所确定的石漠化强度等级划分标准,应用
envi5郾 0的决策树分类模块进行分类,并根据野外调
查验证和解译图斑修正,得到 3 期毕节试验区不同
石漠化强度等级分布图(图 1)及 2000—2010年毕节
试验区不同石漠化强度分布面积及比例(表 2)。 为
了石漠化动态演变过程运算方便,先将 3 期石漠化
分布图统一转为 30m伊30m 的 grid 文件;然后,利用
ArcGIS 的空间分析功能和 Excel 的数理统计功能,
分析毕节试验区石漠化时空演变过程。
2.3摇 分类精度评价
结合地形图和 2008年土地利用现状图,采用手
持式 GPS实地考察的方法,对研究区进行野外线路
调查和样区调查,着重对样区不同石漠化强度的土
地景观特点进行采样记录,确定样区各石漠化强度
的空间分布范围。 通过 ENVI 中的 Using Ground
Truth ROIs模块,以 2010年石漠化分类结果为例,计
算石漠化分类精度混淆矩阵(表 3)。 分类精度评价
结果显示,石漠化强度类型的中间过渡类判对率较
低,轻度石漠化的用户精度仅为 71.88%,边缘类判
对率较高,无石漠化及极强度石漠化的用户精度均
大于 95%。 分类结果总精度为 86.1616%,Kappa 统
9607摇 23期 摇 摇 摇 左太安摇 等:毕节试验区石漠化时空演变过程和演变特征 摇
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计值为 0.8316,满足精度要求。
图 1摇 毕节试验区石漠化强度等级分布图(2000—2010年)
Fig.1摇 Distribution map of rocky desertification in Bijie experimental area(2000—2010)
表 2摇 毕节试验区不同石漠化强度等级分布面积和比例(2000—2010年)
Table 2摇 Area and proportion of different rocky desertification grade(2000—2010)
年份
Year
非喀斯特
Non鄄karst
面积 / km2
Area
比例 / %
Percent
非石漠化 Non鄄 desertification
无石漠化
No K.R.D.
面积 / km2
Area
比例 / %
Percent
潜在石漠化
Potential K.R.D.
面积 / km2
Area
比例 / %
Percent
石漠化 Karst rocky desertification
轻度石漠化
Light K.R.D.
面积 / km2
Area
比例 / %
Percent
中度石漠化
Moderate K.R.D.
面积 / km2
Area
比例 / %
Percent
强度石漠化
Serious K.R.D.
面积 / km2
Area
比例 / %
Percent
极强度石漠化
Extremely serious
K.R.D.
面积 / km2
Area
比例 / %
Percent
2000 6826.34 25.42 5434.61 20.24 7154.67 26.64 5416.24 20.17 1708.31 6.36 246.72 0.92 65.92 0.25
2005 6826.34 25.42 5409.16 20.14 6855.19 25.53 4982.57 18.56 2344.80 8.73 372.46 1.39 62.30 0.23
2010 6826.34 25.42 5472.49 20.38 6861.57 25.55 5145.97 19.16 2143.38 7.98 343.99 1.28 59.07 0.22
表 3摇 毕节试验区石漠化分类精度混淆矩阵表
Table 3摇 Classification confusion matrix of rocky desertification
Overall Accuracy =(5971 / 6930) 86.1616%
Kappa Coefficient = 0.8316
类型
Type
无石漠化
No K.R.D.
潜在石漠化
Potential
K.R.D.
轻度石漠化
Light
K.R.D.
中度石漠化
Moderate
K.R.D.
强度石漠化
Serious
K.R.D.
极强度
石漠化
Extremely
serious K.R.D.
制图精度 / %
Prod. Acc.
用户精度 / %
User Acc.
无石漠化 No K.R.D. 1166 19 0 5 0 0 94.03 97.98
潜在石漠化 Potential K.R.D. 68 902 72 14 11 0 88.95 84.54
轻度石漠化 Light K.R.D. 6 93 989 276 12 0 79.69 71.88
中度石漠化 Moderate K.R.D. 0 0 180 1357 78 0 78.39 84.02
强度石漠化 Serious K.R.D. 0 0 0 79 911 46 90.02 87.93
极强度石漠化
Extremely serious K.R.D. 0 0 0 0 0 646 93.35 100
0707 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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3摇 毕节试验区石漠化时空演变过程
3.1摇 石漠化演变的总体特征
石漠化时空演变过程既是时间序列上的演绎,
同时还是空间概念上的表达[30鄄31]。 从时间序列的演
绎来看,2000—2010年,石漠化总面积呈现先增加后
趋稳的演变态势:2000—2005年,石漠化总面积净增
加 324.94km2,面积百分比增加 1.2%,年均增加速率
为 64. 99km2 / a;2005—2010 年,石漠化面积净减少
69.72km2,面积百分比降低 0.26%,年均减少速率为
13.94km2 / a。 10年间,轻度石漠化面积先减少后增
加,由 2000 年的 5416. 24km2 减少为 2005 年的
4982郾 57km2,然而又增加为 2010 年的 5145.97km2;
而中强度以上石漠化面积则先增加后减少的基本特
征,由 2000 年的 2020. 95km2 增加为 2005 年的
2779郾 56km2,然后又减少为 2010 年的 2546.44km2,
石漠化扩张趋势初步遏制。 从空间概念上的表达来
看,毕节试验区石漠化演变过程主要是有 3 种类型:
(1)先增加后减少,主要有七星关区、威宁县、大方
县、纳雍县和赫章县,其中七星关区和威宁县石漠化
面积分别净减少 11.99km2和 185.95km2,而大方县、
纳雍县和赫章县后期石漠化面积虽然有所减少,但
10年间石漠化面积仍分别增加 22. 16、9. 79km2和
53郾 19km2;(2)石漠化面积持续增加,仅有金沙县,石
漠化面积增加 166.63km2;(3)石漠化面积先减少后
增加,主要有黔西县和织金县,石漠化面积分别净增
加 178.10km2和 37.61km2。 可见,毕节试验区石漠化
扩张趋势虽然初步遏制,但局部地区仍在恶化,防治
形势仍很严峻。
3.2摇 石漠化时空演变内部特征
石漠化内部演化过程是在一定的空间范围和时
间段内,非石漠化与石漠化之间及不同石漠化强度
类型之间相互转化的过程。 石漠化内部演化过程的
定量评价应明确以下 3个基本问题:(1)不同石漠化
强度的演变方式;(2)不同石漠化强度的演变方向,
掌握研究时段初期不同石漠化强度的转移去向及研
究时段末期不同石漠化强度的来源与构成;(3)不同
石漠化强度的演变速率,掌握不同石漠化强度相互
转化的快慢。
3.2.1摇 石漠化演变方式
参照前人的研究成果[32鄄33],结合毕节试验区石
漠化演变特征,将石漠化演变方式定义为以下 3 种
类型:(1)渐变式:在两个时间段,某种石漠化强度前
期转变成另一种石漠化强度,后期该石漠化强度则
不再发生变化,或者,某种石漠化强度前期未发生变
化,而到后期该石漠化强度转变成另一种石漠化强
度,即 a寅b寅b型或 a寅a寅b型;(2)跳跃式:在两个
时间段,某种石漠化强度前期转变为另一种石漠化
强度,在后期又转变为第 3 种石漠化强度,该演变方
式较为活跃,即 a寅b寅c型;(3)返变式:在两个时间
段,某种石漠化强度前期转变为另一种石漠化强度,
在后期又转变为原石漠化强度,即 a寅b寅a 型。 该
演变方式存在两种可能,一种是前期该区域不断被
破坏,后期人们开始加强石漠化治理和生态保护,土
地状况逐渐改善为原石漠化等级;另一种则是该区
域前期由于退耕还林或石漠化治理等修复工程,石
漠化等级降低,但由于未能培育出新的经济增长点,
当修复项目结束后,当地农民仍然沿用原有的用地
方式,土地状况再度恶化。
图 2摇 石漠化演变方式的面积和比例(2000—2010年)
Fig.2摇 Area and proportion of different evolution way of rocky
desertification(2000—2010)
在 ArcGIS平台对 3 期石漠化分布图进行空间
运算,可以分别求出各石漠化演变方式的面积和比
例(图 2)。 2000—2010 年,石漠化强度不曾发生变
化的土地面积为 16041.90km2,占总面积的 59.74%
(含 25.42%的非喀斯特地区),石漠化强度发生改变
的面积为 10811.22km2,占总面积的 41.26%。 石漠
化演 变 方 式 中 渐 变 式 所 占 面 积 最 大, 为
10003郾 84km2,占总面积的 37.25%,说明石漠化的发
生、发展过程本质上是植被覆盖降低和土壤侵蚀增
强的一个渐变过程,从一种方式直接地、很快地过
1707摇 23期 摇 摇 摇 左太安摇 等:毕节试验区石漠化时空演变过程和演变特征 摇
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渡、跳跃到另一种方式的比例不是很大;其次是跳跃
式,为 763.39km2,占总面积的 2.84%,说明部分区域
的土地类型并不稳定,时刻处于变化之中;最少的是
返变式,为 43.69km2,仅占总面积的 0.16%,但也说
明石漠化演变过程中既存在“破坏了又治理好冶,也
存在“治理好又破坏冶的现象。
3.2.2摇 石漠化演变的方向
探讨石漠化演变的方向,可以从两个方面进行
分析:(a)用石漠化改善程度和石漠化恶化程度来描
述石漠化状况整体演变方向;(b)构建不同石漠化强
度演变转移矩阵,分析不同石漠化等级内部相互转
化情况。 在 GIS平台上对 3 期石漠化分布图进行空
间运算,分别获得石漠化状况演变方向分布表(表
4)和石漠化时空转移矩阵表(表 5)。
(1)石漠化状况整体演变方向
将石漠化状况分为 5 个演变方向,分别为较好
改善、轻度改善、基本不变、轻度恶化和严重恶化。
其中,轻度改善是指某石漠化强度向相邻的较低石
漠化等级转变,如轻度石漠化转变为潜在石漠化;较
好改善是指某石漠化强度跳跃到较低的石漠化等
级,如中度石漠化转变为潜在石漠化或无石漠化;轻
度恶化是指某石漠化强度向相邻的较高石漠化等级
转变,如轻度石漠化转变为中度石漠化;严重恶化是
指某石漠化类型跳跃到较高的石漠化等级,如轻度
石漠化转变为强度石漠化或极强度石漠化。 由表 4
可以看出,2000—2010年,毕节试验区石漠化类型基
本不变的面积最大,为 14867.16km2,轻度改善及轻
度恶 化 的 面 积 次 之, 分 别 为 4659. 33km2 和
4007郾 83km2,较高改善与严重恶化的面积最少,分别
为 1338.17km2和 1980.32km2,佐证了石漠化渐进式
为主的演变方式; 2000—2005 年,土地恶化面积
(5479郾 63km2)大于土地改善面积(4712.55km2),石
漠化扩张趋势明显;2005—2010 年,土地改善面积
(6399.53km2)大于土地恶化面积(5540.04km2),石
漠化状况开始改善, 但严重恶化面积仍高达
1911郾 87km2;轻度改善大于较好改善,说明石漠化治
理工程要循序渐进的开展,是一个长期而艰巨的
任务。
表 4摇 石漠化演变方向的面积和比例
Table 4摇 Area and proportion of different evolution direction of rocky desertification
年份
Year
较好改善
Greatly improvement
面积 / km2
Area
比例 / %
Percent
轻度改善
Slight improvement
面积 / km2
Area
比例 / %
Percent
基本不变
No change
面积 / km2
Area
比例 / %
Percent
轻度恶化
Slight deterioration
面积 / km2
Area
比例 / %
Percent
严重恶化
Serious deterioration
面积 / km2
Area
比例 / %
Percent
2000—2005 828.77 3.09 3883.78 14.46 16660.63 62.04 4320.34 16.09 1159.29 4.32
2005—2010 1605.63 5.98 4793.9 17.85 14913.25 55.54 3628.17 13.51 1911.87 7.12
2000—2010 1338.17 4.98 4659.33 17.35 14867.16 55.37 4007.83 14.93 1980.32 7.37
摇 摇 (2)石漠化强度演变转移矩阵
石漠化强度演变转移矩阵能够揭示石漠化内部
结构及各等级间相互转移变化情况。 由表 5 可知,
2000—2010年,非石漠化主要向轻度石漠化、中度石
漠化及强度石漠化转化, 分别为 2578. 56km2、
1040郾 11km2和 119.84km2,其中,潜在石漠化分别向
无石漠化和轻度石漠化转化 1754. 00km2和 1883.
33km2,可见潜在石漠化虽被定义为非石漠化,但并
不稳定,容易转变为石漠化;石漠化转变为非石漠化
为 3483郾 9km2,其中轻度石漠化转化面积为 2536.
27km2,是石漠化状况改善的主体,说明现阶段治理
的主要成果主要体现在轻度石漠化治理方面;中强
度以上石漠化面积转入与转出面积分别为
2194郾 74km2和 1682.89km2,两者比值为 130.41%,说
明石漠化较严重的地区石漠化状况并没有根本性的
改观,仍是石漠化治理的难点所在。 2000—2005 年
及 2005—2010年演变转移矩阵表现为相似的特点。
3.2.3摇 石漠化演变速率
常规的石漠化演变速率是指单位时间内某石漠
化类型面积发生的变化量,能够反映出某石漠化类
型增加或者减少的速度,但难以细致的表达不同石
漠化强度之间转移的情况。 本研究引入转入速率和
转出速率的概念,转入速率反映了单位时间内该石
漠化强度类型来源的活跃程度,转出速度反映了单
位时间内该石漠化强度类型的不稳定程度。 为了便
于区分,将常规转变速率称为综合速率。
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表 5摇 毕节试验区不同石漠化强度演变转移矩阵(2000—2010年)
Table 5摇 Conversion matrix of different rocky desertification grade in Bijie experimental area(2000—2010)
年份
Year
类型
Type
非石漠化
Non鄄desertification
无石漠化
No K.R.D.
潜在石漠化
Potential
K.R.D.
石漠化
Karst rocky desertification
轻度石漠化
Light K.R.D.
中度石漠化
Moderate
K.R.D.
强度石漠化
Serious
K.R.D.
极强度石漠化
Extremely
serious K.R.D.
2000—2005 无石漠化 1740.00 350.88 205.91 7.97 0.00
潜在 1797.14 1540.52 403.61 63.71 0.41
轻度 356.74 1456.40 942.54 141.11 1.92
中度 124.96 283.15 518.45 68.25 3.77
强度 1.11 25.62 50.90 79.74 9.03
极强度 0.00 0.51 2.79 2.99 12.05
2005—2010 无石漠化 997.97 753.59 299.63 8.96 0.00
潜在 1687.95 1831.07 688.96 61.86 0.86
轻度 247.08 2122.80 794.17 92.31 1.10
中度 186.62 1090.51 795.53 29.12 4.60
强度 1.06 64.89 39.25 118.32 5.84
极强度 0.00 0.91 1.49 3.82 9.30
2000—2010 无石漠化 1157.82 695.23 269.05 11.10 0.00
潜在 1754.00 1883.33 771.06 108.74 0.61
轻度 295.56 2240.71 913.12 119.13 1.96
中度 119.64 744.56 632.26 43.69 3.44
强度 1.88 80.42 85.89 19.85 9.87
极强度 0.00 1.13 3.51 5.58 12.51
图 3摇 毕节试验区石漠化演变速率(2000—2010年)
Fig.3摇 Evolution speed of different rocky desertification grade
in Bijie experimental area(2000—2010)
摇 摇 10年间,毕节试验区石漠化面积由 7437.19km2
增加为 7692.41km2,石漠化面积净增加 255.22km2,
综合速率为 25.52km2 / a,其中转入速率和转出速率
分别为 373.91km2 / a 和 348.39km2 / a;各石漠化强度
等级中,转入与转出速率由大到小排序为潜在石漠
化、轻度石漠化、无石漠化、中度石漠化、强度石漠化
和极强度石漠化,可见石漠化强度较低的强度类型
更为活跃,石漠化治理的成果还很脆弱,而中度以上
石漠化治理任务还很艰巨;此外,尽管潜在石漠化与
轻度石漠化的转入和转出速率均较高,但综合速率
最高的是中度石漠化,为 45.51km2 / a,转入速率大于
转出速率,结合演变转移矩阵(表 5)可以看出,中度
石漠化增加的主要贡献是潜在石漠化与轻度石漠
化,分别贡献 771.06km2和 913.12km2。 可见,石漠化
治理工程除了对中度以上石漠化的治理外,更应加
强潜在石漠化及轻度石漠化的防护。
3.3摇 石漠化演变的驱动机制分析
石漠化的演变特征不仅与该自然环境背景具有
很大的关系,同时与生态环境建设及社会经济发展
关系密切。
3.3.1摇 石漠化演变与生态环境建设
生态建设是毕节试验区的三大主题之一,有关
该区的生态建设工程一直没有间断,如长江上中游
水土保持重点防治工程、长江中上游防护林体系建
设工程、退耕还林工程、小流域综合治理工程、天然
林资源保护工程和石漠化综合治理试点工程等。 自
2000年退耕还林工程开展以来,完成造林 1954km2
3707摇 23期 摇 摇 摇 左太安摇 等:毕节试验区石漠化时空演变过程和演变特征 摇
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(其中退耕地造林 723km2、荒山造林 1231km2),涉及
试验区的 31.19 万农户;2008 年,国务院批复了《全
国岩溶地区石漠化综合治理规划大纲》,并在石漠化
严重的 8省(区、市)的 100 个县启动实施了石漠化
综合治理试点工程,毕节试验区 8 个县(区)全部划
为治理试点县,极大地推动了试验区石漠化治理步
伐;2000—2005 年森林覆盖率由 29. 54%增加到
33郾 92%;2005年以后,森林覆盖率以超过 1.2%的年
均速度快速增长,2010 年达到 40. 03%(图 4)。 此
外,以沼气为重点的生态能源建设大幅度减少了薪
材在农村能源结构中的比重,有效地促进了植被保
护。 2000 年以前,毕节试验区沼气池仅为 3000 余
口,2005 年全区已建成沼气池 5.9 万口,到 2010 年
沼气池数量已达到 23.8 万口,农村适宜建池普及率
达 22郾 9%,投入使用率达 69.3%,每年至少能为农民
增收节支 2.88亿元,保护薪炭林 480km2(图 5)。
图 4摇 石漠化面积与森林覆盖率变化趋势
Fig.4 摇 The tendency of rocky desertification area and forest
coverage rate
图 5摇 石漠化面积与沼气池数量变化趋势
Fig.5摇 The tendency of rocky desertification area and quantity
of marsh gas tank
3.3.2摇 石漠化演变与社会经济发展
毕节试验区属典型的喀斯特贫困山区,粮食生
产是农民最稳定的收入来源,产业结构表现为典型
的“一头沉冶,即第一产业比重过大,却忽略了喀斯特
环境的低生态承载力。 2000 年以来,毕节试验区第
一产值占地区生产总值的比例由 44. 32%下降到
20郾 70%,产业结构正朝着更合理的方向发展;此外,
随着试验区产业结构的调整及国家政策的引导,外
出务工人口及农转非人口不断增加,农村人口(农村
常住人口)较 2000 年减少了 70.55 万人(图 6)。 石
漠化面积变化和农村人口变化具有较好的相似性,
说明随着产业结构的调整,农村人口减少,降低了土
地负荷,缓解了土地资源压力。
毕节试验区 8 个县(区)中有 5 个国家级贫困
县,经济落后直接或间接地导致人们陡坡开垦、毁林
开荒,破坏了大量的森林资源,为石漠化发展埋下伏
笔。 2000—2005年,农民人均纯收入由 1316 元增加
为 1795元,增加速度比较缓慢,年均增加不足 100
元;2005—2010年农民人均纯收入由 1795 元增加为
3354元,年均增加 311.8元,生活水平的提高极大地
改善了农民的生产生活方式,减少了乱砍乱伐、毁山
造田和毁林开荒等现象,为生态环境恢复提供了有
利条件(图 7)。
图 6摇 石漠化面积与农村人口数变化趋势
Fig. 6 摇 The tendency of rocky desertification area and
rural population
图 7摇 石漠化面积与农民纯收入变化趋势
Fig.7摇 The tendency of rocky desertification area and rural per
capita net income
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4摇 结论与讨论
石漠化时空演变的实质是人类活动打破生态平
衡后,导致非石漠化与石漠化之间及不同石漠化强
度等级之间相互转化的过程。 所以,本研究对石漠
化时空演变的总体特征和内部转移特征进行了定量
评价,并初步探讨了石漠化演变的驱动机制。
研究结果显示:(1)10 年间,试验区石漠化总面
积呈现先增加后趋稳的演变态势,石漠化扩张趋势
虽然初步遏制,但局部地区仍在恶化,防治形势仍很
严峻。 应该继续实施退耕还林工程,全面启动石漠
化综合治理工程,加强生态公益林补偿力度,实施天
然林保护,强化封山育林,充分发挥石漠化地区的自
然修复能力。 (2)石漠化演变方式以渐进式为主,说
明石漠化治理也应循序渐进,不能一蹴而就;石漠化
演变方向既存在改善也存在恶化,且轻度改善和轻
度恶化的面积均比较大,说明一边治理、一边破坏的
现象还没有根本遏制;结合石漠化演变速率中,转入
和转出速率最大的是潜在和轻度石漠化,且中度石
漠化新增来源也主要是潜在和轻度石漠化,所以,除
了对中度以上石漠化的治理外,更应加强潜在石漠
化及轻度石漠化的防护。 (3)石漠化的时空演变特
征不仅与该区域的自然环境背景具有很大的关系,
同时与生态环境建设及社会经济发展关系密切。 石
漠化治理工程应该与扶贫开发紧密结合,进一步调
整农村产业结构,改善山区农民的生活水平和农村
能源结构,才能从根本上缓解土地压力,实现石漠化
地区生态系统的良性循环和生态环境的全面改善。
石漠化时空演变过程是认识西南地区石漠化发
展 /逆转规律与成因的基础。 无论从政府层面还是
科学研究层面,正确把握石漠化时空演变过程及其
特征,对协调生态环境和经济建设之间的关系,制定
切合实际的石漠化治理策略都具有重要的理论价值
和现实意义。 本研究尽管对石漠化时空演变的总体
特征和内部转移特征进行了定量评价,且选择了具
有典型性和代表性的毕节试验区为例,但是,石漠化
是人为加速背景下的土地(生态)退化过程,仅用 10
年的时空演变过程揭示石漠化演变规律还存在些许
不足;此外,在石漠化演变的驱动机制研究中,尽管
石漠化与自然环境背景、生态环境建设和社会经济
发展存在必然的联系,但是,当将研究区的各指标转
化为生态环境建设和社会经济发展指标时,小范围
的石漠化与它们之间的紧密性就会淹没在其中而表
现不出,而第二、三产业的发达及农民收入的多元化
也会掩盖石漠化与社会经济的相关性,使宏观视角
下两者关系的数据模拟难以实现,只能通过理论判
读和图表表达两种方式尽可能的予以阐述。
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