全 文 ：林业科学研究　2008, 21 (6) : 761～767
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2008) 0620761207
近 30年来粤北岩溶山区石漠化土地景观动态分析
张素红 1 , 李　森 2 , 王金华 3 , 郝俊民 1 , 吴　波 13
(1. 中国林业科学研究院林业研究所 , 国家林业局林木培育重点实验室 ,北京　100091;
2. 佛山大学资源与环境科学研究所 , 广东 佛山　528000; 3. 佛山市顺德区容山中学 , 广东 佛山　528303)
摘要 :在野外调查的基础上 ,对粤北岩溶山区进行了不同时期卫星影像的解译和制图 ,分析了近 30年来该地区石漠
化土地的景观动态与格局变化。结果表明 :近 30年来 ,粤北石漠化景观呈逆转趋势 ,研究区石漠化土地面积持续减
少 , 1974年石漠化土地面积为 2 042. 43 km2 ,占喀斯特分布区的 42. 47% , 1988年与 2004年分别下降至 33. 95%和
21. 14% ;轻度石漠化土地面积减少速度最快 ,至 2004年中度石漠化土地取代轻度石漠化土地成为分布面积最广的
石漠化类型 ;研究区景观异质性持续降低 ,潜在石漠化土地面积不断增加 ,景观连接度升高 ;石漠化土地斑块密度增
大但平均斑块面积减小 ,斑块趋于均匀。
关键词 :石漠化 ;岩溶山区 ; 景观格局 ; 景观动态
中图分类号 : X87　　　　　文献标识码 : A
收稿日期 : 2008202227
基金项目 : 国家科技支撑计划项目 (2007BAC03A10)及国家自然科学基金项目 (30471421)共同资助
作者简介 : 张素红 (1971—) ,女 ,新疆哈密人 ,在站博士后. 主要从事水土保持与荒漠化防治研究. E2mail: ffren126@126. com3 通讯作者 :博士 ,研究员. 主要从事景观生态学与荒漠化过程等研究. E2mail: wubo@caf. ac. cn
Landscape D ynam ics of Rocky D esertif ica ted Lands in Karst M oun ta inous
Reg ion of North Guangdong in Recen t 30 Y ears
ZHANG Su2hong1 , L I Sen2 , WANG J in2hua3 , HAO Jun2m in, WU B o1
(1. Research Institute of Forestry, CAF; Key Laboratory of Tree B reeding and Cultivation, State Forestry Adm inistration, Beijing　100091, China;
2. Institute of Resource and Environment Science, Foshan University, Foshan　528000, Guangdong, China;
3. Rongshan M iddle School of Shunde D istrict, Foshan　528303, Guangdong, China )
Abstract:Based on remote sensing images in Karst area of north Guangdong in 1974, 1988 and 2004 and the field
investigation, three landscape map s of the Karst mountainous region in north Guangdong were p roduced. In recent
30 years, the rocky desertification in north Guangdong is experiencing a reverse p rocess. The area of rocky
desertification lands in 1974 was 2 042. 43 km2 , covering 42. 47% of the Karst region in study area. In 1988 and
2004, the ratios of rocky desertification lands reduced to 33. 95% and 21. 14% respectively. Slight rocky
desertification land had the fastest decrease speed in the past 30 years among the different degradation degrees of
rocky desertification lands, and in 2004 the moderate rocky desertification land appeared to have the largest
p roportion. The landscape heterogeneity of Karst region dep ressed continuously, and the landscape connectivity
enhanced. The patch density of rocky desertification lands increased but the mean patch area decreased. The area of
patches of rocky desertification lands has tended to be even.
Key words: rocky desertification; Karst mountainous region; landscape pattern; landscape dynam ics
　　石漠化是在脆弱的喀斯特环境背景下 ,受人类不
合理社会经济活动的干扰破坏 ,造成土壤严重侵蚀、
基岩大面积裸露、土地生产力严重下降、地表出现类
似荒漠景观的土地退化过程 [ 1 - 2 ]。我国西南岩溶区
林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
是世界上最大的裸露、半裸露型岩溶区之一 [ 3 ] ,我国
众多学者对以黔、贵、滇为主的石漠化地区从地质生
态环境、石漠化成因机理、生态恢复等方面进行了广
泛研究 ,以定位、半定位研究为基础 ,开展岩溶地区物
质与能量变化与迁移、土壤生物群落演替、植被恢复
过程与机理等研究 [ 4 - 8 ]。粤北岩溶山区是我国西南
岩溶区的东缘部分 ,区内有大面积下中生界和上古生
界碳酸盐岩出露 ,主要有石灰岩、白云岩、石灰岩夹砂
岩 [ 9 ] ,岩溶地貌发育。石漠化的发展造成土壤流失、
土地退化 ,使该地区农业发展受到很大制约。
石漠化从根本上说是一种土地退化过程。景观
变化是石漠化发展或逆转的直接表现 ,不同等级的
石漠化土地呈现不同的景观特征。本文在野外调查
的基础上 ,对粤北岩溶山区进行了不同时期卫星影
像的解译和制图 ,分析了近 30年来该地区石漠化土
地的景观动态与格局变化 ,并对石漠化过程与石漠
化土地治理进行了讨论。
1　研究区概况
粤北岩溶山区位于 111°55′～ 114°44′E,
23°26′～25°31′N,属中亚热带 —南亚热带季风气
候 ,雨热同期 ,降水丰沛。多年平均气温 20. 6 ℃,多
年平均降水量 1 556. 4 mm (省气象台统计资料 )。
降水多集中于 4—9月 ,占全年的 67. 5% ～74. 2%。
主要植被类型为石灰岩植被 ,群落的优势种主要有
火棘 ( Pyracan tha fortuneana L i)、绣线菊 ( Spiraea
blum ei G. Don. )、牡荆 (V itex negundo L inn. )、檵木
(L oropeta lum chinense O liv. )等。群落中以喜钙植物
为主 ,灌木种类较多 ,乔木种类较少 ,以青冈栎 (Cy2
cloba lanopsis g lauca Oerst. )、化香树 ( Pla tycarya stro2
bilacea Sieb. )为主。土壤以石灰土为主 ,海拔 600 m
以下的缓坡地、谷地、洼地中为红色石灰土 ,地势较
高的岩缝和洼地中为黑色石灰土。雨水、坡面水和
裂隙水渗透快 ,地表水易流失 ,仅在溶蚀谷地、洼地
内有地表径流 ,山地和丘陵缺水干旱 ,形成季节性严
重缺水的不协调格局。粤北碳酸盐地层分布范围达
9 475. 63 km2 [ 10 ] ,在温暖、潮湿、多雨的气候条件下 ,
岩溶地貌广泛发育。本文以广东省北部岩溶山区的
阳山、英德、连州、乳源 4个县市为研究区 ,面积约
1. 397 ×104 km2 ,位于南岭南坡 ,地形崎岖 ,石漠化土
地分布集中。
2　研究方法
2. 1　石漠化土地景观分类
建立石漠化的分级体系是研究石漠化的前提和
基础。不同学者根据自己的研究提出了相应的石漠
化分级体系 [ 11 - 13 ]。本文在野外调查的基础上 ,借用
生态基准面的概念 [ 14 ] ,通过对岩石裸露率、植被覆
盖度、土壤厚度、坡度的统计分析 ,结合自然景观特
点 ,以基岩裸露率为主导因子 ,确定研究区石漠化土
地退化的初始面与终极面。在此基础上 ,用内插法
将粤北岩溶山区划分为潜在石漠化 (即无明显石漠
化发生 )、轻度、中度、重度和极重度石漠化 5种类
型 ,作为本文景观分类的基础。
2. 2　植被与土壤调查
根据卫星影像的初步解译结果 ,结合研究区地
质图、地貌图、土壤类型图 ,选择粤北岩背乡、东山乡
和龙潭镇的石漠化土地进行野外调查 ,根据不同的
植被覆盖率、岩石裸露程度选择可代表不同退化程
度石漠化土地的样点做详细调查。在每一样点随机
设 3个 2 m ×2 m样方 ,在每个样方的四边、对角线
上和中心点用钢钎测定 9个点的土壤厚度 ,计算样
方内土壤平均厚度 ;量算样方内每块裸露岩石的面
积 ,通过裸露岩石所占百分比计算样方的土被覆盖
率 (即样方内有土壤覆盖的土地的比例 ) ;在每个样
方内随机取表层土样 ( 3个重复 )测定土壤养分、土
壤密度、含水量等。重点在岩背乡以地表岩石裸露
程度为主要依据 ,选择不同退化程度石漠化土地 ,分
别设立 5 m ×5 m样方 (3个重复 ) ,调查记录样方内
植物种类组成、植被盖度与生物量 (表 1)。
表 1　粤北石漠化土地土壤理化性质及植被特征
石漠化
类型
土壤平均
厚度 / cm
土被平均
盖度 / %
土壤有机质含量
/ ( g·kg - 1 )
土壤全氮含量
/ ( g·kg)
土壤密度
/ ( g·cm - 3 )
土壤含水量
/ ( g·kg - 1 )
群落盖度
/%
群落生物量 /
( g·m - 2 )
极重度 < 1 < 10 253. 1 14. 55 - - < 20 57. 54
重　度 7. 81 39. 56 58. 83 3. 88 1. 02 168. 6 20～40 261. 57
中　度 11. 37 66. 48 23. 88 2. 24 1. 38 214. 1 40～60 406. 95
轻　度 12. 63 76. 96 30. 23 2. 2 1. 09 241. 6 60～80 513. 57
潜　在 21. 41 > 80 24. 06 1. 33 1. 42 225. 7 > 80 -
267
第 6期 张素红等 :近 30年来粤北岩溶山区石漠化土地景观动态分析
2. 3　遥感解译与景观制图
研究区夏季降水多 ,难以获取较理想的遥感影
像。冬季降水少 ,云层对遥感影像的影响较小 ,而且
由于冬季部分草本植物枯死 ,重度、中度石漠化地区
植被盖度略有降低而轻度石漠化土地植被盖度变化
不大 ,因此有利于石漠化土地的判读。本研究选择
粤北地区 1974年冬季 MSS影像和 1988年、2004年
冬季 TM影像作为数据源。关于遥感解译与制图方
法已有专文报导 [ 15 ]。通过解译得到研究区 3个时
期的石漠化景观分布图 (图 1～2)。通过计算 ,得到
粤北各级石漠化土地之间的转移概率矩阵 (表
2～4)。
表 2　粤北喀斯特地区 1974—1988年石漠化土地转移概率矩阵
1988年
极重度 重度 中度 轻度 潜在 水体
极重度 24. 11 20. 23 18. 37 11. 36 25. 93 0. 00
重　度 0. 57 35. 64 25. 84 12. 81 25. 13 0. 00
1974年 中　度 0. 30 10. 96 37. 58 18. 95 32. 20 0. 01
轻　度 0. 22 4. 89 13. 33 33. 87 47. 67 0. 02
潜　在 0. 07 1. 64 3. 38 8. 57 86. 34 0. 00
水　体 0. 00 0. 25 0. 06 0. 68 2. 97 96. 04
表 3　粤北喀斯特地区 1988—2004年石漠化土地转移概率矩阵
2004年
极重度 重　度 中　度 轻　度 潜　在 水　体
1988年 极重度 28. 71 22. 81 9. 54 1. 38 37. 56 0. 00
重　度 0. 62 26. 81 15. 63 6. 76 50. 06 0. 11
中　度 0. 25 8. 07 30. 40 11. 85 49. 30 0. 12
轻　度 0. 08 3. 43 10. 00 21. 36 65. 03 0. 09
潜　在 0. 03 1. 77 3. 87 4. 15 90. 10 0. 08
水　体 0. 00 0. 01 0. 64 0. 98 0. 53 97. 83
图 1　1974年粤北石漠化土地分布图
367
林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
表 4　粤北喀斯特地区 1974—2004年石漠化土地转移概率矩阵
2004年
极重度 重　度 中　度 轻　度 潜　在 水　体
1974年 极重度 14. 97 20. 76 13. 73 3. 19 47. 35 0. 00
重　度 0. 27 27. 04 16. 68 4. 16 51. 71 0. 14
中　度 0. 27 6. 02 26. 80 11. 76 54. 97 0. 19
轻　度 0. 14 3. 38 7. 41 22. 17 66. 83 0. 07
潜　在 0. 07 1. 64 3. 38 8. 57 86. 34 0. 00
水　体 0. 00 0. 24 0. 07 0. 68 2. 97 96. 04
图 2　1988年和 2004年粤北石漠化土地分布图
467
第 6期 张素红等 :近 30年来粤北岩溶山区石漠化土地景观动态分析
2. 4　景观格局指数选择
利用 FRAGSTATS景观格局分析软件 ,选择以
下景观格局指数 ,从景观水平和类型水平上分析景
观格局特征 [ 16 ] :
(1)均匀度指数 :
SHE I =
- ∑
n
i = 1
Pi ln ( Pi ) ln n (1)
　　 (2)斑块数 : N P = ni (2)
(3)平均斑块面积 : M PS = ∑
n
j = 1
aij ni (3)
(4)斑块密度 : PD = ni /A (4)
(5)斑块面积标准差 :
PSSD = ∑
m
j = 1
aij - ∑
m
j = 1
aij ni
2
ni (5)
　　 (6)斑块面积变异系数 :
PSCV = ( PSSD /M PS ) ×100 (6)
　　 (7)面积加权平均斑块分维数 :
AWM PFD = ∑
m
j = 1
(2 ln pij / ln aij ) aij ∑
m
j = 1
aij
(7)
　　式 (1) ～ ( 7)中 : i = 1, ⋯, n,为斑块类型序号 ;
j = 1, ⋯, m ,为斑块序号 ; n为景观中斑块类型总数 ;
Pi 为斑块类型 i在景观中出现的概率 ; pij为斑块
ij的周长 ; A为景观总面积 ; M PS为平均斑块面积 ; aij
为斑块 ij的面积 ; ni 为景观中类型 i的斑块数。格
局指数计算结果见表 5。
表 5　粤北石漠化景观格局指数 (景观水平 )
年份 SHEI PD / (个· hm - 2 ) M PS / km2 PSSD PSCV AWM PFD
1974 0. 652 9 275. 17 0. 361 3. 737 1 036. 38 1. 526 9
1988 0. 584 1 336. 73 0. 295 5. 414 1 837. 49 1. 540 5
2004 0. 444 1 341. 64 0. 290 7. 838 2 701. 00 1. 528 2
3　结果与分析
3. 1　石漠化土地动态变化分析
粤北 4县市总面积约 1. 397 ×104 km2 ,喀斯特
分布区域占 34. 43% ,约 4 809. 8 km2。石漠化土地
图 4　1974—2004年粤北石漠化土地面积的变化
(不包括潜在石漠化土地 ,下同 )面积 1974 年为
2 042. 43 km2 ,占喀斯特分布区的 42. 47% , 30年来
石漠化土地面积持续减少 , 1988年与 2004年石漠化
土地占喀斯特分布区百分比分别下降至 33. 95%和
21. 14%。潜在石漠化面积 30年间增加了 35. 5% ,
2004年面积达 3 751. 33 km2 ,占喀斯特分布区的
77. 99% (图 4)。
不同退化程度的石漠化土地中 ,以轻度石漠化
土地面积减少的速度最快 ,中度石漠化土地次之 ,极
重度石漠化土地速度最慢。从不同时期看 ,轻度与
重度石漠化土地后期面积减少速度高于前期 ,分别
是前期的 1. 6倍和 7. 4倍 ;中度与极重度石漠化土
地则相反 ,后期面积减少速度略有减缓。从石漠化
土地构成看 , 1974年和 1988年轻度石漠化土地占石
漠化土地的比例最高 , 接近 50% ( 46. 24% 和
45. 46% ) ,至 2004年 ,中度石漠化土地取代轻度石
漠化土地 ,成为分布面积最广的石漠化类型 ,占石漠
化土地面积的 41. 47%。
转移概率矩阵显示 ,石漠化土地由退化较严重
的类型向退化较轻的类型转移的趋势明显 ,各级石
漠化土地向潜在石漠化转移的比例均最高。从
1974年至 2004年 ,极重度、重度、中度和轻度石漠化
土地退化程度分别降低了 85. 03%、72. 55%、
66. 73%和 66. 83% ;同时 ,轻度与中度石漠化土地也
分别有 10. 79%和 6. 02%的面积向中度和重度石漠
化方向转移 ,向极重度方向转移的比例均很小 ,不足
1%。潜在石漠化土地面积的增加主要来自轻度和
中度石漠化土地的逆转 ,同时 ,有 13. 66%的潜在石
漠化土地发展为新的石漠化土地。从不同时期看 ,
后期石漠化土地的逆转速度高于前期。从 1974年
至 1988年 ,极重度、重度、中度和轻度石漠化土地分
别有 75. 89%、63. 79%、51. 15%和 47. 65%的面积
退化程度降低 ,同时也有 10. 96%的中度石漠化土
地发展为重度石漠化 ,有 18. 22%的轻度石漠化土
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林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
地向中度和重度方向发展。潜在石漠化土地增加了
409. 53 km2 ,主要来自于轻度和中度石漠化土地 ,其
自身有 13. 66%发展为新的石漠化土地。1988年至
2004年 ,重度、中度和轻度石漠化土地向较轻退化
程度方向转移的速度均高于前期 ,轻度与中度石漠
化土地向中度与重度方向转移的比例比前期降低。
潜在石漠化土地面积增加了 612. 375 km2 ,其自身有
9. 82%向新的石漠化土地发展。石漠化土地面积的
变化趋势表明 ,近 30年来粤北岩溶山区的水土流失
情况逐渐减轻 ,石漠化总体呈逆转的趋势 ,表明研究
区的生态环境治理与保护已取得一定成效。
3. 2　石漠化景观格局的变化特征
3. 2. 1　景观格局变化的基本特征 　景观水平上的
格局指数 (表 5)显示 ,从 1974年到 2004年 ,粤北石
漠化景观的均匀度指数降低 ,潜在石漠化土地的优
势度增强 ,景观连接度增加 ;石漠化土地平均斑块面
积减小 ,潜在石漠化土地平均斑块面积略增大 ,斑块
面积分布不均匀 ,景观异质性呈下降趋势。整个景
观中 ,斑块密度增大 ,主要表现为石漠化景观更加破
碎而潜在石漠化景观破碎度降低 ;分维度升高 ,斑块
形状更加不规则 ;斑块面积标准差和变异系数增大 ,
斑块面积的离散程度增加 ,不同景观要素类型的面
积分配更加不均衡。
3. 2. 2　景观要素类型格局变化 　类型水平的景观
格局指数 (表省略 )显示 , 30年间 ,重度、中度和轻度
石漠化土地均表现为斑块密度增大、平均斑块面积
减小 ,景观破碎度增加 ;分维度升高 ,斑块形状更加
不规则 ;斑块面积标准差和面积变异系数减小 ,斑块
面积离散程度降低 ,斑块趋于均匀化。极重度石漠
化土地的变化趋势与之相似 ,只是斑块密度在前期
降低 ,后期增加 ,表明极重度石漠化土地在发展过程
中前期表现为集中的趋势 ,后期转而分散破碎。潜
在石漠化土地面积显著增加 ,斑块密度减小 ,平均斑
块面积增大 ,分维度升高 ,景观的连接度增大 ,斑块
形状趋于复杂。
由不同级别斑块数量和面积的统计看出 (图
5) , 30年来石漠化面积小于 10 hm2 的小斑块数显著
增加 , A、B类斑块数均增加了 1倍多 ,但由于单个斑
块面积小 ,总面积增加较少。斑块数大于 100 hm2
的大斑块迅速减小 , 减少了 70% , 面积减少了
80. 5% ;潜在石漠化土地小斑块持续减少 ,面积下
降 ;大于 100 hm2 的大斑块数减少 ,但面积有明显增
加。在石漠化治理过程中 ,石漠化土地面积缩小 ,表
现为大型斑块不断被潜在石漠化土地所分割、蚕食 ,
斑块数量、面积减少 ,小型斑块数量与面积逐渐增
加。潜在石漠化土地不断扩展 ,单个斑块面积增加 ;
小型斑块逐渐合并、扩展 ,斑块数减少而面积增大 ,
大型斑块面积不断增大。整个景观中斑块数量显著
增加 ,斑块面积向两级分化 ,大斑块面积更大 ,小斑
块数量不断增多。
图 5　石漠化与潜在石漠化土地不同面积级别斑块的数量和面积变化
4　结论与讨论
(1)自 1974年至 2004年 ,粤北石漠化土地处于
逆转状态 ,石漠化土地面积减少 , 30年间石漠化土
地面积减少 50. 2% ,至 2004年岩溶山区石漠化土地
仅占 21. 14% ,约 1 016. 8 km2 ,潜在石漠化土地面积
扩大并且连通性显著增加。人为活动干扰是喀斯特
地区石漠化发展的主导因素 [ 17 ] ,石漠化区域大多分
布在交通不便的偏远山区 ,经济落后 ,土地压力大。
近年来 ,广东实行林业生态省建设 ,采取生态移民措
施来减轻人口对环境的压力 [ 18 ] ,石漠化土地分布广
泛的岩背乡、东山乡等 50% ～70%村民迁移到了山
下水土条件较好的地区。岩溶区石灰岩山地加大了
生态综合治理力度 ,减少了人为活动干扰强度 ,经过
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第 6期 张素红等 :近 30年来粤北岩溶山区石漠化土地景观动态分析
植苗绿化、封山育林育草、农村能源建设等 ,石灰岩
山地得到了有效的保护 ,区域生态环境得到改善 ,提
高了石漠化的治理成效。
(2)粤北岩溶山区景观异质性持续降低 ,石漠
化土地虽然斑块密度增大 ,但平均斑块面积减小 ,斑
块趋于均匀 ;潜在石漠化土地面积不断增加 ,景观连
接度升高。中度与重度石漠化土地面积减少的速度
远远低于轻度与极重度石漠化土地 ,中度石漠化土
地取代了轻度石漠化土地 ,成为研究区分布面积最
广的石漠化类型。在全区石漠化景观总体逆转的情
况下 ,重度、中度石漠化仍然具备较强的发展势头和
扩张潜力 ,因此加强对重度、中度石漠化土地的监测
和治理应当作为今后石漠化防治的重点。
(3)在石漠化发展过程中 ,随着石漠化程度加
重 ,土层变薄 ,土壤结构恶化 ,土壤斑块化更加明显 ;
植被盖度下降 ,生物量降低 ,并且降低速度在石漠化
发展后期阶段远远高于石漠化发展初期。由于植被
盖度降低 ,土壤侵蚀速度迅速增加。通过在粤北阳
山县江英镇为期 1a的侵蚀小区土壤侵蚀监测得知 ,
在相同雨量和雨强条件下裸地的侵蚀量约是植被未
破坏的原始坡地的 60倍 ,植被盖度稍高的耕地土壤
侵蚀速度为原始坡地的 15倍 [ 19 ]。喀斯特地区土层
与基岩间缺乏过渡层 ,彼此间黏着力很差 ,土壤的稳
定性对植被盖度的变化非常敏感。同时 ,残存的土
壤中有机质与养分含量很高 ,是受损的植被生态系
统恢复的基础。喀斯特地区土壤厚度随坡面起伏变
化很大 ,位于岩隙中的土层厚度可达 1 m以上 [ 20 ] ,
灌木、小乔木在岩隙中扎根后 ,便可利用岩层上空的
营养面生长 ,提高了土地利用率 [ 21 ]。研究区适宜的
水分、温度和养分条件非常有利于植被自我恢复 ,在
通过生态移民等措施减轻人为干扰的前提下辅以适
当的治理措施将大大加快石漠化土地的治理速度。
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