乌江流域不同河段石漠化特征对比分析

陈起伟，熊康宁，兰安军

（ 1.贵州师范学院 地理与旅游学院，贵州 贵阳 550003；2.贵州师范大学 中国南方喀斯特研究院，贵州 贵阳 550001 ）

1.引言

中国南方地区连片分布着世界最大面积的碳酸盐岩[1-3]，石漠化问题已经到了很严重的程度。中国南方岩溶地区的石漠化问题得到了国家的高度重视，国家投入了大量的资金，实施了“长治工程”、“珠治试点工程”、石漠化综合治理和巩固退耕还林成果专项资金建设项目等一系列工程。但由于缺乏对岩溶地区特殊水土流失及石漠化过程和机理的深入了解，没有考虑到流域处于河段的位置、地貌、基岩等环境差异性，千篇一律采用相同的治理模式治理，许多地区所采取的治理措施、方法针对性不强，效果并不十分明显[4]。由于不同地貌类型、不同河段的流域的石漠化发生背景不同，石漠化特征和演变规律存在差异[5][6]，所以研究流域内不同河段石漠化及演变特征的差异性对于更好地有针对性地采取不同的石漠化治理模式具有重要意义。沿河淇滩小流域、遵义龙坝小流域和毕节鸭池小流域分别代表了贵州乌江流域下游、中游和上游三种不同的流域河段和地貌类型，分析其石漠化的特征和变化规律，可反映贵州典型流域不同河段岩溶石漠化的特征和演变规律。

2.研究方法与研究区概况

贵州沿河淇滩小流域、遵义龙坝小流域和毕节鸭池小流域分别代表了贵州乌江流域下游、中游和上游三种不同的流域河段及中低山峡谷、中低山沟谷盆地和岩溶高原山地三种不同的地貌类型。综合分析当前各种石漠化调查方法，结合研究需要，石漠化调查与分析利用遥感技术进行。为了科学地反映乌江流域不同河段石漠化特征和变化情况，选取IRS-P6融合数据（5.8m分辨率）和ALOS（10m分辨率）开展该地区石漠化类型的对比调查。其中，遵义龙坝小流域使用影像为IRS-P6融合数据，获取时间为2005年10月和2007年11月；沿河淇滩和毕节鸭池小流域使用ALOS影像数据，时间为2005年10月和2007年11月。石漠化分类参照采用喀斯特石漠化的六级分类体系[7]，结合研究区域各种石漠化特点和遥感信息的可判性分为非喀斯特、非石漠化和石漠化等 6种类型。对遥感图像进行几何校正和地理校正与配准，镶嵌和裁切，并进行适当的增强处理，收集流域土地利用图（1:10000）、数字高程模型（1:10000）、地质图、植被类型图和野外考察数据和资料等进行辅助分类，采用计算机自动监督分类与目视解译相结合的方式进行图像解译，分类后再对图像进行野外实地核查校正。分类精度采用随机抽样的方法，将分类数据与原始图像、实地考察数据对比，2005年和2007年二期数据的总分类精度分别为89.2%和90.3%。根据三个不同河段两期石漠化图数据库，对比分析乌江流域不同河段石漠化差异及其变化特征。

沿河淇滩小流域地处沿河县淇滩镇境内，属乌江流域下游段，出露地层主要为寒武系及奥陶系的白云岩、白云质灰岩，局部地带分布着志留系碎屑岩。沿河淇滩小流域岩溶地貌发育，受乌江水系切割影响，境内海拔高差悬殊，地貌多以中低山峡谷、沟谷为主，地表破碎，山高坡陡。流域属亚热带季风湿润气候区，多年平均降雨量为1136mm，多年平均气温为17.5℃。土壤以黄壤为主，植被为天然亚热带针叶林和阔叶林混交植物，树种为松、杉、柏、枫树等。

遵义龙坝小流域位于遵义县龙坪镇境内，处于乌江流域中游区，流域地形起伏较大，山地、丘陵、河谷纵横排列，相间交错，平均海拔为920m。岩性以灰岩、泥灰岩、白云质灰岩为主。遵义龙坝小流域气候温和，雨量充沛，冬无严寒，夏无酷暑，年平均降雨量为1036mm，年均气温为14.6℃。土壤主要分布有石灰土、水稻土、黄壤等。遵义龙坝小流域属阔叶林和针叶林混交地带，针叶林居多，现有天然植被较少，主要有马尾松、柏树、灌木、刺丛、栎树等。

毕节鸭池小流域位于毕节市东南部鸭池镇，处于乌江流域上游段，属岩溶高原山地地貌类型。流域地势起伏大，海拔在 1400m～1750m之间，相对高差达350m，区内岩石以碳酸岩类的石灰岩及侏罗纪紫色砂页岩为主。受成土母岩影响，土壤主要为黄壤和紫砂土，区域气候温凉湿润，年均气温为14.0℃，年降水量为863mm。植被为亚热带常绿阔叶林，原生植被多被破坏，现为次生林，以马尾松、柏树、灌木为主。沿河淇滩小流域、遵义龙坝小流域和毕节鸭池小流域在乌江流域的位置如图1所示。

图1 淇滩、龙坝和鸭池小流域在乌江流域的位置Fig.1 Location of Yachi, Longba and Qitan research area in Wujiang River Basin

3.结果与分析

根据石漠化分级标准，利用研究区两期遥感影像，经遥感解译和野外实地调查，绘制淇滩、龙坝和鸭池小流域2005年和2007年石漠化分布图，统计生成各种等级石漠化面积及变化，见表1。因各小流域面积大小不同，不能直接对比上述小流域各种石漠化的面积和变化面积，于是从石漠化景观差异、发生率、各种石漠化占岩溶面积的比例和石漠化年变化率等方面对比分析三个小流域石漠化的特征和变化规律，以揭示乌江流域不同河段石漠化差异性。

采用图斑平均面积和景观破碎度对小流域景观结构进行定量化描述。石漠化图斑数量和斑块平均面积反映了各种石漠化的内部构成，经统计分析，毕节鸭池小流域各种石漠化平均斑块面积较大，平均为3.6亩，而遵义龙坝和沿河淇滩小流域平均斑块面积分别为1.7亩和1.9亩，相差不大。2005年～2007年间，毕节鸭池小流域平均斑块变化较大，遵义龙坝小流域石漠化斑块变化面积最小。毕节鸭池小流域石漠化分布较连续，变化也较快。景观破碎度表征石漠化景观被分割的破碎程度，反映了各种石漠化景观空间结构的复杂性，在一定程度上反映了人类对景观的干扰程度。毕节鸭池小流域强度和中度石漠化图斑的破碎度最小，而遵义小流域轻度石漠化图斑破碎度最大。遵义龙坝和沿河淇滩小流域各种石漠化类型的破碎度指数相差不大，而毕节鸭池小流域破碎度指数相差较大，除毕节鸭池小流域的中度和强度石漠化区外，三个小流域破碎度指数变化曲线较和缓，见图2。

表1 研究区2005年～2007年石漠化动态变化表（单位：km2）Tab.1 2005～2007 dynamic change of rocky desertification in research area

图2 毕节、遵义和沿河小流域图斑破碎度图Fig.2 Fragmentation of rocky desertification in Yachi, Longba and Qitan research area

石漠化发生率反映了区域石漠化发生的概率，石漠化发生率受各种石漠化影响因子的作用，研究石漠化发生率可以分析不同河段发生石漠化的危险性。为此，统计分析三个小流域石漠化面积和岩溶面积的比例。经统计计算，沿河淇滩小流域石漠化发生率最高，达 40.3%；其次是毕节鸭池小流域，石漠化发生率为 37.1%；遵义岩溶高原盆地石漠化发生率最低，只有 22.4%。流域的上游和下游石漠化发生率明显高于中游地区，特别要注意流域上游和下游的保护问题，防治石漠化的发生。

流域不同河段各种等级石漠化的面积比例存在一定差异。分别对三个小流域各种石漠化所占的岩溶面积比例进行统计分析（见图 3），研究不同河段各种等级石漠化的构成特征。

图3 沿河、遵义和毕节鸭池小流域各种石漠化比例Fig.3 rocky desertification scale in Yachi,Longba and Qitan research area

对流域不同位置各等级石漠化构成比例进行分析，发现流域不同河段无石漠化比例相差较大，流域中游无石漠化比例最高，其次是下游地区，流域上游无石漠化比例最低；流域不同地段潜在石漠化比例相差较小，其中流域上游潜在石漠化比例最高，中游和下游地区潜在石漠化比例相当；上游区毕节鸭池小流域轻度石漠化比例最高，其次是沿河乌江流域下游地区，遵义乌江流域中游地区轻度石漠化比例最小，流域不同地段轻度石漠化比例相差较大；乌江流域下游地区中度石漠化比例最高，其次是中游地区，乌江流域上游地区中度石漠化比例最小；乌江流域下游强度石漠化比例最高，而流域上游区强度石漠化比例最小。中度和强度石漠化都是乌江流域下游淇滩小流域比例最高，其石漠化等级程度在流域内最为严重，中游和上游小流域中、强度石漠化比例逐渐降低，石漠化等级变低。

石漠化的发生率和各种石漠化的面积比例只能反映出不同地貌类型石漠化的构成。为了研究不同地貌类型区石漠化的变化情况，对各小流域的石漠化变化面积和石漠化年变化率进行统计分析，研究不同地貌类型区石漠化的变化特征。分别对代表不同河段的三个小流域2005年～2007年间的石漠化面积变化进行统计，研究各小流域各种等级石漠化变化量。

对流域不同河段石漠化变化面积（表1）进行分析，发现各小流域无石漠化面积都在增加，其中乌江流域中游面积增加最大；和无石漠化一样，潜在石漠化面积在流域不同河段同样都是增加的，但是流域下游段淇滩小流域增加的面积很小，在流域上游地区增加的面积最大；轻度石漠化面积在流域不同河段都在减少，流域中游变化量最大，其次是流域的上游和下游；中度石漠化面积只有流域的下游在增加，乌江流域上游和中游地区中度石漠化面积都在减少，其中流域中游减少面积最大；流域内强度石漠化面积都有所降低，从下游到上游地区变化面积逐渐减低。

石漠化程度综合指数主要反映了小流域石漠化发生的广度和深度，反映石漠化属性，同时反映了人类因素和自然环境的综合效应。小流域的石漠化程度变化是各种石漠化类型变化的综合结果，石漠化程度变化量可定量表达该地区石漠化的综合水平和变化趋势，石漠化程度综合变化率反映各小流域石漠化变化快慢。石漠化程度综合变化率表达为：

式中R为石漠化程度综合变化率，A为第i级石漠化分级数，Cib和Cia分别为b时间和a时间第i等级的石漠化程度所占区域面积的百分比。当R>0 时，表示该区域石漠化处于下降阶段；R<0则相反。

从流域不同河段的石漠化综合指数统计数据可以看出，在2005年～2007年间，沿河淇滩小流域石漠化程度变化量最大，达 6.32，而乌江流域上游的毕节鸭池小流域变化量较小，只有 1.98，两个小流域之间石漠化程度变化量相差较大。从石漠化程度的年变化率分析，年变化率最高的是沿河小流域3.0%，其次是遵义2.4%，毕节小流域的年变化率最低，只有1.4%，石漠化综合指数年变化率从流域的上游到下游逐渐升高。

根据各种石漠化的年变化率可以更好地分析不同河段各种石漠化的变化快慢。从图 4可以看出，沿河乌江流域下游区无石漠化年变化率最大，其次是遵义乌江流域中游区和毕节上游区；潜在石漠化年变化率上游和中游区变化较大，而流域下游区变化率最小；流域中游区轻度石漠化的年变化率明显高于流域上游和下游区，上游和下游地区年变化率相当；中度石漠化只有流域下游年变化率为正值，遵义和毕节鸭池小流域都为负值，其中，遵义乌江流域中游区变化率最大；强度石漠化各种地貌类型区年变化率都为负值，其中，流域下游区年变化率最大，毕节流域上游区和遵义流域中游区变化率也较大。从流域不同河段分析，潜在、轻度和中度石漠化都是遵义乌江流域中游区年变化率最大，说明其石漠化治理相对比较容易，石漠化治理效果要比上游和下游地区明显。而沿河乌江流域下游段无石漠化和强度石漠化年变化率最高，其他几种石漠化类型年变化率最低，说明其石漠化治理趋于两级分化，中、轻度石漠化治理效果不明显。

图4 毕节鸭池、遵义龙坝和沿河淇滩小流域石漠化年变化率Fig.4 annual change rate of rocky desertification in Yachi, Longba and Qitan research area

4.讨论与结论

因遥感影像限制，不能全面分析乌江流域不同河段石漠化特征，选择代表乌江流域不同河段的三个小流域进行石漠化特征及演变规律对比分析。受影像时段限制，动态变化选取的时间不长，最好选用时间间隔更长的影像进行对比分析，更能反映出乌江流域石漠化变化规律。

通过对乌江不同河段三个小流域石漠化对比分析发现，乌江流域不同河段石漠化现状及演变具有一定规律性，乌江流域上游石漠化平均斑块面积较大，石漠化图斑的破碎度最小，中游及下游段石漠化图斑破碎度最大。乌江流域下游和上游河段石漠化发生率明显高于中游地区，下游段石漠化发生率最高；从石漠化等级强度差异分析，中度和强度石漠化都是乌江流域下游比例最高，其石漠化等级程度在流域内最为严重，中游和上游小流域中强度石漠化比例逐渐降低，石漠化等级降低。

2005年～2007年间，乌江流域各河段无石漠化和潜在石漠化面积都增加，流域下游沿河淇滩小流域中度石漠化面积增加，其余各等级石漠化面积都减少，乌江流域石漠化处于好转趋势。其中，流域中段龙坝小流域石漠化减少面积最大，其次是上游鸭池小流域，淇滩小流域石漠化面积减少最小。石漠化综合年变化率最高的是沿河小流域，毕节小流域的年变化率最低，石漠化综合年变化率从流域的上游到下游逐渐升高。乌江流域中段龙坝小流域石漠化治理效果要比上游和下游地区明显。下游段沿河淇滩小流域石漠化治理趋于两级分化，中、轻度石漠化治理效果不明显。

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