广西凤山县林地石漠化指数研究

吕飞舟，石程远 ，李典军，吕 勇

（1.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004；2.广西林业设计院，广西 南 宁530011）

广西凤山县林地石漠化指数研究

吕飞舟1，石程远2，李典军1，吕 勇1

（1.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004；2.广西林业设计院，广西 南 宁530011）

为了准确评定林地石漠化等级，以广西凤山县林地为案例，提出了林地石漠化指数这一定量新指标来量化评价林地石漠化的程度。根据林地的基岩裸露率、植被综合覆盖度、坡度、土层厚度4个指标对林地石漠化评价的重要程度，釆用专家打分得到重要性比较结果，釆用层次分析法计算得出各个指标的权重值。结果表明：基岩裸露率、植被综合覆盖度、坡度、土层厚度4个指标的权重值分别为0.553 4、0.284 1、0.062 9、0.099 6，表明林地石漠化指数各指标重要性最大的是基岩裸露率，其次是植被综合覆盖度，然后是土层厚度、坡度；无石漠化、潜在、轻度、中度、强度、极强度各等级的石漠化指数区间分别为[0，0.161]、（0.161，0.352]、（0.352，0.418]、（0.418，0.720]、（0.720，0.868]、（0.868，1]。利用该指数能够实现对广西凤山县林地的石漠化程度等级的量化评定。

林地石漠化；石漠化指数；广西凤山县

狭义石漠化，特指在我国西南湿润地区碳酸盐岩（石灰岩、白云岩等）形成的岩溶地貌上，由于不合理的人为活动参与岩溶自然过程，造成植被破坏，进而引起水土流失导致的石质荒漠化[1]。构建科学、合理的石漠化评价指标体系是岩溶地区石漠化评价的基础，也是提高石漠化土地评价准确性的关键。石漠化程度分级按照等比内插法，石漠化可以被划分出轻度、中度、重度和极重度4个等级[2-4]。各级石漠化的判别指征可以根据基岩裸露率、植被覆盖率、土壤质地和土地生产力等4个指标的差异来确定[5]。目前林地石漠化评价指标体系研究多基于统计学的现象调查，以定性描述为主，评价指标繁冗，多为间接性指标，不易获取，可操作性差[6-7]。本研究以广西凤山县为案例，提出石漠化指数的新概念，基于植被综合覆盖度、基岩裸露率、坡度、土层厚度等4个指标对林地石漠化评价的重要程度，构建基于小班的林地石漠化指数计算模型，旨在实现林地石漠化的量化评价，为林地石漠化等级划分提供一种新途径。

1 研究区概况

凤山县地处广西壮族自治区西北部、云贵高原南部的边缘地带，地理位置为东经106°40′50″～107°16′57″，北纬 24°15′30″～ 24°49′34″，北连天峨县，东接东兰县，南临巴马瑶族自治县，西抵百色市的凌云县和乐业县。县域面积1 737.93 km2。该区属南亚热带季风气候区，年平均气温18.4～20.2 ℃；无霜期303～332 d；年降水量1 058.0～2 214.5 mm，雨季5～9月。分布有红壤、黄红壤、黄壤、石灰土、冲积土和水稻土等土壤类型。

凤山县境内岩溶地区土地类型分为石漠化土地、潜在石漠化土地和非石漠化土地等3大类。根据2005年广西岩溶地区石漠化监测成果，凤山县岩溶地区面积为80 509.3 hm2，其中石漠化土地面积59 528.3 hm2，占全县岩溶地貌面积的73.94%；潜在石漠化土地面积14 989.1 hm2，占18.62%；非石漠化土地面积5 991.9 hm2，占7.44%。

2 材料与方法

2.1 数据来源

采用广西凤山县2013年度更新的森林资源规划设计调查的小班数据库，结合凤山县林地保护利用规划的林地落界数据，通过选取典型样地，补充调查和观测石漠化林地林分质量、土壤质量等主要因子，作为林地石漠化指数的研究数据。

2.2 研究方法

提出林地石漠化指数，结合凤山县石漠化林地的特点，建立适用于该地区的石漠化等级评价指标体系。运用层次分析法、专家打分法等来确定各指标权重，并对指标进行量化，构建基于小班的林地石漠化指数计算模型。

3 结果与分析

3.1 林地石漠化指数的构建

3.1.1 林地石漠化指数的概念

石漠化是指岩溶极其发育的自然背景下，由于不合理的人为活动参与岩溶自然过程，造成植被破坏，土壤侵蚀加剧，基岩大面积裸露，地表呈现似荒漠化景观的土地退化乃至土壤消失的现象。根据《广西森林资源规划设计调查技术方法》（2008年），土地石漠化按程度分为非石漠化土地、潜在石漠化土地、半石漠化土地和石漠化土地4个类型，其石漠化评定标准详见表1。当评定为“无”级时，即为非石漠化土地。

以上标准只是石漠化判别的一个定性方法，在实际操作中比较难以把握，不同的人员可能得出不同的判别结果，不利于石漠化类型的确定。因此，为了弥补石漠化定性评定的不足，本研究提出了石漠化指数这一定量指标，以期对石漠化评定进行量化，从而比较精确地评定石漠化等级。

林地石漠化指数（Rocky Desertification Index）是指现有林地被确定为石漠化土地的概率。石漠化指数取值区间为[0，1]，取值越大，说明该林地被确定为石漠化土地的概率越高，石漠化程度也就越强。

表1 石漠化程度评定标准Table 1 Evaluation standard of rocky desertification degree

3.1.2 评价指标的筛选

评价指标应具系统性、简易性、可比性、相关性、代表性、预警性、敏感性、准确性、综合性和主导性，且与石漠化应有较好的相关性，既要充分考虑到多种影响因素，又必须找出对石漠化发展程度起控制作用的主导因子，坚持综合性和主导性相结合。遵循（1）系统性原则；（2）代表性原则；（3）数量化原则；（4）可操作性原则，通过咨询专家意见，并结合广西区的相关规定，筛选出基岩裸露率、植被综合覆盖度、坡度、土层厚度等4个指标来构建石漠化指数。

（1）基岩裸露率。基岩裸露是石漠化现象最明显的表现。各等级之间的界线可以结合植被覆盖情况来划分。当土地利用为低覆盖草地时，土地已不能利用，景观近于裸露石山，裸岩率达80%以上。在典型岩溶地区，林地基岩裸露率较草地和耕地高，因此可以采用林地不适宜级的基岩裸露率作为不宜利用的界线。当林地不适宜级的基岩裸露率大于70%，可认为达到了强度石漠化的程度。

（2）植被综合覆盖度。根据石漠化的科学内涵，石漠化最直观的表现就是植被综合覆盖度下降，岩石裸露，因此，植被综合覆盖度是进行石漠化评价的关键指标。广西凤山石漠化地区的顶极植被虽然为常绿阔叶林，但目前存留的原生性常绿阔叶林不多。该区地处亚热带湿润气候带，水热条件较好，在一些土层较厚的地带，高覆盖的灌草地（植被综合覆盖度＞ 50%）土地生产力依然较高，在景观上并不具有“石漠化”的特征。对植被盖度与水土保持关系的研究也表明，植被覆盖不低于50%，可保证稳定地减少土壤侵蚀，因此可将植被覆盖在50%以上的地区作为无明显石漠化的地区；从土地利用的角度来说，若植被综合覆盖度低于20%，在土地利用上属于低覆盖地区，土地难以利用，基岩大部分出露，景观已经接近于裸露石山状态，同样已经达到了强度石漠化的程度。

（3）坡度。石漠化发生的本质原因是土壤侵蚀速率大于成土速率，坡度本身并不能直接反映石漠化程度，但可通过反映石漠化的形成过程和结果来体现石漠化形成的危险程度。坡度越大，地表物质的不稳定性就越强，土壤越容易遭受侵蚀而变薄。对不同坡度下土壤冲刷量的试验研究表明：坡度在14°以下，土壤冲刷量随坡度增加而增加，但趋势很平缓；若坡度在14°以上，冲刷量随坡度急剧增加。因此，当坡度在14°以上时，表明石漠化发生的危险程度较明显。

（4）土层厚度。广西凤山岩溶地区具有独特的水热条件，有土层存在的地方基本就会有植被生长，该地区土层厚度的空间分布不均，土层厚度是反映石漠化分布规律的一个重要指征。根据大量野外实地调查结果，典型裸露型岩溶山地土体厚度一般约为30 cm，参照对山区丘陵区土地适宜性评价的研究成果，土层厚度在20 cm以上则林、灌、草均可利用，可近似地认为无明显石漠化的地区；土层厚度小于10 cm时，林业和牧业难以利用，为强度石漠化地区。

3.1.3 林地石漠化指数的计算

3.1.3.1 林地石漠化指数模型

在上述筛选了构建石漠化指数指标的基础上，还需要分析这些指标作为自变量与石漠化指数这一因变量之间的相关关系。

当林地基岩裸露率大于30%，可认为达到了半石漠化的状态。很明显，基岩裸露率与石漠化指数呈正相关，在其他条件相当的前提下，基岩裸露率越大，其石漠化指数值越大。

若植被综合覆盖度低于50%，石漠化的景观已经比较明显。因此，植被综合覆盖度与石漠化指数明显呈负相关，在其他条件均相当的前提下，植被综合覆盖度越小，石漠化指数值反而越大。

坡度与石漠化指数呈正相关，在其他条件相当的前提下，坡度越大，其石漠化指数值也将越大。最大坡度一般为90°，那么坡度值与90°的比值将介于0～1之间，且同样与石漠化指数呈正相关。

典型裸露型岩溶山地土体厚度一般在30 cm左右，当林地土层厚度小于10 cm时就难以利用，已经达到了强度石漠化的程度。因此，土层厚度与石漠化指数呈负相关，在其他条件相当的前提下，土层厚度越小，石漠化指数值越大。当土层厚度超过30 cm时，则认为土层厚度对石漠化指数的贡献为0。

综合上述指标相关关系分析，可得石漠化指数计算公式如下：

式中：I为石漠化指数；R为基岩裸露率；V为植被综合覆盖度；G为坡度，90°为最大坡度值；S为土层厚度，cm，30为土层厚度阀值；a、b、c、d为各指标权重，釆用层次分析法计算得出。

3.1.3.2 各指标权重计算

根据基岩裸露率、植被综合覆盖度、坡度、土层厚度等4个指标对石漠化影响的重要程度，釆用专家打分得到一对一的重要性比较结果，釆用层次分析法计算得出各个指标的权重值。

（1）构造判断矩阵。判断矩阵是层次分析法的计算基础，判断矩阵的元素值表示专家对成对比较的两个指标的相对重要性的看法，这些值直接影响一个方案的决策结果。判断矩阵的元素采用1～9及其倒数的标度方法，结果见表2。

表2 判断矩阵标度及其含义Table 2 Scale and meaning of judgment matrix

通过邀请相关领域的专家和研究人员对构建石漠化指数的基岩裸露率、植被综合覆盖度、坡度、土层厚度4个指标的重要程度进行一对一的比较打分，取算术平均值构成判断矩阵T-B，结果见式（2）。

式中：B1为基岩裸露率；B2为植被综合覆盖度；B3为坡度；B4为土层厚度。

（2）计算各指标权重值。采用方根法计算判断矩阵（2）的特征向量和最大特征根λmax，并通过一致性检验，说明判断矩阵的排序具有满意一致性。进一步根据层次分析法计算石漠化指数各指标的权重值，结果详见表3。

表3 石漠化指数各指标权重值Table 3 Indicators weight values of rocky desertificationindexes

由表3可知，石漠化指数各指标重要性最大的是基岩裸露率，其次是植被综合覆盖度，然后是土层厚度、坡度。

3.2 凤山县林地石漠化评价

3.2.1 基于石漠化指数的评价标准

基于《广西森林资源规划设计调查技术方法》所规定的石漠化程度评定标准，结合石漠化指数计算模型，分别计算石漠化各等级的石漠化指数区间，采用下限排外法确定石漠化指数区间。基于石漠化指数的石漠化评定标准详见表4。

表4 石漠化程度评定标准Table 4 Evaluation criteria of rocky desertification degree

3.2.2 各小班石漠化指数的计算评价

基于凤山县林地保护利用规划的调查数据，运用构建的石漠化指数模型，对调查数据登记表中的各个小班逐一进行石漠化指数计算，并根据上述确定的基于石漠化指数的石漠化程度评定标准，对每个小班进行石漠化程度评价，统计结果如下：凤山县林地面积143 137.3 hm2，其中石漠化、半石漠化林地面积26 434.8 hm2，占林地面积的18.47%，共涉及到2 057个小班。

（1）石漠化类型林地面积统计。按石漠化类型来分，无石漠化林地面积115 805.5 hm2，占林地总面积的80.90%；潜在石漠化林地面积897.0 hm2，占林地总面积的0.63%；半石漠化林地面积25 420.5 hm2，占林地总面积的17.76%；石漠化林地面积1 014.3 hm2，占林地总面积的0.71%，结果详见表5。

表5 各类石漠化类型林地面积Table 5 Forest land area of all kinds of rocky desertification types

（2）石漠化等级林地面积统计。按石漠化等级来分，无石漠化林地面积为115 805.5 hm2，占林地总面积的80.90%；潜在石漠化林地面积897.0 hm2，占林地总面积的0.63%；轻度石漠化林地面积4 312.3 hm2，占石漠化林地面积的16.31%，占林地总面积的3.01%；中度石漠化林地面积21 108.2 hm2，占石漠化林地面积的79.85%，占林地总面积的14.75%；强度石漠化林地面积990.5 hm2，占石漠化林地面积的3.75%，占林地总面积的0.69%；极强度石漠化林地面积23.8 hm2，占石漠化林地面积的0.09%，占林地总面积的0.02%，结果详见表6。

表6 各种石漠化等级林地面积Table 6 Forest land area of all kinds of rocky desertification grade

4 结 论

目前通用的石漠化分级及评价标准只是石漠化判别的一个定性方法，所使用的土壤侵蚀程度、基岩裸露率、植被综合覆盖度等指标在实际操作中难以把握，不同的人员可能得出不同的判别结果，不利于林地石漠化程度的准确评定。

提出了林地石漠化指数（RDI）的新概念。定义林地石漠化指数为现有林地被确定为石漠化林地的概率，石漠化指数取值区间为[0，1]，取值越大，说明该林地被确定为石漠化林地的概率越高，林地石漠化程度也就越强。

以广西凤山县林地为案例，构建了林地石漠化指数计量模型。根据基岩裸露率、植被综合覆盖度、坡度、土层厚度4个指标对石漠化评价的重要程度，釆用专家打分得到重要性比较结果，釆用层次分析法计算分别得出4个指标的权重值，分别为0.553 4、0.284 1、0.062 9、0.099 6，林地无石漠化，潜在、轻度、中度、强度、极强度石漠化各等级的林地石漠化指数分别为[0，0.161]、（0.161，0.352]、（0.352，0.418]、（0.418，0.720]、（0.720，0.868]、（0.868，1]，实现了基于小班的广西凤山县林地石漠化程度的量化评价。

[1] 广西壮族自治区林业厅.广西壮族自治区岩溶地区第二次石漠化监测报告[R].南宁:广西壮族自治区林业厅,2012.

[2] 李阳兵,王世杰,容 丽.关于喀斯特石漠化和石漠化概念的讨论[J].中国沙漠,2004,6(24):689-690.

[3] 钟 杰,蒋新革,吴立潮,等.石漠化演替过程中土壤肥力质量综合评价[J].中南林业科技大学学报,2013,33(7):56-61.

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[5] 李阳兵,王世杰,容 丽.关于中国西南石漠化的若干问题[J].长江流域资源与环境,2003,12(6):6-9.

[6] 张盼盼,胡远满,肖笃宁,等.一种基于多光谱遥感影像的喀斯特地区裸岩率的计算方法初探[J].遥感技术与应用,2010,25(4): 510-514.

[7] 陈起伟,熊康宁,蓝安军.基于“3S”的贵州喀斯特石漠化现状及变化趋势分析[J].中国岩溶,2007,26(1):37-42.

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

国家林业局“石漠化综合治理工程二期规划思路研究”

吕飞舟，硕士研究生 通讯作者：吕 勇，教授，博士生导师；E-mail：727065572@qq.com

吕飞舟，石程远，李典军，等.广西凤山县林地石漠化指数研究[J].中南林业科技大学学报，2015, 35(9): 104-108.

[本文编校：谢荣秀]