喀斯特峰丛洼地石漠化治理自然地域分区

张雪梅,祁向坤,岳跃民,王克林,*,张信宝,刘大元

1 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙 410125 2 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站, 环江 547100 3 中国科学院大学, 北京 100049 4 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所山地环境演变与调控重点实验室,成都 610041 5 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵阳 550002 6 湖南农业大学,长沙 410125

我国西南喀斯特地区是典型的石漠化生态脆弱区和我国最大面积的集中连片贫困区[1]。受可溶性碳酸盐岩地质背景制约,喀斯特区成土慢,土层薄且分布不连续,水文过程响应迅速,植被破坏后恢复较为困难,对人类干扰的响应更为敏感[2-3]。依据岩溶发育的地貌特征,我国西南喀斯特地区可分为喀斯特高原、喀斯特槽谷、喀斯特峡谷、喀斯特断陷盆地、峰林平原、峰丛洼地、中高山等地貌类型区,其中,峰丛洼地是八大喀斯特地貌类型中面积最大的区域,总面积约16.69万km2[4-7]。该区降水充沛,夏季湿热多雨,冬季温和少雨,相对其他喀斯特地貌类型区,峰丛洼地水热条件较好,石漠化面积削减较快,相比2011年,2016年峰丛洼地石漠化面积减少了0.52×104km2,下降了6.21%,但石漠化防治任务依然艰巨,仍有石漠化面积2.15万km2,占岩溶区总面积的24.76%[8-9]。

生态区划可有效揭示自然生态区域的相似性和差异性规律以及人类活动对生态系统干扰的规律,可为生态环境综合整治、制定因地制宜的资源开发和环境保护对策提供科学依据[10-12]。石漠化发生的主要原因是高强度不合理人为干扰,人地矛盾突出[8]。自然地域分区是喀斯特石漠化科学治理的前提和重要基础,也是未来进行区域可持续性研究的发展方向[13],为了更直观的了解我国西南喀斯特地区石漠化现状,制定合理的、有针对性的区域石漠化治理方案,众多学者开展了一系列的喀斯特分区研究。曹建华和袁道先根据大地构造和地貌格局,结合岩溶分布及其发育特征,首次提出了中国西南岩溶生态系统生态区[14];2008年国务院批复的《岩溶地区石漠化综合治理规划大纲》,依据地貌特征将我国西南喀斯特石漠化治理工程区划分为峰丛洼地、岩溶高原、断陷盆地、喀斯特槽谷等8大石漠化综合治理区;王世杰等[4]从地质地貌和气候因素对喀斯特地貌的影响方面论证了《岩溶地区石漠化综合治理规划大纲》分区的合理性;王宇等[15]以地貌形态-成因类型为分区标志,首次对八大工程类型区中的喀斯特断陷盆地进行环境地质分区,并对各分区的生态及经济功能进行评价。上述分区充分考虑了喀斯特发育的地貌特征,仍需进一步关注喀斯特地区的高度景观异质性及地域差异性。

峰丛洼地区位于云贵高原向广西丘陵过渡的大斜坡地带,自然地域差异显著,峰丛、谷地、洼地、塔峰、锥峰等交错分布,景观异质性高。同时,该区处于西南季风区和东亚季风区交汇地带,气候分异特征明显,区域经济发展不平衡[16]。亟需在前期喀斯特地貌分区基础上,进一步开展峰丛洼地自然地域分区,明确不同喀斯特峰丛洼地区域的自然与社会经济条件差异,提升喀斯特石漠化治理的区域针对性和可持续性,服务于后续石漠化治理工程规划。因此,本研究在修正传统地质图基础上,考虑气候对喀斯特地貌及大地貌部位对喀斯特微地貌的综合影响,基于地质背景、地形地貌、气候分异及石漠化发生机制开展面向石漠化治理的喀斯特峰丛洼地自然地域分区,揭示不同峰丛洼地区自然环境的相似性和差异性,阐明前期石漠化治理成效以及人地关系状况,为后续喀斯特石漠化治理工程规划与治理措施优化提供科学依据。

1 研究区概况

峰丛洼地地理范围介于103.40°—109.78°E,21.60°—26.18°N之间,位于贵州高原向广西盆地过渡的斜坡地带,海拔多在500—1700 m。区内降水充沛,雨热同期,水热资源丰富,气候条件优越。年均降水量处于900—1600 mm之间,年均气温14.5—20℃,年干燥度<1,属于典型的热带、亚热带湿热季风气候。涉及滇黔桂3省、10个地州市、61个县级行政单元,国土总面积16.69万km2(图1),喀斯特面积8.72万km2。

图1 峰丛洼地区域概况Fig.1 General situation of peak cluster depression area

区内人口密度平均为125人/km2(2015年),人均GDP为3.04万元,低于全国人均水平,经济发展水平低,贫困问题严重。土地可开垦率低,耕地资源十分匮乏,主要分布于洼地底部、山麓和山坡下部,洼地底部耕地土壤较厚但易涝,山麓和山坡耕地多为石旮旯地,是“一碗泥巴、一碗饭”的典型区域。由于人为扰动,水土流失严重,石漠化问题是困扰该区经济发展的最主要的生态安全问题。缺水、少土,旱涝灾害发生频繁,人畜饮水困难,区域人地矛盾加剧,也是国家扶贫工作重点县集中分布区。该区实施的退耕还林、石漠化综合治理和天然林保护等一系列生态工程成效显著,石漠化面积出现“持续净减少”,石漠化程度降低。据2018年《中国岩溶地区石漠化状况公报》统计,截止到2016年,喀斯特峰丛洼地中度、重度和极重度石漠化面积分别为0.80万km2、0.73万km2和0.06万km2,与2005年相比,分别减少了0.32万km2、0.64万km2和0.19万km2,共减少了1.15万km2,石漠化总面积减少1.11万km2。但仍有石漠化面积2.15万km2,重度、极重度石漠化依然存在,石漠化问题仍然严峻。

2 数据与研究方法

2.1 数据来源

喀斯特峰丛洼地区主要由碎屑岩和碳酸盐岩两种岩性构成,传统地质填图是为科学找矿服务,不仅考虑裸露地质岩层,还考虑了埋藏型的碳酸盐岩岩层。但在石漠化的发生及在石漠化治理过程中,主要考虑的是裸露型碳酸盐岩区域,埋藏型碳酸盐岩对地表喀斯特地貌的形成及石漠化的发生几乎没有影响,因此可通过提取坡度<6°的坝地去除埋藏型碳酸盐岩,反映实际的石漠化发生及分布区域。同时,考虑不同岩性差异来修正传统地质图,服务于石漠化治理分区。修正过程：传统地质图由中国地质调查局岩溶地质研究所提供,分辨率为1:50万,包含10种岩性。考虑石漠化的发生与碳酸盐岩类型(灰岩、白云岩)及其纯度的关系,将碎屑岩、碎屑岩夹碳酸盐岩、碳酸盐岩夹碎屑岩3种岩性合并,划分为非喀斯特地区;将白云岩、白云岩夹层、灰岩、灰岩夹层、灰岩与白云岩互层、灰岩与碎屑岩互层和碳酸盐岩与碎屑岩互层等7种不同岩性及纯度划分为喀斯特区[17]。修正前峰丛洼地区碳酸盐岩面积比例为52.84%,通过剔除坡度<6°的坝地修正地质图后裸露型碳酸盐岩面积比例为38.57%(图2)。

图2 修正前和修正后喀斯特分布图Fig.2 Karst spatial distribution before and after revision

用来修正传统地质图的<6°坡度数据、高程和地形起伏度等数据通过30 m空间分辨率的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)数据提取。DEM数据从地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)下载。气候区划数据是划分东亚季风和西南季风的主要依据,数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn/)。气象数据(年均温和年均降水数据)和土壤属性(土壤类型、土壤侵蚀、土壤质地等)数据也均从中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn/) 下载,数据空间分辨率为1 km×1 km栅格数据,气象数据的时间跨度为1980—2015年。土层厚度数据来源于寒区旱区科学数据中心(http://westdc. Westgis.ac.cn)的NC文件,数据分辨率为5 km×5 km。归一化植被指数(NDVI, Normalized Difference Vegetation Index) 数据采用的是8 km×8 km分辨率的GIMMS NDVI3g 数据集产品,时间分辨率15 d,时间跨度从1982—2015年。选用一月两次数据中的最大值作为当月NDVI以减少云和大气噪音。为了更准确地反映植被信息,对4—11月的NDVI求取平均值作为本年的生长季归一化植被指数(GSN,Growing Season NDVI)[18-19]。社会经济数据包括土地利用数据、人口密度和GDP数据,均从中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn/)下载的1 km网格空间分布数据,为栅格类型数据。2015年耕地面积通过统计土地利用数据中的耕地类型获取。粮食产量、农村人均纯收入等数据来自2015年广西壮族自治区和贵州省县域统计年鉴。石漠化数据主要包含2005年、2011年和2016年3期岩溶地区石漠化监测数据(《中国岩溶地区石漠化状况公报》)。

2.2 喀斯特峰丛洼地分区原则

本研究综合考虑了喀斯特峰丛洼地地质地貌、气候特征、生态环境条件等方面的相似性,以及人类活动对石漠化影响的空间一致性开展自然地域分区,主要遵循以下原则对峰丛洼地进行分区：

(1)影响石漠化主导因子的类似性。土地石漠化是脆弱的自然环境和高强度的人类活动共同作用的结果,自然因素是石漠化形成的背景因素,人类活动诱使石漠化加速发展[20]。以碳酸盐岩为主的岩性条件是石漠化发生的最基本要素,因此,碳酸盐岩面积比例是区分峰丛洼地山地石漠化主导因素的一个基本定量指标。

(2)影响土地利用的主导因子的类似性：峰丛洼地基岩裸露,土层浅薄,土地承载力低,限制了当地的土地利用方式。根据1984年中国农业区划委员会颁发的《土地利用现状调查技术规程》,<6°的土地可发生轻度土壤侵蚀,因此,适宜人类耕作的土地主要集中在坡度<6°的缓坡土地上[21-22]。峰丛洼地有限的宜耕土地迫使人们开发6°以上的坡耕地,导致山区生态环境破坏,石漠化问题恶化。因此,<6°土地面积是影响该区人类活动及土地利用方式的主导因素。

(3)气候-植被的类似性：峰丛洼地区属于亚热带湿润季风气候,夏季高温多雨,冬季温和湿润,雨热同期。植被类型主要是亚热带常绿阔叶林。由于季风形成的差异,该区主要受西南季风和东亚季风两种季风的影响,两种季风在气温和降水上的差异导致区域上地貌形态和植被类型的差异性[16]。

(4)石漠化治理措施的类似性：石漠化问题主要表现为植被覆盖下降,土壤肥力下降,土层变薄,生态环境恶化,土地生产力下降等问题。目前治理石漠化的措施主要包括土壤措施、生物措施和工程措施等。

(5)区域的完整性：根据石漠化发生发展及其防治在空间分布的差异性和相似性,将一定范围的区域进行划分和合并,保证行政区域的完整性和地域的连续性,以便在进行峰丛洼地石漠化分区防治规划时,能够合理利用自然资源、因地制宜进行石漠化治理及监管布局。

2.3 喀斯特峰丛洼地分区指标

根据上述分区原则,综合分析与比较导致峰丛洼地石漠化发生发展的各主导因素,筛选确定分区指标：

(1)岩性：碳酸盐岩是喀斯特发育的物质基础, 碳酸盐岩的层位、矿物成分和化学成分、出露条件和岩溶发育特征都将影响喀斯特生态系统的结构、运行规律[14]。以碳酸盐岩为主的脆弱生态地质环境是喀斯特地区石漠化发育的基础[23],岩性对喀斯特石漠化起主要的控制作用,在岩性是碳酸盐岩条件下,尤其是出露型碳酸盐岩,叠加其他因素导致石漠化[24-25]。峰丛洼地区地貌类型受碳酸盐岩空间分布的地质背景制约,地表呈现锥、塔峰和常态山等地貌景观类型。

(2)优势坡度及其变化：石漠化发生的坡度范围主要集中在坡度15°—50°[24]。坡度越大,石漠化发生的风险就越高、程度越严重[26]。峰丛洼地区约76.91%的面积集中在6°—35°的坡度范围之内,约61.60%的区域坡度在15°以上。因此,峰丛洼地区的优势坡度范围属于石漠化问题高发的区域范围。

(3)小于6°土地面积比例：坡度反映耕地地表形态的自然要素特征,是评价耕地等级、利用条件和水土保持的重要指标,也是制定耕地利用与保护、生态退耕政策的主要依据。根据《土地利用现状调查技术规程》,6°以下的平坡地土地几乎没有水土流失或者轻度水土流失[19],且土层较厚,因此,几乎不存在石漠化问题。另外,<6°土地不但反映了地形特征,又体现了土地资源的质量,<6°土地面积大的区域,土地承载力相对较大,宜耕地资源较丰富,人地关系相对缓和,是耕作的主要发生区域,也是人类活动最强烈的区域[27]。受自然地理条件的限制,耕地质量总体较低。因此,开展面向石山区石漠化治理的自然地域分区,应去掉坡度<6°的土地,对传统地质图进行修正,将裸露型碳酸盐岩作为划分喀斯特区域和非喀斯特区域的主要依据。

(4)地形起伏度：峰丛洼地位于云贵高原向广西丘陵过渡的斜坡地带,地势西北高东南低,地形起伏,微地貌形态依地势而变。大斜坡北部的高原面和南部的广西丘陵,地形相对平坦,喀斯特地貌发育,地貌形态以浅碟型的锥、塔峰谷地为主;大斜坡中部地形下切严重,地形起伏大,地貌形态以漏斗型的锥峰洼地为主。大地貌部位和微地貌形态影响<6°坝地面积比例,是典型峰丛洼地区域划分的主要依据。

(5)气候-植被分带：气候条件对喀斯特地表形态具有再塑造作用。峰丛洼地区西部的滇东高原为西南季风气候区,气温低,降水少,干湿季节气候分异明显,喀斯特地貌以常态山为主[16];广西丘陵和云贵高原南部属于东亚季风气候区,降水丰富,地表径流大,以锥、塔峰为主要地貌[16,28]。因此,气候分异是喀斯特地貌发育典型程度的主要划分依据。

分区主要考虑了喀斯特峰丛洼地区地质、气候和地形地貌等因素在空间上的相似性和差异性,利用去除小于6°土地的碳酸盐岩面积比例作为一级分区指标,气候分异作为二级分区指标,大地貌部位和锥峰塔峰等微地貌发育形态作为三级分区指标,并且综合分析三级分区的社会经济和石漠化治理现状及成效,开展石漠化治理优化分区。

2.4 喀斯特峰丛洼地分区方法

为了更直观的了解峰丛洼地区碎屑岩和碳酸盐岩分布区气候和地形地貌差异,以及石漠化治理现状,在野外考察基础上,结合专家意见和室内数据分析,利用空间叠置法,对峰丛洼地区的地质、气候、地形地貌、人类活动状况和石漠化治理现状、成效及未来治理方向进行了全面梳理,以期加深对峰丛洼地自然地域分异规律的认识,为后续石漠化治理工程调整和精准脱贫提供科学依据。

3 喀斯特峰丛洼地自然地域分区

3.1 基于修正后地质填图的峰丛洼地一级分区

图3 基于修正后喀斯特分布的一级分区 Fig.3 The first level regional divisions based on revised lithologic distribution

图4 基于气候分异的峰丛洼地二级分区图 Fig.4 the secondary level of regional divisions of carbonate karst based on climatic indicators

本研究以县域为研究单元,同时兼顾区域连续性,依据曹建华[14]划分岩溶县(碳酸盐岩出露面积占土地面积的比例≥30%)的方法,将碳酸盐岩面积比例小于30%的峰丛洼地区划分为碎屑岩为主的非喀斯特区(图3)和碳酸盐岩为主的喀斯特区。碎屑岩为主的非喀斯特区作为峰丛洼地区的一部分,出露型碳酸盐岩面积比例少,几乎没有石漠化现象。

碎屑岩为主的非喀斯特区(Ⅰ)位于103.40°—109.78°E,21.60°—25.75°N之间,区域土地总面积为4.78×104km2,是区域面积最大、分布最广的区域。该区是喀斯特地貌面积比例最小,碳酸盐岩面积比例为18.30%。平均海拔738.35 m,平均起伏度为121.81 m。该区降水充沛,多年平均降水量1435.00 mm,其中,雨季(5—9月)平均降水量为1946.26 mm,旱季(12—2月)平均降水量为338.17 mm。多年平均气温为19.33℃,干燥度为0.22。土层属全区最厚,平均土壤厚度93.03 cm。土壤类型多样,其中水稻土面积比例为2.14%,黄红壤面积比例为18.32%。土壤质地以砂粒为主,砂粒含量占37.78%。土壤受侵蚀程度较低,中度、重度和极重度土壤侵蚀面积比例分别为1.71%、0.16%和0.15%。植被覆盖度全区最高,该区生长季平均归一化植被指数为0.73。Ⅰ区人口稀少,平均人口密度仅84人/km2。人均耕地面积高于全国平均水平,人地矛盾相对较缓和,石漠化问题不突出。但人均GDP仅有2.4万元,不足全国水平的一半,居民生活水平较低。

3.2 基于气候分异的峰丛洼地二级分区

图5 面向石漠化治理的峰丛洼地区自然地域分区 Fig.5 Natural regional divisions of peak cluster depression area for rocky desertification treatment

滇东南桂西南西南季风非典型峰丛洼地区(Ⅱ)位于103.58°—106.19°E,22.92°—24.46°N之间,区域土地总面积为2.77×104km2。该区位于滇东高原,地形起伏大,平均海拔1282.48 m,平均起伏度为115.43 m。喀斯特地貌分布较广,但发育不典型,地貌类型以常态山为主,碳酸盐岩面积比例为35.15%。该区海拔高,受西南季风影响,气候相对干冷,多年平均降水量最少,仅1248.72 mm,多年平均气温仅18.13℃,干燥度为0.23。气候干湿季节特征明显,雨季(5—9月)平均降水量为1814.26 mm,旱季(12—2月)平均降水量仅为244.83 mm。土层较厚,平均土壤厚度90.09 cm。土壤质量较好,其中水稻土面积比例为2.62%,黄红壤面积比例全区最高(27.31%);土壤质地以粘粒为主,粘粒含量占35.13%。该区植被覆盖率较低,生长季平均归一化植被指数为0.67。该区石漠化治理成效显著,与2005年相比,2016年重度、极重度石漠化面积减少了1974.54 km2,石漠化面积比例由2005年的10.79%减少到2016年的3.14%。2015年区内常住人口295.51万人,人口较少,人口密度114人/km2,但耕地资源紧缺,人均耕地面积为0.92×10-3km2,低于全国人均水平,区内人均GDP全区最低,仅为1.9万元。

3.3 基于大地貌部位和微地貌形态的峰丛洼地三级分区

受东亚季风控制的典型峰丛洼地区因降水丰富,喀斯特地貌发育强烈,形成典型的锥峰、塔峰、洼地、谷地等地貌形态。另外,由于该区域主要位于云贵高原向广西丘陵过渡的大斜坡地带,不同地貌部位的微地貌形态分异特征明显。在大斜坡地带,地形起伏强烈,地貌形态以锥峰洼地组合为主,呈现漏斗型;而高原面和广西丘陵地区地形相对平坦开阔,地貌形态以锥峰谷地和塔峰谷地组合为主,呈浅碟型。因此,在岩性、气候分异分区基础上,根据研究区所处的大地貌部位和微地貌形态差异,对东亚季风典型峰丛洼地区进一步分区：黔西南高原面浅碟型锥峰洼地区、黔南桂北大斜坡北部漏斗型锥峰洼地区、桂中大斜坡南部漏斗型锥塔峰洼地区和桂南丘陵浅碟型锥塔峰洼谷区(图5)。

3.3.1桂中大斜坡南部漏斗型锥塔峰洼地区

桂中大斜坡南部漏斗型锥塔峰洼地区(Ⅲ)位于106.40°—109.10°E,22.92°—24.92°N之间,地处云贵高原向广西盆地过渡的大斜坡上,地势西北高、东南低,地形起伏大,平均起伏度为121.64 m,平均海拔457.54 m,区域土地总面积为3.23×104km2。该区喀斯特地貌分布最广,是全国喀斯特地貌发育最典型的区域之一,碳酸盐岩面积比例为61.72%。该区水热资源相对丰富,降雨充沛,多年平均降水量1527.78 mm。多年平均气温为20.45℃,干燥度为0.21。土层浅薄且不连续,平均土壤厚度88.47 cm,土壤质地以粘粒为主,粘粒含量占36.74%。植被覆盖度较高,生长季平均归一化植被指数为0.72,不同程度石漠化面积均稳定减少,与2005年相比,2016年石漠化减少了13.07%(图6),但石漠化面积仍高达6093.19 km2,石漠化问题依然最为严重。2015年该区户籍人口541万人,常住人口仅460.84万人,人口流失严重。人口密度平均为152人/km2,人均耕地面积为1.03×10-3km2,均高于全国人均水平。人口密集,人类活动强烈,土地开发利用程度高。人地关系紧张,石漠化问题最为突出,极大的影响该地区生态环境和经济发展。

3.3.2黔西南高原面浅碟型锥峰洼地区

黔西南高原面浅碟型锥峰洼地区(Ⅳ)位于104.53°—105.66°E,24.62°—25.39°N之间,区域土地总面积为0.54×104km2。该区是喀斯特地貌发育良好,碳酸盐岩面积比例为52.84%。平均海拔最高,为1317.96 m,平均起伏度为105.77 m。该区属山地季风湿润气候,夏无酷暑,冬无严寒,日照长。降水充沛,雨热同季,多年平均降水量1327.03 mm。多年平均气温为16.90℃,干燥度为0.17。土层浅薄,土壤类型多样,平均土壤厚度84.04 cm。土壤质地以砂粒为主,砂粒含量占34.01%。生长季平均归一化植被指数为0.64,植被覆盖度低。石漠化问题严重,但中度、极重度石漠化面积下降明显,与2005年相比,2016年极重度石漠化面积比例减少了3.58%,轻度石漠化面积比例减少了2.00%,但中度、重度石漠化面积比例几乎没变(图6),石漠化问题依然严重。2015年底区内常住人口115.4万人,人口密度平均为225人/ km2,人均耕地面积为0.70×10-3km2,粮食总产量44.9万吨,人均GDP3.5万元,农村居民人均纯收入8186元,耕地资源紧张,人地矛盾最为突出。

3.3.3黔南桂北大斜坡北部漏斗型锥峰洼地区

未来广播电视的发展在很长一段时间内IP和SDI信号将会共存，在向IP过渡期间，如何设计信号调度的拓扑方案，是向IP顺利过渡的关键因素。在向IP过渡期间，以下3种信号调度拓扑方案可作参考。

黔南桂北大斜坡北部漏斗型锥峰洼地区(Ⅴ)位于106.69°—109.75°E,23.91°—26.18°N之间,地处云贵高原南部大斜坡的最北边,区域土地总面积为3.17×104km2。平均海拔580.46 m,平均起伏度为102.03 m。喀斯特地貌发育典型,碳酸盐岩面积比例为61.01%。该区属中亚热带季风气候,雨热同季,光、温、水等气候资源丰富,多年平均降水量1503.57 mm。多年平均气温为18.65℃,干燥度为0.21。土层浅薄,肥力较低,平均土壤厚度84.49 cm。水稻土、黄红壤面积比例较少,分别为6.14%和1.92%。土壤质地以砂粒为主,砂粒含量占34.58%。该区生长季平均归一化植被指数为0.71,植被覆盖度较高,石漠化面积比例相对较低,且不同程度石漠化面积比例均稳定减少。与2005年相比,轻度、中度、重度和极重度石漠化面积比例分别减少了0.82%、3.14%、2.72%和0.51%(图6)。2015年区内常住人口506.36万人,人口较稠密,平均人口密度为144人/km2,接近全国平均水平。人均耕地面积0.99×10-3km2,略低于全国水平(1.01×10-3km2)。山多地少,人地矛盾相对紧张。该区喀斯特景观资源较为丰富,分布有荔波喀斯特、环江喀斯特等世界自然遗产地。

3.3.4桂南丘陵浅碟型锥塔峰洼谷区

桂南丘陵浅碟型锥塔峰洼谷区(Ⅵ)位于105.94°—108.11°E,22.15°—24.13°N之间,地处广西丘陵地带,区域土地总面积为2.84×104km2。喀斯特地貌面积分布广泛,多发育典型的峰丛谷地,碳酸盐岩面积比例为59.59%。境内丘陵起伏,平均海拔437.45 m,平均起伏度为98.93 m。该区属于亚热带季风气候区,气候温和,光热充足,降水充沛但季节分配不均。多年平均降水量1427.32 mm。该区气候相对较干热,多年平均气温为21.34℃,干燥度为0.23。土层最厚,平均土壤厚度92.30 cm。土壤类型多样,其中水稻土面积比例为6.30%,黄红壤面积比例为3.18%。土壤质地以粘粒为主,粘粒含量占38.33%。植被覆盖较高,生长季平均归一化植被指数为0.70。该区石漠化面积小但程度重,2016年,石漠化总面积比例为11.68%,其中,重度石漠化面积比例约6.96%(图6)。2015年区内常住人口356.14万人,户籍人口417万。区内人口较稠密,人口密度平均为135人/km2,略低于全国水平。人均耕地面积为1.95×10-3km2,高于全国平均水平。该区耕地资源丰富,且水热资源最为丰富,农业开发利用程度高,经济结构以第一产业为主,人地关系相对缓和。

4 讨论

喀斯特石漠化的发生和演化受碳酸盐岩岩性的影响,其严重程度与碳酸盐岩岩层类型之间有内在制约关系,更受高强度人为干扰活动的主导影响[14]。峰丛洼地位于滇东高原、云贵高原和广西丘陵平原的过渡地带,地质结构复杂,纯碳酸盐岩、不同程度碳酸盐岩与非碳酸盐岩互层、不同类型碳酸盐岩互层等现象并存。同时,该区地势西北高、东南低,气候条件在空间上具有显著的空间分异,气候差异使得区域溶丘地貌形态各异[28]。以地质、气候分异、大地貌部位和微地貌形态作为喀斯特峰丛洼地石漠化治理分区依据,将整个西南喀斯特峰丛洼地区划分为碎屑岩为主的非喀斯特区、滇东南桂西南西南季风非典型峰丛洼地区、以及黔西南高原面浅碟型锥峰洼地区、黔南桂北大斜坡北部漏斗型锥峰洼地区、桂中大斜坡南部漏斗型锥塔峰洼地区和桂南丘陵浅碟型锥塔峰洼谷地区等亚区。各分区在自然条件、人口和耕地资源空间分布、人地关系紧张程度以及石漠化现状、治理成效及未来治理方向上具有鲜明特征。本研究根据各亚区内的自然资源禀赋、社会经济发展状况以及人地关系,聚焦具体的生态和发展问题,有助于提出科学合理的石漠化治理优化方案,增强了喀斯特石漠化治理的区域针对性。

图6 不同分区内2015年人口密度、2015年人均GDP、2015年人均<6°土地面积和2005—2016年石漠化程度演变Fig.6 Population density, per capita GDP, per capita land area of < 6° in 2015 and evolution of rocky desertification from 2005 to 2016 in different subzones

碎屑岩为主的非喀斯特区(Ⅰ)碳酸盐岩面积比例小于30%,土层厚,植被覆盖度高,石漠化面积少、程度低。该区耕地资源丰富,人口稀少(图6),人口压力小,人地关系缓和,石漠化问题不突出,不属于石漠化治理的重点区域,针对已经发生石漠化的区域应采取封育保护的治理模式。

滇东南桂西南西南季风非典型峰丛洼地区(Ⅱ)位于滇东高原,属于西南季风气候区,干湿季节特征鲜明。由于全年降水量少,气候相对干冷,喀斯特锥峰、塔峰、洼地、谷地地貌发育不典型,以常态山为主。该区山多地少,人均坝地面积比例少(图6),坡耕地开发强度大,植被覆盖度小,人地矛盾突出,土地退化严重,石漠化问题突出。与2011年相比,2016年石漠化治理成效显著,重度、极重度石漠化面积明显减少。但在石漠化治理中还存在治理对象具有局限性、治理措施配置细化程度不够以及治理观念不强的问题。未来石漠化治理应加强有限水资源利用效率,确保生态效益的同时提高土地利用效率,缓解土地资源短缺的压力,提高农民收入水平。同时,注重改善立地条件,加强路池工程建设,高效利用稀缺的水热资源。

桂中大斜坡南部漏斗型锥塔峰洼地区(Ⅲ)发育有典型的漏斗型锥峰、塔峰和洼地地貌,石山多,坝地少,石漠化程度高;人多地少(图6),人均坝地面积低,人地矛盾高度紧张;农民人均收入水平低,属于连片贫困地区。生态工程实施以来该区不同程度石漠化面积均呈减少趋势,石漠化结构和程度趋于改善,石漠化面积削减迅速,但该区石漠化面积广、程度深,石漠化问题最为突出。该区石漠化治理宜采取喀斯特土地集约化利用的立体生态发展模式,充分利用有限的土地资源,缓解人地关系紧张的问题,促进农村产业结构调整与升级,同时兼顾石漠化治理的长中短效益,获得较大的经济效益和生态效益。另外,需与异地扶贫搬迁工作紧密结合,缓解石漠化严重地区人口压力。

黔西南高原面浅碟型锥峰洼地区(Ⅳ)整个地势由西北向东南逐渐降低,地形呈多级台阶状逐级下降至南盘江河谷,海拔高,气温低,降水充沛但季节分配不均;人口稠密(图6),耕地资源紧张,人地矛盾最为尖锐;2016年石漠化面积比例仍高达21.65%,石漠化问题依然严重。该区地处滇、桂、黔三省交界处,自然资源丰富,地理位置优越,区位优势和资源优势突出,第一产业比重低,以二三产业为主,注重旅游产业发展,对土地的依赖程度小,经济发展迅速。桂中大斜坡南部漏斗型锥塔峰洼地区(Ⅲ)石漠化面积最大,黔西南高原面浅碟型锥峰洼地区(Ⅳ)石漠化面积比例最高,两者均是未来石漠化治理的重点区域。由于两区域耕地资源有限,石漠化治理需大力发展特色生态衍生产业,增加农民收入,从根本上解决贫困问题[29]。同时,考虑异地扶贫搬迁工程的实施,减少过度超载人口对土地的依赖。

黔南桂北大斜坡北部漏斗型锥峰洼地区(Ⅴ)地处中亚热带岩溶喀斯特地区、云贵高原向广西丘陵过渡地段的最北部,地形起伏较大。该区南北经济差距大,东南部处于粤桂黔高铁经济带上,区位优越,城镇化水平高,经济发展潜力大,石漠化治理应以封育保护为主。石漠化面积比例相对较低,在水热充沛且土多的喀斯特石山坡麓坡脚地带发展短平快的喀斯特石生环境适应型特色高效经济林果产业,获得长期稳定产出,促进农民增收,缓解贫困问题。另外,该区有浓郁的少数民族风情,自然、文化禀赋较好,分布有荔波喀斯特、环江喀斯特等多处世界自然遗产地,景观类型丰富,应调整农村产业结构,大力发展喀斯特生态旅游,促进第二、三产业发展。

桂南丘陵浅碟型锥塔峰洼谷地区(Ⅵ)谷地地形平坦开阔,交通便利,位于南宁-新加坡经济走廊、泛北部湾区域交汇的关键地带,区位优势明显。物产资源丰富,有中国最大的甘蔗种植基地、蔗糖生产基地,制糖业是当地第一大支柱产业,经济发展潜力大。该区人地关系相对宽松,石漠化面积小但程度重。石漠化治理过程中仍存在以下问题：石山坡麓地带林相低下,经济效益差;水热资源丰富,但利用率低,生产、生活用水贫乏;农村劳动力不足,难以承担劳动密集型农业产业。未来石漠化治理应采取喀斯特石山坡麓灌木林提质改造和封育保护相结合的治理模式,节约人力成本,发挥石漠化治理的长期效益,解决石漠化治理和退耕还林过程中长期效益与短期效益之间的矛盾。

大规模的石漠化综合治理工程实施以来,峰丛洼地区的石漠化面积削减最为迅速,石漠化面积比例呈减少趋势,石漠化程度明显降低,生态环境得到有效改善[30-31]。在前期石漠化面积“持续净减少”、植被覆盖增加基础上,未来喀斯特峰丛洼地石漠化治理应重视石漠化治理的提质增效,在实现初步“变绿”基础上,重视提升喀斯特生态系统服务能力,充分发挥各亚区内的资源优势,兼顾石漠化治理的长中短效益,生态治理与生态产业培育有机结合,提高农民收入水平,增强石漠化治理的可持续性,促进区域经济、人口和生态环境的可持续发展[32-33]。

5 结论

为了提升喀斯特峰丛洼地石漠化治理的区域针对性和可持续性,本研究以地质背景、气候分异、大地貌部位及微地貌特征为依据,开展了面向石漠化治理的峰丛洼地自然地域分区,分析了各个亚区内的自然环境特征、社会经济发展状况和石漠化治理现状及其成效,揭示了喀斯特峰丛洼地自然地域分异规律,服务于后续石漠化治理。研究发现喀斯特峰丛洼地具有地质地貌分区明显、气候分异性强、土地资源分布不均、人地关系区域差异大的特点。各分区内2005—2016年石漠化均呈面积持续净减少、程度降低的趋势,但由于区域自然地域差异,未来石漠化治理的侧重方向不同：

(1)碎屑岩为主的非喀斯特区坡缓土厚,人口稀少,人地矛盾相对缓和;西南季风非典型峰丛洼地区受西南季风影响干湿季节特征鲜明,喀斯特地貌发育不典型,以常态山为主,未来石漠化治理应结合工程措施,提高资源利用效率。

(2)典型峰丛洼地区：桂中大斜坡南部漏斗型锥塔峰洼地区重度、极重度石漠化问题突出,石漠化面积广、程度深,可利用土地资源缺乏,未来石漠化治理宜采用土地集约化利用的立体生态发展模式;黔西南高原面浅碟型锥峰洼地区地形起伏较大,人口稠密,人地关系最为紧张,石漠化问题虽有减缓但依然严重,未来石漠化治理需考虑通过异地扶贫搬迁来缓解高强度人口压力对土地的依赖;黔南桂北大斜坡北部漏斗型锥峰洼地区石漠化面积比例相对较低、喀斯特景观资源丰富,未来石漠化治理应注重发展石生环境特色高效经济林果产业及生态旅游,提升生态效益和实现快速脱贫;桂南丘陵浅碟型锥塔峰洼谷地区水热资源最为充沛、人地关系相对舒缓,石漠化问题不突出,可采用自然封育和坡麓灌木林提质改造的石漠化治理模式。