云南高鲁山自然保护区地貌特征分析

2020-10-28朱妙园

云南地理环境研究 2020年3期

段霄，王平，朱妙园

(云南师范大学旅游与地理科学学院，云南昆明 650500)

地貌是自然地理环境最基本的组成要素，不仅复杂多变，而且在不同尺度上制约着气候、植被、土壤、水文等自然环境要素的变化，进而控制着自然地理环境的空间分异[1]。大部分自然保护区分布于地势起伏大、人类活动稀少的偏远山区，地貌是引起这些区域自然地理环境空间分异的主导因素，是生物群落和生态系统多样性形成的重要原因。研究自然保护区地貌形态、特征和演化对于研究该地域自然生态环境和生物系统演化发展、自然保护等都具有重要意义。目前，中国除了九泥河湾[2]、珠穆朗玛峰[3]、福建武夷山[4]、喀纳斯[5]、茂兰[6]、王朗[7]、天华山[8]等自然保护区地貌特征作过较深入研究外，其余很多森林生态系统类型的自然保护区地貌有待研究。云南高鲁山自然保护区位于珠江上游南盘江和红河两大流域分水岭附近，是滇中重要生态屏障之一，也是峨山县境内最重要的水源地。就该保护区地貌特征进行研究，旨在为认识该保护区地貌环境，开展自然地理、生态、生物等研究及管护规划提供地貌依据。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

高鲁山自然保护区(以下简称保护区)位于滇中玉溪市峨山彝族自治县境内，红河、珠江两大流域上游的分水岭部位，由大黑山、高鲁山和山后厂3个片区构成(封二图版Ⅰ图1)，总面积10 314 hm2。在中国大地构造分区[9]中位于“康滇基底断隆”西南缘，出露的地层岩石**以中元古代昆阳群碳酸盐岩，板岩、千枚岩、石英岩等变质岩，砾岩、砂岩、粉砂岩等碎屑岩为主，以及小面积的中生代砂页岩。在中国地貌区划[10]中位于“川西南、滇中亚高山盆地区”的西南部。气候类型为南亚热带(海拔970～1 700 m)、中亚热带(海拔1 700～2 240 m)、北亚热带(海拔2 240～2 583.7 m)低纬高原季风气候。植被类型有半湿润常绿阔叶林、暖温性针叶林、河谷季雨林、干热河谷稀树灌木草丛等，森林覆盖率84.9%。土壤有赤红壤、红壤、黄棕壤、石灰土、紫色土等。保护区成立于2017年5月，为以保护半湿润常绿阔叶林为代表的森林生态系统类型的县级自然保护区。

1.2 研究方法

在野外考察基础上，选取海拔高度、起伏高度、坡度、坡向、面积-高程积分值(Hypsometric Integral，HI)等地貌参数，来分析保护区地貌特征。依据中国陆地基本地貌类型划分指标[11]，以1∶2.5万地形图为工作底图，参考玉溪幅(1∶20万)区域地质图[注]云南省地质局第二区域地质测量大队.1∶200 000玉溪幅(G-48-XXXI)区域地质图，1969.，划分基本地貌类型。基于空间分辨率为12.5 m的数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)数据，运用ArcGIS10.2软件平台编制基本地貌类型图、地势剖面图、坡度和坡向图。按《水土保持监测技术规程(SL277-2002)》[12]中坡度分级标准和秦松等[13]的坡向分级方法，显示并统计各等级的面积和比例。利用ArcGIS10.2软件平台中水文分析工具，设置汇流累计面积为0.90 km2，共提取91个子流域，使用CalHypso工具提取HI[14]，并采用克里金法对其进行空间插值。

2 地貌特征

2.1 各片区海拔跨度差异大，起伏高度差异小，但河谷切割深，地势起伏大

保护区最低点位于大黑山片区西部绿汁江龙门水电站库首附近，海拔970 m，最高点位于高鲁山片区东部的火石山，海拔2 583.7 m，平均海拔1 963.1 m。3个片区海拔跨度差异大，大黑山、高鲁山和山后厂片区海拔范围分别为970～2 269.3 m、1 550～2 583.7 m、1 880～2 265 m。大黑山片区主山脊海拔2 000 m左右，与西部绿汁江河谷(海拔平均约1 000 m)之间的起伏高度约1 000 m左右。高鲁山片区主山脊海拔2 200～2 400 m，与西部化念河河谷(海拔平均约1 350 m)之间的起伏高度约1 000 m左右。山后厂片区主山脊海拔2 100 m左右，与西部化念河河谷(海拔约1 200 m)之间的起伏高度约900 m左右。可见，绿汁江、化念河等河谷均为深切河谷，大黑山片和高鲁山片的起伏高度略高于1 000 m，属大起伏亚高山。山后厂片的起伏高度约900 m左右，属中起伏亚高山。3个片区的起伏高度差异小，均在1 000 m左右，而绿汁江、化念河及其主要支流大多为深切河谷，地势起伏大，因此引起气候、土壤、植被较显著的垂直分异。

2.2 基本地貌类型以砂页岩类侵蚀剥蚀中起伏亚高山和中山为主

保护区基本地貌类型为山地，依据中国陆地基本地貌类型划分指标[11]中的海拔高度(H)，保护区山地可划分为中海拔丘陵(970～1 200 m)、中山(1 200～2 000 m)、亚高山(2 000～2 583.7 m)3个等级(表1)，其中亚高山(51.13%)面积比例最大，其次是中山(47.07%)，丘陵(1.79%)所占比例很小(表2)。

按《中国1∶100万地貌图制图规范(试行)》中起伏高度定义[15]及中国陆地基本地貌类型划分指标中的起伏高度[11]，大黑山片区以其西部绿汁江河谷(950～1 070 m)平均海拔1 000 m作为量算起伏高度的基点，高鲁山片区以其西部附近的化念河河谷(1 300～1 400 m)平均海拔1 350 m作为量算起伏高度的基点，山后厂片区以其西部化念河河谷平均海拔1 200 m作为量算该片区起伏高度的基点，将保护区山地划分为丘陵、小起伏山地、中起伏山地、大起伏山地4个类型(表1)，其中中起伏山地(77.23%)面积比例最大，其次是小起伏山地(12.18%)，大起伏山地(8.79%)和丘陵(1.79%)所占比例很小。

采用海拔高度等级和起伏高度类型相组合的分类原则[11]，将上述3个海拔高度等级和4个起伏高度类型组合成中海拔丘陵、小起伏中山、中起伏中山、中起伏亚高山、大起伏亚高山5个基本地貌类型(表1)。其中，中起伏亚高山(42.34%)所占面积比例最大，其次是中起伏中山(34.89%)，小起伏中山(12.18%)、大起伏亚高山(8.79%)和中海拔丘陵(1.79%)所占比例很小。3个片区各基本地貌类型的分布、面积和比例存在明显差异(表2)。中海拔丘陵主要分布在大黑山片区西部的绿汁江及支流河谷附近；小起伏中山主要分布于大黑山片区中部和西部；中起伏中山广布于各片区；中起伏亚高山主要分布在高鲁山片区中部、北部，其次是山后厂片区北部、中部、西南部；大起伏亚高山主要分布在高鲁山片区中部和东部，其次是大黑山片区的中西部和东南部(封二图版Ⅰ图2)。

保护区山地是在新构造抬升过程中经外营力作用形成的，其中由砂页岩类岩层构成的山地，主要经流水的侵蚀、切割作用形成，属砂页岩类侵蚀剥蚀山地，各片区都有分布。由碳酸盐岩类岩层构成的丘陵和山地，以溶蚀作用为主而形成，属碳酸盐岩类喀斯特丘陵、山地，仅分布于大黑山片区。由砂页岩类和碳酸盐岩类互层构成的山地，以溶蚀和流水侵蚀作用为主而形成，属碳酸盐岩类喀斯特侵蚀山地，各片区都有分布，以高鲁山片区为主。三者面积相比较，砂页岩类侵蚀剥蚀山地>碳酸盐岩类喀斯特山地>碳酸盐岩类喀斯特侵蚀山地。

表1 高鲁山自然保护区各片区基本地貌类型划分Tab.1 Division of basic landform types in Gaolu Mountain nature reserve

表2 高鲁山自然保护区各片区基本地貌类型面积和所占比例Tab.2 Areas of basic landform types and their proportions in Gaolu Mountain nature reserve

2.3 山体坡度大，以较陡坡、陡坡为主

坡度是最基本的地貌形态指标，它对地表物质能量迁移转换具有重要影响[16]。保护区坡度范围值0°～67.5°，平均坡度为23.4°，以较陡坡(32.58%)和陡坡(25.86%)为主(表3)，其次是缓坡(17.43%)和急陡坡(16.08%)。各片区差异显著，大黑山片区坡度范围值0.4°～67.5°，平均坡度30°，以陡坡(32.74%)和急陡坡(34.33%)为主；高鲁山片区坡度范围值0°～58.4°，平均坡度20.5°，以较陡坡(35.49%)和陡坡(23.20%)为主；山后厂片区坡度范围值0.3°～50.3°，平均坡度19.4°，以缓坡(22.96%)和较陡坡(43.08%)为主。微坡和较缓坡零星分布在大黑山片区中部、高鲁山片区中部和南部及山后厂片区边缘的宽谷底部(如绿汁江河谷等)、山麓和丘麓地带(封三图版Ⅱ图3)。缓坡和较陡坡广布于各个片区下坡向坡麓或谷底过渡的部位。陡坡和急陡坡主要分布在大黑山片区西部、高鲁山片区北部和西南部的峡谷谷坡上。

表3 高鲁山自然保护区各级坡度、面积和所占比例Tab.3 Slope gradients，areas，and their proportions of the Gaolu Mountain nature reserve at all levels

2.4 山体各级坡向面积比例相当

不同坡向，会造成阴阳坡气候条件的差异，并对植被、土壤、地貌、水文等产生深刻影响[17]。保护区内平地(0.23%)面积比例很小，半阴坡(26.61%)、阳坡(26.43%)略高于阴坡(24.58%)和半阳坡(22.15%)(表4)。3个片区相比较，大黑山片区阴坡(29.97%)面积比例最大，其次是半阴坡(28.82%)、半阳坡(22.12%)高鲁山片区阳坡(31.39%)面积比例最大，其次是半阴坡(24.22%)和半阳坡(22.62%)，山后厂片区半阴坡(36.18%)面积比例最大，其次是阴坡(27.83%)(封三图版Ⅱ图4)。

表4 高鲁山自然保护区各级坡向面积和所占比例Tab.4 Slope directions，areas，and their proportions of the Gaolu Mountain nature reserve at all levels

2.5 层状地貌发育

层状地貌是地貌演化研究的重要对象，它们记录了区域地貌、地质、环境及气候变化等地球内外动力的演变[18]。保护区自海拔最低的绿汁江河谷到海拔最高的火石山，共发育有5级剥夷面(图5)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级剥夷面海拔分别为2 200～2 260 m、2 050～2 160 m、1 720～1 810 m、1 510～1 610 m、1 000 m，各片区之间同级剥夷面海拔不尽相同。该地区位于元谋—绿汁江断裂和曲江断裂之间，自新生代以来伴随青藏高原隆升而经历多次抬升剥蚀夷平过程，同时元谋—绿汁江大断裂复活，地表河流切割强烈，原始高原面被分割解体，并形成不同高度的剥夷面。其中，古夷平面(Ⅰ级)仅火石山、橄榄甸山、尖山等地有残留。

图5 高鲁山自然保护区地势剖面图 (a大黑山片区；b高鲁山片区；c山后厂片区)Fig.5 Terrain profile map of Gaolu Mountain nature reserve (a Dahei Mountain area；b Gaolu Mountain area； c Shanhouchang area)

2.6 地貌发育处于壮年期，地表动力过程和水土流失较强烈

Strahler[19]将W Davies[20]地貌发育模式定量化，根据面积—高程积分值(HI)将地貌发育分为3个阶段：幼年阶段(HI>0.6)、壮年阶段(HI0.35～0.6)、老年阶段(HI<0.35)。保护区HI为0.353～0.692，平均值0.532，92.67%的区域积分值介于0.35～0.6，表明大部分地区地貌发育尚处于壮年期，地表动力过程和水土流失较强烈。受地层岩性、断裂构造影响，3个片区存在明显差异。大黑山片区东南部HI最高，东部其次，西部低；高鲁山片区中部HI最高，东部其次，西部低；山后厂片区东北部和西南部HI较高，中部较低(封三图版Ⅱ图6)。大黑山、高鲁山、山后厂3个片区HI范围值分别为0.353～0.692、0.374～0.642、0.437～0.588，平均值分别为0.524、0.538、0.518。橄榄甸山、尖山、火石山等山峰附近，HI大于0.6，地貌发育处于幼年阶段，山麓向上坡过渡的斜坡地带HI介于0.45～0.6，地貌发育处于壮年期前期。大黑山片区西部的绿汁江等宽谷段及其沿岸丘陵地带HI介于0.35～0.45，地貌发育处于壮年末期，HI的空间差异反映了保护区及周边地区共存有幼年期和壮年期地貌，以壮年期地貌为主，地势起伏较大，地表物质容易受降雨侵蚀流失。

3 结论与讨论

3.1 结论

(1)高鲁山自然保护区基本地貌类型为山地，以中起伏亚高山(42.43%)为主，次为中起伏中山(34.89%)，小起伏中山(12.18%)、大起伏亚高山(8.79%)、中海拔丘陵(1.79%)所占比例很小，其成因类型以砂页岩类侵蚀剥蚀山地为主，其次是碳酸盐岩类喀斯特山地，碳酸盐岩类喀斯特侵蚀山地所占面积比例很小；(2)坡度范围值0°～67.5°，平均坡度23.4°，以较陡坡(32.58%)和陡坡(25.86%)为主，缓坡(17.43%)和急陡坡(16.08%)所占面积比例小；(3)半阴坡(26.61%)和阳坡(26.43%)的面积比例略高于阴坡(24.58%)、半阳坡(22.15%)，各级坡向比例相当；(4)河谷切割深，地势起伏大，地表破碎，层状地貌发育；(5)面积-高程积分范围值(HI)0.353～0.692，平均值0.532，地貌发育处于壮年期，地表物质容易受降雨侵蚀流失，生态环境比较脆弱敏感；(6)各片区海拔跨度差异大，起伏高度差异小，基本地貌类型、坡度、坡向的构成，剥夷面级数和HI值存在明显差异。