兴义市喀斯特石漠化演进与开发强度关系研究

刘天友

(黔西南州自然资源局义龙新区分局，贵州 兴义 562400)

1 引言

喀斯特石漠化是指在亚热带湿润、热带、半湿润气候和岩溶非常发达的条件下，由于人类行为活动的干扰，地表植被遭受较为严重的破坏，造成地表土壤严重侵蚀，岩石大面积裸露以及土地退化的一种极端表现形式[1]。这是2007年国家发改委对石漠化的定义。喀斯特石漠化现在已经是岩溶区域最大的生态环境问题，被称之为“地球的癌症”[2]。石漠化是中国西部四大生态环境脆弱带之一，它是中国西南地区一个重大生态问题。石漠化是以类荒漠景观为标志的土地退化[3]。裸岩是喀斯特石漠化最醒目的景观标志，也是遥感调查易于识别的土地类型。研究中关于喀斯特石漠化信息提取及研究，能够紧密结合地理信息技术的专业知识，运用3S技术，通过在目视解译的基础上，利用GIS分析土地利用分布状况，再对研究区内不同时期石漠化现状与开发强度之间的关系进行分析研究。

石漠化地区极易发生水旱灾害，频频出现山体滑坡、山洪、泥石流等自然灾害，导致大量的水土流失，陷入剧烈的恶性循环之中，使得当地的林衰、山穷、水枯、土瘦[4]，给当地百姓的生存带来严峻的挑战，同时，越来越严重的生态环境制约了西南喀斯特地区的发展，石漠化区域的生存问题、人口问题、能源问题成为了不可回避的重大难题。中国西南地区脆弱的喀斯特生态系统是经过极其漫长的历史演化而形成的，它对喀斯特地区石漠化具有极强的控制作用。喀斯特区域不合理的人类活动和极强的人口压力，使得土地生产能力严重退化、水土流失加剧、植被覆盖度锐减和生态环境急剧恶化，超负荷的社会及经济压力是喀斯特区域石漠化最大的驱动力[5]。喀斯特石漠化综合治理早已成为世界的一个重大生态问题。

对于喀斯特石漠化，海内外学者都做了大量的工作，对石漠化的理解、成因以及防治等方面已经有了不少报道。“喀斯特”一词是来自于前南斯拉夫的一个地名。喀斯特地貌，又称之为岩溶地貌[6]。是具有溶蚀能力的水对可溶解性岩石进行溶解等作用所形成的地表及地下形态的总称。

国内外对于喀斯特环境问题的认识基本上是同步的。自1973年LeGrand在美国《科学》杂志上发表文章指出喀斯特地区旱涝灾害、地面塌陷、森林退化、原生环境中的水质等重大生态环境问题[7]以来，从此喀斯特环境问题受到世界各国的普遍关注。1983年，美国科学促进会年会上安排了“喀斯特环境问题”专题讨论会,会议中将喀斯特环境划分为一种极其脆弱的环境[8]。近十多年以来，随着喀斯特地区石漠化问题日趋加重，国内外对喀斯特区域的研究重心有了比较明显的变化，从之前的着重地貌变化过程和水文地质过程的研究转向喀斯特区域的生态系统脆弱性和人类活动的影响、喀斯特区域的生态重建与环境退化的研究。IGCP和UNESCO一起资助的喀斯特区域生态环境的研究计划[9]，从“水文、地质气候和喀斯特的形成”“喀斯特生态系统的对比”到“喀斯特的含水层和水资源的全球性对比研究”也同样反映了这一趋势[10]。

在国内，对于喀斯特石漠化的研究，有很多学者有着自己的观点与方法。袁道先[11]通过喀斯特石漠化的概念来反映土壤覆盖、植被的喀斯特区域转变成为裸岩喀斯特景观的过程，同时指出了喀斯特石漠化是中国西南喀斯特区域严峻的环境问题，造成了喀斯特区域表面土层的快速贫瘠化。西南地区的喀斯特生态环境的脆弱性是喀斯特石漠化的演变基础，还包括土地利用规划、人口压力、实践的不合理以及大气污染等多种因素造成。

屠玉麟[12]提出，喀斯特区域的石漠化问题是指在喀斯特的自然环境下，受到人类不合理的生活、生产活动的破坏造成的岩石大量裸露、生产能力下降、表层土壤严重侵蚀等土地退化的过程，最终形成的一种类似于土地荒漠化的土地类型称为石漠化土地。

王世杰[13]指出，石漠化是指在亚热带脆弱的喀斯特生态环境，受到人类不合理生活、生产活动的破坏，导致土层的严重破坏，岩石大面积裸露，土地的生产能力急剧下降，土地表面形成类似于荒漠化景观的土地破坏的过程。

除此之外，胡宝清等[14～17]结合GIS与RS建立了喀斯特石漠化数据库模型，进行石漠化等级的评价，并指出喀斯特石漠化是在很多复杂的因素的共同作用下发生的，不合理的人类活动是主要因素。熊康宁[3]等通过对比分析贵州省喀斯特区域的石漠化区域以及非石漠化区域的环境、资源与社会经济，从多个视角揭示石漠化区域的贫困效应，并提出了一系列的石漠化防治的技术与理论。

一些学者还应用遥感技术的方法对石漠化区域的土地植被覆盖以及土壤性质等指标分析了喀斯特石漠化的演进机制[18～21]。

但是，对于喀斯特地区石漠化的研究与治理，仍存在很多不足，远不能解决当前的环境问题：

(1) 基础理论仍落后于实践活动。现如今，对于石漠化的成因预计科学内涵有着较深的认识，但是对于石漠化的恢复以及人类活动对其的动态驱动机制认知仍然远远不够，对于石漠化的治理，基础理论落后于实践活动。

(2) 定量分析不足。对于石漠化的动态驱动机制认知不足，对于时间序列的石漠化动态变化定量分析不足，往往仅仅从侧面旁敲侧击，对石漠化的治理及恢复速度造成一定的影响。

(3) 基础数据的采集工作欠缺。对石漠化的研究分析，一般采用遥感技术大面积收集数据，没有固定的方法及指标，甚至同一个研究方法不同所得到的结论也不尽相同，不存在可比性，基础数据的采集有较大的欠缺。

(4) 现有治理模式具有较大的局限。现有石漠化治理模式仍然是以政府为主导的传统治理模式，具有极强的公共外部性，现如今，在市场经济体制下，应当积极寻求改革，因地制宜，找到适合各地现状的治理模式，加快石漠化的恢复速度。

本研究在前人研究的基础上，通过研究贵州省兴义市喀斯特石漠化演进与开发强度之间的关系，能够更好地探讨与分析喀斯特区域人类活动与当地石漠化所存在的联系，为寻求更好的石漠化防治方法提供一定的依据。

2 研究区概况

贵州省黔西南布依族苗族自治州首府兴义市是位于贵州省西南部的县级市。兴义市地处滇、黔、桂三省交界之处，恰好位于云贵高原的东南部向广西的丘陵地带过渡的斜坡位置,地形的起伏较大,地势呈现由西北方向向东南方向逐级递降的多级台地。兴义市是中国锥型喀斯特地貌发育最为奇特且集中连片分布最为广泛的地区，以溶洞、瀑布群、泉群、石林、丘峰溶源、钙华瀑布、峡谷、峰丛、峰林、岩溶洼地、溶斗等景观组合为特色，组成了独特迷人的自然景观。但因为这种喀斯特地貌的大面积分布，使得兴义市喀斯特石漠化及其严重，造成兴义市每年巨大的经济损失，如今这一严重的生态问题，已经成为兴义市可持续发展的一大制约因素，不容忽视[22]。

兴义市社会经济在1995～2015年之间总体来说有着较好的发展，GDP曲线呈J形发展，逐年上升，如图1所示。1995～2015年近20年间，兴义市的社会经济得到了很好的发展，三产比例日趋合理，第二产业与第三产业快速发展，近年来，伴随着旅游业的发展，第三产业所占比重明显上升[23]。此外，城镇居民人均可支配收入和农民人均纯收入逐年上升，人民的生活质量有了很大的提升。

图1 兴义市1995～2015年GPD统计

3 数据与方法

3.1 数据来源

研究区遥感影像采用TM(ETM+)影像，并融合相应的SPOT影像，选择秋冬季影像。特别是冬季，降雨较少，且较少有积雪，树木虽绿，但杂草枯萎，遥感图像一般云量较小，极利于石漠化信息的提取[24,25]。时间序列1995～2015年20年间的TM影像选择五期秋冬季云量少于10%的影像，以1999年兴义市“退耕还林”为界限选取五期影像，分别选取1995年、1999年、2004年、2010年、2015年的五期影像，数据通过USGS网站下载获取，通过ENVI和ArcGIS软件对TM原始数据进行辐射校正、几何校正、镶嵌、裁剪、图像增强等一系列的预处理，针对处理后的遥感影像进行目视解译，完成石漠化信息的提取。

研究中对于兴义市1995～2015年近20年开发强度评价的数据来自于兴义市统计局及遥感图像的提取，对时间段内兴义市开发强度进行分析。

3.2 研究方法

研究通过数据处理分析得到兴义市近20年石漠化演进的一般趋势，同时针对兴义市同一时间节点的开发强度进行分析评价，从时间序列里对两者的变化趋势作分析，结合国家及当地政府的一些政策及方案实施，分析两者之间的联系。

本文对兴义市石漠化演进的分析是通过石漠化的时空转移，以分布形态与面积结合起来进行分析。通过对兴义市1995年、1999年、2004年、2010年、2015年五年的TM影像解译的石漠化相关信息进行分析，作转移矩阵，得到兴义市石漠化演进转移矩阵。通过对处理结果的进一步分析，可以得到兴义市近20年石漠化演进的一般趋势。

本文对兴义市开发强度的分析采用综合评价法。通过科学的选取评价指标，然后通过各指标获取的数据进行各指标权重的确定，最后一系列的计算得到各时间点的兴义市区域强度，最终通过分析得到的结果得到一定的结论。秉承着科学性、相关性、代表性以及数据的可获得性和准确性的原则进行评价指标的选择。通过多方考量，开发强度评价指标的选择决定从资源、经济及社会3方面进行，通过分析及参考，最终选择了资源、经济及社会3方面共14个指标进行指标体系的建立，分别用X1到X14代表，具体详见表1，表中的权重值是通过熵值法计算得出。

表1 兴义市1995～2015年开发强度评价指标体系

研究中对于兴义市近20年开发强度的权重确立用熵值法进行确立，熵值法作为一种客观的计算权重的方法，它主要是通过建立指标体系，然后根据各指标的代表值计算出各指标的信息熵，然后根据指标的变化及其程度对系统所带来的影响来决定指标的权重值。

具体数据处理步骤如下：

(1)数据标准化处理。

由于各指标的量纲、数量级均有差异，所以为消除因量纲不同对评价结果的影响，需要对各指标进行标准化处理。

(1)

(2)

若所用指标的值越大越好，则选用公式(1); 若所用指标的值越小越好，则选用公式(2)

(2)计算指标值的比重：

(3)

(3)计算指标信息熵：

(4)

(4)计算信息熵冗余度：

dj=1-ej

(5)

(5)计算指标权重：

(6)

(6)综合评价值U：

(7)

式(1)～式(7)中：Xij代表第i年里的第j项指标的评价值，max{Xj}代表在所有年份里第j指标的最大值，min{Xj}代表在所有年份中第j项指标的最小值，k的值是1/ln(m)，n是指标的个数，m是总年份。

4 结果与分析

4.1 兴义市1995～2015年近20年石漠化演进

根据遥感解译结果统计，兴义市在1995～2015年近20年间石漠化的情况每年均有不同的变化，但总体来说，有一定的发展趋势。如表2所示，兴义市石漠化面积从1995年911.76 km2急剧增加到1999年的1303.45 km2，生态环境急剧恶化；1999～2004年，兴义市石漠化面积由1303.11 km2略微减少到1285.45 km2，“退耕还林”政策的实施一定程度上控制了兴义市石漠化的发展；从2004～2010年，石漠化面积由1285.45 km2减少到1136.89 km2，石漠化的治理总体来说有了较好的进展；2010～2015年，石漠化面积仍在持续好转，由1136.89 km2减少到1002.38 km2。

表2 1995～2015年石漠化遥感调查数据

图2所示，1995～2015年石漠化率的变化趋势在1999年出现一个转折点，1995～1999年之间石漠化率变化较快，石漠化突然大面积恶化，使得兴义市面临着重大生态问题。在1999年出现一个转折点，1999年后石漠化率逐渐下降，但速度并非是非常快，生态的恢复是一个较为缓慢的过程，甚至需要注入外界的能量。1999年之所以能在兴义市石漠化的进程中作为一个转折点，原因是1999年兴义市“退耕还林”政策的实施开展，使得石漠化得到一定的遏制。

图2 1995～2015石漠化率折线

本文对兴义市石漠化演进的分析是通过石漠化的时空转移，以分布形态与面积结合起来进行分析。通过对兴义市1995年、1999年、2004年、2010年、2015年5年的TM影像解译的结果进行分析，作转移矩阵，得到兴义市石漠化演进转移矩阵。通过对处理结果的分析，可以得到兴义市近20年石漠化演进的一般趋势，得到的结果能够为石漠化治理提供一定的参考依据。

如表3所示，该表为兴义市1995～1999年石漠化演进转移矩阵表，可以分析得出，1995～1999年之间，耕地与植被大量锐减，耕地大量石漠化，部分转为建设用地，其中1995年的743.37 km2耕地到1999年时已经有255.21 km2耕地石漠化，造成巨大的损失以及带来重大的生态问题。同时，在1995～1999年之间，植被大量石漠化，植被覆盖度锐减，由1995年的1098.74 km2减少到1999年的947.14 km2。从石漠化的形态分布及面积变化来看，1995～1999年之间，石漠化区域面积由1995年的911.67 km2快速增长至1999年的1303.11 km2，主要由耕地与植被用地转化而来，石漠化区域面积的突增，是因为耕地的不合理使用以及植被的乱砍滥伐所导致的，农民更大力度的开垦土地，更有干劲，耕地数量急剧增加，但导致水土流失极其严重，生态问题日趋严峻，很大一部分耕地面临石漠化的威胁。兴义市的石漠化治理已经刻不容缓。

表3 兴义市1995～1999年土地利用类型转移矩阵 km2

如表4所示，该表为兴义市1999～2004年石漠化演进转移矩阵表，可以分析得出，1999～2004年之间，兴义市石漠化区域面积有减小的趋势，但仅仅减小17.66 km2，仍然面临着严重的石漠化的威胁。1999年开始，兴义市开始实施“退耕还林、退耕还草”的政策，积极探索石漠化治理方法，投入大量的资金，但效果并非是想象中的那般立竿见影，由于以往长期累计的严重的生态问题，想要快速恢复不可能这么快。但能够在1999～2004年之间控制石漠化从面积方面来看不在恶化，已经说明“退耕还林、退耕还草”的实施对石漠化的治理已经取得了良好的成绩。在1999～2004年之间，植树造林使得67.637 km2的石漠化区域转化成了植被，但同时也有49.976 km2的植被遭到了石漠化。在此期间，兴义市建设用地的面积增加较快，可以从侧面反映出其经济发展较好。

表4 兴义市1999～2004年土地利用类型转移矩阵 km2

从以上分析可以得出，在1999～2004年之间，兴义市石漠化得到一定的控制，但是其石漠化程度仍然较高，大面积的石漠化生态问题急需解决，所以对于石漠化的治理仍然需要不断探索更有效可行的办法，针对不同的地质土壤条件，选择种植不同的植被。政府加大资金投入，同时也是为旅游产业完善基础配套，使得第三产业能够更好更快发展，走可持续发展道路。

如表5所示，该表为兴义市2004～2010年石漠化演进转移矩阵表，可以分析得出，2004～2010年之间，土地利用类型的转化相对较为复杂，通过石漠化的治理，有74.928 km2的石漠化区域被整治恢复成为耕地，同时还有180.456 km2的石漠化区域转化成为植被，植树造林取得较好成绩。但是对于生态脆弱区域的植被保护仍然存在一些问题，导致有109.428 km2的植被区域石漠化，这些区域原是潜在石漠化区域，保护巩固的工作不到位，导致其石漠化。

表5 兴义市2004～2010年土地利用类型转移矩阵 km2

总体来说，在2004～2010年之间，兴义市的石漠化区域的面积仍在往良好的方向发展，2010年较2004年石漠化区域面积减少148.571 km2。

如表6所示，该表为兴义市2010～2015年石漠化演进转移矩阵表，可以分析得出，2010～2015年之间，石漠化区域有26.630 km2转化为耕地，有107.874 km2转化为植被，同时，耕地中有61.432 km2转化为建设用地，石漠化治理区域良好发展，社会经济同时也有着较好的发展。

表6 兴义市2010～2015年土地利用类型转移矩阵 km2

根据以上分析，从1995～2015年近20年的时间序列里，兴义市石漠化的演进从1995～1999年石漠化区域面积从911.67 km2突增至1303.11 km2，石漠化率由31.27%增至44.70%，植被面积由1995年的1098.74 km2减少至1999年的947.14 km2，植被覆盖率由37.69%减少至32.49%。兴义市石漠化问题至此达到刻不容缓的地步，石漠化问题成为兴义市最严重的生态问题。再从1999～2015年期间，石漠化逐步得到控制，有1999年“退耕还林、退耕还草”的政策实施起，1999～2004年石漠化得到一定的控制，面积从1303.11 km2减少至1285.45 km2，虽说面积变化并不是很大，但治理之初，石漠化面积能够得到有效的控制说明政策的实施已经获得一定的成效。再从2004～2015年期间，石漠化区域的面积由2004年的1285.45 km2减少至2015年的1002.38 km2，石漠化率由44.10%减少至34.39%，减低近10%，说明期间兴义市“退耕还林、退耕还草”政策的实施以及石漠化治理方案的执行能够极其有效的控制兴义市石漠化的发展，对兴义市的生态文明建设创造巨大的价值。

4.2 兴义市1995～1915年开发强度分析

各指标权重确立之后，在通过模型计算出资源、经济及社会三大方面指标的综合评价值U。如表7所示，通过参照开发强度的分级标准，兴义市近20年的开发强度总体来说是呈上升趋势，但由表中综合评价结果可以看出，1995年的开发强度较1999年更大，通过分析得知，兴义市1995年的耕地面积远远大于1999年，1999年兴义市石漠化极其严重，水土流失造成了工农业生产的巨大的损失。

表7 兴义市1995～2015年开发强度评价结果 分值

总体来看，兴义市从1995～2015年近20年的时间序列里开发强度出现过一定的转折，从1995～1999年之间，开发强度综合评价值由14.93减少至10.34，1999年达最低点之后的1999～2015年之间，开发强度综合评价值一直处于上升的趋势，说明兴义市的社会经济发展一直处于稳步上升的趋势，资源配置日趋合理。从1995～1999年之间，兴义市开发强度的变化趋势可以直观表现为图3所示。

图3 1995～2015年兴义市开发强度综合评价折线

4.3 兴义市石漠化演进与开发强度的关系

综合以上分析，兴义市从1995～2015年近20年之间石漠化演进与开发强度之间的关系，可以从时间序列里两者的变化趋势作分析，结合国家及当地政府的一些政策及方案实施，分析两者之间的联系。

根据时间序列分析兴义市石漠化与开发强度之间的相关性，如图4所示，可以看出1995～1999年兴义市石漠化出现恶化的趋势，而同一时期，兴义市的开发强度在1995～1999年之间出现下降，到这一时期，随着开发强度的减弱，兴义市石漠化反倒恶化，这似乎不合逻辑，但如果换个方式理解，随着兴义市石漠化的加重，其开发强度也随之而下降，受到了较大的影响。

图4 1995～2015年石漠化率与开发强度折线

研究中对兴义市开发强度的评价，所选择的指标是资源、经济及社会三个方面的指标，选择的指标涉及各个方面，资源的不合理使用，配置的不合理，导致大面积耕地石漠化，水土流失极其严重，带来严重的生态问题，致使其开发强度随之而减弱。

如图4，在1999～2004年之间，石漠化变化并不是很明显，但也可以看出来是呈下降趋势，石漠化的发展受到一定的控制，同期，开发强度在1999～2004年期间逐渐上升，但仍然没有恢复到1995年时的状态，或许这期间社会经济在不断地发展，但其开发强度受多方面因素影响，定性的来分析，在这期间，兴义市的石漠化演进与开发强度存在一定的耦合关系，在开发强度未能发展很好时，其石漠化的演进也出现缓慢停滞的状态，没有更恶化也没有更多的改善。

在2004～2015年期间，两条曲线的发展走势均比较平稳，期间，兴义市石漠化率逐年下降，与此同时，兴义市的开发强度在逐年增大，这是一种可持续的发展状态，从2004～2015年之间，兴义市的资源配置日益合理，社会经济得到了很好的发展，重视环境的保护，石漠化得到了较好的控制，生态得到了一定的恢复。

5 结论与建议

5.1 结论

综合以上的分析，研究通过遥感手段获取兴义市从1995～2015年之间的石漠化信息，得到了这近20年间兴义市的石漠化发展变化及趋势；通过综合评价法，通过熵值的确立，最终分析出了兴义市同一时间序列的开发强度的动态变化趋势，最后综合两者得出的结果，对比分析得到了兴义市近20年里石漠化演进与开发强度之间的关系，并得出以下几点结论：

(1)从1995～2015年近20年间，兴义市石漠化经历了突然恶化到逐步恢复的阶段，期间以1999年为转折点。

(2)在1995～2015年这同一时间序列里，兴义市近20年开发强度的变化同样经历一个转折，从突然开发强度减弱到逐步加大发展，同样是以1999年为转折。

(3)研究可以得到，从1995～2015年兴义市石漠化演进与其开发强度存在一定的耦合，从1995～1999年，兴义市的开发强度随着兴义市的石漠化骤然恶化而逐渐减弱；1999～2004年期间，兴义市开发强度虽有恢复，但甚至没能恢复到1995年的状态，恢复极少，在同一期间，兴义市石漠化的并不明显，但呈良好发展状态；2004～2015年期间，兴义市石漠化现状随着开发强度的逐年加大而变得越来越好，呈现良好的发展状态。

(4)兴义市石漠化演进与开发强度存在一定的相关性，但从外部环境来看，兴义市石漠化的演进是随着政府的相关政策发展的，1995～1999年期间，石漠化急剧恶化，政府对环境保护的不重视，极其粗放的发展，使得石漠化骤然加剧，从1999年兴义市启动“退耕还林、退耕还草”的重大项目，石漠化治理在退耕还林的推动下逐渐看到成效，石漠化得到了较好的控制及恢复。

5.2 建议

石漠化问题已经成为阻碍兴义市经济发展最大的生态问题，严重影响了当地民众的生活，有的地方不得不因为环境恶化到难以生存而举家搬迁。为了促进经济发展，改善人民生活状况，必须加大对石漠化的治理力度。

目前对于石漠化的治理，仍然停留在传统的治理模式。若想石漠化治理能够更好发展，必须不断改善治理模式跟治理方法。现在传统的治理模式正逐步被网络化治理模式取代，主要依赖伙伴关系，构建融合性的网络系统，基于各自的利益诉求，为完成共同的目标携手共进。网络化治理理论应用于黔西南州喀斯特石漠化治理是一个循序渐进探索的过程，不能急于求成，也不能完全否定原有的治理方式。