基于坡度等级的喀斯特山区石漠化与水土流失相关性研究——以贵州省盘县为例

为了定量分析不同坡度等级下石漠化与水土流失之间的相关性,为县域生态环境治理与修复提供科学理论依据,以贵州省盘县为研究区,在遥感与地理信息系统技术支持下,以ALOS遥感影像、岩性及1∶50 000地形图等为基础数据源,采用遥感解译方法、表面分析及地图代数原理,提取出石漠化与水土流失的各指标因子。通过ArcGIS空间分析及相关性分析模型,从不同坡度等级下分析盘县石漠化与水土流失的相关性。结果表明:盘县石漠化面积为1 008.45km~2,占总面积的24.9%,已发生石漠化等级以轻度、中度和强度为主,分别占盘县石漠化面积的45.47%,29.67%,20.29%;水土流失面积为521.05km~2,占总面积的12.85%,已发生水土流失等级以轻度和中度为主,分别占盘县水土流失面积的67.75%和17.36%。石漠化与水土流失发生区坡度以5°~35°为主,分别占石漠化与水土流失面积的85.08%与82.45%。当坡度8°时,石漠化与水土流失等级、水土流失与石漠化等级存在负相关关系。当坡度为8°~35°时,已石漠化与已水土流失面积均呈现出先减小后增加再减小的趋势。当坡度35°时,石漠化与水土流失等级在强烈侵蚀等级以下表现为负相关,超过强烈侵蚀为正相关;而水土流失与石漠化等级在轻度石漠化等级以下表现为正相关,超过轻度石漠化为负相关。     

喀斯特石漠化与水土流失强度耦合关系分析——以六盘水市为例

为进一步研究喀斯特地区石漠化现象的产生与水土流失强度之间的关系,在GIS技术的支持下,以六盘水市水土流失及石漠化解译数据为基础,对其石漠化与水土流失的耦合关系进行研究,结果表明:六盘水市平均水土流失率为42.89%,其中非喀斯特区水土流失率高达47.33%,超过六盘水市水土流失率的平均值,且高于任何等级石漠化的水土流失率;在喀斯特区域,仅有轻度石漠化区水土流失率超过六盘水市水土流失率的平均值,其水土流失率为43.14%,潜在石漠化、中度石漠化、强度石漠化等区域的水土流失率均低于平均水土流失率,分别为40.94%、40.03%、36.67%。     

典型岩溶区不同水土流失强度区石漠化特征分析

为研究岩溶区水土流失与石漠化的耦合关系特征,以典型岩溶区——贵州省镇宁县为研究对象,以研究区2015年ZY-3遥感影像为基础,按照《岩溶地区水土流失综合治理技术标准》(SL 461—2009)和《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)中石漠化和水土流失等级划分标准,解译出研究区水土流失和石漠化强度分布图,并进行空间叠置分析,研究不同等级水土流失区的石漠化现状。结果表明:研究区水土流失与石漠化发生率及强弱有较大耦合关系,非水土流失区石漠化发生率比水土流失区高10.92百分点,低等级水土流失区石漠化发生率比高等级水土流失区高15.45百分点,非水土流失区比水土流失区石漠化更严重,低等级水土流失区各等级石漠化发生率均大于高等级水土流失区,并非水土流失强度越高的地区石漠化越严重,岩溶区发生水土流失的区域与发生石漠化的区域并不是完全重叠,水土流失与石漠化治理应各有侧重。     

贵州省岩溶地区坡度与土地石漠化空间相关分析

喀斯特石漠化从本质上来讲是喀斯特地区的成土速率远小于水土流失的速率而造成的土地生产力的退化过程.坡度起伏决定着地表现代侵蚀作用的强弱,影响着水土流失的强度;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.在前期工作中,构筑了贵州省岩溶地区1∶500 000坡度分级图和石漠化分布图,对岩溶地区坡度图和石漠化图进行空间叠加分析,研究坡度与石漠化形成的相关关系.贵州省岩溶地区坡度主要集中于10°～25°之间,不同程度石漠化分布最集中的地区是＞25°的坡地区;在坡度＞18°的地区,石漠化的发生率基本随着坡度的增大而增大,强度石漠化的表现尤为明显;＜18°的坡地区石漠化程度主要以轻度和中度为主.     

贵州省岩溶区水土流失、石漠化受岩溶环境制约

贵州省处于珠江流域、长江流域分水岭地带,其水土流失、石漠化受岩溶环境制约。珠江流域石灰岩类岩石连片分布,出露面积占碳酸盐岩出露总面积的60.75%,白云岩类岩石占4.15%,岩溶地貌以峰丛洼地、谷地和岩溶峡谷为特征,其轻度水土流失面积占水土流失总面积的61.35%,重度石漠化面积占总石漠化面积的22.01%;长江流域白云岩、石灰岩及碎屑岩呈北东向互层分布,其中白云岩类岩石组合出露面积占31.17%,石灰岩类岩石组合出露面积占40.66%,岩溶地貌以岩溶槽谷、岩溶高原为特征,轻度水土流失面积占水土流失总面积的44.17%,重度石漠化面积占总石漠化面积的11.78%。水土流失、石漠化演变的统计结果显示,水土流失与石漠化是同一生态退化过程中的不同阶段,石漠化是土壤侵蚀长期作用的结果,土壤侵蚀是石漠化过程中某一阶段作用强度的体现,二者在成因上存在因果关系。     

喀斯特石漠化及土地利用变化的地貌分异特征——以贵州省关岭贞丰花江石漠化综合示范区为例

[目的]探讨石漠化地区土地利用变化的地貌分异特征,揭示不同地貌条件下的土地利用时空变化的特征和规律,为石漠化地区土地的合理利用提供科学参照。[方法]以贵州省关岭贞丰花江石漠化综合示范区为例,运用GIS和RS技术,基于2005,2010和2013年3个时期的土地利用数据、石漠化数据和地貌数据,运用地形分布指数、土地利用程度综合指数,对研究区土地利用变化的地貌分异进行研究。[结果]①在2005—2013年间,喀斯特地区草地、建设用地、林地、未利用地和水域的面积有所增加,耕地、园地的面积在减少;石漠化的面积有所减少,石漠化程度正在逐渐减轻。②不同地貌条件下,每一个土地利用类型都有其存在的优势分布区;各土地利用类型的地貌分异基本稳定。③土地利用程度的地貌分异特征趋于稳定;2005—2013年,土地利用程度大小表现为:侵蚀台地峰丛洼地丘峰台地Ⅴ型峡谷溶蚀—侵蚀陡坡。④不同地貌条件下不同石漠化等级在各土地类型中的分布方面,由侵蚀台地、峰丛洼地、丘峰台地、Ⅴ型峡谷、溶蚀—侵蚀陡坡地貌的石漠化土地类型分布来看,石漠化主要发生在耕地、林地、园地和未利用地4种土地利用上,水域不存在石漠化现象;2005—2013年,石漠化在不同地貌条件的地类中总体呈较好转变。[结论]每一土地利用类型都有其分布的优势地貌区;不同地貌条件下,石漠化在不同土地利用类型上的分布存在差异,主要发生在耕地、林地、园地和未利用地4种土地利用类型区域。     

典型岩溶流域不同坡度等级下的土壤侵蚀与石漠化分布特征耦合分析

为定量分析岩溶区不同坡度范围内石漠化和土壤侵蚀的关系,以南洞地下河流域为研究对象,利用该区域2016年气象数据、遥感数据,结合改进的RUSLE模型,在遥感技术和地理信息技术的支持下对不同坡度下二者的关系进行了研究。结果表明:(1)南洞地下河流域石漠化面积为740.64 km~2,其发生率为77.96%,以中度石漠化为主。区域中覆盖型岩溶区土壤侵蚀面积为444.54 km~2,发生率为66.55%,以微度侵蚀为主。裸露型岩溶区土壤侵蚀面积为688.86 km~2,发生率为72.51%,以轻中度土壤侵蚀为主;(2)裸露型岩溶区石漠化和土壤侵蚀主要发生在5°～25°坡度范围内,当坡度25°时土壤侵蚀面积随着石漠化等级的升高先减少后增加,坡度25°时土壤侵蚀面积随着石漠化等级的升高而降低;土壤侵蚀发生率在各个坡度内随着石漠化等级的升高而降低;(3)在裸露型岩溶区发生土壤侵蚀的范围内,各个坡度的石漠化面积随着土壤侵蚀等级的升高先增加后减少,在中度土壤侵蚀区石漠化面积达到最大。石漠化发生率与土壤侵蚀等级的关系复杂,其与石漠化并不存在单一相关关系。研究区石漠化问题严重,土壤侵蚀强度较大,必须加快区域尤其是5°～25°坡度范围内的石漠化和土壤侵蚀治理工作。     

喀斯特山地石漠化过程中地表地下侵蚀产沙特征

喀斯特地区特殊的地表、地下侵蚀产沙是引发石漠化发生发展的重要物理过程。以喀斯特山地石漠化过程中不同石漠化状况的裸坡面为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下孔(裂)隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究其地表及地下侵蚀产沙特征。结果表明:无石漠化、潜在石漠化和轻度石漠化的裸坡在相同条件下的地表产沙量总体上高于地下产沙量,且10 min降雨时段内地下产沙量在0~100 g之间。不同石漠化强度的裸坡地表、地下侵蚀产沙量均随雨强的增大而增加;小雨强(30~80 mm h~(-1))下,随着石漠化强度加剧其地表越不易发生侵蚀,而石漠化强度达到一定程度时(基岩裸露率40%)土壤流失以地下流失为主;大雨强(150 mm h~(-1))下,地表产沙量及其分配比例随基岩裸露率变化不明显,而地下产沙量则呈先增加后减小的变化且在基岩裸露率为30%时达到最大。不同石漠化强度的裸坡地表产沙量及其分配比例随地下孔(裂)隙度变化不明显,地下产沙量及其分配比例总体上随地下孔(裂)隙度增加而增加;在不同地下孔(裂)隙度下(1%~5%),地表、地下产沙量及其分配比例随基岩裸露率变化(10%~50%)差异较大。研究结果对认识喀斯特地区石漠化发生发展机制、揭示土壤侵蚀特征、防治地表地下水土流失具有重要的理论和现实意义。     

贵州省“十一五”期间石漠化综合治理成效初探

石漠化是喀斯特石山地区土地退化的最终结果,贵州省是世界上岩溶地貌发育最典型的地区之一,本文利用遥感影像,在3S平台上获取了研究区喀斯特石漠图,分析了贵州省"十一五"期间石漠化变化情况。结果表明,项目区石漠化总面积31 301km2,占土地总面积的25.33%。空间分布上,石漠化严重的土地主要集中在西、南部,而东、北部地区面积相对较小,呈零星分布。通过实施石漠化综合治理工程,项目区石漠化扩张的趋势得到了初步遏制,石漠化面积减少,强度有朝着轻度石漠化转移的趋势,石漠化等级程度降低与区域生态环境治理有一定的相关性,标志着石漠化不断恶化的状况得到了改善。     

关岭县不同等级石漠化区土壤侵蚀特征

为分析不同等级石漠化土壤侵蚀特征,以典型喀斯特区贵州关岭县为研究对象,以ZY-3影像为数据源,综合运用"3S"技术,非喀斯特区根据《岩溶地区水土流失综合治理技术标准》标准,喀斯特区根据《喀斯特地区土壤侵蚀综合治理技术》中石漠化与土壤侵蚀等级划分标准,解译出关岭县2015年土壤侵蚀与石漠化图,分析了不同等级石漠化区土壤侵蚀特征。结果表明:关岭县不同等级石漠化区的土壤侵蚀特征存在一定的规律,关岭县喀斯特区土壤侵蚀发生率比非喀斯特区低9.4个百分点,非石漠化区土壤侵蚀发生率略低于石漠化区,严重石漠化区土壤侵蚀发生率低于石漠化等级轻的区域。关岭县石漠化与土壤侵蚀区域分布及强度并不一致,在土壤侵蚀治理过程中应加强石漠化程度较弱区域的治理,同时更需要加强还未发生石漠化区域土壤侵蚀的防治。     

Drivers of soil erosion and subsurface loss by soil leakage during karst rocky desertification in SW China

As an extreme manifestation of environmental degradation, karst rock desertification is caused by soil loss and rock exposure. In some areas with serious rocky desertification, there is no soil to be eroded or leaked. The soil loss in these areas superimposes soil erosion and unique subsurface loss by soil leakage through fissures, pipelines, sinkholes, etc., which directly reduce soil resources and accelerate rocky desertification. However, the factors driving soil erosion and subsurface loss by soil leakage are still unclear. Rainfall experiments were conducted on simulated slopes with surface-exposed bedrock and subsurface fissures based on field investigations in a karst rocky desertification area of Guizhou Province, China. Four factors, including rainfall intensity, slope gradient, bedrock exposure rate and subsurface fissure degree, were considered in the experiment. We found that the amount of soil surface erosion and subsurface leakage loss is driven not only by the runoff volume but also by other influential factors. Rainfall intensity is the driving factor determining the amount of surface erosion and subsurface leakage loss of soil and water and the relationship between them. The slope gradient plays a leading role only in subsurface fissure flow leakage loss. The bedrock exposure rate drives the surface soil erosion rate, shows a critical value (30%), and dominates the fissure flow leakage loss rate. Subsurface fissure density plays an important role in the surface loss of soil and water; however, an increase in the subsurface fissure density does not obviously accelerate the subsurface leakage loss of soil and water. Although this result, obtained from laboratory simulations, may differ at the field scale or larger, it could provide a foundation for systematic studies on soil erosion/leakage and insights into the relations between rocky desertification and soil erosion/leakage and their driving factors in karst rocky desertification.     

喀斯特石漠化过程中土壤氮同位素组成及其空间分异特征

对喀斯特高原区贵州省清镇市王家寨峰丛洼地同一流域内不同类型石漠化、不同等级石漠化以及不同干扰方式石漠化表层土壤全氮的同位素组成及其空间分异特征进行了研究。结果表明：流域内黄壤区样地的表土全氮δ15N值主要分布在＋0.35‰～＋6.82‰之间,平均值为＋4.50‰;黑色石灰土区样地的表土全氮δ15N值主要分布在＋2.70...     

贵州土地石漠化变化及社会经济活动的影响分析

分析石漠化与社会经济活动的关系及其动态变化,有利于石漠化状况的改善和治理。以往的驱动因子分析对社会经济因素的研究较少,本文以贵州省为研究区,以县域为研究单元,基于2000年和2011年两期石漠化影像,通过空间分析研究了贵州省2000—2011年的石漠化动态变化,并从人口因素、社会发展状况和经济水平、农业生产活动、地形坡度和生态工程建设等5个方面选取23个影响因子,对石漠化的驱动力进行分析。结果表明:1)2000—2011年贵州省石漠化的治理工作取得了一定的成效,石漠化面积总体减少,但中度和重度石漠化面积呈增加趋势,轻度以上石漠化的治理任务还很艰巨;2)23个影响因子与石漠化呈现不同程度的正负相关关系; 3)农业人口比重、农业总产值、人均粮食、人均耕地、耕地比重、15°～25°耕地(岩溶)比重和25°以上耕地(岩溶)比重均与石漠化呈显著正相关,其他因子均与石漠化呈显著负相关,其中农业活动对石漠化的影响最为显著,农业人口比重、农业总产值、人均耕地、15°～25°耕地比重、25°以上耕地比重、15°～25°岩溶比重和25°以上岩溶比重与石漠化的相关系数分别为0.473、0.425、0.291、0.288、0.430、0.338和0.334。研究社会经济活动对石漠化的影响可为石漠化治理提供借鉴和参考。     

贵州喀斯特山区石漠化土壤理化性质及分形特征研究

研究了贵州喀斯特山区石漠化过程中土壤颗粒粗化和理化性质特征,土壤颗粒分形的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系。结果表明:土壤细颗粒含量越少,土壤分形维数越低,表征石漠化程度越高;土壤颗粒分形维数与土壤有机质、容重、粘粉粒含量之间存在显著的线形关系(P<0.01)。分形维数能较好地表征喀斯特石漠化过程中土壤物理性质和养分状况以及石漠化的程度,可作为评价喀斯特地区土壤退化的定量指标之一,对区域生态环境的恢复与重建有着重要的指导意义。     

典型岩溶石漠化区根系生境及其类型研究

在贵州岩溶石漠化区,根据碳酸盐岩分布、地貌类型及岩石类型分布情况,共计调查152个根系生境剖面,利用岩性、产状、根系分布范围内的岩石斑块数、土层深度、裂缝宽度、垂直剖面土壤分布范围、植物根系分布的长宽幅度等指标,采用RDA排序方法,分析根系生长空间类型及其特征;采用定性和定量分析相结合的方法进行快速聚类,划分植物根系生境类型,并进行生境类型命名及类型特征描述.结果表明:1)石漠化区植物根系生长空间分为表层空间、单层空间、多层空间3种类型,植物根系对多层空间类型利用最多;2)贵州岩溶石漠化区根系生境分为18个类型,各类型特征不同.研究成果加深了对岩溶石漠化区植物根系生境的认识,对植物生态修复与石漠化治理均具有重要的意义.     

中国西南地区石漠化对玉米旱灾风险的影响

为做好喀斯特地区农业旱灾风险防范,揭示石漠化程度对作物旱灾风险的影响机制。该文基于灾害系统理论,引入基于物理过程的农作物模型EPIC(erosion productivity impact calculator),考虑西南喀斯特地貌背景,以水分胁迫累加值作为致灾因子,与玉米产量损失进行脆弱性曲线模拟,基于此开展不同石漠化程度区玉米旱灾产量的致灾和成灾损失风险评估。结果显示,中国西南喀斯特地区玉米受旱减产的风险呈现从西北到东南增加的趋势。在4种风险水平(2、5、10、20年一遇)下,面积占比最大的产量损失率主要集中分布在0.4~0.5区间内,这主要由地形地势、降水差异和承灾体的脆弱性所共同决定的;受石漠化影响,土层厚度为40 cm时,4种风险水平对应的减产率分别为5.8%、6.1%、7.8%、8.2%;该研究可以为中国第三大玉米主产区-西南山地玉米区的农业灾害预警和保障国家粮食安全提供重要的科学依据和技术支持。     

岩溶地区土地利用和土地覆被与石漠化的相关性——以后寨河地区为例

 根据西南喀斯特地区的土地利用和土地覆被特点,探讨喀斯特土地石漠化的本质特征。以贵州省普定县后寨河地区为案例,根据研究区不同季节的影像特征,在概念上阐明土地覆被与土地利用和石漠化之间的关系,并提出在判断喀斯特石漠化时要考虑地表的土地利用和土地覆被特征;指出研究区的石漠化土地为全年植被盖度低于10%的植被贫瘠区灰色覆被,从生态演替的角度把单峰型季节性绿色覆被即草坡划归为潜在石漠化土地。基于土地利用/土地覆被的石漠化分类评价方法,能够使所划分的石漠化土地具有明确的含义,无疑会更为准确并具有更强的实用性,对石漠化土地的治理更具有针对性。     

麻窝山小流域石漠化景观格局变化特征

针对受自然和经济因素限制,历史资料较为匮乏的贵州省威宁县麻窝山喀斯特岩溶盆地,利用不同时期的遥感影像数据揭示其石漠化景观的发展过程。以多时相多种遥感影像（MSS、ETM+和AVNIR-2 ）为主要数据源,借助GIS平台和数理统计分析方法,从流域内石漠化的时空分布特点、植被退化特征和土壤侵蚀的角度分析研究区33 a来的石漠化动态变化。结果表明,流域内石漠化的形成和发展主要受人为因素的控制,并且其规模呈明显的扩张趋势。其中,在石漠化发展的前期（1977—2002年）和后期（2002—2010年）,分别表现为迅速扩张和平缓增加的特点,石漠化面积增量分别为0.42 km²和0.12 km²。同时,1980—2009年间,强烈的人为活动导致了较为严重的土壤侵蚀,侵蚀模数达到3 983.15 t/（km²·a）。     

喀斯特石漠化区不同土地利用方式下土壤有机碳分布特征

为探究喀斯特土壤有机碳分布特征及其对人为干扰的响应,挖掘了2 854个土壤剖面,采集了22 786个土壤样品,分析了贵州省不同土地利用方式下土壤有机碳分布规律;并结合贵州省石漠化防治规划,初步估算了石漠化防治工程的土壤碳增汇贡献。结果表明:贵州省土壤有机碳呈现含量高、密度小的特征。表层土壤(0-20cm)有机碳平均含量25.07g/kg,平均密度仅为4.27kg/m~2。不同用地类型土壤表层有机碳含量大小为灌木林地乔灌木林地灌草地乔木林地弃耕地与荒地草地水田园地旱地与坡耕地;表层碳密度大小为水田灌木林地乔木林地乔灌木林地弃耕地与荒地灌草地旱地与坡耕地草地园地。0-60cm土层土壤有机碳含量对人为干扰较为敏感,60-100cm土层土壤有机碳含量差异较小。实施退耕还林,人工种草及人工造林等石漠化防治工程会明显促进土壤有机碳的积累,到2050年,贵州省0-10,0-20,0-30,0-100cm土层土壤有机碳将增加1.99×10~(13),3.37×10~(13),4.45×10~(13),6.29×10~(13) g。可见,喀斯特地区土壤有机碳具有含量高、密度低的显著特征,石漠化治理能有效增加喀斯特地区土壤碳汇。