贵州土地石漠化类型时空演变过程及其评价

构建了贵州20世纪80年代、90年代和21世纪初等3期历史石漠化数据,利用其空间变换和数学模型详细探讨和评价了石漠化的时空演变过程,研究发现:(1)研究时段内贵州省石漠化总面积变化不明显,但石漠化内部类型之间的相互演变非常显著,各类型之间的演变具有转移、多变、"此消彼长"的特点。(2)石漠化的时空演变过程可分为单变方式、层变方式、返变方式等3种基本类型,其中以层变方式为主,单变方式为辅,返变方式较少。(3)石漠化正向演变与逆向演变并存,治理速度赶不上恶化速度,两者的比值为82.29%,局部治理,整体恶化。(4)各石漠化类型总的演变速率是398.31km2·a-1,石漠化等级越高,演变速率越慢。(5)石漠化演变频率最快的是中度石漠化和潜在石漠化,轻度石漠化的演变频率明显低于中度石漠化。对石漠化的空间演变区域特征和影响因子做了宏观的定性分析、并根据石漠化演变特点对综合治理提出了相应的建议。

喀斯特山区不同强度石漠化与人口因素空间差异性的定量研究

利用喀斯特石漠化生态脆弱区2004年的ASTER遥感影像,在GIS操作平台上获取了研究区喀斯特石漠化景观和人口分布信息,用数学方法定量分析了石漠化比重与人口指标的相互关系,并建立起与之相应的数学模型。结果表明:石漠化的严重程度只与人口密度、农户居住的聚集程度及单位面积上的壮劳动力数量等3个人口指标有密切关系,与其他人口指标关系不大,且不同强度石漠化的人口影响因子不同,数学关系迥异。在石漠化严重的地区,人口密度、农户居住的聚集程度、单位面积上的劳动力数量等人口指标相对较低。人口主要集中分布在石漠化面积比例相对较小的地区,但这些区域的潜在石漠化比例却相对较高,这是值得引起重视的。

喀斯特石漠化景观及其土地生态效应——以贵州贞丰县为例

利用喀斯特石漠化生态脆弱区贵州贞丰县2004年的A STER遥感影像,解译了全县的喀斯特石漠化现状,并从景观生态学的角度指出轻、中、强、极度石漠化存在不同的空间分布格局。与此同时,作者还把石漠化的景观格局和其土地生态价值的分布频率结合起来,并从生态系统服务功能的角度定量计算了相应喀斯特石漠化土地的相对生态价值,评价了研究区石漠化土地的生态效应。结果表明,贞丰县270个村的生态价值整体偏低,全县极大值为1.016,极小值为0.286;不同区域之间的总体生态价值差异较大,生态价值相对较好的地区主要集中在非喀斯特地带,而在中度、强度、极强度石漠化地区生态价值很低。

普定冲头峰丛洼地泥沙沉积速率的^137Cs法测定

侵蚀速率是中国西南喀斯特山地水土流失和石漠化研究的热点和难点,本文采用137Cs断代法测定了贵州普定县马官镇冲头峰丛洼地的沉积速率,据此推算了冲头小流域上世纪60年代以来的侵蚀速率。采用137Cs分布深度判别法和质量平衡理论模型两种方法计算了洼地沉积物的沉积速率,求得冲头洼地平均土壤沉积速率分别为6.39 t/a和9.53 t/a,取后者代表洼地的平均沉积速率,不计引水带入水库的泥沙和落水洞带出的泥沙,据此推断1963年以来的平均产沙模数为20.27t/km2.a,与当地径流场的实际监测结果基本吻合。

喀斯特石漠化山区的水土流失及防治模式——以贵州省镇宁县为例

利用镇宁县2004年的ASTER遥感影像,结合相关数据,分析和探讨了喀斯特石漠化山区的水土流失现状和防治措施研究,对该地区今后的水土保持工作有一定参考价值。

中国典型石漠化地区土地利用与石漠化的关系

定量研究了贵州省盘县中南部峰丛洼地典型石漠化地区不同岩性的土地利用分布规律和不同土地利用类型的石漠化发生率。结果表明,难利用的、岩石裸露的石旮旯地在连续性石灰岩、石灰岩夹碎屑岩和石灰岩与白云岩互层分布区的比例很高。不同等级石漠化与不同土地利用类型和岩石类型存在着相关性,如坡耕地中以连续性石灰岩发生轻度石漠化的比例最高,其次是石灰岩碎屑岩互层分布区;研究区的轻度石漠化中,土地覆被以灌丛所占的比例最高,坡耕地占11.67%;中度石漠化中,土地覆被以中覆盖度草地所占比例最高;强度以上石漠化中,土地覆被以难利用地的石漠化比例最高。从1995到2000年,中覆盖度草地和难利用地中强度和极强度石漠化比例有所增加。基于上述研究,对研究区的石漠化土地覆被作了进一步的分类,指出了研究区的石漠化的形成过程和治理重点。

西南喀斯特山地水土流失特点及有关石漠化的几个科学问题

由于特殊的岩土组构,喀斯特坡地的水土流失具有如下特点：地表和地下流失相互叠加;地表产流、产沙少;纯碳酸盐岩区地下流失比例大。论文区别了石漠化和石质化的科学内涵,指出了喀斯特山地石漠化的核心是土地的石质化,提出了按照地面物质组成与裸岩率叠加的石漠化分类系统。根据土壤中硅酸盐矿物的物质平衡,提出了不同碎屑岩含量碳酸盐岩区的土壤允许流失量介于5%~500 t/（km2.a）之间。喀斯特坡地土壤虽然肥沃,但总量太少,矿质养分不足可能是石质坡地植物生产力低的重要原因。此外,根据农耕驱动土地石质化的机制,提出了相应的石漠化治理对策建议,具体是：（1）不但要治标,提高植被覆盖率,更要治本,防止或减缓土地石质化,同时还要增加群众收入;（2）按照坡地岩土组成的垂直分带特点,因地（土）制宜,开展治理;（3）重视矿质肥料的施用;（4）在纯碳酸盐岩土石质和石质坡地农田的小型蓄水工程修建中,要加强集流面建设。

贵州石漠化空间分布与喀斯特地貌、岩性、降水和人口密度的关系

本次研究从地貌发育的角度揭示了贵州省石漠化景观及其等级的空间分布与下垫面的物质组成和气候(降雨量)的空间变化存在着密切的联系,而与现今人类活动强度(人口密度)的空间分布不存在关联性。具体体现为:(1)贵州溶蚀为主地貌类型区和纯碳酸盐岩分布区基本一致,区内的峰丛(林)地貌主要分布于年降水量≥1200mm的威宁-毕节-贵阳-凯里一线以南的溶蚀为主地貌类型区,随着降水量由北向南逐渐增加,塔状峰丘增多;溶丘,峰丛(林)不发育地貌主要分布于年降水量≤1100mm的威宁-毕节以北的黔西北溶蚀为主地貌类型区和毕节-贵阳-凯里一线以北的溶蚀侵蚀地貌类型区,(2)贵州石漠化程度与喀斯特地貌类型空间分布的耦合关系较好,与人口密度空间分布的耦合关系不好。峰丛(林)地貌发育的威宁-毕节-贵阳-凯里一线以南的溶蚀为主地貌区,黔中地区人口密度为300～400/km2,该区一些县的石漠化,远不如黔西南地区人口密度为200～300/km2或黔南地区人口密度为100～200/km2的严重。历史时期森林植被的全面破坏是贵州喀斯特地区石漠化的主要驱动力,除荔波茂兰喀斯特森林保护区等少数地区,贵州喀斯特地区的原始森林无论是现在人口密度高的地区,还是低的地区,历史时期均已遭受全面的破坏。喀斯特坡地次生植被的恢复状况在很大程度上取决于坡地的岩土组成,现代石漠化严重程度的区域差异,主要受下垫面地面物质组成的控制,也就是"石山"的多寡。

岩溶地区坡耕地时空动态变化及其生态服务功能评估

中国西南岩溶地区坡耕地受人类活动强烈作用,生态问题突出,定量评估其时空动态变化与生态服务功能,对于区域石漠化治理、生态建设、扶贫开发都具有重要意义。该研究以贵州省为例,利用2000年、2005年、2010年3 a多时相、多源遥感影像建立土地利用数据,结合坡度、岩性、聚落、交通条件,运用土地利用动态模型、综合热区域模型、生态服务价值模型,对2000年以来贵州岩溶地区坡耕地时空动态变化及生态服务功能进行分析,旨在弄清岩溶地区坡耕地时空动态变化的特征,为坡耕地管理利用提供参考。结果表明：1）10 a来贵州岩溶地区耕地资源减少0.44万km2,80%是坡耕地;坡度6°-15°区域集中分布了最多的耕地资源;随着坡度梯度增加,坡耕地减少幅度增大,分布比例大幅下降;2）岩溶地区坡耕地分布与基质岩性具有明显相关性,灰岩地区坡耕地（尤其陡坡耕地）比例、数量规模明显高于白云岩地区;白云岩地区坡耕地较多地分布在缓坡地带;3）空间上,一方面,10 a来距聚落大于900 m地区成为坡耕地转出的主要区域,但目前这一区域的陡坡耕地仍较多,应加快其退耕步伐;另一方面,坡耕地退耕过程表现出明显的公路指向性,在坡耕地转出土地距公路500 m内集中了近30%的坡耕地转出土地,随着距离增加,坡耕地转出土地的比例降低;4）贵州岩溶地区坡耕地转出形成了2个热点地区：临长江的乌江下游遵义东北和铜仁、黔中高原面的贵阳和安顺市周边;5）2000年以来贵州岩溶地区坡耕地退耕产生了良好的生态效应,坡耕地转出土地生态系统的生态服务价值估算为4399.81万元/a。总之,岩溶地区坡耕地10 a来变化显著,生态效应明显,但现存坡耕地的分类管理、高效利用仍任重道远。

典型峰丛洼地耕地、聚落及其与喀斯特石漠化的相互关系——案例研究

喀斯特石漠化,近年来已成为研究热点和引起国家层面重视,但当前研究并没揭示岩溶山地土地为什么会发生石漠化这一现象的本质,没有阐明岩溶山地农户为什么要进行不合理活动。通过典型案例研究从理论上解释岩溶山地农户为什么要进行不合理活动这个问题,以从本质上揭示石漠化发生的机理。为此,在贵州选择了6个典型峰丛洼地,采用2010年的10 m分辨率ALOS影像作为数据源,比较了6种不同的峰丛洼地组合地形中的耕地资源分布、聚落特征和石漠化发育情况。结果表明,6个研究点耕地和聚落数量、分布和石漠化的面积和分布存在一定的相互关系,这些相互关系可阐明土地承载力较低情形、土地承载力中等情形和土地承载力较高情形石漠化发生的过程;发现严重的石漠化只能出现在土地承载力低、人口压力大的区域,并据此进一步总结了峰丛洼地区石漠化形成的理论模型。从理论上揭示了峰丛洼地区土地承载力和人口压力是否协调决定了峰丛洼地区的生态质量状况,有助于从本质上认识石漠化的发生机理和指导石漠化的治理。

喀斯特槽谷区土地石漠化与综合治理技术研发

深入揭示流域尺度水-土-生资源格局和研发因地制宜的水-土-生治理技术是"十三五"石漠化治理工程的主要瓶颈。国家重点研发计划——"喀斯特槽谷区土地石漠化过程及综合治理技术研发与示范"项目(2016YFC0502300)针对槽谷区特点,锁定两个关键科学问题和五个关键技术,从过程机理研究-技术研发-应用示范3个层面解剖区域水/土/生物资源分布格局与地质地貌之间的关系,阐明石漠化过程中的相关生态变化机理,因地制宜地研发水土资源高效利用、土壤地上/下流/漏失阻控与生态恢复技术;研发野生砧木及经济树种互作效应与优化配套技术,构建槽谷区可持续的生态系统和生态产业模式并示范推广,为区域生态改善和贫困问题解决提供科技支撑。

喀斯特石漠化与土地利用相关性研究

基于黄平县2004年的石漠化和土地利用数据,定量研究了黄平县各区不同等级石漠化土地中土地利用类型的分布规律和不同土地利用类型的石漠化发生率。结果表明,不同等级石漠化与不同土地利用类型存在着相关性,石漠化土地中以灌木林地、低覆盖度草地、未利用地、山区旱地、石质旱地等土地利用类型占较大比例。轻度石漠化土地中以低覆盖度草坡和中密度草坡为主,中度石漠化土地以未利用地和低、中覆盖度草坡和石质旱地为主,强度石漠化土地以石质旱地和未利用地为主。灌木林地中中度石漠化最高可占4.17%,低覆盖度草地中轻度石漠化比例最高为62.09%,未利用地中中度石漠化比例最高可达56.95%、强度石漠化比例可达5.43%,山区旱地中中度石漠化比例可达5.21%,石质旱地中中度石漠化比例可达56.78%。在研究区,土地利用和石漠化的这种空间关联因区域而异,土地利用和石漠化的相关性受岩性等因子的控制,在岩性以连续性白云岩为主的区域,石漠化发生比例大于研究区其它岩类,连续性白云岩区存在的大面积草山草坡均以已发生不同程度的石漠化。

基于聚落演变的岩溶山地聚落体系空间结构整合——以后寨河地区为例

基于高精度遥感影像和实地调查数据,选择黔中高原的典型岩溶山地普定县后寨河流域,探讨了1963～2010年岩溶山地的聚落和人口变迁,建立了基于聚落规模等级发展变迁和人口密度空间分布的乡村聚落发展适宜性和聚落整治类型评价方法。研究区大聚落和较大聚落主要分布在耕地条件和交通条件较好的中部峰丛洼地区东、西两侧,人口密度高值中心对应的往往是大聚落等级。研究区聚落可划分为重点村镇型、优先发展型、有条件扩展型、限制扩展型和迁弃型5类。

贵州省山地-坝地系统土地利用与景观格局时空演变

探讨贵州省山地-坝地系统的景观变迁与优化调控具有重要的意义。以贵州省典型的蒲场、洋川山地-坝地系统为例,从一个地貌单元对以万亩大坝为中心的山地-坝地土地系统1960年代到2010年的土地利用变化与格局演变进行系统的研究。把研究区划分成中央坝地、坝中丘陵和坝周山地3个部分,结合遥感技术与实地调查,获得研究区4个时期土地利用的空间分布,基于移动窗口法计算了景观格局指标。坝中丘陵和坝周山地景观多样性高于坝地,土地利用综合程度以坝地最高;平坝耕地从1963年所占比例90.81%下降到2010年的79.94%,坝中丘陵和坝周山地林地减少,灌木林增加,坡耕地仍保持在较高水平;耕地有向经济效益更高的土地利用方式转变的趋势。坝子在土地利用变化和景观格局演变过程中,原有的土地利用格局逐渐被改变,形成新的斑块-廊道-基质格局。研究区中部坝地、坝中丘陵和坝周山地的土地利用变化表明,坝地的土地利用变化和土地集约利用可对坝中丘陵及坝周山地产生影响,坝子与坝中丘陵和坝周山地土地利用存在耦合变化。进一步应加强研究区土地利用优化调控,使坝地、坝周山地和坝中丘陵的土地利用协同演化。研究结果对贵州省山地-坝地系统土地优化利用有参考价值。

农耕驱动西南喀斯特地区坡地石质化的机制

论文介绍了西南喀斯特地区坡地岩土组构与产流产沙的特点,系统阐明了农耕促进土壤地表、地下流失和生物流失,间接驱动坡地石质化的机制,和犁耕运移土壤,直接驱动坡地石质化的机制。分析了石质坡地和土质坡地的农耕驱动土地石质化的主要方式,并给出了相应的防治对策。坡腰土石质土地是西南喀斯特丘陵坡地加速石质化发生的主要地段,要痛下决心,彻底改变坡腰土石质土地的农业利用方式,尽可能退耕还林、还灌、还草,尽量避免犁耕运移土壤和扰动土壤。

桂西北喀斯特丘陵区峰丛洼地小流域泥沙堆积的^(137)Cs示踪研究

西南喀斯特地区是我国生态环境最脆弱的地区之一,土壤侵蚀及其造成的石漠化已成为制约该区可持续发展最严重的生态环境问题。本文以桂西北喀斯特丘陵区环江成义屯的峰丛洼地小流域为研究对象,运用137Cs示踪技术对洼地泥沙堆积与小流域土壤流失速率进行了定量研究。结果表明,1963-2007年的44年间,洼地泥沙堆积速率和堆积模数分别为0.38 cm.a-1和51.4 t.km-2.a-1。讨论了流域土壤地面流失与洼地泥沙堆积速率的关系,认为前者应比较接近于后者,研究小流域的土壤地面流失模数为57.1 t.km-2.a-1。研究结果表明,研究区域近几十年以来的地面水土流失轻微,土壤流失速率仅为数十t.km-2.a-1。

近40年来贵州高原典型区土地利用变化及驱动机制

为了揭示喀斯特地区的土地利用变化过程及其驱动机制,以贵州高原普定县为研究对象,在GIS和RS技术支持下,结合景观指数分析方法,利用1973年MSS,1990年、2002年和2009年TM 4期遥感影像,对土地利用变化的幅度、速度、区域差异和景观格局进行了定量分析。结果表明:1.土地利用结构变化主要为耕地和林草地间的相互转化,主要表现为1990年之前,后者向前者转移,转移比例为28.83%;1990年之后,前者向后者转移,转移比例为16.30%。2.水域和难利用地面积先增加后减少,研究时段内比例分别增加了0.81%和1.14%,建设用地一直呈增加趋势,增加了2.98%。3.景观的破碎度和优势度先增加后减少,但多样性和均匀度先减少后增加。结合驱动力分析表明,研究期内整体可分为3个明显时段,分别为"1990年之前"、"1990—2002年"和"2002年之后",在遥感影像和土地利用图上呈现出生态"恶化"-"好转"-"并存"的特点,同与之相伴的"生态破坏"-"生态治理"-"开发与破坏并存"的人类驱动呈显著相关性。

中国南方喀斯特地貌分区纲要

对热带喀斯特地貌形成的动力学机制和任美锷先生提出的喀斯特地貌演化理论展开讨论,并遵循地貌类型的地带性和非地带性规律,根据地貌形态和成因的相似性,提出我国南方喀斯特地貌分区纲要。根据喀斯特地貌的气候类型,南方喀斯特地区分为:热带喀斯特地貌类型区和非热带喀斯特地貌类型区。根据喀斯特地貌形态组合,热带喀斯特地貌类型区再分为:黔中高原浅碟型峰丛洼地,黔-桂斜坡带漏斗型峰丛洼地和广西峰林平原等3个亚区。根据区域地貌形态,非热带喀斯特地貌类型区再分为:川西、滇西北中高山,滇东高原盆谷,北盘江高原峡谷,黔渝川鄂湘接壤的中低山槽谷,湘中、湘南、鄂东中低山丘陵区等5个亚区。

基于SDSM的珠江中上游气候模拟及未来情景预估

预估喀斯特生态脆弱区的未来气候变化对于区域资源的合理开发利用及生态环境保护具有重要参考价值,而目前应用降尺度方法模拟喀斯特地区的未来气候情景仍存在较大的探讨空间。本文依据珠江流域红柳江区13个气象站1961-2001年的实测日气温、日降水量资料和全球大气NCEP再分析资料,采用SDSM模型预测流域在HadCM3模式SRES A2和B2两种排放情景下未来年份气温和降水的变化趋势。结果表明:(1)SDSM模型可以较为准确地模拟研究区的气温和降水变化,确定性系数分别可达99%和65%左右;(2)A2、B2两种情景下,21世纪气温和降水均表现出明显的上升趋势,且随时间推移增幅逐渐增大。截至21世纪末,A2、B2两种情景下的年平均气温变化分别为+3.39℃和+2.49℃,日均降水将分别增加117.30%和80.90%;(3)未来的气温上升以秋季和春季变化最为明显,降水则表现为夏季降水增幅最大。分析成果可为喀斯特区的气候变化影响评价与应对决策提供数据基础和理论依据。

普定喀斯特生态系统观测研究站的生物样地建设与监测工作

生长和适应于喀斯特地貌环境的生态系统,即喀斯特生态系统,因人类活动干扰和石漠化进程影响,其结构和功能均发生退化,因此,定位、长期监测喀斯特生态系统的组成、结构、过程和功能,以及人类活动的影响和响应,对研究该类特殊生态系统的格局和动态变化具有重要意义。作为中国科学院生态系统观测网络(CERN)仅有的两个喀斯特台站之一,普定喀斯特生态系统观测研究站的生物监测总目标是开展喀斯特高原常绿落叶阔叶混交林的植被生态学(结构、过程、功能)监测与研究,及其退化植被的恢复生态学示范,建立喀斯特植被恢复与重建的优化模式和范式。本文初步介绍了普定站的生物观测网络,以普定县后寨河流域的天龙山常绿落叶阔叶混交林样地作为永久监测样地(主观测场),以陈旗不同干扰方式下的植被恢复样地、赵家田皆伐样地、沙湾主站址退耕样地作为辅助监测样地(辅观测场),以高羊河流域陈家寨坡耕地恢复和滇柏林改造样地作为生态重建示范样地(辅观测场),配合流域内外诸多样地与试验点(站区调查点),可初步定位监测和预测代表性喀斯特森林和灌丛的长期变化与未来发展趋势。