基于GIS与地理探测器的岩溶槽谷石漠化空间分布及驱动因素分析

岩溶区土地石漠化已成为中国西部继沙漠化和水土流失后的第三大生态问题,近年来岩溶槽谷区石漠化表现出增加趋势。通过获取槽谷区石漠化、岩性、坡度、海拔、降雨量、土地利用、人口密度和第一产业生产总值等数据,利用GIS空间分析功能和地理探测器模型,探讨了岩溶槽谷区石漠化空间分布特征及驱动因子。主要结论为：① 岩溶槽谷区总石漠化面积为21323.7 km ²,占研究区土地面积的8.3%,其中轻度、中度和重度石漠化面积分别是11894.8 km ²、8615.8 km ²和813.1 km ²,分别占石漠化面积的55.8%、40.4%和3.8%;② 从石漠化的空间分布来看,槽谷区石漠化主要发生在连续性灰岩中,轻度、中度和重度石漠化面积分别为占槽谷区相应石漠化类型面积的22.1%、22.4%和1.9%;槽谷区石漠化主要发生在15°~25°的坡度范围,轻度、中度和重度石漠化面积分别为占槽谷区相应石漠化类型面积的27.1%、18.2%和2.3%;从海拔来看,主要分布于400~800 m范围内,轻度、中度和重度石漠化面积分别为占槽谷区相应石漠化类型面积的24.9%、18.4%和0.2%;从土地利用类型来看,主要发生于山地旱地中;从人口密度来看,集中分布于100~200人/km ²中;从第一产业生产总值来看,集中分布于25亿~50亿元中;③ 地理探测器的因子探测器揭示了岩性（q = 0.58）、土地利用（q = 0.48）和坡度（q = 0.42）3个因子是槽谷区石漠化形成的主要驱动因子,交互式探测器进一步揭示了岩性与土地利用类型（q = 0.85）、坡度与土地利用类型的组合（q = 0.75）共同驱动槽谷区石漠化的形成。     

中国南方岩溶区土地石漠化的成因与过程

中国南方岩溶区是石漠化广为发展的脆弱生态区域。南方岩溶区土地石漠化的起因既有自然因素,也有人为因素。在地质历史时期其自身环境孕育和存在着自然石漠化过程,在历史时期—现代自然石漠化过程又叠加了人为石漠化过程,人为活动加速、加剧了石漠化的发展。清朝初、中期是人为活动影响石漠化的重要转折时期,此后人为因素作用比重逐渐超过自然因素的作用比重。岩溶区土地石漠化过程是由植被退化丧失过程、土壤侵蚀过程、地表水流失过程、基岩溶蚀侵蚀过程、土地生物生产力退化过程合成的地表生态过程,其实质是形成石质荒漠的土地退化过程。     

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。     

峰丛洼地石漠化景观演化与土地利用模式

峰丛洼地石漠化景观格局是土壤分布空间格局的制约下,岩溶生态系统对植被强烈依附性条下,由不同类型人类活动决定的。农耕、放牧和砍伐是最主要的破坏峰丛植被的人类活动;缓坡耕地形成轻度石漠化景观;陡坡地形成中度石漠化景观,因坡面土壤流失,演化为更高等级石漠化景观;峰丛陡坡放牧和砍伐都可能直接形成峰丛上部大面积中-强度石漠化景观,出现峰丛坡面石漠化景观分异,产生不同的土地利用模式。     

基于岩溶生态系统特性的水土流失敏感性评价

在岩溶地区大范围内进行土壤侵蚀风险评价需要寻求新的简单有效的方法,建立适合岩溶地区特点的评估模型,才能避免水土流失治理规划的失误。考虑岩溶地区碳酸盐岩成土速率低、存在石漠化等特点,选取土壤允许流失量和退化岩溶生态系统的基岩裸露率,结合年平均降水、坡度、植被指数,在生成各单因素评价图的基础上,在Arcview中完成单因素图的叠加分析,得到贵州省岩溶地区水土流失敏感性综合评价图,并将其划分为不敏感、轻度敏感、中度敏感和强度敏感四级。在此基础上,探讨了贵州省水土流失敏感性的空间分异规律,提出水土流失预防治理的优先区。     

喀斯特山地土壤侵蚀和产水量的最优解释力

喀斯特生态系统服务主导影响因子识别是科学治理石漠化的前提,然而环境因子对生态系统服务空间分布的解释力受尺度变换的影响,其尺度效应的定量研究仍需进一步加强。为定量厘定环境因子解释力的尺度效应,本文从多尺度视角出发,利用地理探测器定量分析不同空间分辨率下环境因子对土壤侵蚀和产水量的解释力,并探求其在不同地貌形态类型区的差异性规律。结果表明,坡度和植被覆盖度是影响土壤侵蚀空间分布的主导因子,两者的交互作用对土壤侵蚀空间分布的解释力更强。受研究区地形起伏普遍性和景观破碎化的影响,坡度和土地利用类型在低分辨率下解释力最优。降水、海拔和土地利用类型是产水量空间分异的主导因子。降水和土地利用类型的交互作用对产水量的解释力达95%以上,海拔在不同地貌形态类型区的空间变异性影响其最优解释力水平。具体表现为：在台地、丘陵类型区海拔空间变异性较小,在高分辨率下其解释力最优;在山地类型区,海拔空间变异性较大,在低分辨率下其解释力更强。本文通过多尺度分析定量甄别生态系统服务变量的最优解释力,以期为喀斯特山地生态系统服务的主导因子精准辩识和分区优化提供途径和依据。     

喀斯特石漠化小流域景观的空间因子分析——以贵州清镇王家寨小流域为例

以贵州喀斯特地区的王家寨小流域为研究对象,基于多源信息,依托RS和GIS技术获取2005年该流域石漠化景观格局信息,以此为基础进行石漠化景观分布指数、石漠化综合指数、 -s平面分析模型以及三次曲线拟合等分析,旨在从小流域尺度上探讨石漠化景观在坡度、坡向、高程和与村庄距离等空间因子上的分布规律。结果表明:潜在、轻度石漠化景观受坡度影响最显著;其他类型石漠化景观受坡向影响最明显。石漠化程度先随坡度的增大而加重,27°后呈缓解趋势;各坡向中南、东南坡石漠化最严重;随高程增加石漠化加剧;距村庄越远石漠化越严重。初步推断各空间因子对石漠化程度的影响由强至弱的顺序为:坡度、坡向、高程、与村庄的距离。     

不同石漠化程度岩溶峰丛洼地系统景观格局的比较

利用花江岩溶峡谷区南坡不同石漠化程度的5个独立的岩溶峰丛洼地系统景观要素的实测数据,分析了多样性、优势度、破碎度、分离度等景观格局指标的变化规律及其所指示的生态学意义。结果表明,这些指标在不同峰丛洼地系统都能较好地评价石漠化过程中景观格局的动态变化规律,对分析石漠化土地的发展趋势具有较好的指示意义。但多样性指数、优势度指数、均匀度指数也与各峰丛洼地系统的景观基质有关,在不同石漠化程度的峰丛洼地系统中,反映的景观生态意义是不一样的。景观格局分析不仅强调面积,而且还考虑所研究石漠化土地的空间分布特征(格局)、景观组成特点与石漠化过程的关系和对石漠化的影响,在石漠化程度判定和石漠化指标的研究中景观格局是一个不可忽视的问题。     

粤北石漠化地区坡地土壤侵蚀模拟试验研究

在粤北山区裸地、草坡地和耕地等3种石漠化土地的坡面上,采用0.3 mm·min-1、0.48 mm·min-1、0.72 mm·min-1、1.08 mm·min-1 4种降雨强度进行了36场人工降雨模拟试验。结果表明,坡面上3种类型石漠化土地的土壤侵蚀特征、强度各不相同。在同一地类上,土壤侵蚀量随降雨过程的进行呈现出波动下降的趋势,且随雨强的增大,土壤侵蚀量亦增大;土壤侵蚀量与雨强之间均呈现极显著的线性相关关系。在任一雨强条件下,都是裸地的土壤侵蚀量最大,耕地次之,草坡地最小。地表覆被对降雨侵蚀产沙过程有重要的抑制作用,大雨强条件下抑制作用尤为突出;而水平沟耕作方式能减少小雨强条件下的土壤侵蚀量,但随着雨强的增大,其影响也随之降低。     

喀斯特山区石漠化成因的差异性定量研究——以贵州省盘县典型石漠化地区为例

珠东区的轻中度石漠化主要由人为因素引起,强度以上石漠化则由人为因素和恶劣的自然条件共同造成;保基区的轻中度石漠化主要是人为因素引起,强度以上石漠化则由自然因素造成;红果区的自然条件好于其它两个研究区,石漠化尤其是强度石漠化主要是土地利用强度大造成的,坡耕地发生中度甚至极强度石漠化。喀斯特石漠化土地的成因类型与恢复治理模式密切相关,在确定石漠化土地的治理恢复模式和治理重点时,有必要考虑石漠化土地的土地利用成因和成因的地域差异性。     

嘉陵江中下游地区近30年土地利用与 覆被变化过程研究

喀斯特石漠化问题是存在于喀斯特区的一种重要的地质-生态灾害。石漠化灾害的预警分析包括设计警标、明确警情、寻找警源、分析警兆和预报警度等；而石漠化灾害风险评估是在喀斯特石漠化预警分析的基础上，进行灾害危险性评价，结合易损性分析，进行期望损失评估，目的就在于评估和监测石漠化的演变状态与引起的不良环境效应。要构建一个具有操作意义的石漠化灾害预警与风险评估模型库系统，首先要建立一套合理的喀斯特石漠化灾害预警与风险评估概念化模型，据此来辩识石漠化的发育度，诊断潜势度，预警危险度，核算易损度和评估危害度。本文在于揭示脆弱的喀斯特生态环境系统的演变过程及其引起的石漠化灾害系统的成因机理与致灾过程，在此基础上，进行喀斯特生态安全预警和石漠化灾害风险分析指标体系；利用GIS技术与空间统计分析和数学模型，建立石漠化灾害风险评估模型，为我国西南喀斯特山区土地石漠化预警和灾害防治评估与不同类型石漠化区的可持续发展提供可借鉴的范例。     

典型岩溶流域不同地貌类型景观结构分析——以云南小江流域为例

利用2003年小江流域的TM影像，结合实地调查，再根据流域地质分布和地貌发育情况，将流域地貌类型划分为岩溶地貌和非岩溶地貌两个一级类型景观，在此基础上，根据地貌发育程度结合高程情况，将岩溶区又划分为6个岩溶景观，非岩溶地貌分为两个二级类型景观。应用景观生态学原理，并通过Fragstats 3．3软件在流域尺度上计算了一些相关指标。结果表明：岩溶区的景观生态特征总体上体现了其生态环境的特殊性和脆弱性，地表水资源溃乏，土层薄、土壤资源零星分布且易流失，造成未利用地面积大，石漠化现象严重，土地利用程度低的特点。非岩溶区景观生态由于耕地和林地占绝对优势，石漠化面积少，香农多样性指数和均匀度低，景观的异质性较低，结构较为简单。     

关于西南岩溶区石漠化土地恢复重建目标的讨论

根据恢复生态学相关研究进展和西南岩溶区石漠化土地综合治理现状,探讨了石漠化土地生态恢复重建的不同空间尺度目标、阶段性目标、植被生态建设目标、社区文化建设目标和效益目标。指出防治岩溶石漠化的实质绝不仅仅是岩溶山区的水土保持问题和恢复植被,只有实现环境恢复、经济发展和社会进步三者的协调发展,生态建设与富民增收并举,石漠化等环境问题才能得到真正的全面解决。因此,近期石漠化综合治理模式目标必须结合市场重新认识资源环境优势,由扶贫型向提高生活质量型转变,由单一坡改梯向多途径特色农业转变,由防护型向开发型转变,由政府主导向参与式转变,从而打破岩溶脆弱生态背景上土地退化的恶性循环。     

基于地理探测器的喀斯特不同地貌形态类型区土壤侵蚀定量归因

土壤侵蚀形成机制与影响因素识别是当前研究的核心与前沿议题,然而从多因素综合作用的角度进行定量归因仍需加强。以喀斯特典型峰丛洼地流域为研究区,基于GIS手段和RUSLE模型模拟土壤侵蚀,综合土地利用、坡度、降雨、高程、岩性、植被覆盖度等影响因子,应用地理探测器方法针对喀斯特不同地貌形态类型区进行土壤侵蚀的定量归因研究。结果表明,各影响因子对土壤侵蚀的解释力及因子间耦合作用程度在不同地貌形态类型区差异显著,其中土地利用和坡度是决定土壤侵蚀空间异质的主导因子,但在山地丘陵区,随着地形起伏度的升高,坡度的控制作用下降,即地理探测器q值表现为中海拔丘陵>小起伏中山>中起伏中山;生态探测器显示土地利用对土壤侵蚀的影响相比于其他因子有显著差异;双因子交互作用有助于增强对土壤侵蚀的解释力,土地利用与坡度的协同作用对土壤侵蚀的解释力达到70%以上;对于土壤侵蚀空间分布的差异性检验,风险探测器显示在小起伏中山、中起伏中山等地貌形态类型中,具有显著差异的影响因子分层组合数占比至少55%。因而,喀斯特地区土壤侵蚀的治理应综合考虑不同地貌形态类型区土壤侵蚀影响机制的空间异质性。     

基于网格单元的喀斯特石漠化评价研究

以盘县为例,综合遥感数据等多种数据源,在ARCGIS软件中应用格网分析技术,建立石漠化综合评价指数,对研究区2004年石漠化空间分布图进行100 m×100 m、200 m×200 m、500 m×500 m、1 000 m×1 000 m格网分析,绘制基于单元的石漠化分布图,以探索区域尺度上石漠化评价的方法及其随空间尺度的变化。建立石漠化综合指数,充分考虑一定空间单元内的石漠化面积比例和斑块组合,评价结果反映石漠化严重程度的空间异质性。结果发现基于4种网格的石漠化评价结果与石漠化现状分布图存在一定的差异,其中对极强度石漠化的评价差异最小,对轻度石漠化评价的差异最大。     

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。     

基于3S技术的广西喀斯特石漠化驱动机制图谱分析--以广西壮族自治区为例

喀斯特石漠化是指喀斯特区地表出现类似荒漠景观的土地退化过程。图谱分析为喀斯特石漠化研究提供了一种谱系化、定量化与定位化相结合的研究方法。以广西喀斯特区为例,从组成喀斯特生态系统的地质、岩性、植被、地貌、气候及人类活动等多个方面入手,采用3S技术,得出石漠化分布及其驱动因子图;对石漠化分布图及驱动因子图进行图形叠加运算及相关分析,诊断出石漠化驱动机制。结果表明,喀斯特石漠化是在脆弱的生态环境地质背景上由于人类的强烈扰动而形成的,是多种因子综合的结果。     

典型喀斯特石漠化治理区水土流失特征与关键问题

喀斯特地区的水土流失资料很缺乏, 传统的研究方法很多不适用, 为科学地认识喀斯特石漠化治理区水土流失的特征与变化规律, 制定符合喀斯特环境的防治对策, 2006-2010 年间, 结合石漠化治理工程, 对鸭池、红枫湖、花江典型示范区进行了长期的水土流失定位监测, 结果显示, 总体上各研究区在生态及工程治理后土壤侵蚀量明显下降, 地貌类型从宏观上控制着各区域的侵蚀特征, 高原山地土层厚, 大量陡坡开垦, 水土流失严重;高原盆地自然条件较好, 发展生态畜牧和生态农业, 侵蚀量较小;高原峡谷经历早期的剧烈流失后, 现阶段几近无土可流, 侵蚀量极低。生态修复是石漠化治理的核心, 水保林、封禁治理的生态效益好, 草地畜牧业和经济林模式能带来良好经济与水土保持效益。不同等级石漠化的坡度与土被组合特征差异显著, 对土壤侵蚀量有强烈的控制作用, 今后应根据石漠化等级细化喀斯特地区的水土流失分级和制定合适的治理措施。地下流失受研究深度所限, 目前尚无法准确判断其在地表-地下水土流失总量中的贡献率, 对落水洞等关键部位进行工程防治能大大降低其危害性。     

喀斯特石漠化评价指标体系探讨——以贵州省为例

从喀斯特石漠化的科学内涵出发,探讨喀斯特石漠化评价的具体内容,指出喀斯特石漠化评价应从现状、危险性以及发展速率3个方面进行.评价指标选取所依据的原则,探讨了指标体系适用的时、空尺度范围;根据已有研究成果,分析喀斯特石漠化不同等级指标量化界线确定的生态基准,初步建立了石漠化评价的指标体系.     

东北低山丘陵典型区侵蚀沟分布特征及其地形影响研究

东北低山丘陵区是重要的粮食主产区和商品粮基地,高强度的农业垦殖造成了严重的水土流失,侵蚀沟危害日益加剧。选择东辽河上游106.5 km²的区域为研究区,基于分辨率2 m的遥感影像,在GIS人工预判读侵蚀沟的基础上,野外实地验证并测量了研究区内长度≥50 m、且深度≥0.5 m的侵蚀沟的几何参数与经纬度;基于DEM获取了侵蚀沟所在坡面的坡度、坡向和高程等空间信息;分析了研究区侵蚀沟的基本特征与时空演化趋势,探讨了坡度和坡向对侵蚀沟发育的影响。结果表明：① 目前研究区已形成侵蚀沟322条,分布密度为3.0条/km²,沟壑密度为0.8 km/km²,割裂度为1.4%,侵蚀沟发展速度快,沟蚀强度已达强烈程度,应引起足够重视。② 侵蚀沟主要分布在6°~9°的坡耕地上,坡度对沟蚀的影响明显,坡耕地高强度垦殖是沟蚀加剧的主要驱动力;③ 阳坡（S、E）上侵蚀沟分布相对较多,而阴坡（N）上侵蚀沟分布最少,坡向对沟蚀也有一定影响。研究成果为认识东北低山丘陵区侵蚀沟发生与演化提供了科学数据。