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西南地区的石漠化和西北地区的沙漠化是我国西部大开发中生态建设所面临的两大根本性的地域环境问题,是我国生态治理的重点和难点。石漠化是喀斯特地区灾害和贫困之源,而控制和治理石漠化就必须要查明它的动态演化规律和驱动系统。本研究以桂西北河池市为研究区域,利用三期遥感影像(1973-1990-2005)和地理、生态与社会经济数据,借助3S技术以及统计方法对32年来石漠化的时空演变及驱动机制进行了深入分析,并对区域内喀斯特石漠化的危险度进行分区。摸清了区域内历史和近期石漠化的本底情况,探索其成因驱动机理,为区域石漠化防治和生态恢复提供决策依据。研究共取得以下主要结论:
(1)石漠化有其深刻的自然成因,包括地貌、地质和土壤方面。随着喀斯特地貌发育程度的加深,石漠化发生率降低;碳酸盐岩含量与石漠化发生率呈正相关关系。碳酸盐岩含量较高的三种岩性在25°~45°坡地石漠化发生率最高,含量较低的岩性石漠化发生率高峰在35°~60°,同时发现所有岩性的石漠化发生率在3°~8°坡度区间存在小高峰,这与坡脚普遍的顺坡耕种有关。断层与石漠化关系密切,中度以上石漠化集中分布在断层周围1.5km内。石漠化景观以棕色石灰土和石质土发生的石漠化占主导。石漠化与土壤层的厚度和发育程度有关,厚度越小,发育程度越弱,越易产生石漠化,石质土、石灰土和粗骨土土壤上的石漠化最严重。
(2)通过多元逐步回归、冗余分析(RDA)研究了不同尺度喀斯特石漠化与相关因子的关系,探索石漠化的空间分布规律及尺度差异性。研究结果表明,自然因素对石漠化分布的影响大于人为因素,人为作用的影响随着石漠化等级的提高而增大。石漠化空间分布的控制因子存在尺度转移。在县级尺度上,土壤类型起决定性作用,石质土对石漠化的贡献率最大;在乡镇尺度上,地形与土地利用类型的影响更重要。两个尺度上,极强度石漠化均表现为人为活动的结果。
(3)运用统计学和景观生态学的理论方法,分析了研究区喀斯特石漠化的演变及其驱动因子。1990-2005年的15年间研究区石漠化面积明显扩张。石漠化景观以轻度石漠化为基质,极强度石漠化受人为影响最大,形状最简单。整个景观由零星破碎的状态逐渐向集中连片发展。研究期间石漠化变化最多的是轻度与中度石漠化的转换。中度以下石漠化与相邻等级转换最多,强度以上石漠化来源组分较复杂。石漠化五种转变类型的面积排序为转入>转出>不变>加剧>减轻。石漠化的改善和恶化过程同时进行,恶化的速度远远大于改善的速度。两个时期各个等级石漠化的影响因素均发生了变化。1990年对石漠化影响最大的是城镇影响力,2005年变为裸岩地。15年来对石漠化贡献最大的三个因子始终为:城镇影响力、裸岩地和石质土,呈显著作用的因子包括人类压力、土地利用、土壤、环境地质和地形,其中人类压力和土地利用是主导因素,土壤,岩性,地形和环境地质是限制因素。
(4)运用GIS的空间分析探讨了石漠化在不同自然背景空间的发展与演变。从坡度来看,32年来石漠化集中分布在25°~60°之间。从高程来看,它集中分布在海拔400-1200m之间。中度石漠化随高程的增加更容易发生。1973-1990年强度石漠化的扩展主要发生在700m以上。1990-2005年扩展的强度石漠化多分布于200-500m和900-1200m两个区间,极强度石漠化主要分布在800-1200m。从土壤类型来看,石灰土、石质土和粗骨土一直是石漠化多发的脆弱地带。从地质岩性来看,以石灰岩发生的石漠化占绝大多数。
(5)专门探讨了石漠化的演变特征及其人文驱动。从四个方面描述了区域内30多年来石漠化的演变。数量上石漠化的总面积先急剧减少后缓慢增加。从1973年的3.05×103km2减少到1990年的2.37×103km2,后至2005年期间内缓慢增加到2.69×103km2;依据不同县的石漠化景观格局特征,将其分为四类;1973-1990年研究区西部县市大部分石漠化越来越严重,东边及中部大部分恢复或者减轻,而1990-2005年研究区普遍情况恶化,仅局部地区有好转;32年来石漠化斑块的连续变化类型中,以单变的比例最大,占到总面积的60%左右。石漠化的分布随人为活动强度的提高而降低,呈显著线性关系。30多年来人口急剧增长和政策规划在总体上控制着石漠化的发展方向。石漠化的变化在1973-1990年期间主要由人口增长、农业和工业活动导致,1990-2005年期间农业的影响减少,转移到人口增长和工业活动上。
(6)运用RS&GIS技术和灰色关联方法实现了快速可靠的石漠化危险度评价。并据此把区域划分为5个危险区,从固定效应方面描述了不同分区的特征。