贵州喀斯特地区土地石漠化动态监测技术研究

　　摘要:在介绍贵州喀斯特地区土地石漠化及其危害的基础上，着重阐述了基于RS和GIS技术监测石漠化的意义以及3S技术在贵州喀斯特山区土地石漠化现状调查中的应用，针对贵州喀斯特山区的特点及发展趋势，提出了相应的石漠化治理政策和措施。探讨了应用RS和GIS技术来研究石漠化问题的重要的现实意义。
　　关键词：贵州，喀斯特，石漠化，防治对策，3S技术
　　喀斯特土地石漠化指的是在湿润气候条件下，受喀斯特作用及人类不合理活动的干扰，喀斯特地表土层流失殆尽、基岩大面积裸露，呈现出一种无土无水无林、类似于荒漠化的景观现象与过程。多年来，由于技术手段落后，贵州的石漠化始终没有一个可信的数据，在3S(RS、GIS、GPS)技术高度发展的今天，利用这一技术研究贵州的水土流失动态和石漠化状况十分必要。
　　一、贵州喀斯特石漠化的现状与形成
　　1.1贵州省喀斯特石漠化的现状
　　有关资料显示，我国西南地区的喀斯特地貌面积为54万平方公里，是世界上最大的裸露型岩溶区，全省喀斯特地貌面积13万平方公里，占全省总面积的73.8%；全省87个县市区中，有喀斯特地貌分布的县市区达83个，占全省县市区的95%；全省91.7%的耕地、85.3%的农业人口、94%的粮食产量、95.7%的国民生产总值来自于喀斯特分布地区，喀斯特地貌成为贵州省地貌的最大特征。从石漠化的地理分布来看，贵州省处于我国西南地区石漠化的几何中心，是我国石漠化面积最大、灾害最严重的省份。据统计，目前，贵州省有土地石漠化现象的县市区达77个，占全省县市区的88.5%；全省石漠化的土地面积达35920平方公里，占贵州省国土总面积的20.39%，而且土地石漠化正以每年900多平方公里的速度扩展。
　　1.2贵州喀斯特石漠化的形成
　　（-）特殊的气候为石漠化的形成发展提供了有利条件
　　贵州高原河川径流的径流深和径流量均比较大，年内分配不均，洪枯流量比高，河流切深，相对高差大，地表侵蚀切割强度大，雨季汛期水土流失动力强劲。当植被遭受破坏或暴雨时，极易造成水土流失，形成石漠化。岩溶地下水则一方面溶蚀、侵蚀，使灰岩溶蚀残余物以及上覆土壤随地表水进入并残积于空间介质中；另一方面，又携带搬运它们，不断让出新的空间，使石漠化过程不断进行。更为严重的是贵州喀斯特地区地下水位一般大于50m，大者上100m，大气降水垂直渗流带厚，很不利于表层土壤涵养，一到旱季植被枯死，为土壤侵蚀与丢失提供了潜能，有利于石漠化进程。四季分明、水热同期的气候特点，既是加剧水土流失，加速石漠化的主要成因，同时又有利于绿色植被生长，为石漠化的逆转进程提供了有利条件。
　　（二）钙生性环境对植被生长的选择限制作用强
　　喀斯特山区是一种典型的钙生性环境，组成其生态环境基底的化学元素主要为Ca、Mg、Si、Al、Mn、Fe等富钙亲石元素，而植被生长所需的N、P、K等营养型元素则相对匮乏；加之土层浅薄，岩体裂隙、漏斗发育，地表干旱严重，许多喜酸、喜湿、喜肥的植物在这里难以生长，植被的退化又加剧了降雨在时空上的不均匀性，降低了水土稳定性。典型的喀斯特区域，土层浅薄，植被稀疏，随着森林覆盖率的降低，喀斯特土壤失去了植被的保护后，地表水下渗，很快产生侧向径流，使得松散的土层被地表径流所侵蚀，土壤流失，母岩出露，形成石漠化。
　　（三）、社会环境加速了喀斯特石漠化的形成
　　形成我省大面积石漠化景观，固然有地质构造上的客观因素，但是，我们又清醒地认识到，更关键、更主要的是由于受人为活动的影响特别是对森林植被肆意破坏，造成土壤严重侵蚀(以水蚀为主)、土地退化、生产力逐年下降而形成。人类违背自然规律，对土地、森林等自然资源的掠夺性经营是导致土地严重石漠化的最根本的最深层次的原因。森林过伐和过度垦殖破坏了原生或次生植被，使水土流失愈演愈烈，最终产生了石漠化土地。
　　二、“3S”技术在贵州石漠化调查中的应用
　　关于贵州喀斯特石漠化现状的遥感解译，胡宝清等人在“气象卫星遥感技术的应用研究”课题中,采用RS和GIS技术,对广西都安喀斯特石漠化程度分级状况与驱动因素进行全面调查,建立了全县1∶10万喀斯特石漠化数据库。以RS与GIS一体化为分析手段,以TM影像为背景资料,辅以地形图、土地利用图、土壤图、地质图以及GPS实测数据库等相关资料,在综合分析的基础上,建立石漠化分级的遥感影像解译指标体系,生成都安县石漠化分级分布图和数字化岩性图,并从空间相关性的角度阐明了不同级别石漠化与碳酸盐岩岩性之间的内在联系。在石漠化现状的遥感解译中应利用多学科结合的优势进行相关分析，并与岩性岩组图、坡度图、土地利用图等数字化图件及其它非遥感信息叠加，结合野外GPS定位观察，研究石漠化土地形成的各种相关关系和分布规律，以统一的标准对全省石漠化进行研究。依托遥感与地理信息系统所需要的计算机软硬件环境进行，以能满足贵州省石漠化遥感调查工作和石漠化数据集成工作为标准，由人机交互图像判读系统和数据集成系统构成。
　　2.1 人机交互图像判读系统
　　石漠化专题数据采集以陆地卫星TM、ETM、SPOT等数字图像作为主要信息源，微机操作系统可采用ENVI、ARCVIEW、ARC／INFO、MAPGIS等作为人机交互判读及数据处理的软件。
　　熊康宁、黎平、兰安军等人进行了“喀斯特石漠化的遥感—GIS典型研究”项目,利用“3S”技术,建立了石漠化遥感解译指标体系（补充）石漠化遥感调查作业流程，采用人机交互的判读分析方法，根据2000年TM（4、3、2合成）影像及典型地区TM7个波段数据，其遥感解译工作在ARCVIEW和ENVI平台上进行，同时叠加对应的土地利用图、地形图、坡度图、地质图，并参考其它相关资料及图件，分析石漠化类型、植被覆盖度、地表组成物质等状况，确定石漠化强度后，在微机屏幕上直接进行石漠化强度勾绘、制图，作业比例尺1:10万，时相尽量选择冬季图像，资料选择最新版本的1:10万比例尺或1:5万地形图及水文地质图，收集与石漠化遥感调查有关的图件和文字资料，建立石漠化类型和强度分级遥感解译模式和解译标志，同时用GPS定位对比TM影像特征和光谱特性，拍摄相应的野外实况照片，用于石漠化强度判读分析。

　　图3.1：技术路线框图
　　2.2石漠化遥感调查工作流程
　　石漠化遥感调查工作流程是土地利用图转换成土壤侵蚀图、图斑识别方法、图斑抠挖及分割、土壤侵蚀图的结果统计分析等，具体解译工作流程见图2：

　　
　　图3.2：解译工作流程图
　　通过以上步骤，并以野外资料为依据，在初判石漠化图基础上不断修订，最终生成满意的石漠化图，再利用ArcView的数据统计功能，统计出各类侵蚀类型的具体数值，并制成图表，以利于进行分析。
　　2.3石漠化遥感影像的判读指标
　　2.3.1地表质地指标
　　碳酸岩区多发育峰从、峰林、丘峰、丘陵、洼地等地貌形态，具有清楚的影像图形特征，但也有少部分发育侵蚀—溶蚀山地，与常态地貌难以识别，故要借鉴于套合的地质岩性图进行解译。
　　2.3.2坡度指标
　　当地表质地和植被状况一定时，石漠化等级主要取决于地貌坡度，坡度等级主要从坡度图上获取，也可参照影像阴影的深浅获取。
　　2.3.3植被指标
　　当图斑质地和坡度确定以后，图斑勾绘和侵蚀等级判定的指标就是植被、植被覆盖度、植被结构信息等从影像色调深浅及色相确定。一般标准假彩色影像的特征如下表:
　　表3.1：石漠化分级系统及其影响特征

　　三、目前存在的问题和决策
　　3.1存在的问题
　　目前应用RS和GIS技术监测石漠化的研究还处于起步阶段，工作中存在的主要问题如下:①石漠化调查资料缺乏。石漠化资料缺乏主要表现在大比例尺方面和资料不齐全方面，难以找到针对性强的石漠化调查资料。②应用RS和GIS技术监测石漠化还没有形成较合理、完善的研究方法，也谈不上信息共享和实际应用。③还没有建立基于RS和GIS技术的石漠化预警预报模型和运行系统。
　　3.2对策
　　3.2.1建立防治石漠化的法规体系
　　为使防治石漠化土地的伟大事业顺利实施，做到有章可循，行之有效，应建立完善的法规。除认真贯彻国家已经公布实施的《中华人民共和国土地管理法及实施条例》、《中华人民共和国森林法及实施条例》、《中华人民共和国水土保持法》及贵州省的相关地方法规及实施条例外，要对防治石漠化土地防治工作中容易发生误解、歧义、争执的问题做出明文的规定，形成行政规章，经省人民政府发布施行。
　　3.2.2RS与GIS技术的应用对策
　　遥感技术可提供最新现势资料，进行快而省的石漠化调查；利用GIS可以进行快速的石漠化调查数据分析与评价，可以提高石漠化调查与评价结果资料的可用性。GIS技术能够以数字的形式有效地管理石漠化调查与评价活动积累的大量空间数据和属性数据。数值型的石漠化调查评价结果资料在应用时极其方便、高效，具有很好的发展前景。近年来，在土地利用变化、土壤侵蚀变化、生态环境质量变化、国土资源调查等方面RS和GIS技术都得到了广泛的应用。因此，将此技术用于项目实施期间的石漠化治理效益遥感监测是完全可行的。在石漠化治理恢复区，通过特定时段的遥感影像所获取的环境信息动态监测数据，可以得到地表覆被、石漠化强度等信息的动态变化，为治理过程中的生态恢复效果提供有效的信息。近几年高分辨率遥感图像的商业化，为石漠化监测提供了丰富的多光谱、多遥感平台、多分辨率的遥感影像资料，使迅速获取数据、缩短更新周期、降低成本成为可能，成为石漠化监测可靠的新数据源。
　　3.2.3石漠化防治的措施
　　石漠化防治要全面贯彻可持续发展的战略思想，调整地区产业结构。政府要引导千家万户，在市场机制的引导下，尊重自然规律，从实际情况出发，因地制宜地发挥当地自然资源优势，发展与资源、环境相适合的“特色农业”，调整区域的农、林、牧、渔的产业结构，形成“一村一品、一乡一业”的特色农业经济，大力发展农村沼气、小水电，缓解农村生活能源紧缺状况，制定清洁能源使用的鼓励政策解决能源紧缺问题；因地制宜发展生态产业，增加群众收入。加速石漠化区域人工封育成林。在喀斯特的石质山区，可通过人工封山育林，促进植被的迅速恢复，充分发挥大自然生态自我修复能力，加快石漠化治理步伐。贵州通过退耕还林、封山育林、坡改梯、砌墙保土、改良土壤、开发岩溶水、种植适生经济作物等措施，在石漠化防治、植被恢复、生态环境综合治理等方面取得了突出成果。各地干部群众积极参与，大胆实践，在石漠化治理方面积累了许多成功的经验，并探索出不同的治理模式，如:小流域综合治理模式；生态经济治理模式；封山育林模式；生态农业模式、混农林复合型综合治理模式等。
　　四、结语
　　我省以防治石漠化土地为重点的生态建设是一个跨部门、跨学科、跨地区的生态、经济、社会系统，由林业、国土、农业、水利、重点扶贫等多个子系统组成，信息量大，协调任务重，必须利用现代化的管理理念，管理组织，采取现代化的管理方法，依靠现代化的管理工具，建成现代化的监管系统。应用RS和GIS技术来研究石漠化问题，可以实现快速更新和提供现势石漠化调查与评价资料，建立石漠化预警预报模型和运行系统，从而为西部地区生态建设与保护、石漠化的整治提供科学依据，最终对顺利实施西部大开发战略，改善西部生态环境，帮助西部地区脱贫致富、增加农民收入和地方经济可持续发展有着重要的现实意义。
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