陳金珂,蒲俊兵,李建鴻,張 陶,王賽男,曾 銳

(1.重慶市巖溶環(huán)境學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院,重慶 400715;2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所/自然資源部 廣西巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 桂林 541004)

我國(guó)西南巖溶區(qū)是世界上連片分布的、面積最大的碳酸鹽巖分布區(qū)[1]。該區(qū)域土層薄、土壤有機(jī)質(zhì)含量低，植被覆蓋狀況差，導(dǎo)致土壤抵御侵蝕的能力較弱，一經(jīng)破壞極易造成嚴(yán)重的土地退化問題[2]。土壤侵蝕和石漠化是巖溶區(qū)土地退化的兩個(gè)階段[3]，土壤受到擾動(dòng)發(fā)生侵蝕，當(dāng)侵蝕達(dá)到一定的程度，基巖大面積裸露，形成石漠化。因此，石漠化與土壤侵蝕存在一定的因果關(guān)系，土壤侵蝕是石漠化的早期階段，石漠化是土壤侵蝕的終極狀態(tài)[4]。最新的《中國(guó)·巖溶地區(qū)石漠化狀況公報(bào)》數(shù)據(jù)顯示，2016年底，巖溶區(qū)石漠化面積為10.07萬km2，約占巖溶區(qū)面積的22.3%，國(guó)土面積的9.4%，共涉及貴州、云南等8個(gè)省，457個(gè)縣(市、區(qū))[5]，其中貴州省石漠化面積最大，為2.47萬km2，其次是云南省，面積達(dá)2.35萬km2[5]。由此可見，目前石漠化和土壤侵蝕仍是區(qū)域突出的生態(tài)環(huán)境問題，對(duì)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展和脫貧攻堅(jiān)帶來巨大的挑戰(zhàn)。前人研究發(fā)現(xiàn)石漠化和土壤侵蝕受地形影響較大，尤其是坡度對(duì)于二者的影響更加顯著[6]。進(jìn)行巖溶區(qū)不同坡度范圍內(nèi)石漠化和土壤侵蝕的定量分析，理清二者的關(guān)系對(duì)石漠化和土壤侵蝕精準(zhǔn)治理具有重要的參考價(jià)值，對(duì)于巖溶區(qū)的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、政治等各方面健康發(fā)展具有非凡意義。

非巖溶區(qū)較早開展土壤侵蝕研究，體系較為完善，但巖溶區(qū)土壤侵蝕與石漠化研究工作開展較晚，且由于巖溶區(qū)具有較大的空間異質(zhì)性并存在地上流失和地下漏失兩種情況，野外定位觀測(cè)難度較大，其影響因素以及定量評(píng)價(jià)等一些科學(xué)、技術(shù)問題仍需要進(jìn)一步的解決[7]。近年來很多學(xué)者在巖溶區(qū)石漠化和土壤侵蝕定量評(píng)價(jià)以及影響因素分析等方面做了較多研究。在石漠化和土壤侵蝕影響因子研究方面，Chen等[8]以西南巖溶流域?yàn)槔捎媒惶嬉蜃幽Ｐ吞骄扛鱾€(gè)因子對(duì)于土壤侵蝕的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)坡度、植被覆蓋與管理因子、水土保持因子與土壤侵蝕量呈正相關(guān)。Li等[9]利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法研究巖溶山區(qū)流域巖性—地貌對(duì)于產(chǎn)沙量的影響，結(jié)果表明控制年產(chǎn)沙量的主要巖性—地貌因子為巖溶覆蓋率、水系密度、地形起伏等。Huang等[6]以西南后寨河為例，應(yīng)用GIS技術(shù)對(duì)巖溶流域土地退化的發(fā)生機(jī)制進(jìn)行預(yù)測(cè)，認(rèn)為坡面坡度、海拔是影響石漠化的重要因素。在石漠化和土壤侵蝕關(guān)聯(lián)性方面，王濟(jì)等[10]利用室內(nèi)模擬的方法探討不同裸巖率下我國(guó)西南地區(qū)的土壤侵蝕特征，結(jié)果表明坡面輸沙率和土壤侵蝕量隨著裸巖率的升高而降低。羅旭玲等[11]進(jìn)行了貴州沿河縣不同巖性影響下土壤侵蝕和石漠化關(guān)系研究，研究認(rèn)為在不同巖性背景下石漠化和土壤侵蝕不存在單一相關(guān)性。Dai等[12]采用人工試驗(yàn)方法探究石漠化地區(qū)裸露邊坡徑流和侵蝕過程，發(fā)現(xiàn)地表產(chǎn)沙量隨著裸巖率增加先增加后減少。彭旭東等[13]通過人工模擬的方法探究巖溶區(qū)石漠化過程中地表地下產(chǎn)沙特征，發(fā)現(xiàn)隨著石漠化強(qiáng)度加劇其地表越不易發(fā)生侵蝕，而石漠化強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)土壤流失以地下漏失為主。以上研究大多是探究影響石漠化和土壤侵蝕的影響因素或者是通過試驗(yàn)?zāi)M的方法和從巖性角度研究石漠化和土壤侵蝕的關(guān)系，而從坡度方面對(duì)二者的分布特征和關(guān)系進(jìn)行探討的較少。

坡度較大將會(huì)使得土壤在受到外力作用時(shí)，極易發(fā)生流失，如不加強(qiáng)坡面保護(hù)，將會(huì)誘發(fā)嚴(yán)重的石漠化問題。由于巖溶斷陷盆地區(qū)地形變化急劇，坡度因子對(duì)于該區(qū)域石漠化和土壤侵蝕的影響將更為顯著。因此，本研究借鑒前人的研究成果，利用RUSLE模型進(jìn)行南洞地下河流域土壤侵蝕評(píng)價(jià)、借助于像元二分法模型評(píng)價(jià)石漠化狀況嘗試回答以下科學(xué)問題:(1) 典型巖溶流域石漠化和土壤侵蝕強(qiáng)度如何。(2) 典型巖溶流域不同坡度下石漠化和土壤侵蝕分布特征及存在何種關(guān)系，以期為政府部門進(jìn)行石漠化和土壤侵蝕防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

南洞地下河流域隸屬于云南省紅河哈尼族彝族自治州蒙自市、開遠(yuǎn)市和個(gè)舊市，流域面積約1 618 km2，屬珠江流域紅水河上游南盤江水系，年徑流量約2.59億m3/a，是西南地區(qū)第三大地下河系統(tǒng)[14]，也是最為典型的巖溶流域。

南洞地下河流域位于北回歸線附近(圖1)，屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，年均溫20.2℃[15]。降雨因地貌差異存在明顯的垂直地帶性，盆地區(qū)多年平均降雨量約為800 mm，高原區(qū)約為1 200 mm，主要集中在6—9月，季節(jié)差異顯著，干濕季分明[16]。在地質(zhì)構(gòu)造方面，區(qū)域位于康滇菱形板塊東南角，受西北、近南北兩條斷裂和紅河大斷裂帶的影響，其宏觀地形由斷陷盆地與周邊的巖溶高原和丘陵組成[17-18]。在巖性方面，東部高原山區(qū)和西部盆地底部均為三疊系中統(tǒng)碳酸鹽巖，第三系、第四系沉積物主要分布于盆地內(nèi)[18]，其中裸露型巖溶區(qū)面積約為950 km2，占區(qū)域總面積59%，覆蓋型巖溶區(qū)面積約為668 km2，占區(qū)域總面積41%。裸露型巖溶區(qū)土壤多是由石灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r發(fā)育而成，覆蓋型巖溶區(qū)的土壤則是由砂頁巖發(fā)育而成也包括古近系以來的沉積物，主要土類為石灰土、紫色土、紅壤[15]。總體上該區(qū)域植被覆蓋度較低，原有森林植被遭受破壞，現(xiàn)存森林大多是人工林，植被類型以灌叢為主，主要包括:矮灌叢、疏林灌叢、荒草灌叢[15]。

圖1 南洞地下河流域區(qū)位圖及巖溶類型

區(qū)域人口與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)主要集中于盆地地區(qū)，山區(qū)人口較少，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)以種植業(yè)為主，農(nóng)民收入水平較低。同時(shí)由于陡坡開荒、過度墾殖等人類活動(dòng)的嚴(yán)重破壞，巖溶山區(qū)生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重退化，土壤侵蝕、石漠化問題突出。根據(jù)王宇等[19]在云南的調(diào)查研究顯示，2014年蒙自市重度石漠化面積達(dá)759.52 km2。雖然近年來地方政府采取了一系列措施來改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況，但是石漠化形勢(shì)依然嚴(yán)峻，土壤侵蝕問題仍舊不可忽視。

2 數(shù)據(jù)來源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括區(qū)域地質(zhì)圖、2016年日降水?dāng)?shù)據(jù)、土壤類型和質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)(DEM)、以及Landsat8數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源見表1。

表1 數(shù)據(jù)來源

2.2 RUSLE模型

本文采用廣泛應(yīng)用的RUSLE模型計(jì)算土壤侵蝕模數(shù)及土壤侵蝕量，其表達(dá)式如下:

A=R×K×L×S×C×P

(1)

式中:A為土壤侵蝕模數(shù);R為降雨侵蝕力因子;K為土壤可蝕性因子;L為坡長(zhǎng)因子;S為坡度因子;C為植被覆蓋與管理因子;P為水土保持措施因子。

因巖溶區(qū)域特殊的地質(zhì)構(gòu)造以及石漠化現(xiàn)象的存在，RUSLE模型的傳統(tǒng)算法在一定程度上會(huì)高估土壤侵蝕量。因此Gao等[21]基于Dai等[12]提出的地表沉積物與裸巖率的關(guān)系對(duì)RUSLE模型進(jìn)行了修正，使其適宜于巖溶區(qū)土壤侵蝕評(píng)價(jià)，其修正方法如下:

A=(1-0.0762×a)×R×K×L×S×C×P

(2)

式中:a的取值方法見表2。

表2 不同裸巖率下a的取值

根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，本研究中覆蓋型巖溶區(qū)土壤侵蝕模數(shù)的計(jì)算采用公式(1)，裸露型巖溶區(qū)土壤侵蝕模數(shù)的計(jì)算采用公式(2)。

(1) 降雨侵蝕力因子。降雨侵蝕力是指降雨引起土壤侵蝕的潛在能力[22]。降雨侵蝕力的計(jì)算一般采用經(jīng)典算法EI30，但是該算法需要大量的自記降雨資料，一般難以獲取。因此許多學(xué)者提出了降雨侵蝕力的簡(jiǎn)易算法。胡續(xù)禮等[23]的研究表明CREAMS模型計(jì)算降雨侵蝕力具有較高的精度。

R=1.03×Pi1.51(Pi>P0)

(3)

式中:Pi為日降水量;P0為侵蝕性降水量閾值。根據(jù)楊子生在滇東北的研究，區(qū)域內(nèi)侵蝕性降雨的基本雨量標(biāo)準(zhǔn)為9.2 mm[21]。

(2) 土壤可蝕性因子。土壤可蝕性因子是指土壤抵抗流水沖刷和侵蝕的能力。對(duì)于K值的計(jì)算比較成熟的有Wischmeier提出的田間實(shí)測(cè)法和諾謨圖法以及EPIC模型，但是由于田間實(shí)測(cè)法要耗費(fèi)大量的人力，財(cái)力，許多學(xué)者通過研究證明了諾謨圖法不適合中國(guó)土壤可蝕性因子的計(jì)算[24]。因此本研究K值的計(jì)算選擇Williams提出的EPIC模型[25]，其計(jì)算公式如下:

(4)

式中:SAN為砂粒含量百分比；SIL為粉砂含量百分比；CLA為黏粒含量百分比；C為有機(jī)質(zhì)含量百分比，SN=1-SAN/100。

(3) 坡度坡長(zhǎng)因子。地形對(duì)于土壤侵蝕具有較大的影響，地形平坦能夠降低重力勢(shì)能，進(jìn)而減小土壤侵蝕發(fā)生的可能性，相反地形高差大則會(huì)增加重力勢(shì)能，在一定程度上就會(huì)增加土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)。利用研究區(qū)30 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)采用劉斌濤[26]提出的西南土石山區(qū)坡度因子的修正算法以及張宏鳴研發(fā)的LS-TOOL進(jìn)行坡度S和坡長(zhǎng)L因子的計(jì)算，其計(jì)算方法如下

LS=L×S

(5)

L=(λ/22.13)α

(6)

α=β/(β+1)

(7)

β=sinθ/[3sinθ0.8+0.56]

(8)

(9)

式中：θ為坡度；λ為坡長(zhǎng)，α為坡長(zhǎng)因子指數(shù)。

(4) 植被覆蓋與管理因子。植被覆蓋與管理因子是土壤侵蝕的抑制性因子，充足的植被覆蓋與良好的管理措施有助于減緩?fù)寥狼治g速率，減少土壤侵蝕量。目前對(duì)于C值的計(jì)算還未有統(tǒng)一方法，參照蔡崇法[27]、許月卿[28]等人的研究結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行C因子賦值，賦值方法見表3。

表3 不同土地利用類型下的C值

(5) 水土保持措施因子。水土保持措施因子是指采取專門措施后的土壤流失量與順坡種植時(shí)的土壤流失量的比值，其值在0～1之間，0表明不發(fā)生水土流失，1表示未采取任何水土保持措施[29]。P因子一般是根據(jù)土地利用類型進(jìn)行賦值，根據(jù)許月卿[28]、楊子生[30]等的研究以及野外觀測(cè)P值賦值方法見表4。

表4 不同土地利用下的p值

2.3 石漠化遙感解譯

從地理空間數(shù)據(jù)云獲取Landsat 8數(shù)據(jù)，在ENVI 5.3中經(jīng)過輻射定標(biāo)、大氣校正等處理后，計(jì)算南洞地下河流域歸一化植被指數(shù)(NDVI)，計(jì)算方法如下:

(10)

式中:NIR為近紅外波段;R為紅波波段。

在地質(zhì)圖的輔助下，對(duì)南洞地下河流域巖溶區(qū)NDVI圖層進(jìn)行裁剪以計(jì)算裸巖率。采用像元二分法模型，在置信度為5%,95%區(qū)間內(nèi)，計(jì)算植被覆蓋度(FVC)，公式如下:

(11)

式中:NDVImin為NDVI最小值;NDVImax為NDVI最大值。

根據(jù)裸巖率與植被覆蓋度的關(guān)系計(jì)算得到南洞地下河流域巖溶區(qū)裸巖率。

裸巖率=1-FVC

(12)

參照《DD2004—02區(qū)域環(huán)境地質(zhì)調(diào)查總則》，以及有關(guān)石漠化遙感解譯分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表5)[31-32]，根據(jù)裸巖率進(jìn)行石漠化等級(jí)劃分。

表5 石漠化劃分標(biāo)準(zhǔn)

將以上有關(guān)土壤侵蝕的6個(gè)因子圖層及裸巖率分布圖統(tǒng)一至30 m分辨率進(jìn)行土壤侵蝕和石漠化強(qiáng)度分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 石漠化與土壤侵蝕強(qiáng)度分析

根據(jù)前文裸巖率的計(jì)算以及石漠化等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行南洞地下河流域巖溶區(qū)石漠化等級(jí)劃分，得到南洞地下河流域石漠化分布圖(圖2)。2016年，南洞地下河流域裸露型巖溶區(qū)面積約950 km2，石漠化面積達(dá)740.64 km2，其發(fā)生率為77.96%，為石漠化的高發(fā)地區(qū)。該區(qū)域輕度石漠化面積最小，為191.02 km2，發(fā)生率為20.11%，重度石漠化面積次之，為244.11 km2，發(fā)生率為25.70%，中度石漠化面積最大，為305.51 km2，發(fā)生率為32.16%(表6)。因此南洞地下河流域巖溶區(qū)石漠化等級(jí)以中度和重度為主，該結(jié)果與涂杰楠等[33-34]在南洞地下河流域南部和東山生態(tài)治理區(qū)以及王宇等[19]在云南的石漠化調(diào)查結(jié)論存在一致性。

表6 石漠化面積及發(fā)生率

圖2 南洞地下河流域石漠化和土壤侵蝕模數(shù)狀況

在區(qū)域地質(zhì)圖輔助下將南洞地下河流域土壤侵蝕圖分為覆蓋型巖溶區(qū)和裸露型巖溶區(qū)。參照SL190—2007《土壤侵蝕分類分級(jí)中水力侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》和SL461—2009《巖溶地區(qū)水土流失綜合治理標(biāo)準(zhǔn)》分別對(duì)南洞地下河流域覆蓋型巖溶區(qū)和裸露型巖溶區(qū)進(jìn)行土壤侵蝕等級(jí)劃分。覆蓋型巖溶區(qū)土壤侵蝕面積為444.54 km2，發(fā)生率為66.55%，土壤侵蝕模數(shù)為688.41 t/(km2·a)(圖2)。根據(jù)前人對(duì)地勢(shì)較為平坦的非巖溶區(qū)域的研究，土壤侵蝕模數(shù)大致在462～1 918 t/(km2·a)范圍內(nèi)[35-36]。該區(qū)域以微度侵蝕為主，隨著土壤侵蝕等級(jí)的升高，土壤侵蝕面積減小。其中微度侵蝕面積為276.30 km2，發(fā)生率為41.36%，輕度侵蝕面積為118.01 km2，發(fā)生率為17.67%。中度、重度和極強(qiáng)度面積較小，分別為27.39 km2，13.80 km2，8.37 km2。劇烈侵蝕面積最小，為0.67 km2，發(fā)生率僅為0.10%(表7)。

裸露型巖溶區(qū)土壤侵蝕面積為688.86 km2，發(fā)生率為72.51%，土壤侵蝕模數(shù)為1 096.35 t/(km2·a)(圖2)。前人對(duì)于貴州、廣西、云南等巖溶區(qū)侵蝕模數(shù)的計(jì)算穩(wěn)定在880～2 870 t/km2[37-38]，本研究結(jié)果與此存在較大一致性。該區(qū)域土壤侵蝕以輕度和中度為主，侵蝕面積隨著侵蝕等級(jí)的升高先增大后減小。中度侵蝕面積最大為273.55 km2，發(fā)生率為28.79%，其次是輕度侵蝕，為139.34 km2，發(fā)生率為14.67%。強(qiáng)度土壤侵蝕面積為102.78 km2，發(fā)生率為10.82%。微度、極強(qiáng)度土壤侵蝕面積較小，為76.26 km2,65.20 km2，發(fā)生率為8.03%,6.86%。劇烈侵蝕面積最小，為31.73 km2，發(fā)生率僅為3.34%(表8)。

表8 裸露型巖溶區(qū)土壤侵蝕面積及發(fā)生率

3.2 裸露型巖溶區(qū)不同坡度下石漠化和土壤侵蝕強(qiáng)度分析

根據(jù)巖溶區(qū)水土流失綜合治理標(biāo)準(zhǔn)[39]，將坡度劃分為<5°,5°～8°,8°～15°,15°～25°,25°～35°，>35°等6個(gè)等級(jí)。裸露型巖溶區(qū)石漠化面積隨著坡度等級(jí)的升高先增加后減少，主要分布在5°～25°坡度范圍內(nèi)，該范圍內(nèi)石漠化面積約占石漠化總面積的78.77%(表9)。

表9 南洞地下河流域不同坡度下石漠化面積及發(fā)生率

石漠化面積在8°～15°坡度等級(jí)內(nèi)最大，為248.02 km2，其次是15°～25°范圍內(nèi)，為184.34 km2。>35°坡度等級(jí)內(nèi)石漠化面積最少，僅為13.53 km2。土壤侵蝕面積也隨著坡度等級(jí)的升高先增加后減少，也主要分布在5°～25°坡度范圍內(nèi)(表10)。該范圍內(nèi)土壤侵蝕面積占總面積的78.48%，其中最大面積發(fā)生在8°～15°坡度范圍內(nèi)，為222.85 km2。>35°坡度范圍內(nèi)土壤侵蝕面積最小，僅19.75 km2。這除了與各個(gè)坡度等級(jí)的分布面積有關(guān)外，還與人類活動(dòng)密切相關(guān)。5°～25°坡度范圍內(nèi)，人類生產(chǎn)活動(dòng)頻繁，生態(tài)環(huán)境面臨極大的挑戰(zhàn)，因此土壤侵蝕面積較大，石漠化面積也較大。石漠化發(fā)生率隨著坡度等級(jí)的升高而降低，在<5°坡度范圍內(nèi)石漠化發(fā)生率最高，為86.15%，最低是在>35°范圍內(nèi)，為61.77%。這與土地開墾的難易程度密切相關(guān)，坡度平緩區(qū)，開墾難度小，不合理的人類活動(dòng)使得石漠化發(fā)生率較高，相反坡度較陡，開發(fā)利用困難，人類活動(dòng)較少，且大部分區(qū)域?qū)嵤┝送烁€林，石漠化發(fā)生的概率就低。土壤侵蝕發(fā)生率隨著坡度的升高而升高，原因在于坡度越高土壤侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)就越大，一經(jīng)擾動(dòng)極易發(fā)生土壤侵蝕。

表10 南洞地下河流域不同坡度下土壤侵蝕面積發(fā)生率

3.3 裸露型巖溶區(qū)石漠化和土壤侵蝕分布特征耦合分析

3.3.1 不同坡度下石漠化區(qū)的土壤侵蝕狀況 將不同坡度等級(jí)下石漠化發(fā)生區(qū)的土壤侵蝕面積以及土壤侵蝕發(fā)生率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。從整體上來說，土壤侵蝕主要發(fā)生在坡度為5°～25°輕中度石漠化區(qū)(表11，圖3)。中度石漠化區(qū)的土壤侵蝕面積最大，可達(dá)207.28 km2。輕度石漠化區(qū)的面積次之，為168.13 km2。重度石漠化區(qū)面積最少，為118.64 km2。雖然輕中度石漠化區(qū)相較于重度石漠化區(qū)地表遭受破壞的程度較低，但是由于重度石漠化區(qū)土層薄，土壤總量少，土壤侵蝕的面積就會(huì)偏小。從坡度方面進(jìn)行分析:<25°坡度范圍內(nèi)土壤侵蝕面積隨著石漠化等級(jí)升高先增加后減少，中度石漠化區(qū)土壤侵蝕面積達(dá)到最大。在坡度>25°范圍內(nèi)土壤侵蝕面積隨著石漠化等級(jí)的升高而降低，輕度石漠化區(qū)土壤侵蝕面積最大。在各個(gè)坡度等級(jí)范圍內(nèi)，石漠化區(qū)的土壤侵蝕發(fā)生率則隨著石漠化等級(jí)的升高而降低，這是因?yàn)殡S著石漠化等級(jí)的升高，地表裸露程度越來越高，土壤存有量越來越少，因此在整個(gè)坡面范圍內(nèi)土壤侵蝕的發(fā)生率隨著石漠化等級(jí)的升高而降低。

圖3 不同坡度下石漠化地區(qū)各等級(jí)土壤侵蝕面積

表11 不同坡度下石漠化區(qū)土壤侵蝕發(fā)生率 %

3.3.2 不同坡度下土壤侵蝕區(qū)的石漠化狀況 為了統(tǒng)計(jì)不同坡度范圍內(nèi)土壤侵蝕發(fā)生區(qū)的石漠化狀況，將坡度、石漠化和土壤侵蝕圖層在ArcGIS中再次進(jìn)行疊加分析。從整體上來看:南洞地下河流域石漠化主要發(fā)生在5°～25°范圍內(nèi)的輕中度土壤侵蝕區(qū)(表12，圖4)。中度侵蝕區(qū)石漠化面積最大為198.49 km2，輕度侵蝕區(qū)石漠化面積次之，為108.40 km2，強(qiáng)度侵蝕區(qū)石漠化面積為73.54 km2。微度、極強(qiáng)度、劇烈侵蝕區(qū)石漠化面積分別為57.67 km2，42.71 km2，17.03 km2。從坡度方面進(jìn)行分析:石漠化面積在各個(gè)坡度范圍內(nèi)隨著土壤侵蝕等級(jí)的升高先增加后減少，在中度土壤侵蝕區(qū)石漠化面積達(dá)到最大。這主要是因?yàn)橹卸韧寥狼治g區(qū)，地表裸露程度偏高，地表缺少植被保護(hù)，土層日漸變薄，石漠化面積增多。在各個(gè)坡度范圍內(nèi)土壤侵蝕區(qū)的石漠化發(fā)生率與土壤侵蝕等級(jí)關(guān)系復(fù)雜，二者之間并不存在單一相關(guān)關(guān)系，但是大致為微度、輕度、中度土壤侵蝕區(qū)石漠化發(fā)生率較高，強(qiáng)度、極強(qiáng)度、劇烈土壤侵蝕區(qū)石漠化發(fā)生率偏低。發(fā)生率最高的地區(qū)為<5°的輕度土壤侵蝕區(qū)，發(fā)生率最低的為坡度<5°的劇烈土壤侵蝕區(qū)。這主要是因?yàn)榈燃?jí)較高的土壤侵蝕一般發(fā)生在植被覆蓋度低、坡度較陡，但是土壤存有量較大的區(qū)域。南洞地下河流域近年來實(shí)施石漠化治理工程，雖然植被在一定程度上得到了恢復(fù)，但由于該區(qū)域的土壤大部分由碳酸鹽巖風(fēng)化形成，土層較薄，所以石漠化主要發(fā)生在微度、輕度、中度土壤侵蝕區(qū)。

表12 不同坡度下土壤侵蝕區(qū)石漠化發(fā)生率 %

圖4 不同坡度下土壤侵蝕地區(qū)各等級(jí)石漠化面積

4 討 論

(1) 本文在對(duì)南洞地下河流域石漠化和土壤侵蝕進(jìn)行定量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，并對(duì)坡度影響下二者的分布特征和關(guān)系進(jìn)行分析，揭示了5°～25°坡度范圍內(nèi)是石漠化和土壤侵蝕的高發(fā)區(qū)域，同時(shí)揭示了在裸露型巖溶區(qū)土壤侵蝕主要發(fā)生在5°～25°坡度范圍內(nèi)的輕中度石漠化區(qū)，而石漠化主要發(fā)生在5°～25°坡度范圍內(nèi)的輕中度土壤侵蝕區(qū)。區(qū)域中5°～25°坡度范圍內(nèi)土地利用類型以耕地、建設(shè)用地為主，因此該范圍內(nèi)土壤受到擾動(dòng)的可能性較大，在人類活動(dòng)影響下，石漠化和土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)較高。輕度和中度石漠化地區(qū)地表遭受破壞，土壤抵御侵蝕的能力降低，在降雨和其他因子的擾動(dòng)下極易發(fā)生土壤侵蝕。重度石漠化區(qū)處于石漠化的后期階段，地表裸露程度較高，土壤幾乎流失殆盡，因此土壤侵蝕的面積偏小。中度、輕度和強(qiáng)度侵蝕區(qū)石漠化面積較大主要是因?yàn)樵谕寥狼治g的中期階段，地表缺少相應(yīng)的保護(hù)措施，同時(shí)在石漠化區(qū)采取相應(yīng)的治理措施也會(huì)使得土壤侵蝕的等級(jí)降低。巖溶區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況復(fù)雜，其遭受破壞后投資量大，恢復(fù)周期長(zhǎng)。因此要做好區(qū)域石漠化和土壤侵蝕防治工作，尤其要密切關(guān)注5°～25°坡度范圍內(nèi)的石漠化和土壤侵蝕狀況，防止無石漠化向輕度石漠化的轉(zhuǎn)移，以及中度和重度石漠化的治理。

(2) 本文利用RUSLE模型進(jìn)行覆蓋型巖溶區(qū)土壤侵蝕評(píng)價(jià)，利用修正后的RUSLE模型進(jìn)行裸露型巖溶區(qū)土壤侵蝕評(píng)價(jià)，主要是考慮到南洞地下河流域石漠化問題突出，基巖裸露率較高，如果直接利用該模型將會(huì)使得土壤侵蝕量被高估，因此采用以基巖裸露率為基礎(chǔ)的修正模型使得計(jì)算結(jié)果更加合理。但是RUSLE模型只針對(duì)坡面侵蝕，而未考慮巖溶區(qū)特有的地下漏失量，因此也存在一定的局限性，在以后的研究中除了要考慮基巖裸露率對(duì)于巖溶區(qū)土壤侵蝕的影響，更要關(guān)注地下漏失量的計(jì)算。此外，石漠化和土壤侵蝕除了與坡度有關(guān)外，還受控于植被覆蓋、降雨、巖性等多個(gè)因子，因此在以后的研究中還要加強(qiáng)對(duì)于其他因子的分析，為石漠化治理提供理論支撐。

5 結(jié) 論

(1) 該區(qū)域石漠化面積為740.64 km2，以中度石漠化為主，亟需采取石漠化治理措施。區(qū)域中覆蓋型巖溶區(qū)土壤侵蝕面積為444.54 km2，以微度侵蝕為主。裸露型巖溶區(qū)土壤侵蝕面積為688.86 km2，以輕中度土壤侵蝕為主。覆蓋型巖溶區(qū)無論土壤侵蝕發(fā)生率和土壤侵蝕模數(shù)均低于巖溶區(qū)，一是因?yàn)榍罢咧饕挥趬螀^(qū)，高差小，二是因?yàn)閹r溶山區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，當(dāng)?shù)卮迓錇榱税l(fā)展經(jīng)濟(jì)，進(jìn)行陡坡開荒。

(2) 5°～25°范圍內(nèi)是人類生產(chǎn)生活的重點(diǎn)區(qū)域，地表?xiàng)l件易于遭到改變，其面臨的生態(tài)環(huán)境壓力巨大，因此在裸露型巖溶區(qū)，石漠化和土壤侵蝕主要分布在5°～25°坡度范圍內(nèi)，其中石漠化主要發(fā)生在5°～25°輕中度土壤侵蝕區(qū)，土壤侵蝕主要發(fā)生在5°～25°輕中度石漠化區(qū)。

(3) 裸露型巖溶區(qū)各個(gè)坡度等級(jí)范圍內(nèi)，土壤侵蝕區(qū)的石漠化發(fā)生率與土壤侵蝕等級(jí)關(guān)系復(fù)雜，并不存在單一相關(guān)關(guān)系，因?yàn)槭怯啥喾N因素導(dǎo)致，并非完全由坡度決定。石漠化區(qū)的土壤侵蝕發(fā)生率隨著石漠化等級(jí)的升高而降低，因?yàn)榍捌诘膭×仪治g導(dǎo)致基巖裸露，土壤存有量會(huì)越來越少，石漠化后期甚至?xí)霈F(xiàn)無土可流的現(xiàn)象。