贵州高原石漠化敏感性与宏观地貌的空间关联分析
第37卷 第3期 中 国 岩 溶
Vol.37 No.3Jun.2018
:/DOI10.11932karst20180310
():]中国岩溶,闫利会,周忠发,谢雅婷,等.贵州高原石漠化敏感性与宏观地貌的空间关联分析[2018,373400-407.J.
췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍贵州高原石漠化敏感性与宏观地貌的空间关联分析
2323,周忠发1,,谢雅婷1,,黄登红1,闫利会1,
贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地,贵阳52.50001;
)国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心,贵阳53.50001
(贵州师范大学喀斯特研究院,贵阳51.50001;
摘 要:以中国南方典型喀斯特高原-贵州高原为研究区,通过构建石漠化敏感性评价指标体系及评价模型,()行探讨。结果表明:贵州高原石漠化敏感性以中高度敏感为主,占国土总面积的4生态环境脆弱,15.54%,利用G对贵州高原石漠化敏感度的空间分布特征及其与宏观地貌类型的空间关联格局进IS空间分析方法,
()性在0.轻度与中度、高度和极敏感等级之间相关系数均在0.不敏感区域主要305水平上显著相关,9以上;分布在低海拔平原、丘陵和台地区,轻度和中度敏感区域主要分布在高海拔丘陵、平原和台地,高度以上敏感
()发生石漠化的概率较高;不同等级敏感性之间均具有显著的正相关关系,不敏感等级与轻度敏感等级相关2
布起着重要的作用。
()区域主要分布在高、中、低山和河谷地区;地形起伏度和海拔对于石漠化的敏感性在地貌类型上的空间分4
()中图分类号:1001-4810201803-0400-08A 文章编号:X171 文献标识码:
贵州高原关键词:石漠化敏感性;地貌单元;空间关联;GIS分析;
0 引 言
贵州是中国乃至世界热带、亚热带喀斯特分布面积占比最大,喀斯特发育强烈的高原山区,具有典型的脆弱环境和复杂的人地生态系统,加上不合理的人为活动影响,致使喀斯特生态环境严重恶化,出现了
1-2]
,一系列重大的生态环境问题[同时也是我国石漠]3
。喀斯特石漠化是在喀斯特化最严重的省份之一[
盖型和浅埋藏型喀斯特,喀斯特分布面积约占全省总
[]
面积的73.39%4。
石漠化敏感性是指喀斯特石漠化地区,脆弱的生
态系统对自然和人为等因素影响的响应程度,即在自然和人为因素的影响下可能发生石漠化的概率,用石漠化敏感性指数来定量评价。开展石漠化敏感性评估,可为科学合理地开展石漠化综合治理提供一定的指导。目前,有研究者从石漠化敏感性定义、等级评价、空间分布、人类活动影响等方面入手,对石漠化的
5-10]5]
。肖荣波等[敏感性进行了研究[通过对西南地
脆弱生态环境下,人类不合理的社会经济活动造成人地生产力衰退甚至丧失,地表呈现石质荒漠景观的演变过程。贵州碳酸盐岩极为发育,喀斯特出露面积占全省国土面积的6若加上覆10.91万km2,1.92%,
地矛盾突出、植被破坏、水土流失、岩石逐渐裸露、土
区石漠化敏感性评价发现,石漠化敏感区集中分布于
]8-9
安宏峰等[研究了贵州省石漠化敏感性的动态演
贵州西部、南部,广西西部、东部以及云南东部等地。
)”、基金项目:国家自然科学基金青年基金“喀斯特峰丛洼地地貌形态耦合模式及机制研究(国家自然科学基金地区项目“喀斯特石漠化41301504,:第一作者简介:闫利会(女,河南郑州人,博士研究生,从事喀斯特环境遥感与G1981-)-mailIS研究。Eanlihui81@163.com。y
(])变研究”黔教研合KY2016012JJ字[
();地区生态资产与区域贫困耦合机制研究”贵州省研究生科研基金立项课题“基于喀斯特生态环境大数据的石漠化识别方法与演41661088
收稿日期:2017-09-20
,:通信作者:周忠发(男,贵州遵义人,教授,博士生导师,从事G1969-)-mailfa6897@163.com。IS与遥感研究。E
贵州高原石漠化敏感性与宏观地貌的空间关联分析 第37卷 第3期 闫利会等:
10]
变以及在不同地貌类型区的动态变化。李威等[基
401
于G选取影响石漠化主要的地形、植IS和RS方法,价及空间分异特征进行了研究。这些研究中的评价
国土面积的1.隆8%。地处云贵高原的东斜坡地带,
起在四川盆地和广西、湘西丘陵之间,乌蒙山、苗岭、大娄山、武陵山构成贵州高原的基本骨架,全省地势西部最高,中部次之,向北、东、南三面倾斜,最高点在海拔在黔东南州的黎平县地坪乡水口河出省界处,海韭菜坪,海拔29素有“贵州屋脊”之称,最低00.6m,
被、坡度和土壤4个因子对贵州省石漠化敏感性评方法存在指标体系不一,评价的侧重点不统一,相应的评价结果存在差异以及对敏感性空间上的分异还需深入,对于喀斯特特殊的地貌类型和石漠化敏感性例,结合1∶1分析不同地貌形00万数字地貌数据库,
]9
。文章以贵州高原为之间的影响关系则少有评价[
)。地貌类型复杂多样,左右(图1但主要表现为成因不同的两大地貌系列,即以流水作用为主导的剥蚀—
拔为1为贵州境内最低点,平均海拔1147.8m,00m
态类型区的石漠化敏感性特征及二者之间的相关性,对石漠化综合治理在不同地貌类型区科学合理布局具有一定的指导意义。
侵蚀地貌系列和以岩溶作用为主导的岩溶地貌系列,大地貌类型主要有:高原、丘原、山原、高中山、中山、候类型为亚热带季风气候区,气候温和湿润,降水较
[1]
。气低中山、低山、丘陵、盆地、台地和平原11种1
1 材料与方法
1.1 研究区概况
天左右,多年平均降水量达1100-1300mm。气候近和地理纬度的影响,热量受海拔高度的影响大,温度垂直变化明显。地带性植被为中亚热带常绿阔叶
多,雨热同季,年平均气温在1无霜期25℃左右,70资源丰富,年平均气温受海拔、地形影响甚于离海远
,北纬2东毗湖南,西连云南,南邻广4°37′-29°13′
、贵州位于中国西南部,东经103°36′-109°35′
西,北接四川和重庆,国土面积1占全国76167km2,
林,植被类型多样,主要有阔叶林、针叶林、竹林、灌丛
图1 贵州地理位置与地形特征
Fi.1 MahowineorahiclocationandtoorahfGuizhouPlateaugpsgggppgpyo
402
中国岩溶 2018年
及灌草丛等。贵州处在长江和珠江两大水系上游地带,河流数量较多,河网密度为“0.71km·km-2,
是境的优劣直接影响两江”上游和西南地区重要的生态屏障区“两江”上游和整个大西南的生态,其生态环安危,担负着国家生态建设和环境保护的重大责任,生态地位十分重要,但是石漠化问题依然严重,根据2010年贵州喀斯特石漠化遥感调查结果,喀斯特石漠化等级类型齐全,石漠化分布复杂[
12]
1.2 石漠化敏感性指数评价方法
。石漠化敏感性等级划分为:极敏感、高度敏感、中度敏感、轻度敏感和不敏感五个等级。选取岩石裸露率、地形坡度、植被覆盖度作为评价因子,根据各单因子的分级及赋值(表图进行乘积计算、聚合分析后再进行重分类和最小图
1),将各单因子敏感性影响分布斑去除等,得到石漠化敏感性空间分布图[
13]
S。1式中:S=Di×Pi×Cii为i评价区域石漠化敏感性指数;DP(1
C)i为i评价区域碳酸岩裸露面积百分比(岩石裸露率、i、i)
、地形坡度和植被覆盖度。
岩石裸露率(Di质图,以面积百分比69×;6地形坡度9窗口分别计算各窗口碳酸盐岩出露
)
是根据贵州省1∶20万水文地(Pi地形分析提取;植被覆盖度)
根据(C1∶20万地形图进行i1)
采用2011年ALOSV0m分辨率遥感影像图进行影像预处理及植被I计算。
ND-表1 石漠化敏感性评价指标体系及分级标准
[13]
Tableo1f roIcnkdyexdessyesrtteifmaicatnidongrsaednisnitgivs
ittay
ndards石漠化碳酸盐岩出地形植被覆分级赋分级敏感性露面积/%坡度/°盖度值/S标准不敏感≤10≤5≥0.811.0~2.0轻度敏感10~305~80.6~0.832.1~4.0中度敏感30~508~150.4~0.654.1~6.0高度敏感50~7015~250.2~0.476.1~8.0极敏感
≥70
≥25
≤0.2
9
>8.
01.3 地貌类型划分方法
贵州高原地貌类型数据及空间分布是在中国
1∶10基0万地貌数据库[1
5]和贵州省农业地貌区划[11]
研究础上,利用GIS空间分析方法修订得到。中国1∶100万地貌数据库采用基本地貌类型、
成因、次级成因、形态、次级形态、坡度坡向及其组合类型地貌物质组成或岩石地貌类型数据,它是地貌内外营力共同作用下形成的7层分级体系,主要采用第1层基本基本地貌形态,由海拔和起伏度成[
16]
。文章在此分类基础上,将2个地形指标共同组
两级,第一级称为基本地貌,按照基本地貌类型划分贵州地貌类型分为,
二级地貌按照海拔地貌基本形态类型+起伏度指标划分,按照中国陆地
[15]
中的划分标准,贵州仅分布有
低海拔(小于貌,按起伏度划分有平原1000m)和中海拔、台地、丘陵和小起伏度山地(1000~3500m)
地山地(200(~500m)、中起伏山地。本(5次00研~究10对00m贵州)
山和大起伏划分标准进行了修订1000~2500m,)得到贵州地貌基本类型划分标地海拔准(表2
)。表2 贵州地貌基本类型划分标准Table2t Syp
etsaninGdardouizfhobuPasiclagteeaoumorp
hic海拔/m起伏度/m低海拔中海拔
高海拔
(<900
)(900~1900)(1900~2900)平原(一般<30)低海拔平原中海拔平原
高海拔平原
台地(一般>30
)低海拔台地中海拔台地高海拔台地丘陵(<30
)低海拔丘陵
中海拔丘陵高海拔丘陵小起伏山地(200~500
)小起伏低山小起伏中山小起伏高山中起伏山地(500~1000
)中起伏低山中起伏中山中起伏高山大起伏山地(1000~2500
)-
大起伏中山
大起伏高山
注:“-”
表示不可能出现的地貌类型组合。.4 不同地貌单元石漠化敏感性等级面积概率分布计算
为了研究不同地貌类型下某一种石漠化敏感性
等级出现的概率,采用面积概率分布模型来计算[
17]
。f=
AAir
i(2
)式中:f为面积分布指数;
i是基本地貌类型数量,i取值~5;1-2A0;r是石漠化敏感性等级数量,r取值
ir是i类地貌类型中石漠化敏感性r等级的面积;Ai是i类地貌类型的总面积。.5 数据处理与分析
石漠化敏感性与地貌类型采用rcMap
10.1软件进行分析和制作专EN题V图I5,.1和
利用111A贵州高原石漠化敏感性与宏观地貌的空间关联分析 第37卷 第3期 闫利会等:
403
采用oSPSS22.0软件进行相关性分析,riin6.0软g件进行绘图。
的6.石漠化轻度敏感区面积206%;0689.99km2,占国土面积的1占喀斯特面积的1石1.74%,8.41%;漠化中度敏感区面积3占国土面积的3270.18km2,
2 结果与分析
2.1 贵州石漠化敏感性空间分异特征
占喀斯特面积的2石漠化高度敏感18.89%,9.60%;斯特面积的32.23%;石漠化极敏感区面积区面积3占国土面积的2占喀6227.83km2,0.56%,
占国土面积的2占喀斯特面积6814.25km2,0.48%,
),分布及特征(图22011年全省石漠化不敏感区面积
)根据公式(计算得出贵州省石漠化敏感性空间1
占国土面积的8占喀斯特面积14500.24km2,.23%,性以中高度敏感性为主,发生石漠化的概率较高。
[3]
。从敏感性等级来看,的贵州省石漠化敏感13.7%1
图2 石漠化敏感性空间分布图
Fi.2 Satialdistributionofrockesertificationsensitivitgpydy
2.2 贵州高原宏观地貌空间特征
按照文章确定的贵州地貌基本类型划分标准,贵划分为2为0个二级类。山地所占国土面积最大,州高原地貌分为7个一级类,按照海拔+起伏度指标
2.3 不同地貌类型单元的石漠化敏感性特征
()。图3
空间分布见贵州地貌类型(表3)和地貌分布图
其中中山为5低山为1高山为78.09%,7.76%,5%,
其后依次为丘陵占国土总面积的15.33%,2.85%,台地占国土总面积的1.3.27%,4%。贵州高原地貌平原占国土总面积的4.河谷占国土总面积的39%,
)型图(图3叠加计算得到不同地貌类型的石漠化敏级面积分布差异明显,且石漠化敏感性等级空间分布与地形地貌特征具有较高的一致性。
。不同地貌类型的石漠化敏感性等感性面积(表4)
通过石漠化敏感性空间分布图(图2)与地貌类
404
中国岩溶 2018年
图3 贵州基本地貌类型分布图
Fi.3 Distributionofbasicgeomorhictesgpyp
表3 贵州基本地貌类型及面积统计
Table3 BasicgeomorhictesandareastatisticsinGuizhouPlateaupyp
基本地貌
(占国土总
2面积/km
二级地貌(代码))低海拔平原(11)中海拔平原(12)高海拔平原(13)低海拔台地(21)中海拔台地(22)高海拔台地(23)低海拔丘陵(31)中海拔丘陵(32)高海拔丘陵(33)小起伏低山(41)中起伏低山(42
面积比例/%)7737.93()4.39
面积比例/%)()4249.3154.91()3340.5843.18()148.071.91()602.6924.45()1625.0865.90()238.129.65)(8711.7938.50()13379.2559.12()540.142.39()20928.7579.17()5505.1320.83
(占该类地貌
2面积/km
基本地貌
面积比例/%)101755.81()57.76
)小起伏中山(51)中起伏中山(52)大起伏中山(53)小起伏高山(61)中起伏高山(62)大起伏高山(63)低海拔河谷(71)中海拔河谷(72)高海拔河谷(73
(占国土总
面积/km2
二级地貌
面积比例/%)()55011.8354.06()43884.8743.13()2859.112.81()4250.4845.30()5020.1553.51()111.871.19)(3391.6658.89()220838.33()160.122.78
(占该类地貌
2面积/km
平原中山
台地
2465.89()1.40
高山
9382.5
()5.33
丘陵
22631.18()12.85
河谷
5759.78()3.27
低山
26433.88()15.00
贵州高原石漠化敏感性与宏观地貌的空间关联分析 第37卷 第3期 闫利会等:
405
表4 不同地貌单元石漠化敏感性统计
Table4 Statisticsofsensitivitfrockesertificationindifferentgeomorhictesyoydpyp
二级地貌
类型低海拔平原中海拔平原高海拔平原低海拔台地中海拔台地高海拔台地低海拔丘陵中海拔丘陵高海拔丘陵小起伏低山中起伏低山小起伏中山中起伏中山大起伏中山小起伏高山中起伏高山大起伏高山低海拔河谷中海拔河谷高海拔河谷
代码1113
非喀斯特/km2
不敏感157.7845.472.50
轻度敏感446.5839.21
2石漠化敏感性等级/km
中度敏感高度敏感751.459.93
极敏感156.961.38
12
1711.77365.206.98
693.2675.97
1512.17191.5588.07
1024.77
597.13140.5850.17
127.3618.210.76
515352
42
41
33
32
31
23
22
21
233.42-
164.3712.022.198.46
316.821488.0898.3647.52
1312.1432.19
1695.48259.8281.380.47
2573.961750.717553.1197.72291.89
5059.892640.53288.85
2446.13
137.48
675.74348.8941.75
3802.534111.89118.69
2427.79
549.34729.011.59
394.48
11527.4015009.9923126.401358.5152.142294.143975.48
169.20178.7896.919.770.1127.21
3664.86529.3611.52
13419.026145.121421.1926.21188.20
353.54
16328.429099.53836.9119.01220.91
713.35
1752.0594.743.0058.03
2522.51
143.66
72
71
63
62
61
2095.051393.00662.5668.17
3.793.23
470.96313.3321.96
1202.55560.1234.81
1131.15917.2529.87
116.65204.735.18
73
3.77
0.13
204.81514.55636.35185.96
2.4 石漠化敏感性与不同地貌单元的空间关联关系
将不同地貌单元石漠化敏感性统计表(表4)在采用的是皮SPSS22.0软件进行双变量相关性分析,
)尔森(相关显著性分析,计算得到不同等级Pearson)。由表5可以看出:石漠化敏感性相关性(表5石漠等级与轻度敏感等级相关性在0.05水平上显著相显著的相关性,相关系数均在0.9以上。
表5 不同等级石漠化敏感性相关性分析Table5 Correlationbetweendifferentgrades
ofrockesertificationsensitivitydy
轻度敏感
1
中度敏感
不敏感
轻度敏感中度敏感高度敏感极敏感
.594**.563*.572*
高度敏感
极敏感
)计算出不同地貌类型的石漠化敏感2 根据公式(
石漠化敏感性在地貌类型的面积频度分布来看,石漠化不敏感区域主要分布在低海拔的平原地区,其次是低海拔丘陵和低海拔台地区;石漠化轻度敏感性区域主要分布在高海拔的平原地区和高海拔的河谷地区;石漠化中度敏感区域主要分布在高海拔区的丘陵、平原和台地区;石漠化高度敏感区域主要分布在中山、低山地区,石漠化极敏感区域主要分布在低海拔和中海拔的河谷地区,其次为大起伏的中山地区。(石2)漠化敏感性在各地貌的结构随地貌梯度变化规律方面来看,极敏感和高度敏感分布规律较为相似,都是随着山地的起伏度增大而逐渐增大,随着丘陵、平原和台地海拔的升高而逐渐减少;中度敏感分布与前两者相反,是随着山地起伏度的增大而逐渐降低,随着),()性面积频度分布(图4由图可以看出:不同等级1
化不同等级敏感性之间均具有显著的相关性,不敏感关。轻度敏感与中度、高度和极敏感等级之间均具有
注:*,**分别表示在a=0.05和0.01水平上的显著性。
.562*
.990**
.997**
.972**
.981**
1
.958**.993**
1
丘陵、平原、台地、河谷海拔的升高而逐渐增大;轻度
1
敏感性随着山地起伏度的变化规律较小,明显的特征是随着平原的海拔的升高而逐渐增大,随着台地的海
406
中国岩溶 2018年
拔的升高而呈现先增大后减小的规律,河谷则相关。不敏感分布规律在丘陵、平原和台地地区也表选出随着海拔升高而逐渐降低,在山地和谷地地区则变化较为平缓。
图4 不同地貌类型下石漠化敏感性面积概率分布Fig.4 Aresaenpsriotibvaibtiyliitnvydaisrtieridbugteioonomorfprhoiccktyyp
d
eessertification 结论与讨论
主,发生石漠化的概率较高(1
)贵州高原石漠化敏,感同时贵州省生态环境脆性以中高度敏感性为弱,是我国石漠化最严重的省份之一。
在低海拔平原(2
)从整体上来看、丘陵和台地区,石漠化不敏感区域主要分布,坡度较为平缓,土壤条件较好的地区;轻度敏感性区域主要分布在高海拔的平原地区和高海拔的河谷地区,该区域地势平坦,海拔较低,气候湿润,水土流失程度轻,植被覆盖度高,生态环境较好,对人类活动的承受能力较强;中度敏感性主要分布在高海拔地区丘陵、平原和台地区,这类区域海拔高,人口密度大,水资源缺乏,资源环境的承载能力较弱,且受到人为干扰较大;高度敏感性区
域主要分布在中山、低山地区,该区域土地资源匮乏,坡度较大,植被覆盖低,水土流失程度高,资源环境承载能力低;极敏感性区域主要分布在低海拔和中海拔的河谷地区,其次为大起伏的中山地区,该区域地形起伏大,坡高山陡,生态十分脆弱。
表征的是可能发生石漠化的概率大小(3
)由石漠化敏感性的定义来看,,石漠化敏感性因此根据计算
结果,我们初步得出以下结论:大起伏中山和中起伏低山地貌为石漠化高度易发区,高海拔丘陵和高海拔台地区为石漠化中度易发区,高海拔平原为石漠化轻度易发区,低海拔平原最不易发生石漠化。
致明研究员对论文的指导 谢:感谢中国科学院地理科学与资源研究所程维
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Analsisonsatialcorrelationbetweensensitivitfrockesertificationypyoyd
andmacroscoicgeomorholoinGuizhouPlateauppgy
,
,
,
13121213
,,HUANGDenhonYANLihuiZHOUZhonfaXIEYatingggg,
,
2.TheStateKeaboratorncubationBaseorKarstMountainEcolonvironmentouizhouProvince,GuianGuizhou550001,China;yLyIfgyEfGyg,
3.StateEnineerinechnolonstituteorKarstDesertiicationControl,GuianGuizhou550001,China)ggTgyIffyg,
(1.SchooloarstScience,GuizhouNormalUniversitGuianGuizhou550001,China;fKy,yg,
,(that1)Thesensitivitereeofrockesertificationinthekarstareaismainlediumandhih,acydgydymg-
,aswellasestablisheditssatialrelationwithdifferentlandformtes.Theresultsshowtionsensitivitpypy
,studreaweconstructedanevaluationindexsstemandevaluationmodelforassessinockesertificayaygryd-
,,Abstract Inthiswork,takinheticalkarstplateauofGuizhouPlateausouthwestChinaisusedasthegtyp
fication.Thecorrelationbetweenthelowsensitivitndmiddlesensitivitissinificantlorrelatedatthe0.yaygyc,,05levelandthecorrelationcoefficientbetweenmildandmoderatehihandextremellaresensitivitisagygy-;w,lainsandplatformshilethereionswithandmoderatelensitiveonesaremainlistributedinhillspgysyd
;()Thihsensitivitfrockesertificationarelocatedinmountainsandvalles4hetoorahicreliefandgyoydypgp),,bove0.9;(3Theinsensitiveareasaremainlistributedintheareasoflainhillandmesaandthemildlydpy
;()rockesertification2Thereishihlositivecorrelationbetweendifferentsensitivitiesofrockesertiydgypyd-
,wcountinor45.54%ofthetotallandareaithafraileecoloicalenvironmentandhihprobabilitfgfgggyo
t.Theresultsprovideatheoreticalbasisforcomrehensivemanaementofkarstrockesertification.ypgyd
,m,,Keords rockesertificationsensitiveacroscoicgeomorhicunitsatialcorrelationpatternGISayrpppyw-,nalsisGuizhouPlateauy
altitudeplanimortantroleinthesatialdistributionoflandformtesofrockesertificationsensitiviyappypyd-
(编辑 张玲)
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