西南典型喀斯特地区石漠化时空演变特征——以贵州省普定县为例

为揭示我国西南典型喀斯特地区石漠化时空演变特征,选取贵州省普定县为研究对象,基于Landsat、DEM等影像数据,提取了坡度和4期植被覆盖度、岩石裸露率分布图,并利用地理探测器获得各自的贡献率,反演了1990—2015年4期石漠化空间分布信息,进而讨论了石漠化时空演变特征。结果表明:(1)在1990—2015年间,普定县石漠化演变复杂,经历了由好转到恶化再到好转的阶段,总体趋势在好转,局部恶化,石漠化治理仍需加大力度;(2)中度以上石漠化集中分布在三岔河沿岸附近,轻度以下石漠化则分布较散乱;(3)潜在和轻度石漠化演变方向复杂,潜在石漠化平均变化速率最大(2.75 km2/a),在1997—2006年间更是达到了16.5 km2/a;(4)植被覆盖度与岩石裸露率的变化主要呈负相关,前者的增加主导了石漠化的好转,而后者的增加则控制了石漠化的恶化;(5)石漠化演变存在突变,在三岔河沿岸附近,存在无/潜在石漠化突变为重度以上石漠化的现象;在靠近城乡居民地附近,存在重度以上石漠化突变为无/潜在石漠化的现象;(6)植被覆盖度、岩石裸露率、坡度能较准确反演石漠化,贡献率分别为44%、42%、14%。本文提供的石漠化反演方法快速高效,制作的图件、数据为同行提供了参考,得出的结论为石漠化治理提供了科学支撑。     

2004-2016年贵州省石漠化状况及动态演变特征

石漠化是制约我国西南地区社会、经济、生态发展的重要因素之一,及时监测评估其演变状况,对区域石漠化防治及生态环境建设具有重要科学意义。选取2004-2016年间4期TM影像,研究贵州省域尺度上、石漠化时空演变特征和未来发展趋势。结果显示：1）2004-2016年间,贵州省78.3%的区域植被覆盖度上升,平均增加了19.1%,达到63.4%,有55.4%的区域岩石裸露率下降;2）贵州省石漠化空间分布呈现从东北到西南渐次加重的特征,西部毕节市中、重度石漠化面积占该区域面积仍达62.0%-86.4%,而东部黔东南州约为18.4%-33.0%;3）2004-2016年间,贵州省石漠化状况呈现总体持续好转态势,以轻、中度石漠化转入为主体的无石漠化面积增加了1.1倍,轻度石漠化增加了20.0%左右,中度和重度石漠化面积分别减少了40.0%左右;4）截止到2016年,贵州省无石漠化、轻、中、重度石漠化区域分别占比约42.0%、24.1%、23.5%、10.4%;5）未来2020年及2024年,贵州省石漠化仍将持续改善,石漠化面积占比将分别减少8.9%和12.2%。过去十多年间,贵州省石漠化状况得到基本遏制,但局部区域仍存在高度的不稳定性,或趋于恶化的风险,未来在各类政策措施的支持下,贵州省石漠化状况仍将继续好转,但部分重度石漠化区域的治理将更为复杂而艰难。     

典型小流域喀斯特石漠化演变特征及其关键表征因子与驱动因素

中国西南喀斯特区域土地石漠化生态灾难已经严重制约了经济和社会的发展,而对石漠化进行治理,其空间分布信息的准确提取是必不可少的。针对现有石漠化信息提取技术存在不可能发生喀斯特石漠化(Impossible to develop karst rocky desertification,IKRD)范围提取不准确,关于石漠化的时空演变分析较少及其驱动因子、表征因子繁杂等问题,本文以典型喀斯特流域后寨河流域为研究对象,基于高精度影像识别提取IKRD范围,利用植被覆盖度、岩石裸露率对研究区域准确提取石漠化信息,揭示该区域不同石漠化等级的时空演变规律,同时探明石漠化分布与地表反照率、坡度的相关性。研究结果表明:(1)2005年至2010年后寨河流域石漠化程度整体在恶化,在后寨河流域西南部分和中部极少区域石漠化程度有所减轻,其余区域基本未发生变化,而在2010年至2015年后寨河流域石漠化程度大部分区域都呈减轻状态,而且石漠化程度减轻强度较大,在南侧大部分区域石漠化程度都呈减轻状态,且强度较大。(2)2005年至2010年后寨河流域石漠化程度减轻、未发生变化以及加重的面积分别为4.23 km~2、25.736 km~2、20.81 km~2,各部分面积占比分别为8.3%、 50.7%、41%。(3)2010年至2015年后寨河流域石漠化程度减轻、未发生变化以及加重的面积分别为31.87 km~2、16.57 km~2、6.85 km~2,各部分面积占比分别为57.6%、30%、 12.4%。(4)石漠化区域的坡度、地表反照率主要集中在2°—22°、0.12—0.21之间,而且随着坡度值的增加,潜在石漠化、重度石漠化面积占比增高,轻度石漠化和中度石漠化面积占比降低,随着地表反照率增加潜在石漠化、轻度石漠化面积占比增高,重度石漠化面积占比降低。综上所述,在2005年至2015年间,后寨河流域石漠化演变因贵州省2008年至2010年开始实施退耕还林还草等石漠化综合治理工程而呈现先恶化,后减轻的状态,同时通过对该区域石漠化分布与地表反照率、坡度的相关分析发现,地表反照率和坡度可以作为石漠化研究的辅助表征因子和驱动因子。     

中国西南岩溶山地石漠化演变趋势

为揭示20世纪50年代末至今中国西南地区岩溶山地石漠化转型演变的时空分布及其特征,运用文献计量分析方法,对石漠化演变相关文献的总量和主题词进行了分析,并提取文献中石漠化演变的时间、类型、程度、驱动因素等信息,从县(市)域尺度对中国西南岩溶山地石漠化演变趋势及其空间分布进行综合分析,并进行了典型案例研究。研究表明,从20世纪50年代末至今,西南岩溶山地石漠化演变经历了由自然基础及人为破坏相互激发的严重石漠化向多种人为干扰、综合治理下的演变转型,即由高等级石漠化转向低等级石漠化的过程。在此基础上,研究认为石漠化存在由扩张向收缩转型演变的现象,同时对其转型演变的驱动机制和启示意义进行了探讨,以期为乡村振兴时代岩溶山地生态建设提供参考。     

西南岩溶山地石漠化近50年演变——基于5个地点的案例研究

探讨岩溶山地长期以来的石漠化变化趋势,对于理解岩溶山地人地关系演变和石漠化的进一步治理具有重要意义。基于此目的,选择了贵州省5个典型岩溶山地区域,基于高分辨率遥感影像和实地调查,对其近50年期间岩溶石漠化的变化趋势进行了实证研究。结果表明:(1)石漠化面积、石漠化综合指数与石漠化面积比重、石漠化变化的幅度和动态度等表明,从1963年到2015年,石漠化演变经历了由增到减的转型,各研究区石漠化变化存在1980年代和2004年两个明显的转折点;(2)2010年以后,强度石漠化成为主要的变化类型,明显下降;(3)5个研究区因自然条件和社会经济背景不同,分别形成不同的石漠化演变模式,体现出石漠化演变在不同时段和不同地域的多样性;(4)石漠化转型演变与退耕还林政策和石漠化治理工程有关。研究结果为阐明中国西南岩溶山地石漠化长期演变趋势提供了参考。     

滇东南喀斯特区域生态脆弱性的时空演变及其影响因素

由于自身的脆弱性和人类活动的扰动,喀斯特区域植被破坏、水土流失和石漠化等生态问题突出。综合分析喀斯特区域的生态脆弱性及其影响因素,可为区域生态修复、环境治理提供科学支持。本研究以滇东南典型喀斯特区域广南县为例,从自然和人为因素角度构建喀斯特区域生态脆弱性评价指标体系,运用SPCA对2000、2010和2018年的生态脆弱性进行反演,分析其时空演变特征,并利用地理探测器探究其影响因素。结果表明: 2000—2018年,广南县整体脆弱性变化较小,但脆弱程度在不断加剧。在脆弱等级方面,该县以微度脆弱为主,但轻度、中度和重度脆弱在逐渐增加。广南县沿“者兔-莲城-杨柳井-板蚌”以南地区的生态脆弱性较高,以北地区的脆弱性较低;脆弱性空间集聚效应强烈,北部处于脆弱性低-低集聚区,而西南部和东南部处于脆弱性高-高集聚区;生态工程的实施有利于区域生态脆弱性的改善,而人类活动的干扰使生态脆弱性进一步恶化。岩性和石漠化面积比重对喀斯特区域生态脆弱性的影响较为显著,导致喀斯特生态脆弱的基础是喀斯特碳酸盐岩的发育。     

喀斯特高原峡谷石漠化治理过程中土壤理化性质的变化

采用时序研究法,对2006—2013年喀斯特高原峡谷石漠化治理过程中5种石漠化阶段的土壤理化性质进行动态监测,研究土壤理化性质的时空演变规律,为石漠化的进一步治理提供科学依据。结果表明:随着治理时间增加,土壤理化性质整体上得到改善,主要体现在土壤毛管孔隙度、总孔隙度、田间-毛管持水量、渗透速率、pH值、全K、速效K及全P含量增加;随着时间增加,土壤理化性质表现出前期(2006—2010年)平稳、波动甚至恶化,后期(2010—2013年)大幅改善的非线性变化特点,说明一方面土壤质量对植物群落结构优化和小气候改善的响应存在滞后效应,另一方面也受到2009—2010年西南大旱的影响;空间尺度上,无石漠化环境土壤理化性质表现最好,其余4种石漠化阶段之间的理化性质多年均值差异不明显,说明经过长期治理,不同石漠化阶段之间的土壤理化性质差异缩小,同时"空间指示时间"手段在此并不适用;潜在-轻度石漠化环境部分土壤理化指标表现不佳,应成为今后石漠化防治的工作重点。     

尕海湿地草甸土退化过程土壤氮矿化演变特征

氮矿化是生态系统循环的重要环节之一,影响着生态系统功能和氮素生物地球化学循环,因此研究高寒湿地退化过程中土壤氮矿化演变特征,对揭示气候变化和人为活动干扰背景下的湿地土壤氮素循环过程具有重要意义。以尕海湿地4种不同退化梯度(未退化、轻度退化、中度退化、重度退化)土壤为研究对象,采用野外树脂芯原位培养方法,通过对植物生长季不同生长阶段(生长初期、生长盛期、枯萎期)土壤氮素矿化作用研究,分析湿地退化演替过程中土壤氮矿化时空变化特征及其与土壤环境因子和酶活性之间的关系。结果表明：尕海湿地退化对土壤氮矿化过程有显著抑制作用,与未退化(0.143 mg kg^-1 d^-1)相比,轻度退化、中度退化、重度退化的土壤净氮矿化速率分别减小了0.018 mg kg^-1 d^-1、0.025 mg kg^-1 d^-1、0.020 mg kg^-1 d^-1;随着退化程度加剧,土壤净氨化速率逐渐减小或者不变,而净硝化速率却增大。随时间推移,各退化...     

基于SPCA和遥感指数的干旱内陆河流域生态脆弱性时空演变及动因分析——以石羊河流域为例

以石羊河流域为研究区,基于干旱内陆河流域生态特征和遥感数据快速、客观、大面积观测的特点,采用遥感模型计算湿度、绿度、干度和热度等指标,并构建石羊河流域生态脆弱性评价指标体系,在此基础上运用空间主成分分析法(SPCA)对石羊河流域2000和2016年生态脆弱性时空演变及动因进行了分析。研究结果表明:(1)从各遥感指数空间分布来看,湿度和绿度指标均值在17年间呈增长趋势,证明该流域水源涵养能力变好,植被覆盖率变大;干度指标均值有所下降,表明该流域地表裸露程度有所降低;而与植被和水资源关系密切的地表温度均值呈逐年上升趋势,说明该流域水热平衡差异进一步增加,对未来生态脆弱性影响显著;(2)从全流域生态脆弱性时空演变特征来看,该流域主要以强度和中度脆弱为主,17年间生态脆弱性整体上呈缓慢降低趋势;(3)从不同的海拔生态脆弱性分布来看,中山区(1000—2000m)最高,高中山区(2000—3000m)次之,高山区(3000m)最低,17年间中山区生态脆弱性有所下降,而高中山区与高山区却呈上升的趋势;(4)从不同的行政区划生态脆弱性来看,金川区、凉州区、永昌县、民勤县和古浪县整体上处于中度和强度脆弱水平,而天祝县和肃南县处于轻度和微度脆弱水平;(5)从生态脆弱性的演变动因来看,4个指标对石羊河流域生态脆弱性影响均为显著。2000年生态脆弱性的主导影响因子依次为热度湿度绿度干度,而2016年为热度干度绿度湿度。总的来看,石羊河流域生态脆弱程度近年来有所降低,但综合治理工作仍任重道远。本文的遥感方法和分析思路对该流域生态脆弱性保护及治理提供一定的理论基础和决策依据。     

磴口县荒漠绿洲景观时空演变及其格局特征分析

将磴口县作为研究区, 从景观大尺度入手按照荒漠绿洲景观分类系统对 1989, 1995, 2000, 2007, 2010 和 2014年遥感影像进行分类, 综合利用 GIS 分析技术、景观利用动态分析方法与模型以及景观格局指数, 系统研究了磴口县荒漠绿洲景观格局特征及其时空演变过程。结果表明, 景观水平上, 磴口县景观斑块趋于连片化, 破碎化降低且景观内部组分比例逐渐均匀; 类型水平上, 优势景观逐步演替: 严重→中度→轻度→非沙漠化, 依托水体景观而生的非沙漠化景观正在占据主导地位; 25 年来, 经过一系列的生态修复, 严重、重度沙漠化景观面积减少, 中度与轻度沙漠化景观大面积转出, 与水体景观关系密切的非沙漠化景观逐步发挥其生态功能, 区域总动态度逐步稳定。     

西南喀斯特地区石漠化时空演变过程分析

喀斯特地区石漠化对当地社会经济的可持续发展有严重的阻碍作用，因此，研究喀斯特石漠化时空特征及演变规律，对石漠化治理有着重要的意义。以西南八省为研究区，利用归一化差分植被指数（Normalized Difference Vegetation，NDVI）、净初级生产力（Net Primary Productivity，NPP）、地表反照率（Surface Albedo）和坡度（Slope）数据，借助ArcGIS等软件平台，分析石漠化在不同的坡度、土地利用和生态保护区内的变化。结果显示：（1）轻度和中度石漠化是西南主要的石漠化类型。从空间分布来看，石漠化发生分布面积最广的是贵州，其次为云南和广西。（2）从不同土地利用来看，2000-2015年间无石漠化面积最多，潜在石漠化次之。石漠化主要发生在耕地和林地两种土地类型上，其他用地上石漠化发生面积最少，但是极重度石漠化在其他用地上的发生比例很大，平均在11%左右。（3）从不同坡度来看，石漠化严重程度不随坡度的增加而加剧，在坡度6°-25°之间石漠化发生面积最大。（4）从生态保护区来看，2000和2015年西南喀斯特生态保护区是石漠化面积分布最多的区域，分别为27481.86 km²和21738.65 km²。最少的是大别山山地生态功能保护区，从变化量来看，增加最多的是三峡库区，增加1641.22 km²，减少最多的是西南喀斯特生态功能保护区，减少5743.22 km²。（5）利用NPP、NDVI、地表反照率和坡度能较精准的反演石漠化，其反演权重依次为0.33、0.42、0.15和0.1。研究时段内，西南生态环境逐渐得到改善。     

西南喀斯特高原盆地石漠化环境植物群落结构与物种多样性时空动态

为阐明西南典型喀斯特石漠化类型——喀斯特高原盆地石漠化植物群落结构和物种多样性特征及其演变规律,科学支撑喀斯特石漠化治理,选取了喀斯特高原盆地典型石漠化区贵州清镇簸箩小流域为研究区域,对其植被进行广泛的野外勘察,设置典型样方研究其植物群落结构和物种多样性特征;运用空间替代时间方法,研究石漠化演变过程中植物群落结构和物种多样性变化;基于2013—2015连续3 a的监测数据,研究其年际变化。结果表明:研究区群落结构简单,共记录到的植物分布58种,其中草本层18科24属28种、木本层17科25属30种;单种属的比例很高,为82.86%。不同等级石漠化环境植物群落高度、平均地径、平均冠幅、草本层生物量和灌木层生物量均具有显著差异;植物种群密度在不同等级石漠化环境变化依次为轻度石漠化中度石漠化潜在石漠化无石漠化。不同等级石漠化环境植物多样性指数、均匀度指数、丰富度指数和优势度指数均偏低,而且4种指数均与石漠化等级演替无明显耦合关系。不同年份植物群落高度、平均地径、种群密度和灌木层生物量随着时间的推移均呈增加趋势,但相邻年份增加不显著。研究区生态系统人为干扰逐渐减弱,植被呈现出正向演替的趋势,优势种的重要性趋于降低。该研究结果对我国西南喀斯特盆地生态功能恢复和石漠化植被重建具有一定的理论意义和实践指导价值。     

孢粉记录的重庆岩溶槽谷区700年来植被演替与喀斯特石漠化

在精确AMS¹⁴C测年的基础上,对采自重庆中梁山岩溶洼地的剖面样品进行了孢粉分析,并结合详细的历史文献资料,获取了该地区近700年以来的植被变迁与石漠化演化记录。结果显示：（1）1274-1553 cal a AD研究区周围主要分布以松属、柏科/杉科占优势的亚热带常绿针叶林,伴人植物花粉少量出现,人类活动相对较弱。（2）1553-1780 cal a AD,针叶树松属、柏科/杉科花粉含量下降,伴人植物花粉增多,指示研究区人类活动开始加强。（3）1780-1840 cal a AD,松属花粉含量急剧下降,灌木和伴人植物花粉急剧增加,指示该地区人类活动加剧,石漠化现象出现。（4）1840-2000 cal a AD,玉米花粉含量大幅度增加,表明人类活动更加强烈,石漠化现象进一步加剧。近700年来不断增加的人类活动是重庆地区植被退化、石漠化现象严重的重要因素。该研究结果对重庆岩溶地区的全面治理,恢复和重建自然生态环境具有重要的指示意义。     

石漠化程度对苔藓植物多样性及其结皮土壤化学性质的影响

以研究区域不同石漠化等级为代表,分析苔藓多样性特征及其结皮土壤化学性质变化规律,探索其对石漠化进程的响应机制。结果显示:(1)苔藓物种多样性:含苔藓14科29属84种,其中苔类2科2属2种;(2)多样性指数表现为:重度石漠化阶段中度石漠化轻度石漠化极重度石漠化无石漠化;其均匀度为:中度石漠化阶段轻度石漠化重度石漠化极重度石漠化无石漠化;(3)随着石漠化程度加剧,苔藓群落组成中混合群落比重下降而纯群落比重上升;群落生活型则呈现交织型递减而丛集型递增的规律。(4)结皮土壤中全氮、全磷和微生物量碳随石漠化加剧均都呈递减趋势。(5)通过Partial RDA分析发现密枝青藓(Brachythecium amnicolum)、褶叶藓(Palamocladium nilgheriense)和美灰藓(Eurohypnum leptothallum)等可用于石漠化生态修复。石漠化程度对苔藓多样性影响不显著,但对其群落特征和生活型影响显著。因此可以结合苔藓群落和生活型特征监测石漠化,同时也可使用苔藓作为先锋植物引进用于石漠化早期修复。     

喀斯特断陷盆地石漠化演变及治理技术与示范

岩溶断陷盆地区是国家石漠化综合治理工程、生态安全屏障、连片特困区,同时也是石漠化治理科技投入薄弱。针对断陷盆地盆-山共存的环境地质结构分异,及水土资源不匹配和石漠化严重等问题,在滇东蒙自、建水、泸西为重点区,开展"喀斯特断陷盆地石漠化演变及综合治理技术与示范(2016YFC0502500)"项目的国家重点研发活动,阐明流域尺度石漠化演变机理,以水土资源高效利用为基础、生态服务功能提升为核心,研发石漠化综合治理技术,形成生态治理-生态产业协同发展模式,为生态富民和生态文明建设提供技术与示范。形成喀斯特断陷盆地石漠化机理识别-治理技术研发-生态产业模式构建-综合效益评估-国土资源空间高效利用对策等系列成果,培养一支高水平创新团队。