现代烟草农业基地单元工程配置对石漠化的影响
中图分类号：S157 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）10-2521-04
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.10.018
Abstract： The engineering construction of modern tobacco agriculture base unit is restricted by karst background. This article aims to study the influence of human interventional construction projects on rocky desertification and develop project configuration towards rocky desertification control. Using RS and GIS technology and taking the high resolution satellite images of 2008 and 2011 as data source， extracted the change information of rocky desertification in Qingzhen city modern tobacco base unit. Based on the transfer matrix， change features of the controlled region at different stages of environmental controlled were analyzed. Through quantitative analysis， no rocky desertification area has the largest changes in total amount， mild desertification area mainly increase in numbers. New increment of potential rocky desertification and moderate rocky desertification area was larger than the loss. The loss of intenserock desertification and extremely intense rocky desertification appears was more than the new increment. The results show that： after the engineering treatment rocky desertification area in the monitoring period decreased， annual change in the two periods is from the intense rocky desertification mild rocky desertification. Deterioration trend of rocky desertification has been initially contained， and the engineering management has achieved initial success.
Key words： rocky desertification；transfer matrix；modern tobacco agriculture；base unit；project configuration
喀斯特石漠化是在喀斯特脆弱的生态环境下，人类不合理的社会经济活动造成人地矛盾突出、植被破坏、土壤侵蚀、岩石逐渐裸露、土地生产力衰退甚至丧失，地表在视觉上呈现类似于荒漠景观的演变过程[1]。在中国南方地表石灰岩大量出露，形成了不同类型的地貌景观格局。其中贵州省是中国南方喀斯特分布的中心，全省喀斯特地貌面积约13万km2，占全省总面积的73.79%[2]，喀斯特构成了整个自然景观中最醒目的主体[3]。在自然因素和人为作用的相互影响下，人地矛盾日益尖锐，成为社会经济发展的重大阻碍。
2008年以来，国家已经投资近80亿元开展了中国南方200个重点县石漠化综合治理工程专项，探索石漠化治理经验和成效，贵州的现代烟草农业基地单元的工程建设背景受到喀斯特背景制约，其工程配置在很大程度上是针对石漠化综合防治展开的。研究结合高技术性、新信息源、动态变化等特点的遥感技术，获取空间信息和时间序列信息。以贵州省清镇市流长乡现代烟草农业基地单元为研究区域，石漠化变化为研究对象，根据基地单元石漠化类型变化的参数，进一步详细分析研究区在人为干预下石漠化空间变化过程。综合对比分析研究区在工程治理实施前后、工程治理不同阶段的石漠化变化特征，为西南地区石漠化治理提供科学依据。 1 数据与试验方法
1.1 研究区概况
研究选取清镇市流长乡现代烟草农业基地单元为研究区，主要研究马场片区、流长片区和犁倭片区，该研究区位于东经106°07′00″-106°20′30″，北纬26°30′00″-26°45′30″，总面积为300 km2，研究区为喀斯特高原地貌，地层主要以三叠系下统茅草铺组为主，灰岩与白云岩大量出露，区内受乌江支流三岔河切割的影响，导致地貌组合形态以峰丛洼地、谷地为主，落水洞与地下暗河发育；土壤以黄沙壤、黄壤为主，pH 5.5～6.5，呈微酸性，有机质含量丰富；属亚热带季风湿润气候，年平均气温14 ℃，年平均降雨量1 150.4 mm[4]。研究区总人口85 441人，总耕地面积9 072.1 hm2；烤烟是研究区主要经济作物，2011年整体推进流长基地单元建设，投入大量资金进行烟水配套工程、大型密集烤房等项目的建设。
1.2 数据来源
研究采用2个不同拍摄参数和时期的遥感影像（表1），分别是2008年ALOS和2011年编号为HJ-1-B-CCD2-10-84-20110528的影像。
利用3S技术对贵州清镇流长国家现代烟草基地单元的石漠化现状与变化进行分析研究。首先在1∶10 000的贵州省清镇市流长乡国家现代烟草农业基地单元地形图上选取20个具有典型特征的地面控制点（GCP）对2008年和2011年的遥感影像进行几何精校正（误差控制在0.5像元以内），然后以校正过的两期影像为基准（图1）。
运用ArcGis 10、ENVI 4.8、ERDAS软件对2008年和2011年的数据分别进行配准，考虑到季节因素影响，两期影像的拍摄时间大致在同一时期。综合分析区域土地利用图、坡度图、地质图以及GPS实测数据库等相关资料，人机交互解译得到喀斯特石漠化图。通过GPS抽样实地验证后完成贵州省清镇市流长乡现代烟草农业基地单元喀斯特石漠化图（图2）。根据两期石漠化图数据库，统计分析研究区各种等级石漠化变化特征，并通过两期石漠化图空间叠置分析，完成研究区石漠化变化矩阵，评估贵州石漠化综合治理效益。
1.3 试验方法
1.3.1 石漠化类型转移矩阵 石漠化转移矩阵来源于系统分析中对系统状态与状态转移的定量描述[5]，较全面地刻画了区域内不同时间段土地类型、结构、特征的变化，其数学形式为[6]：
式中，S代表面积；n代表石漠化的类型数；i，j分别代表研究期初与研究期末的石漠化类型。石漠化转移矩阵可全面而又具体地分析区域石漠化变化的数量结构特征与各用地类型变化的方向，因而在石漠化变化和模拟分析中具有重要意义，并得到了广泛应用。目前对石漠化转移矩阵的应用主要集中于直接分析石漠化类型面积的变化信息，其中又以各石漠化类型面积的净变化分析为主[7]。
式中，pjj表示t1～t2时间内土地类型保持不变的百分比；pj+表示t1时间点地类j的总面积百分比。p+j表示t2时间点j种石漠化类型的总面积百分比；pj+-pjj为t1～t2期间石漠化类型j面积减少的百分比；p+j-pjj为t1～t2期间石漠化类型j面积增加的百分比。
当某一地类Cj=0时，并不一定说明无变化，可能为该地类在某些地区流失土地，同时在另一区域可能获得新增量。
2 石漠化变化分析
2.1 结果分析
借助于地理信息系统软件ArcGIS 10.0的分析工具模块下的相交功能，石漠化图进行叠置分析，获取了石漠化的转移矩阵。转移矩阵清晰地反映出各类石漠化类型之间的转换情况，利用Excel软件，得出下面的转移矩阵（表2）。
根据表2计算出2008年和2011年期间各地类的变化情况，揭示清镇市流长乡现代农业烟草基地单元2008-2011年石漠化信息变化（表3）。研究区在2008-2011年期间内无石漠化的总变化量最大，占2.18%；其次是潜在石漠化和轻度石漠化，分别占1.83%、0.54%，中度石漠化、极强度石漠化和强度石漠化相对较小，分别占0.22%、0.17%和0.10%。此外各地类的变化构成也不相同，其中无石漠化和潜在石漠化主导了交换变化，轻度石漠化、潜在石漠化主导变化为净变化。其中无石漠化具有最大的总变化量，交换变化量为2.18%，但是其净变化量为0，表明无石漠化的变化主要表现出强烈的空间位置的转移。轻度石漠化不同于无石漠化，其净变化量达到0.32%，净变化量大于交换变化量，表明轻度石漠化变化主要表现为数量的增加。潜在石漠化和中度石漠化新增量大于流失量，交换变化占主导地位，说明只发生了空间位置的转移，但有增长的变化。强度石漠化和极强度石漠化表现为流失量大于新增量，说明3年期间处于减少的变化。
2.2 基于工程配置影响的石漠化变化分析
发展现代农业是解决农业粮食短缺、农民增收问题的最佳选择，而生态农业又是发展现代农业的最佳模式。烟草是适应性较广、可塑性较强的作物，并且配套的建设工程对于喀斯特地区的现状，制定合理的防治对策，以及对于保护喀斯特地区脆弱的生态平衡和防止石漠化面积的进一步扩大具有重要的现实意义（表4）。
2008-2011年期间石漠化变化总面积占研究区土地总面积的2.52%，经过工程治理后在整个监测时段内石漠化面积一直呈现减少态势，两个时期年变化是从强度石漠化往轻度石漠化增加，轻度石漠化处于等级序列的中间，是石漠化恶化和好转的中间等级，面积转入转出具有中和效应，其年变化量较大，说明石漠化的态势在好转。石漠化恶化趋势已经得到初步遏制，工程治理初见成效。由表3可知，转换面积最大的石漠化类型为潜在石漠化，其次是无石漠化，石漠化转换主要集中在潜在石漠化、无石漠化、轻度石漠化等等级程度较低的石漠化类型，中、强度石漠化转变面积较小，贵州石漠化治理的重点为石漠化等级较轻的类型。各种石漠化的转移主要集中在相邻等级之间，各等级石漠化转移变化量总体上都是逐级减小。虽然各项生态工程效益还不明显，但在一定程度上缓解了石漠化的发展趋势，减缓了石漠化发展速度，说明现代烟草基地单元工程建设工程对石漠化治理具有较好的治理效果。 3 小结与讨论
在GIS的技术平台上，将不同时期的石漠化进行叠置分析，运用各种模型，计算出石漠化变化动态度和转移矩阵的相关指标，可以有效地研究石漠化变化规律，石漠化治理是一项循序渐进的工程，各项工程措施具有一定的效益期。结果表明，研究区在2008-2011年期间内无石漠化的总变化量最大，占2.18%；其次是潜在石漠化、轻度石漠化，分别占1.83%、0.54%，中度石漠化、极强度石漠化和强度石漠化相对较小，分别占0.22%、0.17%和0.10%。其中无石漠化具有最大的总变化量，表明无石漠化的变化主要表现出强烈的空间位置的转移。轻度石漠化不同于无石漠化，表明轻度石漠化变化主要表现为数量的增加。潜在石漠化和中度石漠化新增量大于流失量说明只发生了空间位置的转移，但有增长的变化。强度石漠化、极强度石漠化均为流失量大于新增量，说明3年期间处于减少的变化。经过工程治理后在整个监测时段内石漠化面积呈现减少态势，两个时期年变化是从强度石漠化往轻度石漠化增加，轻度石漠化其年变化量较大，说明石漠化态势在好转。石漠化恶化趋势已经得到初步遏制，工程治理初见成效。
