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摘要
石漠化是我国西南部生态建设中面临的突出的环境问题，严重阻碍了喀斯特地区的可持续发展。从3S技术在石漠化研究中的应用着手，从土壤侵蚀、景观格局空间分析、成因分析、综合治理等方面探讨了该领域的主要研究进展，最后从石漠化驱动机制分析、构建石漠化数据库等方面阐述了今后的发展趋势，为今后的工作提供理论研究依据和决策参考。
关键词3S技术；石漠化；土壤侵蚀；景观格局；成因分析；综合防治
中图分类号S127文献标识码A文章编号0517-6611（2014）06-01873-02
AbstractDesertification is a significant environmental problem in the southwest of China and hinders sustainable development in Karst areas. Starting from the application of 3S technology in desertification， the research progress of the field was discussed from aspects of soil erosion， landscape pattern spatial analysis， cause analysis， comprehensive prevention. The development trend was elaborated from analysis of desertification driving forces and constructing database， in order to provide theory basis and decision-making reference for the future work.
Key words 3S technology； Desertification； Soil erosion； Landscape pattern； Cause analysis； Comprehensive prevention
石漠化已經成为我国现阶段突出的生态环境问题之一，尽管自20世纪80年代开始许多学者就已经有所关注，但其形成机理尚不清楚，同时也缺乏系统的研究方法[1]。关于石漠化的定义有很多不同的见解，综合一些学者的观点可以将其描述为：在亚热带喀斯特地区，由于人类干扰活动导致的植被退化、水土流失、基岩裸露、土壤生产力下降的类似荒漠景观的土地退化过程[2-4]。我国是全球三大岩溶集中分布区之一，面积达到54万km2，居住人口约1亿，其中滇黔桂湘碳酸盐岩出露面积37万km2， 占该区总面积的36%。截至2003年底，我国已有7万km2土地出现严重石漠化，泥石流等灾害频繁发生，石漠化治理已成为这些地区生态环境建设和经济发展的亟待解决的重要难题[5]。
石漠化发生地区一般条件比较恶劣，常规地面监测难度大，并且存在一定的局限性，而3S技术[遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）]正好弥补了这些不足，使大范围的对地观测成为可能，同时也为监测环境灾害提供了重要依据。有学者指出，3S 监测技术在工作量、费用、精度等方面都优于传统技术，能很好地保证监测成果的质量；同时，利用遥感技术可提供最新的监测数据，利用 GIS 技术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等[6]。随着3S技术的不断发展，其已成为生态环境监测与分析方面的主要技术手段。为此，笔者从土壤侵蚀、景观格局空间分析、成因分析、综合治理等方面进行概括，分析前人对于3S技术在石漠化研究中的应用进展，旨在进一步推动石漠化的深入研究。
1 土壤侵蚀
随着人口的不断增加，人地之间的矛盾日益突出，在地貌形态复杂、坡度陡峭的岩溶地区水土流失现象更为严重，这种以水为侵蚀动力的土壤侵蚀已经影响到了这些地区的生存与发展。近年来，许多学者利用GIS和RS技术对岩溶地区的土壤特征、土壤流失量、土壤侵蚀强度、土壤侵蚀机理和治理等方面开展了研究，为评价岩溶区不同地段的土壤侵蚀情况提供了重要的科学依据。如倪九派等研究发现，在GIS技术的支持下进行岩溶区小流域土壤侵蚀量预测，更能准确地反映岩溶区小流域土壤侵蚀状况及其空间分布特征[7]；周斌等以贵州省安顺市为例，探讨了基于GIS的水土流失定量评价模型的组成、各参数因子的算式算法，结果表明，该方法在贵州省岩溶地区的水土流失检测中具有较高的可靠性[8]；覃晓群等针对岩溶石山区土壤侵蚀危险性评价问题，以广西平果县果化示范区为例，引入GIS和AHP技术， 建立了示范区的土壤侵蚀危险性评价模型[9]；王珊以珠治工程广西项目区为例，基于GIS及RS技术构建了土壤侵蚀模型，对岩溶区进行了土壤侵蚀评价，明确了研究区土壤侵蚀发生的可能程度及空间分布规律[10]。
2 景观空间格局分析
针对常规监测在石漠化景观及其动态变化研究方面的不足，3S技术已经逐渐成为石漠化景观格局分析中的主要手段，在景观数据的获取、景观格局的定量分析、景观生态监测等方面起到至关重要的作用。目前，对景观结构和空间格局的研究主要是应用 RS技术和 GPS 技术采集景观原始数据，再利用 GIS 的栅格化数据或矢量化数据表达景观数据，在此基础上，用 GIS 与景观研究方法进行分析，最后对分析结果进行解释与分析。目前，关于3S技术在石漠化景观格局动态方面的研究中应用还较少，且研究还不够深入。如谭秋对不同地貌区域的小流域进行了研究，分析了石漠化景观格局，结果表明，从高原区到峡谷区，石漠化的强度渐重，景观形状指数和破碎度指数渐增，蔓延度指数渐减；利用GIS软件对桂西北土地石漠化类型数据进行了编码和重组分析，得出其在不同时间内的空间分布特征，结果表明，桂西北石漠化有加速发展的态势，石漠化治理不明显，空间格局分散[11]。徐径原等选取香农多样性指数、蔓延度指数等景观格局指标，运用景观空间分析方法对广西喀斯特石漠化近10年空间格局演化特征进行了探讨，发现区域石漠化景观水平整体异质性低，内部混合度大，石漠化治理效果显著[12]。 3 成因分析
石漠化的成因分析是石漠化研究中的一个非常重要的方向，只有当明确其形成原因的前提下，才能达到更好的防治效果。从前人的研究来看，石漠化的产生与发展主要是自然因素和人为因素共同影响所致。岩溶地区的碳酸盐岩易淋溶、成土慢、出露广泛、抗侵蚀能力低是石漠化产生的主要自然因素；人类对生态的破坏和土地的不合理利用，如过度樵采、不合理耕作、过度开垦、乱砍滥伐、过度放牧等，成为石漠化形成过程中的主要人为因素。许多学者也利用3S技术对此进行了探讨，利用RS和GIS技术研究了重庆市黔江区石漠化现状及形成原因，发现石漠化的形成与发展是人类不合理的经济活动叠加脆弱的生态地质环境背景综合作用的结果[13]。利用Landsat TM/ETM 数字影像，监测了20世纪末后20年的广西喀斯特山区土地石漠化的时空格局特征与规律，发现其石漠化形成原因包括自然因素（地表组成物质、生物群体类型及气候状况）、人为因素（過度垦殖、过度放牧以及矿山开发）和政策因素[14]。利用RS和GIS技术探讨了贵州省石漠化发生演变的时空特征，发现陡峻而破碎的地貌格局、分布广泛的碳酸盐岩、常年温暖湿润以及暴雨频发的气候条件是石漠化发生的自然因素，不合理的人类活动是石漠化发生的诱因[15]。运用景观生态学理论与RS和GIS 技术，对桂西北河池地区不同土壤类型石漠化的景观格局和发生率进行了研究，结果表明，石漠化的发生与分布在不同土壤中存在明显差异，土壤的发生特点是导致石漠化形成的重要自然因素之一[16]。
4 综合防治
石漠化已经严重阻碍了喀斯特地区的社会经济发展，关于其综合防治问题越来越受到社会和政府的高度关注，石漠化的治理工作也在各地广泛开展。特别是3S技术应用到石漠化治理中后，较好地弥补了以前的综合防治规划当中的资料纸张化、工具陈旧化、决策经验化等不足，提高了信息的准确性和规划的可靠度，起到了较好的指导作用。在石漠化综合防治过程中，一些学者利用3S技术对此进行了论述。如周宏益等将GIS技术运用到石漠化综合防治规划中，通过GIS的分析功能择优选择出最佳规划方案，极大地提高了规划的效率和质量[17]；闫研等运用3S-CAD 技术对广西天等县岩溶小流域石漠化综合治理工程进行了初步设计，把宏观的工程总体布置和地理信息的点线面结合起来，提高了综合治理初步设计的速度、科学性和完整性[18]；周忠发以GIS与遥感技术为手段，对贵州织金县洗马河流域进行了石漠化调查和防治工程的布置[19]。这些研究成果为今后石漠化的恢复与治理提供了重要的理论参考依据。
5 展望
近几年来，3S技术在石漠化研究中已经得到了深入研究和应用，并取得了一些阶段性的成果，在资源、环境调查和区域管理中发挥了重要的作用，但目前石漠化呈现局部好转，总体恶化的趋势，因此仍有许多领域有待于进一步探讨。笔者认为主要有以下两个方面。
5.1石漠化驱动机制分析
导致石漠化的影响因子很多，如何了解和分析各影响因子之间的相关性，确定主导因子，建立一套合理的石漠化评价指标体系可为石漠化的综合防治提供重要的借鉴。目前，关于利用3S技术系统分析土地石漠化的驱动因子特征及其与石漠化强度分布的空间相关性的研究还较少，今后的工作中有待于进一步研究。
5.2 建立石漠化数据库
随着科技的发展，地理信息系统技术越来越多地用于调查岩溶区域状况，如何有效的利用3S技术整合这些调查资源，建立起石漠化数据库，是目前必须考虑的重要问题。数据库和模型的建立可为环境整体评价和预测提供重要的参考依据，也可为政府提供更多的决策支持。
参考文献
[1]
王晓红，刘耀林，彭恢铭.应用RS和GIS技术监测石漠化的研究[J].中国水土保持，2006（5）：47-50.
[2] 袁道先.我国西南岩溶石山的环境地质问题[J]. 世界科技研究与发展， 1997（5）： 93-97.
[3] 屠玉麟.贵州喀斯特地区生态环境问题及其对策[J].贵州环保科技，2000，6（1）：1-6.
[4] 王世杰.喀斯特石漠化概念的演绎及其科学内涵的探讨[J].中国岩溶，2002，21（2）： 101.
[5] 刘仙，蒋勇军，况明生，等.西南岩溶石漠化区水土保持研究新进展[J]. 亚热带水土保持， 2009，21（2）： 20-23.
[6] 袁世聪. 基于RS与GIS的喀斯特石漠化演变特征研究[D].贵阳：贵州师范大学，2008.
[7] 倪九派， 袁道先， 谢德体，等. 基于GIS的岩溶槽谷区小流域土壤侵蚀量估算[J]. 应用基础与工程科学学报， 2012， 18（2）： 218-225.
[8] 周斌， 杨柏林， 洪业汤，等. 基于GIS 的岩溶地区水土流失遥感定量监测研究[J]. 矿物学报， 2000， 20（1）：13-21.
[9] 覃晓群， 邓艳， 蓝芙宁，等. 基于GIS 技术的典型岩溶石山区土壤侵蚀危险性评价[J]. 安全与环境工程， 2005， 12（4）： 69-72.
[10] 王珊. 基于GIS的岩溶区水力侵蚀模型研究与应用[D].北京：北京林业大学， 2013.
[11] 谭秋. 贵州连续性石灰岩小流域石漠化景观格局研究[J]. 矿物岩石地球化学通报，2009， 28（3）： 217-222.
[12] 吴良林， 卢远， 周兴，等. 桂西北土地石漠化时空格局演化GIS 分析[J]. 地球与环境， 2009，37（3）： 280-286.
[13] 蒋勇军 ， 章程， 李林立，等. 基于RS、GIS 的重庆黔江区石漠化现状与成因分析[J]. 水文地质工程地质， 2007（1）： 81-89.
[14] 胡业翠， 刘彦随， 吴佩林，等. 广西喀斯特山区土地石漠化：态势、成因与治理[J]. 农业工程学报， 2008， 24（6）： 96-101.
[15] 钱铭杰， 吴芳芳， 童立强. 基于RS- GIS的贵州省石漠化成因及治理研究[J]. 中国水土保持， 2008（11）： 16-18.
[16] 杨青青， 王克林. 基于RS 与GIS 的桂西北石漠化景观与土壤类型关系研究[J]. 土壤通报， 2010， 41（5）： 1030-1036.
[17] 周宏益， 王文俊， 向喜琼. 基于GIS的喀斯特石漠化综合防治规划[J]. 地球与环境， 2005， 33（S1）： 627-630.
[18] 闫妍， 胡宝清， 苏广实，等. 基于3S-CAD 技术的广西天等县小流域石漠化综合治理初步设计及应用[J]. 中国岩溶， 2010， 29（3）： 285-292.
[19] 周忠发.基于GIS的喀斯特流域石漠化综合防治探讨[J].水土保持研究，2007，14（5）：293-295.
石漠化是我国西南部生态建设中面临的突出的环境问题，严重阻碍了喀斯特地区的可持续发展。从3S技术在石漠化研究中的应用着手，从土壤侵蚀、景观格局空间分析、成因分析、综合治理等方面探讨了该领域的主要研究进展，最后从石漠化驱动机制分析、构建石漠化数据库等方面阐述了今后的发展趋势，为今后的工作提供理论研究依据和决策参考。
关键词3S技术；石漠化；土壤侵蚀；景观格局；成因分析；综合防治
中图分类号S127文献标识码A文章编号0517-6611（2014）06-01873-02
AbstractDesertification is a significant environmental problem in the southwest of China and hinders sustainable development in Karst areas. Starting from the application of 3S technology in desertification， the research progress of the field was discussed from aspects of soil erosion， landscape pattern spatial analysis， cause analysis， comprehensive prevention. The development trend was elaborated from analysis of desertification driving forces and constructing database， in order to provide theory basis and decision-making reference for the future work.
Key words 3S technology； Desertification； Soil erosion； Landscape pattern； Cause analysis； Comprehensive prevention
石漠化已經成为我国现阶段突出的生态环境问题之一，尽管自20世纪80年代开始许多学者就已经有所关注，但其形成机理尚不清楚，同时也缺乏系统的研究方法[1]。关于石漠化的定义有很多不同的见解，综合一些学者的观点可以将其描述为：在亚热带喀斯特地区，由于人类干扰活动导致的植被退化、水土流失、基岩裸露、土壤生产力下降的类似荒漠景观的土地退化过程[2-4]。我国是全球三大岩溶集中分布区之一，面积达到54万km2，居住人口约1亿，其中滇黔桂湘碳酸盐岩出露面积37万km2， 占该区总面积的36%。截至2003年底，我国已有7万km2土地出现严重石漠化，泥石流等灾害频繁发生，石漠化治理已成为这些地区生态环境建设和经济发展的亟待解决的重要难题[5]。
石漠化发生地区一般条件比较恶劣，常规地面监测难度大，并且存在一定的局限性，而3S技术[遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）]正好弥补了这些不足，使大范围的对地观测成为可能，同时也为监测环境灾害提供了重要依据。有学者指出，3S 监测技术在工作量、费用、精度等方面都优于传统技术，能很好地保证监测成果的质量；同时，利用遥感技术可提供最新的监测数据，利用 GIS 技术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等[6]。随着3S技术的不断发展，其已成为生态环境监测与分析方面的主要技术手段。为此，笔者从土壤侵蚀、景观格局空间分析、成因分析、综合治理等方面进行概括，分析前人对于3S技术在石漠化研究中的应用进展，旨在进一步推动石漠化的深入研究。
1 土壤侵蚀
随着人口的不断增加，人地之间的矛盾日益突出，在地貌形态复杂、坡度陡峭的岩溶地区水土流失现象更为严重，这种以水为侵蚀动力的土壤侵蚀已经影响到了这些地区的生存与发展。近年来，许多学者利用GIS和RS技术对岩溶地区的土壤特征、土壤流失量、土壤侵蚀强度、土壤侵蚀机理和治理等方面开展了研究，为评价岩溶区不同地段的土壤侵蚀情况提供了重要的科学依据。如倪九派等研究发现，在GIS技术的支持下进行岩溶区小流域土壤侵蚀量预测，更能准确地反映岩溶区小流域土壤侵蚀状况及其空间分布特征[7]；周斌等以贵州省安顺市为例，探讨了基于GIS的水土流失定量评价模型的组成、各参数因子的算式算法，结果表明，该方法在贵州省岩溶地区的水土流失检测中具有较高的可靠性[8]；覃晓群等针对岩溶石山区土壤侵蚀危险性评价问题，以广西平果县果化示范区为例，引入GIS和AHP技术， 建立了示范区的土壤侵蚀危险性评价模型[9]；王珊以珠治工程广西项目区为例，基于GIS及RS技术构建了土壤侵蚀模型，对岩溶区进行了土壤侵蚀评价，明确了研究区土壤侵蚀发生的可能程度及空间分布规律[10]。
2 景观空间格局分析
针对常规监测在石漠化景观及其动态变化研究方面的不足，3S技术已经逐渐成为石漠化景观格局分析中的主要手段，在景观数据的获取、景观格局的定量分析、景观生态监测等方面起到至关重要的作用。目前，对景观结构和空间格局的研究主要是应用 RS技术和 GPS 技术采集景观原始数据，再利用 GIS 的栅格化数据或矢量化数据表达景观数据，在此基础上，用 GIS 与景观研究方法进行分析，最后对分析结果进行解释与分析。目前，关于3S技术在石漠化景观格局动态方面的研究中应用还较少，且研究还不够深入。如谭秋对不同地貌区域的小流域进行了研究，分析了石漠化景观格局，结果表明，从高原区到峡谷区，石漠化的强度渐重，景观形状指数和破碎度指数渐增，蔓延度指数渐减；利用GIS软件对桂西北土地石漠化类型数据进行了编码和重组分析，得出其在不同时间内的空间分布特征，结果表明，桂西北石漠化有加速发展的态势，石漠化治理不明显，空间格局分散[11]。徐径原等选取香农多样性指数、蔓延度指数等景观格局指标，运用景观空间分析方法对广西喀斯特石漠化近10年空间格局演化特征进行了探讨，发现区域石漠化景观水平整体异质性低，内部混合度大，石漠化治理效果显著[12]。 3 成因分析
石漠化的成因分析是石漠化研究中的一个非常重要的方向，只有当明确其形成原因的前提下，才能达到更好的防治效果。从前人的研究来看，石漠化的产生与发展主要是自然因素和人为因素共同影响所致。岩溶地区的碳酸盐岩易淋溶、成土慢、出露广泛、抗侵蚀能力低是石漠化产生的主要自然因素；人类对生态的破坏和土地的不合理利用，如过度樵采、不合理耕作、过度开垦、乱砍滥伐、过度放牧等，成为石漠化形成过程中的主要人为因素。许多学者也利用3S技术对此进行了探讨，利用RS和GIS技术研究了重庆市黔江区石漠化现状及形成原因，发现石漠化的形成与发展是人类不合理的经济活动叠加脆弱的生态地质环境背景综合作用的结果[13]。利用Landsat TM/ETM 数字影像，监测了20世纪末后20年的广西喀斯特山区土地石漠化的时空格局特征与规律，发现其石漠化形成原因包括自然因素（地表组成物质、生物群体类型及气候状况）、人为因素（過度垦殖、过度放牧以及矿山开发）和政策因素[14]。利用RS和GIS技术探讨了贵州省石漠化发生演变的时空特征，发现陡峻而破碎的地貌格局、分布广泛的碳酸盐岩、常年温暖湿润以及暴雨频发的气候条件是石漠化发生的自然因素，不合理的人类活动是石漠化发生的诱因[15]。运用景观生态学理论与RS和GIS 技术，对桂西北河池地区不同土壤类型石漠化的景观格局和发生率进行了研究，结果表明，石漠化的发生与分布在不同土壤中存在明显差异，土壤的发生特点是导致石漠化形成的重要自然因素之一[16]。
4 综合防治
石漠化已经严重阻碍了喀斯特地区的社会经济发展，关于其综合防治问题越来越受到社会和政府的高度关注，石漠化的治理工作也在各地广泛开展。特别是3S技术应用到石漠化治理中后，较好地弥补了以前的综合防治规划当中的资料纸张化、工具陈旧化、决策经验化等不足，提高了信息的准确性和规划的可靠度，起到了较好的指导作用。在石漠化综合防治过程中，一些学者利用3S技术对此进行了论述。如周宏益等将GIS技术运用到石漠化综合防治规划中，通过GIS的分析功能择优选择出最佳规划方案，极大地提高了规划的效率和质量[17]；闫研等运用3S-CAD 技术对广西天等县岩溶小流域石漠化综合治理工程进行了初步设计，把宏观的工程总体布置和地理信息的点线面结合起来，提高了综合治理初步设计的速度、科学性和完整性[18]；周忠发以GIS与遥感技术为手段，对贵州织金县洗马河流域进行了石漠化调查和防治工程的布置[19]。这些研究成果为今后石漠化的恢复与治理提供了重要的理论参考依据。
5 展望
近几年来，3S技术在石漠化研究中已经得到了深入研究和应用，并取得了一些阶段性的成果，在资源、环境调查和区域管理中发挥了重要的作用，但目前石漠化呈现局部好转，总体恶化的趋势，因此仍有许多领域有待于进一步探讨。笔者认为主要有以下两个方面。
5.1石漠化驱动机制分析
导致石漠化的影响因子很多，如何了解和分析各影响因子之间的相关性，确定主导因子，建立一套合理的石漠化评价指标体系可为石漠化的综合防治提供重要的借鉴。目前，关于利用3S技术系统分析土地石漠化的驱动因子特征及其与石漠化强度分布的空间相关性的研究还较少，今后的工作中有待于进一步研究。
5.2 建立石漠化数据库
随着科技的发展，地理信息系统技术越来越多地用于调查岩溶区域状况，如何有效的利用3S技术整合这些调查资源，建立起石漠化数据库，是目前必须考虑的重要问题。数据库和模型的建立可为环境整体评价和预测提供重要的参考依据，也可为政府提供更多的决策支持。
参考文献
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