Research progress on karst rocky desertification in Southwest China and the Qinba region of Shaanxi Province
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摘要: 石漠化危害着生态环境健康和社会经济发展，经过20多年的综合治理，中国西南地区石漠化面积呈减少的趋势，国家也将西南八省、区、直辖市设定为石漠化监测区域；而在陕西秦巴地区岩溶地质遗迹的研究中已发现石漠化发育的迹象，这对秦巴地区的生态安全造成威胁。文章总结西南地区岩溶石漠化的内涵、现状、危害、成因和治理经验，为开展非监测区——陕西秦巴地区岩溶石漠化的调查工作提供理论依据。通过遥感解译、无人机遥感调查和碳酸盐岩溶蚀速率分析，首次查明了陕西秦巴地区石漠化的发育情况，填补了该区域石漠化研究的空白。Abstract:
Southwest China is one of the three largest continuous karst clusters in the world; therefore, studies on karst rocky desertification in this area are very important. For more than 20 years' control, the decreasing area and risk of karst rocky desertification has contributed to the continuous ecological improvement. Nowadays, studies on rocky desertification mainly focus on the eight provinces in Southwest China, which have been designated as rocky desertification monitoring areas by the Chinese government. After the first phase of the comprehensive control project for karst rocky desertification in 2016, the expansion trend of rocky desertification in the southwest region was effectively curbed. Subsequent articles published tend to focus on analyzing the current situation, comprehensive management, or species adaptability of rocky desertification monitoring areas. However, the Qinba region in Shaanxi Province is located outside the monitoring area. In the process of studying the karst geological relics of the Zhenba Sanyuan Tiankeng Group, signs of rocky desertification have been found, but there still exists a research gap in the investigation and research on karst rocky desertification in this area which is one of the areas with the richest biodiversity in China, known as "ecological lung", "central water tower" and "biological gene bank". Unfortunately, this area is burdened with poverty, so the investigation and study of karst rocky desertification in the Qinba region of Shaanxi Province is of great significance to ensure green and high-quality development and ecological civilization construction. In this paper, by analyzing the current situation of karst rocky desertification in Southwest China, we summarized its harm to the ecological environment and social economy, clarify natural and human factors resulting in rocky desertification, and integrate the typical treatment experience in Southwest China. We also introduce three technical methods, including remote sensing interpretation, UAV remote sensing survey and analysis of carbonate dissolution rate, to provide a scientific basis for studies on karst rocky desertification in the Qinba region of Shaanxi Province. Study results show that the area of karst rocky desertification in the Qinba region covers 63.37 km2, and the areas of severe, moderate and mild rocky desertification cover 17.97 km2, 21.60 km2 and 23.80 km2, respectively. Based on the survey results, there are both regional differences and some similarities in distribution patterns in the areas of rocky desertification development. Specifically, the degree of rocky desertification in the limestone area is more severe than that in the dolomite area. It is also more severe in the area with developed water system than that in the arid and semi-arid area, and the more active the new structure is, the more severe the rocky desertification is. Compared to the Southwest China, the degree of karst rocky desertification in the Qinba region of Shaanxi Province is relatively light, with a smaller distribution area, mainly due to the less rainfall in the study area. The karst rocky desertification in Beiyang mountain of Zhen'an county is the most severe, with an area of 7.28 km2. In the 1960s, a large-scale free-range of livestock severely damaged vegetation. The indiscriminate deforestation by humans further exacerbated the process of rocky desertification. The rocky desertification in Hailuogong village of Shanyang county is also severe, covering an area of 5.83 km2, because the landform in this area is a typical peak-cluster depression, which is likely developed into rocky desertification. The contradiction between people and land needs to be solved urgently. In conclusion, more monitoring and research efforts are needed in Beiyang mountain and Hailuogong where the rocky desertification is severe. Firstly, we should clarify the causes of rocky desertification in the Qinba region and compare them with the causes in Southwest China to determine whether the rocky desertification is mainly resulted from natural factors or human factors. Secondly, we should know how to clarify the causes of karst rocky desertification in the Qinba region; for example, we can dynamically monitor the change of rock desertification by field verification, remote sensing interpretation, climate change analysis, etc. We can also calculate the contribution rate of each influence factor by geographical detector model. Thirdly, we should further study influence factors of karst dissolution rate. We can monitor physical and chemical properties of soil (soil moisture, carbon dioxide concentration, pH, organic matter content and porosity) in areas with moderate to severe rocky desertification, and analyze the relationship between dissolution rate and physical and chemical properties of soil in rocky desertification areas. Finally, in order to provide basic data for carbon neutrality research in Shaanxi, we should conduct studies on the carbon sink of rocky desertification areas in the Qinba region, with the methods such as dissolution test pieces and hydrochemical runoff. -
0. 引 言
岩溶石漠化是指在亚热带脆弱的岩溶背景下，由于人类不合理的社会经济活动，导致水土流失、基岩裸露、土地丧失农业利用价值，地表出现类似荒漠景观的土地退化过程，是岩溶生态系统退化到极端的表现[1–3]。石漠化危害十分严重，是岩溶区生态环境问题之首，成为灾害之源、贫困之因、落后之根[4]。2000年开始，推进西南岩溶地区石漠化综合治理工作上升到国家高度[5]，到2016年实现了128.4×104 hm2的减少量。期间大量学者针对石漠化概念[1,6-8]、成因[9-12]、治理措施[6,13-14]等方向做出研究，为治理工作成功开展奠定了学术基础。
2016年岩溶石漠化综合治理一期工程结束后，西南地区石漠化扩张趋势得到了有效遏制，发表的研究论文多倾向于石漠化监测地区的现状分析[15-16]、综合治理[17-18]或物种适生性[19-20]等方向。而陕西秦巴地区位于监测区外，在岩溶地质遗迹的研究过程中[21]，已发现石漠化发育的迹象，但针对该区域岩溶石漠化的调查研究仍处于空白阶段。
秦巴地区地处北亚热带和暖温带的过渡地带[22]，是长江和黄河的分水岭、我国南水北调中线工程的重要水源涵养区[23]，是南北动物交会与融合的地带、全国生物多样性最丰富的地区之一，被称为“生态绿肺”“中央水塔”“生物基因库”。但这里也是贫困的高发地带，为确保当地绿色高质量发展和生态文明建设，对岩溶石漠化的调查研究具有重要意义。
目前，有关秦巴山区碳酸盐岩溶蚀速率的研究[24]已有成果，研究成果主要是溶蚀速率与石漠化强度等级的相关性分析，为了进一步查明该区域的石漠化发育现状，本文在前人调查和研究的成果基础上，系统总结了中国西南岩溶石漠化的发育现状、危害、成因等方面的研究进展，旨在为研究陕西秦巴地区石漠化提供相关经验和科学依据；通过遥感解译、无人机遥感调查及碳酸盐岩溶蚀速率分析等多种技术手段，确定了陕西秦巴地区石漠化的分布范围、发育面积及不同程度石漠化占比，旨在未来为非监测区岩溶石漠化调查、秦巴地区岩溶石漠化防治及生态文明建设等提供数据支撑。
1. 西南岩溶地区石漠化发育现状
1.1 岩溶地区石漠化土地现状
中国发育的岩溶地貌，以西南岩溶区最为典型，岩溶石漠化亦多发于此区域。据统计，截止2016年，中国岩溶地区面积约4 516×104 hm2，其中石漠化土地面积约1 007×104 hm2，占岩溶面积的22.3%，占区域国土面积的9.4%，主要分布在贵州、云南、广西、湖南、湖北、重庆、四川和广东8个省（区、直辖市），457个县5 909个乡[25]。按程度分布状况，轻度、中度、重度、极重度石漠化土地面积分别为391.3×104 hm2、432.6×104 hm2、166.2×104 hm2、16.9×104 hm2，占石漠化土地总面积的分别为38.9%、43.0%、16.5%、1.7%（表1）。
表 1 西南岩溶区八省（区、直辖市）岩溶石漠化分布情况统计表Table 1. Statistics of karst desertification distribution in eight provinces/ regions/municipalities in the karst areas of Southwest China省（区、直辖市） 合计 极重度石漠化 重度石漠化 中度石漠化 轻度石漠化 面积/×104 hm2 面积/×104 hm2 占比/% 面积/×104 hm2 占比/% 面积/×104 hm2 占比/% 面积/×104 hm2 占比/% 云南 235.193 68 5.755 10 2.4 19.072 65 8.1 97.259 07 41.4 113.106 86 48.1 贵州 247.013 21 2.538 07 1.0 25.642 11 10.4 125.411 96 50.8 93.421 07 37.8 广西 153.289 89 4.546 50 3.0 80.365 04 52.4 46.008 36 30.0 22.369 99 14.6 四川 66.992 65 1.115 81 1.7 7.771 64 11.6 28.382 93 42.4 29.722 27 44.4 湖南 125.140 28 1.406 53 1.1 17.327 44 13.8 51.778 81 41.4 54.627 50 43.7 湖北 96.151 01 0.948 51 1.0 7.921 71 8.2 429 994.6 44.7 442 813.3 46.1 重庆 77.286 48 0.5453 30 0.7 5.756 83 7.4 38.614 66 50.0 32.369 66 41.9 广东 5.944 67 0.073 04 1.2 2.344 84 39.4 2.168 62 36.5 1.358 17 22.8 合计 1 007.011 87 16.928 89 1.7 166.202 26 16.5 432.623 87 43.0 391.256 85 38.9 截至2016年底，岩溶地区潜在石漠化土地总面积为1 466.9×104 hm2，占岩溶面积的32.4%，占区域国土面积的13.6%[26]（表2）。
表 2 西南岩溶区八省（区、直辖市）潜在石漠化分布情况统计表Table 2. Statistics of distribution of potential rocky desertification in eight provinces/regions/municipalities in the karst areas of Southwest China省（区、直辖市） 云南 贵州 广西 四川 湖南 湖北 重庆 广东 合计 面积/×104 hm2 204.2 363.8 267.0 82.1 163.4 249.2 94.9 42.3 1 466.9 占比/% 13.9 24.8 18.2 5.6 11.1 17.0 6.5 2.9 100 1.2 岩溶地区石漠化土地动态变化情况
岩溶石漠化是动态变化的。截至2021年，我国石漠化土地总面积为722.32×104 hm2，与2016年相比，净减少了333.08×104 hm2，增长率约为−33.1%[27]，实现了较2005年以来连续三个调查周期持续减少，且降幅呈倍数级增长。而潜在石漠化土地面积，自2005年以来持续增加。
对比2005—2016年岩溶石漠化与潜在石漠化的变化情况，总体呈现此消彼长的趋势，其中2005—2011年二者最为接近，增长量分别为−96.0×104 hm2和97.8×104 hm2，增长率分别为−7.4%和7.9%；2011—2016年岩溶石漠化面积的变化量和变化率均大于潜在石漠化面积（表3）。说明了岩溶石漠化综合治理一期工程的成效显著，岩溶石漠化经治理，向潜在石漠化和无石漠化转变。
表 3 西南岩溶区石漠化及潜在石漠化面积及动态变化统计表Table 3. Statistics of the areas of rocky desertification and potential rocky desertification, and dynamic changes in karst areas of Southwest China时间/年 2005 2011 2016 面积/
×104 hm2面积/
×104 hm2增长量/×104 hm2
（较2005年）增长率/%
（较2005年）面积/
×104 hm2增长量/×104 hm2
（较2011年）增长率/%
（较2011年）岩溶石漠化 1 296.1 1 200.1 −96.0 −7.4% 1 007.0 −193.1 −16.1% 潜在石漠化 1234 1 331.8 97.8 7.9% 1 466.9 135.1 10.1% 从岩溶石漠化程度的演变来看，2005—2016年，岩溶石漠化发育程度持续减轻，石漠化危害不断降低、生态状态稳步好转[15]。其中，极重度、重度、中度石漠化占比不断降低，重度－极重度石漠化的占比从2005年的26.8%下降到2016年的18.2%；并且在两个统计周期内，极重度、重度、中度石漠化的增长率基本保持不变，轻度石漠化呈先增长后减少的趋势。总体而言，岩溶区八省岩溶石漠化程度演变呈极重度、重度及中度向轻度转变[5]，轻度向潜在石漠化或无石漠化转变的趋势(表4)。根据2021年第四次石漠化调查结果，相对于2016年，极重度、重度、中度、轻度石漠化分别减少了10.92×104 hm2、54.2×104 hm2、149.2×104 hm2、118.76×104 hm2，石漠化程度依旧保持持续减轻态势。
表 4 西南岩溶区岩溶石漠化程度演变情况统计表Table 4. Statistics of evolution of karst desertification in karst areas of Southwest China时间/年 2005 2011 2016 面积/
×104 hm2占比/
%面积/
×104 hm2占比/
%增长量/
×104 hm2增长率/
%面积/
×104 hm2占比/
%增长量/
×104 hm2增长率/
/%（较2005年） （较2011年） 极重度 54.5 4.2 32.0 2.7 −22.5 −41.3 16.9 1.7 −15.1 −47.2 重度 293.4 22.6 217.7 18.2 −75.7 −25.8 166.2 16.5 −51.6 −23.7 中度 591.9 45.7 518.9 43.1 −73.0 −12.3 432.6 43.0 −86.2 −16.6 轻度 356.3 27.5 431.5 36 75.2 21.1 391.3 38.8 −40.3 9.3 2. 石漠化的危害
岩溶石漠化的危害从宏观层面主要表现为生态环境和社会经济两大方面[28]，且两者互为因果、形成恶性循环[12]。生态环境方面包括岩溶区干旱、内涝灾害频发；水土流失加剧，导致可耕地面积减少，人地矛盾突出；生态系统退化、生物多样性逐渐丧失[13]。社会经济方面体现在制约区域经济发展、阻碍乡村振兴进程[29]。
2.1 岩溶区干旱、内涝灾害频发
岩溶地区具有双层水文结构、岩溶渗漏[30]、复杂的岩溶管道系统等特征，[31-32]这为岩溶地区旱涝灾害频发提供了自然基础；石漠化生态系统的承灾阈值弹性小，具体表现为人类剧烈活动，导致遇到强降雨，石漠化地区缺乏森林植被来调节缓冲地表径流，造成暂时局域性涝灾[8]。据统计，历史上西南岩溶区干旱总体上呈现出“每年旱灾，3~6年中旱，7~10年大旱”的特点，洪水总体上呈现“2~3年中洪，5~8年大洪”的特点，岩溶区特有的涝灾则是年年不断，且灾情严重，旷日持久[33]。
2.2 水土流失加剧，进一步导致可耕地面积减少，人地矛盾突出
以广西岩溶地区为例，据2013年全国第一次水利普查公报，2011年广西水土流失面积5.05×104 km2，占土地总面积的21.3%。2000—2015年间，新增4 913.4 km2耕地石漠化，新增丧失耕地面积达到1 859.40 km2，平均每年丧失耕地面积366.67 km2[34]，造成耕地资源极端匮乏[35]，农民失去赖以生存的基本条件，人地矛盾突出、生存问题更加凸显。
2.3 生态系统退化、生物多样性逐渐丧失
活跃的人类活动导致岩溶区域生态环境恢复困难。石漠化造成生态系统不稳定、植被结构简单化、生物多样性锐减[13,18,35]。常绿落叶阔叶林是我国西南岩溶生态系统的顶级群落，具备生境复杂、植被茂密、物种繁多等总体特征[36]，石漠化使原有的生态系统失去平衡，大面积森林退化呈灌丛或草丛，生物多样性减少，生境质量下降[37]。岩溶石漠化不仅破坏了高大的植被，还破坏了植被生长的先驱物种，比如岩石表面的苔藓和藻类[38]。
随着石漠化治理工程的推进，2001—2015年岩溶地区植被生物量的增加速度是治理前（1982—2000年）的2倍，治理区域比非治理区域的植被覆盖度高7%，滇桂黔三省植被固碳量较治理前增加了9%，相比于与未开展石漠化治理的国家，生态坏境改善效果显著[29,39-40]。
2.4 制约区域经济发展、阻碍乡村振兴进程
岩溶区的石漠化与脱贫攻坚紧密相关。据国家林业和草原局2018年统计，石漠化地区经济发展严重滞后，人均GDP仅为全国的71%，贫困人口占全国贫困人口的1/3，是我国贫困人口集中分布地区[13]。截至2017年，岩溶地区仍有211个县没有脱贫，农民对土地依赖性较强，增收途径有限，许多地区陷入“越穷越垦、越垦越穷”的循环内[29]。新时代乡村振兴战略全面推进，石漠化治理工程兹事体大，不能让岩溶石漠化成为乡村振兴路上的绊脚石。
3. 石漠化的成因
岩溶石漠化的成因是石漠化研究的核心问题[41]，它是岩溶石漠化治理[10,42]及石漠化评价指标体系建立[43]的基础。总的来说，石漠化是潜在的自然因素叠加了人类不合理活动的综合结果[1,29,41,44]。
3.1 自然因素
3.1.1 地质背景
岩溶石漠化发育的物质基础是古环境变迁形成的碳酸盐岩物质[1]，动力潜能是活跃的构造活动[29]，本质原因是土壤侵蚀速率大于成土速率。一般来说，石漠化发生率高、程度重的区域主要有以下特征：
（1）岩溶作用强烈[41]。碳酸盐岩结构致密、孔隙度小、持水性差、酸不溶物含量低、泥质含量少[44]；
（2）纯石灰岩、连续型纯白云岩大范围出露[35,45]，岩溶石漠化在石灰岩组合上较白云岩组合更常见[46]；
（3）表层土壤相对较薄且土壤缺少分化母质的过渡层（C层），即母岩与土壤通常存在着明显的软硬界面[10,47]；
（4）区域构造活动强烈，地表切割度和地形坡度大[1,29,41,43,48-49]，地貌多为峰丛洼地和峰林洼地。
3.1.2 气候背景
温暖湿润的季风气候为岩溶石漠化发育提供了必要的侵蚀营力[29,48]。在众多气候背景要素中，降雨要素与石漠化指数呈普遍显著正相关，降雨量越大，与岩溶石漠化的相关性越强[50]。早期数据统计，中国西南岩溶区年均降雨变化在900~1 345 mm·a−1之间[51]，平均最大年暴雨日数7~11次[52]，这无疑为水土流失提供了强大的动能。而在谷风和山风的循环作用下，土壤干裂、松动、迁移，使得土壤表层稀薄，土壤黏性越来越弱[50]，更加速石漠化进程。
3.1.3 植被背景
植被覆盖率及植被类型是识别石漠化的关键指标[43]。研究发现，石漠化从形成初期到后期，植被类型的演替序列为：次生乔灌林－灌木林－稀灌草坡－草坡[53]。植被覆盖率越高，植物群落丰富度越高，生态系统越稳定，石漠化发生率及程度就越低[54]。
3.2 人为因素
人类活动是导致石漠化形成的最重要因素之一，是岩溶石漠化形成及扩张的驱动力[1]。其主要表现为：人口增长（靖康事件人口南迁、明清和建国时期两次人口急速增长）和农作物结构变化[44,55]，对土地粗放式、掠夺式经营，生产方式落后[10]，过度放牧[56]，保护资源环境意识差，土地产权错位[41]等。其中可量化且与岩溶石漠化的发生率呈密切正相关的因素包括人口密度、大于25°的坡耕地比例及垦殖率[1,57]三项指标。人口密度可间接地反映人口对资源和环境的压力；陡坡耕地率反映了人口对耕地的压力，陡坡耕地率越大，土地石漠化的危险性就越高[43]；垦殖率表示该地区对土地资源开发利用的程度。已有数据表明，石漠化地区三项指标均高于相同生产力水平下的合理数值[10,29,48]。
4. 治理经验
4.1 综合治理
岩溶石漠化治理工程要坚持对山、水、田、林、路的综合治理，治理成效要惠及生态环境和社会民生两大方向，治理主体要包括国家、地方政府和干部群众三个方面[48]，治理工作要由该区域省、区、市、县的农业、林业、水利、国土、科技等部门共同开展[58]，治理方式要结合退耕还林、封山育林、坡改梯、砌墙保土、改良土壤、开发岩溶水、种植适生经济作物等多种手段[29]。因此，石漠化治理要在政策方针的指导和扶持下，多方面、多部门、多学科、多措施综合治理。
4.2 标本兼治
石漠化治理要以石漠化成因为导向，推本溯源、正本清源，正确认识“水是源头，土是关键，植被（经济作物）是根本，区域生态经济双赢、农民脱贫致富是目标[59]”的治理思路，切实解决石漠化地区缺水、少土、植被生长困难、贫穷落后的问题。重点应用土地整理、改良技术，水土保持技术，植被恢复与重建技术，区域农业结构调整与生态产业培育技术，洼地内涝防治技术等[2]，打破恶性循环，探索出石漠化治理的破环方法。
4.3 长短结合
石漠化综合治理一期工程历经6年，取得了阶段性的成果，但岩溶区的生态依然脆弱，为谨防潜在石漠化的发育，石漠化治理将是一场持久战[60]。因此，应制定石漠化治理长期规划，并做到长、短期目标相结合，确保治理成果。短期目标要以人为本，快速见效，着重解决缺水固土和生活能源问题，增强农民治理石漠化的积极性，避免退耕又返耕的现象发生；长期目标要实现西南岩溶区的可持续发展，以恢复和重建生态环境与富民增收并重为目的，最终实现绿水青山就是金山银山的美好愿景[8,58]。
4.4 因地制宜
自20世纪90年代以来，多地实施石漠化综合治理，形成多种可复制、可推广石漠化综合治理模式。广西平果县果化镇发展立体生态农业[61]、贵州晴隆县建立“陡坡人工种植优质牧草－养殖优质肉羊－发展畜牧业”的人工种草养畜模式[62]、广西环江毛南族自治县下南乡古周村实施“草－畜”农业生产模式[63]，贞丰县、花江县、毕节市等地均取得一定的治理成效，生态环境得到显著改善，资源利用率和生产效率相继提高，区域经济快速发展。可见，岩溶石漠化治理已有大量成功案例。但忽略地域差异，直接照搬治理措施终归会影响治理效果，国务院2008年批复的《岩溶地区石漠化综合治理规划大纲》（2006-2015年）指出：“根据岩溶发育的特征，岩溶区地貌组合类型可分为：中高山岩溶山地、岩溶断陷盆地、岩溶高原、岩溶峡谷、峰丛洼地、岩溶槽谷、峰林平原、溶丘洼地（槽谷）、以及局部分布的石林等。”由于岩溶生态系统类型的差异，要根据不同区域的概况及制约因素提出治理思路与途径[64]，选择性的模仿治理模式，并时刻遵循产业化和市场导向原则，为乡村振兴再添活力。
5. 陕西秦巴地区岩溶石漠化
秦巴地区（陕西片区）西起陕西省与甘肃省交界，南与四川省交界，地理坐标为31°42′30″~34°58′30″N，105°29′00″~111°01′30″E，东西长400~500 km，南北宽180~380 km，总面积约740×104 hm2，其中岩溶面积共计201.15×104 hm2。主要岩溶发育区的碳酸岩系扬子准地台碳酸岩，且大多数为巨厚质纯的碳酸岩[65]。陕西秦巴地区地处扬子准地台北缘，亚热带季风气候，四季分明、雨量充沛，为秦巴地区陕西片区石漠化发育提供了自然条件。在对陕西秦巴地区镇巴三元天坑群岩溶地质遗迹的研究中[21]，发现研究区存在石林、石芽等岩溶地貌，经研究，符合石漠化发育的特点，但针对陕西秦巴地区岩溶石漠化的调查仍处于空白阶段。
综合我国岩溶石漠化发育现状发现，湖北、重庆、四川三省（直辖市）已发生石漠化的区域主要集中在秦巴地区。近年来，秦巴山区河南片区和甘肃片区也发现石漠化现象[66-68]，其中河南省南阳岩溶地区石漠化发育最为严重，2015年统计结果显示，南阳岩溶石漠化土地总面积为74 647.7 hm2，占岩溶面积的27.88%，其中极重度、重度、中度、轻度石漠化面积分别为5 418.9 hm2、10 991.0 hm2、35 337.0 hm2、22 900.8 hm2；潜在石漠化土地为93 102.2 hm2，占岩溶面积的34.77%。2021年河南省申请纳入岩溶地区第四次石漠化调查范围，于同年7月正式启动岩溶石漠化调查。
为了查明陕西秦巴地区石漠化发育及分布的情况，本研究以卫星遥感解译[69]为主，同时，结合无人机遥感调查与碳酸盐岩溶蚀速率分析[70]，验证该地区岩溶石漠化发育的事实。
5.1 研究方法
5.1.1 遥感解译
5.1.1.1 工作方法
收集工作区Landsat 8 OLI 遥感影像，选择2020年左右的Landsat8 OLI遥感影像10景、分辨率30 m[71]；DEM数据（SRTM1数据），空间分辨率30 m×30 m；地质数据借助ArcGIS软件平台将1∶50万陕西省地质图地理信息化；地表覆盖数据获取自GlobeLand30（
http://www.globleand30.org/ ），分辨率30 m；光学影像数据源为2022 年第一季度的高分一号（GF-1）、高分二号（GF-2）、高分七号（GF-7），分辨率分别为2 m、0.8 m、0.65 m。本研究共收集遥感影像165景原始数据（图1）。通过以上基础数据，运用遥感技术结合地理信息的方法，确定以基岩裸露度、植被覆盖度、地形坡度、碳酸盐岩岩性分布及地表覆盖类型等因素为石漠化的分级标准来构建岩溶石漠化的综合提取模型，初步掌握岩溶石漠化分布靶区。在此基础上，利用高分辨率正射影像对石漠化分布集中区实施高分辨率影像解译，构建陕西秦巴地区岩溶石漠化分布图。
5.1.1.2 石漠化信息提取方法
（1）为了有效地从影像数据中获取石漠化分布信息，结合前人对岩溶石漠化的分级和评价指标体系[69,72]，选取植被覆盖度、基岩裸露率、地形坡度[73]、地表覆盖类型四个因素作为提取石漠化信息的主要因子，将陕西秦巴地区岩溶石漠化划分为五种类型：无石漠化、潜在石漠化、轻度石漠化、中度石漠化和重度石漠化（表5）。
表 5 陕西秦巴地区石漠化分级标准Table 5. Grading standards for rocky desertification in the Qinba region, Shaanxi Province石漠化程度 植被覆盖度/% 基岩裸露率/% 地形坡度/° 植被类型 无石漠化 ＞70 ＜30 ＜15 乔木 潜在石漠化 60~70 30~40 15~18 灌木 轻度石漠化 50~60 40~50 18~22 草丛 中度石漠化 25~50 50~70 22~25 旱地作物型 重度石漠化 ＜25 ＞70 ＞25 无植被型 （2）采用定性和定量结合的综合分析法提取石漠化信息。以石漠化相关分级指标为依据，对石漠化的等级赋予不同的值，通过多次试验（图2），确定了各因子的权重[74]，得出：
图 2 提取石漠化信息流程图Figure 2. Flow chart of extracting information on rocky desertification综合指标评价=植被覆盖度×0.3+基岩裸露率×0.3+地形坡度×0.2+植被类型×0.2。
将综合指标评价结果在0~1、1~2、2~4、4~6、6~8间分别评定为无石漠化、潜在石漠化、轻度石漠化、中度石漠化、重度石漠化。
5.1.1.3 岩溶石漠化遥感解译
以正射纠正后的真彩色遥感影像为基础，依据石漠化等级划分标准，完成三种程度石漠化图斑的勾绘工作，建立石漠化目视解译标志（表6）。
表 6 石漠化解译标志Table 6. Signs of interpretating rocky desertification石漠化程度 遥感影像 无人机影像 影像特征 无石漠化 
深绿色；植被覆盖度高，基本上为茂密的
林地、盆地、农田等地类轻度石漠化 
暗绿色-草绿色；可见零星裸岩露头，
沟谷地带一般为耕地中度石漠化 
深绿色-灰褐色；植被覆盖较差，多为疏林地、
疏灌草、半石山等地类，可见裸岩出露重度石漠化 
浅绿色-黄绿色；多为林地、灌草等地类，
裸岩成片出露根据建立的解译标志，对提取的石漠化区域采用目视解译为主、人机交互解译为辅的方法[71]，最终勾绘出103个图斑，其中轻、中、重三种程度石漠化图斑分别为55个、28个和20个，经过拓扑检查、拓扑错误修正后成图，最终解译结果显示，陕西秦巴地区岩溶石漠化面积为63.37 km2。按石漠化程度分布，重度、中度、轻度石漠化分别为17.97 km2、21.60 km2、23.80 km2。其中重度石漠化主要分布在镇安县北阳山、山阳县海螺宫、西乡县大河镇等地，其余地区主要为中度石漠化和轻度石漠化（图3）。
图 3 陕西秦巴地区岩溶石漠化分布图Figure 3. Distribution of karst rocky desertification in the Qinba region of Shaanxi Province5.1.2 无人机遥感调查
由图3可知，研究区内岩溶石漠化呈现小面积、破碎化分布，卫星遥感解译技术受传感器性能及自然环境的限制，可能无法准确判断阴影部分的地物覆盖类型[75]。因此，结合无人机遥感调查十分必要，可进一步提高研究区岩溶石漠化调查的完整度和精度。
本次无人机影像获取使用的平台为DJI-M300RTK，荷载相机为禅思P1。在拍摄作业中，根据制图比例尺需求设定飞行高度，飞行航高为1 500 m；正射影像及倾斜摄影的平均GSD为≤0.5 m；航向重叠率均为80%；旁向重叠率为70%；航线弯曲度1%；行高差＜5 m、倾斜角＜3°；旋偏角＜10°。获取数据后，通过大疆制图软件进行数据处理，该软件将空三解算、区域网平差与正射校正、影像镶嵌等算法封装，提供一体化数据输入，运算结果及数据处理经后台自动计算后输出结果，得到正射影像和三维模型数字成果（图4）。
图 4 研究区内部分地区正射影像和三维倾斜示意图a. 北阳山无人机正射影像图 b. 海螺宫无人机正射影像图 c. 北阳山局部无人机正射影像图 d. 海螺宫局部无人机正射影像图e. 北阳山无人机三维倾斜示意图 f. 海螺宫无人机三维倾斜示意图Figure 4. Orthophotos and 3D oblique schematics of parts of the study areaa. UAV orthophoto map of Beiyang mountain b. UAV orthophoto map of Hailuogong c. local UAV orthophoto map for Beiyang mountain d. local UAV orthophoto map of Hailuogong e. schematic diagram of UAV three-dimensional tilt for Beiyang mountain f. schematic diagram of UAV three-dimensional tilt for Hailuogong5.2 碳酸盐岩溶蚀速率分析
岩溶作用是石漠化的成因之一[41]，岩溶作用往往通过溶蚀速率来定量表示[76]。早在1984年，前人就在桂林等地开展了碳酸盐岩溶蚀速率的试验工作。此后，随着环境保护与生态系统修复、石漠化的治理等工作的开展，不少学者从不同的研究方向开展了大量的溶蚀速率试验，获取了丰硕的研究成果[77]。陕西秦巴地区作为岩溶石漠化非监测区，对其溶蚀速率的研究有助于分析该地区的石漠化成因以及发展趋势，对石漠化治理等工作有重要的指导意义。
本研究在2021年3月—2022年10月期间，针对不同植被类型开展了溶蚀速率试验研究。在陕西秦巴岩溶区共埋设945件标准溶蚀试片样，最终获取806个溶蚀速率数据。通过数据综合分析、溶蚀速率影响因素、石漠化程度与人类活动的对比研究等，取得了初步的研究成果。其中气候因素中，降雨量与溶蚀速率呈显著的正相关性，是影响岩溶作用重要的因素之一，同时也是造成南北方岩溶差异的重要原因之一。其次是人类活动越强烈，石漠化越发育[24]。同时结合卫星遥感解译和无人机遥感调查结果发现，溶蚀速率的大小与岩溶石漠化的发育呈正相关[78]，人类活动加剧了石漠化的发育。
5.3 研究区岩溶石漠化发育现状
通过遥感解译、无人机遥感调查及碳酸盐岩溶蚀速率分析，已初步确定了陕西秦巴地区岩溶石漠化面积为63.37 km2，按石漠化程度划分，重度、中度、轻度石漠化面积分别为17.97 km2、21.60 km2、23.80 km2。总结调查结果，研究区内石漠化发育地区除存在地域差异性外，还存在一些相似的分布规律，具体表现为：从石漠化发育程度来看，灰岩区域较白云岩区域更严重、水系发达区域较缺水干旱区域更严重、新构造越活跃地区石漠化发育越严重。相对于西南地区，陕西秦巴地区岩溶石漠化发育程度较轻，分布面积较小，主要原因为研究区内降雨量较少。镇安县北阳山为岩溶石漠化最严重的地区，石漠化发育面积为7.28 km2，调查得知，当地曾在20世纪60年代有过大规模的散养牲畜，严重破坏了植被，而人为肆意砍伐林木更是加剧了石漠化的进程，如今，该地区居民生产方式落后，经济水平较低，饮水问题尤为突出。石漠化同样严峻的还有山阳县海螺宫村，石漠化发育面积为5.83 km2，此地区地貌为典型的峰丛洼地，极易发育石漠化，人地矛盾亟待解决（图5）。
图 5 北阳山（左）和海螺宫（右）岩溶石漠化发育现状图a. 北阳山航拍图 b. a中红色框的放大图 c. b中黄色框实拍图 d. 海螺宫航拍图 e. d中绿色框的局部放大图 f. d中蓝色框的局部放大图Figure 5. Development of karst rocky desertification in Beiyang mountain (left) and Hiluogong (right)a. aerial image of Beiyang mountain b. enlarged view of the red frame in a c. picture of the real object of yellow frame in b d. aerial image of Hailuogong e. enlarged view of the green frame in d f. enlarged view of the blue frame in d6. 结论与建议
岩溶石漠化问题无论在过去、现在、未来都是涉及民生和生态两大领域的重要问题，石漠化治理工作任重道远。
（1）本研究分析了2005年至2021年西南岩溶地区石漠化的发育现状[27]，系统总结了中国西南岩溶地区4条石漠化治理经验，分别是综合治理、标本兼治、长短结合、因地制宜。
（2）总结了秦巴地区陕西片区具备岩溶石漠化发育条件，通过遥感解译、无人机遥感调查、碳酸盐岩溶蚀速率分析三种技术手段，查明了陕西秦巴地区岩溶石漠化发育总面积为63.37 km2。按石漠化程度划分，为重度、中度、轻度石漠化，分别占17.97 km2、21.60 km2、23.80 km2。其中重度石漠化区主要分布在镇安县北阳山和山阳县海螺宫。
（3）报道了陕西秦巴地区的岩溶石漠化现状，总结了其分布规律和岩溶溶蚀速率的特点，整体未造成较大的生态威胁，但在石漠化发育严重的北阳山和海螺宫地区，应加大监测和研究力度。
（4）建议：①厘清秦巴地区石漠化的发育成因，与西南岩溶区进行对比，确定该区岩溶石漠化主导因素是自然因素还是人为因素；②通过野外核查、遥感解译、气候变化分析等方法，动态监测石漠化变化，利用地理探测器模型对各影响因素进行贡献率计算；③进一步开展岩溶溶蚀速率影响因素的研究。开展中度−重度石漠化区域的土壤理化性质（土壤水分、二氧化碳浓度、pH、有机质含量、孔隙度）监测工作，并深入分析石漠化地区溶蚀速率和土壤理化性质的关系；④开展陕西秦巴地区石漠化区域的碳汇分析，为陕西地区碳中和研究提供基础资料。
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图 2 提取石漠化信息流程图
Figure 2. Flow chart of extracting information on rocky desertification
图 3 陕西秦巴地区岩溶石漠化分布图
Figure 3. Distribution of karst rocky desertification in the Qinba region of Shaanxi Province
图 4 研究区内部分地区正射影像和三维倾斜示意图
a. 北阳山无人机正射影像图 b. 海螺宫无人机正射影像图 c. 北阳山局部无人机正射影像图 d. 海螺宫局部无人机正射影像图e. 北阳山无人机三维倾斜示意图 f. 海螺宫无人机三维倾斜示意图
Figure 4. Orthophotos and 3D oblique schematics of parts of the study area
a. UAV orthophoto map of Beiyang mountain b. UAV orthophoto map of Hailuogong c. local UAV orthophoto map for Beiyang mountain d. local UAV orthophoto map of Hailuogong e. schematic diagram of UAV three-dimensional tilt for Beiyang mountain f. schematic diagram of UAV three-dimensional tilt for Hailuogong
图 5 北阳山（左）和海螺宫（右）岩溶石漠化发育现状图
a. 北阳山航拍图 b. a中红色框的放大图 c. b中黄色框实拍图 d. 海螺宫航拍图 e. d中绿色框的局部放大图 f. d中蓝色框的局部放大图
Figure 5. Development of karst rocky desertification in Beiyang mountain (left) and Hiluogong (right)
a. aerial image of Beiyang mountain b. enlarged view of the red frame in a c. picture of the real object of yellow frame in b d. aerial image of Hailuogong e. enlarged view of the green frame in d f. enlarged view of the blue frame in d
表 1 西南岩溶区八省（区、直辖市）岩溶石漠化分布情况统计表
Table 1. Statistics of karst desertification distribution in eight provinces/ regions/municipalities in the karst areas of Southwest China
省（区、直辖市） 合计 极重度石漠化 重度石漠化 中度石漠化 轻度石漠化 面积/×104 hm2 面积/×104 hm2 占比/% 面积/×104 hm2 占比/% 面积/×104 hm2 占比/% 面积/×104 hm2 占比/% 云南 235.193 68 5.755 10 2.4 19.072 65 8.1 97.259 07 41.4 113.106 86 48.1 贵州 247.013 21 2.538 07 1.0 25.642 11 10.4 125.411 96 50.8 93.421 07 37.8 广西 153.289 89 4.546 50 3.0 80.365 04 52.4 46.008 36 30.0 22.369 99 14.6 四川 66.992 65 1.115 81 1.7 7.771 64 11.6 28.382 93 42.4 29.722 27 44.4 湖南 125.140 28 1.406 53 1.1 17.327 44 13.8 51.778 81 41.4 54.627 50 43.7 湖北 96.151 01 0.948 51 1.0 7.921 71 8.2 429 994.6 44.7 442 813.3 46.1 重庆 77.286 48 0.5453 30 0.7 5.756 83 7.4 38.614 66 50.0 32.369 66 41.9 广东 5.944 67 0.073 04 1.2 2.344 84 39.4 2.168 62 36.5 1.358 17 22.8 合计 1 007.011 87 16.928 89 1.7 166.202 26 16.5 432.623 87 43.0 391.256 85 38.9 
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表 2 西南岩溶区八省（区、直辖市）潜在石漠化分布情况统计表
Table 2. Statistics of distribution of potential rocky desertification in eight provinces/regions/municipalities in the karst areas of Southwest China
省（区、直辖市） 云南 贵州 广西 四川 湖南 湖北 重庆 广东 合计 面积/×104 hm2 204.2 363.8 267.0 82.1 163.4 249.2 94.9 42.3 1 466.9 占比/% 13.9 24.8 18.2 5.6 11.1 17.0 6.5 2.9 100
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表 3 西南岩溶区石漠化及潜在石漠化面积及动态变化统计表
Table 3. Statistics of the areas of rocky desertification and potential rocky desertification, and dynamic changes in karst areas of Southwest China
时间/年 2005 2011 2016 面积/
×104 hm2面积/
×104 hm2增长量/×104 hm2
（较2005年）增长率/%
（较2005年）面积/
×104 hm2增长量/×104 hm2
（较2011年）增长率/%
（较2011年）岩溶石漠化 1 296.1 1 200.1 −96.0 −7.4% 1 007.0 −193.1 −16.1% 潜在石漠化 1234 1 331.8 97.8 7.9% 1 466.9 135.1 10.1%
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表 4 西南岩溶区岩溶石漠化程度演变情况统计表
Table 4. Statistics of evolution of karst desertification in karst areas of Southwest China
时间/年 2005 2011 2016 面积/
×104 hm2占比/
%面积/
×104 hm2占比/
%增长量/
×104 hm2增长率/
%面积/
×104 hm2占比/
%增长量/
×104 hm2增长率/
/%（较2005年） （较2011年） 极重度 54.5 4.2 32.0 2.7 −22.5 −41.3 16.9 1.7 −15.1 −47.2 重度 293.4 22.6 217.7 18.2 −75.7 −25.8 166.2 16.5 −51.6 −23.7 中度 591.9 45.7 518.9 43.1 −73.0 −12.3 432.6 43.0 −86.2 −16.6 轻度 356.3 27.5 431.5 36 75.2 21.1 391.3 38.8 −40.3 9.3
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表 5 陕西秦巴地区石漠化分级标准
Table 5. Grading standards for rocky desertification in the Qinba region, Shaanxi Province
石漠化程度 植被覆盖度/% 基岩裸露率/% 地形坡度/° 植被类型 无石漠化 ＞70 ＜30 ＜15 乔木 潜在石漠化 60~70 30~40 15~18 灌木 轻度石漠化 50~60 40~50 18~22 草丛 中度石漠化 25~50 50~70 22~25 旱地作物型 重度石漠化 ＜25 ＞70 ＞25 无植被型
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表 6 石漠化解译标志
Table 6. Signs of interpretating rocky desertification
石漠化程度 遥感影像 无人机影像 影像特征 无石漠化 
深绿色；植被覆盖度高，基本上为茂密的
林地、盆地、农田等地类轻度石漠化 
暗绿色-草绿色；可见零星裸岩露头，
沟谷地带一般为耕地中度石漠化 
深绿色-灰褐色；植被覆盖较差，多为疏林地、
疏灌草、半石山等地类，可见裸岩出露重度石漠化 
浅绿色-黄绿色；多为林地、灌草等地类，
裸岩成片出露
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