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2015 , Vol. 34 >Issue 4: 644 - 654

DOI: https://doi.org/10.11821/dlyj201504004

基于植被覆盖与生产力视角的亚喀斯特区域生态环境特征研究——以黔中部分地区为例

  • 许璟 , 1, 2 ,
  • 安裕伦 , 1, 2 ,
  • 胡锋 1, 2 ,
  • 马良瑞 1
展开
  • 1. 贵州师范大学地理与环境科学学院, 贵阳 550001
  • 2. 贵州省山地资源与环境遥感应用重点实验室, 贵阳 550001
安裕伦(1957- ),男,贵州贵阳人,教授,研究方向为自然地理学、地理信息系统与环境遥感。E-mail:

作者简介：许璟(1990- ),女,安徽黄山人,硕士,研究方向为地理信息与遥感应用。E-mail:

收稿日期: 2014-10-23

  要求修回日期: 2015-01-11

  网络出版日期: 2015-04-10

基金资助

国家自然科学基金项目(41161002)

贵州省省长基金项目(黔省专合字(2011)46号)

全国生态环境十年(2000-2010)变化遥感调查与评估贵州专题项目(2012-2013)

收起

Research on characteristics of ecological environment in a semi-karst region based on vegetation cover and NPP : A case study in central Guizhou province

  • XU Jing , 1, 2 ,
  • AN Yulun , 1, 2 ,
  • HU Feng 1, 2 ,
  • MA Liangrui 1
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  • 1. School of Geographic and Environmental Science, Guizhou Normal University, Guiyang 550001,China
  • 2. Guizhou Mountain Resources and Environmental Remote Sensing Application Laboratory, Guiyang 550001,China

Received date: 2014-10-23

  Request revised date: 2015-01-11

  Online published: 2015-04-10

Copyright

《地理研究》编辑部
Fold

摘要

为了研究亚喀斯特区域的生态环境特征,以黔中部分地区为研究区,利用2010年的TM影像数据和MODIS-NPP影像数据,通过NDVI像元二分模型法和格网计算法,对比分析亚喀斯特与喀斯特区域的植被覆盖和净第一生产力,探讨不同区域的植被状况、土地承载力等生态特征。研究发现亚喀斯特区域有着不同于传统喀斯特区域的生态特征,在相同的土地利用类型条件下,前者具有更好的植被覆盖水平和净第一生产力,但其生态环境更易受到人类活动的干扰。因此区域的生态环境问题需要引起关注,并应采取针对性措施进行生态恢复和保护,提出生态发展策略,旨在对区域的生态环境研究更加深入,促进人地和谐发展。

关键词： 亚喀斯特与喀斯特区域; 植被覆盖; 生产力; 对比分析; 生态环境

本文引用格式

许璟 , 安裕伦 , 胡锋 , 马良瑞 . 基于植被覆盖与生产力视角的亚喀斯特区域生态环境特征研究——以黔中部分地区为例[J]. 地理研究, 2015 , 34(4) : 644 -654 . DOI: 10.11821/dlyj201504004

Abstract

In order to study the ecological environmental characteristics of a semi-karst region, the paper takes the central area of Guizhou Province as a research area, which includes the Anshun city, Pingba County and Huaxi District. The region is the typical representative of semi-karst and karst Guanling group and Anshun group rocks. By using the TM image data and MODIS-NPP image data in April 2010, the paper makes a comparative study on the vegetation coverage and net primary productivity (NPP) and explores the ecological characteristics such as status of vegetation, vegetation net primary productivity, land carrying capacity and landscape diversity in semi-karst and karst regions by the method of NDVI dimidiate pixel model and grid computation. The research showed that the semi-karst region has different ecological features from a traditional karst region. Under the same land use type conditions, the vegetation growth of the semi-karst region has obvious advantages, which indicates arbor as the representative of the high vegetation coverage has wide and continuous concentration distribution. By contrast, high vegetation coverage area of the karst region is mainly composed of shrubs, scattered and broken. Overall the semi-karst region has the high land carrying capacity; its net primary productivity level is also significantly higher than that of the karst region. However, close attention should be paid to sensitivity of the ecological environment to human activities in the semi-karst region. Landscape analysis shows that although the vegetation coverage degree is bigger, the number of plaque is larger, the unit area is lesser and the plaque is more broken. The phenomenon shows that the semi-karst vegetation is prone to disturbance and degradation under the interference of environment and vegetation component is not stable. Fragmentation index and Shannon Diversity index also shows that the degree of landscape heterogeneity is larger and landscape structure is more complicated. Therefore, through the analysis of the characteristics of the semi-karst region's eco-environment, the paper pointed out that the ecological environment problems in the region need more concern, and the eco-environment in this region needs further research. Also we should take appropriate measures to restore and protect the ecology and implement better ecological development strategy. By using the superior conditions of the regional ecological environment and implementing reasonable human production activities, we are able to promote the harmonious development of human and nature.

Key words： semi-karst and karst regions; vegetation cover; net primary productivity; contrast research; ecological environment

1 引言

占全球陆地面积15%且居住着十亿人口的特殊地域──喀斯特地区的环境保护与可持续发展具有全球性的战略地位,喀斯特环境是世界也是中国西部四大生态环境脆弱带之一。喀斯特环境石漠化与贫困问题是中国西南地区面临的限制可持续发展一个关键因素。贵州省是碳酸盐岩占73%的喀斯特地区[1],生态环境极为脆弱。在贵州省分布的碳酸盐岩中,有约34.6%的“不纯碳酸盐岩”区域,其喀斯特发育特征和石漠化程度都与普通喀斯特有着明显的区别,依据这些特点可以称为“亚喀斯特”景观,其中包括纯度不高的碳酸盐岩（如泥质白云岩、泥质石灰岩）、碳酸盐岩与非碳酸盐岩紧密交互夹层两类岩石上发育的喀斯特景观,其地理环境特征和环境效应情形皆不同于纯喀斯特。“亚喀斯特”地貌发育既有溶蚀也有侵蚀、剥蚀作用,水文效应更加复杂,土壤母质相对丰富,土层较厚,自然条件下植被发育较好,开垦率高,加大了土壤侵蚀和石漠化发生的人为驱动,同等条件下土壤侵蚀量比纯喀斯特区更大。安裕伦等[2]探讨了不纯碳酸盐岩区石漠化程度划分指标,并指出不纯碳酸盐岩分布地区土层较厚,生境条件较碳酸盐岩地区优越,但在水土保持措施不够,开垦等土地利用方式下也可向更严重的石漠化景观演替;贺中华等[3]初步提出了半喀斯特低中山概念来整合和概括这一新的逻辑概念;吕红梅等[4]提到半喀斯特景观,认为“从喀斯特、半喀斯特到非喀斯特,自然景观镶嵌越来越复杂且越来越不稳定,人为景观在喀斯特地区显得较为复杂”。
植被覆盖和净第一生产力是描述陆地生态过程的两个重要参数。目前很多研究中都把植被NPP的研究确定为核心内容之一[5],植被净第一生产力指绿色植物在单位面积和单位时间上所积累的有机干物质总量[6]。在NPP研究的早期,主要通过NPP与多种自然因子的关系建立NPP模型,随着遥感和计算机技术的进步,发展到直接用植被指数与NPP的关系进行计算。植被覆盖度是指单位面积内植被地上部分的垂直投影面积所占的百分比值[7],已经广泛应用于监测各种不同尺度的地表植被覆盖情况[8]。王冰等[9]借助遥感手段,对贵州省喀斯特区域2001年植被净第一生产力进行估算,并分析了喀斯特区域与非喀斯特区域NPP的差异,主要研究喀斯特区域NPP的时空变化特征,但并没有涉及对亚喀斯特区域的区别研究;高江波等[10]探讨植被覆盖的空间变异特征在贵州喀斯特高原区域的表现,同样没有提及不同于喀斯特环境特征的研究区域;前人的研究大多以贵州典型喀斯特为环境背景[11],并且主要针对例如植被覆盖度、净第一生产力等单一要素进行研究。而为了揭示亚喀斯特地质分区与喀斯特地质分区在不同地质构成背景下的地表景观差异,了解亚喀斯特这个独特的分区在覆盖类别、景观构成、土地承载力和陆地植被生产力水平上的特殊结构和特征,借助格网化空间数据,从植被覆盖和生产力及两者结合不同土地利用类型的关系来研究亚喀斯特区域生态环境特征,区别亚喀斯特与喀斯特两种不同区域的生态环境特征,获取这一系列生态学和地理信息的基础上人类活动与亚喀斯特环境在交互过程中伴生的生态环境问题,针对“亚喀斯特”区域,提出专门研究和保护建议。

2 研究区概况与数据来源

2.1 研究区概况

研究区位于贵州高原中部二级阶梯上,地处105°36′E~106°46′E、25°56′N~26°38′N,东西长110.74 km,南北宽74.44 km,周长471.17 km,总面积3670 km2,占全省面积2.08%。研究区地势较为平缓,海拔800~1900 m。常年受季风控制,降水充沛,是典型的湿润中亚热带季风常绿阔叶林黄壤丘陵性高原。行政区包括安顺市、平坝县和花溪区,选取这些地区是因为其岩组包括有关岭组和安顺组,分别代表典型的亚喀斯特和喀斯特,便于更好地对比分析。
Fig. 1 Geographical location of the study area

图1 研究区地理位置图

2.2 数据来源

研究数据包括源数据、参考数据、输出数据（表1）。研究区亚喀斯特和喀斯特的识别和划分借助贵州省岩性数据,以纯喀斯特区域、非喀斯特区域及含有泥质白云岩、泥质灰岩、碳酸盐岩和非碳酸盐岩夹层的亚喀斯特区域为分类标准。
Tab. 1 Data source of study

表1 研究数据来源表

源数据 参考数据 输出数据
2010年4月上旬30 m空间分辨率的Landsat TM遥感影像;2010年4月上旬250 m空间分辨率的MODIS-NPP遥感影像 1∶5万贵州地形图;贵州岩性图;行政边界矢量数据 2010年4月上旬覆盖贵州省域的土地利用图/数据;2010年4月上旬覆盖贵州省域的植被第一净初级生产力的NPP图/数据;2010年4月上旬覆盖贵州省域的植被覆盖度/数据
反映土地承载力和陆地地表植被生产力水平的NPP数据来源为2010年4月上旬空间分辨率为250 m的MODIS-NPP遥感影像数据。1(1 由国家环保部“全国生态环境十年（2000-2010）变化遥感调查与评估项目”项目组提供。)

3 研究方法

土地利用情况、植被覆盖度情况、景观多样性情况和植被净初级生产力分别作为反映人类对于土地的使用状况、陆地植被受区域环境地质影响的覆盖状况、陆地植被景观受人类活动影响的频繁度和变迁状况、土地生产力/承载力情况的因子,在3S技术和地理信息平台的支持下,通过单因子分析、叠加分析和多因子综合分析,为探究亚喀斯特地质区域独特的生态环境提供支持。

3.1 土地利用

通过覆盖研究区的2010年4月上旬空间分辨率为30 m的Landsat TM遥感影像,以研究区1 ∶ 5万地形图为参考,采用阿尔伯斯投影,利用二次多项式拟合和双线性方程进行精校正,均匀分布于影像上的20个控制点均保持误差在1个像元以内。然后采用面向对象的分类方法,使用经过筛选和优化后符合贵州省实际土地利用/覆盖特征的国家土地利用分类标准,解译得到贵州省2010年4月上旬土地利用图/数据。最后在ArcGIS和ERDAS软件支持下,利用亚喀斯特和喀斯特的岩性数据对土地利用图进行裁剪,得到亚喀斯特和喀斯特各自的土地利用信息。对土地利用解译结果进行的野外认证表明,在随意抽取的30个图斑中,正确图斑26个,解译正确率为86.7%,能够达到精度要求。

3.2 植被覆盖度

研究区植被覆盖度采取基于像元二分模型[12]植被指数法估算。该方法计算简便、结果可靠,得到了广泛应用[13];同时与利用NDVI反映植被覆盖相比,该方法更能减少大气和植被类型等因素的干扰和影响,增强植被因子信息。根据像元二分模型原理,假设一个像元代表的信息I由植被和裸土两部分构成,分别记做Iv和Is,具体计算过程如下[14,15]：
I = I v + I s （ 1 ）
I v = F c × I veg （ 2 ）
I s = 1 - F c × I soil （ 3 ）
F c = I - I soil I veg - I soil （ 4 ）
式中：Fc代表像元中植被部分的面积百分比;( 1 - F c )代表像元中土壤部分的面积百分比;Iveg代表纯植被覆盖信息。
为了将植被覆盖度和其他地理环境因子进行比较分析,将植被覆盖情况划分为五个区间,分别是：(0,20%]为低植被覆盖度;(20%,40%]为中低植被覆盖度;(40%,60%]为中植被覆盖度;(60%,80%]为中高植被覆盖度;(80%,100%]为高植被覆盖度。
衍生的植被覆盖度经过了野外验证。在野外调查中,对研究区域的亚喀斯特和喀斯特区域分别采集15个采样点,一共30个采样数据,并针对采样数据和相对应二分模型计算平均误差：在亚喀斯特区域的平均误差为6.67%,而喀斯特区域为13.33%。所以植被覆盖度的计算精度为90%。由此说明,由二分模型计算的植被覆盖度比较准确。

3.3 香农多样性指数

香农多样性指数（SHDI）作为景观异质性的一个敏感指标,常被用于反映区域的景观构成。SHDI作为环境生态学因子,有着随着值的增加,景观结构组成的复杂性也趋于增加的特性,对于分析景观变迁、植被受人类活动干扰的频繁度、脆弱性,生态景观的合理构建具有支撑作用,其计算公式如下[16]：
SHDI = - ∑ i = 1 s p i ln p i （ 5 ）
式中：s表示类型总数; p i 表示第i个类型所占的百分比。

3.4 破碎度指数

破碎度指数表示景观被分割的破碎程度,同样在一定程度上也能够体现外界对景观格局的干扰程度,其计算公式如下[17]：
FN = N s - 1 N c （ 6 ）
式中：Ns表示景观内各类型总数;Nc为景观总面积。

4 结果分析

4.1 亚喀斯特植被覆盖度特征

4.1.1 基于空间结构的总体特征 根据植被覆盖等级划分标准,基于ArcGIS空间分析模块生成植被覆盖等级图（图2）。整体来看,中高植被覆盖和高植被覆盖广泛且连片集中分布是亚喀斯特区域植被的主要覆盖特征,尤其高植被覆盖分布表现更加明显。亚喀斯特区域的植被覆盖率高于喀斯特区域,高植被覆盖较喀斯特区域面积更大且分布更为集中,而中低植被覆盖,低植被覆盖的区域在亚喀斯特和喀斯特区域的分布同样明显。
Fig. 2 Spatial pattern of vegetation coverage grade of Semi-Karst and Karst region of study area

图2 研究区亚喀斯特和喀斯特区域植被覆盖等级空间分布

从亚喀斯特区域内部植被覆盖度和土地利用的分布情况来看（图2、图3）,高植被覆盖和中高植被覆盖主要分布在研究区的西南部和西部,对应的土地利用/覆被类型多为林地和灌丛;除中部偏北分布的湿地和东北部的城镇用地植被覆盖度较低外,呈现出从东北到西南呈逐渐增加的态势。喀斯特区域中高植被覆盖主要分布在研究区东部和东北部,土地利用/覆被类型主要为灌丛,并呈现由东向西逐步减少的变化。
Fig. 3 Spatial pattern of land use of semi-karst and karst regions of the study area

图3 研究区亚喀斯特和喀斯特区域土地利用类型分布

4.1.2 亚喀斯特植被覆盖度与土地利用 格网化空间数据,尤其结合生态单元对空间数据进行分类和分析是近来生态学、干扰生态学研究的重要趋势。通过对比,发现500 m×500 m的生态单元格网较1 km×1 km在当前影像的时空分辨率、土地利用分类框架下更适合统计和分析研究区亚喀斯特与喀斯特植被覆盖的平均特征。格网化后的植被覆盖度平均值（生态本底）与土地利用类型（生态单元）之间的对应关系如图（图4）。
Fig. 4 Vegetation coverage for different land use types

图4 不同土地利用类型的植被覆盖度比较

生态单元对应曲线的趋势显示出亚喀斯特区域不同土地利用类型的植被覆盖度平均值大部分高于喀斯特区域,例如在一级分类森林类型中,包括常绿阔叶灌木林、常绿阔叶林、常绿针叶林、落叶阔叶灌木林、落叶阔叶林和稀疏灌木林,亚喀斯特区域对应的植被覆盖度平均值分别为78.56%、84.93%、77.99%、74.82%、75.87%和80.60%,而喀斯特区域对应的值则分别为74.44%、78.55%、76.67%、74.09%、72.75%和77.24%。通过定量数据及其对应的类别关系表明亚喀斯特区域较喀斯特区域的各类生态单元相对应的植被覆盖度更高。
需注意的是,土地利用类型（生态类型）中,喀斯特区域的工业用地、乔木绿地、水库/坑塘植被覆盖度较亚喀斯特区域更高;亚喀斯特区域常绿阔叶灌木林、常绿阔叶林、常绿针叶林的植被覆盖度高于喀斯特区域;其灌木园地和乔木园地显著高于喀斯特区域;亚喀斯特区域旱地和水田植被覆盖度与喀斯特区域几乎无差别。
4.1.3 植被覆盖景观格局变化分析 景观格局指数对定量描述景观格局与动态变化,揭示景观结构功能与过程具有重要作用[18,19],对土地利用变化过程和植被覆盖度的叠加分析是一种有效的补充和支持。选取斑块数、斑块平均面积、破碎度指数和香农多样性指数四种景观格局指数,从景观空间结构角度分析亚喀斯特区域植被覆盖空间格局变化和景观异质性（表2）。
Tab. 2 The landscape characteristics grade of semi-karst and karst regions of the study area

表2 研究区亚喀斯特和喀斯特区域等级景观特征表

类型 等级 斑块数(个) 斑块平均面积(km2) 破碎度指数 香农多样性指数
喀斯特区域 低植被覆盖 2 0.14 1.00 1.01
中低植被覆盖 618 0.53 1.00
中植被覆盖 16289 0.95 1.04
中高植被覆盖 3801 30.66 1.04
高植被覆盖 18750 1.48 1.05
亚喀斯特区域 低植被覆盖 9 0.11 1.02 1.07
中低植被覆盖 575 1.02 1.03
中植被覆盖 12516 0.81 1.05
中高植被覆盖 5735 18.27 1.06
高植被覆盖 18002 2.29 1.05
中植被覆盖、中高植被覆盖和高植被覆盖均在亚喀斯特和喀斯特区域各等级植被覆盖中所占比例突出,对区域景观格局的构成占主导作用,亚喀斯特的景观格局表现出独特性（图5）。亚喀斯特与喀斯特区域在高、中及其他植被覆盖等级上具有近似的分布格局,在中高植被覆盖上比喀斯特地区具有数量更多,更破碎的斑块,其面积也更小更细碎;亚喀斯特区域具有高和中低植被覆盖度的斑块平均面积显著高于喀斯特区域,其他植被覆盖度的斑块平均面积显著低于喀斯特区域,以上同样可以从破碎度指数得到验证;亚喀斯特区域植被香农多样性指数大于喀斯特区域,表明亚喀斯特区域景观异质性程度较大、景观结构更加复杂。
Fig. 5 Comparisons in vegetation coverage landscape of NP and AREA_MN of the study area

图5 研究区植被覆盖景观斑块数、斑块平均面积对比

4.2 亚喀斯特地区第一净生产力特征

4.2.1 第一净生产力分布特征 基于研究目的,关注亚喀斯特和喀斯特这两个不同地质背景的区域,其土地利用（变化）所传递出的土地承载力和陆地植被生产力的特征。
基于MODIS-NPP数据（图6）,总体上亚喀斯特区域的NPP上限和下限都大于喀斯特区域,但研究区的亚喀斯特和喀斯特区域,第一净生产力高值出现的地方对应的土地利用类型均为林地或灌木丛,而土地利用类型为农田、工业用地、城镇湿地、湖泊等第一净生产力值相对较低。这种相似性反映出在前述区域尺度上,NPP受控因子差异相对较小的情况下,NPP的值特征和分布特征具有相似之处,同时,它们之间出现的规律性差别正支持了亚喀斯特与喀斯特区域这两个基于不同地质构成背景的地理分区（geographical zone）同样具有生态分区（ecological zone）的意义。
Fig. 6 The distribution of NPP of semi-karst and karst regions of the study area (gC/m2⋅a)

图6 研究区亚喀斯特和喀斯特区域第一净生产力分布(gC/m2⋅a)

以500 m×500 m网格定量统计两区域不同土地利用类型的净第一生产力平均值。如图7所示,亚喀斯特区域生产力较高的林地和灌丛平均值普遍高于喀斯特区域,例如常绿阔叶林灌木林、常绿阔叶林、常绿针叶林、灌木园地、落叶阔叶林前者的NPP值分别为418.27 gC/m2 ⋅ a、593.00 gC/m2 ⋅ a、518.27 gC/m2 ⋅ a、504.58 gC/m2 ⋅ a、419.25 gC/m2 ⋅ a,都大于后者的409.63 gC/m2 ⋅ a,578.00 gC/m2 ⋅ a,393.78 gC/m2 ⋅ a,412.83 gC/m2 ⋅ a,303.47 gC/m2 ⋅ a。
Fig. 7 NPP of different land use types

图7 不同土地利用类型的净第一生产力比较

两个区域NPP的差异显著高于植被覆盖度的差异。亚喀斯特的常绿阔叶灌木林、常绿阔叶林、常绿针叶林的NPP显著高于喀斯特区域;其灌木园地、乔木绿地、乔木园地的NPP也显著高于喀斯特区域。
4.2.2 第一净生产力和植被覆盖度的拟合 从OriginPro的参数统计表中得出,从显著性检验看,F统计量的显著值都等于0.00,说明两模型都显著。选择二次多项式因为两个区域的“二次曲线模型的拟合度”都高于“线性模型拟合度”（亚喀斯特区域0.582>0.580,喀斯特区域0.472>0.456）。
采用的二次曲线方程因变量为“nppVALU”,自变量为“fcVALU”,亚喀斯特和喀斯特区域的二次线性方程分别为：NPP=0.274×FC2-26.774×FC+852.204和NPP=0.307×FC2-32.659×FC+1032.553（图8）。
Fig. 8 Broad-leaved forest vegetation cover and the net primary productivity regression curve in the study area

图8 研究区阔叶林植被覆盖与第一净生产力（NPP）回归曲线

研究区域的植被覆盖和净初级第一生产力存在一定正相关关系,随着植被覆盖度的增加,亚喀斯特和喀斯特区域的NPP值都呈现增加趋势。在亚喀斯特区域,NPP增长相对快速,主要集中范围位于植被覆盖度FC值70%~80%和85%~90%的区间,在高于85%的覆盖率范围内仍呈现出具有较高生产力水平的态势,而喀斯特区域NPP值主要对应植被覆盖度在65%~75%之间。在60%~70%较低植被覆盖度范围内,亚喀斯特区域的NPP值主要分布在200~300之间,超过400的点只是个别出现,而喀斯特区域绝大部分集中在100~200,超过200的值很少;在70%~80%的范围内,前者主要集中在300~600之间,后者主要集中在200~500范围内;在80%~90%的范围内,亚喀斯特区域仍拥有600~800较高的净初级第一生产力,喀斯特区域NPP相对较低,主要集中在400~650的区间内。

5 结论与讨论

5.1 亚喀斯特区域植被覆盖水平更高

亚喀斯特区域的植被生长情况较喀斯特区域具有明显的优势。以乔木为代表的高植被覆盖广泛且连片集中分布,相比之下喀斯特区域高植被覆盖地区则主要以灌木为主,零星且破碎。NPP分析表明：亚喀斯特区域的陆地植被生产力水平显著高于喀斯特区域,具有较高的土地承载力。
由于亚喀斯特区域特殊的地质环境过程,亚喀斯特区域溶洞、地下河等景观发育较弱,透水性相对较差,导致其土层较厚,土壤质地也较黏重,土壤保水、保肥能力较喀斯特区域更强,植被生长的条件更好,所以植被覆盖度及生产力水平更高。

5.2 区域生态特征更为敏感

喀斯特区域较非喀斯特区域生态环境更脆弱,更容易受到人类活动的影响成为学界的共识[20],但是亚喀斯特区域的生态环境在某种程度上对人类活动的响应更为敏感。一般而言,中高等级植被覆盖区域代表了一个地区最为稳定,最少受到外界干扰的生态区域,尤其在该斑块面积占有陆地面积较大比例时,其代表性更为显著。亚喀斯特区域的景观分析表明,虽然在区域内植被覆盖度呈现较高的态势,但数量较大,单位面积较小,较为破碎的斑块特征显示了亚喀斯特区域的植被在外界干扰下较易发生扰动和退化现象,植被组分并不稳定。破碎度指数和香农多样性指数显示出的景观异质性程度较大、景观结构更为复杂的特征。
亚喀斯特具有的这种独特的景观结构特征表明了区域的生态环境具有先天的优越性,一定的土地承载力和抗干扰能力维持了区域的生态格局,然而植被和生态环境已经出现了明显的退化趋势,原本稳固的植被群落斑块变得分隔独立,向着更加破碎和高级植被覆盖度向低级植被覆盖度演替这两种方式进行。需强调的是,在景观尺度上这两个实质为退化的植被演变过程彼此独立存在于斑块和景观中,并非相互伴生发生,这个特征更加说明亚喀斯特区域生态环境在不同强度、不同水平的人类干扰下,响应更为敏感和迅速。

5.3 区域的生态保护更应受到关注

NPP分析显示出的亚喀斯特区域传统农业地类,包括水田和旱地生产力较低,与地质灾害频发、土地贫瘠、人地矛盾突出的喀斯特区域的农田生产力基本一致,但农业技术变革后出现的园地园林地仍然保持了较高的土地承载和生产力水平。亚喀斯特最为脆弱和敏感的生态单元是农用地等具有较低植被覆盖度的生态斑块,由于人为因素的介入,整体呈现破碎的点状分布态势,斑块种类和生态类型相对独立,需要进行分类整治与管理,包括了退耕还林还草为代表的生态恢复措施和农林/农牧,园林/园木新型混合农业产业的转型。
亚喀斯特区域具有较好的生态本底,农业生产条件相对优越。近年来随着人口膨胀和经济发展的需要,加之传统落后的粗放的生产方式,亚喀斯特不少区域已经显示出较为突出的生态脆弱特性和明显的生态退化趋势,并带来农业生产力下降。农业活动还应有针对性地借鉴适用于喀斯特区域的防治土地石漠化、水土流失、植被退化的成功经验;在自然植被的保护方面,虽然亚喀斯特区域NPP高,但存在着高等级植被覆盖度偏低的现象,说明有着向低等级植被覆盖度退化演化的趋势。相比之下,喀斯特区域虽然植被覆盖度较低,生态状况堪忧,但随着近年来各界对其生态环境的高度关注和生态恢复/保护措施力度的不断加强,高等级植被覆盖度有稳定增加的趋势,生产力和土地承载力得到明显改善,生态环境有了明显的改善。

5.4 亚喀斯特区域的开发前景更加广阔

通过研究发现亚喀斯特的常绿阔叶灌木林、常绿阔叶林、常绿针叶林和灌木园地、乔木绿地、乔木园地具有很高的NPP,而且NPP与植被覆盖度的拟合表明了在相同水热条件下,亚喀斯特区域具有更为可观更为稳定的植被生产力。亚喀斯特和喀斯特区域的植被覆盖种类、覆盖度和NPP的对比分析显示出亚喀斯特区域不仅具有良好的植被恢复潜力,在引导新型产业模式,生态经济平衡有序发展方面具有较强的环境基础优势。亚喀斯特区域的土地利用、农业生产、退耕还林、生态工程建设在可持续发展战略的引导下都能达到生态—经济双赢发展。相比喀斯特区域,其周期更短、效果更为显著、投入/产出的生态获益更为明显。因此可以得出,无论是基于林业建设,还是农业建设以及综合生态产业发展,亚喀斯特都具有喀斯特无法比拟的环境基础优势,区域产业发展前景更为广阔,在区域生态恢复重建等方面理应得到更多的关注。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
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杨明德. 论贵州岩溶水赋存的地貌规律性. 中国岩溶, 1982, (2): 85-91.

[Yang Mingde.The geomorphological of karst water occurences in Guizhou plateau. Carsologica Sinica, 1982, (2): 81-91.]

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安裕伦, 吕涛, 熊康宁, 等. “3S”在贵州喀斯特石漠化现状研究中的应用探讨. 见: 郭索彦, 等. 全国第一届水土保持监测学术研讨会论文集. 北京: 中国水利水电出版社, 2001: 144-152.

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