全球集中连片的岩溶主要分布在欧洲中南部、北美东部和中国西南地区。欧洲某些国家上百年前就有石漠化，如土耳其石漠化面积曾上万平方公里，法国、摩洛哥、意大利、克罗地亚等等，都曾经有石漠化^{[1, 2, 3]}，但前两个片区的岩溶，因地质环境背景的脆弱性较小、人口和经济压力相对较轻，生态地质环境问题不是很严重，基本上是一个保护问题^[4]。西南喀斯特山区，长期存在不合理的土地利用，导致强烈的水土流失和植被退化，即喀斯特石漠化，近年来已成为研究热点和引起国家层面重视^[5]。在我国，学者对石漠化过程的认识基本是一致的，如王世杰认为喀斯特石漠化是指在亚热带脆弱的喀斯特环境背景下，受人类不合理社会经济活动的干扰破坏；造成土壤严重侵蚀,基岩大面积出露,土地生产力严重下降，地表出现类似荒漠景观的土地退化过程^[6]；袁道先认为喀斯特石漠化指有植被、土壤覆盖的喀斯特转变为基本上缺乏植被和土壤的变化过程^[7]。对石漠化成因的认识，更多地考虑内动力地质作用^[8]、岩性^[9]和气象因素^[10]，当前，吴秀琴等认为人口、人均耕地、农民的人地关系概念能解释79%的由石漠化表征的环境压力，在严重石漠化地区，坡地往往过度垦殖^[11]；不同等级石漠化与不同土地利用类型存在着相关性，较多坡耕地的存在仍是土地石漠化的驱动因素^[12]；聚落对石漠化的主要影响距离是4 km^[13]。

综上所述，目前研究认识到岩溶土地会发生石漠化这一现象，在人文因素方面认为不合理的人类活动是诱因，人均耕地、聚落与石漠化存在相关性，但没有从耕地资源、聚落人口和相应的生态响应角度来探讨石漠化的发生发展；当前研究并没揭示岩溶山地土地为什么会发生石漠化这一现象的本质，没有阐明岩溶山地农户为什么要进行不合理活动，代表了对石漠化的一个阶段性认识。石漠化也是土地退化，是水土流失、土地失去生产能力的过程，结合人为成因来讲，是坡地开垦、薪柴砍伐导致的土地退化过程和结果，构建耦合自然、人文驱动因素的喀斯特石漠化系统模型具有重要的现实意义^[14]。本文试图通过典型案例研究，揭示岩溶山地耕地资源、聚落格局和石漠化发生的相互关系，试图从理论上回答岩溶山地农户为什么要进行不合理活动这个问题，回答导致土地石漠化的根本原因，以从本质上揭示石漠化发生的机理。

峰丛洼地区是岩溶地貌最典型、石漠化最严重的区域之一^[15]，形成了以脆弱生态环境为基础、以强烈的人为干扰为驱动力、以植被减少为诱因、以土地生产力退化为本质的复合退化状况^[16]，治理难度也最大^[17]。从大农业生产应用的角度来看，峰丛洼地的土地组成可拆分为3个部分：洼地底部的平坡地和缓坡地；山体中部及下部斜坡地，这一般包括了坡体的2/3坡长；山体上部和顶部坡体，大约占坡体的1/3左右^[18]。峰丛峰林区耕地资源格局的特点是：肥沃的土地集中在峰丛洼地底部，较差的土地或荒地分布在峰丛四周的坡面上，虽有一定的耕地聚集效应，但聚集程度不高，而且面积狭小，耕作半径依然较大^[19]，缓坡耕地形成轻度石漠化景观；陡坡地形成中度石漠化景观,因坡面土壤流失,演化为更高等级石漠化景观^[20]。

在纯碳酸盐岩发育的峰丛洼地地区，洼地等坝地的面积对土地承载力起着决定作用，坝地面积大、土地生产力高，则承载力大。因此，假设在这些峰丛洼地地区，谷地、洼地等坝地的面积存在一个决定这些地区是否有人口分布的阈值，当谷地、洼地、坝地的面积低于这个阈值时，几乎无承载力，无人口分布；当谷地、洼地、坝地的面积高于某个阈值时，土地有一定的承载力，有人口的分布。另一方面，这些地区，生态是否退化，取决于人口压力，即人口压力存在一个是否是生态发生退化(石漠化)的阈值，当人口压力低于这个阈值，不会发生石漠化；当人口压力高于这个阈值，即会发生石漠化。也存在这样的情况，农户并不开垦他们聚落所存在的洼地，而开垦相邻的洼地(包括洼地底部及四周坡面)，这样，聚落的分布就受相邻的洼地可利用土地资源的制约。

基于上述分析，本文提出一个理论假设：在峰丛洼地等地区：负地形(指洼地，往往是耕地资源)的比例决定了可能的人口分布，而现实的人口压力(人口密度)决定了峰丛洼地地区是否会发生石漠化。如果以耕地数量占总面积的比例表示土地承载力，以聚落面积占耕地面积的比例表示人口压力，峰丛洼地区石漠化的形成过程就可以用这两个指标的变化明确表示(图 1)，随耕地面积比例下降和聚耕比的上升，石漠化严重程度也不断增加，也就是说，较严重的石漠化只发生在土地承载力低和人口压力大的区域，在这些区域，农户不得不进行陡坡垦殖等不合理的活动。因此，在峰丛洼地区，土地承载力低下是导致石漠化的根本原因，总的说来，洼地面积(负地形)和人口是否协调决定了峰丛洼地区的生态质量状况。

图1 峰丛洼地区石漠化发生的情景示意图 Fig. 1 The theoretical formation models of karst rocky desertification in the peak cluster depression areas

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在贵州典型岩溶区域选择了普定县后寨河地区(a)、贞丰花江峡谷区(b)、清镇市王家寨小流域(c)、荔波茂兰洞塘乡(d)和安龙平乐镇(e，f)作为研究区(图 2)，包括:1)四周平坝环绕型峰丛洼地群区(a)、2)岩溶峰丛洼地-峡谷型(b)、3)开口型峰丛洼地(c)、4)峰丛浅洼地(d)、5)峰丛洼地-谷地-槽谷组合型(e)和6)连续分布的封闭型峰丛洼地群(f)等不同的地貌、土地资源组合格局。6个研究区在社会经济方面包括了城镇带动(王家寨)、县乡经济辐射(后寨河)、政策性扶贫开发(花江)、自然保护区影响(茂兰)、远离城镇与交通干线的岩溶山地腹地(平乐镇)等不同经济发展类型，道路通达度也有很大差异。以上研究区基本涵盖了我国西南岩溶地区主要自然和社会经济背景类型，是我国西南岩溶山地的典型区域。

图2 研究区数字地形图 Fig. 2 The topography the study areas

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研究区土地利用数据主要来源于2010年的10 m 分辨率Advanced Land Observation Satellite (ALOS)影像，并结合研究区当地的统计数据、实地调查和2.5m 影像进行补充(图 3)。本文定义的耕地仅指坡度<6°的平坝耕地，坡度根据研究区1 ∶ 1万地形图数字化的Digital Elevation Model (DEM)提取。以坡度<6° 的平坝耕地数量来表示土地承载力，以聚落耕地面积比来表示人口压力，二者数据来自于根据ALOS影像解译的土地利用数据。当前研究对土地石漠化的判断基本是一致的，本文在参考文献^{[21, 22, 23, 24]}的基础上，采用如下石漠化分类标准(表 1)。

图3 研究区2010年土地利用现状图 Fig. 3 The spatial pattern of land use in 2010

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在峰丛洼地等喀斯特地区，小地形的组合不同，导致负地形(指洼地)分布的差异，从而形成不同的耕地资源比例。6个研究点以连续性深洼地的平坝耕地数量最低，峰丛洼地谷地组合增加至10.74%；开口型峰丛洼地的平坝耕地数量最高；同时，不同地形组合的坡耕地数量也存在差别，分2种情况，一是如峰丛-峡谷，可供开垦的坡耕地较少，二是当地人口压力不需要开垦较多的坡耕地，如洞塘浅洼地。不同地形组合的峰丛洼地耕地斑块最大面积以峰丛-峡谷型最小，耕地斑块平均面积也以其最小，说明其土地资源的匮乏。峰丛洼地谷地组合、浅丘环绕型峰丛洼地、开口型峰丛洼地的耕地斑块最大面积分别是241.68、107.09 hm²和44.55 hm²，耕地斑块平均面积也明显大于其余3种类型，说明其土地资源相对丰富(表 2)。从耕地资源占总面积的百分比把6个研究点划分为耕地资源丰富型、匮缺型两种类型，其中连续性深洼地、洞塘浅洼地和峰丛-峡谷为耕地资源匮缺型，浅丘环绕型峰丛洼地和开口型峰丛洼地为耕地资源丰富型，峰丛洼地谷地组合属二者之间的过渡型。

为了进一步说明6个研究点的平坝耕地斑块空间分布的零散和集聚特征，统计了不同大小等级的耕地斑块数和斑块总面积(表 3)。峰丛洼地谷地组合平坝耕地斑块数集中在0.1—1 hm²、≤0.10 hm²，但从面积分布看，>20 hm²以上的17个耕地斑块占了67%，说明其耕地相对集中连片；大斑块分布于谷地和较大的洼地中，小洼地则分布于一些小洼地中 央。连续性深洼地耕地斑块大小在0.1—1 hm²、1 —5 hm²的数量分别有162和39块，分别占总面积的28.24%和36.12%，10—20 hm²之间的仅2块，占总面积的10.10%。洞塘浅洼地耕地斑块数以0.1—1 hm²尺度内最多，有162块共55.51 hm²，1—5 hm²之间的斑块有38块共65.11 hm²；峰丛-峡谷型组合总共有37块平缓耕地，总面积3.7 hm²，最大面积0.56 hm²。浅丘环绕型峰丛洼地也有数百块面积小于0.1 hm²的小块耕地，这些小块耕地总面积只有1.8 hm²，占较大面积的仍是1 hm²以上的斑块，其中面积在20—50 hm²的耕地斑块占了总面积的35.11%。开口型峰丛洼地1 hm²以上的耕地斑块面积占了总面积的96.62%，其中面积在20—50 hm²的耕地斑块占了总面积的39.68%。

根据不同面积大小的耕地斑块特征和耕地斑块聚集度，把6个研究点耕地空间分布分成：(1)耕地零散型，包括连续性深洼地、洞塘浅洼地、峰丛-峡谷，此类型耕地斑块大小主要集中在0.1—1 hm²、耕地斑块数目多，小而破碎的耕地占总耕地总面积的比例高；(2)耕地集聚型，包括峰丛洼地谷地、浅丘环绕型峰丛洼地和开口型峰丛洼地，此类型耕地相对集中连片，大面积的耕地斑块占耕地总面积的比例高。

6个研究点轻度以上石漠化面积占总面积的比例分别是63.21%、54.20%、26.09%、62.46%、30.80%和31.25%，但洞塘峰丛洼地绝大部分是轻度石漠化，无强度石漠化；中度石漠化以峰丛洼地谷地组合最高，强度石漠化以花江峰丛-峡谷最高。后寨河和王家寨的中强度石漠化分别只有14.77%和18.97%。因6个研究点地形地貌、人口密度、土地利用强度等差异大，所以石漠化土地斑块在空间分布上形成了以下几种空间格局(图 4)：(1)中度、强度石漠化斑块集中分布型，此种格局代表了喀斯特土地严重退化的后期阶段，峰丛洼地谷地可作为此种格局的代表；(2)强度石漠化与无石漠化、潜在石漠化斑块混合分布型，峰丛-峡谷可作为此种格局的代表；(3)潜在石漠化、无石漠化为主分布型，轻度石漠化零星分布，以洞塘浅洼地为代表；(4)轻中度石漠化聚集分 布型，以连续性峰丛洼地为代表；(5)几种石漠化类型相间分布型，以浅丘环绕型峰丛洼地为代表；(6)中、强度石漠化局部聚集型，以开口型峰丛洼地为代表。

图4 6个研究点的石漠化分布图 Fig. 4 The distribution of karst rocky desertification at study area in 2010

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在王家寨开口型峰丛洼地类型中有耕地无聚落分布的峰丛洼地共3个，其洼地面积太小，聚落分布在大洼地的出口处，耕作方便，可达性好，分布在峰丛洼地内的聚落面积占总面积的26.58%。有石漠化分布峰丛洼地共4个，但石漠化主要分布在中部的两个大洼地间的峰丛鞍部斜坡上，是以前陡坡耕地耕种形成的，现已撂荒，石漠化土地生态处于恢复过程中(表 4)。

在后寨河浅丘环绕型峰丛洼地类型中共20个峰丛洼地，聚落均分布在有耕地的洼地中，另有7个有耕地的峰丛洼地，或因其面积小，或位置等偏远，目前无聚落分布，分布在峰丛洼地内的聚落面积占总面积的10.03%。5个无石漠化分布的峰丛洼地，其聚落面积小，坝地面积够用，基本不开垦坡耕地，或是该洼地无聚落分布；7个有石漠化分布的峰丛洼地，总体以轻度石漠化为主，石漠化主要是由坡耕地开垦引起的，部分是采石场引起的。

在峰丛洼地谷地类型中，耕地、聚落主要分布在面积较大的谷地中，分布在3个谷地中的聚落面积占总聚落面积的29.49%；29个有耕地的峰丛洼地其中有21个有聚落分布，4个聚落分布在无耕地的峰丛洼地，有耕地无聚落分布的峰丛洼地要么是其面积小，要么是其周边有较大的聚落斑块。各峰丛洼地坡面都有石漠化分布。

在连续性峰丛洼地中，聚落斑块平均面积0.367 hm²，聚落普遍分布在有耕地的洼地，各峰丛洼地坡面都有轻、中度石漠化分布。在洞塘浅洼地，聚落斑块平均面积0.371 hm²，聚落都分布在有耕地的峰丛洼地，基本上形成一洼一聚落格局，15个峰丛洼地仅4个有轻度石漠化分布；在峰丛-峡谷，聚落斑块平均面积0.0587 hm²，因其平地少，有8个聚落分布在无耕地的峰丛洼地中，有5个峰丛洼地无石漠化分布，其余的以轻度、强度石漠化构成基质。

研究区耕地面积和轻度以上石漠化面积占总面积的百分比间存在明显的负相关关系(表 5)。连续性洼地、洞塘洼地和峰丛-峡谷区耕地占6%以下，三者轻度以上石漠化面积分别占50%以上，峰丛洼地谷地耕地面积占10.74%，但聚落耕地面积比超过20.32%，人口压力大，轻度以上石漠化面积在60%以上；浅丘环绕型峰丛洼地和开口型峰丛洼地耕地相对较丰富，轻度以上石漠化面积在30%左右，但后者聚落耕地面积比大于前者，因此后者的强度石漠化比例高于前者。显然，聚耕比高的峰丛洼地石漠化相对较严重。

图5 6个研究点峰丛洼地聚落耕地面积比曲线 Fig. 5 The ratio of settlements area to the cropland area in each study plot

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进一步，以6个研究点的聚落为中心分别做缓冲距离为0—200 m，200—400 m，400—600 m，600—800 m，800—1000 m，>1000 m的缓冲区，对比分析各缓冲区耕地和石漠化土地占各研究点总面积的变化情况。结果发现，随缓冲距离增加，耕地呈减少趋势，400 m范围内以浅丘环绕型峰丛洼地耕地比例最高，峰丛-峡谷耕地比例最低且仅分布在此范围内(图 6)。相应地，轻度石漠化比例也以200—400 m范围内最高，依次是峰丛-峡谷、连续性深洼地、洞塘浅洼地、峰丛洼地-谷地组合等(图 7)；中度石漠化比例以200—400 m和0—200 m范围内最高，较高的是峰丛洼地谷地组合、连续性深洼地，洞塘浅洼地此范围内的中度石漠化比例不足0.1%(图 8)。峰丛-峡谷的强度石漠化比例以0—200 m范围最高，其次是200—400 m范围，居各研究点之首；峰丛洼地谷地组合强度石漠化比例以0—800 m范围相对较高；开口型峰丛洼地以800—1000 m范围强度石漠 化比例相对较高，这些曾经开垦的坡耕地，现已撂荒；连续性深洼地200—400 m范围强度石漠化比例最高为0.44%，洞塘浅洼地则没有强度石漠化(图 9)。究其原因，在岩溶山区，农户的耕作半径往往不超过1000 m，聚落周边的耕地比例越低，农户的陡坡地垦殖、砍伐等等不合理扰动也越严重，导致石漠化更多的发生。

图6 各研究点不同缓冲区的耕地占研究区总面积的比例 Fig. 6 The cropland accounted for the proportion of the total area in the study area different buffer

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图7 各研究点不同缓冲区的轻度石漠化占研究区总面积的比例 Fig. 7 The LKRD accounted for the proportion of the total area in the study area different buffer

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图8 各研究点不同缓冲区的中度石漠化占研究区总面积的比例 Fig. 8 The MKRD accounted for the proportion of the total area in the study area different buffer

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图9 各研究点不同缓冲区的强度石漠化占研究区总面积的比例 Fig. 9 The SKRD accounted for the proportion of the total area in the study area different buffer

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前述分析表明，6个研究点耕地和聚落数量、分布，和石漠化的面积和分布存在一定的相互关系，这种关系实际上是人(聚落)-地(耕地)相互作用的一种反映(石漠化)；在研究区喀斯特峰丛洼地这种特定的人-地环境下，这些相关关系反映了3种情景下的石漠化发生过程：

(1)土地承载力较低情形石漠化的发生过程。1)耕地面积小，但人口少，人口与耕地资源在低水平上协调，不引起明显的土地退化(石漠化)，以洞塘洼地为例；2) 耕地面积小，但人口相对超过土地的承载力，引起土地的轻中度退化(以轻中度石漠化为主)，以连续性峰丛洼地为例；3)耕地面积小，但人口严重超过土地的承载力，引起土地的强烈退化(以强度和中度石漠化为主)，以花江的峰丛峡谷为例。

(2)土地承载力中等情形石漠化的发生过程。有相对较多的谷地、洼地面积，人口大量聚集，超过土地承载力，只有开垦坡耕地，引起土地较强烈的退化，以峰丛洼地谷地组合为例。

(3)土地承载力较高情形石漠化发生的过程。以后寨河和王家寨为例，由于浅丘、坝子环绕，或洼地形成较大的坝子，有较大的耕地面积分布，基本上能承载较多的人口，只开垦少量的坡耕地，土地轻度退化为主，局部地方退化严重。

喀斯特山地生态脆弱，存在着以石漠化为主的土地退化，当前普遍把石漠化的形成原因归结为脆弱的喀斯特背景下的当地农户的不合理活动，但没有阐明当地农户为什么要进行不合理活动。本文比较了6种不同的峰丛洼地组合地形中的耕地资源分布、聚落特征和石漠化发育情况，根据峰丛洼地区聚落、耕地和石漠化发生的相互关系，发现严重的石漠化只出现在缓坡平地少、土地承载力低、人口压力大的区域，证实了本文提出的理论假设是正确的。因此，我们可以认为，在中国西南喀斯特山地，尤其是峰丛洼地区，土地发生石漠化的原因实质是人口压力超过了土地承载力问题，洼地耕地资源不足，低人口承载力与人口高密度、高自然增长率失衡必然产生人口与粮食的矛盾^[25]，迫使当地农户耕种坡耕地，不得不进行陡坡垦殖，广种薄收，“春种一坡，秋收一箩；越垦越穷，越穷越垦”，就是对此的真实写照。坡耕地因此而发生中度甚至极强度石漠化^[26]，与相关研究认为农户对土地的粗放经营才是石漠化形成的本质原因的看法也是一致的^[27]。因此，可以认为土地承载力低地迫使较多坡耕地的存在仍是土地石漠化的驱动因素^[28]，岩溶山地土地发生石漠化这一现象的本质是岩溶山地土地承载力低，人口压力大。

利用耕地丰富程度、土地承载力和石漠化发生的相互关系，可以合理解释不同尺度上石漠化发生的原因。限于篇幅，以研究点之一的后寨河地区做进一步分析，聚落在60年代的最初分布过程中，由于土地生产力水平起到决定性作用，因此聚落主要分布于地势低平、生产力水平高的地区^[29]；在后寨河地区西部，由于所在村有较多的平坝地，石漠化分布往往离村落较远，研究区东南部，平坝地少、峰丛洼地密集，石漠化一般分布在300 m、300—600 m范围内^[30]。在更大的尺度上，在贵州省，人口密度较大的黔中各县石漠化比例比较低，而在人口密度较小的黔西南各县，石漠化往往很严重，对此，有些学者从岩性角度来解释，感到很难解释^[31]。而从本文的思路来看，黔西南各县，尽管人口密度较小，但因地域峰丛洼地发育，耕地资源不足，人口超载容易引起严重的石漠化；黔中各县，地域地形平坦，多平坝浅丘，耕地资源较丰富，土地承载力较高，只是局部地方发生严重的石漠化。本文的发现一方面有助于重新科学认识石漠化的成因；另一方面也指出治理石漠化，或增加土地承载力，或减少人口数量，单纯的植被恢复很难增加土地承载力，在短时期内人口减少存在较大困难的情况下，应以提高土地承载力作为石漠化治理主要手段。

(1)使用聚耕比进行分析时的不足。尽管相关研究表明可用聚落空间分布代替人口分布^[32]，但本文的不足之处仍然在于只使用了聚落面积，原因在于研究区部分聚落近年可能存在空心化，聚落的分布变化与人口的分布变化可能并不完全一致。因此，进一步研究要结合人口数量和农户生计的演变来计算土地承载力。同时有部分地点没有充分考虑到聚落农户是否耕种相邻的洼地，需要进一步加强实地调查研究。

(2)石漠化的发生按土地利用方式分山区有林地经砍伐退化为灌丛草地，进一步砍伐退化为荒草坡处于石漠化状态；山区有林地经毁林开荒变成坡耕地，经水土流失发生石漠化；坡耕地经水土流失发生石漠化；矿山型石漠化土地。本文从坡地垦殖角度进行了石漠化的形成本质分析，对其它因素如采矿形成的石漠化没有进行探讨。

(3)本文以耕地数量表示土地承载力，以聚耕比表示人口压力，从本质上揭示了峰丛洼地石漠化发生的机理，在后续的研究中将借鉴最小人均耕地面积和耕地压力指数概念^[33]，进一步探讨峰丛洼地系统人地关系演进的机理与过程。

当前相关研究缺乏从耕地资源、聚落人口和相应的生态响应角度来探讨石漠化的发生发展，本文在总结前人研究的基础上，提出峰丛洼地区石漠化发生过程情景假设，并在贵州选择了6个典型峰丛洼地区对此进行案例研究。连续性洼地、洞塘洼地和峰丛-峡谷区耕地占6%以下，三者轻度以上石漠化面积分别占50%以上，峰丛洼地谷地耕地面积占10.74%，但聚落耕地面积比超过20.32%，人口压力大，轻度以上石漠化面积在60%以上；浅丘环绕型峰丛洼地和开口型峰丛洼地耕地相对较丰富，轻度以上石漠化面积在30%左右，但后者聚落耕地面积比大于前者，因此后者的强度石漠化比例高于前者。研究表明，洼地面积(负地形)和人口是否协调决定了峰丛洼地区的生态质量状况，较严重的石漠化只发生在土地承载力低和人口压力大的区域，土地发生石漠化的原因实质是人口压力超过了土地承载力问题，洼地耕地资源不足，迫使当地耕种坡耕地，土地承载力低下是发生石漠化的根本原因。