人類活動產生的酸性物質對我國石漠化的影響

馬孟尚，傅瓦利，石文龍，周際莉，魏大明(西南大學地理科學學院，重慶 400715)

人類活動產生的酸性物質對我國石漠化的影響

馬孟尚，傅瓦利，石文龍，周際莉，魏大明(西南大學地理科學學院，重慶 400715)

自20世紀末，石漠化日益引起人們的關注，但始終忽略了酸性物質對石漠化的影響。在分析人類活動產生的酸性物質對石漠化的影響基礎上，提出了人類活動產生的酸性物質及自然界的酸性物質共同作用于碳酸鹽巖，現代石漠化的演化實質就是酸性物質對碳酸鹽巖溶蝕后酸不溶物流失的過程，在研究石漠化演化進程時應著重人類活動產生的酸性物質與石漠化的“雙循環”模式。

石漠化；人類活動；酸性物質；溶蝕

中國西南喀斯特地區是世界最大的喀斯特連續帶，喀斯特石漠化已成為西南巖溶地區最大的生態問題，嚴重制約著當地社會經濟的發展。作為長江和珠江上游的生態屏障，該區的石漠化問題給長江和珠江中下游生態安全帶來了重大隱患，治理已刻不容緩。石漠化的形成依托于巖溶環境，而人類活動則在其演化進程中起著重要的作用。當前，人類活動對石漠化的影響已引起足夠關注，并已有眾多學者的系統研究。但有關人類活動產生的酸性物質對石漠化地區碳酸鹽巖的影響還少有人涉及。基于此，筆者著重闡述人類活動產生的酸性物質對我國石漠化的影響。

1 石漠化的概念

石漠化概念的提出至今不過20余年，仍處于逐步完善的階段。石漠化是在巖溶地貌的基礎上形成的，是巖溶地區土地退化的極端表現形式。巖溶(Karst)一詞源于南斯拉夫西北部伊斯特拉半島上的石灰巖高原的地名，那里發育有典型的巖溶地貌，“喀斯特”一詞即為巖溶地貌的代稱。國內外學術界先后用石山、石山荒漠化、石質荒漠化等概念表征巖溶地區的土地退化現象。

20世紀90年代初，袁道先[1]首次提出石漠化(Rock desertification)，用以替代石山、石山荒漠化、石質荒漠化等概念，并推向國際巖溶學術界，用以表征植被、土壤覆蓋的巖溶地區轉變為巖石裸露的巖溶景觀以及土地貧瘠化的過程。世紀相交之際，巖溶界的學者們不斷完善石漠化的定義。屠玉麟[2]認為，石漠化是指在喀斯特的自然背景下，受人類活動干擾破壞造成土壤嚴重侵蝕、基巖大面積裸露、生產力下降的土地退化過程，所形成的土地為石漠化土地。蘇維詞[3]認為，喀斯特土地石漠化是在濕潤氣候條件下，受喀斯特作用及人類不合理活動的干擾，地表土層流失殆盡、基巖大面積裸露，呈現出一種無土無水無林、類似于荒漠化的景觀現象與過程。2002年，王世杰[4]提出了相對完整的概念，亦是當前引用最多的定義，即喀斯特石漠化是指亞熱帶脆弱的喀斯特環境背景下，受人類不合理的社會經濟活動的干擾破壞，造成土壤嚴重侵蝕、基巖大面積出露，土地生產力嚴重下降，地表出現類似荒漠景觀的土地退化過程。2007年4月，國家發展和改革委員會、國家林業局等部門組織編制的《巖溶地區石漠化綜合治理規劃大綱(2006～2015)》對石漠化的定義是：在熱帶、亞熱帶濕潤、半濕潤氣候條件和巖溶極其發育的自然背景下，受人為活動干擾，使地表植被遭受破壞，造成土壤侵蝕程度嚴重、基巖大面積裸露、土地退化的表現形式[5]。該定義全面論述了巖溶石漠化自然環境區域性與系統性特征、人為活動與自然因素對石漠化影響的相互關系，以及石漠化的表現特征及其危害。可見，巖溶(地質)環境是石漠化形成的基礎，土壤侵蝕(水土流失)與石漠化的演變相生相隨，人為活動是重要的驅動力[6]。

2 我國石漠化的分布范圍及其形成背景

2.1 石漠化的分布范圍

我國是世界喀斯特石漠化面積最大、分布最廣的國家之一，西南地區以云貴高原為中心，巖溶地貌分布廣泛。中國國家林業局2005年第一次對巖溶地區石漠化的監測數據顯示(表1)，我國石漠化土地主要分布在8省451個縣(市)，石漠化土地面積為12.96km2，占監測總面積的12.1%，占監測區巖溶面積的28.7%[5]。

表1 中國西南巖溶區石漠化面積分布

在石漠化分布輕重程度中，輕度石漠化356.4萬hm2，占石漠化總面積的27.5%；中度石漠化591.8萬hm2，占45.7%；重度石漠化293.5萬hm2，占22.6%；極重度石漠化54.5萬hm2，占4.2%[5]。

另外，監測區潛在石漠化土地面積為12.34萬km2，占監測區巖溶土地面積的27.4%。潛在石漠化土地是一種非石漠化土地，其巖性主要為碳酸鹽類，基巖裸露度(或礫石含量)在30%以上，目前雖然上有良好的植被覆蓋或已經修為梯田，但如遇不合理的人為活動干擾，極有可能變為石漠化土地。

2.2 石漠化的形成背景

石漠化形成背景一直是眾多學者們討論、研究的焦點[7-12]。目前主要有2個流派，一類側重于人類活動，另一類側重于自然因素，而且2流派代表學者對其觀點亦存在一種模糊性。蘇維詞等[10-12]認為石漠化不是一種自然災害，是由于人類不合理的社會經濟活動造成的土地資源荒漠景觀的演變過程和結果的統一。王世杰等[8-9]在討論石漠化的形成背景時，更加看重自然環境對石漠化的影響；他們認為，石漠化是青藏高原隆升在其東南翼所誘發的重要的地質生態災害，是西南碳酸鹽巖山地地貌演化的不可逆的自然過程。二者相較，筆者更傾向于王世杰等的觀點，認為石漠化是喀斯特巖溶山區受其復雜自然環境影響的演化的必然趨勢，人類活動只是加速或減緩了其進程。

(1)緯度因素 我國的巖溶石漠化主要分布在北緯22～32°的熱帶、亞熱帶地區。該區域氣候溫暖濕潤，年平均降水普遍在1000mm以上，年平均氣溫15℃以上，雨熱同期，水熱條件良好。氣候條件為石漠化碳酸鹽地貌的溶蝕提供了基礎，有利于巖溶碳酸鹽的溶蝕、沉積，有利于巖溶的發育[13]。

(2)巖石性質 我國南方的震旦系、古生界及三疊系，北方的元古界及古生界，都是以碳酸鹽巖為主，分布比較廣泛。我國石漠化分布地區是碳酸鹽分布最集中、面積最廣的區域，地貌發育完全。而碳酸鹽巖具有易淋濕、成土慢的特點，碳酸鹽巖的大面積出露為石漠化的發育與不斷演化提供了物質基礎。

(3)地貌因素 由于地質構造和碳酸鹽巖溶蝕差異性的影響，導致碳酸鹽巖地區地貌起伏差距較大，山高坡陡，形成一定的坡度。一旦地表植被遭受破壞，便會造成水土流失，形成區域性的石漠化。如發生在16°以上坡面上的石漠化面積達1100萬hm2，占石漠化土地總面積的84.9%[5]。另外，由于碳酸鹽巖的極易淋濕，易形成喀斯特地區獨有的“二元結構”地貌，地形復雜、地貌破碎。

(4)水文條件 該區是我國水熱條件搭配最好的區域之一，年降水量在1000mm以上，但是該地區降水的80%主要集中在春、夏2季，而該時間段正是多數農作物的播種和幼苗階段，疏松的土壤和集中的降雨加速了石漠化的進程。同時，由于該區域的特殊地形和雙層巖溶水文地質結構，使地表水難以儲存，多地下河及溶洞水，水資源以地下水資源為主。尤其是坡度較大地區，形成小區域缺水的現狀。這種狀況在石漠化相對嚴重地區尤為明顯。

(5)植被因素 由于石漠化分布地區的小區域缺水性及巖石的極易侵蝕性，導致該區域的植被呈現出富鈣性、旱生性、石生性；更為關鍵的是，石漠化分布的區域多為植被稀疏地帶，或因人為或因自然因素。

3 人類活動產生的酸性物質及其與我國石漠化的關系

碳酸鹽的廣泛分布構成了石漠化的骨架，不合理的人類活動是基本力量。當前，眾多學者一致認為，石漠化的形成以極易溶蝕的碳酸鹽地質為基礎，人為活動是重要的驅動力，氣候條件是石漠化形成的重要影響因子。

當前的研究大多著重于過度樵采、不合理的耕作開墾等人類活動，而忽視了人類活動產生的酸性物質對石漠化的影響。事實上，人類活動產生的酸性物質和自然界的酸性物質一樣，在石漠化的演化進程中起隱性溶蝕的作用，有別于上述幾種作用的顯性溶蝕。那么，酸性物質的隱性溶蝕在石漠化的演進過程中起著怎樣的作用，是否是簡單地加速石漠化的進程，本研究就此展開討論。

3.1 人類活動產生的酸性物質

(1)酸性沉降 酸性沉降可分為“濕沉降”與“干沉降”2大類。前者指隨著雨、雪、霧或雹等降水型態而落到地面所有氣狀污染物或粒狀污染物，后者則指在不下雨的日子，從空中降下來帶有酸性物質的落塵。

pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水稱為酸雨。雨水被大氣中存在的酸性氣體污染便形成酸雨，其中多為硫酸雨，少部分為硝酸雨。大氣中的酸性物質的來源有2方面，一是自然排放源，二是人工排放源。對現代酸雨影響較為深刻的是人工排放源，在工業革命之后工業生產、民用生活燃燒煤炭排放出來的二氧化硫，燃燒石油以及汽車尾氣排放出來的氮氧化物，使酸雨的發生頻率和程度都大大提高。2008年中國環境狀況公報顯示，監測的494個市(縣)中出現酸雨的市(縣)249個，占50.4%；酸雨發生頻率在25%以上的160個，占32.4%；酸雨發生頻率在75%以上的54個，占11.0%。494個市(縣)中，發生酸雨(降水pH年均值lt;5.6)的城市占14.0%，發生較重酸雨(降水pH年均值lt;5.0)和重酸雨(降水pH年均值lt;4.5)的城市比例各占13.1%和8.5%。由此可見，酸雨在我國發生的頻率和程度都是比較大的[14]。

(2)生活或生產污水 一方面，人類生活中產生酸性生活污水，包括大量使用含磷洗滌物、廁所糞尿、醫院廢水等；另一方面，工業生產也將產生酸性生產污水。生活和生產污水，導致了土壤酸化，進一步影響石漠化。

(3)過度施用氮肥 過度施用化肥將會導致土壤酸化，酸性物質隨流水遷移，進而對石漠化地區巖石產生影響。20世紀80年代以來，中國氮肥用量相當驚人，在占世界7%的耕地上消耗了全球35%的氮肥。中國糧食年產量從1981年(3.25億t)至2008年(5.29億t)增長了63%，而氮肥消費量卻增長了近2倍。

(4)人類農業活動產生的植物酸 人類的發展過程實際就是農業活動的發展過程。在種植農作物的過程中，農作物產生植物酸(C6H18P6O24)；植物酸是廣泛存在于植物中的有機磷化合物，一般都以鈣、鎂、鈉、鉀等金屬離子的復鹽形式存在于植物種子的表皮和胚芽。植物酸溶于水，呈強酸性，雖然單個作物的植物酸微乎其微，但長久的、大范圍的農業生產產生的植物酸是不可忽略的。從石漠化的分布可見，石漠化分布地區大都是人類農業活動密集區域，也是植物酸最多的區域。當然，植物酸不會單一地影響石漠化，如原始森林極少有石漠化分布，與它的土層未受擾動有很大的關系。

3.2 人類活動產生的酸性物質與石漠化的關系

當前，人們對人類活動產生的酸性物質對石漠化影響的研究還少有涉及，但碳循環對碳酸鹽巖的巖溶作用則已取得諸多成果，尤以袁道先的“巖溶動力學”為代表。在巖溶動力學中，揭示了CO2-H2O-CaCO3系統中碳、水、鈣在四圈層間循環的規律及其與巖溶作用方向(溶蝕或沉積)和強度的關系。例如，當有較多CO2進入系統中時則水的pH降低，溶蝕作用加強，反之則發生沉淀[15]。

圖1 酸性物質對碳酸鹽巖溶蝕示意圖

巖溶動力學理論主要從碳循環的角度闡釋巖溶地質環境，其中碳酸的形成與對碳酸鹽巖的溶蝕為核心思想。人類活動在氣相及液相產生的酸性物質，與自然界的水發生反應，形成酸根離子，并在水的作用下，在固氣、固液界面直接溶蝕碳酸鹽巖基巖(圖1)。

就總趨勢而言，現代石漠化的演化進程實質就是酸性物質對碳酸鹽巖溶蝕后，酸不溶物流失的過程。無論是碳酸還是其他酸性物質，都會對石漠化的形成產生深遠的影響。當然，這種影響并不是單一地加劇石漠化，可分為2種：一是人類活動產生的酸性物質，不斷侵蝕碳酸鹽巖基巖，碳酸鹽巖成土速率加快，即在不合理的人類活動區域，造成地表植被減少，水土流失嚴重，土層較薄甚至缺失。由于缺少植被、土壤的保護，酸性物質不斷溶蝕裸露基巖，土壤以更快的速度流失。這樣的后果是石漠化的范圍不斷擴大，人地矛盾更加尖銳；二是在合理的人類活動區域，地表植被覆蓋好，雖然有酸性物質的溶蝕，但土層可得以保護，但其結果卻是土層越來越厚，遏制了石漠化的加速演化，甚至改善石漠化。

4 人類活動產生的酸性物質與石漠化的“雙循環”模式

石漠化作為災害的一個重要特點可能在于它對人類的直接影響不易察覺，往往帶來間接影響，這導致在人們忽視石漠化時，它已經對產生了嚴重影響[9]。石漠化不同于其他自然災害的危害在于持續時間長，只有相當長的一段時間以后石漠化才能夠逐漸消失，短的幾十年能夠恢復森林，而長的可能到數百年、數千年才能實現土壤的恢復。而石漠化隨環境因子的相互作用和影響而會逐漸擴展，超出原來災變范圍，增大對人類社會的影響。

圖2 人類活動產生的酸性物質與石漠化的“雙循環”模式

前文已闡述人類活動產生的酸性物質對石漠化的單向影響模式。實際上，人類活動產生的酸性物質與石漠化二者之間的關系，并不是單向的，而是雙向的、可逆的反應，形成“雙循環”模式(圖2)。

人類活動產生的酸性物質，加速溶蝕基巖，在不合理的人類活動區域，會加劇石漠化；在合理的人類活動區域，改善石漠化。然而，隨著石漠化的加劇，一個惡性循環正在不斷上演：石漠化導致人類的生存環境惡劣，人地矛盾更加尖銳。因此人類會變本加厲向自然索取，如不合理地開墾、濫砍亂伐和盲目擴大規模的粗放經營等，導致原本單一的農業產業結構發生變化：一方面，由農業用地向工業用地轉化；另一方面，施用更多化肥以保證農作物產量。而人類活動會再次產生酸性物質，即二次酸源，與一次酸源共同作用，進一步加劇石漠化，由此石漠化問題愈演愈烈，形成惡性循環。同時，隨著石漠化的改善，一個良性循環也會呈現：石漠化的改善，促使人類活動越來越合理，保證了植被覆蓋好，土層受擾動少，即便人類活動會產生酸性物質，也會促使土層越來越厚，進一步改善石漠化，形成良性循環。

5 小結

(1)當前，對石漠化研究的深度、廣度都已逐漸深化，但始終忽略了酸性物質對石漠化的影響，應該引起重視，為石漠化的綜合治理開辟新的思路。

(2)人類活動產生的酸性物質和自然界的酸性物質共同作用于碳酸鹽巖，現代石漠化的演化進程實質是酸性物質對碳酸鹽巖的溶蝕后，酸不溶物流失的過程。

(3)人類活動產生的酸性物質，對石漠化的影響是“雙循環”的，酸性物質產生后，直接溶蝕碳酸鹽，一方面，由于人類不合理活動，破壞了植被、土壤，造成水土流失，加劇了石漠化演化進程，導致人地矛盾更加尖銳，形成“惡性循環”；另一方面，人類的合理活動，改善了植被、土壤，雖然有酸性物質溶蝕，但土層變厚，進而改善了石漠化，促進了人地矛盾緩和，形成“良性循環”。

隨著石漠化日益引起人們的關注，眾多學者都在為石漠化的綜合治理獻計獻策，取得良好效果的同時積累了寶貴經驗，如貴州的“晴隆模式”、“五個結合”模式、廣西的馬山縣立體治理模式、重慶中梁山生態景觀模式、南川生態立體農業模式，都為治理石漠化做出了巨大貢獻。

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X142

A

1673-1409(2012)06-S039-05

2012-05-12

國家大學生創新性實驗計劃項目(101063516)

馬孟尚(1989-)，男，貴州貴陽人，現從事土壤地理和土地利用研究。

傅瓦利，E-mailfuwali@swu.edu.cn。

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.06.010