西南喀斯特石漠化研究進展

黃志強　胡寶清

摘要：喀斯特石漠化是土地荒漠化的主要類型之一?？λ固厣鷳B(tài)系統(tǒng)的脆弱性決定了喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的易損性和退化喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的難恢復性，它是我國西部生態(tài)建設中面臨的十分突出的地域環(huán)境問題，也是西南喀斯特地區(qū)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙之一。參考國內研究的相關文獻，從喀斯特石漠化概念的提出及其演變、喀斯特石漠化的研究動向和喀斯特生態(tài)系統(tǒng)探討等三個方面，回顧了近年來我國喀斯特石漠化研究的進展情況。認為目前研究中還存在應用研究超前與基礎理論研究落后、定量化和空間化研究不足、預警研究鮮見、對喀斯特山區(qū)進行生態(tài)重建缺乏充分的科學依據和基礎數據等缺陷。在此基礎上，建議從重點區(qū)域探究喀斯特石漠化演變機理及其社會文化因素、在石漠化地區(qū)開展生態(tài)綜合整治工程，構建相關信息系統(tǒng)等方面開展研究工作。

關鍵詞：喀斯特；石漠化；生態(tài)環(huán)境；研究進展

中圖分類號：F062.2 文獻標志碼：A 文章編號：1000-8772（2013）12-0242-02

喀斯特環(huán)境是地理環(huán)境中一個獨特的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，它是處于一種碳物質能量循環(huán)變異極強烈和快速的狀態(tài)，具有環(huán)境容量低、生物量小、群落被替代、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)變異敏感度高、空間轉移能力強、穩(wěn)定性差等一系列生態(tài)脆弱性特征，是承災能力弱、災害承受閾值彈性小的一種生態(tài)脆弱環(huán)境。目前我國西南地區(qū)石漠化土地面積達17萬km²，占該區(qū)喀斯特面積的31%。石漠化不僅使土地生產力下降、地表植被覆蓋率銳減、系統(tǒng)水源涵養(yǎng)能力削弱、地表水源枯竭，而且造成土地資源喪失、糧食減產，嚴重威脅當地群眾的生產生活。該地區(qū)貧困縣達173個，其中國家級特困縣52個，占全國貧困縣和特困縣的一半，是我國南方的主要貧困地區(qū)?！翱λ固亍背蔀槲覈鷳B(tài)惡化與經濟貧困的代名詞，因此對喀斯特石漠化問題的研究顯得日益重要和緊迫。

一、石漠化概念的提出及演變

石漠化災害的概念最早于20世紀80年代初提出，到90年代初部分科技工作者在水土保持特別是在砂頁巖及紅色巖系和石灰?guī)r丘陵山地陡坡開墾引起的水土流失研究中，提出了“石化”、“石山荒漠化”、“石質荒漠化”等概念，并強調石山荒漠化是水土流失的一個突出特點。

袁道先采用石漠化概念來表征植被、土壤覆蓋的喀斯特地區(qū)轉變?yōu)閹r石裸露的喀斯特景觀的過程，指出石漠化是中國南方亞熱帶喀斯特地區(qū)嚴峻的生態(tài)問題，導致喀斯特風化殘積層土的迅速貧瘠化，熱帶和亞熱帶地區(qū)喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性是石漠化的形成基礎，包括人口壓力、土地利用規(guī)劃和社會實踐不合理、大氣污染等人類活動觸發(fā)了這一事件的所有過程。屠玉麟認為，石漠化是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。王世杰認為，石漠化是指在亞熱帶脆弱的環(huán)境背景下，受人類不合理社會經濟活動的干擾破壞所造成的土壤嚴重侵蝕，基巖大面積出露，土地生產力嚴重下降，地表出現(xiàn)類似荒漠景觀的土地退化過程，它以脆弱的生態(tài)地質環(huán)境為基礎，以強烈的人類活動為驅動力，以土地生產力退化為本質，以出現(xiàn)類似荒漠景觀為標志。2007年國家發(fā)改委對石漠化的定義是：喀斯特（巖溶）石漠化指在熱帶、亞熱帶濕潤、半濕潤氣候條件和巖溶極其發(fā)育的自然背景下，受人為活動干擾，使地表植被遭受破壞，造成土壤嚴重侵蝕，基巖大面積裸露，土地退化的極端表現(xiàn)形式?？梢姡窃诳λ固氐貐^(qū)由于人為活動的干擾造成植被破壞，導致水土流失、基巖裸露的一種土地退化。

二、喀斯特石漠化的研究動向

目前，國內學術界的石漠化研究主要在環(huán)境地質、地表過程及人地關系等方面，研究成果主要體現(xiàn)在喀斯特石漠化的形成背景、演化與治理，石漠化驅動因子，巖性與石漠化土地的空間相關性，石漠化危險度評價，石漠化的防治與恢復重建技術等。

1.環(huán)境地質研究

學者們從環(huán)境地質學出發(fā)對喀斯特重要的環(huán)境地質、工程地質和地貌等進行了大量的基礎研究，重點從大的時間尺度和地質背景上探討石漠化的形成機制。袁道先通過十年研究發(fā)現(xiàn)，世界上不同地質生態(tài)背景的巖溶區(qū)、巖溶系統(tǒng)與人類活動的相互作用極不相同，提出并實施“全球巖溶生態(tài)對比”研究計劃，闡明巖溶生態(tài)系統(tǒng)的運行規(guī)律，為石漠化治理、重建良性生態(tài)系統(tǒng)探索新思路，從地理、地質角度研究喀斯特脆弱的生態(tài)環(huán)境問題提供了科學支撐（吳秀芹，2006）。張殿發(fā)等（2002）以貴州喀斯特山區(qū)為例探討了土地石漠化的生態(tài)地質環(huán)境背景及其驅動機制。何師意等（2001）選擇三個不同類型的巖溶生態(tài)系統(tǒng)，從植被發(fā)育狀況、群落特征、水化學特征對系統(tǒng)的響應，表層巖溶帶功能，系統(tǒng)生態(tài)效應及水文效應進行了對比研究。姚長宏等（2001）從巖溶地區(qū)植被演替規(guī)律出發(fā)，針對不同植被生態(tài)條件，通過對比不同表層巖溶泉的水化學特征和表層土壤空氣CO₂的含量，分析了植被在巖溶區(qū)的喀斯特效應。以上探索表明，喀斯特環(huán)境地質研究已逐漸從地下向地上轉移，從研究無生命的地質過程走向將生命物質與無生命物質相結合。

2.地表過程研究

該研究以貴州、廣西等科研團體為代表，主要研究石漠化的形成機制、演替過程，包括微觀研究和宏觀研究。微觀研究主要從制約地球環(huán)境演化相互聯(lián)系的物理、地球化學和生物學作用來研究喀斯特環(huán)境系統(tǒng)。中國科學院貴陽地球化學研究所利用放射性核素、穩(wěn)定同位素和微量元素示蹤等研究手段，結合實驗模擬和計算機模式，系統(tǒng)研究地球化學敏感及生態(tài)脆弱地區(qū)的巖石、土壤的化學風化與沉積、高分辨地質環(huán)境記錄、環(huán)境界面的生命元素的地球化學行為、環(huán)境微量物質的人體健康和生態(tài)效應、化學元素的生物地球化學循環(huán)及水文地球化學循環(huán)。揭示喀斯特地區(qū)在數十年至數萬年間的演化規(guī)律及碳酸鹽巖生態(tài)脆弱地區(qū)的環(huán)境質量變化趨勢（白占國等，2002）。宏觀研究主要著眼于喀斯特生態(tài)系統(tǒng)脆弱性和人類活動對喀斯特環(huán)境的影響、退化及人類驅動機制等。楊漢奎等（1994）探索喀斯特環(huán)境質量變異，初步闡明喀斯特生境的垂直帶譜特征。朱安國等（1994）以流域為單元建立了各項單因素及綜合因素與產沙量要素間的關系式，對貴州山區(qū)水土流失影響因素篩選出其發(fā)生發(fā)展的數學模式，提出旱地墾殖率、人口密度、土壤類型與產沙模數成正比，其中以旱地墾殖率影響最大。胡寶清等（2002-2006）結合Rs與C-IS建立石漠化數據庫等分析模型，進行石漠化程度評價、災害風險評估，利用GIS制圖、遙感圖譜等研究了廣西喀斯特石漠化現(xiàn)狀、分布和發(fā)展趨勢等的空間分布規(guī)律，指出石漠化是在諸多因素的共同作用下發(fā)生的，人類不合理的開發(fā)利用是其主因。熊康寧等（2002）對比分析了貴州省喀斯特山區(qū)、峽谷區(qū)與石漠化區(qū)的資源、環(huán)境與社會經濟，多視角地揭示了喀斯特石漠化的生態(tài)一經濟效應及貧困效應，提出石漠化防治的理論依據、技術支撐和保障體制。

此外，部分學者應用遙感和地面觀測方法對研究區(qū)土地覆蓋、植被覆蓋、生物生產量、生物多樣性和土壤理化性質等指標分析了喀斯特環(huán)境退化和自然恢復速率，得出喀斯特環(huán)境退化與自然恢復規(guī)律及其相應速率（楊勝天，2000）。蔡運龍等（1994-2006）對典型小流域土地利用/覆被變化時間序列和相應時段沉積物、土壤剖面的磁性礦物變化以及放射性同位素衰變推算侵蝕速率，認為地表物質狀況是喀斯特地區(qū)決定土壤侵蝕速率和土壤侵蝕量的關鍵，而石漠化的閾值相對土壤侵蝕速率的閾值具有滯后性。

3.人地關系研究

蔡運龍等（2006）提出西南喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，在人口增長和經濟發(fā)展的壓力下，讓退化土地自然恢復的思路已不切實際，必須通過社會投入對退化土地進行生態(tài)重建，他們建立了環(huán)江縣古周峰叢洼地生態(tài)重建示范區(qū)、肯福生態(tài)移民開發(fā)示范區(qū)、平果縣果化峰叢洼地示范區(qū)，選擇設計了峰叢洼地生態(tài)重建的兩種模式，并在喀斯特常綠、落葉闊葉混交林人工誘導恢復技術、洼地避澇作物布局和栽培技術“林-草-畜-沼-果”復合生態(tài)系統(tǒng)技術體系及表層巖溶水資源開發(fā)利用技術等有所突破。目前，我國在喀斯特地區(qū)進行生態(tài)建設方面尚缺乏充分的科學依據和基礎數據，迫切需要認識喀斯特這個特殊地域內土地生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)過程及其驅動力、退化土地的受損過程和受損機制，建立生態(tài)系統(tǒng)健康指標并用于診斷和預測其危急性，從而綜合各種策略制定合乎自然生態(tài)規(guī)律并有益于人類的生態(tài)建設和管理措施，為這一脆弱生態(tài)系統(tǒng)的綜合整治和可持續(xù)發(fā)展提供科學技術支持和指導?？λ固氐貐^(qū)的石漠化作為生態(tài)環(huán)境惡化的一種極端形式，早已為我國科研工作者和政府機構所重視，但環(huán)境地質和地貌領域的微觀研究較多，而宏觀層面的研究和人地關系研究相對薄弱，存在應用研究超前、基礎研究落后等問題，土地利用/土地覆蓋變化、石漠化過程與機理研究、石漠化人文影響因素的定量分析以及生態(tài)重建效應等方面的研究還需加強。

三、喀斯特生態(tài)系統(tǒng)探討

喀斯特與大氣圈、水圈、生物圈耦合構造了喀斯特自然生態(tài)環(huán)境，近30年來世界上許多國家都十分重視對喀斯特環(huán)境問題的研究，喀斯特環(huán)境問題已成為當代國際地學研究的熱點之一。國外早期研究主要側重地質成因、地貌特征、水文特征以及發(fā)育過程，繼之結合社會、經濟發(fā)展需要，對喀斯特水文地質、工程地質、地球物理勘探、喀斯特洞穴、喀斯特發(fā)育理論等做了大量研究。

盡管國際社會已充分肯定水蝕作用在荒漠化過程中的重要作用，但我國西南喀斯特地區(qū)土地石漠化因其發(fā)育具有明顯的地域性，一直未引起國際社會的廣泛關注，也沒有被明確列入荒漠化防治國際公約，所以在國際上喀斯特土地石漠化的科學內涵一直不是很明確，其成因理論及防治研究幾乎是空白。國際巖溶對比表明，世界上具有不同生態(tài)地質環(huán)境背景的巖溶區(qū)，巖溶系統(tǒng)與人類活動相互作用的環(huán)境效應是極不相同的。如地中海、中美洲等地的新生界碳酸鹽巖，空隙度高達16%～44%，具有較好的持水性，新生代地殼抬升也較小，地表地下雙層結構帶來的負效應和石漠化問題不是很嚴重，而我國西南中生代之前形成的碳酸鹽巖非常堅硬，空隙度很低，小于3%，極不利于成土作用和植物生長。特定的地質環(huán)境背景決定了我國西南喀斯特地區(qū)生境嚴酷且脆弱。在社會經濟壓力下，常因水土流失、土壤貧瘠，形成了具有明顯地域性的生態(tài)地質環(huán)境災害——石漠化問題。

西南喀斯特山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的嚴重退化，特別是水土流失加劇導致土地石漠化面積的迅速擴展，已極大制約本地區(qū)社會經濟的發(fā)展，嚴重威脅人們的生存，而且還危及長江、珠江中下游地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，因此，必須研究如何遏制其生態(tài)環(huán)境惡化這一根本難題。以“推進黔桂滇巖溶地區(qū)石漠化綜合治理”被列入“十五”計劃為標志，石漠化治理研究與實施已提到國家目標的高度，并作為西部大開發(fā)中脆弱生態(tài)環(huán)境重建的重要組成部分。通過調整土地利用結構和對石漠化區(qū)域的生態(tài)重建，達到控制石漠化擴大、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境、提高農民生活水平的目的，是喀斯特區(qū)域邁向可持續(xù)發(fā)展道路和全面建設小康社會的必然選擇。近年來雖然對喀斯特石漠化有大量研究，但以定性分析為主，定量化和空間化研究不足，對農地石漠化的預警研究也鮮見，因此，迫切需要認識這個特殊地域內土地生態(tài)系統(tǒng)的受損過程、受損機理和受損程度，從而為該區(qū)域優(yōu)化調控生態(tài)系統(tǒng)問題提供科學依據。