杜文鵬,閆慧敏,*,甄 霖,胡云鋒
1 中國科學院地理科學與資源研究所,北京 100101 2 中國科學院大學,北京 100049
石漠化是在巖溶山區生態系統脆弱性與人類不合理經濟活動相互作用下造成的地表呈現類似于荒漠景觀的演變過程或結果[1- 3],是巖溶生態系統退化到極端的表現形式[4]。中國西南地區、歐洲中南部地區、北美東部地區是全球三大集中連片的巖溶分布區[5-6],巖溶生態系統具有可溶巖成土速率慢、巖石滲漏性強、地表缺水少土且異質性高、植被立地條件困難、易破壞難恢復等脆弱性特征。我國西南巖溶地區巖溶面積占國土面積的5.35%,人口密度相當于全國平均人口密度的153.3%,且有限的耕地大多屬于旱澇不保收的貧瘠山地[7];人口密度大且經濟落后導致人地矛盾突出,長期不合理土地利用引起的大面積水土流失和植被退化使得石漠化現象得以形成與發展。19世紀以來,我國西南巖溶地區生態環境經歷了戰亂破壞(1840—1949年)、“大煉鋼鐵”、“以糧為綱”、“向山要糧”等政策導向(1950—1970年)、相關配套制度和政策滯后的荒山荒地承包到戶(1978年開始)3次嚴重的人為浩劫,造成今天喀斯特石漠化問題的局面[8]。
石漠化不僅帶來水土流失加劇、旱澇災害頻發、土壤肥力下降、生物多樣性降低甚至喪失等生態問題[9],還會帶來人口貧困、交通不便、經濟與科技文化落后等一系列社會經濟問題[10],已成為我國西南巖溶地區社會經濟發展的關鍵制約因素。突出的人地矛盾導致農民長期墾山種糧、伐林燒柴,引起大面積水土流失和植被退化[11-12],使得該地區陷入一個“人口壓力大-貧困-掠奪資源-生態退化-進一步貧困”惡性循環的貧困陷阱[13]。因此,石漠化治理對實現我國西南巖溶地區巖溶社會經濟可持續發展、生態文明建設和全面小康社會建設具有重要意義[14];現階段,石漠化治理工作不僅已經提升到國家層面而且成為相關學者關注與研究的熱點問題之一。
我國西南巖溶地區石漠化治理始于20世紀80年代,“八七”扶貧攻堅計劃,退耕還林工程、“長防”和“長治”工程、“珠治”試點工程、世界糧食計劃、世界銀行貸款項目和澳大利亞、新西蘭援助計劃等一系列國內國際生態治理項目,為石漠化治理積累了寶貴的經驗[15-16]。2000年,黨中央國務院將“推進西南巖溶地區石漠化綜合整治”列入我國“十五”政府工作計劃,自此石漠化治理工作上升到國家層面[17-18];之后的“十一五”、“十二五”、“十三五”都將石漠化綜合治理作為我國重點區域生態修復的主要內容[19]。隨著2000年以來退耕還林還草、天然林保護等生態治理工程的實施,巖溶生態系統得到一定程度的恢復[20]。特別是自2008年國務院批復《巖溶地區石漠化綜合治理規劃大綱》以來,在西南巖溶地區首批100個石漠化治理試點縣開展封山育林育草、人工造林種草、坡改梯、生態移民等石漠化綜合治理工程,之后又陸續在351個石漠化縣開展生態恢復工作。從2005年開始,石漠化治理工作已經開始扭轉西南巖溶地區石漠化問題惡化的趨勢,截至2016年我國西南巖溶地區石漠化總面積為10.07萬km2,較2005年下降2.89萬km2,近五年來減少1.93萬km2,年平均減少率達到3.45%[21]。我國西南巖溶地區生長季植被覆蓋度從1999年的69%增加到2017年的81%,植被生物量顯著增加區域面積占比約為55%,是全球植被覆蓋度和生物量同時顯著增加的區域之一[22-23]。
巖溶地區特殊的地質、地貌、氣候、水文、土壤等特征決定了巖溶生態系統退化形態的多樣性和高度異質性[24-25],因此,石漠化治理過程中探索出諸多的經驗與模式[26-27]。同時,學者也從不同的角度對我國巖溶地區石漠化概念內涵[28- 31]、發生機制[32- 34]、退化機理與演變過程[35- 39]、空間分布與分級[40- 42]以及治理技術、措施、模式[43- 48]進行了一系列研究,從2006年起,以“石漠化”為主題的期刊文獻年發文量超過100篇,2015年發文量達到峰值275篇;但以“石漠化研究進展”與“石漠化綜述”為主題的期刊文獻年發文量不足20篇。黨的十九大報告與鄉村振興戰略意見均提出要開展國土綠化行動,推進荒漠化、石漠化、水土流失綜合治理;現階段,雖然已有眾多的石漠化治理技術、措施與模式范例,但仍需要對石漠化治理技術、措施與模式及其相互關系進行系統梳理,使得現有石漠化治理理論與實踐成果能夠更好地支撐下一階段石漠化治理工作,從而為我國生態文明建設2035年目標(國土生態安全骨架基本形成,生態服務功能和生態承載力明顯提升,生態狀況根本好轉)與2050年目標(生態文明全面提升,實現人與自然和諧共生)的實現做出貢獻[49-50]。本研究以凝練我國西南巖溶地區石漠化多年治理經驗范式為目標,以石漠化治理典型區域調研資料與文獻資料為數據基礎,梳理不同石漠化治理項目治理周期與目標的差異,分析當前石漠化治理技術的退化問題針對性;結合案例總結不同石漠化退化階段采用的治理途徑與措施,闡明不同巖溶地區石漠化治理優良模式的共性與特性;進而從石漠化治理目標、技術、措施與模式四個層面總結石漠化綜合治理配置原則,以期為今后石漠化理論研究與實踐治理工作提供依據。
本研究基于以下三方面數據對我國西南巖溶地區石漠化治理技術、途徑措施和模式進行歸納、分析與總結:
(1)石漠化治理代表性研究機構調研成果資料
石漠化治理代表性研究機構調研成果資料主要來自于以下機構:中國科學院亞熱帶農業生態研究所環江喀斯特生態系統觀測研究站、國際巖溶研究中心(巖溶動力系統與全球變化國際聯合研究中心)、貴州師范大學喀斯特研究院(國家喀斯特石漠化防治工程技術研究中心)、貴州省水土保持監測站等。相關資料主要包括:《貴州省2013—2015年石漠化監測實施方案》、《貴州省水土保持世行貸款歐盟贈款項目竣工報告》、《貴州省水土保持監測站課題研究進展情況報告》、《綠色旋律——2016貴州水土保持新聞報道側記》、《貴州省水土保持規劃(2016—2030)》、《山谷吹來世行風——貴州實施水土保持世行貸款/歐盟贈款項目側記》、《點石成金——貴州石漠化治理技術與模式》、《貴州省喀斯特石漠化綜合防治圖集(2006—2050)》、《環江喀斯特生態系統觀測研究站建設情況匯報報告》、《國際巖溶研究中心6年歷程》、《西南巖溶石漠化綜合治理地質調查報告》、《廣西巖溶山區石漠化及其綜合治理研究》、《巖溶峰叢洼地生態重建》等。
(2)自20世紀80年代以來,我國在西南巖溶地區實行的重點生態治理與恢復建設項目及基本實施情況。主要項目有:國家水土保持重點建設工程、畢節鴨池示范區建設項目、“長防”、“長治”試點工程、廣西巖溶山區封山育林工程、貴州花江示范區建設項目、廣西環江古周/馬山弄拉/平果果化示范區建設項目、貴州世界銀行貸款/歐盟贈款項目、“珠防”、“珠治”試點工程、巖溶地區石漠化綜合治理項目、坡耕地水土流失綜合治理工程等。
(3)針對我國西南巖溶地區石漠化概念內涵,退化機制,空間分布,演變過程,治理技術、措施、模式等方面進行研究的相關文獻。
本研究中生態治理目標、技術、措施與模式的概念分別為:生態治理目標是指生態治理活動預期達到的目的,為生態治理活動指明方向;生態治理技術是指人類在長期利用和改造自然的過程中積累起來的提升生態系統功能的方法及其原理;生態治理措施是指為阻止某種生態退化進程所采取的遵循自然規律的技術手段;生態治理模式是指在以往經驗基礎上形成的解決生態問題的某種技術與措施的結構性組合,較生態治理技術與措施更具整體性與綜合性?;谏鲜錾鷳B治理目標、技術、措施與模式的定義,石漠化治理目標對石漠化治理技術、措施、模式選擇具有導向作用,石漠化治理技術是解決石漠化問題治理的基礎,石漠化治理措施必須以相應的治理技術作為支撐,石漠化治理模式由石漠化治理技術與措施有機組合形成。
基于石漠化治理代表性研究機構成果資料、代表性石漠化治理工程以及相關研究文獻,對石漠化治理工程的目標、周期等基本信息進行梳理(表1):我國目前實施的各類項目中,以兼顧生態、經濟與社會效益為目標的項目周期為5—10年,主要包括小流域石漠化綜合治理項目、世行項目等項目類型,主要采取生態措施、生物措施、農藝措施與工程措施相結合的治理措施;以生態與經濟效益為目標的項目周期為3—5年,主要包括與脫貧計劃、五年規劃等相結合的石漠化治理項目,主要采取生態措施、生物措施、農藝措施與工程措施相結合的治理措施;單純以生態效益為目標的項目周期為1—3年,主要包括道路工程、采礦生態保護、礦山修復等項目,主要采取生態措施與工程措施兩項治理措施。我國西南巖溶地區石漠化與貧困化具有必然的地理耦合性,致使單獨的生態治理工程項目和片面的環境保護無法從根本上解決石漠化問題[52-56],在石漠化治理工程項目設計時需要通過對治理成果的生態、經濟與社會效益進行三重優化,才能達到巖溶山區自然社會經濟復合生態系統良性循環的目標[54,57-58],從根本上解決我國西南巖溶地區石漠化問題。

表1 石漠化生態治理項目治理周期、目標、措施與技術
石漠化治理技術的研發應用建立在對石漠化形成機制的研究和認知基礎之上,學術界已經對以巖溶地區脆弱的生態地質環境是基礎、強烈的人類活動是驅動力這一石漠化成因達成了共識[12]。以碳酸鹽為物質基礎的巖溶地區少水與缺土伴生,土層淺薄且不連續,地下裂隙發達,雨水降落至地面沿著溶巖縫隙、豎井、落水洞等進入地下系統,形成水土漏失[59]。缺水少土決定了這里的植被是易損、難生的,一旦巖石迅速大片裸露,即便土壤種子庫未被破壞,植被的自然恢復也需要數十年甚至上百年。針對巖溶生態系統缺水、少土、植被恢復困難導致生態環境脆弱的基本特點,石漠化綜合治理必須以蓄水、治土、造林為核心,其實質就是要解決水土保持與植被恢復問題[60- 62]。我國西南巖溶地區石漠化與貧困化具有必然的地理耦合性:石漠化是巖溶生態系統脆弱生態環境疊加人類不合理土地開發利用活動的最終表現形式,石漠化與貧困化之間存在一種內在互動效應[53]——石漠化現象的產生減少了區域可利用資源量,制約區域社會經濟發展,進而造成貧困化;而貧困又導致人類增加對土地資源開發利用的強度,使得區域石漠化問題更加嚴重;石漠化綜合治理不僅要解決水土保持和恢復植被問題,更要解決區域經濟發展與社會民生問題。因此,“水是龍頭,土是關鍵,植被(經濟植物)是根本,區域生態經濟雙贏、農民脫貧致富是目標[47]”的石漠化綜合治理基本思路得到了廣大學者的認可。自20世紀80年代我國開始進行西南巖溶地區生態問題治理以來,相關工作人員與研究學者已經針對巖溶地區缺水、少土、植被生長困難和區域貧窮落后四大基本問題研發和總結了一系列適用于石漠化治理的關鍵技術(表2):
針對石漠化地區缺水的問題——重點應用水資源開發利用技術與水土保持技術。西南巖溶地區的雙層巖溶水文地質結構使得地表水水資源不足,水資源以地下水為主且地下水深埋、開發利用困難。水資源開發利用技術即通過蓄、引、提、堵等多種形式開發利用地表與地下水資源;同時,在不同地貌部位應用適用的水土保持技術,減少地表水的下滲、充分利用地表徑流;此外,在地表與地下水開發利用過程中應采取水污染防治等相應配套技術。
針對石漠化地區少土的問題——重點應用土地整理技術、土壤改良技術與水土保持技術。西南巖溶地區缺土問題主要表現在地表徑流對土壤沖刷作用強使得地表土層薄、土壤養分與有機質含量低、土地生產力低下、可利用土地資源面積小且分散。因此,需要通過土地整理技術調整土地利用結構、改善土地資源利用條件來提高土地資源利用率與生產力;通過土壤改良技術改善土壤的理化性質、增加土壤有機質含量來提高土壤蓄水保肥能力及生產能力,進而為植被生長創造良好的條件;通過水土保持技術削弱地表徑流對土壤的沖刷作用來保持土壤空間分布的完整性,進而為農業生產提供良好的耕作條件。
針對石漠化地區植被生長困難的問題——重點應用植被恢復與重建技術。植被可以帶來生態、社會、經濟三重效益,可以說植被的恢復與重建是石漠化治理工作的重中之重。由于西南巖溶地區氣候、土壤、水文等條件的組合使得植被立地條件十分困難,因此,需要研發適生植物收集、苗木繁育、恢復封造等植被恢復與重建技術因地制宜地營造生態林與經濟林,進而實現石漠化治理生態效益與經濟效益的統一。
針對石漠化地區貧困落后的問題——重點應用石漠化區域農業結構調整與生態產業培育技術。經濟落后引起的土地資源不合理開發利用是西南巖溶地區石漠化現象產生的動因,石漠化綜合治理必須兼顧生態效益與經濟效益。因此,需要研發石漠化區域農業結構調整與生態產業培育技術,在石漠化綜合治理過程中通過因地制宜調整農業結構實現區域生態經濟雙贏,使得石漠化綜合治理效果具有可持續性[35,47,51,63]。

表2 石漠化治理技術總結表(針對解決問題)[51]
石漠化治理途徑可以分為自然恢復與人工干預兩種:自然恢復主要指在消除人為干擾因素的前提下,通過巖溶生態系統自身的生產與恢復潛力來實現石漠化治理的過程,自然恢復途徑的主要措施有封山育林、環境移民、生態保護區建設等生態措施。人工干預主要是指在生物、農藝、工程等人工措施的幫助下實現巖溶生態系統植被恢復與生態重建的目標,主要包括退耕還林還草等生物措施,套種輪作等農藝措施以及坡改梯、小型水利設施建設等工程措施[54-55,64]。
封山育林是石漠化地區最直接、最有效、最經濟的治理措施[9],通過長時間自然封育,植被在依靠僅有的石縫土頑強地生長起來之后根系可以直接利用各種裂隙在巖層形成巨大的生態空間來滿足其生長繁殖等自身需求[65-67],進而實現自我更新演替,形成復合的植物群落。從現有石漠化治理實踐來看,植樹造林等人工措施很難使植被在巖石表層上直接生長起來,并且由于人工造林難以實現生態系統自然演替過程,形成的人工林在群落穩定性、生物多樣性、生態功能性等方面無法與自然恢復的天然林相比[9]。因此,僅從生態恢復的角度來看,在巖溶地區采用自然途徑進行石漠化治理的效果要優于人工途徑。我國西南巖溶地區突出的人地矛盾關系決定石漠化綜合治理必須要兼顧生態與經濟效益,不能單靠自然恢復來實現。生物、農藝、工程等人工干預措施也是人類活動的一部分,不同石漠化退化階段的巖溶生態系統對人類活動承載能力的差異決定了要采取的石漠化治理措施不同[9];因此,“在不同石漠化退化階段應采用不同的治理措施”這一觀點的提出對石漠化治理實踐工作與理論研究具有重要的指導意義[68]。
對于重度石漠化地區,宜采取封山育林與人工輔助生態修復措施。重度石漠化地區人地關系、人與自然的關系嚴重失調,對重度石漠化地區進行生態治理,首先應該減輕人口壓力,減少對區域資源的掠奪式開發。在重度石漠化地區采取的治理措施主要以生態移民、封山育林等自然恢復措施為主;考慮到自然恢復周期較長等問題,在條件允許的情況下,可以采用一些人工播種、補植、種草等林草措施以及鋪設人工土,噴注草種泥漿等工程措施來推動植被順向演替,加快石漠化治理進程。
對于中度石漠化地區,宜采取林草種植與生態誘導修復措施。大多數中度石漠化地區目前還處于開發利用中,人們通過砍伐、燒毀喬灌開墾土地進行農業生產,使得中度石漠化地區物種單一、生態系統承載力極其不穩定易向重度石漠化演化;因此,對中度石漠化地區進行生態治理,應該在減輕人口壓力追求生態效益的同時通過營造經濟林果、種草養畜、改善耕作條件等措施兼顧治理的經濟效益。
對于輕度石漠化地區,宜采取生態恢復與經濟發展相結合的治理措施。輕度石漠化地區土地資源具有多功能性,土地開發利用活動具有多元化,生態問題并不嚴重,生態系統自身恢復能力較強;但是該區域大多屬于落后的傳統農業區,人地矛盾突出,人類不合理土地利用導致的水土流失等生態環境問題已經初現;因此,對輕度石漠化地區進行治理主要是通過宣傳教育減少人類不合理的土地開發利用活動,并通過配套措施降低人類土地開發利用活動帶來的負面效應。
潛在石漠化地區——采取水土保持與產業結構優化調整措施。潛在石漠化地區大多具有人口密度大、經濟較發達、土地集中連片農業集約化水平相對較高等特點;但是該區域土地利用存在嚴重錯位現象,雖然沒有明顯的石漠化現象,一經破壞治理也相當困難;因此,對潛在石漠化地區進行治理應該以水土保持等預防保護措施為主,同時應采取相應措施調整與優化產業結構解決土地利用錯位問題[56,69-71]。
近年來,開展不同退化階段石漠化治理工作,形成了許多典型示范區與典型案例;表3總結了不同退化階段石漠化治理典型的治理措施與模式、治理成效和存在的問題。
巖溶地區獨特的地貌形態與地域結構對光、熱、水、土、氣等環境要素進行再分配使得氣候、土壤、生物等自然要素在空間上具有水平分布和垂直分布的雙重性質,不同區域之間以及同一區域內部的生態環境均存在差異[16,56,80-81]。我國西南巖溶地區根據其地形地貌特征可以分為:巖溶高原區、巖溶峽谷區、巖溶槽谷區、中高山地區、斷線盆地區、峰叢洼地區、溶丘槽谷區和峰林平原區八個地形區;對不同區域進行石漠化綜合治理需要采取不同的蓄水、保土、恢復植被以及促進經濟發展措施,不同措施的有機結合形成了多樣的石漠化綜合治理模式。自20世紀80年代在西南巖溶地區開展大規模石漠化治理以來涌現出許多典型的治理模式(表4)。由于巖溶地區生態環境的高度異質性,各種石漠化治理模式特征鮮明,但各種治理模式亦存在共性特征:封山育林(草)或保護林草植被是各種治理模式均采取的措施,相關研究表明巖溶地區通過自然途徑來實現生態保護與恢復效果優于人工途徑[9],因此,石漠化治理模式在理念上順應自然規律,盡可能依靠自然力量恢復與治理是可行的途徑。巖溶地區地表與地下的“二元結構”以及自然要素垂直方向空間分布的異質性[83],使得各種石漠化治理模式均由不同治理措施結合而成,如平果果化的“山頂戴帽,中間纏帶,腳穿鞋”立體生態農業模式就是一個典型特例;因此,從宏觀上來看石漠化治理模式是各種治理措施空間上有機結合形成的一套立體治理模式。從微觀上看各種治理模式所采取的系列治理措施,都是以減少水土流失(蓄水與固土)、增加植被覆蓋度、增加地表土壤養分等為治理目標。

表3 不同退化階段石漠化治理典型案例總結表

表4 八種巖溶地貌區石漠化治理思路及石漠化治理模式[82]
在地貌類型區域內部,不同的地形、水分等自然條件相互組合導致區域內部巖溶過程存在差異,進而形成了復雜多樣的小生境,小生境之間亦具有高度異質性[16]。如生境相對開放的石坑、石溝等小生境土壤有機碳及全氮的含量普遍高于處于相對封閉狀態的石槽、石洞和石縫,可為石漠化治理過程中的植被恢復提供良好的土壤條件[84];在相同氣候條件下,巖性與地形是控制表層巖溶水發育的主導因素,山體低凹處表層巖溶水發育相對較好,可為植被恢復與農牧業發展提供良好的水源基礎[85];同一區域,海拔、坡度等因素的差異對石漠化治理過程中植被類型選擇與農牧業生產布局也會產生重大的影響?,F階段,相關研究還未闡明不同土壤-巖石環境水分狀況的差異成因及植物的適應機理[86],制約了石漠化綜合治理模式的推廣;但基本明確的是在特定區域石漠化治理模式構建與選擇時要以小流域為基本單元,借鑒相似區域的石漠化治理模式,結合本區域特點構建適宜本區域生態恢復與經濟發展的石漠化治理模式。
依據機構調研資料與文獻資料,本文通過對我國西南巖溶地區石漠化治理相關工程項目及其所采用的治理技術、措施、模式的梳理,解析石漠化綜合治理模式目標,歸納不同治理目標項目中石漠化綜合治理模式所采用治理技術的退化問題針對性與采用措施的時空特征針對性,總結出以下四點石漠化治理技術需求配置原則:
(1)以治理目標與預期周期為導向,確立石漠化治理采取的措施:對于以生態效益為治理目標的短期項目,主要采取生態措施與工程措施;以生態與經濟效益為治理目標的中短期項目,主要采取生態措施、生物措施、農藝措施與工程措施;以兼顧生態、經濟與社會效益為治理目標的中長期與長期項目,主要采取生態措施、生物措施、農藝措施與工程措施。
(2)針對要解決的關鍵生態退化問題,結合區域特征遴選石漠化治理技術:石漠化現象是脆弱生態環境疊加人類不合理經濟活動的最終表現形式,石漠化治理需要解決缺水、少土、植被立地困難和經濟落后四大關鍵問題——應用水資源開發利用技術與水土保持技術解決缺水的問題,應用土地整理技術、土壤改良技術與水土保持技術解決少土的問題,應用植被恢復與重建技術解決植被生長困難的問題,應用石漠化區域農業結構調整與生態產業培育技術解決貧困落后的問題。
(3)針對石漠化退化階段的差異,確定石漠化治理途徑措施與基本思路:根據石漠化地區土地退化程度,可將其分為潛在石漠化地區、輕度石漠化地區、中度石漠化地區和重度石漠化地區。不同石漠化退化階段應采取不同的治理措施:潛在石漠化地區主要采取水土保持與產業結構優化調整措施,輕度石漠化地區主要采取治生態恢復與經濟發展相結合的治理措施,中度石漠化地區主要采取林草種植與生態誘導修復措施,重度石漠化地區主要采取封山育林與人工輔助生態修復措施。
(4)結合石漠化綜合治理模式的共性特征,以小流域為基本單元,因地制宜的選擇與構建石漠化綜合治理模式:巖溶地區生態環境的高度異質性,使得石漠化治理過程中形成眾多特征鮮明的石漠化治理模式,但各種治理模式亦存在共性特征——理念上順應自然發展規律、宏觀上構建立體生態恢復模式、微觀上解決水土植被問題;石漠化治理模式構建與選擇時要以小流域為基本單元,結合典型石漠化治理模式的共性特征,構建適宜本區域生態恢復與經濟發展的石漠化治理模式。
石漠化綜合治理是我國西南巖溶地區生態文明建設與可持續發展的重要舉措,近年來系列生態工程措施的實施,使得西南巖溶地區石漠化治理已初見成效。然而,現階段石漠化綜合治理仍面臨著治理難度逐步加大、陡坡耕種等人地矛盾難以全面消除、治理成果鞏固乏力與可持續性差等系列問題。十九大報告提出的開展國土綠化行動與鄉村振興戰略規劃中提到的加強鄉村生態保護與修復部分,都指出要大力推進石漠化綜合治理。因此,本文從近30年來的石漠化治理實踐中汲取有益的治理經驗與做法,以期為提升區域生態承載能力和保障脆弱的巖溶地區人地和諧發展提供重要的科學依據。
致謝:中國科學院環江喀斯特生態系統觀測研究站、國際巖溶研究中心、貴州師范大學喀斯特研究院、貴州省水土保持監測站等機構的專家在項目組貴州和廣西石漠化調研期間給予支持,特此致謝。