西南喀斯特石漠化研究进展

黄志强　胡宝清

摘要：喀斯特石漠化是土地荒漠化的主要类型之一。喀斯特生态系统的脆弱性决定了喀斯特生态系统的易损性和退化喀斯特生态系统的难恢复性，它是我国西部生态建设中面临的十分突出的地域环境问题，也是西南喀斯特地区实现可持续发展的主要障碍之一。参考国内研究的相关文献，从喀斯特石漠化概念的提出及其演变、喀斯特石漠化的研究动向和喀斯特生态系统探讨等三个方面，回顾了近年来我国喀斯特石漠化研究的进展情况。认为目前研究中还存在应用研究超前与基础理论研究落后、定量化和空间化研究不足、预警研究鲜见、对喀斯特山区进行生态重建缺乏充分的科学依据和基础数据等缺陷。在此基础上，建议从重点区域探究喀斯特石漠化演变机理及其社会文化因素、在石漠化地区开展生态综合整治工程，构建相关信息系统等方面开展研究工作。

关键词：喀斯特；石漠化；生态环境；研究进展

中图分类号：F062.2 文献标志码：A 文章编号：1000-8772（2013）12-0242-02

喀斯特环境是地理环境中一个独特的生态环境系统，它是处于一种碳物质能量循环变异极强烈和快速的状态，具有环境容量低、生物量小、群落被替代、生态环境系统变异敏感度高、空间转移能力强、稳定性差等一系列生态脆弱性特征，是承灾能力弱、灾害承受阈值弹性小的一种生态脆弱环境。目前我国西南地区石漠化土地面积达17万km²，占该区喀斯特面积的31%。石漠化不仅使土地生产力下降、地表植被覆盖率锐减、系统水源涵养能力削弱、地表水源枯竭，而且造成土地资源丧失、粮食减产，严重威胁当地群众的生产生活。该地区贫困县达173个，其中国家级特困县52个，占全国贫困县和特困县的一半，是我国南方的主要贫困地区。“喀斯特”成为我国生态恶化与经济贫困的代名词，因此对喀斯特石漠化问题的研究显得日益重要和紧迫。

一、石漠化概念的提出及演变

石漠化灾害的概念最早于20世纪80年代初提出，到90年代初部分科技工作者在水土保持特别是在砂页岩及红色岩系和石灰岩丘陵山地陡坡开垦引起的水土流失研究中，提出了“石化”、“石山荒漠化”、“石质荒漠化”等概念，并强调石山荒漠化是水土流失的一个突出特点。

袁道先采用石漠化概念来表征植被、土壤覆盖的喀斯特地区转变为岩石裸露的喀斯特景观的过程，指出石漠化是中国南方亚热带喀斯特地区严峻的生态问题，导致喀斯特风化残积层土的迅速贫瘠化，热带和亚热带地区喀斯特生态系统的脆弱性是石漠化的形成基础，包括人口压力、土地利用规划和社会实践不合理、大气污染等人类活动触发了这一事件的所有过程。屠玉麟认为，石漠化是在喀斯特的自然背景下，受人类活动干扰破坏造成土壤严重侵蚀、基岩大面积裸露、生产力下降的土地退化过程。王世杰认为，石漠化是指在亚热带脆弱的环境背景下，受人类不合理社会经济活动的干扰破坏所造成的土壤严重侵蚀，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，它以脆弱的生态地质环境为基础，以强烈的人类活动为驱动力，以土地生产力退化为本质，以出现类似荒漠景观为标志。2007年国家发改委对石漠化的定义是：喀斯特（岩溶）石漠化指在热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶极其发育的自然背景下，受人为活动干扰，使地表植被遭受破坏，造成土壤严重侵蚀，基岩大面积裸露，土地退化的极端表现形式。可见，石漠化是在喀斯特地区由于人为活动的干扰造成植被破坏，导致水土流失、基岩裸露的一种土地退化。

二、喀斯特石漠化的研究动向

目前，国内学术界的石漠化研究主要在环境地质、地表过程及人地关系等方面，研究成果主要体现在喀斯特石漠化的形成背景、演化与治理，石漠化驱动因子，岩性与石漠化土地的空间相关性，石漠化危险度评价，石漠化的防治与恢复重建技术等。

1.环境地质研究

学者们从环境地质学出发对喀斯特重要的环境地质、工程地质和地貌等进行了大量的基础研究，重点从大的时间尺度和地质背景上探讨石漠化的形成机制。袁道先通过十年研究发现，世界上不同地质生态背景的岩溶区、岩溶系统与人类活动的相互作用极不相同，提出并实施“全球岩溶生态对比”研究计划，阐明岩溶生态系统的运行规律，为石漠化治理、重建良性生态系统探索新思路，从地理、地质角度研究喀斯特脆弱的生态环境问题提供了科学支撑（吴秀芹，2006）。张殿发等（2002）以贵州喀斯特山区为例探讨了土地石漠化的生态地质环境背景及其驱动机制。何师意等（2001）选择三个不同类型的岩溶生态系统，从植被发育状况、群落特征、水化学特征对系统的响应，表层岩溶带功能，系统生态效应及水文效应进行了对比研究。姚长宏等（2001）从岩溶地区植被演替规律出发，针对不同植被生态条件，通过对比不同表层岩溶泉的水化学特征和表层土壤空气CO₂的含量，分析了植被在岩溶区的喀斯特效应。以上探索表明，喀斯特环境地质研究已逐渐从地下向地上转移，从研究无生命的地质过程走向将生命物质与无生命物质相结合。

2.地表过程研究

该研究以贵州、广西等科研团体为代表，主要研究石漠化的形成机制、演替过程，包括微观研究和宏观研究。微观研究主要从制约地球环境演化相互联系的物理、地球化学和生物学作用来研究喀斯特环境系统。中国科学院贵阳地球化学研究所利用放射性核素、稳定同位素和微量元素示踪等研究手段，结合实验模拟和计算机模式，系统研究地球化学敏感及生态脆弱地区的岩石、土壤的化学风化与沉积、高分辨地质环境记录、环境界面的生命元素的地球化学行为、环境微量物质的人体健康和生态效应、化学元素的生物地球化学循环及水文地球化学循环。揭示喀斯特地区在数十年至数万年间的演化规律及碳酸盐岩生态脆弱地区的环境质量变化趋势（白占国等，2002）。宏观研究主要着眼于喀斯特生态系统脆弱性和人类活动对喀斯特环境的影响、退化及人类驱动机制等。杨汉奎等（1994）探索喀斯特环境质量变异，初步阐明喀斯特生境的垂直带谱特征。朱安国等（1994）以流域为单元建立了各项单因素及综合因素与产沙量要素间的关系式，对贵州山区水土流失影响因素筛选出其发生发展的数学模式，提出旱地垦殖率、人口密度、土壤类型与产沙模数成正比，其中以旱地垦殖率影响最大。胡宝清等（2002-2006）结合Rs与C-IS建立石漠化数据库等分析模型，进行石漠化程度评价、灾害风险评估，利用GIS制图、遥感图谱等研究了广西喀斯特石漠化现状、分布和发展趋势等的空间分布规律，指出石漠化是在诸多因素的共同作用下发生的，人类不合理的开发利用是其主因。熊康宁等（2002）对比分析了贵州省喀斯特山区、峡谷区与石漠化区的资源、环境与社会经济，多视角地揭示了喀斯特石漠化的生态一经济效应及贫困效应，提出石漠化防治的理论依据、技术支撑和保障体制。

此外，部分学者应用遥感和地面观测方法对研究区土地覆盖、植被覆盖、生物生产量、生物多样性和土壤理化性质等指标分析了喀斯特环境退化和自然恢复速率，得出喀斯特环境退化与自然恢复规律及其相应速率（杨胜天，2000）。蔡运龙等（1994-2006）对典型小流域土地利用/覆被变化时间序列和相应时段沉积物、土壤剖面的磁性矿物变化以及放射性同位素衰变推算侵蚀速率，认为地表物质状况是喀斯特地区决定土壤侵蚀速率和土壤侵蚀量的关键，而石漠化的阈值相对土壤侵蚀速率的阈值具有滞后性。

3.人地关系研究

蔡运龙等（2006）提出西南喀斯特地区生态环境脆弱，在人口增长和经济发展的压力下，让退化土地自然恢复的思路已不切实际，必须通过社会投入对退化土地进行生态重建，他们建立了环江县古周峰丛洼地生态重建示范区、肯福生态移民开发示范区、平果县果化峰丛洼地示范区，选择设计了峰丛洼地生态重建的两种模式，并在喀斯特常绿、落叶阔叶混交林人工诱导恢复技术、洼地避涝作物布局和栽培技术“林-草-畜-沼-果”复合生态系统技术体系及表层岩溶水资源开发利用技术等有所突破。目前，我国在喀斯特地区进行生态建设方面尚缺乏充分的科学依据和基础数据，迫切需要认识喀斯特这个特殊地域内土地生态系统的动态过程及其驱动力、退化土地的受损过程和受损机制，建立生态系统健康指标并用于诊断和预测其危急性，从而综合各种策略制定合乎自然生态规律并有益于人类的生态建设和管理措施，为这一脆弱生态系统的综合整治和可持续发展提供科学技术支持和指导。喀斯特地区的石漠化作为生态环境恶化的一种极端形式，早已为我国科研工作者和政府机构所重视，但环境地质和地貌领域的微观研究较多，而宏观层面的研究和人地关系研究相对薄弱，存在应用研究超前、基础研究落后等问题，土地利用/土地覆盖变化、石漠化过程与机理研究、石漠化人文影响因素的定量分析以及生态重建效应等方面的研究还需加强。

三、喀斯特生态系统探讨

喀斯特与大气圈、水圈、生物圈耦合构造了喀斯特自然生态环境，近30年来世界上许多国家都十分重视对喀斯特环境问题的研究，喀斯特环境问题已成为当代国际地学研究的热点之一。国外早期研究主要侧重地质成因、地貌特征、水文特征以及发育过程，继之结合社会、经济发展需要，对喀斯特水文地质、工程地质、地球物理勘探、喀斯特洞穴、喀斯特发育理论等做了大量研究。

尽管国际社会已充分肯定水蚀作用在荒漠化过程中的重要作用，但我国西南喀斯特地区土地石漠化因其发育具有明显的地域性，一直未引起国际社会的广泛关注，也没有被明确列入荒漠化防治国际公约，所以在国际上喀斯特土地石漠化的科学内涵一直不是很明确，其成因理论及防治研究几乎是空白。国际岩溶对比表明，世界上具有不同生态地质环境背景的岩溶区，岩溶系统与人类活动相互作用的环境效应是极不相同的。如地中海、中美洲等地的新生界碳酸盐岩，空隙度高达16%～44%，具有较好的持水性，新生代地壳抬升也较小，地表地下双层结构带来的负效应和石漠化问题不是很严重，而我国西南中生代之前形成的碳酸盐岩非常坚硬，空隙度很低，小于3%，极不利于成土作用和植物生长。特定的地质环境背景决定了我国西南喀斯特地区生境严酷且脆弱。在社会经济压力下，常因水土流失、土壤贫瘠，形成了具有明显地域性的生态地质环境灾害——石漠化问题。

西南喀斯特山区生态系统的严重退化，特别是水土流失加剧导致土地石漠化面积的迅速扩展，已极大制约本地区社会经济的发展，严重威胁人们的生存，而且还危及长江、珠江中下游地区的可持续发展，因此，必须研究如何遏制其生态环境恶化这一根本难题。以“推进黔桂滇岩溶地区石漠化综合治理”被列入“十五”计划为标志，石漠化治理研究与实施已提到国家目标的高度，并作为西部大开发中脆弱生态环境重建的重要组成部分。通过调整土地利用结构和对石漠化区域的生态重建，达到控制石漠化扩大、改善区域生态环境、提高农民生活水平的目的，是喀斯特区域迈向可持续发展道路和全面建设小康社会的必然选择。近年来虽然对喀斯特石漠化有大量研究，但以定性分析为主，定量化和空间化研究不足，对农地石漠化的预警研究也鲜见，因此，迫切需要认识这个特殊地域内土地生态系统的受损过程、受损机理和受损程度，从而为该区域优化调控生态系统问题提供科学依据。