中国西南岩溶地区生态环境脆弱性及成因分析

2014-03-23刘春吕殿青通讯作者陈洪松聂云鹏

地质灾害与环境保护 2014年2期

刘春，吕殿青（通讯作者），陈洪松，聂云鹏

（1.湖南师范大学资源与环境科学学院，长沙 410081；2.中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站，环江 547100）

生态环境是人类生产生活赖以生存的基本条件。近年来，随着工农业的发展，人类不合理土地利用，加上生态保护意识淡薄，西南地区生态环境受到严重破坏。西南喀斯特地区的石漠化，与黄土高原的水土流失、西北地区的沙漠化并称为影响我国经济发展和人民生活的三大生态灾害。西南岩溶石山地区与黄土高原更是被视为我国贫穷与环境退化问题最突出的地区。国外岩溶地区人口贫困与环境的压力相对较缓，其生态环境问题一般处于保护阶段，而我国西南岩溶地区面临贫困与生态环境恶化双重压力，人与自然矛盾尖锐［1]。本文试图通过对西南典型岩溶地区生态环境脆弱性、成因进行深入分析，提出相应防治对策，以期为当地生态重建、水土资源协调利用以及缓解环境与经济发展矛盾，实现可持续发展提供理论依据。

我国岩溶分布主要在西南以贵州为中心的滇黔桂湘鄂川渝地区，面积约54×104k m2，是全球三大喀斯特集中分布区（欧洲地中海沿岸、美国东部、中国西南部）中连片裸露碳酸盐岩面积最大、发育最完全的地区。其中尤以广西和贵州分布面积较大，分别占该省（自治区）总面积的37.8%和73.6%［2－3]。岩溶山区土层薄瘠，水土流失严重，自然灾害频繁，生态环境极其脆弱。并且，全国近1／2的贫困人口聚集于此，是我们最大的贫困边远地区之一［4]。

1 西南岩溶地区生态环境脆弱性表现

生态环境脆弱性是生态系统或者景观在特定时空尺度相对于外界干扰所具有的敏感反应和自我恢复能力，是自然属性和人类经济行为共同作用的结果［5]。严格的生态脆弱性概念侧重于突出生态系统偏离原生环境的程度，即生态环境受外界干扰后所表现出的不稳定特征［6]。西南岩溶山区是一种相对独特的地域环境单元。其特殊的空间介质具有地上、地下双层结构，常常形成“土在楼上，水在楼下”（土地在各级高原面上，水在峡谷中流）的水土资源不配套的基本格局［7]，导致岩溶山区生态脆弱环境存在多样性，即岩溶生态系统存在先天的水资源脆弱性、土壤资源脆弱性、植被资源脆弱性［8]。岩溶生态环境作为一种特殊物质、能量、结构和功能体系构成的多相多层次复杂界面体系，集中显示出环境界面变异生态敏感度高、环境容量低、抗干扰能力弱、生物量小，空间转移能力强、环境容量低、稳定性差等一系列生态脆弱性的特征［9]。随着人类不合理的经济、生产活动，促使岩溶山区农业生态环境的脆弱性表现更加突出。

1.1 环境容量小，土地承载能力低

水、土、气是人类赖以生存的环境要素，在西南岩溶地区水、土资源俱缺的背景下，可供土地利用的土地要素决定着环境人口容量大小。但严重人口的快速增长造成农业生态系统退化，土地质量变异和承载力降低［10]。西南岩溶山区山多坡陡，人均耕地（基本农田）已低于联合国规定的人均耕地警戒线。贵州省是全国唯一没有平原支撑的喀斯特山地省，总人口由1949年的1 416.40万人增长到1999年的3 710.06万人［11]；而人均耕地面积由1949年的0.127 h m2锐减到1999年的0.051 h m2，且80%属于坡陡贫瘠的低产耕地［12]。据计算，就目前生产力水平条件下，贵州的合理人口容量约为2 950万人（而1998年底贵州实有人口3 655万人，人口超载达700万，全省每年需调进粮食约10×108kg），即167人／k m2，远低于联合国规定人均粮食300 kg，只相当于同纬度我国东部非喀斯特省份如湖南的50%、江西的70%，不到江苏的30%［9，12]。另外，迫于生存压力，居民向坡面大范围开荒，森林植被被砍伐后辟为旱耕地，但坡面土地贫瘠且有效利用率低，且土壤肥力随坡度的增加而降低。目前贵州省＞25°的陡坡耕地约63.84×104h m2，占耕地总面积的13.14%，某些地区甚至可达40%以上［8]。

1.2 承灾能力弱，岩溶地区旱涝灾害频繁

西南岩溶地区地表地下二元空间结构导致土层浅薄且不连续，土壤的贮水保水能力差，大部分地表水源严重漏失，使地表生境干旱缺水；而转入地下水系管网的水，由于各地段地下管网的通畅性差异很大，一遇大雨又很容易在低洼处堵塞起来造成局部涝灾［9]。另外，降水量的季节分布差异大，导致岩溶水资源时空分布不均匀，加之地下水源利用率低，开采难度较大，导致水资源总量丰沛的岩溶地区常造成人畜饮水困难，农田旱涝灾害频繁。这实质上是喀斯特环境承灾的阈值弹性小、生态环境脆弱的一种反映。据资料，滇黔桂等省（自治区）约有800多万人缺少饮用水，滇桂两省（自治区）还有约300万头牲畜饮水困难。秋旱、暴雨几率最高到达80%，据广西1950～1980年数据统计：全区受旱面积在约46.67×104h m2以上的有13年次，平均2、3年一次［13－14]；1951～1987年的37 a间，贵州省农作物受灾年份就有34 a，平均受灾面积70×104h m2／a，占同期农作物播种面积的25%；1985～1990年仅旱灾一项累计受灾面积610×104h m2，平均每年101.6×104h m2［15]。从近几十年的数据统计发现，岩溶地区的旱涝灾害出现频率明显高于气候条件类似的非岩溶地区，并有不断升高的趋势。

1.3 生态系统稳定性弱，易受破坏且恢复难度大

稳定性是系统在外界干扰条件下仍维持和恢复其结构功能特点的能力［6]。森林植被对岩溶区的水土保持和生态系统稳定起着关键和主导作用，其中植被类型与覆盖度直接决定着自然生态系统功能的强弱［8]。西南岩溶区特殊的水文地质特征，致使该区植被具有石生性、旱生性、喜钙性等特点，导致适生树种少，群落结构简单，生态系统演替速度慢，植被覆盖率低，系统自我调控和恢复功能弱［16－17]。据调查，贵州省除农业植被占土地总面积的22%外，高覆盖度的仅占15%，中覆盖度的占28%，而低覆盖度的却占35%［12]；广西岩溶区森林覆盖率为17%，活立林蓄积量仅30 m3／h m2，不及全国水平的40%，且多以次生植被为主［18]。当人为因素干扰后，植被覆盖类型将会发生改变，生物多样性减少，生物量减小，生态系统的稳定性降低。加之土层浅薄，且不连续，小生境多样且严酷导致森林植被逆向演替，出现石漠化，生态系统的物质能量交换就会暂时中断，恢复难度极大。以黔中普定县采石石区为例，当岩溶森林破坏后，自然演替从草灌丛→藤刺灌丛→萌生灌丛→疏林→森林，该过程至少需要30 a～45 a，经对样区附近胸径为15 cm的树种样本分析，其树龄已达32 a。由此推测，岩溶石漠化地区发展成乔木林地，则至少需要60 a以上［9]。

2 西南岩溶地区生态环境脆弱性成因机理分析

西南岩溶环境是一种脆弱生态环境，主要是由特殊的水文地质背景所致，加上人类不合理的经济活动使本来脆弱的生态地质环境更加恶化，使脆弱的生态环境受到一定的胁迫性。因此，该区的生态环境脆弱性主要是一个地质生态问题［19]。其脆弱性是结构型脆弱性（即内在驱动因子）和胁迫型脆弱性（外在胁迫因子）协同作用的结果［20]。

2.1 先天的脆弱地质环境背景

2.1.1 特殊的地质构造

西南岩溶地区石山基岩主要是由发育的四大碳酸盐岩（砂页岩、石灰岩、花岗岩、白云岩）沉积构成。碳酸盐岩的主要成分是CaCO3和Mg CO3等，在湿热的气候环境下容易溶蚀风化。加之强烈的地质构造运动产生较大的地表切割和地形坡度，形成以峰丛洼地和峰林谷地为主山高坡陡，地形破碎的地貌结构景观。具有基岩裸露率高、植被覆盖率低、水土流失严重，成土速率低等一系列特点［21]。

2.1.2 优越的气候环境

我国西南地区属于温热带、亚热带气候，受东南季风、西南季风影响，高温多雨、年平均气温20℃～21℃，年平均降水量1 300～1 700 mm，且雨量主要集中于4～9月份。由于独特的地质背景与气候环境下，优越的水热条件，碳酸盐岩发育，90%的溶蚀物沿着构造裂隙随着水体带走，使风化土层不易保存。据研究发现，形成1 cm厚土壤需1 200～3 200 a［22]，成土速率远低于侵蚀速率，导致大面积基岩裸露。加之，当地适生植物具有耐旱性、嗜钙性、石生性等特点，使其生物系统简单，生物量少［23－24]。

2.1.3 复杂的水文过程

西南喀斯特地区水文过程相较其他脆弱区复杂。一方面，由于岩溶强烈发育，雨水溶蚀作用，岩石不断被风化，形成溶洞、溶沟、溶隙、落水洞、地下河等地貌特征，降雨后地表水不断下渗转入地下，形成地表水系与地下水系并存的岩溶地区特殊的二元结构水系。经研究发现，降雨入渗强度很大，入渗率达到95%以上，大部分水被入渗地下［25]。但复杂的地下环境，使得利用地下水难度很大，导致岩溶地区表现出“湿润条件下干旱”。另一方面，降雨导致表层土壤随雨水垂直下渗，外加表层土壤浅薄疏松、持水能力差，土壤层较高的碎石含量和岩溶管道、裂隙的存在使水分运移过程具有高度空间异质性，促使岩石裸露面积增加，加快水土流失。

2.2 后天的人为因素作用

2.2.1 人多地少，人地矛盾尖锐

由于历史和民族等原因，长期以来，少数民族在生育上的宽松与限制人口迁徙的政策，致使坡耕地比例与人口密度呈正相关关系。其中大于25°的坡耕地占总坡耕地面积比例最大，但这些坡耕地基本都未采取水土保持措施，加剧水土流失和环境的恶化。另外，人口的过度增长，超过了环境承载容量，导致人地矛盾、人粮矛盾突出，人增地减的趋势明显。以贵州为例，全省人口从1949年的1 400多万人增加到1998年的3 600多万人，而人均耕地面积则从1949年的1 266.7 m2降到1998年的506.7 m2［26]。据统计，在桂西北地区尚有40万人生活在人均耕地不足0.02 h m2［14]。为生存起见，当地居民垦坡伐林、采矿放牧，导致植被被严重破坏，使原本脆弱的生态环境进一步恶化，加剧了区域水土流失、石漠化现状。

2.2.2 地区封闭、思想落后、农业粗放经营

受当地环境和生活条件的限制，岩溶地区居民接受教育条件有限，大都处于文盲、半文盲状态。加上地区交通封闭，获取外部科技信息困难，劳动力素质低下，经济主要依靠自然农业。当地居民习惯沿用传统的粗放式耕作，对靠天吃饭思想严重，农业生产只依靠传统的人力和蓄力，科技含量甚低。粗放式耕作方式对土地利用多培肥少，致使土壤贫瘠化、广种薄收、植被减少，最终导致生态环境恶化。地区粮食长期无法自给，农民人均纯收入远远低于地方平均水平。传统农业技术致使农民经济来源单一，脱贫难度大，虽然政府启动扶贫项目，调整经济产业结构，但是当地人民思想意识浅薄，落实行动效果不佳，导致“人口增加－贫困－环境恶化”的恶性循环。

2.2.3 矿山资源的不合理开采

西南岩溶地区矿产资源极为丰富，为促进经济发展，各地区均大力开发矿产资源，一批大中型矿山和石材基地的建设确实能推动当地的经济发展。但是由于大部分的矿产是露天开采，使得大量固体物质离开原地，破坏地表植被和地貌，加速石漠化过程，而且矿区恢复重建工作几乎没有开展，使被破坏的土地得不到及时修复。据统计，美国采矿地的复垦率高达80%，而我国大型矿山恢复重建面积仅为用地总面积的24%，乡镇集体和个体矿山更差，喀斯特地区也不例外。据贵州省的调查，20世纪80年代初期全省累计有矿业荒漠化土地450 k m2，1994年增至1 290 k m2，约占全省国土面积的0.73%。岩溶区地下暗河、落水洞极为发育，裸露岩溶区的矿产开发，引起地应力变化，岩石变形，上覆岩层结构受到破坏，在重力作用下形成的地下空洞也常会引起塌方［26]。在雨季因地表无植被保护，地面破坏严重，常会诱发泥石流、滑坡等地质灾害。岩溶区矿产资源多为金属矿，矿山的遗弃物如果处理不当，将会对土地造成严重污染，影响植被的生长。

3 西南岩溶地区生态环境问题防治对策

岩溶地区脆弱的生态环境不断恶化，旱涝灾害、水土流失、石漠化等自然灾害的频繁，加重当地生活贫困，制约当地经济发展。可见，西南岩溶地区生态环境治理的紧迫性、严峻性与艰巨性是我国西南地区经济发展所面临的极大挑战，探求一套解决全区生态环境问题的综合治理措施刻不容缓。

3.1 政府引导、居民主导共同治理岩溶地区的生态环境

首先，政府方面要制定一系列关于岩溶地区生态环境治理的法律法规，如制定关于岩溶地区生态环境治理的规划方案。其次，要对岩溶地区环境脆弱区增加财政支出，并引导该地区实现扶贫型向质量型转变。最后针对当前西南地区居民人口众多、思想文化落后、综合素质不高、环境保护意识不强的现状。要控制人口数量，提高人口质量，并且把保护当地环境与他们自身利益挂钩，发挥居民的主体意识，积极主动参与到生态环境治理当中。

3.2 调整产业结构，实现“粗放经济”向“集约经济”、“循环经济”、“生态经济”转型

基于目前岩溶地区的生态环境和产业结构，应紧紧围绕蚕桑、药材、水果、畜牧、水产、竹子、茶叶、油茶特色资源实现产业结构的优化升级。引进、试验、示范和推广先进适用技术，优化产业结构，发展集约经济，拉长产业链条发展循环经济，比如“牧草－养牛－沼气／粪便－牧草”循环产业体系。另外，大力发展特色旅游业，尤其是对生态旅游产品的开发。岩溶地区有丰富的自然景观天然旅游景点和风土民情，如广西桂林山水、湖南张家界森林公园、云南丽江、四川黄果树瀑布等，充分发挥其独特的生态旅游产业。把岩溶地区环境问题的治理与新型产业培植、开发相结合，既可保护当地环境，并提高环境治理的经济支撑，又可提高本区农民的生活水平。

3.3 加大科技支撑，实现由防护型向开发型转变

利用GIS技术，绘制区域环境脆弱图，分析不同地区脆弱度的空间格局，因地制宜。深入实施生态环境治理工程，加大退耕还林、水土保持、天然林保护等生态修复工程建设力度，创新大石山区石漠化治理与扶贫开发模式。岩溶地区地形、地貌、水文、气候对其生态环题影响比较大，因此引进专项研究人才，以科技为支撑，弄清环境问题形成的机理，探求问题的实质，寻求科学的解决途径。开发新型的治理模式，从根本处找到生态环境治理的办法，取代传统防护措施。采用水文地貌填图技术，识别出灾害产生地带，进行有针对性的防治。

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