岩溶峰丛洼地水土漏失及防治研究

蒋忠诚, 罗为群, 邓 艳, 曹建华,覃星铭, 李衍青, 杨奇勇

1)中国地质科学院岩溶地质研究所, 广西桂林 541004; 2)国土资源部岩溶生态与石漠化治理重点实验室, 广西桂林 541004; 3)国土资源部岩溶动力学重点实验室, 广西桂林 541004

岩溶峰丛洼地水土漏失及防治研究

蒋忠诚1, 2), 罗为群1, 2), 邓 艳1, 2), 曹建华1, 3),覃星铭1, 2), 李衍青1, 2), 杨奇勇1, 2)

1)中国地质科学院岩溶地质研究所, 广西桂林 541004; 2)国土资源部岩溶生态与石漠化治理重点实验室, 广西桂林 541004; 3)国土资源部岩溶动力学重点实验室, 广西桂林 541004

中国地质科学院岩溶地质研究所岩溶生态研究团队在国家科技支撑计划和广西科技攻关项目联合资助下, 自21世纪以来一直从事西南岩溶山区水土漏失创新性研究。2013年取得了一系列进展, 阐明了水土漏失的概念、过程和数学模型; 运用野外监测和先进的同位素技术, 首次系统揭示了岩溶峰丛洼地不同地貌部位和不同生态环境的水土漏失定量差异和原因, 建立了适宜岩溶区特点的水土流失强度分级标准和土壤侵蚀回归模型, 创建了生物措施与工程措施有机结合的岩溶峰丛洼地水土保持模式和技术规程, 开辟了岩溶石漠化环境生态效益与经济效益俱佳的火龙果生态产业, 为西南岩溶地区石漠化综合治理和水土保持提供了技术支撑和示范样板。

岩溶峰丛洼地; 石漠化; 水土漏失; 水土保持

岩溶峰丛洼地是举世公认的典型岩溶地貌类型, 在我国西南分布面积12.9万km2。由于岩溶峰丛洼地地区雨热条件好, 岩溶作用强烈, 因此岩溶地貌奇特, 石漠化和水土流失非常严重, 生态环境脆弱, 居民非常贫困, 是国家进行生态环境治理和扶贫的重点区域(蒋忠诚等, 2009)。长期以来, 人们对水土流失的研究主要侧重于黄土高原等非岩溶地区, 对岩溶区的水土流失研究不够深入(蒋忠诚等, 2008; 魏兴萍等, 2010)。Jones(1965)、Gosden(1968)、Bell等(1982)分别通过地衣、孢粉、考古等方式发现了岩溶区土壤存在土壤丢失现象。近年来, 一些学者对岩溶区土壤侵蚀进行了研究(Bai et al., 1998;唐益群等, 2010), 发现其与非岩溶区不同, 一是岩溶区溶蚀孔隙、裂隙、管道等的发育使水土流失具有隐蔽性(曹建华等, 2011), 二是土壤短距离丢失和地下漏失现象普遍存在(李阳兵等, 2006; 张信宝等, 2007; 罗为群等, 2008), 这在一定程度上限制了传统土壤侵蚀研究方法在岩溶区的应用, 并严重影响西南岩溶地区水土流失防治工程的效果(蒋忠诚等, 2010)。为了加强西南岩溶地区的水土流失防治研究,国家“十二五”科技支撑计划在前期岩溶峰丛洼地石漠化治理研究的基础上, 安排了“喀斯特峰丛洼地退化生态系统适应性修复技术与示范”课题, 岩溶峰丛洼地水土漏失及其防治研究是其关键研究内容之一, 该内容还得到了广西配套科技项目的支持。其主要研究目标是针对岩溶峰丛洼地区水土漏失严重、水土流失治理技术与模式缺乏针对性等问题, 建立完善广西平果县果化等生态示范区,研究峰丛洼地特殊水土流失过程及其机制, 研发表层岩溶水调蓄和土壤漏失阻控技术, 形成水土流失综合治理技术规程, 为峰丛洼地退化生态系统适应性修复发挥技术支撑与示范引领作用(中国地质科学院, 2014)。

1 2013年研究进展概述

本项目组自 21世纪以来一直承担西南岩溶峰丛洼地的生态重建国家及广西的攻关课题, 建立了广西平果县果化、马山县弄拉、环江县古周生态重建示范区。通过研究, 发现了水土漏失问题, 并一直开展水土漏失方面的研究。2013年取得了水土漏失研究方面的突出进展, 详细阐明了岩溶山区水土漏失的概念、过程和发生机制。在广西平果县果化生态重建示范区分10种环境类型区, 建立了18个水土流失径流小区监测站和7个坡面自然汇流区监测站。在前人研究的基础上(Brown et al., 1981; Lowrance et al., 1988; Felipe, 2003; Collins et al., 2001; 张笑楠等, 2009; 冯腾等, 2011), 采用野外监测和放射性核素137Cs示踪多种方法结合, 获得了岩溶峰丛洼地不同地貌部位和不同土地利用方式下的水土漏失数据, 构建了岩溶峰丛洼地土壤侵蚀数学模型, 阐明了岩溶峰丛洼地不同地貌部位和不同土地利用方式下的水土漏失差异及原因、以及水土漏失与石漠化的关系, 建立了适宜岩溶区特点的水土流失强度分级标准和土壤侵蚀回归模型, 提出了相应的防治措施与对策。针对岩溶石漠化区水土主要通过地下漏失的特点和流失的主要途径, 研发了岩溶峰丛洼地水土保持技术和模式, 通过实施试验示范, 取得了水土漏失防治的显著效果和社会经济效益。项目共发表论文31篇, 其中SCI和EI收录论文11篇, 2013年11月获得广西壮族自治区科学技术进步奖二等奖。

2 岩溶山区水土漏失的概念、过程和数学模型

2.1 水土漏失的概念

水土漏失是地表、地下双层空间结构发育的岩溶地区, 在水流机械侵蚀及化学溶蚀作用下, 地表泥土经过落水洞和岩溶裂隙等岩溶通道向下渗漏到地下河的过程。水土漏失是岩溶作用强烈地区特有的水土流失过程, 地表、地下双层空间结构的存在是其发生的前提, 其叠加有特殊的化学溶蚀动力学过程。水土漏失不仅产生水土资源的流失, 还由于其经常导致地下河管道堵塞而频繁引发洼地内涝灾害。

2.2 水土漏失过程

按照尺度大小, 可划分成: 岩+土组合微地貌单元水土漏失—坡面水土流失—岩溶泉域水土流失—洼地系统水土流失—岩溶峰丛洼地系统水土流失过程。

(1)岩溶石漠化区微地貌单元水土漏失过程:主要为垂向基岩裂隙流漏失, 同时, 伴随岩面产流冲蚀、表土面产流侵蚀、土壤干裂流失、岩土接触面流失、壤中流侵蚀、小管道流流失、崩解及塌陷流失等过程。

(2)岩溶峰丛坡面水土漏失过程: 包括基岩裂隙垂向漏失、基岩裂隙侧向漏失、超渗产流侧向漏失、表层岩溶泉侧向流失、上游坡面汇水流冲蚀、塌陷侵蚀, 还存在水化学侵蚀(覃星铭等, 2012)。石漠化发生后, 土壤物理性质遭破坏, 各漏失过程水流的速度和强度剧增, 不仅导致降水的快速流失和强烈侵蚀坡面土壤斑块向地下溶蚀空间漏失, 而且大量坡面径流快速向洼地汇集, 冲蚀洼地表层土壤经落水洞向地下河管道漏失(图1)。

图1 坡面水土漏失过程示意图Fig. 1 Sketch section of water and soil leakage processes on the slope

(3)洼地水土流失过程: 包括坡面汇入径流的沟蚀过程、地表超渗径流面蚀、落水洞侵蚀和壤中流侵蚀过程。石漠化发生后, 坡面汇入径流流速和流量迅速增加, 导致沟蚀过程、落水洞侵蚀增强,洼地基岩裸露产生岩面径流侵蚀和基岩裂隙流侵蚀。

(4)岩溶峰丛洼地系统水土漏失过程: 包括坡面冲刷落水洞漏失、地下河管道流失、地下河管道沉积和地下河出口排泄流失(图 2, 曹建华等, 2011)。石漠化的加剧, 导致由落水洞、岩溶裂隙等空间漏失到地下河空间的水土流失量和流速迅速增加, 大量水资源及溶解态土壤营养元素随地下河空间快速流失, 大量土壤在地下河空间中沉积, 堵塞地下河管道空间, 导致严重的内涝灾害。

图2 岩溶峰丛洼地系统水土漏失过程Fig. 2 Water and soil leakage processes in the karst peak cluster system

2.3 水土漏失数学模型

岩溶区域土壤侵蚀分为地表土壤侵蚀量和地下漏失量二部分, 由此我们建立岩溶峰丛洼地土壤侵蚀概念模型, 即: 土壤总侵蚀量=地表土壤侵蚀量+地下漏失量。将划痕法土壤侵蚀模数作为坡面土壤总侵蚀模数, 径流法土壤侵蚀模数作为地表土壤侵蚀模数, 两者差值即为地下土壤侵蚀模数。依据微地貌单元水土流失过程概念模型图(图 3), 进一步建立地下漏失量数学模型:

式中, E为土壤中侵蚀模数; L为地下漏失模数; F为地表土壤侵蚀模数; K1、K2分别为侵蚀前、后的土被覆盖率; hi为区域i点的土壤侵蚀厚度; Q为地表径流量; V为地表径流泥沙含量; P为输移比; S为单位面积; ρ为土壤密度; n为侵蚀厚度监测点数量。

图3 微地貌单元水土漏失过程概念模型图Fig. 3 Conceptual model of water and soil leakage processes in the micro-landform unit

3 岩溶峰丛洼地不同环境水土漏失差异和原因

3.1 岩溶峰丛洼地不同地貌部位水土流失差异

水土漏失监测结果表明: 从山峰、垭口、山坡、山麓到洼地底部, 土壤地下漏失模数分别为49.09 t/(km2·a)、212.06 t/(km2·a)、727.71 t/(km2·a)、1104.03 t/(km2·a)和909.11 t/(km2·a), 分别占该点年均总土壤侵蚀模数的92.43%、96.24%、78.57%、70.88%和38.68%。坡面土壤侵蚀均以地下漏蚀为主,地下漏失量占 75%以上, 洼地底部以地表土壤流失为主, 但最终通过落水洞转成地下河管道流失。

采用平均裸岩率对137Cs面积活度进行校正,校正前后的坡面137Cs面积活度和流失比存在沿坡面变化基本一致的趋势(图4): 自峰坡到洼地,137Cs面积活度流失比先增加然后减少, 洼地最高, 垭口次之, 陡坡最小, 不同地貌部位的流失比大小为陡坡＞缓坡＞峰坡＞垭口＞坡麓＞洼地。除峰坡和垭口外,自陡坡到洼地,137Cs面积活度流失比逐渐减少。除峰坡外, 其他地貌部位均为耕地, 人为耕作干扰强,137Cs流失比均超过了60%, 最大为陡坡部位, 达到98.57%, 表明其地表土壤强烈流失。从典型土壤剖面来看,137Cs分布深度较深, 均达到岩土界面, 且岩土界面比活度较高, 说明土壤剖面137Cs存在随水土由岩土界面的裂隙流失的特点。137CS示踪与常规方法监测结果基本一致, 结果表明自 1963年以来各地貌部位土壤强烈流失, 自陡坡到洼地土壤流失逐渐减少。人为耕种加剧了土壤侵蚀, 尤其加剧了缓坡部土壤的地下侵蚀, 而对坡麓部位地表侵蚀的影响大于地下侵蚀。

3.2 不同土地利用方式下的水土漏失差异

地表径流小区监测和137Cs示踪结果都表明,地表平均土壤侵蚀模数大小顺序为坡耕地＞苦丁茶地＞苏木林地＞灌草坡＞牧草地, 坡耕地土壤侵蚀模数始终保持较高, 有逐年增加的趋势, 而其他各土地类型土壤侵蚀模数逐年减少; 不同治理模式防治水土流失的效果大小为牧草地＞灌草坡＞苏木林地＞苦丁茶地, 牧草地水土保持效果最好, 可作为石漠化治理保持水土优先考虑的治理措施, 其次是自然恢复的灌草坡, 再次是苏木幼林区, 苦丁茶区效果最差。单纯退耕还林短期内防治水土流失的效果较差, 在退耕还林后至少 7年内, 需配套种植牧草才能起到更好的防治效果。5种土地利用类型的137Cs面积活度流失比介于 68.23%～98.68%之间, 流失比非常大,137Cs示踪结果表明自1963年以来各土地类型区均发生了强烈的水土流失, 以坡耕地最强, 其137Cs流失比达到98.68%, 牧草地最低。

选择灌木林地、灌草坡、石穴地、梯地、退耕林地、洼地平耕地 6个不同土地类型, 采用137Cs 和210Pbex复合示踪法, 系统分析 6种土地类型137CS和210Pbex在土壤剖面中的分布特征和沿峰丛山地坡面的分布特征。结果表明: 非耕地(灌木林地、灌草坡地)137Cs和210Pbex分布深度达到岩土界面, 且岩土界面比活度较高, 说明土壤剖面137Cs和210Pbex存在随水土由岩土界面的裂隙流失的特点,且以地下漏失为主; 石穴地其耕作层137Cs比活度比本底值表层土壤比活度的2倍还多, 面积活度相当于本底值的 2.7倍, 由于沉降到周围裸露基岩表面的137Cs汇集所致; 洼地平耕地耕作层土壤137Cs比活度较背景值低, 分布深度达 40 cm, 面积活度较背景值减少 53.63%, 洼地平耕地137Cs不仅存在向下的漏失, 且大量137Cs随地表水流流失。

4 水土漏失与石漠化的关系

岩溶山区水土漏失与石漠化的关系因石漠化演变的不同阶段而存在差异(李晖等, 2013)。演变阶段与特点为: ①在原始自然条件下土壤覆被连续,植被遭到破坏后, 地表土壤裸露, 几乎不存在石漠化现象, 水土漏失发生于岩石裂隙中, 强度较弱;②水土漏失到一定的程度, 基岩开始裸露产生石漠化, 石漠化加剧水土的地下漏失, 这一阶段为石漠化与水土漏失突变阶段; ③土壤进一步漏失, 导致石漠化面积不断增加, 基岩的裸露导致岩面产流的发生和地下漏失的加强, 岩面产流加剧了土壤斑块水土流失的强度, 石漠化越严重, 水土的地下漏失越强, 这一阶段为石漠化与水土漏失互促进阶段;④土壤流失到几乎无土可流, 出现了极端严重的完全石漠化, 这个阶段水土流失只有水的流失, 几乎监测不到土壤的流失, 土壤流失强度等于成土速率,这一阶段为极端阶段(图5)。

图4 耕地137Cs面积活度沿坡面的分布Fig. 4 137Cs inventory distributions along the cultivated land slope

图5 石漠化与水土漏失演变阶段Fig. 5 Evolution stages between rocky desertification and water and soil leakage

水土监测结果表明, 不同等级石漠化区土壤侵蚀强度为中度区＞重度区＞轻度区＞潜在区＞非石漠化区。水土漏失与石漠化一般为互相促进关系, 但是在中度石漠化和重度石漠化之间存在一个拐点。中度及以下石漠化区, 土壤侵蚀强度随石漠化程度增加而增加(尹辉等, 2011), 当水土流失导致石漠化发展到重度及以上石漠化阶段时, 土壤侵蚀模数小于中度石漠化区, 但是仍然高于轻度及以下石漠化区, 且随着石漠化程度的加剧总体上呈增加趋势。

5 建立岩溶区水土流失强度分级标准和土壤侵蚀评价回归模型

5.1 西南岩溶区水土流失强度分级标准

在分析影响西南岩溶区碳酸盐岩风化成土因素的基础上, 收集相关的资料、数据和图层, 依据碳酸盐岩成土过程2阶段模式: 碳酸盐岩溶蚀残留酸不溶物和酸不溶物成土过程, 估算西南岩溶区碳酸盐岩的风化成土速率, 并将成土速率作为土壤允许流失量, 厘定西南岩溶区土壤侵蚀强度的分级标准, 结果表明, 微度、轻度、中度、强度、极强度和剧烈侵蚀标准分别为＜30 t/(km2· a)、30～100 t/(km2· a)、 100～200 t/(km2· a)、200～500 t/(km2· a)、500～1000 t/(km2· a)、＞1000 t/(km2· a)。

除考虑碳酸盐岩溶蚀速率和酸不溶物含量外,还要考虑以下几个方面的因素: 碳酸盐岩风化成土后, 土壤中仍含有大量的碳酸钙和碳酸镁可溶物(蓝芙宁等, 2011); 碳酸盐岩岩石本身含有除碳酸钙和碳酸镁外的其它可溶物; 碳酸盐岩化学溶蚀面是一个不规则的曲面, 在计算单位土地面积成土速率时需要校正; 流失的通常为表层肥力高的土壤, 新形成的土壤肥力相对较差, 从土壤肥力的角度考虑容许流失量, 加以校正。假定成土过程中Ti、Zr两种难迁移的元素质量不变, 建立评价方程计算出成土过程中各阶段的参数比例, 结果表明: 形成1 cm厚的溶蚀残留物需要溶蚀 37.5 cm 厚的岩石, 1.29 cm厚的溶蚀残留物形成 1 cm厚的成熟土壤, 1 t侵蚀泥沙相当于流失掉2.03 t成熟土壤肥力, 依据以上研究过程计算碳酸盐岩成土速率为3.62 t/(km2· a), 保持土壤肥力可持续性的土壤容许流失量为1.78 t/(km2· a)。取研究区的T值(土壤容许流失量)为2.0 t/(km2· a), 建立适宜于纯石灰岩峰丛山区土壤侵蚀强度分级标准(表1)。

表1 碳酸盐岩区土壤侵蚀强度分级标准(t/(km2·a))Table 1 Soil erosion classification standards of carbonate rock areas (t/(km2· a))

5.2 建立岩溶峰丛山区不同环境下土壤侵蚀回归模型

在果化示范区龙何上小流域划分成 32个土地单元, 在针对每个土地单元岩溶地质环境因子和土壤侵蚀系统调查监测的基础上, 采用模糊数学方法量化因子, 分析研究筛选出典型岩溶峰丛洼地区土壤侵蚀评价指标体系, 影响岩溶区土壤侵蚀的主要因子包括: 坡度、植被覆盖率、岩石裸露率、土壤层平均厚度、土被覆盖率、表层岩溶带裂隙率。研究建立了典型岩溶区坡面土壤侵蚀评价回归模型。

(1)非耕地土壤侵蚀回归方程

植被覆盖率大于土被覆盖率, 裸岩率大于 40% 时, 土壤侵蚀模数回归方程为:

式中, Y为土壤侵蚀厚度(mm); X1为坡度标准化指数; X2为植被覆盖率; X3为岩石裸露率; X4为土壤层平均厚度标准化指数; X5为土被覆盖率; X6为表层岩溶带裂隙率。

(2)耕地土壤回归方程

裸岩率小于30%时:

式中, Y为土壤侵蚀厚度(mm); X1为坡度标准化指数; X3为岩石裸露率; X4为土壤层平均厚度标准化指数; X5为土被覆盖率; X6为表层岩溶带裂隙率。

裸岩率大于30%时:

式中, Y为土壤侵蚀厚度(mm); X1为坡度标准化指数; X3为岩石裸露率; X4为土壤层平均厚度标准化指数; X5为土被覆盖率; X6为表层岩溶带裂隙率。

6 岩溶峰丛洼地水土保持模式和技术

岩溶峰丛洼地水土流失过程特殊、复杂, 以地下漏失为主, 导致已有非岩溶区的各项水土保持技术的许多环节已经不适宜, 需要针对其环境的特殊性研究水土保持模式和技术。岩溶峰丛洼地水土保持必须结合石漠化的综合防治, 以水土资源的有效保护和充分合理利用为原则, 以生物措施为主, 辅以相应的、小型分散的工程措施, 兼顾生态经济效益, 因地制宜的开展试验与示范(Jiang et al., 2014)。通过对比试验与示范, 筛选出了薜荔、赤苍藤、扶芳藤、山麻杆、牧草、金银花等6种适宜岩溶区土+石组合微地貌单元的水保植物, 设计了牧草+金银花、牧草+火龙果(图 6)、牧草篱、扶芳藤+果、山麻杆+果等微地貌单元生态土地优化利用模式(尹辉等, 2012), 取得了较好的蓄水保土效果。

通过试验与示范, 研发了岩溶峰丛洼地适宜的水土保持技术体系, 包括: 峰丛洼地不同地貌部位的水土保持林建设技术、薜荔植物篱技术、裸露石芽植物篱技术、砌墙保土地埂植物篱技术、隔坡式植物篱技术、土+石组合微地貌单元水土保持技术、坡面植物梯化技术、洼地整地种植火龙果技术等;旱坡耕地水土保持耕作技术, 包括等高种植、水平沟种植、地膜覆盖、间种、轮作等; 峰坡和洼地小型水保工程建设技术, 包括坡改梯地、拦蓄水系统、沉沙系统等(罗为群等, 2013)。在马山弄拉, 主要针对洼地内涝严重等问题研究相应的洼地内涝治理的小型水保工程技术。在弄拉洼地, 开展了洼地的物探调查, 以此为基础制订了洼地排涝工程方案。环江古周洼地底部发展避涝作物。主要作物包括早熟玉米和冬季马铃薯, 成功地避开了内涝灾害。栽培桂牧1号等高产优质牧草, 抗短期内涝。

岩溶峰丛洼地的水土保持应当注重生物措施与工程措施相结合, 而且应分峰丛洼地的具体地貌部位进行水土流失防治。在山峰应主要发展水源林,涵养表层岩溶泉水资源; 山坡主要发展生态产业防治水土向地下漏失; 在洼地底部, 重点修建排水系统工程, 防止内涝水流对土壤的冲刷。

图6 岩溶坡面火龙果与牧草梯化种植模式Fig. 6 Step plant model of pitaya fruit and grass on the karst slope

图7 果化示范区龙何小流域土壤侵蚀模数年度变化(2003—2013年)Fig. 7 Annual change of soil erosion modulus in Longhe basin of Guohua Experimental Site from 2003 to 2013

7 示范效果和效益

通过多年的石漠化综合治理和生态重建工作,果化岩溶生态示范区的土壤侵蚀模数从 2003年到2013年下降了1300 t/(km2·a)(图7), 土壤侵蚀模数下降了75%, 植被覆盖率由10%增加到75%, 水资源利用率提高了80%, 年人均收入提高了20%以上,由不足800元, 到超过了3000元。示范区已经形成了以火龙果为龙头的配套金银花、苦丁茶、花生、黄皮、山猫豆、种草养殖等生态农业产业链, 取得了较好的生态经济和社会效益, 为西南岩溶地区石漠化综合治理和水土保持提供了技术支撑和示范样板。

曹建华, 鲁胜力, 杨德生, 蒋忠诚, 罗为群. 2011. 西南岩溶区水土流失过程及防治对策[J]. 中国水土保持, 9(2): 52-56.

柴宗新. 1989. 试论广西岩溶区的土壤侵蚀[J]. 山地研究, 7(4): 255-260.

冯腾, 陈洪松, 张伟, 聂云鹏, 王克林. 2011. 桂西北喀斯特坡地土壤137Cs的剖面分布特征及其指示意义[J]. 应用生态学报, 22(3): 593-599

蒋忠诚, 曹建华, 杨德生, 罗为群. 2008. 西南岩溶石漠化区水土流失现状与综合防治对策[J]. 中国水土保持科学, 6(1): 37-42.

蒋忠诚, 李先琨, 曾馥平, 邱泗杰, 邓艳, 罗为群, 覃小群. 2009.岩溶峰丛山地脆弱生态系统重建技术研究[J]. 地球学报, 30(2): 155-166.

蓝芙宁, 蒋忠诚, 谢运球, 张敏, 宁良丹. 2011. 岩溶山区岩石-土壤-牧草系统中矿质元素的分布、迁移和富集特征[J]. 河南农业科学, 40(7): 73-78.

李晖, 尹辉, 蒋忠诚, 杨奇勇, 王月. 2013. 典型岩溶区石漠化和土壤侵蚀遥感解译与关键问题[J]. 广西师范大学学报:自然科学版, 31(2): 133-139.

李阳兵, 王世杰, 魏朝富, 龙健. 2006. 贵州省碳酸盐岩地区土壤允许流失量的空间分布[J]. 地球与环境, 34(4): 36-40.

罗为群, 蒋忠诚, 韩清延, 曹建华, 裴建国. 2008. 岩溶峰丛洼地不同地貌部位土壤分布及其侵蚀特点[J]. 中国水土保持, 12: 46-48.

罗为群, 蒋忠诚, 欧阳然, 李衍青. 2013. 典型岩溶峰丛洼地水土保持技术研究[J]. 中国水土保持, (1): 37-41.

覃星铭, 蒋忠诚, 马祖陆, 邓艳, 张劲松. 2012. 岩溶峰丛坡面土壤养分与水化学特征研究[J]. 中国水土保持, 4: 26-29.

唐益群, 张晓晖, 周洁, 佘恬钰, 杨坪, 王建秀. 2010. 喀斯特石漠化地区土壤地下漏失的机理研究——以贵州普定县陈旗小流域为例[J]. 中国岩溶, 29(2): 121-127.

万军, 蔡运龙, 路云阁. 2003. 喀斯特地区土壤侵蚀风险评价[J].水土保持研究, 10(3): 148-153.

韦启璠. 1996. 我国南方喀斯特区土壤侵蚀特点及防止途径[J].水土保持研究, 3(4): 72-76.

魏兴萍, 袁道先, 谢世友. 2010. 运用137Cs与土壤营养元素探讨重庆岩溶槽谷区山坡土壤的流失和漏失[J]. 水土保持学报. 24(6): 16-23.

尹辉, 蒋忠诚, 罗为群, 喻崎雯, 覃小群. 2011. 西南岩溶区水土流失与石漠化动态评价研究[J]. 水土保持研究, 18(1): 70-74.

尹辉, 王魁, 蒋忠诚, 伊文超, 玉宏. 2012. 广西岩溶区水土保持示范区模式比较研究[J]. 中国水土保持, 3: 10-12.

张笑楠, 王克林, 张伟. 2009. 典型喀斯特坡地137Cs的分布与相关影响因子研究[J]. 环境科学, 30(11): 3152-3158.

张信宝, 王世杰, 贺秀斌. 2007. 碳酸盐岩风化壳中的土壤蠕滑与岩溶坡地的土壤地下漏失[J]. 地球与环境, 35(3): 202-206.

中国地质科学院. 2014. 中国地质科学院 2013年度十大科技进展揭晓[J]. 地球学报, 35(1): 1-5.

References:

BAI Z G, WAN G J. 1998. Study on Watershed Erosion Rate and Its Environmental Effects in Guizhou Karst Region[J]. Journal of Soil Erosion and Soil and Water Conservation, 4: 1-8.

BELL M, LIMBREY S. 1982. Archaeological aspects of woodland ecology[J]. Bar International Series, 29: 115-127.

BROWN R B, KLING G F, CUTSHALL N H. 1981. Agricultural erosion indicated by137Cs redistribution: II. Estimates of erosion rates[J]. Soil Science Society of America Journal, 45: 1191-1197.

CAO Jian-hua, LU Sheng-li, YANG De-sheng, JIANG Zhong-cheng, KANG Zhi-qiang. 2011. Process of Soil and Water Loss and Its Control Measures in Karst Regions, Southwestern China[J]. Science of Soil and Water Conservation, 9(2): 52-56(in Chinese with English abstract).

CHAI Zhong-xin. 1989. Soil erosion in kast area of Guangxi Autonomous Region[J]. Mountain Research, 7(4): 255-260(in Chinese with English abstract).

Chinese Academy of Geological Sciences. 2014. Top Ten Scientific and Technological Progress of Chinese Academy of Geological Sciences in the Year 2013 Unveiled [J]. Acta Geoscientica Sinica, 35(1): 1-5(in Chinese with English abstract).

COLLINS A L, WALLING D E, SICHINGABULA H M, LEEKS G J L. 2001. Using137Cs measurements to quantify soil erosion and redistribution rates for areas under different land use in the Upper Kaleya River basin, southern Zambia[J]. Geoderma, 104: 299-323.

FELIPE Z. 2003. The use of environmental radionuclides as tracers in soil erosion and sedimentation investigations: recent advances and future developments[J]. Soil & Tillage Research, 69: 3-13

FENG Teng, CHEN Hong-song, ZHANG Wei, NIE Yun-peng, WANG Ke-lin. 2011.137Cs Profile Distribution Character and Its Implication for Soil Erosion on Karst Slopes of NorthwestGuangxi[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 22(3): 593-599(in Chinese with English abstract).

GOSDEN M S. 1968. Peat Deposits of Scar Close Ingleborough, York-shire[J]. Journal of Ecology, 56: 345-353.

HE Q, WALLING D E. 1997. The distribution of fallout137Cs and210Pb in undisturbed and cultivated soils[J]. Applied Radiation and Isotopes, 48: 677-690.

JIANG Z C, LIAN Y Q, QIN X Q. 2014. Rock Desertification in Southwest China: Impact, Causes, and Restoration[J]. Earth Science Review, 132: 1-12.

JIANG Zhong-cheng, CAO Jiang-hua, YANG De-sheng, LUO Wei-qun. 2008. Current Status and Comprehensive Countermeasures of Soil Erosion for Karst Rocky Desertification Areas in the Southwestern China[J]. Science of Soil and Water Conservation, 6(1): 37-42(in Chinese with English abstract).

JIANG Zhong-cheng, LI Xian-kun, ZENG Fu-ping, QIU Si-jie, DENG Yan, LUO Wei-qun, QIN Xiao-qun, XIE Yun-qiu, LAN Fu-ning. 2009. Study of Fragile Ecosystem Reconstruction Technology in the Karst Peak-cluster Mountain[J]. Acta Geoscientia Sinica, 30(2): 155-166(in Chinese with English abstract).

JONES R I. 1965. Aspects of the biological weathering of limestone pavements[J]. Proceedings of Geologists’ Association, 76: 421-434.

LAN Fu-ning, JIANGZhong-cheng, XIE Yun-qiu, ZHANG Min, NING Liang-dan. 2011. Distribution, migration and accumulation of mineral elements in the rock-soil-forage grass system in karst mountainous area[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 40(7): 73-78(in Chinese with English abstract).

LI Hui, YIN Hui, JIANG Zhong-cheng, YANG Qi-yong, WANG Yue. 2013. Remote sensing of rock desertification and soil erosion in typical karst area and the key problems[J]. Journal of Guangxi Normal University: Natural Science Edition, 31(2): 133-139(in Chinese with English abstract).

LI Yang-bing, WANG Sh-i jie, WEI Chao-fu, LONG Jian. 2006. The Spatial distribution of Soil Loss Tolerance in Carbonate area in Guizhou Province[J]. Earth and Environment, 34(4): 36-40(in Chinese with English abstract).

LOWRANCE R J, MCINTYRE S, LANCE C. 1988. Erosion and deposition in a field/forest system estimated using cesium-137 activity[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 43: 195-199.

LUO Wei-qun, JIANG Zhong-cheng, HAN Qing-yan, CAO Jian-hua, PEI Jian-guo. 2008. Characteristics of Soil Distribution and Erosion at Different Locations of Karst Peak-cluster Mountain[J]. Soil and Water Conservation in China, (12): 46-48(in Chinese with English abstract).

LUO Wei-qun, JIANG Zhong-cheng, OU Yang-rang, LI Yan-qin. 2013. Typical soil and water conservation technology of karst peak-cluster depression[J]. Soil and Water Conservation in China, (1): 37-41(in Chinese with English abstract).

QIN Xing-ming, JIANG Zhong-cheng, MA Zu-lu, DENG Yan, ZHANG Jin-song. 2012. Research on the slope soil nutrient and water chemical characteristics of karst peak-cluster[J]. Soil and Water Conservation in China, 4: 26-29(in Chinese with English abstract).

The Ministry of Water Resources of the Peoples’s Republic of China, Chinese Academy of Sciences, Chinese Academy of Engineering. 2010. Prevention of Soil Erosion and Ecological Safety in China(Volume of Karst Areas in Southwest China)[M]. Beijing: Science Press(in Chinese).

WAN Jun, CAI Yun-long, LU Yun-ge, HE Gang. 2003. Soil erosion risk assessment in karst area—Case study in Guanling County of Guizhou Province[J]. Research of Soil and Water Conservation, 10(3): 148-153(in Chinese with English abstract).

WEI Qi-fan. 1996. Soil erosion in karst region of South China and its control[J]. Research of Soil and Water Conservation, 3(4): 72-76(in Chinese with English abstract).

YANG Qi-yong, JIANG Zhong-cheng, MA Zu-lu, LUO Wei-qun, YIN Hui, YU Qi-wen, LI Wen-jun. 2012. Spatial variability of karst rock desertification based on geostatistics andremote sensing[J]. Transactions of the CSAE, 28(4): 243-247(in Chinese with English abstract).

YIN Hui, JIANG Zhong-cheng, LUO Wei-qun, YU Qi-wen, QIN Xiao-qun. 2011. Research on the dynamic evaluation of water and soil loss and rock desertification in karst regions in Southwestern China[J]. Research of Soil and Water Conservation, 18(1): 70-74(in Chinese with English abstract).

YIN Hui, WANG Kui, JIANG Zhong-cheng, YIN Wen-chao, YU Hong. 2012. Comparison of Pilot Area Modes of Soil and Water Conservation of Karst Region in Guangxi[J]. Soil and Water Conservation in China, 3: 10-12(in Chinese with English abstract).

ZHANG Xiao-nan, WANG Ke-lin, ZHANG Wei, CHEN Hong-song, HE Xun-yan, ZHANG Xing-bao. 2009. Distribution of137Cs and Eelative Influencing Factors on Typical Karst Sloping Land[J]. Environmental Science, 30(11): 3152-3158(in Chinese with English abstract).

ZHANG Xing-bao, WANG Shi-jie, HE Xiu-bin, WANG Yan-chun, HE Yong-bin. 2007. Soil Creeping in Weathering Crusts of Carbonate Rocks and Underground Soil Losses on Karst Slopes[J]. Earth and Environment, 35(3): 202-206(in Chinese with English abstract).

The Leakage of Water and Soil in the Karst Peak Cluster Depression and Its Prevention and Treatment

JIANG Zhong-cheng1, 2), LUO Wei-qun1, 2), DENG Yan1, 2), CAO Jian-hua1, 3), QIN Xing-ming1, 2), LI Yan-qing1, 2),YANG Qi-yong1, 2)
1) Institute of Karst Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Guilin, Guangxi 541004; 2) Key Laboratory of Karst Ecosystem and Treatment of Rocky Desertification, Ministry of Land and Resources, Guilin, Guangxi 541004; 3) Key Laboratory of Karst Dynamics, Ministry of Land and Resources, Guilin, Guangxi 541004

A karst ecological research team from the Institute of Karst Geology, Chinese Academy of Geological Sciences in Guilin has been going in for the creative study of the leakage of water and soil in the karst mountain areas of Southwest China since the beginning of the 21th century. A series of progresses in the study of leakage of water and soil were achieved in 2013. The concept, processes and mathematic model of the leakage of water and soil were expounded. By using the site monitoring and advanced isotopic techniques, the team firstly and systemically revealed the quantitative differences and causes of the leakage of water and soil in different geomorphologic positions and different ecological environments of the karst peak cluster depression, built the grade classification standards and the regression model of the soil erosion in the karst areas, created some new water and soil preservation models which combined the biological methods with the engineering and technological rules, and formed the pitaya ecological production industry with good ecological and economic benefits in the karst rocky desertification environment. All these research results can provide technological support and demonstration examples for the treatment of the rocky desertification and the conservation of waterand soil in the karst areas of Southwest China.

karst peak cluster depression; rocky desertification; leakage of water and soil; conservation of water and soil

P642.25; X143

A

10.3975/cagsb.2014.05.02

本文由国家科技支撑计划课题“喀斯特峰丛洼地退化生态系统适应性修复技术与示范”(编号: 2011BAC09B02)和广西科技开发项目(编号: 桂科攻1140002-3-1)联合资助。获中国地质科学院2013年度十大科技进展第六名。

2014-03-30; 改回日期: 2014-04-25。责任编辑: 张改侠。

蒋忠诚, 男, 1962年生。研究员, 博士生导师。长期从事岩溶研究, 近年来重点探讨岩溶环境问题。通讯地址: 541004,广西桂林市七星路50号。电话: 0773-5837342。E-mail: zhjiang@karst.ac.cn。