西南岩溶地区石漠化综合治理研究

杜文鹏,闫慧敏,*,甄 霖,胡云锋

1 中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101 2 中国科学院大学,北京 100049

石漠化是在岩溶山区生态系统脆弱性与人类不合理经济活动相互作用下造成的地表呈现类似于荒漠景观的演变过程或结果[1- 3],是岩溶生态系统退化到极端的表现形式[4]。中国西南地区、欧洲中南部地区、北美东部地区是全球三大集中连片的岩溶分布区[5-6],岩溶生态系统具有可溶岩成土速率慢、岩石渗漏性强、地表缺水少土且异质性高、植被立地条件困难、易破坏难恢复等脆弱性特征。我国西南岩溶地区岩溶面积占国土面积的5.35%,人口密度相当于全国平均人口密度的153.3%,且有限的耕地大多属于旱涝不保收的贫瘠山地[7]；人口密度大且经济落后导致人地矛盾突出,长期不合理土地利用引起的大面积水土流失和植被退化使得石漠化现象得以形成与发展。19世纪以来,我国西南岩溶地区生态环境经历了战乱破坏(1840—1949年)、“大炼钢铁”、“以粮为纲”、“向山要粮”等政策导向(1950—1970年)、相关配套制度和政策滞后的荒山荒地承包到户(1978年开始)3次严重的人为浩劫,造成今天喀斯特石漠化问题的局面[8]。

石漠化不仅带来水土流失加剧、旱涝灾害频发、土壤肥力下降、生物多样性降低甚至丧失等生态问题[9],还会带来人口贫困、交通不便、经济与科技文化落后等一系列社会经济问题[10],已成为我国西南岩溶地区社会经济发展的关键制约因素。突出的人地矛盾导致农民长期垦山种粮、伐林烧柴,引起大面积水土流失和植被退化[11-12],使得该地区陷入一个“人口压力大-贫困-掠夺资源-生态退化-进一步贫困”恶性循环的贫困陷阱[13]。因此,石漠化治理对实现我国西南岩溶地区岩溶社会经济可持续发展、生态文明建设和全面小康社会建设具有重要意义[14]；现阶段,石漠化治理工作不仅已经提升到国家层面而且成为相关学者关注与研究的热点问题之一。

我国西南岩溶地区石漠化治理始于20世纪80年代,“八七”扶贫攻坚计划,退耕还林工程、“长防”和“长治”工程、“珠治”试点工程、世界粮食计划、世界银行贷款项目和澳大利亚、新西兰援助计划等一系列国内国际生态治理项目,为石漠化治理积累了宝贵的经验[15-16]。2000年,党中央国务院将“推进西南岩溶地区石漠化综合整治”列入我国“十五”政府工作计划,自此石漠化治理工作上升到国家层面[17-18]；之后的“十一五”、“十二五”、“十三五”都将石漠化综合治理作为我国重点区域生态修复的主要内容[19]。随着2000年以来退耕还林还草、天然林保护等生态治理工程的实施,岩溶生态系统得到一定程度的恢复[20]。特别是自2008年国务院批复《岩溶地区石漠化综合治理规划大纲》以来,在西南岩溶地区首批100个石漠化治理试点县开展封山育林育草、人工造林种草、坡改梯、生态移民等石漠化综合治理工程,之后又陆续在351个石漠化县开展生态恢复工作。从2005年开始,石漠化治理工作已经开始扭转西南岩溶地区石漠化问题恶化的趋势,截至2016年我国西南岩溶地区石漠化总面积为10.07万km2,较2005年下降2.89万km2,近五年来减少1.93万km2,年平均减少率达到3.45%[21]。我国西南岩溶地区生长季植被覆盖度从1999年的69%增加到2017年的81%,植被生物量显著增加区域面积占比约为55%,是全球植被覆盖度和生物量同时显著增加的区域之一[22-23]。

岩溶地区特殊的地质、地貌、气候、水文、土壤等特征决定了岩溶生态系统退化形态的多样性和高度异质性[24-25],因此,石漠化治理过程中探索出诸多的经验与模式[26-27]。同时,学者也从不同的角度对我国岩溶地区石漠化概念内涵[28- 31]、发生机制[32- 34]、退化机理与演变过程[35- 39]、空间分布与分级[40- 42]以及治理技术、措施、模式[43- 48]进行了一系列研究,从2006年起,以“石漠化”为主题的期刊文献年发文量超过100篇,2015年发文量达到峰值275篇；但以“石漠化研究进展”与“石漠化综述”为主题的期刊文献年发文量不足20篇。党的十九大报告与乡村振兴战略意见均提出要开展国土绿化行动,推进荒漠化、石漠化、水土流失综合治理；现阶段,虽然已有众多的石漠化治理技术、措施与模式范例,但仍需要对石漠化治理技术、措施与模式及其相互关系进行系统梳理,使得现有石漠化治理理论与实践成果能够更好地支撑下一阶段石漠化治理工作,从而为我国生态文明建设2035年目标(国土生态安全骨架基本形成,生态服务功能和生态承载力明显提升,生态状况根本好转)与2050年目标(生态文明全面提升,实现人与自然和谐共生)的实现做出贡献[49-50]。本研究以凝练我国西南岩溶地区石漠化多年治理经验范式为目标,以石漠化治理典型区域调研资料与文献资料为数据基础,梳理不同石漠化治理项目治理周期与目标的差异,分析当前石漠化治理技术的退化问题针对性；结合案例总结不同石漠化退化阶段采用的治理途径与措施,阐明不同岩溶地区石漠化治理优良模式的共性与特性；进而从石漠化治理目标、技术、措施与模式四个层面总结石漠化综合治理配置原则,以期为今后石漠化理论研究与实践治理工作提供依据。

1 数据来源

本研究基于以下三方面数据对我国西南岩溶地区石漠化治理技术、途径措施和模式进行归纳、分析与总结：

(1)石漠化治理代表性研究机构调研成果资料

石漠化治理代表性研究机构调研成果资料主要来自于以下机构：中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站、国际岩溶研究中心(岩溶动力系统与全球变化国际联合研究中心)、贵州师范大学喀斯特研究院(国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心)、贵州省水土保持监测站等。相关资料主要包括：《贵州省2013—2015年石漠化监测实施方案》、《贵州省水土保持世行贷款欧盟赠款项目竣工报告》、《贵州省水土保持监测站课题研究进展情况报告》、《绿色旋律——2016贵州水土保持新闻报道侧记》、《贵州省水土保持规划(2016—2030)》、《山谷吹来世行风——贵州实施水土保持世行贷款/欧盟赠款项目侧记》、《点石成金——贵州石漠化治理技术与模式》、《贵州省喀斯特石漠化综合防治图集(2006—2050)》、《环江喀斯特生态系统观测研究站建设情况汇报报告》、《国际岩溶研究中心6年历程》、《西南岩溶石漠化综合治理地质调查报告》、《广西岩溶山区石漠化及其综合治理研究》、《岩溶峰丛洼地生态重建》等。

(2)自20世纪80年代以来,我国在西南岩溶地区实行的重点生态治理与恢复建设项目及基本实施情况。主要项目有：国家水土保持重点建设工程、毕节鸭池示范区建设项目、“长防”、“长治”试点工程、广西岩溶山区封山育林工程、贵州花江示范区建设项目、广西环江古周/马山弄拉/平果果化示范区建设项目、贵州世界银行贷款/欧盟赠款项目、“珠防”、“珠治”试点工程、岩溶地区石漠化综合治理项目、坡耕地水土流失综合治理工程等。

(3)针对我国西南岩溶地区石漠化概念内涵,退化机制,空间分布,演变过程,治理技术、措施、模式等方面进行研究的相关文献。

2 石漠化治理的目标、技术与措施

本研究中生态治理目标、技术、措施与模式的概念分别为：生态治理目标是指生态治理活动预期达到的目的,为生态治理活动指明方向；生态治理技术是指人类在长期利用和改造自然的过程中积累起来的提升生态系统功能的方法及其原理；生态治理措施是指为阻止某种生态退化进程所采取的遵循自然规律的技术手段；生态治理模式是指在以往经验基础上形成的解决生态问题的某种技术与措施的结构性组合,较生态治理技术与措施更具整体性与综合性。基于上述生态治理目标、技术、措施与模式的定义,石漠化治理目标对石漠化治理技术、措施、模式选择具有导向作用,石漠化治理技术是解决石漠化问题治理的基础,石漠化治理措施必须以相应的治理技术作为支撑,石漠化治理模式由石漠化治理技术与措施有机组合形成。

2.1 石漠化治理目标

基于石漠化治理代表性研究机构成果资料、代表性石漠化治理工程以及相关研究文献,对石漠化治理工程的目标、周期等基本信息进行梳理(表1)：我国目前实施的各类项目中,以兼顾生态、经济与社会效益为目标的项目周期为5—10年,主要包括小流域石漠化综合治理项目、世行项目等项目类型,主要采取生态措施、生物措施、农艺措施与工程措施相结合的治理措施；以生态与经济效益为目标的项目周期为3—5年,主要包括与脱贫计划、五年规划等相结合的石漠化治理项目,主要采取生态措施、生物措施、农艺措施与工程措施相结合的治理措施；单纯以生态效益为目标的项目周期为1—3年,主要包括道路工程、采矿生态保护、矿山修复等项目,主要采取生态措施与工程措施两项治理措施。我国西南岩溶地区石漠化与贫困化具有必然的地理耦合性,致使单独的生态治理工程项目和片面的环境保护无法从根本上解决石漠化问题[52-56],在石漠化治理工程项目设计时需要通过对治理成果的生态、经济与社会效益进行三重优化,才能达到岩溶山区自然社会经济复合生态系统良性循环的目标[54,57-58],从根本上解决我国西南岩溶地区石漠化问题。

表1 石漠化生态治理项目治理周期、目标、措施与技术

2.2 石漠化治理技术

石漠化治理技术的研发应用建立在对石漠化形成机制的研究和认知基础之上,学术界已经对以岩溶地区脆弱的生态地质环境是基础、强烈的人类活动是驱动力这一石漠化成因达成了共识[12]。以碳酸盐为物质基础的岩溶地区少水与缺土伴生,土层浅薄且不连续,地下裂隙发达,雨水降落至地面沿着溶岩缝隙、竖井、落水洞等进入地下系统,形成水土漏失[59]。缺水少土决定了这里的植被是易损、难生的,一旦岩石迅速大片裸露,即便土壤种子库未被破坏,植被的自然恢复也需要数十年甚至上百年。针对岩溶生态系统缺水、少土、植被恢复困难导致生态环境脆弱的基本特点,石漠化综合治理必须以蓄水、治土、造林为核心,其实质就是要解决水土保持与植被恢复问题[60- 62]。我国西南岩溶地区石漠化与贫困化具有必然的地理耦合性：石漠化是岩溶生态系统脆弱生态环境叠加人类不合理土地开发利用活动的最终表现形式,石漠化与贫困化之间存在一种内在互动效应[53]——石漠化现象的产生减少了区域可利用资源量,制约区域社会经济发展,进而造成贫困化；而贫困又导致人类增加对土地资源开发利用的强度,使得区域石漠化问题更加严重；石漠化综合治理不仅要解决水土保持和恢复植被问题,更要解决区域经济发展与社会民生问题。因此,“水是龙头,土是关键,植被(经济植物)是根本,区域生态经济双赢、农民脱贫致富是目标[47]”的石漠化综合治理基本思路得到了广大学者的认可。自20世纪80年代我国开始进行西南岩溶地区生态问题治理以来,相关工作人员与研究学者已经针对岩溶地区缺水、少土、植被生长困难和区域贫穷落后四大基本问题研发和总结了一系列适用于石漠化治理的关键技术(表2)：

针对石漠化地区缺水的问题——重点应用水资源开发利用技术与水土保持技术。西南岩溶地区的双层岩溶水文地质结构使得地表水水资源不足,水资源以地下水为主且地下水深埋、开发利用困难。水资源开发利用技术即通过蓄、引、提、堵等多种形式开发利用地表与地下水资源；同时,在不同地貌部位应用适用的水土保持技术,减少地表水的下渗、充分利用地表径流；此外,在地表与地下水开发利用过程中应采取水污染防治等相应配套技术。

针对石漠化地区少土的问题——重点应用土地整理技术、土壤改良技术与水土保持技术。西南岩溶地区缺土问题主要表现在地表径流对土壤冲刷作用强使得地表土层薄、土壤养分与有机质含量低、土地生产力低下、可利用土地资源面积小且分散。因此,需要通过土地整理技术调整土地利用结构、改善土地资源利用条件来提高土地资源利用率与生产力；通过土壤改良技术改善土壤的理化性质、增加土壤有机质含量来提高土壤蓄水保肥能力及生产能力,进而为植被生长创造良好的条件；通过水土保持技术削弱地表径流对土壤的冲刷作用来保持土壤空间分布的完整性,进而为农业生产提供良好的耕作条件。

针对石漠化地区植被生长困难的问题——重点应用植被恢复与重建技术。植被可以带来生态、社会、经济三重效益,可以说植被的恢复与重建是石漠化治理工作的重中之重。由于西南岩溶地区气候、土壤、水文等条件的组合使得植被立地条件十分困难,因此,需要研发适生植物收集、苗木繁育、恢复封造等植被恢复与重建技术因地制宜地营造生态林与经济林,进而实现石漠化治理生态效益与经济效益的统一。

针对石漠化地区贫困落后的问题——重点应用石漠化区域农业结构调整与生态产业培育技术。经济落后引起的土地资源不合理开发利用是西南岩溶地区石漠化现象产生的动因,石漠化综合治理必须兼顾生态效益与经济效益。因此,需要研发石漠化区域农业结构调整与生态产业培育技术,在石漠化综合治理过程中通过因地制宜调整农业结构实现区域生态经济双赢,使得石漠化综合治理效果具有可持续性[35,47,51,63]。

表2 石漠化治理技术总结表(针对解决问题)[51]

2.3 石漠化治理途径及措施

石漠化治理途径可以分为自然恢复与人工干预两种：自然恢复主要指在消除人为干扰因素的前提下,通过岩溶生态系统自身的生产与恢复潜力来实现石漠化治理的过程,自然恢复途径的主要措施有封山育林、环境移民、生态保护区建设等生态措施。人工干预主要是指在生物、农艺、工程等人工措施的帮助下实现岩溶生态系统植被恢复与生态重建的目标,主要包括退耕还林还草等生物措施,套种轮作等农艺措施以及坡改梯、小型水利设施建设等工程措施[54-55,64]。

封山育林是石漠化地区最直接、最有效、最经济的治理措施[9],通过长时间自然封育,植被在依靠仅有的石缝土顽强地生长起来之后根系可以直接利用各种裂隙在岩层形成巨大的生态空间来满足其生长繁殖等自身需求[65-67],进而实现自我更新演替,形成复合的植物群落。从现有石漠化治理实践来看,植树造林等人工措施很难使植被在岩石表层上直接生长起来,并且由于人工造林难以实现生态系统自然演替过程,形成的人工林在群落稳定性、生物多样性、生态功能性等方面无法与自然恢复的天然林相比[9]。因此,仅从生态恢复的角度来看,在岩溶地区采用自然途径进行石漠化治理的效果要优于人工途径。我国西南岩溶地区突出的人地矛盾关系决定石漠化综合治理必须要兼顾生态与经济效益,不能单靠自然恢复来实现。生物、农艺、工程等人工干预措施也是人类活动的一部分,不同石漠化退化阶段的岩溶生态系统对人类活动承载能力的差异决定了要采取的石漠化治理措施不同[9]；因此,“在不同石漠化退化阶段应采用不同的治理措施”这一观点的提出对石漠化治理实践工作与理论研究具有重要的指导意义[68]。

对于重度石漠化地区,宜采取封山育林与人工辅助生态修复措施。重度石漠化地区人地关系、人与自然的关系严重失调,对重度石漠化地区进行生态治理,首先应该减轻人口压力,减少对区域资源的掠夺式开发。在重度石漠化地区采取的治理措施主要以生态移民、封山育林等自然恢复措施为主；考虑到自然恢复周期较长等问题,在条件允许的情况下,可以采用一些人工播种、补植、种草等林草措施以及铺设人工土,喷注草种泥浆等工程措施来推动植被顺向演替,加快石漠化治理进程。

对于中度石漠化地区,宜采取林草种植与生态诱导修复措施。大多数中度石漠化地区目前还处于开发利用中,人们通过砍伐、烧毁乔灌开垦土地进行农业生产,使得中度石漠化地区物种单一、生态系统承载力极其不稳定易向重度石漠化演化；因此,对中度石漠化地区进行生态治理,应该在减轻人口压力追求生态效益的同时通过营造经济林果、种草养畜、改善耕作条件等措施兼顾治理的经济效益。

对于轻度石漠化地区,宜采取生态恢复与经济发展相结合的治理措施。轻度石漠化地区土地资源具有多功能性,土地开发利用活动具有多元化,生态问题并不严重,生态系统自身恢复能力较强；但是该区域大多属于落后的传统农业区,人地矛盾突出,人类不合理土地利用导致的水土流失等生态环境问题已经初现；因此,对轻度石漠化地区进行治理主要是通过宣传教育减少人类不合理的土地开发利用活动,并通过配套措施降低人类土地开发利用活动带来的负面效应。

潜在石漠化地区——采取水土保持与产业结构优化调整措施。潜在石漠化地区大多具有人口密度大、经济较发达、土地集中连片农业集约化水平相对较高等特点；但是该区域土地利用存在严重错位现象,虽然没有明显的石漠化现象,一经破坏治理也相当困难；因此,对潜在石漠化地区进行治理应该以水土保持等预防保护措施为主,同时应采取相应措施调整与优化产业结构解决土地利用错位问题[56,69-71]。

近年来,开展不同退化阶段石漠化治理工作,形成了许多典型示范区与典型案例；表3总结了不同退化阶段石漠化治理典型的治理措施与模式、治理成效和存在的问题。

3 石漠化综合治理模式的典型案例与经验

岩溶地区独特的地貌形态与地域结构对光、热、水、土、气等环境要素进行再分配使得气候、土壤、生物等自然要素在空间上具有水平分布和垂直分布的双重性质,不同区域之间以及同一区域内部的生态环境均存在差异[16,56,80-81]。我国西南岩溶地区根据其地形地貌特征可以分为：岩溶高原区、岩溶峡谷区、岩溶槽谷区、中高山地区、断线盆地区、峰丛洼地区、溶丘槽谷区和峰林平原区八个地形区；对不同区域进行石漠化综合治理需要采取不同的蓄水、保土、恢复植被以及促进经济发展措施,不同措施的有机结合形成了多样的石漠化综合治理模式。自20世纪80年代在西南岩溶地区开展大规模石漠化治理以来涌现出许多典型的治理模式(表4)。由于岩溶地区生态环境的高度异质性,各种石漠化治理模式特征鲜明,但各种治理模式亦存在共性特征：封山育林(草)或保护林草植被是各种治理模式均采取的措施,相关研究表明岩溶地区通过自然途径来实现生态保护与恢复效果优于人工途径[9],因此,石漠化治理模式在理念上顺应自然规律,尽可能依靠自然力量恢复与治理是可行的途径。岩溶地区地表与地下的“二元结构”以及自然要素垂直方向空间分布的异质性[83],使得各种石漠化治理模式均由不同治理措施结合而成,如平果果化的“山顶戴帽,中间缠带,脚穿鞋”立体生态农业模式就是一个典型特例；因此,从宏观上来看石漠化治理模式是各种治理措施空间上有机结合形成的一套立体治理模式。从微观上看各种治理模式所采取的系列治理措施,都是以减少水土流失(蓄水与固土)、增加植被覆盖度、增加地表土壤养分等为治理目标。

表3 不同退化阶段石漠化治理典型案例总结表

表4 八种岩溶地貌区石漠化治理思路及石漠化治理模式[82]

在地貌类型区域内部,不同的地形、水分等自然条件相互组合导致区域内部岩溶过程存在差异,进而形成了复杂多样的小生境,小生境之间亦具有高度异质性[16]。如生境相对开放的石坑、石沟等小生境土壤有机碳及全氮的含量普遍高于处于相对封闭状态的石槽、石洞和石缝,可为石漠化治理过程中的植被恢复提供良好的土壤条件[84]；在相同气候条件下,岩性与地形是控制表层岩溶水发育的主导因素,山体低凹处表层岩溶水发育相对较好,可为植被恢复与农牧业发展提供良好的水源基础[85]；同一区域,海拔、坡度等因素的差异对石漠化治理过程中植被类型选择与农牧业生产布局也会产生重大的影响。现阶段,相关研究还未阐明不同土壤-岩石环境水分状况的差异成因及植物的适应机理[86],制约了石漠化综合治理模式的推广；但基本明确的是在特定区域石漠化治理模式构建与选择时要以小流域为基本单元,借鉴相似区域的石漠化治理模式,结合本区域特点构建适宜本区域生态恢复与经济发展的石漠化治理模式。

4 结论

依据机构调研资料与文献资料,本文通过对我国西南岩溶地区石漠化治理相关工程项目及其所采用的治理技术、措施、模式的梳理,解析石漠化综合治理模式目标,归纳不同治理目标项目中石漠化综合治理模式所采用治理技术的退化问题针对性与采用措施的时空特征针对性,总结出以下四点石漠化治理技术需求配置原则：

(1)以治理目标与预期周期为导向,确立石漠化治理采取的措施：对于以生态效益为治理目标的短期项目,主要采取生态措施与工程措施；以生态与经济效益为治理目标的中短期项目,主要采取生态措施、生物措施、农艺措施与工程措施；以兼顾生态、经济与社会效益为治理目标的中长期与长期项目,主要采取生态措施、生物措施、农艺措施与工程措施。

(2)针对要解决的关键生态退化问题,结合区域特征遴选石漠化治理技术：石漠化现象是脆弱生态环境叠加人类不合理经济活动的最终表现形式,石漠化治理需要解决缺水、少土、植被立地困难和经济落后四大关键问题——应用水资源开发利用技术与水土保持技术解决缺水的问题,应用土地整理技术、土壤改良技术与水土保持技术解决少土的问题,应用植被恢复与重建技术解决植被生长困难的问题,应用石漠化区域农业结构调整与生态产业培育技术解决贫困落后的问题。

(3)针对石漠化退化阶段的差异,确定石漠化治理途径措施与基本思路：根据石漠化地区土地退化程度,可将其分为潜在石漠化地区、轻度石漠化地区、中度石漠化地区和重度石漠化地区。不同石漠化退化阶段应采取不同的治理措施：潜在石漠化地区主要采取水土保持与产业结构优化调整措施,轻度石漠化地区主要采取治生态恢复与经济发展相结合的治理措施,中度石漠化地区主要采取林草种植与生态诱导修复措施,重度石漠化地区主要采取封山育林与人工辅助生态修复措施。

(4)结合石漠化综合治理模式的共性特征,以小流域为基本单元,因地制宜的选择与构建石漠化综合治理模式：岩溶地区生态环境的高度异质性,使得石漠化治理过程中形成众多特征鲜明的石漠化治理模式,但各种治理模式亦存在共性特征——理念上顺应自然发展规律、宏观上构建立体生态恢复模式、微观上解决水土植被问题；石漠化治理模式构建与选择时要以小流域为基本单元,结合典型石漠化治理模式的共性特征,构建适宜本区域生态恢复与经济发展的石漠化治理模式。

石漠化综合治理是我国西南岩溶地区生态文明建设与可持续发展的重要举措,近年来系列生态工程措施的实施,使得西南岩溶地区石漠化治理已初见成效。然而,现阶段石漠化综合治理仍面临着治理难度逐步加大、陡坡耕种等人地矛盾难以全面消除、治理成果巩固乏力与可持续性差等系列问题。十九大报告提出的开展国土绿化行动与乡村振兴战略规划中提到的加强乡村生态保护与修复部分,都指出要大力推进石漠化综合治理。因此,本文从近30年来的石漠化治理实践中汲取有益的治理经验与做法,以期为提升区域生态承载能力和保障脆弱的岩溶地区人地和谐发展提供重要的科学依据。

致谢：中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站、国际岩溶研究中心、贵州师范大学喀斯特研究院、贵州省水土保持监测站等机构的专家在项目组贵州和广西石漠化调研期间给予支持，特此致谢。