“喀斯特断陷盆地关键带与生态地质”专辑特邀主编寄语

曹建华

自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室, 中国地质科学院岩溶地质研究所, 广西桂林 541004;

联合国教科文组织国际岩溶研究中心, 广西桂林541004

自第三纪以来, 康滇地块的地壳运动十分活跃,在大面积隆升过程的同时, 还继承前期主干断裂发生不均衡走滑运动, 形成滇东喀斯特高原众多的断陷盆地, 局部形成湖盆。喀斯特断陷盆地“盆-山”地形反差强烈, 山地气候变化大, 而西南季风的控制, 使得旱季时长是雨季的 2倍, 水资源的时空分配不均, 土壤流/漏失严重, 植被立地条件差, 生态地质分异明显, 以至于石漠化问题缓解不明显。揭示喀斯特断陷盆地碳、氮、钙、水在生态系统中迁移规律, 阐明生态系统演替和石漠化演变过程及驱动机制, 对喀斯特断陷盆地石漠化综合治理技术研发具有十分重要的意义。

由于喀斯特水文地质结构存在地上与地下双层空间, 岩-土-水-气-生物质循环快速、互馈作用显著, 因此, 喀斯特地质体及其上覆的陆地生态系统是地球关键带监测和研究的天然实验室。通过项目“喀斯特断陷盆地石漠化演变及综合治理技术与示范”的实施, 喀斯特断陷盆地区石漠化面积得到遏制, 水土资源利用效率得到提高, 生态服务功能得到提升, “喀斯特断陷盆地关键带与生态地质”专辑, 从 4个方面“水资源、水土流失、生态地质、生态服务”反应该项目的部分成果, 也为下一步深入研究断陷盆地喀斯特生态系统运行规律、石漠化治理、生态修复提供基础和借鉴。

1 水资源特征

喀斯特断陷盆地区年平均降雨量700～900 mm,水资源量相对丰富, 但时空分布极为不均, 且大都赋存在地下, 利用率低。为有效提高喀斯特断陷盆地水资源利用率, 张华等(2021)以云南泸西喀斯特断陷盆地为例, 构建了地表水-地下水联合调度的水资源循环利用方案; 赵一等(2021)采用降雨入渗系数法和径流模数法对蒙自南洞地下河的调蓄量和日允许开采资源量进行了估算, 为水资源开发和研究区工农业用水调控提供保障。

受喀斯特断陷盆地地层构造影响, 喀斯特断陷盆地还具有矿泉类型多样和水资源丰富的特征。通过调查发现。滇东喀斯特断陷盆地有各类矿泉水点363个, 这些矿泉水可分为偏硅酸、盐类、微量元素、碳酸、复合型、温矿水等 6类, 并通过断裂带对流型、深循环层控型、潜流溶滤型作用形成。同时, 在有泥灰岩、泥质灰岩、砂泥岩夹层分布的碳酸盐岩区, 易形成矿化度较高的富锶矿泉水(张贵等, 2021)。

水安全是生态文明建设的主要内涵, 喀斯特地区地表水与地下水联系紧密, 极易受污染。据调查滇东喀斯特断陷盆大部分区县水资源处于中度及重度脆弱(吕文凯等, 2021); 滇东南泸江流域地下水质量总体以Ⅲ类为主, 工矿企业及城镇生活垃圾是造成地下水污染的主要污染源(王波等, 2021); 刘长礼等(2021)提出了针对性和可操作性都很强的喀斯特水污染风险的“源-径-标-值”(SPTV)评价方法, 从而达到控制污染源、切断污染途径、保护喀斯特水源等的目标。

2 水土流失特征

喀斯特地区成土速率慢, 流失的土壤很难得到及时补充, 土壤退化带来的危害极其严重。喀斯特断陷盆地由于高原面与盆地海拔高差大, 喀斯特垂向发育明显, 因此水土漏失过程更为复杂。针对喀斯特断陷盆地高原面洼地土壤侵蚀驱动力和过程,提出不同坡位采取不同的水土保持措施(刘鹏等,2021); 露石对降水的再分配、优先流的产生, 制约土壤漏失和土壤元素迁移(王庆贺等, 2021); 森林植被不但对地下水系统水循环过程和水化学组分有明显的影响, 而且还具有明显的截流-消洪作用(康志强等, 2021)。恢复地表植被是防止水土流失的重要技术途径。

3 生态地质特征

土壤是联系陆地植物生长发育-岩石风化的桥梁, 鉴于碳酸盐岩风化溶解的速率是硅酸盐岩的几十倍～百倍, 因此, 掌握土壤物质循环特征是认识生态地质的基础, 也抓住了关键的环节; 李亚锦等(2021)调查了大黑山喀斯特区天然林植被演替过程中土壤水分、全氮含量、容重和有机质等呈现出不同的性状; 李强(2021)研究了土壤微生物群落中的一些关键类群在土壤生态系统功能中所起的重要作用。随着植被的正向演替, 地上和地下生态系统的生物活性增加, 喀斯特作用增强, 但土下试片溶蚀速率会因为乔木的种类、其他环境因素和人类活动强度而不同。柯静等(2021)发现土壤中标准溶蚀试片的溶蚀速率随海拔高度变化而变化, 土壤CO2是生物作用的产物、是驱动岩石试片溶蚀速率的主控因子。

4 生态服务功能

2007年国家启动喀斯特区石漠化综合治理工程, 张鑫彤和吴秀芹(2021)基于 CASA模型揭示了2005—2019年云南断陷盆地的植被净初级生产力时空变化规律, 植被净初级生产力平均水平呈现先下降后上升再下降的趋势, 植被覆盖有所恢复, 但仍不够稳定; 李丹等(2021)对喀斯特断陷盆地 2020—2050年植被动态变化进行模拟预测, 随着区域气候持续增温增湿趋势, 继续实施断陷盆地石漠化治理工程, 将能够使植被 NDVI升高; 因地制宜开展区域生态治理、植被恢复工程, 石漠化治理所取得的效果与生态、经济、社会效益持续增强(肖林颖等,2021)。

在《地球学报》编辑部的大力支持下, 从 4个方面“水资源、水土流失、生态地质、生态服务”,15篇文章构成“喀斯特断陷盆地关键带与生态地质”专辑内容, 并没有包括专项项目的全部成果,尤其是水-土-生资源的研发技术和试验示范的成果,但对深入了解喀斯特断陷盆地的地质、气候、水文、生态和生态服务功能提供重要的参考价值。喀斯特断陷盆地关键带与生态地质研究包含众多学科交叉融合的研究领域, 希望本专辑能起到“抛砖引玉”的作用, 吸引更多研究者的兴趣。