亚热带喀斯特石漠化土地退化特征研究，本文主要内容关键词为：喀斯特论文,亚热带论文,特征论文,土地论文,石漠化论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
文献标识码：A 文章编号：1004—8227（2006）03—0395—05
随着西部大开发战略的实施，特别是西部生态建设目标的提出，喀斯特石漠化问题备受关注。尽管对喀斯特石漠化的治理已提到国家层面，并得到相关部委的重点支持，却存在生态建设超前、基础研究落后的严峻现实。石漠化退化土地是指在我国南方湿润地区碳酸盐岩发育的喀斯特脆弱生态环境下，由于人为干扰造成植被持续退化乃至丧失，从而导致水土资源流失，土地生产力下降，基岩大面积裸露于地表而呈现类似荒漠景观的地表覆盖类型[1]。但目前对喀斯特石漠化土地侧重于概念方面的探讨[2～4]，鲜有进一步的深入研究[5，6]。在理论上，喀斯特石漠化研究至今仍是一个年轻的学科领域，许多有关石漠化的理论问题正处于一种不断探索和逐渐完善的过程中。荒漠化概念是复杂的，其不确定性将导致对荒漠化的理解、研究、调查、统计、规划、投资、防治和监督等一系列问题[7]， 而喀斯特石漠化是荒漠化类型之一。目前还缺乏把喀斯特石漠化土地作为一种地域综合体和一种退化生态系统而对其性质进行系统研究，本文结合地质学、土壤学、生态学知识，对喀斯特石漠化土地的退化特征作深入探讨，期望为喀斯特石漠化理论的进一步研究如石漠化土地分类治理和植被恢复与生态重建工作等提供参考。
1 亚热带喀斯特山区土地退化与石漠化退化土地
土地退化并不意味着土地生产力的丧失，而是与景观尺度上土地生产力的再分配有关。石漠化的本质是土地退化，但石漠化不等于土地退化，石漠化应仅指受人类活动影响的严重土地退化；石漠化与土地退化两者之间应该有个度的差别及规定，否则就没有必要在“土地退化”的基础上再提出“石漠化”概念。石漠化是一种人为荒漠化，指以类荒漠景观为标志的严重土地退化，与“土地退化”相比，“石漠化”一方面多了“度”的概念，另一方面突出了“景观”的特色。因此不能简单地将喀斯特山区植被退化、水土流失或土壤肥力下降都归为石漠化。
可对喀斯特山区“土地退化”“石漠化”作度的规定：土地生产力丧失25％以下，但不影响目前土地利用方式，并且土地有自我恢复的可能性，是为土地退化；土地生产潜力下降75％以上，几乎无生产利用价值，且恢复其生产力从经济上是不可能的，是为石山荒漠；土地生产潜力下降25％～75％，影响目前的土地利用方式，但在采取人为措施的情况下，可以恢复土地的生产力，是为石漠化退化土地。至于要获得国际认可的使石漠化概念得以确立的规定，即包括评价不同的土地生态系统的植被、土壤、水文、地形、时空要素及其成因等在内的量化指标体系，仍有赖于有关学者的深入细致研究。
2 喀斯特山区石漠化土地退化的过程
石漠化地区存在的土地退化问题和喀斯特地区农民传统的土地利用方式没有必然的联系[8]， 石漠化土地发生扩展的本质原因是未能在沉重的人口压力和脆弱的生态环境之间找到一种恰当的土地利用方式。地质基础与岩性、地形与地貌及气候等自然条件是石漠化产生的内在原因，而毁林毁草开荒、剧烈的陡坡垦殖等人文因素则是形成喀斯特山区土地系统目前石漠化景观格局的根本驱动力，土地石漠化以人为因素为主，是人为因素与自然因素共同作用的结果，石漠化土地退化过程中存在社会经济反馈①、动力反馈②和生物原反馈结构③等多层次反馈结构（图2）。社会经济反馈发生在社会经济系统内部，这种反馈过程是贫困地区最主要最普遍的一种形式，导致人地关系进一步恶化。要改变这种过程，必须使区域社会经济得到真正发展，使喀斯特山区居民增收提高素质，促使人地关系朝良性方向发展。动力反馈主要由于人为不合理活动使得水土资源流失作用进一步加强，加速土地石漠化进程。生物原反馈主要发生在自然系统内部，William等研究表明[9]，这种模式适于全球的土地荒漠化模式，但喀斯特生态系统的这种反馈更脆弱。
图1 岩溶土地石漠化的多层次反馈作用
Fig.1 Hierarchical Feedbacks of Karst Rocky Desertification Land
3 喀斯特石漠化土地退化的特征
3.1 不同基岩土地退化恢复过程差异明显
不同碳酸盐岩的组分不同，在风化方式、成土特性、水文地质等方面有较大差异，这种差异引起了不同岩石类型区地表生态环境因子的组合和质量的较大差别，形成了十分明显的喀斯特退化土地类型。如不同基岩物质组成的峰丛洼地的土壤、植被与土地类型、坡面形态、地表径流特征、土地退化过程及土地利用布局均有明显的差异[10]，说明岩性基底与石漠化土地的发生与发育存在着较为密切的联系[11]。连续性灰岩和连续性白云岩分布区中度石漠化和强度石漠化比例都大于其他所有岩类，强度石漠化尤为明显；其中，尤以连续性灰岩中更突出，强度石漠化所占比例居所有岩类之首。但就岩石生态和成土特点对植被恢复而言，泥质白云岩组优于泥灰岩组，泥灰岩组优于纯灰岩组，纯灰岩组优于纯白云岩组[12]。
3.2 退化恢复过程与土地利用方式的相关性
不同的土地利用方式和不同土地利用类型对喀斯特生态系统的干扰效应和干扰过程是不一样的，导致石漠化土地的退化过程、退化程度、退化群落特征有异，最终表现在恢复方式和恢复难度的差异上（表1）。因此，应在土地利用类型的基础上来考查不同类型的石漠化土地的土地退化程度及其变化规律。
对于脆弱的喀斯特生态系统，毁林开荒、林地砍伐等在景观尺度上造成的石漠化是一个短暂的过程，几乎是一步到位的，因此，喀斯特石漠化主要是人为加速石漠化。土地石漠化过程在整体上为渐变过程，但在一定范围和一定阶段内，石漠化过程表现出突变特征，仅根据石漠化土地现状对石漠化进行阶段划分和强度分级是不恰当的。以“干扰方式＋植被＋土壤＋地貌”对人为加速石漠化过程中石漠化土地进行类型划分，既体现了石漠化土地退化过程与土地利用方式的相关性，又反映了石漠化现状和退化程度[13]。
表1 不同退化程度土地自然恢复过程的差异
Tab.1 Differences of Natural Restoring Processes Among Different Degradation Degree Land
植被自然恢复特征
植被退植被恢复恢复恢复恢复
化程度障碍因子可能性 潜力速度
稀疏灌丛型水、土条件 中 较大较慢
灌丛型水、土条件 较大大 较快
低价值乔林型 人为干扰大 大 快
弃耕迹地型繁殖体缺乏 较大大 较快
采矿废弃地型 繁殖体缺乏生境干旱 中 中 较慢
3.3 退化土地成因的地域差异性
现已普遍认识到岩石化学成分、结构、构造控制了土壤的形成条件，岩溶水文地质条件控制了水资源的空间分布，地形、地貌控制了水土流失的水动力条件[14～16]，其综合作用形成了喀斯特生态系统的基底脆弱性，其组合差异决定了石漠化发生的难易程度差异。因此石漠化的成因存在区域差异性。根据生态环境背景差异和人为干扰的大小，石漠化退化土地成因的地域差异性可分为以下4 种类型：①生态环境恶劣区，易发生石漠化，内外自然营力为主，人为诱发，石漠化形成发育强度高；②生态环境良好区，人为不合理活动为主，中低强度石漠化；③农业人口密度大区，易发生石漠化，人为不合理活动为主，石漠化形成发育强度高；④农业人口密度低区，内外自然营力为主，人为诱发，中低强度石漠化。
轻度石漠化受多种因素综合影响比较明显，而强度石漠化的影响因素一般都集中于少数几个因素。从石漠化影响因素的空间地域分异来看，贵州省内第一梯级面上的威宁高原区和大方、盘县区是连续性灰岩比例最大的两区，各种程度石漠化基本都受岩性控制，人为因素的作用比较小；第二梯级面上的黔南区、黔西南区强度石漠化受人类活动和岩性共同作用明显，但以人类活动的影响更大；黔北区强度石漠化基本以人类活动影响为主。黔中区和第三梯级面的东部低山丘陵区连续性白云岩分布广，岩性对石漠化的影响也很大，但强度石漠化很少。
3.4 恢复过程的土壤—地形决定性
土地石漠化主要发生在地形梯度骤变带即现代地貌高能带，主要是深切峡谷两侧的峰丘溶斗带，也就是伏流带处[17]。喀斯特石漠化过程中，植被因子和土壤因子是变化最大的因子，也是引起喀斯特石漠化的主要原因[18，19]。喀斯特森林是一种很典型的地形—土壤演替顶极，其属性取决于坡度、坡位、坡向、土层厚度、土壤水分等，水分条件是限制因子[20]，土壤条件对喀斯特森林群落生物量的控制作用远大于气候条件[21]。气候、土壤、小生境的差异以及气候、土壤、小生境相互配置的差异等，均会导致演替顶极的差异，从而形成不同类型的顶极群落。贵州大多数草丛植被是次生植物群落，它们只是次生演替系列的一个阶段，多数可以恢复为原生植物群落。但在喀斯特峰林和石漠化山地、陡坡及深切的河谷地区，森林破坏以后，由于受土层薄和干旱的影响，林业立地条件不复存在，只能形成次生的草丛植被或灌丛，不能恢复成林；贵州西北部海拔2200m的高原面和中部、东部海拔1700m以上的中山顶部，森林破坏以后，由于气候恶劣，人工造林难以成功，只能发育成山地草甸或灌木林[22]。在以上两种情形下，次生植物群落停留在草丛阶段或灌木林阶段形成稳定的地形或土壤顶极群落，不再向森林植被演替。
3.5 石漠化土地的空间异质性与尺度相关性
西南喀斯特山区景观具有很强的空间异质性和时间异质性[23]，大面积喀斯特区域内镶嵌着非碳酸盐岩景观，溶蚀丘陵、峰林盆地、峰林谷地、峰丛洼地、峰丛峡谷交错过渡，不仅控制着土壤发育、水文状况、植被等的分异，直接影响水土流失的发生发展，还决定着生态环境良好区与生态环境恶劣区相间排列和土地利用的空间分异。
从喀斯特生态系统尺度来看，喀斯特小生境复杂多样，土被不完整，土壤多留存于石沟、缝、槽中，土层厚薄不一，土壤分布没有明显的规律性，空间变异较大。即使石漠化土地发展到末期阶段时，也维持了较好的土壤结构和较高的养分水平，这是由于喀斯特生态系统具有独特而极其复杂的小生境所致。实际研究中也发现裸岩斑块、林地斑块、灌草丛斑块的空间分布与地形坡度、地貌部位并无直接联系，说明了斑块空间分布格局成因的多样化[24]。
因此，喀斯特石漠化土地的空间分布受控于气候、地形、植被和土壤、人类活动等多尺度因子，在一个广阔的尺度范围内表现出异质性和缀块镶嵌的特点，喀斯特石漠化土地的正确评价有赖于空间尺度的正确选择，这增加了评价的复杂性，还需进行深入的研究。
3.6 土壤资源的不可再生性
碳酸盐岩上覆红土层的来源受自然条件和岩性的影响，不管是溶蚀残积成土还是上覆非碳酸盐岩成土，目前所见碳酸盐岩台地上的红土层应该是全新世以前形成的，也很难早于中更新世，因为更早的喀斯特形态基本已被破坏而很少保存下来[25]。在目前的气候条件和人类时间尺度喀斯特山区的物理侵蚀速率大于成土速率，区域土壤层不可能继续增加，而只会逐渐流失殆尽。对土壤厚度有限、种子库和养分仅存于土壤剖面顶部20～30mm的喀斯特贫瘠土壤来说，这是土壤资源的永久损失，从这个意义上来看，喀斯特石漠化土地的土壤资源是不可再生的。同时土被是喀斯特石山区最大的水分诸存库之一，其损失也必将加剧喀斯特性干旱。上述特点是碳酸盐岩地区土壤脆弱性与其他岩石类型区的根本区别之一，也是喀斯特山区土地利用较困难的原因。
3.7 石漠化土地退化的本质
生态服务功能是指自然生态系统及其物种共同支撑和维持人类生存的条件和过程[26]。喀斯特山区的土地退化和石漠化实际上就是喀斯特生态系统服务功能的下降和丧失，即其作为养分库、水库和基因库的功能的下降和消失[27]。因此，石漠化是一种功能性荒漠化，石漠化土地是一种不健康的土地利用系统（表2）。
表2 不同等级石漠化土地的生态服务功能比较
Tab.2 Comparison of Ecosystem Service of Some Forest Ecosystem in China
气候 水分侵蚀控 养分栖息食物遗传
调节 调节制与土 循环地 生产资源
与供给 壤形成
轻度石漠化 差差 差 差 差 差 差
中度石漠化 较差 较差较差较差较差较差较差
强度石漠化 极差 极差极差极差极差极差极差
4 结论
生态建设作为西部大开发的重中之重，必须以基础科学研究为先导，喀斯特石漠化治理的前提是对喀斯特石漠化土地的发生发展过程进行系统深入的研究，才能有效地避免大规模生态重建的盲目性，并降低其风险性。喀斯特石漠化土地的形成更多的是一种人为过程，而不是一种自然过程，但目前的一些研究在概念上承认石漠化土地形成的人为性，但在具体的研究中又忽视了喀斯特石漠化过程的人为成因、与土地利用方式的相关性和尺度相关性[28]，其原因在于对石漠化土地的特征缺乏全面的认识，制约了对石漠化土地的进一步研究及治理。喀斯特石漠化土地具有不同于其他生态脆弱区土地退化的特征，本文将其归纳为土地退化恢复过程的基岩差异性、退化恢复过程与土地利用方式的相关性、退化土地成因的地域差异性、恢复过程的土壤一地形决定性、石漠化土地的空间异质性与尺度相关性、土壤资源的不可再生性，石漠化土地退化的本质是喀斯特生态系统服务功能的下降和丧失，是一种功能性荒漠化。对有关喀斯特生态系统退化理论的深入研究，有助于推动该学科的进一步完善和更有效地实现防治石山荒漠化的最终目标。
收稿日期：2005—09—01； 修回日期： 2005—10—25
基金项目：国家自然科学基金（40361004）．
标签：喀斯特论文;