（环境科学专业论文）贵州喀斯特石漠化地区荒地土壤理化性质及环境效应研究.pdf

贵州大学2 0 0 8 届硕士学位论文贵州喀斯特石漠化地区荒地土壤理化性质及环境效应研究 显石漠化向极强度石漠化发展，各指标均呈现明显的降低趋势，且变异越微弱。 不同石漠化程度土壤氮、磷、钾素指标可以作为判断石漠化生态环境的一个营养 指标。 ( 8 ) 随着撂荒时间的增长，其各项理化指标均有提高，质地也趋于良好在自 然条件下，随着撂荒时限推移对荒地进行再利用是可行的。从而提示我们在荒地 土壤恢复问题上，可以从荒地还林还草方向上着手，兼备生态环境效应以及农业 经济效益，适时适当利用已恢复的荒地。 ( 9 ) 荒地相较于其他生态模式，其质地以及有营养物质基础都较差。 荒地土地的生态“恢复 是一个自然演替过程，演替速度慢，时间过程长， 某些环节还因具有不可逆性而无法恢复，因此进行环境恢复的同时也要进行环境 的重建。从荒地还草还林着手，改善荒地土壤环境；政府部门加强土地利用管理， 消除人为破坏；加大宣传力度广泛普及石漠化效应知识、采取一系列的生物措施 等方法进行其喀斯特石漠化地区的生态环境恢复及重建。 关键词：喀斯特，石漠化，荒地土壤，理化性状，环境效应 图书分类号：x 5 3 贵州大学2 0 0 8 届硕士学位论文贵州喀斯特石漠化地区荒地土壤理化性质及环境效应研究 s u m m a r y a c c o r d i n gt o t h eg e o l o g i c a l p h y s i o g n o m y , c l i m a t i c c o n d i t i o n sa n dt h ea c t u a f i t yo f d e s e r t i f i c a t i o n a ld e v e l o p m e n t , i nt h i sr e s e a r c h , k a r s td e s e r t i f i c a t i o nr e g i o nw a sc l a s s i f i e dw e s t , s o u t h w e s t , e a s ta n dn o r t ha sf o u ri n v e s t i g a t i o na r e a t h i sr e s e a r c ha p p l i c a t e dt h ew a yo ft y p i c a l a n a l y s i sa n dc o m b i n e dw i t ht h ec u r r e n tc l a s s i f i e dd e m a r c a t i o no fr o c k yd e s e r t i f i c a t i o nt oc o l l e c t e d a p h i cs a m p l eu n d e rd i f f e r e n tr o c k yd e s e r t i f i c a t i o na n dd i f f e r e n te c o l o g i c a lb a c k g r o u n dw i t h i n f o u rr e s e a r c hr e g i o n t h i sr e s e a r c ha n a l y z e dt h ec o r r e l a t i o ns h i pb e t w e e nw a s t e l a n de d a p h i c p h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c sp r o p e r t ya n dr o c k yd e v e l o p i n gp r o c e s sb ya n a l y z e dt h e v a r i a t i o no fe d a p h i cp h y s i c a lp r o p e r t y ，i no r d e rt oi n v e s t i g a t et h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a le f f e c t o fb a c k g r o u n dv a l u ei nk a r s tr o c k yd e s e r t i f i c a t i o nr e g i o n t h em a i nc o n c l u s i o n sh a v ec o n c l u d e d a sf o l l o w s ： ( 1 ) i nt h ep r o c e s so fr o c k yd e s e r t i f i c a t i o n , h i g h e rp e r c e n t a g eo fs a n db u tc o s m i ds o i le x i s ti n g r i n se x t r e m ei n t e n s i t yr o c k yd e s e r t i f i c a t i o n , a n dt h ec o n t e n ts h o wad e s c e n dt r e n dw i t ht h e d e v e l o p m e n to fr o c k yd e s e r t i f i c a t i o n m o r e o v e r , t h ep e r c e n t a g eo fc o s m i ds o i ld e c l i n e di nt h e o r d e ro fe c o l o g yw h i c hf r o mw o o d l a n d , l a w n , p l o u g ht ow a s t e l a n d t h ec o n t e n to fc d a p h i cs a n d , c o a r s ed u s ta n dc o s m i da l eb a s i c a l l yu n i f o r mi nt h ee a s t e r np a r ta n dt h es o u t h e mp a r to fg u i z h o u a n dt h ec o s m i di n c r e a s e df a l l o ww i t hd e e p e no fc r o s ss e c t i o n ( 2 ) i nt h ep r o c e s so fr o c k yd e s e r t i f i c a t i o n , s o i lp r o v i d e dw i t hl o wp e r c e n t a g eo fo r g a n i c m a t t e ru n d e rs e r i o u se r o s i o n , w i t t lw h i c ht h ep e r c e n t a g eo fo r g a n i cm a t t e ri sh i g h e ri nw e s t e r na r e a t h a ni ti ns o u t h w e s t e r nr e g i o n t h ec o n t e n to fo 唱a n i cm a t t e ri nd i f f e r e n te c o l o g i c a ls t y l es h o w si n c o r r e c to r d e ri sw o o d l a n d , p l o u g h , l a w na n dw a s t e l a n d , a n dw o o d l a n dc o n t e n tf a rm o r et h a n p l o u g h , l a w na n dw a s t e l a n d u n d e rt h ee d a p h i cs e c t i o no ft h eo r g a n i cm a t t e ri nb e d d i n gp l a n e c o n t e n ti sf a rm o r et h a ni ti nt h eba n dc b e d d i n gp l a n e m o r e o v e rb e t w e e nba n dcb e d d i n g p l a n e ，v a r i a t i o n a la m p l i t u d ei sw e e k ( 3 ) e d a p h i cn i t r o g e np h o s p h o r o u sa n dp o t a s s i u m , b u ta c t i v ep h o s p h o r o u se x p r e s sn o v a r i a t i o nl a wa td i f f e r e n ta r e ao fg u i z h o u , e d a p h i co r g a n i c ，n i t r o g e n , p h o s p h o r o u sa n dp o t a s s i u m o fw a s t e l a n di ns o u t h w e s ti sa r cm o r et h a nw h i c hi n 砰政 ( 4 ) t h ec o n t e n to fw o o d l a n de d a p h i cn i t r o g e ni st h eh i g h e s ti nd i f f e r e n te c o l o g i c a ls t y l e ，a n d 3 贵州大学2 0 0 8 届硕士学位论文 贵州喀斯特石漠化地区荒地土壤理化性质及环境效应研究 t h ec o n t e n to fp l o u g h , l a w na n dw a s t e l a n da r ea s f o l l o w a d d i t i o n a l l yt h er e g u l a t i o no f p h o s p h o r o u sa n dp o t a s s i u me x c e p ta c t i v ep o t a s s i u ms h o w st h a tw o o d l a n dc o n t e n tt h em o s tp a r t a n dt h el a w n , p l o u g ha n dw a s t e l a n da r ea sf o l l o w ( 5 ) u n d e rt h ee d a p h i cs e c t i o n , t h ec o n t e n to fn i t r o g e n ，p h o s p h o r u sa n dp o t a s s i u ms h o wt h e l a wt h a tw o o d l a n d l a w n p l o u g h w a s t e l a n d , i nw h i c ht h ec h a n g eo fw o o d l a n da r et h em o s t t e m p e s t u o u s l yu n d e rt h ee d a p h i cs e c t i o n ( 6 ) e d a p h i cc o s m i dc o r r e l a t ec l o s e l yw i t ho r g a n i c ，n i t r o g e n , p h o s p h o r u sa n dp o t a s s i u m e d a p h co r g a n i cc o r r e l a t ec l o s e l yw i t hn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s ，a n dc o r r e l a t en o r m a l l yp o t a s s i u m t h e r e sn or e l a t i o n s h i pb e y o n dc o a r s ed u s ta n do r g a n i c , n i t r o g e n , a n da st h es a m eb e y o n ds a n d a n do r g a n i c ，n i t r o g e n ( 7 ) i te s t a b l i s h e dae d a p h i ci n d e xo fh e a t hl a n d si ng u i z h o uk a r s tr o c k yd e s e r t i f i c a t i o n r e g i o n i ti s s h o w st h eo r d e r l i n e s st h a tw i t ht h ed e v e l o p m e n to fr o c k yd e s e r t i f i c a t i o nw h i c h b e g i n n i n g 肺mi n c o n s p i c u o u se x t e n tt oe x t r e m ed e g r e ee a c hi n d e xp r e s e n tao b v i o u sd e p r e s s e d t e n d e n c ya n dt h ev a r i a t i o ni sf a i n t n e s s t h ee d a p h i ci n d e xo fw a s t e l a n di ng u i z h o uk a r s tr o c k y d e s e r t i f i c a t i o nr e g i o nc o u l db ec o n s i d e r e da sae d a p h i cj u d g m e n to fn u t r i t i o no fk a r s te c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t ( 8 ) d u r i n gt h ep r o c e s so fa b a n d o n e dt i m el i m i t , t h es t a n d a r do fe d a p h i cp h y s i o c h e m i c a li n d e x h a sr i s e na n di t st e x t u r eh a sg o n ew e l le i t h e r u n d e rt h en a t u r a lc o n d i t i o n , i ti sf e a s i b l et ou t i l i z e w a s t e l a n da f t e rap e r i o do fr e c o v e r , w h i c hc a l la t t e n t i o nt ou st h a tw ec o u l dr e c o v e rw a s t e l a n d w i t hp l a n t s c o n s i d e r e dw i t hb o t he c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a le f f e c ta n da g r i c u l t u r ee c o n o m i c e f f e c t i v e n e s s ，w es h o u l du t i l i z er e c o v e r e dw a s t e l a n dp r o p e r l y ( 9 ) c o m p a r e dw i t ho t h e re c o l o g i o a ls t y l e ，t h ee d a p h i et e x t u r ea n dt h ef o u n d a t i o no f n u t r i e n t s u b s t a n c ea r et h ew o r s t 0 0 ) t or e t l e wt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n to fw a s t e l a n di ss u c hap r o c e s sw h i c hi sal e n g t h y n a t u r a ls u c c e s s i o n t h er e c o n s t r u c t i o no fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti so ft h em o s ti m p o r t a n tt h i n g w h i c hb a s e0 1 1t h er e n e w i n go f o l 晒c a le n v i r o n m e n t a sar e s u l t ，w es h o u l dt a k ed r a s t i c m e a s 峭t or e b u i l te n v i r o n m e n tw h i l ew el 曩3 u m ei t w es h o u l dc o m i n e n c 宅i m p r o v i n gt h ee d a p h i c e n v i r o n m e n to fw a s t e l a n d , b yr e c o v e r i n gw i t hl a w na n dw o o d l a n d , w a s t e l a n d ；g o v e r n m e n to u g h t t oe n h a n c et h em a n a g e m e n to ft e r r i t o r i a lu t i l i z a t i o n , i no r d e rt oe l i m i n a t ef a c t i t i o u sb r e a k s ；t o r e i n f o r c et h ep r o p a g a n d aa n dt oi m p a r tg e n e r a l l yt h ek n o w l e d g eo f r o c k yd e s e r t i f i e a t i o ne f f e c ta n d 4 贵州大学2 0 0 8 届硕士学位论文 贵州喀斯特石漠化地区荒地土壤理化性质及环境效应研究 t oa d o p tas e r i a l so fe c o l o g i c a lr e c o n s t r u c t i o nt oc o m p l e t et h ee n v i r o n m e n t a lr e c o v e r i n ga n d r e b u i l d i n gi nk a r s tr o c k yd e s e r t i f i c a t i o nr e g i o n k e y w o r d s ：k a r s t , r o c k yd e s e r t i f i c a t i o n ，w a s t e ds o l i d , e d a p h i ep h y s i c a lc h e m i s t r y c h a r a c t e r i s t i c s ，e n v i r o n m e n te f f e c t c l cn u m b e r ：x 5 3 5 附：学位论文原创性声明和关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究在做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：主垒。毫 e l 期： 21 螋生z 旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权贵州大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：丑金匦导师签名 贵州大学2 0 0 8 届硕士学位论文贵州喀斯特石漠化地区荒地土壤理化性质及环境效应研究 l 朗吾 我国是喀斯特分布面积最大的国家，是世界喀斯特景观的重要地带。碳酸盐 类岩石出露面积1 3 7 万k m 2 ，约占陆地国土面积的1 4 3 。黔、桂、滇、川、渝、 湘、鄂、赣等省、市区是我国碳酸盐岩石分布最集中的地区，总面积达5 4 万k m 2 。 该区总人口近4 亿人，是我国南方重要的贫困地区。贵州地处世界三大连片喀斯 特发育区之一的东亚片区的中心，全省土地总面积为1 7 6 万k m 2 ，山区面积占 总面积的8 7 。其中喀斯特面积为1 0 9 万k m 2 ，占全省土地面积的6 1 9 由 于自然、社会的综合原因，喀斯特往往与贫穷落后相联系。 近3 0 年来世界上许多国家都十分重视对喀斯特环境社会问题的研究。1 9 7 9 年h e l e g r a a 首次提出了喀斯特地区的生态环境问题，1 9 8 3 年美国科学促进会 第1 4 9 届年会上，正式把喀斯特和沙漠边缘地区等同地列为脆弱环境。国外早期 的喀斯特研究主要侧重地质成因、地貌特征、水文特征以及发育过程。继之，结 合社会、经济发展需要，对喀斯特水文地质、工程地质、地球物理勘探、喀斯特 洞穴、喀斯特发育理论等做了大量研究。 国际岩溶对比表明，世界上具有不同生态地质环境背景的岩溶区，岩溶系 统与人类活动相互作用的环境效应是极不相同的。我国西南喀斯特地区由于其特 定的地质环境背景决定了我国西南喀斯特地区生境严酷且脆弱。这里的碳酸盐岩 是中生代前形成的，结构致密，孔隙度很低( 3 ) ，纯质碳酸盐岩的酸不溶物 含量很低，一般低于4 ，极不利于成土作用和植物的生长。加上在人类不合理 社会经济活动的干扰破坏下，生态平衡遭到严重破坏，造成土壤严重侵蚀，基岩 大面积出露，土地生产力严重下降，形成具有明显荒漠化特征的生态地质环境灾 害喀斯特石漠化问题( k a r s tr o c k yd e s e r t i f i c a t i o n ) 我国西南喀斯特地区石漠化问题是该区最严重的生态问题。它不仅严重制 约着农业生产，而且威胁喀斯特山区人们赖以生存的自然环境。就贵州而言， 到2 0 0 5 年，贵州石漠化面积达3 7 5 9 7 3 6k m ，占全省总面积的2 1 3 4 ，其中轻 度石漠化面积2 2 1 5 5 7 6 k m 2 ，占1 2 5 8 ；中度石漠化面积1 0 8 6 8 9 5 k i n 2 ，占6 1 7 ， 成为难利用土地；强度石漠化面积3 7 1 5 4 1 k i n 2 ，占2 1 1 ；极强度石漠化面积 8 5 7 2 4 k i n 2 ，占0 4 9 石漠化的结果不仅使石山地无林、无土、无水，而且成 贵州大学2 0 0 8 届硕士学位论文贵州喀斯特石漠化地区荒地土壤理化性质及环境效应研究 了丧失土地生产力的荒漠，人类无法生存的环境，变成最贫困的地区。喀斯特地 区石漠化的治理迫在眉睫。朱镕基总理在九届人大四次会议上作“关于国民经济 和社会发展第十个五年计划纲要的报告 中提出鼍推进岩溶地区石漠化综合治 理”。并在中华人民共和国国民经济和社会发展第十个五年计划纲要进一步 明确提出：“推进黔桂滇岩溶地区石漠化综合治理 ，把石漠化治理提到了国家目 标的高度。 我国西南喀斯特地区土地石漠化，因其具明显的地域性，一直未能引起国际 社会的广泛关注，也没有被明确列入荒漠化防治国际公约的防治范围。所以，在 国际上喀斯特土地石漠化的科学内涵一直不是很明确，其成因理论及防治研究也 几乎是空白。在国内，近些年来有部分学者从地质学、喀斯特学、生物学、水文 学环境学、生态经济学等不同的领域开展了喀斯特石漠化的研究，并取得了一些 可喜的研究进展。尽管如此，在喀斯特石漠化的研究和治理中，仍然存在生态建 设超前、基础研究落后的严峻现实。其中作为影响石漠化的一个重要环境因 子一一土壤，尤其是土壤厚度、土壤抗蚀年限等方面的资料还没有统一化、系统 化。本课题正是基于这一研究背景，从地质学、地貌学、生物学、生态学、土壤 发生学、区域土壤地理学等多学科的角度研究喀斯特山区石漠化分级分类中土壤 的性状特征，从实践和理论上完成对喀斯特山区石漠化土壤基础资料的统一化和 系统化，为西部大开发和可持续发展服务。 2 国内外研究现状及水平 2 1 喀斯特石漠化概述 2 1 1 石漠化概念的提出 石漠化灾害概念与2 0 世纪8 0 年代初期提出。杨汉奎采用喀斯特石漠化( k a r s t d e s e r t i f i c a t i o n ) ，袁道先采用石漠化( r o c kd e s e r t i f i c a t i o n ) 概念，用来表征植被、 土壤覆盖的喀斯特地区转变为岩石裸露喀斯特景观的过程，并指出石漠化是中国 南方亚热带喀斯特地区严峻的生态问题，导致了喀斯特风化残积层土壤迅速贫瘠 化，是我国四大地质生态灾难中最难整治、最难摆脱贫困的地区。喀斯特石漠化 是土地荒漠化的主要类型，以脆弱的生态地质环境为基础，以强烈的人类活动为 驱动力，以土地生产力退化为本质，以出现类似荒漠景观为标志。通常所称的石漠 贵州大学2 0 0 8 届硕士学位论文贵州喀斯特石漠化地区荒地土壤理化性质及环境效应研究 化是指狭义石漠化，是特指在南方( 特别是滇、黔、桂) 湿润地区碳酸盐岩( 石灰 岩、白云岩等) 形成的喀斯特地貌上，由于植被破坏而引起水土流失导致的石质 荒漠化；广义石漠化是指以流水侵蚀作用为主的、包括多种地表物质组成的以类 似荒漠化景观为标志的土地退化过程。周政贤提出石漠化主要是指喀斯特地形区 石漠化，它是指在水热因子及其配合适宜森林生长发育的环境条件下，碳酸盐类 岩层发育的喀斯特地形和其立生的自然植被生态系统，在反复遭受人类不合理的 干扰破坏，改变土地利用方向，原来脆弱的生态系统退化，以化学风化为主的各 种形态岩层大面积裸露，其中纯质灰岩区形成仅有稀疏的藤刺灌丛覆盖的石海， 白云质灰岩区形成稀疏植被覆盖的坟丘式荒原，相似于干旱少雨地区荒漠化景观 的一种退化土地。并且他们强调了石山荒漠化使水土流失的一个突出特点。为了 区别在不同岩性基底上所发育的石漠化，王世杰指出喀斯特石漠化就是在亚热带 脆弱的喀斯特环境背景下，受人类不合理社会经济活动的干扰破坏，造成土壤严 重侵蚀，基岩大面积裸露，土地生产力严重下降，地表出现类似荒漠景观的土地 退化过程。喀斯特石漠化是一种土地退化过程，也是一种退化土地或土地退化现 象。 2 1 2 喀斯特石漠化地区生态环境 喀斯特石漠化是自然环境中一种独特的地理景观，以二元结构( 即地表喀斯 特景观单元和地下喀斯特景观单元共同组成的一个密切联系相互制约的双重结 构体) 为基本特征，形成了脆弱的生态环境。它是以脆弱的生态地质环境为基础， 以强烈的人类活动为驱动力，以土地生产力退化为本质，以出现类似荒漠景观为 标志。其生态系统对外界干扰显得脆弱和敏感，系统的抗逆能力、稳定性和自我 恢复能力较低，并且其自然灾害频繁，耕地面积不断减少，还使植被发生变异以 适应环境，造成喀斯特山区的森林退化，区域植物种属减少，群落结构趋于简单 化，甚至发生变异。而特定的生态地质环境背景决定了其生态敏感度高，环境容 量低，抗干扰能力弱和稳定性差的特点。决定其生态环境的生态地质的背景的主 要因素包括：陡峻破碎的地貌格局；碳酸盐岩广泛分布，喀斯特强烈发育；降水 充沛、暴雨多、河流落差大。另外还有人为活动及该地区特定的气候条件也为造 成其特殊生态环境提供了条件。王世杰、李阳兵等对不同地质背景下岩溶生态系 统的自然特征差异进行了研究认为岩溶生态系统各圈层发生着地质地貌组合一 贵州大学2 0 0 8 届硕士学位论文贵州喀斯特石漠化地区荒地土壤理化性质及环境效应研究 水文土壤组合一植被和小生境组合结构的作用过程，不同组合结构的岩溶生态系 统具有特殊的功能和圈层的耦合作用，其本底稳定性与脆弱性各异，从而形成了 不同区域岩溶生态系统及生境类型的多样性。黔东地区林地和草地也有不同程度 的退化，且退化主要集中在碳酸盐岩分布区。随着喀斯特地区植被的退化，土壤 动物种群数、个体总数、丰富度和多样性指数均急剧降低，指示着土壤生态系统 的恶化现象的存在。 2 2 贵州省喀斯特石漠化形成的生态地质环境背景 贵州省处于世界上成因最复杂、类型最齐全、分布面积最大的东亚喀斯特中心。 特定的生态地质环境背景决定了喀斯特生态环境的脆弱性。生态敏感度高，环境容量 低，抗干扰能力弱和稳定性差为其主要特征。贵州喀斯特山区地貌类型复杂、山高 坡陡、土被薄而不连续，加之森林覆盖率低和人为活动的强烈干扰，土地石漠化的形 势日益严峻。 2 2 i 陡峻破碎的地貌格局 地史上多次造山运动致使贵州省地层褶皱断裂发育，其主要特征表现为除威宁、 赫章一带还保存部分原始高原面外，大部地区崎岖破碎，在连绵起伏的山岭中或山 岭之间，散布着高差1 0 0 2 0 0 m 的丘陵，镶嵌着大小不等而形态各异的峡谷、河谷盆 地与岩溶盆地，各种地貌类型交错分布。由于长期经受强烈的内外营力作用，贵州 高原的地形切割度和地面坡度都比较大。其中水平切割密度，在西部乌江上游和红水 河上游为1 1 1 4 k m ( 1 0 0 姘) ，在东部、东北部沅江上游为2 0 3 0 k m ( 1 0 0 k m 2 ) ， 全省平均1 7 k m ( 1 0 0 k m 2 ) 以垂直切割深度，在中部、东北部为3 0 0 5 0 0 m ( 1 0 0 心) ， 在西部、南部和北部一般为5 0 f f - - 7 0 0 m ( 1 0 0 k m 2 ) ，个别可达到1 0 0 0 m ( 1 0 0 k m 2 ) 一 地面坡度小于1 0 0 的土地占贵州高原土地总面积的1 4 2 4 ，1 0 0 2 5 0 的占5 0 6 9 ， 大于2 5 0 的占4 1 0 7 贵州高原这种山多平地少的地貌格局，以及由此而产生的较 大的切割度和较大的坡度，决定了其生态环境的脆弱性与敏感性。在贵州高原降水 量较大、暴雨多的情况下产生的强烈外动力作用，是水土流失的潜在动因。 2 2 2 碳酸盐岩广泛分布，喀斯特强烈发育 贵州省喀斯特分布面积1 3 x 1 0 4 k m 2 ，占土地总面积的7 3 6 ，碳酸盐岩的总厚度 为6 2 0 0 - - , 1 1 0 0 0 m 。从地质年代的晚元古代震旦纪到古生代及新生代的第三纪，每个 地质年代的地层都有不同面积和厚度的碳酸盐岩分布和出露。在各种地貌单元中碳 贵州大学2 0 0 8 届硕士学位论文。贵州喀斯特石漠化地区荒地土壤理化性质及环境效应研究 酸盐岩均有分布：在小起伏山地所占比例最高，其次是喀斯特山地、梁峁丘陵和喀斯 特丘陵，而在低丘陵、中起伏山地、起伏平原和高丘陵所占比例最低。 2 2 3 降水充沛、暴雨多河流落差大 贵州高原属于中亚热带湿润季风气候地区，降水较丰富。除西北部边缘的威宁、 赫章等地年降水量不足1 0 0 0 m m 外，多数地区为1 0 0 0 1 3 0 0 r a m 全省平均径流系数 达o 5 4 ，为水土流失提供了充足的动力。更为重要的是在夏季( 5 月一1 0 月) ，全省范 围内的大雨、暴雨和短历时高强度的暴雨，以及连续暴雨都较多。因此，在1 5 0 - - 6 0 0 的裸露坡地和植被稀疏的坡耕地上，不论溅蚀、面蚀或细沟侵蚀都很严重。贵州高 原的河川都是山区雨源型，大致以苗岭为分水岭，分属长江流域和珠江流域：天然落 差大，以贵州高原最大的河流乌江为例( 全长约1 0 3 8 k m ) ，全干流省内天然落差为 2 0 3 6 m 其它山区性小河也多有落差大、水流急的特点。贵州高原河川径流的径流 深与径流量均较大，年内分配不均，洪枯流量倍比达数百至数千，雨季汛期水土流力 强劲。 2 2 4 人为加速土壤侵蚀、林地的破坏和变迁 人为加速石漠化过程是一种与脆弱生态地质背景和人类活动相关联的土地退化 过程，可以认为强烈的岩溶化过程是其产生的主要自然原因，人类对生态的破坏和 土地的不合理利用，是激发石漠化过程的主要人为因素。它主要发生在斜坡、陡坡 地带，包括山区有林地经砍伐退化为灌丛草地，进一步砍伐退化为荒草坡；山区有 林地经毁林开荒变成坡耕地，经水土流失石漠化；坡耕地经水土流失石漠化。 人为的毁林开荒是植被丧失的一种重要形式，而植被是喀斯特自然生态系统的 关键成分，它维系着整个生态系统的环境优劣和水分平衡，因此植被系统的退化是 整个土地系统退化的主要原因，也是环境退化的重要原因。土壤遭受侵蚀后土层变 薄，肥力下降，不仅植被覆盖率降低，植被类型也相应发生变化。也就是说植被类 型的变化间接地反映了土地生产力退化的状况。石漠化从形成初期阶段到演化的后 期，植被类型的演替序列为，次生乔灌林一灌木林一稀灌草坡一草坡。 2 3 喀斯特石漠化的研究现状 1 9 7 9 年h e l e g r a d 首次提出了喀斯特地区的生态环境问题，1 9 8 3 年美国科 学促进会第1 4 9 届年会上，正式把喀斯特和沙漠边缘地区等同地列为脆弱环境。 国外早期的喀斯特研究主要侧重地质成因、地貌特征、水文特征以及发育过程。 贵州大学2 0 0 8 届硕士学位论文贵州喀斯特石漠化地区荒地土壤理化性质及环境效应研究 继之，结合社会、经济发展需要，对喀斯特水文地质、工程地质、地球物理勘探、 喀斯特洞穴、喀斯特发育理论等做了大量研究。由碳酸盐类岩石发育而成的喀斯 特地貌在世界上有广泛的分布，据粗略统计，全球碳酸盐岩出露面积约2 2 x1 0 6 k m 2 ，。占全球陆地总面积的1 5 。而中国西南地区的喀斯特以其连续分布面积最 大、发育类型最齐全、景观最秀丽和生态环境最脆弱而著称于世。中国的喀斯特 按可溶性岩地层分布面积达3 4 4 1 0 5k m 2 ，其中碳酸盐岩出露面积达9 0 7 l o4 k m 2 。其碳酸盐类岩石主要集中在滇、黔、桂三省区。贵州喀斯特( 岩溶) 区是 我国乃至世界热带、亚热带喀斯特地貌分布面积最大、发育最强烈的高原山区位 于西南喀斯特地貌最集中成片分布的中心片区也是世界上发育最完全的喀斯特 连续地带。据统计，贵州省分布在岩溶地区的县市有7 3 个，其中有3 2 个县市的 土地石漠化面积大于全省平均水平，有1 4 个县市的土地石漠化面积大于3 0 ， 有8 个县市的石漠化状况非常严重，土地石漠化面积大于4 0 。到2 0 0 0 年，贵 州省中度以上石漠化面积全省已达1 3 1 8 7 k m 2 ，占全省土地面积的7 4 9 ，成为 难利用土地。轻度石漠化以上面积达3 5 9 2 0k m ? ，占全省土地面积的2 0 3 9 。 另外，尚有4 3 7 1 4k m 2 的土地有潜在石漠化的趋势 2 4 喀斯特石漠化等级划分 在目前实际工作中常将石漠化等级的划分依赖于喀斯特石漠化区域景观特 征，如：岩石裸露率、植被覆盖率、土壤覆盖率、坡度等等进行划分。如有些学 者将石漠化等同于基岩裸露，将岩石裸露所占面积达7 0 以上的地带划分为中度 以上石漠化地区，6 0 7 0 为轻度石漠化地区、5 0 一6 0 为潜在石漠化地区、 裸露碳酸盐岩面积 5 0j 6 的地区为无明显石漠化区( 王瑞江，2 0 0 1 ；吕涛2 0 0 2 ) 熊康宁等人应有遥感调查在石漠化等级评价过程中，亦选择地表形态或基岩裸露 面积、土被面积、坡度、植被覆盖面积、平均土层厚度将石漠化强度分为无明显 石漠化、潜在石漠化、轻度石漠化、中度石漠化、强度石漠化、极强度石漠化， 从而指出贵州喀斯特地区轻度以上石漠化面积占全省土地面积的2 0 3 9 王世 杰等人同样是根据裸岩面积百分比、现代沟谷面积比、植被覆盖率、地表景观特 征( 裸岩出露方式) 、土地生产力下降率将石漠化程度分为轻度、中度、强度， 贵州喀斯特地区石漠化土地占全省土地面积的7 9 王世杰等还从组成喀斯特 生态系统地质、地貌、气候、植被、土壤、人类活动等几个方面入手试图找出该 贵州大学2 0 0 8 届硕士学位论文 贵州喀斯特石漠化地区荒地土壤理化性质及环境效应研究 地区石漠化的主要影响因子，并根据相关程度赋权，建立石漠化的评价指标体系。 然而在野外实际研究工作中发现：应用g i s 调查显示的中度以上石漠化区域内， 由于土层厚度、人为、地形地貌、水文气候等因素，小范围特征与整体特征截然 不同( 林昌虎，2 0 0 6 ) 如：在荔波茂兰基岩裸露率达7 0 以上，植被覆盖率超 过9 0 ，土壤颜色多呈暗黑或暗棕色，并无石漠化景象。根据贵州喀斯特山区 特点及野外调查情况：地质构造的频繁活动，垂直岩溶化作用强烈，表生带土壤 沿岩溶管道垂直迁移或顺斜坡横向迁移，是长期演化的结果，使表部土层较薄且 分布零散、稀少、散失。显然，由于当前对喀斯特石漠化等级的划分还停留在表 观现象上，没有能够上升到理性的、本质的认识。对待如何构建喀斯特石漠化等 级划分标准仍然需要持续深入地研究其植被、土壤和水文等的退化机理，建立与 石漠化发展过程偶合的必然关系。本研究正是基于这一现象和理论水平，拟通过 对土壤性状的认识，发掘石漠化与土壤退化的关联过程。根据本研究小组的研究 成果，拟定的石漠化等级划分标准( 林昌虎、何腾兵等，2 0 0 6 ) ，见表1 。 表1 纯碳酸岩喀斯特区石漠化强度分级标准表 t a b l e1p u r ec a r b o n a f i t ek a r s td e s e r t i f i c a t i o ni n t e n s i t yg r a d i n gs t a n d a r d 2 5 喀斯特石漠化研究进展 2 5 1 土壤氮、磷和钾素的研究进展 氮是生态系统中最重要的一种限制性营养元素。它是构成一切生命体的重要 元素，又是一种重要的环境污染元素。近年来，对喀斯特地区氮素的研究，多仅 限于农业土壤中的全氮，以及土壤有效氮。而对喀斯特地区非农业土壤氮素的研 究甚少。对喀斯特石漠化过程中，土壤氮素变异特征的研究更是鲜有报道。因此， 研究喀斯特石漠化地区土壤氮素的变异特征，对于了解喀斯特石漠化地区土壤生 态系统的健康状况和氮素循环，从氮素的角度来评价喀斯特石漠化生态系统的生 态稳定性，以及在此基础上对比分析不同程度喀斯特石漠化区域与非石漠化区域 土壤氮素对该区域土壤一植物生态系统所产生的生态环境效应具有重要意义。 贵州大学2 0 0 8 届硕士学位论文贵州喀斯特石漠化地区荒地土壤理化性质及环境效应研究 磷是植物生长发育的必需营养元素之一，参与组成植物体内许多重要化合 物，是植物体生长代谢过程不可缺少的。植物所利用的磷素，主要来源于土壤， 土壤中磷的总含量与其它大量营养元素相比较低。据全国土壤普查资料估算我 国有2 3 的土壤缺磷。缺磷的主要原因是由于土壤有效磷含量不足，施入土壤的 大量磷素在土壤中以无效态储备起来。磷肥的当季利用率一般只有1 0 之5 ， 不能满足一般作物的生理需求。土壤磷素的研究二十世纪七八十年代主要侧重于 测定技术方面，9 0 年代以来，对磷的形态，剖面分布及固定、解吸机理方面的 研究全面展开，有机磷方面的研究也有所发展。 土壤中钾素是植物生长必需的营养元素之一，它具有激活多种酶的活性、提 高光合速率、促进物质合成、增强作物抗逆性等功能，同时对于植物光合作用的 产物一碳水化合物的运移和储存有着重要作用( 许晓燕，2 0 0 1 ) 贵州喀斯特山 区具有大面积不良物理性质农耕地和裸地的存在( 何腾兵，1 9 9 5 ) ，为土壤侵蚀 以及石漠化的发生发展提供有利条件。对花江、清镇喀斯特山区石漠化治理过程 中土壤质量特征研究表明：石漠化治理不仅从宏观上改变了当地的面貌，对秀美 山川起到积极作用，而且对土壤的物理性状有明显的改善；土壤中速效钾在退耕 后表现出增加趋势( 何腾兵，2 0 0 4 ；罗海波，2 0 0 3 ) 贵州喀斯特山区的自然土 壤以石灰土类为主，石灰土云母类矿物脱钾不深，粘土矿物组成主要为蛭石和高 岭土，某些石灰土更保留着大量来自成土母质的水云母，一般情况下石灰土中的 钾和磷的含量普遍较红壤或黄壤丰富( 郑永春，2 0 0 2 ) 王波、鲍士旦等研究表 明：不同粒级的全钾( 棕攘除外) 、交换性钾和非交换性钾的含量随着粒径的减少 而增加( 王波，2 0 0 4 ) 喀斯特山区桉树林、荒地、针叶林、施过肥的坡耕地、 果园土壤利用类型的速效钾含量与旱冬瓜阔叶林相比，也都呈现不同程度的退化 ( 常凤来，2 0 0 4 ) 何腾兵等对石灰岩发育的石灰土上花椒根际与非根际土壤之 间的差异进行了研究，表明石灰岩发育的石灰土上花椒根际与非根际土壤之间的 差异达到显著水平，而生长发育差的花椒根际土壤缓效钾和速效钾含量均低于非 根际土壤，即钾在根际产生一定程度的亏缺，形成钾素养分的耗竭区带( 何腾 兵，2 0 0 0 ) 在黔中地区土壤速效钾含量最高点出现在潜在石漠化土壤中，其余不 同石漠化程度土壤钾素含量较为接近( 涂成龙等，2 0 0 4 ；