中国西南岩溶生态系统研究

中国西南岩溶生态系统研究岩溶生态系统是岩溶学科又一新的研究领域，“岩溶生态系统”被定义为受岩溶环境制约的生态系统。其系统中的物质、能量迁移都带有岩溶环境的“烙印”。中国西南岩溶石山区是全球碳酸盐岩集中分布的三大区之一(欧洲地中海沿岸、美国东部和中国西南部)，同时它也是我国南方、北方两大生态脆弱区(西南岩溶石山区、西北黄土高原干旱区)和国定贫困县集中分布区之一。因此，本项目的研究具有重要的理论意义和实际应用前景。本项目的新进展主要表现在以下几个方面：一、中国西南岩溶石山区有岩溶县292个，集中分布于北东向的构造隆起带上将中国西南1:50万地质图与行政区划图的叠加，并以县为信息单元，统计了碳酸盐岩的出露面积，以碳酸盐岩出露面积占国土面积的比例大于30％为标准，厘定中国西南岩溶石山区有岩溶县292个，集中分布于滇东、桂西、黔、湘西、鄂西、渝东，呈北东向的隆起带上(图1)。这为揭示岩溶环境对人口、资源、社会经济制约的规律提供了有效的研究途径。图1中国西南岩溶县分布图二、西南岩溶县的分布与社会经济发展状况存在内在的关系以2000年分省统计年鉴为源，用人口密度、人均国内生产总值、农民人均纯收入作为社会经济发展的指标。统计的结果(表1)显示：(1)广西、湖南、湖北、重庆4省市岩溶县的人口密度与非岩溶县人口密度作对比，则广西、湖南、湖北、重庆岩溶县的人口密度仅分别为非岩溶县的85.05%、83.03%、46.78%、54.43％。岩溶县的人均国内生产总值、农民人均纯收入也不及非岩溶县。(2)贵州省是西南碳酸盐岩集中分布的中心，其人口密度明显高于邻省桂西、湘西、鄂西及渝东碳酸盐岩集中分布区，但它的人均国内生产总值则远比邻省的低，其原因可能有两：①贵州土壤资源更缺乏，水资源更难利用。贵州碳酸盐岩出露面积占土地面积的比例61.2%,而岩溶地下水的资源量却占总水资源量的83%，石灰土面积仅占土类面积的25%；②当地居民靠生育、开荒和开矿与恶劣的生态环境抗争的观念根深蒂固。表1贵州、广西、湖南、湖北、重庆岩溶县人口密度、农民人均纯收入、人均国民生产总值与非岩溶县对比指标贵州广西湖南湖北重庆岩溶县非岩溶县岩溶县非岩溶县岩溶县非岩溶县岩溶县非岩溶县岩溶县非岩溶县人口密度(人/km2)209.3157.2182.8214.6378.7456.1194.2415.3274.2503.8农民纯收入(元/人)1412144523652257195921241723237314942092国内生产总值(元/人)2440178838233815409145654002623729903995三、广西岩溶县的分布与植被覆盖特征存在制约关系广西在60－80年代森林遭受几次大规模的砍伐，在80年代中后期实施封山育林，恢复至今岩溶石山区与非岩溶区有较大的差异：岩溶区灌丛平均覆盖率为14.81%,森林覆盖率平均为12.13%；而非岩溶区的灌丛群落覆盖率仅为1.92%，森林覆盖率平均为31.32%。而且它们的空间分布与碳酸盐岩的分布有较好的对应关系(图2),灌丛覆盖率与碳酸盐岩分布面积的比例成正比，而森林覆盖率与碳酸盐岩分布面积比例成反比。这意味着岩溶石山区植被恢复的缓慢。图2广西岩溶县的分布与灌丛覆盖、森林覆盖之间的空间关系上左：灌丛分布；上右：森林分布；下：岩溶县分布四、植被演化对岩溶表层带水循环有直接的影响弄拉是广西岩溶峰丛洼地生态建设的典型之一，选择封山育林40年、25年两个不同的植被群落进行对比，监测其表层泉的动态变化。兰电塘是乔木顶极群落，植被覆盖率95%，2001年4月—2002年5月，断流1次，31天；东望泉灌丛群落，植被覆盖率65%，断流两次，42天，124天(图3)。而且兰电塘泉的HCO3-、Ca2+浓度均高于东望泉，这表明封山育林、植被群落的恢复，不仅增强岩溶表层带对水循环的调蓄能力，而且有利于岩溶的发育。水位(cm)水位(cm)图3弄拉兰电塘泉与东望泉水位动态变化对比五、砂页岩(隔水层)的位置对水、土资源的影响不同的岩石组合特征可以制约岩溶区的土地利用方式。湖南保靖县塘口湾库区内两个紧密相邻的洼地：吉库洼地和老寨洼地。它们均受到NNE、NWW向两组断裂构造的影响，图4砂页岩(隔水层)的位置对水、土资源的影响左:吉库洼地的地质剖面及其景观右:老寨洼地的地质剖面及其景观在洼地的周边均发育有泉水，但吉库洼地的基底是由砂页岩组成，它既可以截留通过构造带从上游来的水，同时又阻隔了水向地下的渗漏(图4左),成为一片水源充足的水田；而老寨洼地，整体由碳酸盐岩组成，起阻水、隔水作用的砂页岩深埋地下40-60m，因此，虽然老寨洼地在周边也发育有岩溶表层泉和受断裂影响的常流泉，但流出的水很快漏失到地下，因而地表的土壤也就用于旱田的耕作(图4右)。六、西南岩溶生态评价分区采集了西南七省一市各县地质、气候、植被、土壤、社会经济等22个指标，结合西南岩溶生态特征，将西南岩溶地区分为5个生态区，其中3个生态区可分出7个生态亚区，4个生态亚区可分出9个生态小区(表3)。表3西南岩溶生态评价分区表各区的生态环境特征及生态治理(重建)的建议：I．隆起带岩溶生态区：碳酸盐岩连续分布，是中国西南碳酸盐岩分布最为集中的区域，也是石漠化最为严重、人们生活最为贫困的区域。I-1黔南、桂西亚区：纯碳酸盐岩分布区，因无隔水层，地表水缺乏，地下河发育，地貌以峰丛洼地和峰丛谷地为主；成土物质少，水土流失严重，土壤资源短缺,水资源难利用。(1)在开发地下水资源的同时，要特别关注岩溶表层带对水循环的调蓄功能，水柜建设要与岩溶表层带发育特征协调；(2)在石漠化治理、退耕还林(封山育林)的同时，要特别关注发展特色经济植物；(3)在遏制水土流失的同时，要降低人口增长，提高人口素质;(4)注意处理好土地利用与地下水之间的关系。I-2.黔北、湘西、鄂西亚区。碳酸盐岩与非碳酸盐岩互层，因隔水层的存在，常出现高位蓄水构造和悬挂式的地下河，而白云岩集中分布区可打井取水；不同岩性岩石互层出现，外源水的作用使成土速率和土壤质量有所提高，不同地质结构、水文地质结构对土地利用、生态环境的影响显著。局部地区岩溶生态环境问题依然突出。(1)在充分利用隔水层，修建水库、地下河引水工程，解决缺水问题的同时，要关注洼地、谷地防涝;(2)碳酸盐岩集中分布区要关注封山育林、治理石漠化;(3)要关注碳酸盐岩与非可溶岩互层情况下，元素迁移特征研究及特色经济作物的开发;(4)防治铁路隧道等基础工程建设，对岩溶水文地质结构的破坏，导致水源漏失。II．沉降带岩溶生态区。第四纪沉积物大量覆盖，耕地面积分布广，地貌以岩溶平原、峰林平原为主，水、土资源相对丰富，外源水对岩溶发育影响强烈，地表、地下岩溶形态发育。便利的交通为地表、地下岩溶旅游景观的开发提供了很好的条件。人类活动强烈，地下水易污染，岩溶塌陷、岩溶干旱时有发生。在大力发展该地区岩溶景观旅游业的同时，要关注地表水、地下水的合理利用和调配：(1)监测岩溶水资源的季节动态，调配水资源，治理岩溶干旱；(2)监测地下水水位，禁止过量开采而引起塌陷；(3)监测水质，防治水源污染。Ⅲ四川盆地岩溶生态区。碳酸盐岩深埋，出露面积小，岩溶水经过深部循环，多形成硫酸盐型热水，出现丰富的具医疗价值的温泉、热泉，有较高的经济开发价值。IV.断陷盆地及周边山地岩溶生态区。该区处于印度板块、扬子板块、西藏板块三大板块活动的交汇区，断陷盆地广布，盆地中有数十米至数百米厚的新生界松散层和半固结岩层，仅滇东盆底面积大于30km2的盆地有69个。断陷盆地不仅是大片耕地集中分布区，而且是政治、经济活动的中心，人口密集，需水量大，而盆地周边山地岩溶发育，地下河深埋，水源漏失，加上盆地降水比山地少1/3，因此断陷盆地常常是缺水的干坝子，水资源的短缺制约着当地社会经济的发展。综合开发地下水资源，解决盆地用水困难，充分利用好光热资源，发