中國西南巖溶地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性及成因分析

劉春，呂殿青（通訊作者），陳洪松，聶云鵬

（1.湖南師范大學資源與環(huán)境科學學院，長沙 410081；2.中國科學院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站，環(huán)江 547100）

生態(tài)環(huán)境是人類生產(chǎn)生活賴以生存的基本條件。近年來，隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，人類不合理土地利用，加上生態(tài)保護意識淡薄，西南地區(qū)生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞。西南喀斯特地區(qū)的石漠化，與黃土高原的水土流失、西北地區(qū)的沙漠化并稱為影響我國經(jīng)濟發(fā)展和人民生活的三大生態(tài)災害。西南巖溶石山地區(qū)與黃土高原更是被視為我國貧窮與環(huán)境退化問題最突出的地區(qū)。國外巖溶地區(qū)人口貧困與環(huán)境的壓力相對較緩，其生態(tài)環(huán)境問題一般處于保護階段，而我國西南巖溶地區(qū)面臨貧困與生態(tài)環(huán)境惡化雙重壓力，人與自然矛盾尖銳［1]。本文試圖通過對西南典型巖溶地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性、成因進行深入分析，提出相應防治對策，以期為當?shù)厣鷳B(tài)重建、水土資源協(xié)調(diào)利用以及緩解環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展矛盾，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

我國巖溶分布主要在西南以貴州為中心的滇黔桂湘鄂川渝地區(qū)，面積約54×104k m2，是全球三大喀斯特集中分布區(qū) （歐洲地中海沿岸、美國東部、中國西南部）中連片裸露碳酸鹽巖面積最大、發(fā)育最完全的地區(qū)。其中尤以廣西和貴州分布面積較大，分別占該?。ㄗ灾螀^(qū)）總面積的37.8%和73.6%［2－3]。巖溶山區(qū)土層薄瘠，水土流失嚴重，自然災害頻繁，生態(tài)環(huán)境極其脆弱。并且，全國近1／2的貧困人口聚集于此，是我們最大的貧困邊遠地區(qū)之一［4]。

1 西南巖溶地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性表現(xiàn)

生態(tài)環(huán)境脆弱性是生態(tài)系統(tǒng)或者景觀在特定時空尺度相對于外界干擾所具有的敏感反應和自我恢復能力，是自然屬性和人類經(jīng)濟行為共同作用的結(jié)果［5]。嚴格的生態(tài)脆弱性概念側(cè)重于突出生態(tài)系統(tǒng)偏離原生環(huán)境的程度，即生態(tài)環(huán)境受外界干擾后所表現(xiàn)出的不穩(wěn)定特征［6]。西南巖溶山區(qū)是一種相對獨特的地域環(huán)境單元。其特殊的空間介質(zhì)具有地上、地下雙層結(jié)構(gòu)，常常形成“土在樓上，水在樓下”（土地在各級高原面上，水在峽谷中流）的水土資源不配套的基本格局［7]，導致巖溶山區(qū)生態(tài)脆弱環(huán)境存在多樣性，即巖溶生態(tài)系統(tǒng)存在先天的水資源脆弱性、土壤資源脆弱性、植被資源脆弱性［8]。巖溶生態(tài)環(huán)境作為一種特殊物質(zhì)、能量、結(jié)構(gòu)和功能體系構(gòu)成的多相多層次復雜界面體系，集中顯示出環(huán)境界面變異生態(tài)敏感度高、環(huán)境容量低、抗干擾能力弱、生物量小，空間轉(zhuǎn)移能力強、環(huán)境容量低、穩(wěn)定性差等一系列生態(tài)脆弱性的特征［9]。隨著人類不合理的經(jīng)濟、生產(chǎn)活動，促使巖溶山區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的脆弱性表現(xiàn)更加突出。

1.1 環(huán)境容量小，土地承載能力低

水、土、氣是人類賴以生存的環(huán)境要素，在西南巖溶地區(qū)水、土資源俱缺的背景下，可供土地利用的土地要素決定著環(huán)境人口容量大小。但嚴重人口的快速增長造成農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)退化，土地質(zhì)量變異和承載力降低［10]。西南巖溶山區(qū)山多坡陡，人均耕地（基本農(nóng)田）已低于聯(lián)合國規(guī)定的人均耕地警戒線。貴州省是全國唯一沒有平原支撐的喀斯特山地省，總?cè)丝谟?949年的1 416.40萬人增長到1999年的3 710.06萬人［11]；而人均耕地面積由1949年的0.127 h m2銳減到1999年的0.051 h m2，且80%屬于坡陡貧瘠的低產(chǎn)耕地［12]。據(jù)計算，就目前生產(chǎn)力水平條件下，貴州的合理人口容量約為2 950萬人（而1998年底貴州實有人口3 655萬人，人口超載達700萬，全省每年需調(diào)進糧食約10×108kg），即167人／k m2，遠低于聯(lián)合國規(guī)定人均糧食300 kg，只相當于同緯度我國東部非喀斯特省份如湖南的50%、江西的70%，不到江蘇的30%［9，12]。另外，迫于生存壓力，居民向坡面大范圍開荒，森林植被被砍伐后辟為旱耕地，但坡面土地貧瘠且有效利用率低，且土壤肥力隨坡度的增加而降低。目前貴州?。?5°的陡坡耕地約63.84×104h m2，占耕地總面積的13.14%，某些地區(qū)甚至可達40%以上［8]。

1.2 承災能力弱，巖溶地區(qū)旱澇災害頻繁

西南巖溶地區(qū)地表地下二元空間結(jié)構(gòu)導致土層淺薄且不連續(xù)，土壤的貯水保水能力差，大部分地表水源嚴重漏失，使地表生境干旱缺水；而轉(zhuǎn)入地下水系管網(wǎng)的水，由于各地段地下管網(wǎng)的通暢性差異很大，一遇大雨又很容易在低洼處堵塞起來造成局部澇災［9]。另外，降水量的季節(jié)分布差異大，導致巖溶水資源時空分布不均勻，加之地下水源利用率低，開采難度較大，導致水資源總量豐沛的巖溶地區(qū)常造成人畜飲水困難，農(nóng)田旱澇災害頻繁。這實質(zhì)上是喀斯特環(huán)境承災的閾值彈性小、生態(tài)環(huán)境脆弱的一種反映。據(jù)資料，滇黔桂等?。ㄗ灾螀^(qū)）約有800多萬人缺少飲用水，滇桂兩省（自治區(qū)）還有約300萬頭牲畜飲水困難。秋旱、暴雨幾率最高到達80%，據(jù)廣西1950～1980年數(shù)據(jù)統(tǒng)計：全區(qū)受旱面積在約46.67×104h m2以上的有13年次，平均2、3年一次［13－14]；1951～1987年的37 a間，貴州省農(nóng)作物受災年份就有34 a，平均受災面積70×104h m2／a，占同期農(nóng)作物播種面積的25%；1985～1990年僅旱災一項累計受災面積610×104h m2，平均每年101.6×104h m2［15]。從近幾十年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，巖溶地區(qū)的旱澇災害出現(xiàn)頻率明顯高于氣候條件類似的非巖溶地區(qū)，并有不斷升高的趨勢。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性弱，易受破壞且恢復難度大

穩(wěn)定性是系統(tǒng)在外界干擾條件下仍維持和恢復其結(jié)構(gòu)功能特點的能力［6]。森林植被對巖溶區(qū)的水土保持和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定起著關鍵和主導作用，其中植被類型與覆蓋度直接決定著自然生態(tài)系統(tǒng)功能的強弱［8]。西南巖溶區(qū)特殊的水文地質(zhì)特征，致使該區(qū)植被具有石生性、旱生性、喜鈣性等特點，導致適生樹種少，群落結(jié)構(gòu)簡單，生態(tài)系統(tǒng)演替速度慢，植被覆蓋率低，系統(tǒng)自我調(diào)控和恢復功能弱［16－17]。據(jù)調(diào)查，貴州省除農(nóng)業(yè)植被占土地總面積的22%外，高覆蓋度的僅占15%，中覆蓋度的占28%，而低覆蓋度的卻占35%［12]；廣西巖溶區(qū)森林覆蓋率為17%，活立林蓄積量僅30 m3／h m2，不及全國水平的40%，且多以次生植被為主［18]。當人為因素干擾后，植被覆蓋類型將會發(fā)生改變，生物多樣性減少，生物量減小，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。加之土層淺薄，且不連續(xù)，小生境多樣且嚴酷導致森林植被逆向演替，出現(xiàn)石漠化，生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)能量交換就會暫時中斷，恢復難度極大。以黔中普定縣采石石區(qū)為例，當巖溶森林破壞后，自然演替從草灌叢→藤刺灌叢→萌生灌叢→疏林→森林，該過程至少需要30 a～45 a，經(jīng)對樣區(qū)附近胸徑為15 cm的樹種樣本分析，其樹齡已達32 a。由此推測，巖溶石漠化地區(qū)發(fā)展成喬木林地，則至少需要60 a以上［9]。

2 西南巖溶地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性成因機理分析

西南巖溶環(huán)境是一種脆弱生態(tài)環(huán)境，主要是由特殊的水文地質(zhì)背景所致，加上人類不合理的經(jīng)濟活動使本來脆弱的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境更加惡化，使脆弱的生態(tài)環(huán)境受到一定的脅迫性。因此，該區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱性主要是一個地質(zhì)生態(tài)問題［19]。其脆弱性是結(jié)構(gòu)型脆弱性（即內(nèi)在驅(qū)動因子）和脅迫型脆弱性（外在脅迫因子）協(xié)同作用的結(jié)果［20]。

2.1 先天的脆弱地質(zhì)環(huán)境背景

2.1.1 特殊的地質(zhì)構(gòu)造

西南巖溶地區(qū)石山基巖主要是由發(fā)育的四大碳酸鹽巖（砂頁巖、石灰?guī)r、花崗巖、白云巖）沉積構(gòu)成。碳酸鹽巖的主要成分是CaCO3和Mg CO3等，在濕熱的氣候環(huán)境下容易溶蝕風化。加之強烈的地質(zhì)構(gòu)造運動產(chǎn)生較大的地表切割和地形坡度，形成以峰叢洼地和峰林谷地為主山高坡陡，地形破碎的地貌結(jié)構(gòu)景觀。具有基巖裸露率高、植被覆蓋率低、水土流失嚴重，成土速率低等一系列特點［21]。

2.1.2 優(yōu)越的氣候環(huán)境

我國西南地區(qū)屬于溫熱帶、亞熱帶氣候，受東南季風、西南季風影響，高溫多雨、年平均氣溫20℃～21℃，年平均降水量1 300～1 700 mm，且雨量主要集中于4～9月份。由于獨特的地質(zhì)背景與氣候環(huán)境下，優(yōu)越的水熱條件，碳酸鹽巖發(fā)育，90%的溶蝕物沿著構(gòu)造裂隙隨著水體帶走，使風化土層不易保存。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，形成1 cm厚土壤需1 200～3 200 a［22]，成土速率遠低于侵蝕速率，導致大面積基巖裸露。加之，當?shù)剡m生植物具有耐旱性、嗜鈣性、石生性等特點，使其生物系統(tǒng)簡單，生物量少［23－24]。

2.1.3 復雜的水文過程

西南喀斯特地區(qū)水文過程相較其他脆弱區(qū)復雜。一方面，由于巖溶強烈發(fā)育，雨水溶蝕作用，巖石不斷被風化，形成溶洞、溶溝、溶隙、落水洞、地下河等地貌特征，降雨后地表水不斷下滲轉(zhuǎn)入地下，形成地表水系與地下水系并存的巖溶地區(qū)特殊的二元結(jié)構(gòu)水系。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，降雨入滲強度很大，入滲率達到95%以上，大部分水被入滲地下［25]。但復雜的地下環(huán)境，使得利用地下水難度很大，導致巖溶地區(qū)表現(xiàn)出“濕潤條件下干旱”。另一方面，降雨導致表層土壤隨雨水垂直下滲，外加表層土壤淺薄疏松、持水能力差，土壤層較高的碎石含量和巖溶管道、裂隙的存在使水分運移過程具有高度空間異質(zhì)性，促使巖石裸露面積增加，加快水土流失。

2.2 后天的人為因素作用

2.2.1 人多地少，人地矛盾尖銳

由于歷史和民族等原因，長期以來，少數(shù)民族在生育上的寬松與限制人口遷徙的政策，致使坡耕地比例與人口密度呈正相關關系。其中大于25°的坡耕地占總坡耕地面積比例最大，但這些坡耕地基本都未采取水土保持措施，加劇水土流失和環(huán)境的惡化。另外，人口的過度增長，超過了環(huán)境承載容量，導致人地矛盾、人糧矛盾突出，人增地減的趨勢明顯。以貴州為例，全省人口從1949年的1 400多萬人增加到1998年的3 600多萬人，而人均耕地面積則從1949年的1 266.7 m2降到1998年的506.7 m2［26]。據(jù)統(tǒng)計，在桂西北地區(qū)尚有40萬人生活在人均耕地不足0.02 h m2［14]。為生存起見，當?shù)鼐用駢ㄆ路チ帧⒉傻V放牧，導致植被被嚴重破壞，使原本脆弱的生態(tài)環(huán)境進一步惡化，加劇了區(qū)域水土流失、石漠化現(xiàn)狀。

2.2.2 地區(qū)封閉、思想落后、農(nóng)業(yè)粗放經(jīng)營

受當?shù)丨h(huán)境和生活條件的限制，巖溶地區(qū)居民接受教育條件有限，大都處于文盲、半文盲狀態(tài)。加上地區(qū)交通封閉，獲取外部科技信息困難，勞動力素質(zhì)低下，經(jīng)濟主要依靠自然農(nóng)業(yè)。當?shù)鼐用窳晳T沿用傳統(tǒng)的粗放式耕作，對靠天吃飯思想嚴重，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)只依靠傳統(tǒng)的人力和蓄力，科技含量甚低。粗放式耕作方式對土地利用多培肥少，致使土壤貧瘠化、廣種薄收、植被減少，最終導致生態(tài)環(huán)境惡化。地區(qū)糧食長期無法自給，農(nóng)民人均純收入遠遠低于地方平均水平。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術致使農(nóng)民經(jīng)濟來源單一，脫貧難度大，雖然政府啟動扶貧項目，調(diào)整經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，但是當?shù)厝嗣袼枷胍庾R淺薄，落實行動效果不佳，導致“人口增加－貧困－環(huán)境惡化”的惡性循環(huán)。

2.2.3 礦山資源的不合理開采

西南巖溶地區(qū)礦產(chǎn)資源極為豐富，為促進經(jīng)濟發(fā)展，各地區(qū)均大力開發(fā)礦產(chǎn)資源，一批大中型礦山和石材基地的建設確實能推動當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。但是由于大部分的礦產(chǎn)是露天開采，使得大量固體物質(zhì)離開原地，破壞地表植被和地貌，加速石漠化過程，而且礦區(qū)恢復重建工作幾乎沒有開展，使被破壞的土地得不到及時修復。據(jù)統(tǒng)計，美國采礦地的復墾率高達80%，而我國大型礦山恢復重建面積僅為用地總面積的24%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)集體和個體礦山更差，喀斯特地區(qū)也不例外。據(jù)貴州省的調(diào)查，20世紀80年代初期全省累計有礦業(yè)荒漠化土地450 k m2，1994年增至1 290 k m2，約占全省國土面積的0.73%。巖溶區(qū)地下暗河、落水洞極為發(fā)育，裸露巖溶區(qū)的礦產(chǎn)開發(fā)，引起地應力變化，巖石變形，上覆巖層結(jié)構(gòu)受到破壞，在重力作用下形成的地下空洞也常會引起塌方［26]。在雨季因地表無植被保護，地面破壞嚴重，常會誘發(fā)泥石流、滑坡等地質(zhì)災害。巖溶區(qū)礦產(chǎn)資源多為金屬礦，礦山的遺棄物如果處理不當，將會對土地造成嚴重污染，影響植被的生長。

3 西南巖溶地區(qū)生態(tài)環(huán)境問題防治對策

巖溶地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境不斷惡化，旱澇災害、水土流失、石漠化等自然災害的頻繁，加重當?shù)厣钬毨?，制約當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展?？梢?，西南巖溶地區(qū)生態(tài)環(huán)境治理的緊迫性、嚴峻性與艱巨性是我國西南地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展所面臨的極大挑戰(zhàn)，探求一套解決全區(qū)生態(tài)環(huán)境問題的綜合治理措施刻不容緩。

3.1 政府引導、居民主導共同治理巖溶地區(qū)的生態(tài)環(huán)境

首先，政府方面要制定一系列關于巖溶地區(qū)生態(tài)環(huán)境治理的法律法規(guī)，如制定關于巖溶地區(qū)生態(tài)環(huán)境治理的規(guī)劃方案。其次，要對巖溶地區(qū)環(huán)境脆弱區(qū)增加財政支出，并引導該地區(qū)實現(xiàn)扶貧型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變。最后針對當前西南地區(qū)居民人口眾多、思想文化落后、綜合素質(zhì)不高、環(huán)境保護意識不強的現(xiàn)狀。要控制人口數(shù)量，提高人口質(zhì)量，并且把保護當?shù)丨h(huán)境與他們自身利益掛鉤，發(fā)揮居民的主體意識，積極主動參與到生態(tài)環(huán)境治理當中。

3.2 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)“粗放經(jīng)濟”向“集約經(jīng)濟”、“循環(huán)經(jīng)濟”、“生態(tài)經(jīng)濟”轉(zhuǎn)型

基于目前巖溶地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，應緊緊圍繞蠶桑、藥材、水果、畜牧、水產(chǎn)、竹子、茶葉、油茶特色資源實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級。引進、試驗、示范和推廣先進適用技術，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展集約經(jīng)濟，拉長產(chǎn)業(yè)鏈條發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，比如“牧草－養(yǎng)牛－沼氣／糞便－牧草”循環(huán)產(chǎn)業(yè)體系。另外，大力發(fā)展特色旅游業(yè)，尤其是對生態(tài)旅游產(chǎn)品的開發(fā)。巖溶地區(qū)有豐富的自然景觀天然旅游景點和風土民情，如廣西桂林山水、湖南張家界森林公園、云南麗江、四川黃果樹瀑布等，充分發(fā)揮其獨特的生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)。把巖溶地區(qū)環(huán)境問題的治理與新型產(chǎn)業(yè)培植、開發(fā)相結(jié)合，既可保護當?shù)丨h(huán)境，并提高環(huán)境治理的經(jīng)濟支撐，又可提高本區(qū)農(nóng)民的生活水平。

3.3 加大科技支撐，實現(xiàn)由防護型向開發(fā)型轉(zhuǎn)變

利用GIS技術，繪制區(qū)域環(huán)境脆弱圖，分析不同地區(qū)脆弱度的空間格局，因地制宜。深入實施生態(tài)環(huán)境治理工程，加大退耕還林、水土保持、天然林保護等生態(tài)修復工程建設力度，創(chuàng)新大石山區(qū)石漠化治理與扶貧開發(fā)模式。巖溶地區(qū)地形、地貌、水文、氣候?qū)ζ渖鷳B(tài)環(huán)題影響比較大，因此引進專項研究人才，以科技為支撐，弄清環(huán)境問題形成的機理，探求問題的實質(zhì)，尋求科學的解決途徑。開發(fā)新型的治理模式，從根本處找到生態(tài)環(huán)境治理的辦法，取代傳統(tǒng)防護措施。采用水文地貌填圖技術，識別出災害產(chǎn)生地帶，進行有針對性的防治。

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