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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)
209.3
157.2
182.8
214.6
378.7
456.1
194.2
415.3
274.2
503.8
农民纯收入(元/人)
1412
1445
2365
2257
1959
2124
1723
2373
1494
2092
国内生产总值(元/人)
2440
1788
3823
3815
4091
4565
4002
6237
2990
3995
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)

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，发展特色有机产业。要关注周边山区石漠化的治理。
V．中高山岩溶生态区。地势高，自然条件差，年平均气温仅9度，严重制约了生态系统的生产能力，该区的人口密度仅48人/km2，土地垦殖率也仅有3.6%。因该区碳酸盐岩地层与非碳酸盐岩地层的互层，新构造活动断裂的存在，水、气的深部循环，深部地幔CO2的释放，使地表形成壮观的钙华沉积，形成独特的岩溶旅游景观。