石漠化問題分析
我國西南巖溶地區石漠化問題已非常嚴重，不僅受到了國內外專家、學者的關註，而且已經引起了黨和國家的高度重視。2000年就已將“推進西南巖溶地區石漠化綜合整治”列入我國“十五”計劃。巖溶石漠化是巖溶環境的土地退化過程，其形成既有自然因素又有人為因素，石漠化的動態和趨勢不但與地質背景密切相關，又在地質環境中有明顯的反映，並對人類環境和發展有重要影響。而目前，究竟選擇哪些地質指標來說明巖溶石漠化的情況和其環境的發展變化尚無系統研究。本項目擬結合國內外巖溶石漠化的研究進展，篩選出巖溶石漠化的主要地質指標，為科學評價巖溶石漠化環境並提出有效的治理對策服務。
壹、形成條件與影響因素
袁道先從系統理論的觀點出發，論述了巖溶生態系統的運行，受制於CO2-H2O-CaCO3 巖溶動力系統。巖溶石漠化形成的主要原因是可溶巖尤其是碳酸鹽巖的造壤能力低和長期強烈的巖溶化作用造成的地表地下雙重空間結構、地表幹旱缺水，加之人類不適當的土地利用引起的水土流失，產生石漠化。堅硬的碳酸鹽巖持水性低、大幅度的新生代擡升、缺乏大面積冰磧層或冰水堆積、水熱季節變化極端的氣候條件，也是形成石漠化的背景條件。水土流失與石漠化互為因果，水土流失導致石漠化，而石漠化是土壤侵蝕危害的極端表現形式，已到了無土可流的發展階段，石漠化嚴重意味著生存環境的逐漸喪失。石漠化還導致環境災害（如幹旱、洪澇、滑坡等）頻繁。石漠化環境惡性循環鏈的根源在於巖溶地質環境的脆弱性。不合適的人類活動是這壹惡性循環的驅動力（圖2-2）。
圖2-2 石漠化環境惡性循環框圖
（壹）碳酸鹽巖的溶蝕與成土過程
早在20世紀70年代許多學者，通過土壤的化學成分分析和巖石的溶蝕速度野外觀測，進行碳酸鹽巖溶蝕和成土過程的研究。碳酸鹽巖溶蝕後，可溶物被帶走，不溶物才形成土壤，碳酸鹽巖的不溶物含量不超過10%，壹般小於5%。柴宗新根據桂、黔、滇、湘、鄂及長江三峽碳酸鹽巖區11個樣品的平均溶蝕速度為0.0811mm/年，按巖石比重2.7t/m3、溶蝕模數為218.7 t/km2·年、不溶物含量為5%估算風化成土率為11 t/km2·年。袁道先等根據貴州紅黃土及廣西紅色粘土的化學成分分析結果估算，形成1m土層需要剝蝕掉25m的巖層，需要25萬～85萬年。根據貴州省巖溶區主要河流的輸沙量估算，貴州每年流失的成土物質總量約等於其60年的生成量。這是巖溶石山區土壤淺薄，土被不連續的主要原因。碳酸鹽巖的溶蝕與成土過程研究為石漠化的形成機理研究奠定了基礎。
國際對比表明：並非所有的巖溶區，碳酸鹽巖的分布及雙重空間結構都是不利的因素，在東南亞、中美洲等地的新生界碳酸鹽巖，孔隙度高達16%～44%，具有較好的持水性，而且地殼擡升也較小。雙重空間結構帶來的負面效應小，石漠化不嚴重。在俄羅斯和西伯利亞平原區由於巖溶的雙重空間結構反而有利於排除沼澤地過多的積水，堿性的碳酸鹽巖也有利於緩解沼澤地的酸性水，碳酸鹽巖區往往成為農業基地。
（二）特殊的水文生態過程
西南巖溶區氣候暖濕，降水充沛、集中，多年平均降雨量1000～2000mm，短歷時高強度的暴雨多，水土容易流失，加之長期強烈的巖溶化作用造成的地表地下雙重空間結構，不僅導致地表水漏失，地下水深埋，枯季地表幹旱缺水，而暴雨來臨，地下管道來不及排泄，又造成洪澇災害，以至於許多農田往往是旱澇交加。幾百年的剝蝕作用使周圍山坡上的巖石裸露，在窪地底部淤積了小片土壤，也因年年受淹而不宜植被生長。巖溶區，特別是大片的峰叢窪地區，常具有反向森林線（圖2-3）。在有利的氣候條件下，森林可在山坡中上部裸露巖石上發育，那裏土壤很少，樹木常用很深的根系從巖石縫中，甚至地下河中吸取水分營養（照片2-2）。
照片2-2 廣西鳳山縣坡心地下河
長期強烈的巖溶化作用造成的地表地下雙重空間結構，不僅導致地表水漏失，地下水深埋，地表幹旱缺水，這使表層巖溶水顯得尤為重要，其不但可以延緩降雨入滲水在表層帶停留的時間，使其更多為植被所利用，並可形成表層間歇泉（圖2-4），支撐起其上覆的生態系統，並與生態系統壹起對巖溶水文系統進行調蓄。而且，表層如具有良好植被和土壤層覆蓋時，還能有效增加降雨入滲補給量。在許多巖溶區雖然土被不完整或者是巖石大面積裸露，大量的風化殘余物存在於表層巖溶帶中，留存於石溝、石縫、石槽中的土壤肥力水平高，如果表層巖溶帶能提供足夠的水分營養，植物根系可以在這些裂隙中生長，甚至形成茂盛的喀斯特森林，從而形成良好的生態系統。
圖2-3 在中國南方巖溶區形成反向森林線
圖2-4 表層巖溶帶及巖溶管道二元結構示意圖
（三）土壤侵蝕和質量降低
巖溶山區特殊的土體剖面結構加劇了斜坡上的水土流失和石漠化。巖溶山區土壤剖面中通常缺乏C層（過渡層），在基質碳酸鹽母巖和上層土壤之間，存在著軟硬明顯不同的界面，使巖土之間的粘著力與親和力大為降低，壹遇降雨激發便極易產生水土流失和石漠化。西南巖溶區有數量眾多的地下河、洞穴，因此除了坡面侵蝕外，水土還通過落水洞向地下河流失。
壹般認為，土壤抗蝕性能與有機質含量有關，有機質含量越低，土壤抗蝕性越弱。由於石灰土表層集中了土體絕大部分的有機質，表層以下土壤有機質含量迅速降低，壹旦發生植被破壞和土壤侵蝕，富含有機質和植物養分的表土層被剝蝕，良好的土壤結構受到破壞，土壤水穩性指數和結構系數降低，土壤抗蝕抗沖能力明顯下降，土壤侵蝕加劇。
石漠化的過程實質上就是土地退化的過程。土壤的分布、厚度、養分含量和組成以及土壤的結構都直接影響了植被的種類和演化，土壤是維系巖溶生態環境良性循環的關鍵。通過典型樣地調查和土壤巖樣分析對石漠化過程中土壤的物理性質和化學性質進行研究，結果表明，隨著石漠化的發展，土壤粘性增強，容重增加，孔隙度降低，堅實度加大，保蓄水肥能力和通透度降低，結構惡化。同時，侵蝕和淋溶程度加強，生物富集作用減弱，土壤中全氮、腐殖質、陽離子交換量降低，土壤肥力下降，生產能力逐漸喪失。
另壹方面，不同土地利用方式下的土壤物理性狀有明顯的差異。隨著巖溶地區土地由自然林地向草坡地、人工林地、菜地、耕地轉換時，土壤沙化嚴重，土壤的容重增加，總的孔隙度降低。而隨著巖溶地區土地由菜地、耕地向撂荒地轉換時，土壤的各項物理指標都有所改善。
（四）巖溶植被與演化
森林生態系統在維持巖溶生態系統平衡方面具有重要作用。壹方面通過對水資源的調蓄，保證有限的水資源得以利用；另壹方面，使土壤抗侵蝕能力增強，加速石山區的風化成土過程。巖溶石山區的植被多為喜鈣的巖生性種群，群落生態穩定性差，食物鏈易受幹擾而中斷，黔南荔波縣茂蘭巖溶地區森林與湘南莽山花崗巖地區森林統計對比（表2-2），兩者面積都約20萬hm2，位於相同的緯度，氣候條件也相似，前者的蕨類植物、裸子植物的種屬數和森林的積蓄量都只有後者的20%～50%。
表2-2 黔南茂蘭巖溶地區森林與湘南莽山花崗巖地區森林統計對比
在這種缺土甚至無土的不良條件下，常常靠苔蘚、藻類植被先行，巖面苔蘚的最大持水率可達650.35%，其水分吸收或釋放能力可以高於裸巖的3～15倍，在碳酸鹽巖表面造成持水層，幫助灌木、喬木發展。在天然條件下，樹木在這樣的薄含水層上可以生長和發展成森林。但是，壹旦遭受破壞是很難恢復的。如果森林覆蓋率低，生態系統將無法抵禦外界的幹擾，失去自我調控及自我恢復能力。石漠化將不可避免。
王德爐等通過對貴州安順、普定、關嶺、荔波等地的樣地調查，認為植被的種類在退化過程中變化較大，高大的喬木逐漸被典型的小灌木取代，並隨著環境幹旱程度的加劇向旱生化發展，土地生產力的衰退是以喬木樹種的衰退為主要標誌，群落的生物量隨著石漠化的進程急劇降低（表2-3）。試驗證明，在巖溶石漠化山區，實行嚴格的封山育林，壹般在1～2年後可見草坡，5年後可見灌木，15～30年後可形成森林植被。
表2-3 石漠化過程中典型植物群落與生物量數據表
（五）地貌類型與地形坡度對石漠化的影響
地史上多次造山運動致使西南巖溶區褶皺斷裂發育，構成了地勢高低懸殊的峰叢窪地、峰林谷地、巖溶峽谷、斷陷盆地、峰林平原交錯鑲嵌的獨特地貌形態。加之巖性和地質構造等因素的影響，地貌類型極其復雜，地勢高低懸殊，為石漠化提供了動力潛能。隨著坡度的增加，坡面徑流加快，坡面上的土壤穩定性降低，水土流失加劇。如在貴州省，石漠化土地多集中在構造活動強烈的河流上遊及河谷地帶。
不同地貌類型區石漠化發生率存在明顯的區別，地貌類型對石漠化的影響主要是因為地貌類型控制了表層巖溶帶的發育及地形坡度。圖2-5表明，在峰叢窪地、峰林窪地、巖溶斷陷盆地區，石漠化發生率較高。地形相對平緩的巖溶丘陵、巖溶平原區石漠化相對較輕。不同的地貌部位，表層巖溶帶發育的規模也不同。
圖2-5 各巖溶地貌類型中石漠化發生率
地形相對平緩的地段，如峰叢山區的埡口、窪地底部、峰頂均是表層巖溶帶發育較好的部位，石漠化相對也較輕。而在巖溶峽谷地帶，石漠化發生率較低壹方面可能是由於地勢陡峻，人類活動較少。另壹方面可能是統計誤差造成的，由於地勢陡峻，而石漠化發生率是根據平面投影面積統計的，不能代表縱向剖面上的真實情況。
（六）石漠化的人為原因
巖溶生態環境是壹種對人類活動敏感的脆弱環境，土地宜耕地資源不足，承受自然災害能力低，土地質量差，勢必造成人口承載力低。隨著人口的增長，對土地掠奪式經營，主要是陡坡種植（＞25°）和過度的放牧。亂砍濫伐、鏟草皮、挖樹根、燒稭稈等在西南山區經常發生，不少地區尤其是交通不便的偏遠山區，在1990年以前普遍存在著“刀耕火種，燒山種地”的現象，造成了嚴重的水土流失和土地石漠化。此外，西南巖溶山區1/3的旱耕地仍采用落後的順坡耕種方式，加劇了水土流失和石漠化。近來發展較快的鄉鎮企業、修路等富民、便民工程等等，盡管以礦業開發為代表的新興經濟取得了壹定的經濟與社會效益，但由於規模小、管理差，大多以犧牲環境為代價，加速了本已脆弱的巖溶區的森林植被的破壞及水土流失，並形成生態破壞的惡性循環鏈。
此外，對石漠化影響比較大的是礦山、冶煉廠等的有毒有害廢棄物的排放。雲南省的蒙自、個舊、開遠、文山等為重度石漠化分布最廣泛的地區，黑色和有色金屬礦采選冶業對石漠化的影響極為嚴重，選冶過程中排放的廢棄物含有大量的鉛、鋅、砷、汞和二氧化硫等有毒有害成分，特別是二氧化硫等酸性氣體，造成企業周圍較大範圍高強度酸雨，如個舊市，酸雨出現的頻率為56%，酸雨pH值範圍為2.95～5.58。嚴重影響區內業已脆弱的林木、灌叢、藻類、苔蘚等植物的生長。在極端的情況下，大範圍內的碳酸鹽巖表面隨著藻類和苔蘚的死亡而呈白色。在這種嚴重的坡地退化狀態下，生態恢復在破壞因子消除後至少還需要20年。
二、發育程度
據調查區339個縣、市統計，石漠化比重大於60%的縣、市2個，比重50%～60%的5個，比重40%～50%的14個（圖2-6、圖2-7）。石漠化比重居前10位的依次是雲南省的曲靖市（77.3%）、廣西壯族自治區的大化瑤族自治縣（60.23%）、貴州省的黔西縣（58.92%）、貴州省的安順縣（53.26%）、雲南省的文山縣、廣西壯族自治區的靖西縣（51.69%）、貴州省的平壩縣（50.58%）、貴州省的長順縣（49.29%）、雲南省的開遠市（49.02%）和雲南省的硯山縣（46.86%）。
圖2-6 調查區縣、市個數與石漠化比重統計圖
圖2-7 西南巖溶縣石漠化發生率分布圖
三、主要危害
（壹）水土流失嚴重
據水利部門 1999年調查資料，以巖溶石漠化區為主的紅水河上中遊流域水土流失面積占土地總面積的 25%以上，紅水河河水含沙量為 0.726 kg/m3，流域土壤年均侵蝕模數1622 t/km2。持續不斷的大量泥沙淤積，正成為制約沿河水電工程發揮綜合效能的嚴重障礙，直接威脅著下遊珠江三角洲地區和港澳特區的生態安全。
（二）耕地面積減少，人地矛盾加劇
據對烏江流域近年來的遙感觀測：該流域 89%的新增石漠化面積是由陡坡旱耕地演變而來的。石漠化的加劇，使耕地質量下降並被破壞，可耕地面積因此減少。如位於黔中的普定縣現人均擁有耕地僅0.04 hm2，而每年新增嚴重石漠化面積就達 500 hm2。由於新增的石漠化主要發生在陡坡耕作區，相當於全縣每年人均減少耕地 0.0016 hm2，即人均耕地年平均減少4%，人地矛盾日趨突出。
（三）加劇了人畜飲水和灌溉用水的困難程度
由於巖溶地區的漏鬥、裂隙及地下河網發育，地表徑流又能較快地匯入地下河系而流走，加上石漠化地區地表土層流失殆盡，植被生長困難，地表土壤植被系統的貯水保水功能大幅度降低，導致地表可方便利用的水資源極度匱乏，大部分石漠化地區都不同程度地存在人畜飲水困難。雖經近年的渴望工程解決了相當部分的人畜飲水問題，但目前西南巖溶石山地區還有1700萬人飲水困難。並且大面積的地表幹旱，滇、黔、桂3省（區）有 168萬hm2耕地受旱。
（四）生物多樣性程度低
石漠化地區植物種群結構的垂直結構和水平結構不明顯。從植物群落來看，正常的生長型類植物群落應該是：木本植物（喬木、灌木、竹類、藤本植物、附生木本植物、寄生木本植物）、半木本植物（半灌木、小半灌木）、草本植物（多年生草本植物、壹年生草本植物、寄生草本植物、腐生草本植物、水生草本植物）、葉狀體植物（苔蘚及地衣、藻菌）等。但由於森林植被被嚴重破壞，植物群落結構已變得非常簡單，隨之而來的是生物遺傳多樣性、物種多樣性和生態系統多樣性的消失，很多物種滅絕。
在石漠化地區，綠色植物的嚴重破壞導致生物之間的食物鏈關系和食物網關系越來越簡單，層次越來越單壹，生態系統能量流動嚴重受阻。
農業產業以種植業為主，種植業中又以糧食種植為主，主要種植玉米、紅薯、大豆等旱地作物。農產品以低產、低質、低效產品為主，農產品單產低。
（五）生態環境持續惡化，旱澇自然災害頻繁
在石漠化地區，由於地表植被破壞，形成“地表水貴如油，地下水滾滾流”和“三天無雨地冒煙，壹日大雨半月澇”的現象。在幹旱的時候，不僅生產無法正常進行，而且造成人畜的飲水用水的嚴重困難。而壹旦出現強降雨，又會形成大面積內澇，幹旱、洪澇等自然災害輪流使災區人民的財產遭受巨大損失，生命安全也受到嚴重的威脅。據不完全統計，黔、桂、滇3省（區）200個縣中，1999年遭受旱、澇等自然災害，農作物受災430萬hm2，損壞耕地6萬hm2，因災減產糧食300萬t，直接經濟損失121億元。
（六）居民生活貧困，經濟、文化落後
石漠化地區已成為我國農村貧困程度最深、社會經濟發展嚴重滯後的地區，目前西南巖溶區有經濟重點扶持的貧困縣152個，約1000萬人沒有越過溫飽線，約占全國貧困人口的壹半。貴州省48個國家級貧困縣中有39個集中分布在石漠化較突出的喀斯特山區，2000年底全省有貧困人口 313多萬人，其中大部分分布在石漠化地區。
石漠化地區生產和生態效率低，居民生產生活設施差，文化層次低品味，生活質量低。居民飲水難、行路難、用電難、聽看廣播電視難，居民世世代代長期生活於超穩定、超封閉和超自然經濟的社會環境中，形成了低品味的文化層次，物質文化消費和精神文化消費的低層次、文化心理愚昧和思維方式以及價值觀念的低層次的長期混合積澱並發揮作用。
四、發展趨勢
石漠化演變總體上呈嚴重惡化趨勢。石漠化面積達11.35萬km2。占總面積的22.6%，並以每年1.86%增長率增加，如果不能及時治理，西南巖溶區石漠化面積將在30年左右翻壹番。屆時在西南巖溶區將有1/3的國土面積演變為石漠化區。
五、防治對策
20世紀80年代以來，在西南巖溶區開展了很多項目，如實施了“八七”扶貧攻堅計劃，退耕還林工程、“長防”和“長治”工程、“珠治”試點工程，以及國土資源大調查、國家科技攻關、世界糧食計劃、世界銀行貸款和澳大利亞、新西蘭的援助項目等，在石漠化治理方面已經取得了不少經驗。
（壹）以治水為龍頭的巖溶流域綜合治理
巖溶石山區特殊的雙層水文地質結構，造成地表嚴重幹旱缺水，而豐富的地下水資源又未能充分利用，加上土少地薄，糧食產量低，導致上山開荒毀林，進壹步加劇了水土流失和石山的石漠化。這壹惡性循環鏈的始端是未能有效利用巖溶水資源。因此應以流域為單元，重點解決水的問題，然後開展綜合治理。“六五”以來，湖南洛塔在位置較高但有隔水層的巖溶盆地進行堵窪成庫，建設小水電和水力灌溉渠道；然後，對整個巖溶盆地進行山、水、田、林、路綜合治理，取得了成功經驗。“十五”期間，通過開展國家科技攻關課題，在廣西平果果化和環江古周峰叢窪地以及貴州花江巖溶峽谷建立了石漠化環境生態重建示範區，在解決幹旱缺水、生態脆弱、居民貧困等方面均取得了顯著效果，成為石漠化綜合治理的新樣板。“珠治”試點工程，是2003年開始實施的以治水為龍頭的巖溶流域綜合治理的典型工程，兩年來，已在貴州的關嶺、晴隆、興義、興仁等縣取得顯著成效。國土資源大調查計劃中2003年以來實施的西南巖溶水開發示範項目，在雲南的小江流域、貴州的大小井流域、廣西的刁江流域和湖南的新田河流域等取得了地下水開發並帶動區域經濟發展的成功例子。
（二）“養殖—沼氣—種植”三位壹體
以沼氣為紐帶，發展林果業和養殖業，把發展沼氣同退耕還林、封山育林及發展養殖業結合起來，也是遏制石漠化的成功經驗。廣西恭城縣就是壹個樣板。以發展果園和庭院經濟為主來代替傳統的農業，以養殖業為支撐的沼氣為主要能源，不但農民的收入顯著提高，石山區的植被覆蓋率由1988年的54.3%提高到1998年的74.4%。
（三）發展立體生態農業
發展立體生態農業，既能夠有效利用土地資源又不毀壞其脆弱的生態環境。立體農業的具體內容根據各自的地貌特點和地質特點因地而異，如20世紀90年代在廣西馬山弄拉建立的峰叢窪地立體生態農業模式，耕地主要在窪地底部，以旱作糧食作物為主，山麓、平緩的山坡重點發展優質果樹和經濟林、用材林，間種藥材；峰叢埡口和比較陡的山坡主要發展金銀花等藤本植物，有土地段適當發展竹林；陡峻山峰地段則長期封山育林，重點發展水源林，涵養表層巖溶水。“十五”期間，在廣西平果果化，根據當地峰叢窪地的地形特點，又發展成為復合型立體生態農業模式。貴州摸索的壹套簡單易行的措施，如“山頂帶帽子”（封山育林）、“山腰系帶子”（砌墻保土、坡改梯）、“山腳蓋被子”（推廣農用薄膜及大搞農田基本建設、建立穩產高產農田）也是石漠化治理成功的範例。
（四）生態移民
對石漠化非常嚴重的地區，移民也是石漠化治理的壹項非常有效的措施，它能夠減輕人口對巖溶生態環境的壓力，封山育林，生態環境恢復效果顯著。20世紀90年代以來，廣西環江縣建立肯福、城北等移民開發區，建立了壹整套的林（果）—草—畜（牧）—沼復合生態系統技術體系和科技+公司+基地+農戶的管理模式，成功安置從巖溶山區移出的居民7萬多人，2004年人均純收入2000多元，成為居民環境明顯改善、生活富裕的移民新村。