石漠化演化過(guò)程的非線性探討
——以貴州銅仁地區(qū)為例

劉明智 (銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系,貴州銅仁554300)

陳明霞 (銅仁學(xué)院中文系,貴州銅仁554300)

高建強(qiáng) (銅仁學(xué)院生化系,貴州銅仁554300)

方小寧 (銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系,貴州銅仁554300)

石漠化是石質(zhì)荒漠化土地的簡(jiǎn)稱,是指喀斯特地貌地區(qū)的土地退化,已成為全球性的生態(tài)問(wèn)題之一,也是巖溶地區(qū)最大的生態(tài)問(wèn)題[1,2]。西南喀斯特山區(qū)的石漠化問(wèn)題是目前我國(guó)西部最為突出的兩大地域環(huán)境問(wèn)題之一。西南喀斯特山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的嚴(yán)重退化,特別是水土流失加劇導(dǎo)致土地石漠化面積的迅速擴(kuò)展,已極大地制約了當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,嚴(yán)重威脅到人們的生存環(huán)境,而且還危及長(zhǎng)江、珠江中下游地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。貴州省地處我國(guó)西南地區(qū),是我國(guó)石漠化較為嚴(yán)重的地區(qū)之一,全省共有1.476×106hm2石漠化山地,其中巖石裸露率在70%以上,面積達(dá)8.08×105hm2,在短期內(nèi)具有潛在石漠化趨勢(shì)的巖石山地有7.81×105hm2[3,4]。

1 研究區(qū)域概況

銅仁地區(qū)位于貴州高原東部,地理位置為E107°46′～109°25′,N27°07′～29°05′,處武陵山區(qū)腹地,東鄰湖南,西抵遵義市,南連黔東南州,北接重慶,是連接中原地區(qū)與西南邊陲的紐帶,享有 “黔東門戶”之稱。轄8縣1市1特區(qū)即沿河土家族自治縣、印江土家族苗族自治縣、德江縣、思南縣、江口縣、石阡縣、松桃苗族自治縣、玉屏侗族自治縣、萬(wàn)山特區(qū)和銅仁市。東西長(zhǎng)1.71×103km,南北寬2.19×103km,全區(qū)人口397.52萬(wàn),有土家、苗、侗、仡佬、回、布依、蒙古等29個(gè)民族,少數(shù)民族人口占總?cè)丝诘?4%。處于云貴高原向湘西丘陵過(guò)渡的斜坡地帶,以山地為主,占全區(qū)面積的67.8%,海拔在500～1000m之間,碳酸鹽巖石占巖石面積的52%,全區(qū)發(fā)育著不同規(guī)格的巖溶地貌[5]。

2 銅仁地區(qū)石漠化現(xiàn)狀

2008年10 月,經(jīng)到各縣市、特區(qū)的林科所或林業(yè)局及國(guó)土局 (所)調(diào)研及石漠化嚴(yán)重的德江、沿河實(shí)地考察,銅仁地區(qū)全區(qū)土地面積為1.8003×106hm2,喀斯特地貌為1.091433×106hm2,占全區(qū)土地面積的60.2%,其中無(wú)石漠化山地為3.70188×105hm2,潛在石漠化3.94014×105hm2,輕度石漠化2.29012×105hm2,中度石漠化8.1335×104hm2,強(qiáng)度石漠化1.5699×104hm2,極強(qiáng)度石漠化1.1.85×103hm2。銅仁地區(qū)石漠化現(xiàn)狀見(jiàn)表1。

表1 銅仁地區(qū)石漠化現(xiàn)狀

3 石漠化演化成因分析

石漠化的形成既有自然因素,又有人為因素,是二者共同所致,但人為因素是石漠化的主要因素,因自然因素形成的石漠化土地占石漠化土地總面積的26%,人為因素形成的石漠化土地占石漠化土地總面積的74%[2]。

3.1 自然因素

是石漠化形成的基礎(chǔ)條件。巖溶地區(qū)豐富的碳酸鹽巖具有易淋溶、成土慢的特點(diǎn),是石漠化形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。山高坡陡,氣候溫暖、雨水豐沛而集中,為石漠化形成提供了侵蝕動(dòng)力和溶蝕條件。

3.2 人為因素是石漠化土地形成的主要原因

巖溶地區(qū)人口密度大,地區(qū)經(jīng)濟(jì)貧困,群眾生態(tài)意識(shí)淡薄,各種不合理的土地資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)頻繁,導(dǎo)致土地石漠化。

(1)過(guò)度樵采 巖溶地區(qū)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá),農(nóng)村能源種類少,群眾生活能源主要靠薪柴,樵采是植被破壞的主要原因之一。

(2)不合理的耕作方式 巖溶地區(qū)山多平地少,生產(chǎn)技術(shù)落后,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大多沿用傳統(tǒng)的陡坡耕種、廣種薄收的方式。由于缺乏必要的水保措施,充沛而集中的降水使得土壤易被沖蝕,導(dǎo)致土地石漠化。沿河的烏江流域石漠化即是不合理的耕作加速的。

(3)過(guò)度開(kāi)墾 巖溶地區(qū)耕地少,為保證足夠的耕地,解決溫飽問(wèn)題,緩解人地矛盾,當(dāng)?shù)厝罕娡ㄟ^(guò)毀林毀草的開(kāi)墾來(lái)擴(kuò)大耕地面積,增加糧食產(chǎn)量。這些新開(kāi)墾地,由于缺乏水保措施,土壤流失嚴(yán)重,最后導(dǎo)致植被消失,土被沖走,石頭裸露。

(4)亂砍濫伐 20世紀(jì)50年代以來(lái),西南巖溶地區(qū)先后出現(xiàn)幾次大規(guī)?？撤ド中袨?導(dǎo)致森林面積大幅度減少。如大煉鋼鐵時(shí)期大規(guī)模的砍伐活動(dòng)和文化大革命期間推行的 “以糧為綱”的政策等,使森林資源受到嚴(yán)重破壞。由于地表失去保護(hù),加速了石漠化發(fā)展。

(5)亂放牧 巖溶地區(qū)散養(yǎng)牲畜,不僅毀壞林草植被,且造成土壤易被沖蝕。據(jù)測(cè)算,1頭山羊在1年內(nèi)可以將4.047hm2的3～4年生石山植被吃光。

(6)政府行為的負(fù)面影響 政府是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)力量,為保證經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),有效的經(jīng)濟(jì)政策必不可少,但它在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中也產(chǎn)生了負(fù)面影響。我國(guó)政府歷來(lái)重視糧食生產(chǎn),在20世紀(jì)60年代至70年代處于短缺經(jīng)濟(jì)時(shí)代,政府片面強(qiáng)調(diào) “以糧為綱”,放棄經(jīng)濟(jì)作物,砍掉多種經(jīng)營(yíng),以犧牲林業(yè)、牧業(yè)為代價(jià)發(fā)展糧食生產(chǎn)。大量開(kāi)墾草場(chǎng),砍伐森林,破壞了天然植被,使得糧食自給自足政策對(duì)森林、草原生態(tài)環(huán)境的惡化起了推波助瀾的作用,破壞了糧食生產(chǎn)同其他經(jīng)濟(jì)作物相互依賴、相互促進(jìn)的生態(tài)系統(tǒng),也為石漠化的形成與擴(kuò)展埋下了隱患。

4 石漠化演化過(guò)程的非線性關(guān)系

石漠化演化既受自然因素支配,又有人為因素的影響,是二者共同作用迭加的結(jié)果,但人為因素是石漠化的主要因素。自然因素有風(fēng)、降水、植被蓋度、地理位置等,人為因素包括人口過(guò)度膨脹、強(qiáng)度樵采、毀壞植被、濫墾濫荒、過(guò)度牧放及政府行為的負(fù)面影響等。人為因素形成的石漠化土地中,過(guò)度樵采形成的占31.4%,不合理耕作形成的占21.2%,開(kāi)墾形成的占15.1%,亂砍濫伐形成的占13.4%,過(guò)度放牧形成的占8.2%。另外,亂開(kāi)礦和無(wú)序工程建設(shè)等也加劇了石漠化的擴(kuò)展,占人為因素形成的石漠化面積的10.7%(2004年～2005年,國(guó)家林業(yè)局組織巖溶地區(qū)石漠化土地監(jiān)測(cè)的結(jié)果)。上述所有因素共同迭加,促成石漠化演化受多個(gè)因素的制約。從長(zhǎng)期看,受多因素制約的石漠化演化具有不可預(yù)測(cè)性;但從短期看,有細(xì)微的預(yù)見(jiàn)性。巖溶生態(tài)系統(tǒng)跟水塘等生態(tài)系統(tǒng)一樣,同樣是開(kāi)放的耗散系統(tǒng),在石漠化演替發(fā)展過(guò)程中,既有自組織現(xiàn)象,又因促成系統(tǒng)演化的各因素間具有協(xié)同作用,從而具有一定非線性關(guān)系[6]。

土地作為人類活動(dòng)場(chǎng)所和重要的自然資源,必然受人類影響[6],而且在人口不斷膨脹的同時(shí),有限的土地資源且在逐步減少,人地矛盾凸現(xiàn),圖1是銅仁地區(qū)土地和人口變化。

圖1 銅仁地區(qū)土地和人口變化

人口急增,人類為了自身的生存與發(fā)展,必然加強(qiáng)土地掠奪式利用與擴(kuò)展,導(dǎo)致土地不斷退化,于是又迫使人們不斷墾荒、撂荒,不斷破壞植被,使得原維持巖溶生態(tài)系統(tǒng)的植被日趨喪失,地表曝露,水土流失加劇,石灰?guī)r裸現(xiàn),石漠化擴(kuò)展。由此可見(jiàn),在自然因素并無(wú)重大變化下,人為干擾卻在不斷升級(jí),加之科學(xué)發(fā)展又相對(duì)滯后,人們的思維又局限在缺乏科學(xué)發(fā)展觀的支配下,人類不斷向有限的土地資源進(jìn)行開(kāi)發(fā),必然造成巖溶生態(tài)系統(tǒng)中植被的毀壞,導(dǎo)致穩(wěn)定的巖溶生態(tài)系統(tǒng)向石漠惡化的方向演化發(fā)展。針對(duì)如此情形,筆者認(rèn)為,為降低人類對(duì)自然的巖溶生態(tài)系統(tǒng)的干擾破壞,政府應(yīng)通過(guò)其行為調(diào)控,解決人地矛盾,增加經(jīng)濟(jì)投入,發(fā)展教育和科技,通過(guò)科技的發(fā)展和人類教育素質(zhì)的提高,不斷提高人類的認(rèn)識(shí)水平,增強(qiáng)環(huán)保意識(shí),使植被恢復(fù)增加,確保巖溶生態(tài)系統(tǒng)向穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展,石漠化縮小,從而確保森林、草原 —石漠生態(tài)系統(tǒng)處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。這里的政府調(diào)控下經(jīng)濟(jì)投入設(shè)為a,科技投入位b,在發(fā)展科技和人類環(huán)保意識(shí)不斷提高下,確保巖溶生態(tài)系統(tǒng)處于相對(duì)穩(wěn)定還需要合適的生態(tài)水,所需的生態(tài)水設(shè)為c;經(jīng)濟(jì)投入a、科技投入b、生態(tài)水c都是在政府調(diào)控下得以實(shí)現(xiàn)的,政府調(diào)控力度即調(diào)控參數(shù)定為λ。則有λ、a、b、c在石漠化演化中的作用可表達(dá)為:

式中:λ為政府調(diào)控參數(shù);a為經(jīng)濟(jì)支持(單位為萬(wàn)元);b為科技投入(單位為萬(wàn)元)c為生態(tài)水(單位為萬(wàn)元),即為喀斯特山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài),保證植被在生態(tài)系統(tǒng)中占有一穩(wěn)定比列,依靠科技等開(kāi)采地下水、攔蓄自然水、不同區(qū)域間調(diào)水來(lái)確保每公頃地面所需生態(tài)水所花費(fèi)的費(fèi)用;Xn為n時(shí)期的植物種群狀態(tài),即植被,可視為喀斯特山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演化前的穩(wěn)定狀態(tài);Xn+1是n+1時(shí)期的植物種群發(fā)展?fàn)顟B(tài),即喀斯特山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演化狀態(tài),K為環(huán)境容納量,即一個(gè)環(huán)境條件下所允許的最大種群值,喀斯特山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的植物種群。政府調(diào)控、經(jīng)濟(jì)支持、科技投入呈正相關(guān),經(jīng)濟(jì)支持、科技投入都是在政府調(diào)控下相互制約的關(guān)系,生態(tài)水除自然來(lái)水如降水外,還包括在政府調(diào)控下依靠科技等開(kāi)采的地下水、攔蓄自然水、不同區(qū)域間調(diào)水等。λ、a 、b、c ∈ (0,1),

5 結(jié)論與討論

石漠化既是當(dāng)今喀斯特地貌地區(qū)面臨的最大環(huán)境-社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題之一,又是研究石漠與自然和人類活動(dòng)因素相互關(guān)系的主要核心問(wèn)題之一。

石漠化是喀斯特地貌環(huán)境條件中孕育著的土地退化的生態(tài)問(wèn)題,主要是在人類活動(dòng)作用于喀斯特山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)導(dǎo)致植被的變化而誘發(fā)的。

政府調(diào)控行為是石漠化演化中的起著關(guān)鍵作用,喀斯特山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)就是在政府調(diào)控行為的支配作用下,不斷進(jìn)行著演化發(fā)展的,并在石漠化演化發(fā)展過(guò)程中的作用表現(xiàn)為非線性關(guān)系。

[1]蔡道雄,盧立華.石漠化治理的造林技術(shù)措施[J].廣西林業(yè),2001,(5):11-12.

[2]梁 亮,劉志霄,張代貴,等.喀斯特地區(qū)石漠化治理的理論模式探討 [J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2007,(3):595-600.

[3]胡寶清,王世杰.基于3S技術(shù)的區(qū)域喀斯特石漠化過(guò)程、機(jī)制及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估-廣西都安為例[M].北京:科學(xué)出版社,2008.

[4]李昌來(lái).貴州石漠化治理及可持續(xù)發(fā)展[J].貴州師范大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版),2004,(2):47-51.

[5]銅仁地區(qū)行政公署.2008銅仁年鑒 [M].貴陽(yáng):貴州人民出版社,2009:36-527.

[6]劉明智,努爾巴衣·阿布都沙力克,任光耀,等.綠州-荒漠生態(tài)系統(tǒng)演變因素及非線性研究-以新疆為例[J].西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,(5):1075-1080.

[7]伍光和,王乃昂,胡雙熙,等.自然地理學(xué) (第2版)[M].北京:高等教育出版社,2000:376-383.