“喀斯特斷陷盆地關(guān)鍵帶與生態(tài)地質(zhì)”專輯特邀主編寄語

曹建華

自然資源部/廣西巖溶動力學(xué)重點實驗室, 中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所, 廣西桂林 541004;

聯(lián)合國教科文組織國際巖溶研究中心, 廣西桂林541004

自第三紀(jì)以來, 康滇地塊的地殼運動十分活躍,在大面積隆升過程的同時, 還繼承前期主干斷裂發(fā)生不均衡走滑運動, 形成滇東喀斯特高原眾多的斷陷盆地, 局部形成湖盆?？λ固財嘞菖璧亍芭?山”地形反差強(qiáng)烈, 山地氣候變化大, 而西南季風(fēng)的控制, 使得旱季時長是雨季的 2倍, 水資源的時空分配不均, 土壤流/漏失嚴(yán)重, 植被立地條件差, 生態(tài)地質(zhì)分異明顯, 以至于石漠化問題緩解不明顯。揭示喀斯特斷陷盆地碳、氮、鈣、水在生態(tài)系統(tǒng)中遷移規(guī)律, 闡明生態(tài)系統(tǒng)演替和石漠化演變過程及驅(qū)動機(jī)制, 對喀斯特斷陷盆地石漠化綜合治理技術(shù)研發(fā)具有十分重要的意義。

由于喀斯特水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在地上與地下雙層空間, 巖-土-水-氣-生物質(zhì)循環(huán)快速、互饋作用顯著, 因此, 喀斯特地質(zhì)體及其上覆的陸地生態(tài)系統(tǒng)是地球關(guān)鍵帶監(jiān)測和研究的天然實驗室。通過項目“喀斯特斷陷盆地石漠化演變及綜合治理技術(shù)與示范”的實施, 喀斯特斷陷盆地區(qū)石漠化面積得到遏制, 水土資源利用效率得到提高, 生態(tài)服務(wù)功能得到提升, “喀斯特斷陷盆地關(guān)鍵帶與生態(tài)地質(zhì)”專輯, 從 4個方面“水資源、水土流失、生態(tài)地質(zhì)、生態(tài)服務(wù)”反應(yīng)該項目的部分成果, 也為下一步深入研究斷陷盆地喀斯特生態(tài)系統(tǒng)運行規(guī)律、石漠化治理、生態(tài)修復(fù)提供基礎(chǔ)和借鑒。

1 水資源特征

喀斯特斷陷盆地區(qū)年平均降雨量700～900 mm,水資源量相對豐富, 但時空分布極為不均, 且大都賦存在地下, 利用率低。為有效提高喀斯特斷陷盆地水資源利用率, 張華等(2021)以云南瀘西喀斯特斷陷盆地為例, 構(gòu)建了地表水-地下水聯(lián)合調(diào)度的水資源循環(huán)利用方案; 趙一等(2021)采用降雨入滲系數(shù)法和徑流模數(shù)法對蒙自南洞地下河的調(diào)蓄量和日允許開采資源量進(jìn)行了估算, 為水資源開發(fā)和研究區(qū)工農(nóng)業(yè)用水調(diào)控提供保障。

受喀斯特斷陷盆地地層構(gòu)造影響, 喀斯特斷陷盆地還具有礦泉類型多樣和水資源豐富的特征。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)。滇東喀斯特斷陷盆地有各類礦泉水點363個, 這些礦泉水可分為偏硅酸、鹽類、微量元素、碳酸、復(fù)合型、溫礦水等 6類, 并通過斷裂帶對流型、深循環(huán)層控型、潛流溶濾型作用形成。同時, 在有泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、砂泥巖夾層分布的碳酸鹽巖區(qū), 易形成礦化度較高的富鍶礦泉水(張貴等, 2021)。

水安全是生態(tài)文明建設(shè)的主要內(nèi)涵, 喀斯特地區(qū)地表水與地下水聯(lián)系緊密, 極易受污染。據(jù)調(diào)查滇東喀斯特斷陷盆大部分區(qū)縣水資源處于中度及重度脆弱(呂文凱等, 2021); 滇東南瀘江流域地下水質(zhì)量總體以Ⅲ類為主, 工礦企業(yè)及城鎮(zhèn)生活垃圾是造成地下水污染的主要污染源(王波等, 2021); 劉長禮等(2021)提出了針對性和可操作性都很強(qiáng)的喀斯特水污染風(fēng)險的“源-徑-標(biāo)-值”(SPTV)評價方法, 從而達(dá)到控制污染源、切斷污染途徑、保護(hù)喀斯特水源等的目標(biāo)。

2 水土流失特征

喀斯特地區(qū)成土速率慢, 流失的土壤很難得到及時補充, 土壤退化帶來的危害極其嚴(yán)重?？λ固財嘞菖璧赜捎诟咴媾c盆地海拔高差大, 喀斯特垂向發(fā)育明顯, 因此水土漏失過程更為復(fù)雜。針對喀斯特斷陷盆地高原面洼地土壤侵蝕驅(qū)動力和過程,提出不同坡位采取不同的水土保持措施(劉鵬等,2021); 露石對降水的再分配、優(yōu)先流的產(chǎn)生, 制約土壤漏失和土壤元素遷移(王慶賀等, 2021); 森林植被不但對地下水系統(tǒng)水循環(huán)過程和水化學(xué)組分有明顯的影響, 而且還具有明顯的截流-消洪作用(康志強(qiáng)等, 2021)。恢復(fù)地表植被是防止水土流失的重要技術(shù)途徑。

3 生態(tài)地質(zhì)特征

土壤是聯(lián)系陸地植物生長發(fā)育-巖石風(fēng)化的橋梁, 鑒于碳酸鹽巖風(fēng)化溶解的速率是硅酸鹽巖的幾十倍～百倍, 因此, 掌握土壤物質(zhì)循環(huán)特征是認(rèn)識生態(tài)地質(zhì)的基礎(chǔ), 也抓住了關(guān)鍵的環(huán)節(jié); 李亞錦等(2021)調(diào)查了大黑山喀斯特區(qū)天然林植被演替過程中土壤水分、全氮含量、容重和有機(jī)質(zhì)等呈現(xiàn)出不同的性狀; 李強(qiáng)(2021)研究了土壤微生物群落中的一些關(guān)鍵類群在土壤生態(tài)系統(tǒng)功能中所起的重要作用。隨著植被的正向演替, 地上和地下生態(tài)系統(tǒng)的生物活性增加, 喀斯特作用增強(qiáng), 但土下試片溶蝕速率會因為喬木的種類、其他環(huán)境因素和人類活動強(qiáng)度而不同。柯靜等(2021)發(fā)現(xiàn)土壤中標(biāo)準(zhǔn)溶蝕試片的溶蝕速率隨海拔高度變化而變化, 土壤CO2是生物作用的產(chǎn)物、是驅(qū)動巖石試片溶蝕速率的主控因子。

4 生態(tài)服務(wù)功能

2007年國家啟動喀斯特區(qū)石漠化綜合治理工程, 張鑫彤和吳秀芹(2021)基于 CASA模型揭示了2005—2019年云南斷陷盆地的植被凈初級生產(chǎn)力時空變化規(guī)律, 植被凈初級生產(chǎn)力平均水平呈現(xiàn)先下降后上升再下降的趨勢, 植被覆蓋有所恢復(fù), 但仍不夠穩(wěn)定; 李丹等(2021)對喀斯特斷陷盆地 2020—2050年植被動態(tài)變化進(jìn)行模擬預(yù)測, 隨著區(qū)域氣候持續(xù)增溫增濕趨勢, 繼續(xù)實施斷陷盆地石漠化治理工程, 將能夠使植被 NDVI升高; 因地制宜開展區(qū)域生態(tài)治理、植被恢復(fù)工程, 石漠化治理所取得的效果與生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會效益持續(xù)增強(qiáng)(肖林穎等,2021)。

在《地球?qū)W報》編輯部的大力支持下, 從 4個方面“水資源、水土流失、生態(tài)地質(zhì)、生態(tài)服務(wù)”,15篇文章構(gòu)成“喀斯特斷陷盆地關(guān)鍵帶與生態(tài)地質(zhì)”專輯內(nèi)容, 并沒有包括專項項目的全部成果,尤其是水-土-生資源的研發(fā)技術(shù)和試驗示范的成果,但對深入了解喀斯特斷陷盆地的地質(zhì)、氣候、水文、生態(tài)和生態(tài)服務(wù)功能提供重要的參考價值?？λ固財嘞菖璧仃P(guān)鍵帶與生態(tài)地質(zhì)研究包含眾多學(xué)科交叉融合的研究領(lǐng)域, 希望本專輯能起到“拋磚引玉”的作用, 吸引更多研究者的興趣。