喀斯特地區(qū)石漠化綜合治理研究

［關鍵詞］ 石漠化；治理技術；模式；喀斯特地區(qū)

［摘要］ 石漠化是喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境最突出的問題，嚴重制約著經(jīng)濟社會的發(fā)展，威脅著人類生存空間。近年來，通過一系列工程項目的實施，我國石漠化面積持續(xù)減少，生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善。通過闡明人為干擾下喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化及恢復機制，梳理總結(jié)現(xiàn)有石漠化治理技術和模式，聚焦石漠化治理面臨的治理成效鞏固難、可持續(xù)性差、治理技術與模式缺乏區(qū)域針對性、植被群落穩(wěn)定性欠佳等問題，提出未來喀斯特地區(qū)石漠化治理應轉(zhuǎn)變觀念、推進標準研究制定、探索多元化投融資機制等建議。

［中圖分類號］ S157.2[文獻標識碼] ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.04.014

［引用格式］ 崔靜，溫慶忠，黃佳健.喀斯特地區(qū)石漠化綜合治理研究[J].中國水土保持，2024（4）：49-52.

我國喀斯特地區(qū)面積約占國土面積的1/3，其中西南地區(qū)是全球三大喀斯特集中分布區(qū)之一，存在峰林、峰叢、洼地、峽谷等地貌[1]。地形地貌的特殊性決定了喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性，在自然環(huán)境和人為活動影響下容易引起植被破壞、水土流失，致使基巖大面積裸露或地表石礫堆積，進而導致喀斯特地區(qū)土地退化，石漠化問題突出。石漠化不僅帶來水土流失加劇、旱澇災害頻發(fā)、土壤肥力下降、生物多樣性降低甚至喪失等生態(tài)問題，還造成人口貧困、經(jīng)濟落后等一系列社會經(jīng)濟問題，已成為中國西南地區(qū)生態(tài)環(huán)境最突出的問題，嚴重制約著經(jīng)濟社會的發(fā)展，威脅著人類生存空間[2]。為改善喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境，促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，自20世紀80年代以來，我國先后實施了防護林建設、天然林保護、退耕還林還草等林業(yè)重點生態(tài)工程，易地扶貧搬遷項目，石漠化綜合治理工程、坡耕地水土流失綜合治理試點工程等一系列水土保持重點工程項目，對喀斯特地區(qū)石漠化進行多方位的治理，生態(tài)保護修復工作取得了一定成效[3]。調(diào)查結(jié)果顯示，2005—2016年，喀斯特地區(qū)石漠化面積減少了30%；2016—2021年，石漠化發(fā)生率下降7.36%，石漠化土地面積持續(xù)縮減、林草植被狀況持續(xù)向好，植被覆蓋顯著增加[4]。然而，石漠化治理任務依然艱巨，第四次石漠化調(diào)查結(jié)果顯示，我國仍有722.32萬hm2石漠化土地尚需治理。從黨的十八大首次把生態(tài)文明建設納入“五位一體”總體布局，到黨的二十大提出“推動綠色發(fā)展，促進人與自然和諧共生”“必須牢固樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，站在人與自然和諧共生的高度謀劃發(fā)展”，對生態(tài)文明建設提出了更高要求。新形勢下，急需闡明人為干擾下喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化及恢復機理，梳理總結(jié)喀斯特地區(qū)石漠化生態(tài)修復技術和模式，為喀斯特地區(qū)生態(tài)文明建設和可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐。

1生態(tài)系統(tǒng)退化及恢復機理喀斯特地貌因其復雜的地表、地下二元三維結(jié)構(gòu)導致保水固土能力差、水土漏失嚴重，地表-地下過程耦合對人為干擾的響應也更為敏感。人為干擾導致土壤團聚體結(jié)構(gòu)被破壞，抗侵蝕和保持養(yǎng)分能力顯著降低[5]；人為干擾下的植被破壞影響了土壤-植被系統(tǒng)的物質(zhì)和能量平衡，產(chǎn)生逆向演替，水土流失加劇，特別是將灌叢人為開墾為耕地后，喀斯特石灰土表層有機碳更易流失，進一步加劇了地表侵蝕產(chǎn)沙及土壤的垂直漏失；而地表土壤的侵蝕，落水洞或豎井等垂直管道上覆土的塌陷導致泥沙直接進入開放裂隙、落水洞等地下通道，土壤沿未開放的具有突變界面的張性節(jié)理裂隙流失以及地下水侵蝕裂隙填充土壤導致坡地土壤整體蠕移-坍塌是喀斯特地區(qū)土壤地表流失、地下漏失的主要途徑。人為干擾下喀斯特地區(qū)石漠化導致土壤微生物生物量降低和群落結(jié)構(gòu)改變，物種和功能多樣性下降，土壤動物的個體密度和類群數(shù)降低，影響枯落物分解和養(yǎng)分循環(huán)進程。近年來，一系列生態(tài)工程的實施加快了喀斯特地區(qū)植被的恢復速率，提高了生態(tài)系統(tǒng)服務價值，顯著拓寬了農(nóng)民增收致富渠道。石漠化治理工程的開展要結(jié)合地方實際，因地制宜布設，既要權衡不同生態(tài)系統(tǒng)服務功能之間的關系，又要考慮地方經(jīng)濟社會的發(fā)展。

2石漠化治理技術喀斯特地區(qū)石漠化治理的主要技術包括工程技術、生物技術、耕作技術等[6]，以下分別闡述不同治理技術的研究現(xiàn)狀和作用機理。

2.1工程技術陡坡開墾是造成喀斯特地區(qū)石漠化發(fā)育的主要原因之一[7]，由土壤流失導致的土地石質(zhì)化是喀斯特山地石漠化的核心[8]。西南喀斯特地區(qū)碳酸鹽巖連續(xù)分布、成土速率低、土壤總量少、允許土壤流失量小，在坡耕地上開展耕作不僅破壞了土壤的肥力、抗侵蝕性、顆粒組成、水穩(wěn)性團聚體及地表植被等[9]，還加速了土壤地表、地下流失和生物流失，間接驅(qū)動坡地石質(zhì)化[10]。基于這種情況，坡改梯在喀斯特地區(qū)石漠化治理中應用范圍非常廣。實施坡改梯工程，能有效降低土壤侵蝕強度、增加入滲、提高土壤含水量[11]，不僅能保護石漠化地區(qū)珍貴的土壤資源， 崔靜等：喀斯特地區(qū)石漠化綜合治理研究而且能大幅度增加耕地糧食產(chǎn)量，有效促進石漠化山區(qū)糧食與生態(tài)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展[12]?？λ固氐貐^(qū)水資源相對豐富[13]，但地質(zhì)地貌特殊，地表地下雙層空間結(jié)構(gòu)發(fā)育顯著，導致水源漏失、深埋，形成“土在樓上、水在樓下”水土資源不配套的基本格局[14]，可利用的水資源不足，造成工程性缺水[15]。因此，統(tǒng)籌好石漠化地區(qū)水資源開發(fā)利用是非常必要的。研究表明，集雨工程建設能夠集蓄雨水，緩解石漠化地區(qū)灌溉缺水現(xiàn)狀，在喀斯特水資源利用與應對干旱方面有很高的實用性[16-17]。同時，在有效攔截地表徑流的基礎上，通過利用提取水技術、引蓄水技術等，輔以必要的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術，如噴灌、滴灌等，既能緩解灌溉缺水現(xiàn)狀，又能解決工程性缺水問題。在喀斯特地區(qū)實施能源工程如沼氣池、太陽能及其他節(jié)能工程等，可以通過減少農(nóng)村家庭因燃料缺乏而過度樵采造成的植被破壞，達到抑制石漠化形成和發(fā)展的作用。

2.2耕作技術不合理耕作會引發(fā)水土流失，造成環(huán)境惡化、地力衰退、生態(tài)破壞及自然災害加重等惡性后果[18]。改進耕作方式、調(diào)整種植模式、開展土壤改良等是喀斯特地區(qū)石漠化治理常用的耕作技術。相較于傳統(tǒng)耕作，免耕覆蓋、橫坡耕作、聚壟耕作是常用的保護性耕作措施[6]。衣明圣等[19]研究表明，保護性耕作模式（免耕覆蓋）與傳統(tǒng)耕作模式（深松覆蓋、傳統(tǒng)耕作）相比，免耕覆蓋下作物產(chǎn)量比深松覆蓋、傳統(tǒng)耕作顯著增高，增產(chǎn)率分別達14.63%和5.07%，且土壤表層中有機質(zhì)、全氮、速效氮等的含量也顯著高于深松覆蓋、傳統(tǒng)耕作。農(nóng)作物秸稈富含有機物質(zhì)和氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，將其覆蓋還田，可提高土壤有機質(zhì)、氮、磷和鉀等養(yǎng)分含量，增強土壤水分的保蓄能力，減少水土流失，增加作物產(chǎn)量等[20]，已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍采取的耕作處理方式[21]。潘焰菲等[22]的研究表明，秸稈覆蓋度在50%時能顯著減少地表侵蝕量，主要原因是秸稈覆蓋顯著增大了地表粗糙度，減緩了地表徑流，降低了徑流轉(zhuǎn)化為侵蝕動力源的可能。少耕加秸稈覆蓋也是改善石漠化土壤環(huán)境質(zhì)量切實可行的保護性耕作措施[23]，通過提高土壤有機質(zhì)及全氮含量，降低土壤密度，增加土壤孔隙度，提高土壤蓄水量等，達到作物增產(chǎn)的效果，比習慣性耕作處理提高作物產(chǎn)量4.7%～5.3%。橫坡耕作可改善土壤理化性質(zhì)、提升土壤質(zhì)量、減少水土流失[24]。與傳統(tǒng)的順坡耕作相比，橫坡耕作顯著減少了N、P等土壤養(yǎng)分的流失［25］。保護性耕作措施下不同耕作技術的水土保持效益不盡相同，大致呈生物覆蓋＞橫坡耕作＞順坡耕作。單純依靠某一種耕作技術并不能杜絕水土流失，左長清等[26]通過研究紅壤坡地果園不同耕作措施的水土保持效應發(fā)現(xiàn)，橫坡耕作仍有1 550.45 t/（km2·a）流失量，超過南方容許流失量500 t/（km2·a）標準。要從根本上控制水土流失，還需要組合多種措施。

2.3生物技術植被恢復可以改變土壤的物理、化學、生物屬性，并使土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分和微生物狀況向好的方向發(fā)展[27]，是喀斯特地區(qū)石漠化山地生態(tài)恢復、水土流失防治的有效措施。封山育林、人工造林、退耕還林還草、生物結(jié)皮等是喀斯特地區(qū)石漠化治理主要的生物技術，其中封山育林最直接、最有效。在長期的自然封育下，植被能夠依靠僅有的石縫土頑強生長，生長出來的根系可以直接利用各種裂隙在巖層中形成巨大的生態(tài)空間來滿足生長繁殖等自身需求，進而實現(xiàn)自我更新演替，形成復合的植物群落[28]。植樹造林等人工措施很難使植被在巖石表層直接生長起來，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)自然演替過程非常困難且漫長，與自然恢復的天然林相比，形成的人工林在植被群落的穩(wěn)定性、生物多樣性、生態(tài)服務功能等方面均處于劣勢，因此在喀斯特地區(qū)石漠化治理中自然恢復要優(yōu)于人工措施。然而，因自然恢復周期較長，故為加快石漠化治理，實踐中通常會選擇鄉(xiāng)土樹草種，采用人工造林、補植、種草等措施來加速植被恢復速率，推動植被正向演替[29]。喀斯特地區(qū)因缺少植被保護，故表層土壤非常容易遭受侵蝕，生物結(jié)皮的發(fā)育能增加表層土壤的穩(wěn)定性，提高其抗侵蝕能力。生物結(jié)皮是由各種藻類、菌類、苔蘚、地衣等共同組成的一個復合生物土壤層，是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[30]。生物結(jié)皮能夠通過自身特殊的植株形態(tài)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對土壤水分的攔截儲蓄，為其他植物種子的萌發(fā)提供條件[31]，能夠有效改善土壤結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)，提高土層的穩(wěn)定性和生產(chǎn)力，減少水土流失[32]。在喀斯特石漠化地區(qū)，生物結(jié)皮以苔蘚植物中的蘚類植物為主，其具有石生性的特點，且耐寒性強，吸水性強，生物量相對較大[33]，作為石漠化地區(qū)的先鋒植物，在推動植被演替進程中發(fā)揮著重要作用。生物結(jié)皮可以促進地表原生生物結(jié)皮的擴展，增強地表覆蓋，改良土壤微生物肥力，進而起到改良土壤結(jié)構(gòu)和功能、促進生態(tài)系統(tǒng)快速恢復的目的[34]。李冰等[33]分析了生物結(jié)皮層蘚類植物在喀斯特石漠化治理中的作用，苔蘚植物通過提高巖石的持水量，促進巖體的風化和土壤的形成，同時生物結(jié)皮厚度、生物量與成土量呈正相關關系。不同類型的生物結(jié)皮對石漠化地區(qū)土壤理化性質(zhì)的影響不同[35]，選擇合適的蘚類可以加速石漠化治理的進程。

3石漠化治理模式缺水、少土及植被恢復困難導致生態(tài)環(huán)境脆弱是喀斯特地區(qū)巖溶生態(tài)系統(tǒng)的基本特點。石漠化是人類不合理開發(fā)利用與脆弱生態(tài)環(huán)境疊加的最終表現(xiàn)形式，同時制約著經(jīng)濟社會發(fā)展，是造成區(qū)域經(jīng)濟落后的原因。因此，以蓄水、治土、植被恢復為核心，是喀斯特地區(qū)石漠化治理的關鍵，帶動區(qū)域鄉(xiāng)村振興是石漠化治理的目標。然而，僅靠單一技術措施形成的植被群落結(jié)構(gòu)單一，穩(wěn)定性和可持續(xù)性差，沒有實現(xiàn)系統(tǒng)治理，綜合效應難以顯現(xiàn)，即便是治理好的地塊，也會因后期管護跟不上等，面臨退化的風險。為從根本上解決問題，經(jīng)過多年的探索，喀斯特地區(qū)已形成了多種石漠化治理復合模式，實現(xiàn)了綠水青山向金山銀山轉(zhuǎn)變。1）林草植被恢復帶動農(nóng)林產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。主要是通過植被恢復結(jié)合水資源開發(fā)利用，帶動農(nóng)林產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展。如廣東省通過林草植被恢復[36]，探索出“封山育林+人工造林+開發(fā)果園+修筑山塘+養(yǎng)殖魚雞鴨”的大羅嶺模式，以“山頂一片林、山腳一園果、塘里一群鴨、樹下一群雞”促進農(nóng)林產(chǎn)業(yè)有機結(jié)合；以及“封山育林+水利工程建設+發(fā)展高寒地區(qū)特色蔬菜農(nóng)業(yè)”的祖嶺模式，幫助區(qū)域群眾走上品牌農(nóng)業(yè)發(fā)展之路，實現(xiàn)農(nóng)民增收致富和生態(tài)良好的良性循環(huán)。2）水土保持模式。通過土地整治、客土改良等實施坡改梯工程，增加耕地有效面積，提高攔截泥沙能力，同步配套建設蓄水池、截排水溝等，將治理區(qū)域內(nèi)的降雨蓄積，保障耕地有效灌溉，最終達到減少水土流失、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的目的。對于缺水嚴重的地區(qū)，除上述措施外，還應配套工程節(jié)水和生物節(jié)水措施，發(fā)展節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)。3）生態(tài)移民模式。在喀斯特地區(qū)石漠化嚴重的地方，因人地關系嚴重失調(diào)，人口密度遠超生態(tài)承載力，故可通過人口易地搬遷，輔以封山育林、人工造林等植被恢復措施達到石漠化治理的目的。4）生態(tài)旅游模式。通過發(fā)展喀斯特地區(qū)石漠化的景觀價值、教育價值、探險價值等，推動創(chuàng)建石漠化公園，打造石漠化治理典型，促進地方生態(tài)觀光旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如云南省文山州西疇縣石漠國家公園、云南彌勒山地石漠化公園、連南萬山朝王國家石漠公園。5）綜合治理模式。以小流域為治理單元，針對不同石漠化特點，進行配套模式組裝，開展山、水、田、林、路綜合治理，針對不同石漠化等級提出不同治理思路和措施[37-38]。

4分析和展望總體而言，在大規(guī)模生態(tài)保護和生態(tài)建設背景下，喀斯特地區(qū)石漠化面積擴張趨勢得到全面遏制，生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善。然而受喀斯特地區(qū)二元三維結(jié)構(gòu)、土層淺薄不連續(xù)、土壤總量少、成土速度慢，以及生態(tài)治理恢復的長期性、復雜性等因素影響，喀斯特地區(qū)石漠化治理面臨著治理成效鞏固難、可持續(xù)性差、治理技術與模式缺乏區(qū)域針對性、植被群落穩(wěn)定性欠佳等問題，如何提升喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)多樣性、穩(wěn)定性、持續(xù)性成為喀斯特地區(qū)石漠化治理面臨的重要挑戰(zhàn)。面對新的挑戰(zhàn)，喀斯特地區(qū)石漠化治理要持續(xù)加強對蓄水、保土、植被恢復等方面的研究，堅持尊重自然、順應自然，結(jié)合本區(qū)域?qū)嶋H，合理配置石漠化治理模式，注重區(qū)域農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與生態(tài)產(chǎn)業(yè)培育，強化產(chǎn)業(yè)生態(tài)化、生態(tài)產(chǎn)業(yè)化，使石漠化治理效果具有可持續(xù)性。同時，堅持山水林田湖草沙一體化保護和系統(tǒng)治理，轉(zhuǎn)變修復治理思路，從側(cè)重單一生態(tài)要素、單一生態(tài)過程的研究向多要素、多過程、多尺度轉(zhuǎn)變，探索石漠化治理一體化解決方案。注重石漠化治理標準體系研究，完善生態(tài)監(jiān)測評估標準規(guī)范，解決怎么治、治到什么程度、如何判斷治理成效的問題。石漠化治理成本高，加之后期管護等相關費用需求量大，僅靠有限的財政資金任務艱巨，應加強喀斯特地區(qū)石漠化管理相關政策研究，探索多元化投融資機制，鼓勵社會資本參與石漠化治理。最后，喀斯特地區(qū)石漠化治理要防治結(jié)合，針對非石漠化區(qū)域加強生態(tài)系統(tǒng)退化機理研究，減少石漠化發(fā)生。

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