馬孟尚，傅瓦利，石文龍，周際莉，魏大明(西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715)

人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)對我國石漠化的影響

馬孟尚，傅瓦利，石文龍，周際莉，魏大明(西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715)

自20世紀(jì)末，石漠化日益引起人們的關(guān)注，但始終忽略了酸性物質(zhì)對石漠化的影響。在分析人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)對石漠化的影響基礎(chǔ)上，提出了人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)及自然界的酸性物質(zhì)共同作用于碳酸鹽巖，現(xiàn)代石漠化的演化實質(zhì)就是酸性物質(zhì)對碳酸鹽巖溶蝕后酸不溶物流失的過程，在研究石漠化演化進程時應(yīng)著重人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)與石漠化的“雙循環(huán)”模式。

石漠化；人類活動；酸性物質(zhì)；溶蝕

中國西南喀斯特地區(qū)是世界最大的喀斯特連續(xù)帶，喀斯特石漠化已成為西南巖溶地區(qū)最大的生態(tài)問題，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展。作為長江和珠江上游的生態(tài)屏障，該區(qū)的石漠化問題給長江和珠江中下游生態(tài)安全帶來了重大隱患，治理已刻不容緩。石漠化的形成依托于巖溶環(huán)境，而人類活動則在其演化進程中起著重要的作用。當(dāng)前，人類活動對石漠化的影響已引起足夠關(guān)注，并已有眾多學(xué)者的系統(tǒng)研究。但有關(guān)人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)對石漠化地區(qū)碳酸鹽巖的影響還少有人涉及。基于此，筆者著重闡述人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)對我國石漠化的影響。

1 石漠化的概念

石漠化概念的提出至今不過20余年，仍處于逐步完善的階段。石漠化是在巖溶地貌的基礎(chǔ)上形成的，是巖溶地區(qū)土地退化的極端表現(xiàn)形式。巖溶(Karst)一詞源于南斯拉夫西北部伊斯特拉半島上的石灰?guī)r高原的地名，那里發(fā)育有典型的巖溶地貌，“喀斯特”一詞即為巖溶地貌的代稱。國內(nèi)外學(xué)術(shù)界先后用石山、石山荒漠化、石質(zhì)荒漠化等概念表征巖溶地區(qū)的土地退化現(xiàn)象。

20世紀(jì)90年代初，袁道先[1]首次提出石漠化(Rock desertification)，用以替代石山、石山荒漠化、石質(zhì)荒漠化等概念，并推向國際巖溶學(xué)術(shù)界，用以表征植被、土壤覆蓋的巖溶地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)閹r石裸露的巖溶景觀以及土地貧瘠化的過程。世紀(jì)相交之際，巖溶界的學(xué)者們不斷完善石漠化的定義。屠玉麟[2]認(rèn)為，石漠化是指在喀斯特的自然背景下，受人類活動干擾破壞造成土壤嚴(yán)重侵蝕、基巖大面積裸露、生產(chǎn)力下降的土地退化過程，所形成的土地為石漠化土地。蘇維詞[3]認(rèn)為，喀斯特土地石漠化是在濕潤氣候條件下，受喀斯特作用及人類不合理活動的干擾，地表土層流失殆盡、基巖大面積裸露，呈現(xiàn)出一種無土無水無林、類似于荒漠化的景觀現(xiàn)象與過程。2002年，王世杰[4]提出了相對完整的概念，亦是當(dāng)前引用最多的定義，即喀斯特石漠化是指亞熱帶脆弱的喀斯特環(huán)境背景下，受人類不合理的社會經(jīng)濟活動的干擾破壞，造成土壤嚴(yán)重侵蝕、基巖大面積出露，土地生產(chǎn)力嚴(yán)重下降，地表出現(xiàn)類似荒漠景觀的土地退化過程。2007年4月，國家發(fā)展和改革委員會、國家林業(yè)局等部門組織編制的《巖溶地區(qū)石漠化綜合治理規(guī)劃大綱(2006～2015)》對石漠化的定義是：在熱帶、亞熱帶濕潤、半濕潤氣候條件和巖溶極其發(fā)育的自然背景下，受人為活動干擾，使地表植被遭受破壞，造成土壤侵蝕程度嚴(yán)重、基巖大面積裸露、土地退化的表現(xiàn)形式[5]。該定義全面論述了巖溶石漠化自然環(huán)境區(qū)域性與系統(tǒng)性特征、人為活動與自然因素對石漠化影響的相互關(guān)系，以及石漠化的表現(xiàn)特征及其危害?？梢?，巖溶(地質(zhì))環(huán)境是石漠化形成的基礎(chǔ)，土壤侵蝕(水土流失)與石漠化的演變相生相隨，人為活動是重要的驅(qū)動力[6]。

2 我國石漠化的分布范圍及其形成背景

2.1 石漠化的分布范圍

我國是世界喀斯特石漠化面積最大、分布最廣的國家之一，西南地區(qū)以云貴高原為中心，巖溶地貌分布廣泛。中國國家林業(yè)局2005年第一次對巖溶地區(qū)石漠化的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示(表1)，我國石漠化土地主要分布在8省451個縣(市)，石漠化土地面積為12.96km2，占監(jiān)測總面積的12.1%，占監(jiān)測區(qū)巖溶面積的28.7%[5]。

表1 中國西南巖溶區(qū)石漠化面積分布

在石漠化分布輕重程度中，輕度石漠化356.4萬hm2，占石漠化總面積的27.5%；中度石漠化591.8萬hm2，占45.7%；重度石漠化293.5萬hm2，占22.6%；極重度石漠化54.5萬hm2，占4.2%[5]。

另外，監(jiān)測區(qū)潛在石漠化土地面積為12.34萬km2，占監(jiān)測區(qū)巖溶土地面積的27.4%。潛在石漠化土地是一種非石漠化土地，其巖性主要為碳酸鹽類，基巖裸露度(或礫石含量)在30%以上，目前雖然上有良好的植被覆蓋或已經(jīng)修為梯田，但如遇不合理的人為活動干擾，極有可能變?yōu)槭恋亍?/p>

2.2 石漠化的形成背景

石漠化形成背景一直是眾多學(xué)者們討論、研究的焦點[7-12]。目前主要有2個流派，一類側(cè)重于人類活動，另一類側(cè)重于自然因素，而且2流派代表學(xué)者對其觀點亦存在一種模糊性。蘇維詞等[10-12]認(rèn)為石漠化不是一種自然災(zāi)害，是由于人類不合理的社會經(jīng)濟活動造成的土地資源荒漠景觀的演變過程和結(jié)果的統(tǒng)一。王世杰等[8-9]在討論石漠化的形成背景時，更加看重自然環(huán)境對石漠化的影響；他們認(rèn)為，石漠化是青藏高原隆升在其東南翼所誘發(fā)的重要的地質(zhì)生態(tài)災(zāi)害，是西南碳酸鹽巖山地地貌演化的不可逆的自然過程。二者相較，筆者更傾向于王世杰等的觀點，認(rèn)為石漠化是喀斯特巖溶山區(qū)受其復(fù)雜自然環(huán)境影響的演化的必然趨勢，人類活動只是加速或減緩了其進程。

(1)緯度因素 我國的巖溶石漠化主要分布在北緯22～32°的熱帶、亞熱帶地區(qū)。該區(qū)域氣候溫暖濕潤，年平均降水普遍在1000mm以上，年平均氣溫15℃以上，雨熱同期，水熱條件良好。氣候條件為石漠化碳酸鹽地貌的溶蝕提供了基礎(chǔ)，有利于巖溶碳酸鹽的溶蝕、沉積，有利于巖溶的發(fā)育[13]。

(2)巖石性質(zhì) 我國南方的震旦系、古生界及三疊系，北方的元古界及古生界，都是以碳酸鹽巖為主，分布比較廣泛。我國石漠化分布地區(qū)是碳酸鹽分布最集中、面積最廣的區(qū)域，地貌發(fā)育完全。而碳酸鹽巖具有易淋濕、成土慢的特點，碳酸鹽巖的大面積出露為石漠化的發(fā)育與不斷演化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

(3)地貌因素 由于地質(zhì)構(gòu)造和碳酸鹽巖溶蝕差異性的影響，導(dǎo)致碳酸鹽巖地區(qū)地貌起伏差距較大，山高坡陡，形成一定的坡度。一旦地表植被遭受破壞，便會造成水土流失，形成區(qū)域性的石漠化。如發(fā)生在16°以上坡面上的石漠化面積達(dá)1100萬hm2，占石漠化土地總面積的84.9%[5]。另外，由于碳酸鹽巖的極易淋濕，易形成喀斯特地區(qū)獨有的“二元結(jié)構(gòu)”地貌，地形復(fù)雜、地貌破碎。

(4)水文條件 該區(qū)是我國水熱條件搭配最好的區(qū)域之一，年降水量在1000mm以上，但是該地區(qū)降水的80%主要集中在春、夏2季，而該時間段正是多數(shù)農(nóng)作物的播種和幼苗階段，疏松的土壤和集中的降雨加速了石漠化的進程。同時，由于該區(qū)域的特殊地形和雙層巖溶水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，使地表水難以儲存，多地下河及溶洞水，水資源以地下水資源為主。尤其是坡度較大地區(qū)，形成小區(qū)域缺水的現(xiàn)狀。這種狀況在石漠化相對嚴(yán)重地區(qū)尤為明顯。

(5)植被因素 由于石漠化分布地區(qū)的小區(qū)域缺水性及巖石的極易侵蝕性，導(dǎo)致該區(qū)域的植被呈現(xiàn)出富鈣性、旱生性、石生性；更為關(guān)鍵的是，石漠化分布的區(qū)域多為植被稀疏地帶，或因人為或因自然因素。

3 人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)及其與我國石漠化的關(guān)系

碳酸鹽的廣泛分布構(gòu)成了石漠化的骨架，不合理的人類活動是基本力量。當(dāng)前，眾多學(xué)者一致認(rèn)為，石漠化的形成以極易溶蝕的碳酸鹽地質(zhì)為基礎(chǔ)，人為活動是重要的驅(qū)動力，氣候條件是石漠化形成的重要影響因子。

當(dāng)前的研究大多著重于過度樵采、不合理的耕作開墾等人類活動，而忽視了人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)對石漠化的影響。事實上，人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)和自然界的酸性物質(zhì)一樣，在石漠化的演化進程中起隱性溶蝕的作用，有別于上述幾種作用的顯性溶蝕。那么，酸性物質(zhì)的隱性溶蝕在石漠化的演進過程中起著怎樣的作用，是否是簡單地加速石漠化的進程，本研究就此展開討論。

3.1 人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)

(1)酸性沉降 酸性沉降可分為“濕沉降”與“干沉降”2大類。前者指隨著雨、雪、霧或雹等降水型態(tài)而落到地面所有氣狀污染物或粒狀污染物，后者則指在不下雨的日子，從空中降下來帶有酸性物質(zhì)的落塵。

pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水稱為酸雨。雨水被大氣中存在的酸性氣體污染便形成酸雨，其中多為硫酸雨，少部分為硝酸雨。大氣中的酸性物質(zhì)的來源有2方面，一是自然排放源，二是人工排放源。對現(xiàn)代酸雨影響較為深刻的是人工排放源，在工業(yè)革命之后工業(yè)生產(chǎn)、民用生活燃燒煤炭排放出來的二氧化硫，燃燒石油以及汽車尾氣排放出來的氮氧化物，使酸雨的發(fā)生頻率和程度都大大提高。2008年中國環(huán)境狀況公報顯示，監(jiān)測的494個市(縣)中出現(xiàn)酸雨的市(縣)249個，占50.4%；酸雨發(fā)生頻率在25%以上的160個，占32.4%；酸雨發(fā)生頻率在75%以上的54個，占11.0%。494個市(縣)中，發(fā)生酸雨(降水pH年均值lt;5.6)的城市占14.0%，發(fā)生較重酸雨(降水pH年均值lt;5.0)和重酸雨(降水pH年均值lt;4.5)的城市比例各占13.1%和8.5%。由此可見，酸雨在我國發(fā)生的頻率和程度都是比較大的[14]。

(2)生活或生產(chǎn)污水 一方面，人類生活中產(chǎn)生酸性生活污水，包括大量使用含磷洗滌物、廁所糞尿、醫(yī)院廢水等；另一方面，工業(yè)生產(chǎn)也將產(chǎn)生酸性生產(chǎn)污水。生活和生產(chǎn)污水，導(dǎo)致了土壤酸化，進一步影響石漠化。

(3)過度施用氮肥 過度施用化肥將會導(dǎo)致土壤酸化，酸性物質(zhì)隨流水遷移，進而對石漠化地區(qū)巖石產(chǎn)生影響。20世紀(jì)80年代以來，中國氮肥用量相當(dāng)驚人，在占世界7%的耕地上消耗了全球35%的氮肥。中國糧食年產(chǎn)量從1981年(3.25億t)至2008年(5.29億t)增長了63%，而氮肥消費量卻增長了近2倍。

(4)人類農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)生的植物酸 人類的發(fā)展過程實際就是農(nóng)業(yè)活動的發(fā)展過程。在種植農(nóng)作物的過程中，農(nóng)作物產(chǎn)生植物酸(C6H18P6O24)；植物酸是廣泛存在于植物中的有機磷化合物，一般都以鈣、鎂、鈉、鉀等金屬離子的復(fù)鹽形式存在于植物種子的表皮和胚芽。植物酸溶于水，呈強酸性，雖然單個作物的植物酸微乎其微，但長久的、大范圍的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的植物酸是不可忽略的。從石漠化的分布可見，石漠化分布地區(qū)大都是人類農(nóng)業(yè)活動密集區(qū)域，也是植物酸最多的區(qū)域。當(dāng)然，植物酸不會單一地影響石漠化，如原始森林極少有石漠化分布，與它的土層未受擾動有很大的關(guān)系。

3.2 人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)與石漠化的關(guān)系

當(dāng)前，人們對人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)對石漠化影響的研究還少有涉及，但碳循環(huán)對碳酸鹽巖的巖溶作用則已取得諸多成果，尤以袁道先的“巖溶動力學(xué)”為代表。在巖溶動力學(xué)中，揭示了CO2-H2O-CaCO3系統(tǒng)中碳、水、鈣在四圈層間循環(huán)的規(guī)律及其與巖溶作用方向(溶蝕或沉積)和強度的關(guān)系。例如，當(dāng)有較多CO2進入系統(tǒng)中時則水的pH降低，溶蝕作用加強，反之則發(fā)生沉淀[15]。

圖1 酸性物質(zhì)對碳酸鹽巖溶蝕示意圖

巖溶動力學(xué)理論主要從碳循環(huán)的角度闡釋巖溶地質(zhì)環(huán)境，其中碳酸的形成與對碳酸鹽巖的溶蝕為核心思想。人類活動在氣相及液相產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，與自然界的水發(fā)生反應(yīng)，形成酸根離子，并在水的作用下，在固氣、固液界面直接溶蝕碳酸鹽巖基巖(圖1)。

就總趨勢而言，現(xiàn)代石漠化的演化進程實質(zhì)就是酸性物質(zhì)對碳酸鹽巖溶蝕后，酸不溶物流失的過程。無論是碳酸還是其他酸性物質(zhì)，都會對石漠化的形成產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。當(dāng)然，這種影響并不是單一地加劇石漠化，可分為2種：一是人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，不斷侵蝕碳酸鹽巖基巖，碳酸鹽巖成土速率加快，即在不合理的人類活動區(qū)域，造成地表植被減少，水土流失嚴(yán)重，土層較薄甚至缺失。由于缺少植被、土壤的保護，酸性物質(zhì)不斷溶蝕裸露基巖，土壤以更快的速度流失。這樣的后果是石漠化的范圍不斷擴大，人地矛盾更加尖銳；二是在合理的人類活動區(qū)域，地表植被覆蓋好，雖然有酸性物質(zhì)的溶蝕，但土層可得以保護，但其結(jié)果卻是土層越來越厚，遏制了石漠化的加速演化，甚至改善石漠化。

4 人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)與石漠化的“雙循環(huán)”模式

石漠化作為災(zāi)害的一個重要特點可能在于它對人類的直接影響不易察覺，往往帶來間接影響，這導(dǎo)致在人們忽視石漠化時，它已經(jīng)對產(chǎn)生了嚴(yán)重影響[9]。石漠化不同于其他自然災(zāi)害的危害在于持續(xù)時間長，只有相當(dāng)長的一段時間以后石漠化才能夠逐漸消失，短的幾十年能夠恢復(fù)森林，而長的可能到數(shù)百年、數(shù)千年才能實現(xiàn)土壤的恢復(fù)。而石漠化隨環(huán)境因子的相互作用和影響而會逐漸擴展，超出原來災(zāi)變范圍，增大對人類社會的影響。

圖2 人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)與石漠化的“雙循環(huán)”模式

前文已闡述人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)對石漠化的單向影響模式。實際上，人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)與石漠化二者之間的關(guān)系，并不是單向的，而是雙向的、可逆的反應(yīng)，形成“雙循環(huán)”模式(圖2)。

人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，加速溶蝕基巖，在不合理的人類活動區(qū)域，會加劇石漠化；在合理的人類活動區(qū)域，改善石漠化。然而，隨著石漠化的加劇，一個惡性循環(huán)正在不斷上演：石漠化導(dǎo)致人類的生存環(huán)境惡劣，人地矛盾更加尖銳。因此人類會變本加厲向自然索取，如不合理地開墾、濫砍亂伐和盲目擴大規(guī)模的粗放經(jīng)營等，導(dǎo)致原本單一的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化：一方面，由農(nóng)業(yè)用地向工業(yè)用地轉(zhuǎn)化；另一方面，施用更多化肥以保證農(nóng)作物產(chǎn)量。而人類活動會再次產(chǎn)生酸性物質(zhì)，即二次酸源，與一次酸源共同作用，進一步加劇石漠化，由此石漠化問題愈演愈烈，形成惡性循環(huán)。同時，隨著石漠化的改善，一個良性循環(huán)也會呈現(xiàn)：石漠化的改善，促使人類活動越來越合理，保證了植被覆蓋好，土層受擾動少，即便人類活動會產(chǎn)生酸性物質(zhì)，也會促使土層越來越厚，進一步改善石漠化，形成良性循環(huán)。

5 小結(jié)

(1)當(dāng)前，對石漠化研究的深度、廣度都已逐漸深化，但始終忽略了酸性物質(zhì)對石漠化的影響，應(yīng)該引起重視，為石漠化的綜合治理開辟新的思路。

(2)人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)和自然界的酸性物質(zhì)共同作用于碳酸鹽巖，現(xiàn)代石漠化的演化進程實質(zhì)是酸性物質(zhì)對碳酸鹽巖的溶蝕后，酸不溶物流失的過程。

(3)人類活動產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，對石漠化的影響是“雙循環(huán)”的，酸性物質(zhì)產(chǎn)生后，直接溶蝕碳酸鹽，一方面，由于人類不合理活動，破壞了植被、土壤，造成水土流失，加劇了石漠化演化進程，導(dǎo)致人地矛盾更加尖銳，形成“惡性循環(huán)”；另一方面，人類的合理活動，改善了植被、土壤，雖然有酸性物質(zhì)溶蝕，但土層變厚，進而改善了石漠化，促進了人地矛盾緩和，形成“良性循環(huán)”。

隨著石漠化日益引起人們的關(guān)注，眾多學(xué)者都在為石漠化的綜合治理獻計獻策，取得良好效果的同時積累了寶貴經(jīng)驗，如貴州的“晴隆模式”、“五個結(jié)合”模式、廣西的馬山縣立體治理模式、重慶中梁山生態(tài)景觀模式、南川生態(tài)立體農(nóng)業(yè)模式，都為治理石漠化做出了巨大貢獻。

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X142

A

1673-1409(2012)06-S039-05

2012-05-12

國家大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目(101063516)

馬孟尚(1989-)，男，貴州貴陽人，現(xiàn)從事土壤地理和土地利用研究。

傅瓦利，E-mailfuwali@swu.edu.cn。

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.06.010