王志剛，萬木春，孫佳佳，張平倉

(1.長江科學院 a.水土保持研究所；b.流域水資源與生態(tài)環(huán)境科學湖北省重點實驗室， 武漢 430010；2.秭歸縣開明建筑有限責任公司,湖北 秭歸 443600)

西南喀斯特石漠化區(qū)土壤形成速率研究綜述

王志剛1a,1b，萬木春2，孫佳佳1a,1b，張平倉1a,1b

(1.長江科學院 a.水土保持研究所；b.流域水資源與生態(tài)環(huán)境科學湖北省重點實驗室， 武漢 430010；2.秭歸縣開明建筑有限責任公司,湖北 秭歸 443600)

強烈的人為作用造成我國西南喀斯特區(qū)水土流失嚴重，并導致了石漠化。而碳酸鹽巖風化后殘留物極少，土壤形成速度極慢，又導致石漠化的恢復極難。因此，西南喀斯特區(qū)石漠化的核心問題就是土壤形成與流失的矛盾。目前對于碳酸鹽巖成土速率的計算，都是基于剖面上碳酸鹽巖溶蝕速率來推算的,溶蝕速率是通過灰?guī)r標準試片溶蝕速率確定的，只考慮了巖-土接觸面上的碳酸鹽巖溶蝕速率，不考慮碳酸鹽巖巖層間和巖體內部的風化作用。而可以包含以上3種成土模式的流域地球化學平衡法，則是在花崗巖地區(qū)建立起來的，應用在碳酸鹽巖上，必須對其進行修正。碳酸鹽巖的風化成土與花崗巖的差異較大，碳酸鹽巖的風化分成2個過程，即碳酸鹽巖風化形成殘積物和殘積物進一步風化形成土壤。在綜述前人研究成果的基礎上，提出了在風化速率計算中增加殘積物風化模塊，以區(qū)分碳酸鹽巖基巖與殘積物2個不同風化過程的方法，來修正基于花崗巖建立的流域地球化學平衡法，以適合碳酸鹽巖上土壤形成速率的計算。

西南地區(qū)；喀斯特石漠化；碳酸鹽巖風化；土壤形成速率；花崗巖；溶蝕速率法；流域地球化學平衡法

人類掠奪式的開發(fā)，導致在地質地貌極其復雜、生態(tài)環(huán)境極其脆弱的西南喀斯特地區(qū)出現(xiàn)了嚴重的石漠化[1-4]。多年來，國家投入了巨資來恢復該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境[5-6]，但生態(tài)環(huán)境恢復需要一個漫長的過程，目前西南喀斯特地區(qū)石漠化恢復究竟處于一個什么樣的進程，是惡化了還是改善了，是一個亟待回答的問題?；卮鹪搯栴}對于了解石漠化狀況，指導進一步治理，具有重要現(xiàn)實意義。要回答石漠化恢復處于什么樣的進程，首先須搞清楚石漠化恢復的機理，也就是回答石漠化地區(qū)土壤形成速率和退化速率這2個基本問題。最終通過兩者的比較分析確定石漠化恢復的進程。另外，確定碳酸鹽巖母巖上土壤的形成速率也是土壤發(fā)生學的基本問題。明確這些科學問題，不僅對土壤發(fā)生、地球化學和土壤侵蝕理論有重要意義，而且可以為喀斯特地區(qū)土壤資源可持續(xù)管理和利用、生態(tài)環(huán)境建設等提供重要依據(jù)。

1 西南喀斯特地區(qū)的石漠化

喀斯特石漠化概念的形成經(jīng)歷了一個長期的探討過程。Yuan最早給出石漠化較完善的科學定義：石漠化是指覆蓋有土壤和植被的喀斯特區(qū)域轉變成幾乎沒有土壤和植被覆蓋的石質景觀的過程[7]。然而，王世杰認為，石漠化是一個廣義的概念，在南方濕潤地區(qū)，在人類活動的驅動下，流水侵蝕導致地表出現(xiàn)巖石裸露的荒漠景觀，都應該歸屬石漠化的范疇，不僅僅局限于特定的碳酸鹽巖地區(qū)，發(fā)育于不同地質環(huán)境背景上的石漠化，存在著許多本質上的差異[8]。并最終提出，喀斯特石漠化(Karst rocky desertification)是指在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，造成土壤嚴重侵蝕，基巖大面積出露，土地生產(chǎn)力嚴重下降，地表出現(xiàn)類似荒漠景觀的土地退化過程[8]。它是土地荒漠化的主要類型之一，以脆弱的生態(tài)地質環(huán)境為基礎，以強烈的人類活動為驅動力，以土地生產(chǎn)力退化為本質，以出現(xiàn)類似荒漠景觀為標志[8]。雖然，荒漠化多指干旱、半干旱和半濕潤地區(qū)的土地退化，但目前學術界已普遍認同濕潤地區(qū)的喀斯特石漠化也屬于荒漠化的一種形式，并且喀斯特石漠化以出現(xiàn)類似荒漠的景觀為重要標志[8-11]。喀斯特石漠化一經(jīng)發(fā)生，生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生逆向演替，原有的植被退化或消亡，植被覆蓋率低，大部分地區(qū)巖石裸露，地表呈現(xiàn)出類似荒漠化景觀[8]。根據(jù)荒漠化景觀的發(fā)展程度將喀斯特石漠化劃分為不同的等級，如：巖石裸露程度 >70%時稱重度石漠化；巖石裸露程度在50%～70%時稱中度石漠化；巖石裸露程度在30%～50%時稱輕度石漠化；巖石裸露程度 <30%時稱無石漠化[12]。

2004—2005年，國家林業(yè)局組織開展了喀斯特區(qū)石漠化土地監(jiān)測工作，并發(fā)布了喀斯特區(qū)石漠化狀況公報。監(jiān)測范圍涉及湖北、湖南、廣東、廣西、貴州、云南、重慶、四川8省(自治區(qū)、直轄市)的460個縣。截止2005年底，石漠化土地總面積為12.96萬km2，占監(jiān)測區(qū)總面積的12.1%(監(jiān)測區(qū)總面積107.14萬km2)，占監(jiān)測區(qū)巖溶面積的28.7%(監(jiān)測區(qū)內巖溶面積為45.10萬km2)。在這8個省區(qū)中，貴州省石漠化面積達331.6萬hm2，占石漠化總面積的25.6%，其后依次為云南288.1萬hm2、廣西237.9萬hm2、湖南147.9萬hm2、湖北112.5萬hm2、重慶92.6萬hm2、四川77.5萬hm2和廣東8.1萬hm2，分別占石漠化總面積的22.2%，18.4%，11.4%，8.7%，7.1%，6.0%，0.6%。監(jiān)測區(qū)內輕度石漠化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%。另據(jù)“中國水土流失與生態(tài)安全綜合科學考察”的估算，按現(xiàn)在的水土流失速度，35 a后西南巖溶區(qū)石漠化面積將翻一番。由此可見，我國面臨的喀斯特石漠化問題依然極其嚴峻，開展喀斯特石漠化相關的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。

2 喀斯特石漠化的成因及危害

喀斯特石漠化是在自然和人為共同作用下形成的歷史自然體。西南地區(qū)是我國喀斯特石漠化最嚴重的地區(qū)，它位于青藏高原的東南翼斜坡，處在太平洋季風與印度洋季風交匯影響的邊緣地帶，屬中亞熱帶、南亞熱帶和北熱帶氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤，雨量充沛[13-14]。在地質歷史上，從震旦紀到三疊紀，該區(qū)沉積了巨厚的碳酸鹽巖；三疊紀晚期，印支運動爆發(fā)，云貴高原形成；以擠壓為主的中生代燕山構造運動使西南地區(qū)普遍發(fā)生褶皺作用，形成高低起伏的古老碳酸鹽巖基巖面；以升降為主的新生代喜山構造運動云貴高原被再度抬升[13,15]。強烈的構造運動塑造了西南喀斯特地區(qū)陡峻而破碎的地貌格局，由此產(chǎn)生較大的地表切割度和地形坡度，為水土流失提供了動力潛能。另外，因為碳酸鹽巖抗物理風化能力強，而化學風化后剩下的不溶物含量又極低[16]，所以喀斯特區(qū)成土速率低，土層淺薄，一旦破壞極難恢復，并且新構造上升運動，會使該區(qū)接收的第四紀沉積物厚度小、分布零星[15]。

生態(tài)地質環(huán)境條件脆弱并不意味著一定會出現(xiàn)石漠化，導致西南喀斯特地區(qū)石漠化的直接原因還是人類的不合理利用。早在清初，人們就開始認識貴州的石漠化現(xiàn)象。而在此之前的明朝，貴州的生態(tài)環(huán)境還是良好的，因為明朝政府對貴州的治理基本上是延續(xù)元代的土司制度，貴州人口和田地均較少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍然延續(xù)著原始的方式[2]。到了清中期，隨著人口的膨脹，土地被大量開墾為農(nóng)田，如貴州田地數(shù)量從1724年到1753年增加了77%，石漠化開始凸顯，局部地區(qū)出現(xiàn)“地埆不可耕”。然而更為嚴重的是，貴州自20世紀20年代以來，森林先后遭到4次較大規(guī)模的破壞：第1次是20年代至40年代的戰(zhàn)爭；第2次是50年代末“大煉鋼鐵”使大片原始林、次生林毀于一旦；第3次是“文革”時期“以糧為綱”大搞開山造田，大肆砍伐林木；第4次就是70年代末至80年代初，由于農(nóng)村經(jīng)濟體制變動，再次使林木遭到嚴重破壞[17-18]。西南喀斯特地區(qū)的人口壓力和長期掠奪式的經(jīng)營開發(fā)，最終導致了“人口增加→陡坡開荒→植被減少、退化→水土流失加重→石漠化→貧困→人口增加”的惡性循環(huán)的形成[8,19-20]。

喀斯特石漠化危害的本質是導致土地生產(chǎn)力退化，而土地生產(chǎn)力退化又是各種土壤屬性退化的綜合表現(xiàn)[8,21]?？λ固厥貐^(qū)的土壤退化主要表現(xiàn)在土壤薄層化、粗骨化、貧瘠化，土壤物理學、化學、生物學性質惡化和土壤水庫萎縮。強烈的水力侵蝕導致喀斯特石漠化地區(qū)土壤顆粒大量流失，土層逐漸變薄，土壤中礫石含量增加，呈現(xiàn)粗骨化，原有的良好土體構型被破壞，植被立地條件惡化[22-24]。隨著水土流失的加劇，土壤肥力也持續(xù)下降，養(yǎng)分元素如氮、磷、鉀含量降低，有機質含量也顯著降低[19]。另外，隨著石漠化的發(fā)展，土壤物理性惡化，土壤出現(xiàn)板結，透氣性變差[19,25]。土壤化學性質也出現(xiàn)惡化，如pH升高，堿解氮、速效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂含量下降等[26-27]。土壤微生物種群和生物學性質也出現(xiàn)惡化，如土壤微生物總量降低，多樣性損失，酶和酶活性降低[22,27]。土壤薄層化、粗骨化、板結和地表結皮破壞等，又導致土壤涵養(yǎng)水源的能力降低，土壤水庫萎縮，使石漠化地區(qū)旱澇災害頻繁[8,23,25,28]。

3 碳酸鹽巖上土壤的形成速率研究進展

西南喀斯特石漠化區(qū)特殊的地質、地形、植被和氣候條件導致了了該區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境，一方面是成土速率低、土層淺薄[15-16]；另一方面，較大的地表切割度和坡度，以及充沛的降雨，為水土流失提供了動力潛能[13-14]。因此，西南地區(qū)喀斯特石漠化的核心問題就是喀斯特特殊條件下土壤的累積與流失，亦即土壤形成與退化的矛盾。下面從土壤形成速率國內外研究進展和西南地區(qū)碳酸鹽巖上土壤的形成速率研究實際情況2個方面，對西南喀斯特石漠化區(qū)土壤形成速率研究進行評述。

3.1 土壤形成速率國內外研究進展

目前，各類研究使用的巖石風化和土壤形成速率的計算方法多是在非喀斯特地區(qū)建立起來的，主要包括：①模擬淋溶實驗法[29]；②剖面物質損耗法[30]；③剖面物質與環(huán)境條件法[31]；④剖面土壤酸化模型(PROFILE model)[32]；⑤流域土壤酸化模型(MAGIC model)[33]；⑥同位素比值法[34]；⑦流域元素輸入輸出平衡法[35-36]等。不同方法的適用范圍不同，每種方法既有其優(yōu)點，也有其局限性(表1)。

另外，不同方法測定的土壤形成速率存在很大差異。造成這些差異的原因，首先是研究的空間尺度不同。Langan等指出單個土壤剖面風化速率計算使用的數(shù)據(jù)為“某一點”的數(shù)據(jù)，而流域風化和土壤形成速率計算所用的數(shù)據(jù)包含了流域內不同土壤的空間變異[37]。前者計算的是研究區(qū)域內某一點的風化和土壤形成速率，后者為流域的平均風化和土壤形成速率。其次，不同方法的理論前提各不相同，也會導致風化和土壤形成速率的計算結果存在差異。此外，土壤風化的時間尺度也會影響不同方法的計算結果。一般來說，土壤的當前風化速率比長期風化速率要高[38-40]。在實際應用中，研究者應根據(jù)研究目的、時空尺度要求、測試手段、精度要求等條件，以及模型本身的完善程度來選擇合適的方法。

表1 土壤形成速率計算方法比較Table 1 Comparison of methods of calculating soilformation rate

3.2 碳酸鹽巖上土壤的形成速率

目前對于西南地區(qū)碳酸鹽巖成土速率的計算，都是基于單個剖面或者多個剖面統(tǒng)計的碳酸鹽巖溶蝕速率和不溶物含量來推算的(表2)[41]。這種方法的優(yōu)點是概念簡單、易于測定。這種方法存在一定的問題，首先這種方法依賴于碳酸鹽巖溶蝕速率的測定，而碳酸鹽巖溶蝕速率又是通過灰?guī)r標準試片溶蝕速率確定的[42]，這種方法只考慮了巖-土接觸面上的碳酸鹽巖溶蝕速率，不考慮碳酸鹽巖巖層間和巖體內部的風化作用。而根據(jù)楊瑞東等的研究，碳酸鹽巖成土存在巖-土界面上風化成土、巖層層間界面上風化成土、巖層整體塊狀風化成土等3種模式(圖1)，并據(jù)此認為，根據(jù)碳酸鹽巖溶蝕速率推算的碳酸鹽巖成土速率比真實的成土速率低[43]。其次，這種方法測定的是剖面尺度上的土壤形成速率，在應用過程中存在尺度匹配上的問題。目前，對于喀斯特地區(qū)土壤退化的研究大多是宏觀的，通過對比自然林地、次生灌木林地、草地、坡耕地、嚴重石漠化土地等已經(jīng)出現(xiàn)了明顯差異的景觀單元上土壤屬性的惡化狀況[51-53]，并根據(jù)植被覆蓋度、坡度、裸巖面積、土層深度等評價石漠化的程度[10,54-55]。并且，小流域及其更宏觀的尺度是水土保持工作和生態(tài)環(huán)境建設開展的重要尺度，它們與基于剖面的碳酸鹽巖成土速率推算之間存在一個尺度不匹配的問題[56-57]。

表2 西南地區(qū)碳酸鹽巖成土速率的估算及其方法Table 2 Estimation methods for carbonate rockweathering and soil formation rate in Southwest China

注:圖3(d)中這些不規(guī)則條帶狀是土。

因此，當前對西南地區(qū)碳酸鹽巖上土壤的形成速率的研究，需要將基于剖面的研究尺度提高到小流域的水平上，一方面可以囊括碳酸鹽巖成土的3種模式，另一方面可以與喀斯特石漠化土壤退化的研究相匹配。對應的研究方法則可以采用流域元素地球化學平衡法計算。但是該方法是基于花崗巖母巖建立起來的，碳酸鹽巖的成分和風化過程與花崗巖的差異較大，必須對計算方法進行修正。

4 流域元素地球化學平衡法的修正

土壤是巖石風化的產(chǎn)物，因此土壤的形成速率與風化速率密切相關，可以用流域元素地球化學平衡法計算土壤的當前風化速率。目前，該方法在小流域研究中得到了廣泛應用[35-36,58-59]。流域元素地球化學平衡法的基本原理是元素地球化學質量平衡。在地球表面，假定巖石風化的產(chǎn)物是土壤和水中的溶質，這個風化過程驅動了一個大尺度的地球化學循環(huán)[60]。Barth于1961年提出了一個初步的概念公式來描述和計算這個循環(huán)中的物質平衡[61]，即

W=ΣDi+S。

(1)

式中：W表示被風化巖石的總質量；Di表示被水循環(huán)帶走的各種元素的質量；S表示風化產(chǎn)物的質量。令ci和si分別為第i種元素在巖石和其風化產(chǎn)物中的平均含量，則有

ciW=Di+siS。

(2)

式(1)和式(2)是后來各種改進和完善的水文地球化學平衡計算公式的母版。其中，在Yoshioka，Wakatsuki，Rasyidin等人改進的基礎上[60,62]，Wakatsuki等于1993年提出了一個較為完善的[63]、根據(jù)流域元素地球化學質量平衡原理的、計算風化速率和土壤形成速率的方法，其平衡方程為

PPi+RRi+A=SSi+DDi+VVi+GGi。

(3)

式中：Pi，Di，Gi分別為雨水、地表徑流水和地下水中i元素的含量(g·m-3)；P，D，G分別為降雨量、地表徑流量和地下水量[104·m3·(hm2·a)-1]；Ri，Si，Vi分別為巖石、土壤和植物中i元素的含量(104·g·t-1)；R，S，V分別為巖石風化速率、土壤形成速率和植物生長速率[t·(hm2·a)-1]；A為i元素人為施肥輸入量[104·t·(hm2·a)-1]。

當研究區(qū)域位于偏遠地區(qū)，非農(nóng)業(yè)利用的小流域，人為作用很小的時候，式(3)中的人為影響(A)可以忽略；如果小流域處于穩(wěn)定狀態(tài)，即元素生物吸收和歸還達到平衡，那么可以不考慮生物對元素輸入輸出的影響，即忽略式(3)中的V和Vi。因此，質量平衡方程可以改寫為

PPi+RRi=SSi+DDi+GGi。

(3)

由于Al，Ca，F(xiàn)e，K，Mg，Na，O，Si等主量元素平均含量之和占地殼總質量的95%以上[64]，而巖石、土壤和水中的Al，Ca，F(xiàn)e，K，Mg，Na，Si均主要以氧化物的形式存在，因此一般選擇Al，Ca，F(xiàn)e，K，Mg，Na，Si7種元素用于計算風化速率和土壤形成速率[60]，并建立如下的方程組：

PPAl+RRAl=SSAl+DDAl+GGAl；

(4)

PPCa+RRCa=SSCa+DDCa+GGCa；

(5)

PPFe+RRFe=SSFe+DDFe+GGFe；

(6)

PPK+RRK=SSK+DDK+GGK；

(7)

PPMg+RRMg=SSMg+DDMg+GGMg；

(8)

PPNa+RRNa=SSNa+DDNa+GGNa；

(9)

PPSi+RRSi=SSSi+DDSi+GGSi。

(10)

在花崗巖地區(qū)，可以通過上述方程組聯(lián)立，利用多元回歸分析來求算風化速率和土壤形成速率[63]。

為了簡便，許多學者在應用該方法計算風化和土壤形成速率時假設流域處于穩(wěn)定狀態(tài)，而不考慮生物對元素輸入與輸出的影響。顯然，只有當植物生長所消耗的元素與植物分解進入土壤中的元素達到平衡時，假設才成立。事實上，很少有流域處于穩(wěn)定狀態(tài)[65-67]。盡管元素輸入輸出平衡法存在一些假設和前提條件，但仍然被認為是定量測定元素地表遷移最可靠的手段，同時也是野外計算風化和土壤形成速率最為精確的方法[68]。

但是，流域元素地球化學平衡法是基于花崗巖母巖小流域建立起來的，石灰?guī)r的成分和風化過程與花崗巖的差異較大(表3)，因此要用該方法來計算碳酸鹽巖母巖上土壤的形成速率，必須對計算方法進行修正。

表3 花崗巖、石灰?guī)r母巖及其形成土壤的主量元素平均含量Table 3 Mean contents of major elements in soildeveloped from granite and limestone %

花崗巖風化成土的小流域物質平衡表達式可以概化為

基巖風化釋放 + 大氣沉降=土壤 +

地表徑流輸出 + 地下水輸出 + 生物凈吸收 。

但是碳酸鹽巖的風化成土與花崗巖的差異較大，碳酸鹽巖的風化截然地分成2個過程，即碳酸鹽巖風化形成殘積物，殘積物進一步風化形成土壤。而殘積物的成分主要是黏土，與碳酸鹽巖的成分差異較大。因此，碳酸鹽巖風化成土的小流域物質平衡表達式應修訂為

基巖風化釋放 + 殘積物風化釋放 + 大氣沉降=

土壤 +地表徑流輸出 + 地下水輸出 + 生物凈吸收 。

碳酸鹽巖上殘積物的成分與基巖的成分差異較大，在選擇適合計算土壤形成速率的元素方面也需要修正，并通過不同元素的平衡方程來區(qū)分基巖風化速率和殘積物風化速率。

Wakatsuki等認為對于花崗巖發(fā)育的土壤越穩(wěn)定的元素越適合用于計算風化速率，但事實上并不是因為這樣，比如Al元素非常穩(wěn)定，但卻不適合計算風化速率[63]。我們認為，理想狀態(tài)下的流域元素輸入輸出平衡法還隱含了一個假定，即土壤是風化的產(chǎn)物，相對于巖石而言，土壤基本不發(fā)生風化，因此在巖石中風化速率越大于土壤中風化速率的元素越適合于計算巖石風化速率和土壤形成速率。碳酸鹽巖母巖的Ca(或Mg)含量遠遠大于其形成的土壤中的含量(表3)，因此碳酸鹽巖Ca(或Mg)的風化速率遠遠大于土壤Ca(或Mg)的風化速率，對于碳酸鹽巖Ca(或Mg)應該更適合于計算土壤形成速率。另外，碳酸鹽巖母巖中主量元素的含量與其形成土壤的中主量元素含量差異遠大于花崗巖與其上形成土壤間的差異，因此碳酸鹽巖流域元素輸入輸出平衡應該包含更加豐富的信息，比如可以區(qū)分巖石風化速率和土壤風化速率等?？梢约俣?，Ca或Mg的風化速率主要反映基巖的風化速率，而Si，Al，F(xiàn)e，K，Na的風化速率主要反映殘積物的風化速率。

5 結論與展望

喀斯特石漠化是指在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，造成土壤嚴重侵蝕，基巖大面積出露，土地生產(chǎn)力嚴重下降，地表出現(xiàn)類似荒漠景觀的土地退化過程。它是土地荒漠化的主要類型之一，以脆弱的生態(tài)地質環(huán)境為基礎，以強烈的人類活動為驅動力，以土地生產(chǎn)力退化為本質，以出現(xiàn)類似荒漠景觀為標志?？λ固厥窃谧匀缓腿藶楣餐饔孟滦纬傻臍v史自然體。西南喀斯特區(qū)地表切割度和坡度大，地形陡峻破碎，氣候溫暖濕潤，雨量充沛，為水土流失提供了動力潛能。歷史上和當前強烈的人為作用造成地表植被破壞，引發(fā)了嚴重的水土流失，并直接導致了嚴重的石漠化。而碳酸鹽巖風化后殘留物極少，成土速度極慢，又導致石漠化的恢復極難。因此，西南地區(qū)喀斯特石漠化的核心問題就是喀斯特特殊條件下土壤的累積與流失的矛盾。

目前對于西南地區(qū)碳酸鹽巖成土速率的計算，都是基于單個剖面或者多個剖面統(tǒng)計的碳酸鹽巖溶蝕速率和不溶物含量來推算的。這種方法依賴于碳酸鹽巖溶蝕速率的測定，而碳酸鹽巖溶蝕速率又是通過灰?guī)r標準試片溶蝕速率確定的，只考慮了巖-土接觸面上的碳酸鹽巖溶蝕速率，不考慮碳酸鹽巖巖層間和巖體內部的風化作用。而可以包含以上3種成土模式的，基于流域地球化學平衡的巖石風化和土壤形成速率計算方法多是在花崗巖地區(qū)建立起來的，應用在西南喀斯特地區(qū)的碳酸鹽巖上，必須對其進行修正。碳酸鹽巖的風化成土與花崗巖的差異較大，碳酸鹽巖的風化分成2個過程，即碳酸鹽巖風化形成殘積物，殘積物進一步風化形成土壤。本文提出了在風化速率計算中，增加殘積物風化模塊，并區(qū)分碳酸鹽巖基巖與殘積物2個不同的風化過程，來修正基于花崗巖建立的流域土壤形成速率計算方法，以適合碳酸鹽巖上土壤形成速率的計算。有必要進一步開展試驗觀測，以驗證該修正方法的可行性和準確性。

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(編輯：姜小蘭)

Review of Studies on Soil Formation Rate in Karst RockyDesertification Region of Southwest China

WANG Zhi-gang1,2,WAN Mu-chun3,SUN Jia-jia1,2,ZHANG Ping-cang1,2

(1.Soil and Water Conservation Department,Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China;2.Hubei Key Laboratory of Water Resources &Eco-environment,Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China;3.Kaiming Construction Limited Liability Company of Zigui County,Zigui 443600,China)

Human activities have induced severe soil and water loss and gave rise to rocky desertification in Karst region of southwest China.The recovery of rocky desertification is extremely difficult because there’s very little residue after the weathering of carbonate rocks.Therefore,the key issue of karst rocky desertification is the contradiction between soil formation and soil loss.Currently,the rate of soil formation from carbonate rock is calculated based on the dissolution rate of carbonate rock in soil profile.The dissolution rate of carbonate rock is determined by the dissolution experiment of standard test piece of carbonate rock.This method only considers the soil formation on the contact surface between soil and rock,but not the soil formation between rock layers and rock interior.However,the method of watershed’s geochemical balance which contains the above soil formation types is based on the granite region.It must be modified when applied to carbonate rock watershed.The most important difference of the soil formation between carbonate and granite rocks was the weathering of carbonate rocks diametrically divided into two processes,namely the weathering of carbonate rock to form residual material,and the further weathering of residual material to form soil.In this paper,we propose to modify the method of watershed’s geochemical balance by considering the weathering process of residual material to distinguish these two processes.

Southwest China;Karst rocky desertification;weathering of carbonate rock;soil formation rate;granite;dissolution rate;method of watershed’s geochemical balance

2014-12-30；

2015-01-16

國家自然科學基金項目(41101191,41201269)；國家科技重大專項專題資助項目(2012ZX07503-002-03)；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費資助項目(CKSF2014022/TB，CKSF2015011/TB)；長江科學院創(chuàng)新團隊資助項目(CKSF2012052/TB)

王志剛(1981-)，男，湖北棗陽人，高級工程師，主要從事土壤地理、土壤侵蝕研究，(電話) 027-82926391(電子信箱)peter.zgwang@gmail.com。

10.3969/j.issn.1001-5485.2015.03.014

S151

A

1001-5485(2015)03-0064-09

2015,32(03):64-72