水土流失防治对策

中国西南岩溶区土壤允许流失量及防治对策 曹建华 1 ,蒋忠诚 1 ,杨德生 2 ,裴建国 1 ,杨 　慧 1 ,罗为群 1 (1. 中国地质科学院 岩溶地质研究所 国土资源部岩溶动力学重点实验室 ,广西 桂林 541004; 2. 珠江水利委员会 ,广东 广州 510611) [关键词 ] 岩溶环境 ;碳酸盐岩溶蚀 ;水土流失强度 ;分级 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ;中国西南岩溶区 [摘 　要 ] 中国西南岩溶区碳酸盐岩成土物质先天不足 ,沿用 1997年水利部颁布的《土壤侵蚀分类分级标准 》( SL190— 96) ,显然与岩溶区的实际情况不相适应。在分析影响西南岩溶区碳酸盐岩风化成土因素的基础上 ,收集了相关的资料、 数据和图层 ,估算了西南岩溶区碳酸盐岩的风化成土速率 ,并将成土速率作为土壤允许流失量 ,重新厘定西南岩溶区水 土流失强度的分级标准 ,微度、轻度、中度、强度、极强度和剧烈分别为 < 30、30～100、100～200、200～500、500～1 000、≥ 1 000 t/ ( km2 ·a)。同时根据西南岩溶区水土流失过程的基本特点 ,对该地区以后的水土保持工作提出 4点建议 :抓住 水土流失过程关键环节重点防治 ;不同岩溶石漠化区采取不同水土保持对策 ;积极推进生物篱技术 ;加强岩溶区土壤改 良技术研究 ,提高基本农田的生产效率。 [中图分类号 ] S157　　[文献标识码 ] A　　[文章编号 ] 1000 - 0941 (2008) 12 - 0040 - 06 　　在影响生态系统形成、演变的因素中 ,气候因素、水文因素 是塑造生态系统的长期的、缓慢的驱动力 ,而地质、地貌因素则 是生态系统得以存在和发展的载体和物质基础 [ 1 ]。受岩溶环 境制约的中国西南岩溶生态系统 ,其形成土壤的母岩大都为古 老坚硬、质纯、层厚的碳酸盐岩 ,而碳酸盐岩成土物质的先天不 足 ,使岩溶区成土速度十分缓慢 [ 2 ]。西南岩溶山区土层通常仅 有十到几十厘米厚 ,若没有植被保护 ,在几场大雨中就有可能 流失殆尽 ,形成岩溶石漠化。因此 ,在认识和评估西南岩溶石 山区水土流失危害时 ,依然使用全国范围使用的土壤流失强度 标准显然是不合适的 ,必须有新的标准来适应西南岩溶区的实 际情况。全国水土流失与生态安全综合科学考察 ———西南岩 溶石漠化区考察组通过野外考察、数据收集和整理 ,对西南岩 溶区的水土流失强度分级标准进行了初步厘定。 1　碳酸盐岩成土的基本过程及影响因素分析 王世杰等 (1999年 ) [ 3 ]通过矿物组合、相对稳定元素比值、 稀土元素及其分配模式和粒度分布特征的统计分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 对黔 中、黔西、黔北、湘西 5个石灰土剖面进行的研究 ,揭示了碳酸 盐岩风化形成石灰土的地球化学过程一般遵循两阶段模式 : ① 岩溶作用 ———碳酸盐岩溶蚀 ,岩石中大量可溶性物质 Ca、Mg、 Mn、P淋失 ,难溶或不溶物质 (酸不溶物或成土物质 ) Si、Fe、A l、 Ti等相对富集 ; ②成土作用 ———酸不溶物成土过程 , Si不断淋 失 , A l、Fe相对富集。 [项目来源 ] 中国水土流失与生态安全 综 合 科 学 考 察项 目 (2005SBKK05) ;广西科技厅创新能力建设项目 (桂科能 0842008、桂科能 063006 - 5H) ;国家科技支撑计划课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 (2006BAC01A16) 因此 ,揭示碳酸盐岩成土过程的影响因素 ,主要研究碳酸 盐岩的溶蚀和碳酸盐岩的酸不溶物含量。 1. 1　碳酸盐岩的矿物及酸不溶物含量 影响碳酸盐岩溶蚀的岩石、矿物因素是岩溶研究的基础 , 也有较好的研究积累 ,如翁金桃 ( 1987年 ) [ 4 ]、聂跃平等 ( 1994 年 ) [ 5 ]对桂林和黔西南碳酸盐岩的化学成分、矿物成分及酸不 溶物对化学溶蚀、物理机械风化的影响进行过详细的研究。 桂林地区碳酸盐岩出露的主要地层为石炭系 —泥盆系的 质纯层厚的石灰岩 , 103个不同层位碳酸盐岩的溶蚀试验结果 显示 : ①岩石成分、岩石结构是影响碳酸盐岩风化速率的主要 因素。溶蚀过程中化学溶解起主导作用 ,影响化学溶蚀量的主 要因素是岩石化学成分 ,如比溶解度与 CaO的含量显著正相关 (图 1) ,物理破坏只起到次要作用。②在纯碳酸盐岩中 ,溶蚀速 图 1　桂林地区碳酸盐岩比溶解度与 CaO含量的关系 率随岩石中方解石 (CaO)含量的增加而增大 ,随白云石 (MgO ) 含量的增加而降低。③在不纯的碳酸盐岩中 ,由于酸不溶物 (非碳酸盐矿物 )的加入 ,物理破坏量增大 ,使岩石的溶蚀速率 与方解石 (CaO)、白云石 (MgO)之间的线性相关程度降低。 ·04· 中国水土保持 SWCC　2008年第 12期 黔中南出露有震旦纪、寒武纪、奥陶纪、泥盆纪、二叠纪、三 叠纪等不同地质时代的碳酸盐岩 , 124块碳酸盐岩的溶蚀试验 结果显示 : ①在纯碳酸盐岩类中 ,岩石的比溶解度随岩石中镁 含量的增加而降低 ,由纯灰岩的 0. 96降低到纯白云岩的 0. 50 (表 1) ; ②在不纯碳酸盐岩类中 ,岩石的比溶解度随酸不溶物含 量的增加而降低 ,石灰岩类由 0. 96降低到 0. 52 (表 2) ,白云岩 类由 0. 50降低到 0. 26 (表 3)。 表 1　碳酸盐岩 CaO /MgO与比溶解度之间的关系 [ 5 ] 岩石类型 样品件数(件 ) CaO /MgO比值 最大值 最小值 平均值 酸不溶物 ( % ) 最大值 最小值 平均值 比溶解度 最大值 最小值 平均值 灰　岩 36 311. 65 81. 04 120. 86 8. 69 0. 19 2. 60 1. 17 0. 75 0. 96 含白云质灰岩 7 39. 98 11. 24 23. 39 6. 65 0. 67 3. 83 1. 09 0. 74 0. 96 含灰质白云岩 4 1. 75 1. 60 1. 67 8. 33 2. 39 4. 77 0. 72 0. 51 0. 68 灰质白云岩 2 3. 86 2. 75 3. 31 3. 83 0. 62 2. 24 0. 92 0. 44 0. 61 白云岩 27 1. 50 1. 02 1. 42 8. 07 0. 36 2. 75 0. 89 0. 26 0. 50 表 2　石灰岩类酸不溶物含量与比溶解度之间的关系 [ 5 ] 岩石类型 样品件数(件 ) CaO /MgO比值 最大值 最小值 平均值 酸不溶物 ( % ) 最大值 最小值 平均值 比溶解度 最大值 最小值 平均值 灰　岩 36 311. 65 81. 04 120. 86 8. 69 0. 19 2. 60 1. 17 0. 75 0. 96 含硅质灰岩 3 123. 13 77. 70 107. 12 18. 82 13. 07 13. 07 0. 93 0. 82 0. 86 硅质灰岩 2 98. 11 81. 04 89. 57 36. 20 35. 81 35. 81 0. 80 0. 24 0. 52 表 3　白云岩酸不溶物含量与比溶解度之间的关系 [ 5 ] 岩石类型 样品件数(件 ) CaO /MgO比值 最大值 最小值 平均值 酸不溶物 ( % ) 最大值 最小值 平均值 比溶解度 最大值 最小值 平均值 白云岩 27 1. 50 1. 02 1. 42 8. 07 0. 36 2. 75 0. 89 0. 26 0. 50 含硅质灰岩 3 1. 57 1. 41 1. 49 15. 05 11. 74 13. 40 0. 46 0. 43 0. 45 硅质灰岩 1 1. 49 1. 49 35. 68 35. 68 0. 26 0. 26 1. 2　水动力、水化学条件 碳酸盐岩溶蚀是水岩相互作用的一种类型 ,在固相碳酸盐 岩与水界面之间存在着一个扩散边界层 (DBL ) [ 6 ]。随着水流 流速的加大 ,其 DBL变薄 ,碳酸盐岩的溶蚀量增大。 碳酸盐岩与非碳酸盐岩交互成层地区 ,雨水经过碎屑岩形 成硬度、pH值较低的外源水 ,具有更强的侵蚀能力。刘再华等 (2000年 ) [7 ]在桂林尧山对外源水的侵蚀能力进行了定量研究 , 外源水对泥盆系融县组纯灰岩的侵蚀速率达 1 000～1 500 mm / ka,是岩溶水侵蚀速率的 10～15倍。同时也证明了流速为 20、 60 cm / s的水流对石灰岩的侵蚀速率分别是静水的 2倍和 6倍。 1. 3　温度、降雨 温度、降雨是碳酸盐岩溶蚀过程中最为重要的影响因素 ,因 为降雨的大小影响着水文和径流状况 ,温度影响着生物的活性、 水与 CO2 的交换速率。 现有研究岩石风化速率的数学模型很多都是与降雨量或径 流直接建立关系。如 Am iotte Suchet and Probst(1993年 ) [ 8 ]通过 法国 232个流域的统计数据得出岩石风化对大气 CO2 消耗量的 模型为 FCO2 = a·Q 式中 : FCO2是 CO2 的消耗量 , 10 - 3 mol/km2 ; Q 是地表径流量 , L / ( km2 ·s) ; a为针对不同岩石类型的系数。 刘再华 ( 2000年 ) [6 ]通过总结已发表的碳酸盐岩溶蚀量 (DR )与径流 ( P - E)的关系 ,建立了碳酸盐岩溶蚀量与径流之 间的线性关系 DR = 0. 054 4 ( P - E) - 0. 021 5　　 ( r = 0. 98) 式中 : P为降雨量 , mm; E为蒸发量 , mm。 而 Sweeting(1972年 ) [ 9 ]则建立了碳酸盐岩溶蚀量 (DR )与 降雨量 ( P)之间的关系式 DR = 0. 004 3P 1. 26 　　黄尚瑜等 (1987年 ) [ 10 ]做的半封闭静态溶蚀试验结果表 明 :常温 (25～40 ℃)、中温 (40～60 ℃)是碳酸盐岩溶蚀的最佳 温度段 ,而低温、高温都不利于碳酸盐岩的溶蚀。 从 Pulina (1974年 ) [ 11 ]所做的图 (图 2)可以看出 :在温度较 低时 ,降雨量的变化对溶蚀速率的影响很小 ,但在温度较高时 (16～20 ℃) ,则溶蚀量随降雨量的增加而迅速增加。 图 2　碳酸盐岩溶蚀量与温度、降雨量的关系 1. 4　生物因素 在地球表层系统中 ,生物圈与相邻圈层间发生着物质和能 量的交换和传递 ,使生物圈贯穿于整个地球表层系统 [ 12 - 13 ]。生 物是地球表层系统中最为活跃的地质营力之一 [ 14 ]。同样 ,生物 作用以 CO2 为中心环节将生物圈碳循环与“CO2 —H2O—碳酸 ·14·曹建华等 :中国西南岩溶区土壤允许流失量及防治对策 盐岩 ”三相不平衡开放岩溶动力系统相耦联。生物对碳酸盐岩 溶蚀起到强烈的促进作用 ,主要表现在植物、微生物新陈代谢产 生高浓度的 CO2 和具侵蚀性的分泌物上。野外试验数据均揭 示土下碳酸盐岩溶蚀速率远高于地表和空中的侵蚀量 ,其根本 的原因就是土中 CO2 的浓度是地表空气中的几十至几百倍。 曹建华等 (2004年 ) [ 15 ]的模拟试验结果揭示了不同植物类 型条件下生物活性的差异导致碳酸盐岩侵蚀量的差异 :有丰富 根系的乔木 —土壤 —岩石体系 ,其碳酸盐岩侵蚀量是土壤 —岩 石体系和草本 —土壤 —岩石体系中碳酸盐岩侵蚀量的 3. 84和 2. 36倍。 而 Jennings(1985年 ) [ 16 ]通过建立不同国家碳酸盐岩侵蚀 速率与年平均径流深的关系 ,来表达土壤 —植被系统对碳酸盐 岩侵蚀速率的增强作用。 2　中国西南岩溶区碳酸盐岩成土速率的估算 2. 1　估算的方法 上文讨论了影响碳酸盐岩溶蚀速率的主要因素包括岩石矿 物、温度、降雨、水文条件和生物作用。而碳酸盐岩风化成土过 程与碳酸盐岩的溶蚀速率和酸不溶物含量密切相关 ,为此 ,在收 集岩性、温度、降雨、植物 (净初级生产力 N PP)和土壤 (土壤呼 吸 SR )等图层的基础上 ,通过典型点的石灰岩溶蚀速率 ,建立数 学回归方程 ;利用回归方程 ,综合考虑碳酸盐岩岩性的差异、水 文条件 ,计算区域碳酸盐岩溶蚀速率的空间分布特征 ;将碳酸盐 岩酸不溶物含量与碳酸盐岩溶蚀速率进行叠加 ,估算碳酸盐岩 风化成土速率。本文中国西南岩溶区资料数据收集的范围为滇 东、黔、桂 ,土地面积 55. 3万 km2 ,岩溶面积 25. 55万 km2。 2. 2　资料数据的收集和处理 2. 2. 1　碳酸盐岩岩性、组合类型及分布 根据中国地质大学 (武汉 )提供的 1 ∶50万地质图中对地 层的描述 ,将其转换成碳酸盐岩类型分布图 (图 3) ,碳酸盐岩岩 性、组合类型划分及转化方法参考了文献 [ 17 - 18 ]。从中国西 南岩溶区碳酸盐岩类型、组合特征分布图看 ,连片分布的石灰 岩、石灰岩 -白云岩分布于滇东、滇东南、黔西南和广西 ;白云岩 主要分布在黔东北 ,且与石灰岩、碎屑岩互层 ;滇东北为不纯石 灰岩与碎屑岩互层。 图 3　中国西南岩溶区碳酸盐岩类型分布 2. 2. 2　碳酸盐岩酸不溶物含量 碳酸盐岩酸不溶物含量的大小 ,主要跟成岩的地质时代、沉 积相和纯度有较大的关系。针对碳酸盐岩的地质条件 ,中国西 南岩溶区可分成 4个不同的单元 :滇东、黔西和黔南、黔东北、广 西。本次采用的酸不溶物含量的数据主要依据中科院地质研究 所的数据 [ 17 ]。滇东的碳酸盐岩主要以三叠系、二叠系的石灰岩 为主 ,其酸不溶物的含量同时参考了王宇等 ( 2003) [ 18 ]的分析 结果 ;黔南和广西岩溶区的碳酸盐岩主要为质纯、块状、厚层的 石炭系和泥盆系的石灰岩 ,其酸不溶物参照了翁金桃等 [ 4 ] 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 的数据。根据地质条件和碳酸盐岩类型 ,带入其代表性的酸不 溶物含量 ,可生成中国西南区碳酸盐岩酸不溶物分布图 (图 4)。 图 4　中国西南岩溶区碳酸盐岩酸不溶物含量分布 2. 2. 3　温度、降雨及水文条件 温度、降雨数据由中国科学院地理科学与资源研究所 (北 京中科永生数据公司 )提供的 1993—2000年多年平均的气温栅 格图和降雨栅格图提取获得。水文条件有两方面的考虑 :其一 , 水流速度与 DBL厚度。研究区内自西而东 ,存在云贵高原、广 西盆地和其间的斜坡过渡带 ,从而也就存在着三种不同的水流 条件 :云贵高原地表、地下河水流的坡降比小、水流缓慢、水流交 替作用时间长、DBL层厚 ,因此碳酸盐岩的溶蚀强度减弱、溶蚀 过程缓慢 ;斜坡地带地表起伏大、坡降大 ,水循环以垂向和水平 运动并存 ,水流交替速度快 , DBL层薄 ,促进了岩溶作用 ;广西盆 地海拔低、雨量大、坡降小 ,但流速快、水岩作用时间长、DBL层 较薄 ,增加了岩溶作用。其二 ,外源水的作用。黔中、黔东北地 区有石灰岩、白云岩与碎屑岩互层分布 ,黔西北、滇东北有不纯 石灰岩、碎屑岩互层分布 ,雨水经过碎屑岩形成 pH值低、侵蚀 力强的外源水 ,加速了碳酸盐岩的溶蚀。 2. 2. 4　生物作用 生物对碳酸盐岩溶蚀的影响可以通过生物化学过程实 现 [ 19 - 21 ] ,如产生高浓度 CO2 ,分泌有机酸、酶和螯合物等具有侵 蚀性的有机活性物质 ,形成物质循环活跃的小生境等 ;也可以通 过生物物理过程实现 [ 22 ] ,如苔藓假根对碳酸盐岩颗粒的机械破 坏、高等植物对碳酸盐岩的根劈作用等。但这些作用如何通过 适当的指标在区域上得到表达呢 ? 土壤呼吸 (SR )包括植物根系呼吸、土壤微生物呼吸和土壤 有机质氧化分解 ,它是生态系统代谢活性的指标 [23 ] ;植物净初 级生产力 (N PP)是生态系统中生产者光合作用合成的有机物 减去本身代谢消耗的有机物所剩余的部分 ,是维系和推动生态 系统运行和演化的动力指标 [ 24 ]。因此 ,土壤呼吸和植物净初级 生产力可用作生物对碳酸盐岩溶蚀影响的指标。土壤呼吸和植 物净初级生产力数据由中国科学院地理科学与资源研究所 (北 京中科永生数据公司 )提供的相应图层提取获得。 2. 2. 5　典型点数据的收集 收集研究区碳酸盐岩溶蚀速率数据 ,并通过经纬度获得对 应的降雨量、温度、植物净初级生产力和土壤呼吸速率 (表 4)。 ·24· 中国水土保持 SWCC　2008年第 12期 表 4　研究区内典型点石灰岩溶蚀量及对应的 降雨量、温度、N PP和土壤呼吸速率 地区 地点 降雨量 P(mm) 温度 T (℃) N PP [ gC / (m2 ·a) ] SR [ gC / (m2 ·a) ] 溶蚀量 (mm /ka) 蒙自 1 058 18. 1 316. 5 1 179. 2 41. 1 弥勒 884 16. 5 244. 8 1 365. 8 30. 0 曲靖 1 030 14. 6 190. 0 1 352. 4 45. 0 滇东 罗平 1 492 15. 1 202. 8 1 498. 1 65. 0 富源 1 332 15. 0 190. 4 1 446. 2 50. 0 路南 932 15. 3 219. 6 1 344. 1 32. 0 通海 880 15. 9 196. 3 1 339. 6 30. 0 荔波 1 194 17. 9 1 116. 2 309. 4 65. 5 晴隆 1 407 14. 5 268. 3 1 445. 8 55. 0 安龙 1 260 16. 1 203. 7 1 502. 5 60. 0 紫云 1 203 16. 0 194. 5 1 487. 5 50. 0 贵州 关岭 1 342 15. 7 208. 4 1 496. 6 50. 0 贞丰 1 290 16. 6 229. 6 1 527. 4 70. 0 罗甸 1 182 18. 9 222. 6 1 605. 7 55. 0 贵阳 1 112 14. 9 248. 2 1 398. 1 44. 5 务川 1 094 16. 0 245. 0 1 438. 1 36. 1 环江 1 338 19. 1 313. 3 911. 5 59. 1 永福 1 702 19. 0 498. 1 1 759. 9 60. 0 宜州 1 321 20. 2 304. 4 1 733. 9 55. 0 柳城 1 372 20. 0 421. 5 1 733. 5 55. 0 柳州 1 362 20. 6 398. 8 1 745. 5 56. 0 天峨 1 377 19. 9 226. 9 1 721. 4 50. 0 都安 1 496 20. 9 264. 7 1 814. 5 80. 0 隆林 1 158 18. 6 297. 1 1 577. 6 70. 0 广西 马山 1 542 21. 4 344. 5 1 842. 1 80. 0 上林 1 559 21. 0 365. 7 1 845. 8 65. 0 鹿寨 1 481 19. 7 474. 7 1 747. 8 54. 0 忻城 1 379 20. 8 283. 9 1 778. 91 60. 0 恭城 1 452 19. 4 470. 4 1 718. 6 60. 0 融安 1 622 19. 2 455. 5 1 755. 3 70. 0 融水 1 438 18. 8 422. 5 1 671. 9 70. 0 南丹 1 355 19. 4 211. 8 1 708. 9 50. 0 桂林 1 703 18. 9 383. 0 1 753. 3 89. 7 　注 :数据主要来源于参考文献 [ 25 - 27 ]。 3　碳酸盐岩区土壤允许流失量和侵蚀强度分级初步厘定 西南岩溶区碳酸盐岩的风化成土过程主要是化学风化 ,即 具有侵蚀性的、含有 CO2 的水对碳酸盐岩的溶解过程。计算碳 酸盐岩区土壤允许侵蚀量主要有以下几个换算过程。 3. 1　石灰岩溶蚀速率图的生成 根据典型点的数据 ,借助于软件 EXCEL2003,对其进行回 归分析 ,在 95%的置信度下 ,获得回归方程式 D e = 0. 038P + 0. 071N PP - 2. 758T - 0. 029RS - 48. 002 ( r = 0. 66) 式中 : D e为溶蚀速率 , mm /ka; P为年平均降雨量 , mm; T为年平 均气温 , ℃; RS为土壤呼吸速率 , gC / (m2 ·a) ; N PP为植被净初 级生产力 , gC / (m2 ·a)。 由回归方程 ,以收集到的变量 P、T、RS和 N PP的 grid文件 , 借助 A rcV iew3. 2计算生成石灰岩的溶蚀速率图。 3. 2　土壤形成速率图 土壤的形成速率需要考虑碳酸盐岩的类型和其酸不溶物的 含量。碳酸盐岩类型主要分成石灰岩和白云岩两大类 ,它们的 溶蚀过程具有不同的特征 ,石灰岩溶蚀速率快 ,其比溶解度是白 云岩的 2倍 ,但白云岩物理风化量较大 ,形成白云石沙 ,并可成 为土壤的机械组分 ,其物理风化量是石灰岩的 4～5倍。因此 , 在计算成土速率时 ,在相同的酸不溶物和外界条件下 ,白云岩的 成土速率是石灰岩的 2～2. 5倍。 根据酸不溶物的含量生成对应的 grid文件 ,将其与碳酸盐 岩溶蚀速率的 grid图层叠加计算 ,并考虑黔中、黔东北 ,尤其是 黔东北白云岩、石灰岩与碎屑岩交互成层对成土速率的影响 ,对 岩性类型和交互成层带来的外源水的影响附加 2. 5的乘积系 数 ,从而生成西南岩溶区的成土速率图 (图 5)。 图 5　研究区内碳酸盐岩成土速率空间分布 从图 5可见 ,在成土条件相对优越的黔东北区 ,最高的成土 速率为 40～120 t/ ( km2 ·a) , 70%以上的其他区域成土速率仅 为 4～20 t/ ( km2 ·a)。取其平均值 30～40 t/ ( km2 ·a) ,该值可 定为西南岩溶区土壤允许流失量。李阳兵等 (2006年 ) [ 28 ]对贵 州省岩溶区土壤允许流失量估算的结果为 6. 84 ～103. 46 t/ ( km2 ·a)。 3. 3　侵蚀强度分级初步厘定 根据水利部 1997年 2月 13日发布的《土壤侵蚀分类分级 标准 》( SL 190—96) :各类不同侵蚀类型区土壤允许流失量分 别为 200 (东北黑土区和北方土石山区 ) ～1 000 t/ ( km2 ·a) (西 北高原区 ) ;土壤侵蚀强度分级指标中 ,轻度侵蚀模数的下限因 土壤侵蚀区类型的不同而有所差异 ,但上限均为 2 500 t/ ( km2 ·a)。将西南岩溶区土壤允许流失量作为微度划分标准的起 点 ,轻度、中度、强度、极强度、剧烈则参照已有的分级范围 ,依次 厘定为 : < 30、30 ～100、100 ～200、200 ～500、500 ～1 000、≥ 1 000 t/ ( km2 ·a) ,并与以往岩溶研究工作者的成果进行对比 , 见表 5。 4　对西南岩溶区土壤侵蚀过程、危害评价的认识及对水土保持 措施的建议 4. 1　岩溶区土壤侵蚀过程及机理研究 岩溶区由于碳酸盐岩的可溶性 ,形成地表地下双层水文地 质结构 ,降雨通过竖井、落水洞、漏斗迅速汇入地下 ,地下水系发 育。其水土流失的主要表现形式为 ,降雨携带泥沙首先进入地 下管道、地下河 ,然后出露地表 ,汇入地表河。而在非岩溶区 ,地 表水系发育 ,水土流失的主要形式表现为 ,降雨携带泥沙顺坡而 下 ,进入地表河。最近的研究结果显示 ,岩溶坡地的土壤流失是 ·34·曹建华等 :中国西南岩溶区土壤允许流失量及防治对策 化学溶蚀、重力侵蚀和流水侵蚀叠加的结果 ,流失方式不仅有地 面流失 ,还有地下漏失 [ 32 ]。更有研究者注意到岩溶坡地石牙之 间的沟槽、缝隙内土壤沉陷和“土壤丢失 ”的现象 [ 33 ]。 表 5　西南岩溶区土壤侵蚀强度分级标准初步厘定 划分类别 微度 轻度 中度 强度 极强度 剧烈 1997年水利部标准 < 200, 500, 1 000 200, 500, 1 000～2 500 2 500～5 000 5 000～8 000 8 000～15 000 ≥15 000 柴宗新 [ 29 ] < 68 68～100 100～200 200～500 ≥500 韦启璠 [ 30 ] < 50 50～100 100～200 200～500 500～1 000 ≥1 000 万军 [ 31 ] < 46 46～230 230～460 460～700 700～1 300 ≥1 300 本文 < 30 30～100 100～200 200～500 500～1 000 ≥1 000 　　笔者认为 ,在岩溶坡地 ,具侵蚀性的雨水沿碳酸盐岩层面、 节理等薄弱环节侵蚀形成囊状缝隙、孔洞 ,并充填土壤是较普遍 的 ,但在流域尺度 ,雨水通过这些缝隙、孔洞挟带泥沙进入地下 管道的量 ,在整个水土流失中所占的份额是小的 ,绝大部分的泥 沙主要是通过短距离的坡面运移 ,从低洼处的落水洞、漏斗进入 地下管道的。其详细的内在机理以及在不同岩溶生态环境中的 表现 ,仍需要通过现代水土流失研究技术手段深入研究 [ 34 ]。岩 溶生态环境的区域性和空间分异性 ,使土壤的抗侵蚀能力存在 差异 ,如贵州省岩溶区连续性碳酸盐岩组合地区土壤允许流失 量小于 6. 84 t/ ( km2 ·a) ,碳酸盐岩夹碎屑岩组合地区土壤允许 流失量小于 45. 53 t/ ( km2 ·a) ,碳酸盐岩与碎屑岩互层组合地 区土壤允许流失量小于 103. 46 t/ ( km2 ·a) [ 28 ]。岩溶区水土流 失基础研究工作急需加强。 4. 2　对岩溶区土壤侵蚀危害评价的新要求 上文讨论了如何厘定西南岩溶区土壤侵蚀强度分级标准 , 但我国西南岩溶地区土壤侵蚀的严重后果除了土壤肥力下降、 土层变薄、淤塞河渠水道等外 ,还导致石漠化的扩张。因此 ,进 行岩溶区水土流失危害评价时 ,若仅从土壤侵蚀模数看 ,就会出 现随着水土流失危害的加大 ,土壤侵蚀模数由低到高再由高到 低的变化 ,即土壤侵蚀到了“无土可流 ”的程度反而侵蚀模数降 低 ,而此时石漠化面积实际上处于不断扩张阶段。所以 ,对岩溶 区水土流失危害的评价应分为两个阶段 :在有土覆盖的前提下 , 以土壤侵蚀模数评价其危害 ;在土壤流失程度严重、岩石裸露、 出现石旮旯地时 ,以石漠化面积的增加评价其危害。 同时 ,在评价其危害的技术方法上 ,要以岩溶流域为单元 , 综合利用遥感调查、地表径流区水土流失过程、地表河泥沙运移 量和地下河泥沙堆积量数据 ,而不能仅考虑前 3项。 4. 3　对岩溶区水土保持措施的几点建议 岩溶区水土流失过程及机理的特殊性 ,要求我们因地制宜 提出水土保持对策。这里提出几点建议 : (1)根据岩溶区水土流失过程 ,抓住关键环节重点防治。 抓住水土由地表进入地下的关键部位 ———漏斗、落水洞和竖井 , 采取工程措施和生物措施 ,遏制地表土壤颗粒进入地下。 (2)根据石漠化演化规律、不同石漠化程度 ,因地制宜采取 不同对策。针对岩溶石漠化山区不同部位采用不同的工程措 施 :石峰的中上部重度石漠化 ,封山育林配合人工造林 ,尤其是 耐旱、耐瘠薄的灌木 ,加速碳酸盐岩的溶蚀和成土速率 ;石峰中 下部中度石漠化 ,砌墙保土 ,培育经济林木 ,在提高成土速率、减 少土壤流失的同时 ,增加经济效益 ;石峰下部及山麓 ,轻度石漠 化 ,去石还田实施坡改梯 ,确保基本农田 ,发展粮食、经济作物 , 供当地居民生产、生活。 (3)积极推进生物篱技术。我国西南岩溶区多为山区 ,坡 耕地占有很大的比例 ,贵州、重庆都是没有平原支撑的省市 ,加 上岩溶区土岩接触面为刚性接触 ,土壤很容易发生流失 ,形成石 漠化 ,因此岩溶区尤其是石漠化区的土壤资源显得十分珍贵。 保持现有土壤资源有 2个基本途径 :其一是保持土壤的原位性 和覆盖率 ;其二是加速碳酸盐岩的溶蚀速率 ,提高碳酸盐岩的风 化成土速率 ,使成土速率大于流失速率。要达此目的的关键技 术就是生物篱技术。作为生物篱的物种选择 ,经济灌木是较好 的对象 ,其理由主要有 3个 : ①灌木尤其是豆科灌木在岩溶区具 有生长优势 ,其萌发力强、耐旱、耐瘠薄 ,发达的根系能固土、遏 制水土流失 ; ②灌木多为 C4 植物 ,具有较强的生命力和活跃的 新陈代谢能力 ,可产生更多的侵蚀性的有机物质和 CO2 ,加速碳 酸盐岩溶蚀和成土过程 ; ③具有经济效益 ,提高土地生产力。 (4)加强岩溶区土壤改良技术研究 ,提高基本农田的生产 效率。岩溶区石灰土的基本特征为富钙偏碱性 ,其 K、P含量 低 ,很多金属阳离子总量高而有效态含量低 ;黑色石灰土在人为 干扰下 ,其营养成分易流失。因此 ,根据岩溶环境特点 ,开展土 壤改良技术研究很有必要。 [参考文献 ] [ 1 ] 刘燕华 ,李秀彬. 脆弱生态环境与可持续发展 [M ]. 北京 :商 务印书馆 , 2001. [ 2 ] 袁道先 ,蔡桂鸿. 岩溶环境学 [M ]. 重庆 :重庆科技出版社 , 1988. [ 3 ] 王世杰 ,季宏军 ,欧阳自远 ,等.碳酸盐岩风化成土的初步研 究 [ J ]. 中国科学 : D辑 , 1999, 29 (5) : 441 - 449. [ 4 ] 翁金桃. 桂林岩溶与碳酸盐岩 [M ]. 重庆 :重庆科技出版社 , 1987. [ 5 ] 聂跃平. 碳酸盐岩性因素控制下喀斯特发育特征 [ J ]. 中国 岩溶 , 1994, 13 (1) : 31 - 36. [ 6 ] 刘再华. 碳酸盐岩岩溶作用对大气 CO2 沉降的贡献 [ J ]. 中 国岩溶 , 2000, 19 (4) : 293 - 300. [ 7 ] 刘再华. 外源水对灰岩和白云岩的侵蚀速率野外试验研 究 ———以桂林尧山为例 [ J ]. 中国岩溶 , 2000, 19 (1) : 1 - 4. [ 8 ] Am iotte Suchet and Probst. Flux de CO2 consommépar altération chim ique continentale: influences du drainage et de la lithologie[ J ]. C R Acad. Sci Paris, 1993, 317, SerieⅡ: 615 - 622. [ 9 ] Sweeting M M. Karst landform s[M ]. London: Macm illan Press ·44· 中国水土保持 SWCC　2008年第 12期 L td, 1972. [ 10 ] 黄尚瑜 ,宋焕荣. 碳酸盐岩的溶蚀与环境温度 [ J ]. 中国岩 溶 , 1987, 6 (4) : 287 - 293. [ 11 ] Pulina M. Prelim inary studies on denudation in SW Sp itsber2 gen[ J ]. B iulletin de l’Academ ie Polonaise de Sciences, Se2 rie de Sciences de la Terre, 1974, 22 (2). [ 12 ] Golubic S. Carbonate D issolution [ G ] / / Carr N G,W hitton B A. The B iology of Cyanobacteria. Oxford B lackwell Scientific Publications L td, 1978: 107 - 129. [ 13 ] 张昀. 新地球观 [ J ]. 地球科学进展 , 1992, 7 (1) : 57 - 64. [ 14 ] 殷鸿福 ,谢树成 ,周修高. 微生物成矿作用的新进展和新动 向 [ J ]. 地学前缘 , 1994, 1 (3 - 4) : 148 - 156. [ 15 ] 曹建华 ,袁道先 ,潘根兴 ,等. 不同植被条件下土壤碳转移 对岩溶动力系统中碳循环的影响 [ J ]. 地球与环境 , 2004, 32 (1) : 90 - 96. [ 16 ] Jennings J N. Karst Geomorphology[M ]. London: Oxford Basil B lackwell L td, 1985. [ 17 ] 中国科学院地质研究所岩溶研究组. 中国岩溶研究 [M ]. 北京 :科学出版社 , 1979. [ 18 ] 王宇 ,李燕 ,谭继中 ,等. 断陷盆地岩溶水赋存规律 [M ]. 昆 明 :云南科技出版社 , 2003. [ 19 ] 曹建华 ,袁道先 ,潘根兴 ,等. 岩溶动力系统中的生物作用 机理初探 [ J ].地学前沿 , 2001, 8 (1) : 203 - 209. [ 20 ] 曹建华 ,潘根兴 ,袁道先. 柠檬酸对石灰岩溶蚀动力模拟及 岩溶意义 [ J ].中国岩溶 , 2001, 20 (1) : 1 - 4. [ 21 ] 刘再华. 碳酸酐酶对碳酸盐岩溶解的催化作用及其在大气 CO2 沉降中的意义 [ J ]. 地球学报 , 2001, 22 ( 5 ) : 477 - 480. [ 22 ] 曹建华 ,袁道先. 石生藻类、地衣、苔藓与碳酸盐岩持水及 生态意义 [ J ].地球化学 , 1999, 28 (3) : 243 - 256. [ 23 ] 潘根兴. 地球表层系统土壤学 [M ]. 北京 :地质出版社 , 2000. [ 24 ] 孙儒泳 ,李博 ,诸葛阳 ,等. 普通生态学 [M ]. 北京 :高等教 育出版社 , 1993. [ 25 ] 蒋忠诚 ,蒋小珍 ,雷明堂. 运用 GIS和溶蚀试验数据估算中 国岩溶区大气 CO2 的汇 [ J ]. 中国岩溶 , 2000, 19 ( 3) : 212 - 217. [ 26 ] 朱明秋 ,曹建华 ,郭芳. 基于碳酸盐岩风化的碳源分析及土 壤的影响作用机制 [ J ]. 中国岩溶 , 2007, 26 (3) : 202 - 206. [ 27 ] 房金福 ,林钧枢 ,李钜章 ,等. 喀斯特区现代溶蚀强度与环 境的研究 [ J ]. 地理学报 , 1993, 48 (2) : 122 - 130. [ 28 ] 李阳兵 ,王世杰 ,魏朝富 ,等. 贵州省碳酸盐岩地区土壤允 许流失量的空间分布 [ J ]. 地球与环境 , 2006, 34 (4) : 36 - 40. [ 29 ] 柴宗新. 试论广西岩溶区的土壤侵蚀 [ J ].山地研究 , 1989, 7 (4) : 255 - 260. [ 30 ] 韦启璠. 我国南方喀斯特区土壤侵蚀特点及防治途径 [ J ]. 水土保持研究 , 1996, 3 (4) : 72 - 76. [ 31 ] 万军 ,蔡运龙 ,路云阁 ,等 . 喀斯特地区土壤侵蚀风险评价 [ J ]. 水土保持研究 , 2003, 10 (3) : 148 - 153. [ 32 ] 张信宝 ,王世杰 ,贺秀斌 ,等. 碳酸盐岩风化壳中的土壤蠕 滑与岩溶坡地的土壤地下漏失 [ J ]. 地球与环境 , 2007, 35 (3) : 202 - 206. [ 33 ] 李德文 ,崔之久 ,刘耕年 ,等. 岩溶风化壳形成演化及其循 环意义 [ J ]. 中国岩溶 , 2001, 20 (3) : 184 - 188. [ 34 ] 文安邦 ,张信宝 ,王玉宽 ,等. 长江上游云贵高原区泥沙来 源的 137 Cs法研究 [ J ]. 水土保持学报 , 2000, 14 ( 2) : 25 - 28. [作者简介 ] 曹建华 (1963 - ) ,男 ,江苏海安县人 ,研究员 ,博士 生导师 ,主要研究方向为岩溶生态系统、岩溶区生 物地球化学。 [收稿日期 ] 2008 - 09 - 23 (责任编辑 　徐素霞 ) 《林业科技》2009年征订启事 　　《林业科技 》杂志是中国林业科学研究院黑龙江省分院、黑 龙江林业科学院主办的技术类林业科技期刊。 《林业科技 》杂志为全国中文核心期刊、全国林业检索核心 期刊 ,被评为黑龙江省优秀科技期刊和全国优秀科技期刊 ,并 首批加入了《中国学术期刊 (光盘版 ) 》(CAJ - CD )。2005年 , 又先后加入了“万方数据 ———数字化期刊群 ”、《中国知识资源 总库科技精品期刊库 》和“中国生物学文献数据库 ”及科技部西 南信息中心的《中文科技期刊数据库 (全文版 ) 》,并已被“万方 数据 ———数字化期刊群 ”全文上网 ,被《中国核心期刊 (遴选 )数 据库 》收录 ,成为国内外较有影响的专业技术刊物之一。 《林业科技 》及时报道林业科研前沿动态 ,广泛介绍结合生 产实际的应用技术 ,内容包括 :采种育苗、更新造林、园林绿化、 森林经营、调查 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、森林防火、病虫害防治、林业机具、木材采 运、木材加工、林产化学、野生动物繁殖利用、林副特产多种经 营、林业企业经济技术管理以及与林业有关的边缘学科等。适 于高等院校、科研单位、管理部门、林业企业的技术人员、管理 干部、技术工人以及林业专业户阅读。 本刊为双月刊 ,全年 6期。每期单月 25日出版 ,大 16开 本 ,每期定价 6. 00元 ,全年定价 36. 00元。欢迎读者到各地邮 政局、所或直接向编辑部订购。 邮发代号 : 14 - 27 汇款地址 :黑龙江省哈尔滨市哈平路 134号 邮政编码 : 150081 收 款 人 :林业科技编辑部 联系电话 : 0451 - 86602476 ·54·曹建华等 :中国西南岩溶区土壤允许流失量及防治对策 SO IL AND W ATER CO NSERVAT IO N I N CH I NA No. 12( 321) 2008 Abstracts Presen t Sta tus and D ynam ic Var ia tion of So il and W a ter L oss in Ch ina 　 L I Zhi2guang1 , CAO W ei2 , L IU B ing2zheng1 , LUO Zhi2dong1 , et a l.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (1. Monitoring Center for Soil and W ater Conservation, M inistry ofW ater Resources, Beijing 100053, China; 2. Yellow R iverMonitoring Center for Soil and W ater Conservation and Ecological Environment, Xi’an, Shaanxi 710021, China) (7) The paper analyzes the p resent general condition of soil and water loss, status of water erosion, wind erosion, freezing and thawing ero2 sion and soil and water loss status of 4 econom ic regions of the east, the center, the west and the northeast by using the data of the third gen2 eral survey of soil and water loss. It analyzes the dynam ic variations of soil and water loss in 15 years and the years variations of soil loss of rivers in China combining with the data of the first and second national general survey of soil and water losswhich were conducted by theM in2 istry ofW ater Resources. The outcomes show that all the areas including mountainous area, hilly area, wind - sand area, urban, rural and coastal areas have soil and water loss in varying degrees. The serious areas of water erosion mainly concentrates in Shanxi, Shaanxi, Gansu, InnerMongolia, N ingxia which are on the m iddle reaches of the Yellow R iver and Sichuan, Chongqing, Guizhou, Yunnan which are on the upper reaches of the Yangtze R iver. The serious areas of wind erosion mainly concentrates in the west. The total area of soil and water loss and intensity in China are decreasing. Key W ords: soil and water loss; p resent status; development tendency; China Econom ic L oss of So il and W a ter L oss in Ch ina CHEN Fang, ZHU Gao2hong, MAO Zhi2feng⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ( The College of Environmental Science and Engineering, Beijing University, Beijing 100871, China) (11) D istinguished the effect of soil and water loss, classified the losses, selected and established a series loss evaluation model and a method of value calculation, the paper differentiates the direct and indirect econom ic losses which caused by soil and water loss in China and con2 ducts the classified evaluation. The outcomes show that in 2000, the econom ic loss of China which caused by soil and water loss is 188. 7 bil2 lion Yuan, seriously affecting the national economy especially in the southwest and the northwestwhere soil and water loss are serious; the in2 fluence of soil and water loss to the downstream and even wider area is more severe, and the indirect econom ic loss is far greater than the di2 rect econom ic loss of the soil lost area; the area and intensity of soil and water loss in China in 2000 are decreased comparing with that in 1990, while the econom ic loss increased 83%. Key W ords: soil and water loss; econom ic effect; loss evaluation; China Key F ields of Sc ien tif ic Study on So il and W a ter Con serva tion of L oess Pla teau Reg ion 　 L IU Guo2bin1 , WANG Guo2liang1 , SHANGGUAN Zhou2p ing1 , ZHANG W en2hui2 , MU Xing2m in1 , X I E Yong2sheng1 , L IM in3⋯⋯ (1. Soil and W ater Conservation Institute of CAS and MWR, Yangling, Shaanxi, 712100, China; 2. Northwest A & F University, Yangling, Shaanxi, 712100, China; 3. Upper and M iddle Yellow R iver Adm inistration, Xi’an, Shaanxi 710021, China) (37) The paper analyzes the achievements and the development tendency of scientific research of soil and water conservation of the Loss Plat2 eau. It puts forward key study fields of the p rocess and mechanism of soil erosion, potentiality and control of vegetation rehabilitation, the structure and law of large2scale soil erosion and soil and water conservation, evaluation theory and models of environmental effect of soil and water loss and treatment, the evaluation of ecological service function for soil and water loss management, the study of soil and water conser2 vation in different scales and ecological building modes in accordance with the needs of national ecological building and p resent status of study on soil and water