“喀斯特斷陷盆地關鍵帶與生態地質”專輯特邀主編寄語

曹建華

自然資源部/廣西巖溶動力學重點實驗室, 中國地質科學院巖溶地質研究所, 廣西桂林 541004;

聯合國教科文組織國際巖溶研究中心, 廣西桂林541004

自第三紀以來, 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。喀斯特斷陷盆地“盆-山”地形反差強烈, 山地氣候變化大, 而西南季風的控制, 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/漏失嚴重, 植被立地條件差, 生態地質分異明顯, 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、水在生態系統中遷移規律, 闡明生態系統演替和石漠化演變過程及驅動機制, 對喀斯特斷陷盆地石漠化綜合治理技術研發具有十分重要的意義。

由于喀斯特水文地質結構存在地上與地下雙層空間, 巖-土-水-氣-生物質循環快速、互饋作用顯著, 因此, 喀斯特地質體及其上覆的陸地生態系統是地球關鍵帶監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與示范”的實施, 喀斯特斷陷盆地區石漠化面積得到遏制, 水土資源利用效率得到提高, 生態服務功能得到提升, “喀斯特斷陷盆地關鍵帶與生態地質”專輯, 從 4個方面“水資源、水土流失、生態地質、生態服務”反應該項目的部分成果, 也為下一步深入研究斷陷盆地喀斯特生態系統運行規律、石漠化治理、生態修復提供基礎和借鑒。

1 水資源特征

喀斯特斷陷盆地區年平均降雨量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, 構建了地表水-地下水聯合調度的水資源循環利用方案; 趙一等(2021)采用降雨入滲系數法和徑流模數法對蒙自南洞地下河的調蓄量和日允許開采資源量進行了估算, 為水資源開發和研究區工農業用水調控提供保障。

受喀斯特斷陷盆地地層構造影響, 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。通過調查發現。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、復合型、溫礦水等 6類, 并通過斷裂帶對流型、深循環層控型、潛流溶濾型作用形成。同時, 在有泥灰巖、泥質灰巖、砂泥巖夾層分布的碳酸鹽巖區, 易形成礦化度較高的富鍶礦泉水(張貴等, 2021)。

水安全是生態文明建設的主要內涵, 喀斯特地區地表水與地下水聯系緊密, 極易受污染。據調查滇東喀斯特斷陷盆大部分區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量總體以Ⅲ類為主, 工礦企業及城鎮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的喀斯特水污染風險的“源-徑-標-值”(SPTV)評價方法, 從而達到控制污染源、切斷污染途徑、保護喀斯特水源等的目標。

2 水土流失特征

喀斯特地區成土速率慢, 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重。喀斯特斷陷盆地由于高原面與盆地海拔高差大, 喀斯特垂向發育明顯, 因此水土漏失過程更為復雜。針對喀斯特斷陷盆地高原面洼地土壤侵蝕驅動力和過程,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、優先流的產生, 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水循環過程和水化學組分有明顯的影響, 而且還具有明顯的截流-消洪作用(康志強等, 2021)。恢復地表植被是防止水土流失的重要技術途徑。

3 生態地質特征

土壤是聯系陸地植物生長發育-巖石風化的橋梁, 鑒于碳酸鹽巖風化溶解的速率是硅酸鹽巖的幾十倍～百倍, 因此, 掌握土壤物質循環特征是認識生態地質的基礎, 也抓住了關鍵的環節; 李亞錦等(2021)調查了大黑山喀斯特區天然林植被演替過程中土壤水分、全氮含量、容重和有機質等呈現出不同的性狀; 李強(2021)研究了土壤微生物群落中的一些關鍵類群在土壤生態系統功能中所起的重要作用。隨著植被的正向演替, 地上和地下生態系統的生物活性增加, 喀斯特作用增強, 但土下試片溶蝕速率會因為喬木的種類、其他環境因素和人類活動強度而不同。柯靜等(2021)發現土壤中標準溶蝕試片的溶蝕速率隨海拔高度變化而變化, 土壤CO2是生物作用的產物、是驅動巖石試片溶蝕速率的主控因子。

4 生態服務功能

2007年國家啟動喀斯特區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力時空變化規律, 植被凈初級生產力平均水平呈現先下降后上升再下降的趨勢, 植被覆蓋有所恢復, 但仍不夠穩定; 李丹等(2021)對喀斯特斷陷盆地 2020—2050年植被動態變化進行模擬預測, 隨著區域氣候持續增溫增濕趨勢, 繼續實施斷陷盆地石漠化治理工程, 將能夠使植被 NDVI升高; 因地制宜開展區域生態治理、植被恢復工程, 石漠化治理所取得的效果與生態、經濟、社會效益持續增強(肖林穎等,2021)。

在《地球學報》編輯部的大力支持下, 從 4個方面“水資源、水土流失、生態地質、生態服務”,15篇文章構成“喀斯特斷陷盆地關鍵帶與生態地質”專輯內容, 并沒有包括專項項目的全部成果,尤其是水-土-生資源的研發技術和試驗示范的成果,但對深入了解喀斯特斷陷盆地的地質、氣候、水文、生態和生態服務功能提供重要的參考價值。喀斯特斷陷盆地關鍵帶與生態地質研究包含眾多學科交叉融合的研究領域, 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。