Question

典型地区环境地质指标研究

Answer 1

一、岩性、土壤侵蚀等与石漠化关系研究

以贵州关岭为例，开展研究。关岭布依族苗族自治县位于贵州省西南部，距省城贵阳168km，地处珠江上游北盘江的东岸，全县总面积1 468 km²，石漠化面积为505 km²，占全县总面积的34.5%，其中重度石漠化为175 km²，中度石漠化为168 km²，轻度石漠化为156 km²，潜在石漠化为6 km²。是珠江上游石漠化面积最严重的县之一。调查结果表明，石漠化的形成与地层岩性、土壤侵蚀、植被退化、土地生产力低有明显的关系。

（一）岩性

关岭石漠化（表2-6）主要发生在二叠系下统的梁山组、栖霞组、茅口组、四大寨寨组，三叠系上统的法郎组第1段，岩性均是以灰岩为主，石漠化发生面积占50%以上。其次是以白云岩为主的三叠系中统的关岭组、三叠系下统的安顺组，石漠化发生面积分别占44%、35%。石漠化发生率较低的为三叠系上统的把南组、二叠系中统的龙潭组和大隆组并层以及三叠系下统的大冶组，石漠化发生面积分别为0.3%、1.6%、2.9%。岩性主要以砂岩、粘土岩、硅质岩为主。

表2-6 关岭县各地层岩性石漠化发生面积统计表

碳酸盐岩所形成的独特的二元结构和地貌、土壤特征是岩溶石漠化产生的主要自然原因，碳酸盐岩受到溶蚀后，可溶物被带走，不溶物才形成土壤，对碳酸盐岩母岩特征的评价考虑以下几个参数：溶蚀速度、酸不溶量、孔隙度和泥质含量。

相对于较纯碳酸盐岩来说，不纯碳酸盐岩中所含泥质成分较多，酸不溶物含量也较大，成土速率比纯碳酸盐岩地区快，土被发育较完整，植被成片发育，石漠化程度相对较轻。

方解石的含量大，泥质含量少，酸不溶物低，而比溶蚀度高，发生石漠化的潜在的可能性就大。相对地说，灰岩的方解石含量大、比溶蚀度高于白云岩、酸不溶物少于白云岩，更易被溶蚀，因此灰岩比白云岩更容易产生石漠化。况且，灰岩不易破碎，因此其山峰较陡峭，水土流失严重，植被稀疏，极易形成石漠化。

而灰岩的孔隙度低也是导致石漠化的原因之一，白云岩的孔隙度为4%左右，石灰岩的为2%左右。研究结果表明，孔隙度＞2%，孔径＞0.1mm。具有快速渗流的特征；孔隙度＜2%、孔径0.1～0.0002mm，具有慢速渗流的特征。孔隙度＜2%、孔径＜0.0002mm，为非流动部分，孔隙度为无效孔隙度。因此白云岩通常认为是孔隙含水层，含水性均一，在岩层上部能形成较好的持水层。而灰岩的孔隙度大都是无效的，主要是裂隙、管道含水层。因此，灰岩比白云岩更容易产生石漠化。而白云岩由于机械破碎作用，使其山坡平缓，不易造成水土流失，也是相对于灰岩不易产生石漠化的原因。

（二）土壤侵蚀

石漠化主要分布在喀斯特地貌发育强烈的地段，地史上多次造山运动致使岩溶山区地势高低悬殊，为土壤侵蚀提供了动力潜能。关岭地形平均坡度为17.91°，形成一个地势较高，内部分异较大，深受河流切割的亚热带喀斯特高原山区。其中各种高原山地占全县总面积的51.3%，丘陵占38.8%，盆地（坝子）仅占9.9%。喀斯特山系不连续，多成独立丘峰及小块状山峦，溶丘谷地相当发育，山地多数基岩裸露。石芽、石沟发育。石漠化主要分布于西部、南部的峡谷地区，在此地区由于河流强烈侵蚀，造成地貌陡峻，水土流失严重。根据2000年卫星遥感统计（图2-8），关岭县水土流失面积达628.97 km²，占总面积的42.8%。其中，轻度流失面积454.9 km²，占总面积31.0%；中度流失面积158.8 km²，占10.8%；强度流失面积15.2 km²，占1.0%。土壤侵蚀模数3063t/km²·年，年土壤侵蚀量192.65万t，是贵州省水土流失严重的县之一。在强度流失区，侵蚀模数高达数万吨，如龙洞水库3年淤积厚度达4m，水库集雨区平均侵蚀模数达19 130t/km²·年。

图2-8 贵州关岭布依族苗族自治县水土流失等级分布图

水土流失的结果给发展农业生产带来了严重危害：一是使土地迅速石漠化。1958年全县裸岩面积为17 630 hm²，到1978年增加到29 415 hm²，1984年进一步增加到34 680 hm²，平均每年增加656 hm²。二是河道淤积，水利设施被破坏。关锁镇果母当河河床平均每年淤高0.2～0.5m，导致多次改道，沿岸7个水轮泵站被毁，大树脚引水渠被埋长达3km。三是农田被毁。四是引起严重滑坡。关锁镇岭岗1980年10月产生滑坡，滑坡体长180m，底厚150m，使河流阻断淹没长达1km。

（三）植被退化

关岭县森林覆盖率低于10%，植被多为旱生植物群落，如藤本刺灌木丛、旱生型和本灌木丛和肉质多浆灌丛等。而且受人类活动影响越来越频繁。部分农民依靠砍柴草作为生活能源，柴山人均占有量少，人与能源矛盾在许多地区相当突出，以至大部分地区森林、灌木材不断减少，蓄积量降低，造成水土流失。

由于植被严重退化，加之喀斯特地表、地下的双重地质结构，地表水渗漏严重，其入渗系数较高，一般为0.3～0.5，裸露峰丛洼地可高达0.5～0.6，导致地表水源涵养能力极度降低，保水力差，使河溪径流减少，井泉干枯，使土地出现非地带性干旱和人畜饮水困难。水源涵养受到严重影响。

（四）土地生产力降低

关岭县高原山地占全县土地面积的51.3%，喀斯特地区人均耕地约是0.046 hm²/人，低于全省的0.053 hm²/人。而且这0.046 hm²的耕地中，有一半以上属于坡耕地，且以石旮旯地和石砾地为主，土层薄，土质差，肥力弱，抗蚀年限短，人地矛盾极为突出。由于坡度较陡，降雨量大，暴雨经常发生，在水力作用下，土地表层肥沃土壤流失，地力下降，专家推测这些地区再过30年，将严重石漠化，形成新的“麻山地区”。

低人口承载力和人口高密度：关岭县人口基数大、增长快，人口自然增长率为4.78‰，人口承载力低，农业生产技术水平低，科技投入小，农业生产方式仍停留在“刀耕火种”状态，粮食产量单产低，增长速度慢，这里种植的玉米单产只有750 kg/hm²·年，仅相当于平原地区的1/10。相反人口增长快，低土地人口承载力与人口高密度、高自然增长率必然产生农业粮食增长与人口增长失衡。

低土地投入—产出率，高土地垦殖率：关岭县的土地垦殖率33.0%，水田垦殖率6.5%，远远高于其他县、市。这种强度的土地垦殖无疑加剧了生态环境的水土流失，为土地的石漠化创造了有利条件。水土流失程度与耕地面积比，尤其是旱耕地面积比表现出较好的正相关关系，而与森林覆盖率也表现出较强的负相关。由于生产上的粗放经营，长期以滥垦滥伐，重用轻养，土地生产力不断下降，土壤营养元素流失，农业产量除良种外基本上靠化肥维持，土壤结构和物理化学性状变坏，连续耕种即使施用同等的化肥情况下，也难达到过去同等的增产效益，农业增产多走毁林毁草开荒的外延增产方式，导致坡耕地的增加，石漠化环境加速发展。

二、土壤质量、表层岩溶水与石漠化关系研究

在广西弄拉屯、弄岗屯开展了典型研究，通过典型样地调查和土壤岩样分析对石漠化过程中土壤的物理性质和化学性质进行研究。弄拉屯位于广西马山县古零镇，为典型的峰丛洼地地貌，弄拉植被为人为破坏后的次生植被，有封山10年、20年、40年的和目前仍受严重人为干扰的植物群落，这样在小范围内形成了演替的系列群落。

（一）土壤物理化学特征

选择该区进行不同植被类型区土壤的物理化学性质分析，研究在不同的植被演替阶段，土壤质量变化过程。典型样地调查分析结果（表2-7）表明，植被的种类在退化过程中变化较大，高大的乔木逐渐被典型的小灌木取代，并随着环境干旱程度的加剧向旱生化发展。土地生产力的衰退是以乔木树种的衰退为主要标志，从乔木林—幼林—灌丛—草灌丛—草丛，植被逆向演替过程中，土壤容重有增加趋势，在表层土中尤为明显，在乔木林弄拉、弄岗容重分别为1.0878、0.8539 g/cm³，在草丛区变化为1.2825和1.2223g/cm³。土壤的孔隙度也明显降低，在乔木林弄拉、弄岗孔隙度分别为57.88%、65.90%，在草丛区变化为51.71%、53.69%。天然含水量、有机C、TN、P含量亦有降低趋势。在弄拉，从乔木林演替为草丛，天然含水量、TN、有机C分别降低了12%、40%、58%。在弄岗，天然含水量、TN、有机C、P含量分别降低了11%、87%、106%、59%。

表2-7 广西弄拉、弄岗典型样地土壤的物理和化学特征一览表

（二）表层岩溶水

长期强烈的岩溶化作用造成的地表地下双重空间结构，不仅导致地表水漏失，地下水深埋，地表干旱缺水，这使表层岩溶水显得尤为重要，其不但可以延缓降雨入渗水在表层带停留的时间，使其更多为植被所利用，并可形成表层间歇泉，支撑起其上覆的生态系统，并与生态系统一起对岩溶水文系统进行调蓄。而且表层如具有良好植被和土壤层覆盖时，还能有效增加降雨入渗补给量。在许多岩溶区，虽然土被不完整或者是岩石大面积裸露，大量的风化残余物存在于表层岩溶带中，留存于石沟、石缝、石槽中的土壤肥力水平高，如果表层岩溶带能提供足够的水分营养，植物根系可以在这些裂隙中生长，甚至形成茂盛的喀斯特森林。从而形成良好的生态系统。

通过广西弄拉、桂林，贵州马官、六盘水，湖南保靖、万华岩，云南木美，湖北火烧坪表层岩溶带调蓄系数对比分析，研究不同石漠化程度区，表层岩溶带对水资源的调蓄功能，结果如表2-8所示，表层岩溶带对降雨的调蓄功能与森林、植被覆盖率有明显的相关性。

表2-8 不同森林植被覆盖率地区表层岩溶带调蓄系数一览表

三、污染与石漠化关系研究

对此，在贵州六盘水市开展了典型研究。贵州六盘水市是岩溶石漠化严重的地区之一，土地总面积为4054.5 km²，石漠化面积为1714.9 km²，占总面积的42.3%，其中重度石漠化占石漠化面积的29.6%，中度占37.3%，轻度占32.1%。对石漠化影响比较大的是矿山、冶炼厂等的有毒有害废弃物的排放。

（一）pH值降低

由于降雨直接溶解了大气中的污染物质，造成企业周围较大范围高强度酸雨（表2-9）。大气降雨中的、酚含量很高（表2-10），这些物质在地表、地下水体、岩石土壤中，参与物质的循环和迁移，形成严重环境污染。从而导致岩石表面殖居的低等植物苔藓、藻类、地衣大量死亡，有苔藓、藻类、地衣覆盖的岩石水分吸收或释放能力可以高于裸岩的3～15倍，因此常常靠苔藓、藻类、地衣植被先行，在碳酸盐岩表面造成持水层，帮助灌木、乔木生长（曹建华 等，1999）。在污染严重区，大范围内的碳酸盐岩表面随着藻类和苔藓的死亡而呈白色（照片2-3）。

表2-9 1982～1984年六盘水市中心区降雨酸度统计表

表2-10 水城盆地降雨化学组分统计 单位：mg/l，硬度单位为德国度

照片2-3 六盘水市工业污染造成石漠化景观

（二）有毒物质污染

由于工业废水和城市生活污水大部分直接或间接排入响水河，一部分通过落水洞、天窗、暗河等进入地下水体，如特区酒厂和冷冻厂的废水排放到花鱼洞中。响水河沿途接纳酿造厂、造纸厂、化工厂、冶金厂的工业废水和生活污水。地表、地下水体均受到严重污染（表2-11）。

表2-11 响水河各河段水质调查表（1997年）单位：mg/l

地表河水是农作物灌溉的主要水源，污染物通过灌溉或降雨淋滤，被带至地表，污染土壤，进而污染农作物和植被。土壤、岩石表层样品分析表明，严重污染区的土壤和岩石表面样品中的Pb、Zn、Cu、Hg含量均高于轻度污染区（表2-12）。表明含量高是由于污染造成的，并非背景值高造成的。土壤和岩石表面样品中的Pb分别为845mg/kg、991mg/kg，远超过国家土壤质量三级标准（500 mg/kg），而三级土壤质量标准为保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值。因此，初步认为该区Pb污染是导致碳酸盐岩表面低等植被死亡和严重石漠化的重要原因。

表2-12 贵州六盘水工业污染区土壤、岩石浅薄层样品中元素含量 单位：mg/kg