人类活动产生的酸性物质对我国石漠化的影响

马孟尚，傅瓦利，石文龙，周际莉，魏大明(西南大学地理科学学院，重庆 400715)

人类活动产生的酸性物质对我国石漠化的影响

马孟尚，傅瓦利，石文龙，周际莉，魏大明(西南大学地理科学学院，重庆 400715)

自20世纪末，石漠化日益引起人们的关注，但始终忽略了酸性物质对石漠化的影响。在分析人类活动产生的酸性物质对石漠化的影响基础上，提出了人类活动产生的酸性物质及自然界的酸性物质共同作用于碳酸盐岩，现代石漠化的演化实质就是酸性物质对碳酸盐岩溶蚀后酸不溶物流失的过程，在研究石漠化演化进程时应着重人类活动产生的酸性物质与石漠化的“双循环”模式。

石漠化；人类活动；酸性物质；溶蚀

中国西南喀斯特地区是世界最大的喀斯特连续带，喀斯特石漠化已成为西南岩溶地区最大的生态问题，严重制约着当地社会经济的发展。作为长江和珠江上游的生态屏障，该区的石漠化问题给长江和珠江中下游生态安全带来了重大隐患，治理已刻不容缓。石漠化的形成依托于岩溶环境，而人类活动则在其演化进程中起着重要的作用。当前，人类活动对石漠化的影响已引起足够关注，并已有众多学者的系统研究。但有关人类活动产生的酸性物质对石漠化地区碳酸盐岩的影响还少有人涉及。基于此，笔者着重阐述人类活动产生的酸性物质对我国石漠化的影响。

1 石漠化的概念

石漠化概念的提出至今不过20余年，仍处于逐步完善的阶段。石漠化是在岩溶地貌的基础上形成的，是岩溶地区土地退化的极端表现形式。岩溶(Karst)一词源于南斯拉夫西北部伊斯特拉半岛上的石灰岩高原的地名，那里发育有典型的岩溶地貌，“喀斯特”一词即为岩溶地貌的代称。国内外学术界先后用石山、石山荒漠化、石质荒漠化等概念表征岩溶地区的土地退化现象。

20世纪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、石质荒漠化等概念，并推向国际岩溶学术界，用以表征植被、土壤覆盖的岩溶地区转变为岩石裸露的岩溶景观以及土地贫瘠化的过程。世纪相交之际，岩溶界的学者们不断完善石漠化的定义。屠玉麟[2]认为，石漠化是指在喀斯特的自然背景下，受人类活动干扰破坏造成土壤严重侵蚀、基岩大面积裸露、生产力下降的土地退化过程，所形成的土地为石漠化土地。苏维词[3]认为，喀斯特土地石漠化是在湿润气候条件下，受喀斯特作用及人类不合理活动的干扰，地表土层流失殆尽、基岩大面积裸露，呈现出一种无土无水无林、类似于荒漠化的景观现象与过程。2002年，王世杰[4]提出了相对完整的概念，亦是当前引用最多的定义，即喀斯特石漠化是指亚热带脆弱的喀斯特环境背景下，受人类不合理的社会经济活动的干扰破坏，造成土壤严重侵蚀、基岩大面积出露，土地生产力严重下降，地表出现类似荒漠景观的土地退化过程。2007年4月，国家发展和改革委员会、国家林业局等部门组织编制的《岩溶地区石漠化综合治理规划大纲(2006～2015)》对石漠化的定义是：在热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶极其发育的自然背景下，受人为活动干扰，使地表植被遭受破坏，造成土壤侵蚀程度严重、基岩大面积裸露、土地退化的表现形式[5]。该定义全面论述了岩溶石漠化自然环境区域性与系统性特征、人为活动与自然因素对石漠化影响的相互关系，以及石漠化的表现特征及其危害。可见，岩溶(地质)环境是石漠化形成的基础，土壤侵蚀(水土流失)与石漠化的演变相生相随，人为活动是重要的驱动力[6]。

2 我国石漠化的分布范围及其形成背景

2.1 石漠化的分布范围

我国是世界喀斯特石漠化面积最大、分布最广的国家之一，西南地区以云贵高原为中心，岩溶地貌分布广泛。中国国家林业局2005年第一次对岩溶地区石漠化的监测数据显示(表1)，我国石漠化土地主要分布在8省451个县(市)，石漠化土地面积为12.96km2，占监测总面积的12.1%，占监测区岩溶面积的28.7%[5]。

表1 中国西南岩溶区石漠化面积分布

在石漠化分布轻重程度中，轻度石漠化356.4万hm2，占石漠化总面积的27.5%；中度石漠化591.8万hm2，占45.7%；重度石漠化293.5万hm2，占22.6%；极重度石漠化54.5万hm2，占4.2%[5]。

另外，监测区潜在石漠化土地面积为12.34万km2，占监测区岩溶土地面积的27.4%。潜在石漠化土地是一种非石漠化土地，其岩性主要为碳酸盐类，基岩裸露度(或砾石含量)在30%以上，目前虽然上有良好的植被覆盖或已经修为梯田，但如遇不合理的人为活动干扰，极有可能变为石漠化土地。

2.2 石漠化的形成背景

石漠化形成背景一直是众多学者们讨论、研究的焦点[7-12]。目前主要有2个流派，一类侧重于人类活动，另一类侧重于自然因素，而且2流派代表学者对其观点亦存在一种模糊性。苏维词等[10-12]认为石漠化不是一种自然灾害，是由于人类不合理的社会经济活动造成的土地资源荒漠景观的演变过程和结果的统一。王世杰等[8-9]在讨论石漠化的形成背景时，更加看重自然环境对石漠化的影响；他们认为，石漠化是青藏高原隆升在其东南翼所诱发的重要的地质生态灾害，是西南碳酸盐岩山地地貌演化的不可逆的自然过程。二者相较，笔者更倾向于王世杰等的观点，认为石漠化是喀斯特岩溶山区受其复杂自然环境影响的演化的必然趋势，人类活动只是加速或减缓了其进程。

(1)纬度因素 我国的岩溶石漠化主要分布在北纬22～32°的热带、亚热带地区。该区域气候温暖湿润，年平均降水普遍在1000mm以上，年平均气温15℃以上，雨热同期，水热条件良好。气候条件为石漠化碳酸盐地貌的溶蚀提供了基础，有利于岩溶碳酸盐的溶蚀、沉积，有利于岩溶的发育[13]。

(2)岩石性质 我国南方的震旦系、古生界及三叠系，北方的元古界及古生界，都是以碳酸盐岩为主，分布比较广泛。我国石漠化分布地区是碳酸盐分布最集中、面积最广的区域，地貌发育完全。而碳酸盐岩具有易淋湿、成土慢的特点，碳酸盐岩的大面积出露为石漠化的发育与不断演化提供了物质基础。

(3)地貌因素 由于地质构造和碳酸盐岩溶蚀差异性的影响，导致碳酸盐岩地区地貌起伏差距较大，山高坡陡，形成一定的坡度。一旦地表植被遭受破坏，便会造成水土流失，形成区域性的石漠化。如发生在16°以上坡面上的石漠化面积达1100万hm2，占石漠化土地总面积的84.9%[5]。另外，由于碳酸盐岩的极易淋湿，易形成喀斯特地区独有的“二元结构”地貌，地形复杂、地貌破碎。

(4)水文条件 该区是我国水热条件搭配最好的区域之一，年降水量在1000mm以上，但是该地区降水的80%主要集中在春、夏2季，而该时间段正是多数农作物的播种和幼苗阶段，疏松的土壤和集中的降雨加速了石漠化的进程。同时，由于该区域的特殊地形和双层岩溶水文地质结构，使地表水难以储存，多地下河及溶洞水，水资源以地下水资源为主。尤其是坡度较大地区，形成小区域缺水的现状。这种状况在石漠化相对严重地区尤为明显。

(5)植被因素 由于石漠化分布地区的小区域缺水性及岩石的极易侵蚀性，导致该区域的植被呈现出富钙性、旱生性、石生性；更为关键的是，石漠化分布的区域多为植被稀疏地带，或因人为或因自然因素。

3 人类活动产生的酸性物质及其与我国石漠化的关系

碳酸盐的广泛分布构成了石漠化的骨架，不合理的人类活动是基本力量。当前，众多学者一致认为，石漠化的形成以极易溶蚀的碳酸盐地质为基础，人为活动是重要的驱动力，气候条件是石漠化形成的重要影响因子。

当前的研究大多着重于过度樵采、不合理的耕作开垦等人类活动，而忽视了人类活动产生的酸性物质对石漠化的影响。事实上，人类活动产生的酸性物质和自然界的酸性物质一样，在石漠化的演化进程中起隐性溶蚀的作用，有别于上述几种作用的显性溶蚀。那么，酸性物质的隐性溶蚀在石漠化的演进过程中起着怎样的作用，是否是简单地加速石漠化的进程，本研究就此展开讨论。

3.1 人类活动产生的酸性物质

(1)酸性沉降 酸性沉降可分为“湿沉降”与“干沉降”2大类。前者指随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面所有气状污染物或粒状污染物，后者则指在不下雨的日子，从空中降下来带有酸性物质的落尘。

pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水称为酸雨。雨水被大气中存在的酸性气体污染便形成酸雨，其中多为硫酸雨，少部分为硝酸雨。大气中的酸性物质的来源有2方面，一是自然排放源，二是人工排放源。对现代酸雨影响较为深刻的是人工排放源，在工业革命之后工业生产、民用生活燃烧煤炭排放出来的二氧化硫，燃烧石油以及汽车尾气排放出来的氮氧化物，使酸雨的发生频率和程度都大大提高。2008年中国环境状况公报显示，监测的494个市(县)中出现酸雨的市(县)249个，占50.4%；酸雨发生频率在25%以上的160个，占32.4%；酸雨发生频率在75%以上的54个，占11.0%。494个市(县)中，发生酸雨(降水pH年均值lt;5.6)的城市占14.0%，发生较重酸雨(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%。由此可见，酸雨在我国发生的频率和程度都是比较大的[14]。

(2)生活或生产污水 一方面，人类生活中产生酸性生活污水，包括大量使用含磷洗涤物、厕所粪尿、医院废水等；另一方面，工业生产也将产生酸性生产污水。生活和生产污水，导致了土壤酸化，进一步影响石漠化。

(3)过度施用氮肥 过度施用化肥将会导致土壤酸化，酸性物质随流水迁移，进而对石漠化地区岩石产生影响。20世纪80年代以来，中国氮肥用量相当惊人，在占世界7%的耕地上消耗了全球35%的氮肥。中国粮食年产量从1981年(3.25亿t)至2008年(5.29亿t)增长了63%，而氮肥消费量却增长了近2倍。

(4)人类农业活动产生的植物酸 人类的发展过程实际就是农业活动的发展过程。在种植农作物的过程中，农作物产生植物酸(C6H18P6O24)；植物酸是广泛存在于植物中的有机磷化合物，一般都以钙、镁、钠、钾等金属离子的复盐形式存在于植物种子的表皮和胚芽。植物酸溶于水，呈强酸性，虽然单个作物的植物酸微乎其微，但长久的、大范围的农业生产产生的植物酸是不可忽略的。从石漠化的分布可见，石漠化分布地区大都是人类农业活动密集区域，也是植物酸最多的区域。当然，植物酸不会单一地影响石漠化，如原始森林极少有石漠化分布，与它的土层未受扰动有很大的关系。

3.2 人类活动产生的酸性物质与石漠化的关系

当前，人们对人类活动产生的酸性物质对石漠化影响的研究还少有涉及，但碳循环对碳酸盐岩的岩溶作用则已取得诸多成果，尤以袁道先的“岩溶动力学”为代表。在岩溶动力学中，揭示了CO2-H2O-CaCO3系统中碳、水、钙在四圈层间循环的规律及其与岩溶作用方向(溶蚀或沉积)和强度的关系。例如，当有较多CO2进入系统中时则水的pH降低，溶蚀作用加强，反之则发生沉淀[15]。

图1 酸性物质对碳酸盐岩溶蚀示意图

岩溶动力学理论主要从碳循环的角度阐释岩溶地质环境，其中碳酸的形成与对碳酸盐岩的溶蚀为核心思想。人类活动在气相及液相产生的酸性物质，与自然界的水发生反应，形成酸根离子，并在水的作用下，在固气、固液界面直接溶蚀碳酸盐岩基岩(图1)。

就总趋势而言，现代石漠化的演化进程实质就是酸性物质对碳酸盐岩溶蚀后，酸不溶物流失的过程。无论是碳酸还是其他酸性物质，都会对石漠化的形成产生深远的影响。当然，这种影响并不是单一地加剧石漠化，可分为2种：一是人类活动产生的酸性物质，不断侵蚀碳酸盐岩基岩，碳酸盐岩成土速率加快，即在不合理的人类活动区域，造成地表植被减少，水土流失严重，土层较薄甚至缺失。由于缺少植被、土壤的保护，酸性物质不断溶蚀裸露基岩，土壤以更快的速度流失。这样的后果是石漠化的范围不断扩大，人地矛盾更加尖锐；二是在合理的人类活动区域，地表植被覆盖好，虽然有酸性物质的溶蚀，但土层可得以保护，但其结果却是土层越来越厚，遏制了石漠化的加速演化，甚至改善石漠化。

4 人类活动产生的酸性物质与石漠化的“双循环”模式

石漠化作为灾害的一个重要特点可能在于它对人类的直接影响不易察觉，往往带来间接影响，这导致在人们忽视石漠化时，它已经对产生了严重影响[9]。石漠化不同于其他自然灾害的危害在于持续时间长，只有相当长的一段时间以后石漠化才能够逐渐消失，短的几十年能够恢复森林，而长的可能到数百年、数千年才能实现土壤的恢复。而石漠化随环境因子的相互作用和影响而会逐渐扩展，超出原来灾变范围，增大对人类社会的影响。

图2 人类活动产生的酸性物质与石漠化的“双循环”模式

前文已阐述人类活动产生的酸性物质对石漠化的单向影响模式。实际上，人类活动产生的酸性物质与石漠化二者之间的关系，并不是单向的，而是双向的、可逆的反应，形成“双循环”模式(图2)。

人类活动产生的酸性物质，加速溶蚀基岩，在不合理的人类活动区域，会加剧石漠化；在合理的人类活动区域，改善石漠化。然而，随着石漠化的加剧，一个恶性循环正在不断上演：石漠化导致人类的生存环境恶劣，人地矛盾更加尖锐。因此人类会变本加厉向自然索取，如不合理地开垦、滥砍乱伐和盲目扩大规模的粗放经营等，导致原本单一的农业产业结构发生变化：一方面，由农业用地向工业用地转化；另一方面，施用更多化肥以保证农作物产量。而人类活动会再次产生酸性物质，即二次酸源，与一次酸源共同作用，进一步加剧石漠化，由此石漠化问题愈演愈烈，形成恶性循环。同时，随着石漠化的改善，一个良性循环也会呈现：石漠化的改善，促使人类活动越来越合理，保证了植被覆盖好，土层受扰动少，即便人类活动会产生酸性物质，也会促使土层越来越厚，进一步改善石漠化，形成良性循环。

5 小结

(1)当前，对石漠化研究的深度、广度都已逐渐深化，但始终忽略了酸性物质对石漠化的影响，应该引起重视，为石漠化的综合治理开辟新的思路。

(2)人类活动产生的酸性物质和自然界的酸性物质共同作用于碳酸盐岩，现代石漠化的演化进程实质是酸性物质对碳酸盐岩的溶蚀后，酸不溶物流失的过程。

(3)人类活动产生的酸性物质，对石漠化的影响是“双循环”的，酸性物质产生后，直接溶蚀碳酸盐，一方面，由于人类不合理活动，破坏了植被、土壤，造成水土流失，加剧了石漠化演化进程，导致人地矛盾更加尖锐，形成“恶性循环”；另一方面，人类的合理活动，改善了植被、土壤，虽然有酸性物质溶蚀，但土层变厚，进而改善了石漠化，促进了人地矛盾缓和，形成“良性循环”。

随着石漠化日益引起人们的关注，众多学者都在为石漠化的综合治理献计献策，取得良好效果的同时积累了宝贵经验，如贵州的“晴隆模式”、“五个结合”模式、广西的马山县立体治理模式、重庆中梁山生态景观模式、南川生态立体农业模式，都为治理石漠化做出了巨大贡献。

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A

1673-1409(2012)06-S039-05

2012-05-12

国家大学生创新性实验计划项目(101063516)

马孟尚(1989-)，男，贵州贵阳人，现从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