景观生态学原理在喀斯特

景观生态学原理在喀斯特（Karst）研究中的 应用展望摘要:喀斯特石漠化是广泛分布于我国西南喀斯特地区的一种生态灾害，近3O年 来其扩展速度明显加快，严重制约了我国西南地区的经济发展和生态质量的提 高。首先从概念、成因及防治等方面探讨了目前喀斯特石漠化的研究现状，并指 出石漠化研究中的不足，主要表现为研究内容较片面，缺乏定量研究，标准不统 一和缺乏景观水平上的研究。景观生态学有其特有的理论优势和方法体系，若利 用景观生态学的理论和研究方法来研究石漠化，可以解决目前石漠化研究中的某 些相关问题。最后，在此基础上，从景观生态学的角度出发，展望了喀斯特石漠 化未来研究的4个方向，即景观格局变化、景观异质性及其分区、石漠化过程空 间动态模拟和生物多样性。关键词：喀斯特石漠化成因防治景观生态学研究展望Abstract： Karst rocky desertification is a kind of ecological disasters,distributed widely in mountainous karst area of Southwest China.Over the last three decades,karst rocky desertification has become more and more serious,intensely restricting the economical development and ecology quality enhancement of South一west China.Hence we must pay more attention to it.First,the current situation of karst rocky desertification research is discussed from the following three aspects:concept,causes and treatment.And then the coexisting related questions are analyzed,including the partial of research,the lack of quantitative research,the disagreement in criteria and the scarcity of landscape ecological research.Landscape ecology has it sown theoretical predominance and methodology system,and we may resolve some related questions by using landscape ecological theories and research methods.Based on that,the future four prospects on karst rocky desertification research are finally presented in terms of landscape ecology,namely landscape pattern change research,study on landscape heterogeneity and regionalization,dynamic simulation on the process of karst rocky desertification and research on biodiversity.Key Words: Karst rocky desertification; cause; treatment; landscape ecology; research; prospects 1喀斯特仗arst）石漠的研究现犬1.1喀斯特的概念喀斯特石漠化，即石质石漠化。“石漠化”这一概念，是在我国西南部喀斯 特生态环境极度退化，对人类生存产生了极大危害的背景下提出的，产生于20 世纪90年代初期。相对于“沙漠化”，提出了 “石漠化”，旨在将这两种荒漠化 类型区别开来；随后，深入探讨石漠化所处的气候区域，形成的动力机制，机制 及形成特征，从而找到防治石漠化的有效措施。迄今为止，石漠化概念的认识主 要存在两派观点。以王德炉等为代表的认为诱发石漠化的主导因素是流水侵 蚀，将石漠化定义为发生在湿润、半湿润地区，流水侵蚀作用下，以出现大面积 基岩裸露劣地和石质坡地作为标志性形态的土地退化；以区域和岩性来界定，将 石漠化分为广义石漠化和狭义石漠化。而袁道先院士 M2 则强调了人类活动的重 要性，认为石漠化是在喀斯特脆弱生态环境下，人类不合理的社会经济活动造成 人地矛盾突出，植被破坏，土壤侵蚀，岩石逐渐裸露，土地生产力衰退丧失，地 表在视觉上呈现类似于荒漠景观的演变过程。发展至今，“石漠化”已不单纯是一个地质学上的定义，而是将地质一生态 环境一人类活动三者整合在一起的一个综合性的定义。王世杰总结了石漠化的 科学内涵，即它以脆弱的生态地质环境为基础，以强烈的人类活动为驱动力，以 土地生产力退化为本质，以出现类似荒漠景观为标志。1.2中国石漠化现状在中国西南地区460个县（市，区）中，有451个县（市，区）的5572个 乡（镇）分布有石漠化土地，石漠化总面积为1296.2万hm2，该地区占国土面 积的12.1%，占该地区岩溶土地总面积的28.7%。1.3石漠化的成因石漠化的发生是以溶岩为前提的。所谓溶岩主要指水对可溶性岩石如碳酸盐 岩，硫酸盐岩和卤化物岩等的溶蚀作用，及其所形成的地表及与地下的各种景观。在溶岩发育过程中所发生的各种作用，都是以可溶性岩被水溶解的作用为基 础的，所以岩溶作用最本质的现象就是“岩石的溶解”，即是以地下水为主，地 表水为辅；以化学过程（溶解于沉淀）为主，机械过程（流水的侵蚀和沉积，重 力崩塌和堆积）为辅的对可溶性掩饰的破坏和改造作用。岩溶作用发生的条件， 就岩石而言，必须是可溶的，水才能进行溶蚀。其次，岩石必须是渗水的，这样 地表水才能转化为地下水，因为在岩溶过程中，地下水起着主导作用，使之形成 作为岩溶标志的地下溶洞。就水而言，首先水必须具有溶蚀力，当水中含有C02 时，溶蚀力便会增大，其次，水必须是流动的，因为停滞的水很快就变成了饱和 溶液而失去了溶蚀力。因此岩石的可溶性，透水性，水的溶蚀性，流动性就成为 岩溶作用的基本条件。从石漠化的形成来看主要可分为两方面的原因，即自然因素和人为因素。自然因素以我国西南为例：在石漠化形成过程中，西南地区以碳酸盐岩为主的地质条 件，陡峻而破碎的地形地貌，丰富而集中的降雨，温暖的气候条件以及经济建设 所导致的酸雨是石漠化土地形成的自然环境前提。监测数据显示：因自然因素为 主导形成的石墨化土地面积为332.67万hm2，占石漠化土地总面积的25.76%。 人为因素随着社会经济和人类活动的发展，人为因素越来越成为石漠化发生的主导因 子.贺庆棠等认为造成石漠化的最主要的原因是人为破坏加速了石漠化的形 成。王世杰强调强烈的人类活动是导致土地石漠化最主要的因素之一，并指出 超载的人口是石漠化最重要的驱动力。陈起伟指出，从一定意义上讲，人为 因素是形成石漠化的真正原因，并进一步从人口因素、地域环境、社会经济水平 及土地资源开发利用等方面深入分析了人为因素。总之，在脆弱的生态地质背景和不合理的人类活动的共同作用下，引发了石 漠化。因此，我们要防治石漠化，应首先着力于控制或去除不合理的人类活动。1.4石漠化研究中的不足纵观石漠化研究发现：目前关于石漠化的研究已取得了明显的成果。但但仍 存在很多不足。主要表现在以下几个方面。(1) 片面性。如图1.1所示，目前石漠化的研究成果多集中在概念，成因， 防治，分布及危害等少数几个方面，缺乏对石漠化地区的生物多样性，景观水平 上的研究及防治评价等方面的研究。文献数量40302010SI 0*木卑 理枳聲胡 ss s图1.1关于石漠化研究方向的文献统计（2）缺乏定量研究。对石漠化的特定危害及生态防治对策等方面的研究W限于定性的探寸, 缺乏对其成因过程和后果的系统定研究。例妝0对石漠化成因虽然达成了共识7,但是该认识较 为笼统没有进一步寸自然因素和人为因素所占的饶以及人为因素中各类型所占的比踵进行定量 研究。（3）标准不统一。石漠化的等级划分标准和评价指标不统一，影响了结果的 可比性，没有反映出喀斯特环境的特殊性，没有反映出不同喀斯特环境生态系统 类型内在差异的本质特征。目前石漠化等级划分方案大致有5种。依据不同的 等级划分标准，同一地区的石漠化等级会有不同的结果，从而导致对石漠化状态 的评价出现差异，使得研究结果不具有可比性。（4）缺乏景观水平上的研究。景观尺度上的宏观生态过程研究及深入的以 格局一过程为中心的生态空间理论的研究较欠缺，导致对石漠化的研究仅限于状 态上，缺乏对石漠化的动态演变的研究。目前研究多是对石漠化现状的描述，而 没有对石漠化区域的发展趋势进行预测，从而无法预知不同防治措施方案下典型 石漠化区域的未来状态，使石漠化的防治一直处于尝试阶段，免不了会出现防治 失败的案例。2景观生态学研究方法在石漠化研究中的应用展望肖笃宁和李秀珍9曾总结了景观生态学的9条理论框架，并指出景观生态学 的理论优势在于运用整体思维的方法，实现学科的交叉和创新；肖笃宁10在探 讨宏观生态学研究的特点与方法时指出，景观生态学等宏观生态学研究的基本方 法有如下6种：遥感、地理信息系统、景观分析、模型和模拟、古生态信息的获 取和定位观测实验的网络研究。因此，从景观生态学的角度出发，以景观生态学 的基本理论为基础，利用景观生态学的研究方法，认为石漠化的未来研究应着力 于以下几个方面：2.1景观格局变化的研究石漠化地区的景观格局是在自然和人类活动的长期相互作用过程中演变而 成的，并随着时间的变化而变化。在石漠化地区，不同石漠化等级的斑块在空 间上的更迭和组合，在时间上的演变和转换，可根据一定范围内水土流失强度、 岩石裸露率、地貌的相似性而进行类群归并。从而可以将具有多种等级石漠化的 区域理解为各种等级石漠化镶嵌而成的石漠化景观。继而运用景观指数来定量分 析石漠化景观格局，以期揭示景观格局变化同周围环境（石漠化驱动因子）的关 系。要根据不同地域类型石漠化地区不同的研究尺度，选择最适合分析石漠化景 观格局变化的景观指数。此外，喀斯特地区具有独特的地下、地表双层结构，因 此，可对石漠化地区的地下及地表景观格局变化进行研究。2.2景观异质性及其区分研究由于脆弱的喀斯特生态地质环境条件和不合理人类活动的长期作用，石漠化 地区相对于其它区域景观生态特征与问题都更为复杂，景观异质性程度高。为了 解决石漠化问题，实现区域经济社会可持续发展，迫切需要因地制宜进行景观生 态建设。在石漠化地区，借助于遥感、地理信息系统、景观分析等景观生态学研 究方法，开展景观异质性及其分区研究，有助于对石漠化问题进行区域评价，进 而提出具有针对性的防治措施。石漠化地区流域界线比较复杂，地表流域和地下流域往往界线不统一，因此， 我们不能以流域为单元来对石漠化地区的景观异质性进行分区研究。若将以斑块 廊道一基质为基础的景观生态学研究应用在石漠化地区的景观异质性分区 研究中，斑块、斑块类型和景观可作为基本的分区单元；其中，斑块根据石漠化 等级来划分，是最小分区单元。如可将某一石漠化地区看作是一个石漠化景观， 该景观可进一步分区为石漠化斑块类型和非石漠化斑块类型，石漠化斑块类型又 可进一步细分为强度石漠化斑块、中度石漠化斑块和轻度石漠化斑块等。2.3石漠化过程空间动态模拟石漠化是一个随时问变化的空间动态过程，因此，要监控石漠化的发生发展 过程需要耗费相当多的人力、物力和时间。目前对于石漠化防治，成功与失败参 半，有些防治措施起初几年是成功的，后来也是以失败告终。若借助于GIS和遥 感等手段，进行景观分析，构建石漠化空间动态模型，就可以极大地减少时间和 人力消耗，还可以对石漠化未来的发展趋势进行预测，并将石漠化发展的潜在区 域空间直观地表达出来，为石漠化控制提供对策和建议。如可将水文地质、土地 利用、防治措施、人文等信息整合进模型中，将石漠化发展的可能状态以图表的 形式直观表达出来，最后可以用来筛选最优防治措施。2.4生物多样性的研究研究石漠化对生物多样性的影响，有助于为石漠化地区的生物多样性保护提 供理论支持和方法依据。生物多样性包含不同的层次，其中，从大的时空尺度上 来看，景观多样性构成了其他层次生物多样性的背景，并制约着这些层次生物多 样性的时空格局及其变化过程。因此，应加强对石漠化地区生物多样性的各个层 次的研究，特别是景观多样性的研究。由于存在不同地域类型的石漠化地区，所以在石漠化地区进行生物多样性研 究时，不应一概而论，而应分别对各种地域类型的石漠化地区的生物多样性进行 研究。如以气候为基础，可研究干热河谷石漠化地区、高寒石漠化地区的生物多 样性；或可从地貌的角度出发，对石漠化高原、石漠化高山峡谷、石漠化峰丛洼 地等进行生物多样性研究。此外，还可构建多尺度石漠化生态系统，对石漠化地 区的生物多样性进行多尺度的对比研究。3结果与讨论喀斯特石漠化已经给人民生存安全和社会经济发展造成严重的危害，更严重 的是其面积还在不断扩展，其危害仍在加大，其治理迫在眉睫！要治理石漠化， 必须深刻理解石漠化的成因机制，并采取有效的防治措施。景观生态学有其特有 的理论优势和方法体系，因此，可以以景观生态学的基本理论为基础，利用景观 生态学的研究方法，对石漠化地区进行石漠化景观格局变化、景观异质性及其分 区、石漠化过程空间动态模拟和生物多样性等方面的研究。这对于石漠化的防治 和石漠化区域的社会经济可持续发展具有重要的意义。石漠化不是纯自然过程，而是与社会，经济紧密相关，以人类活动为主导因 素而引起的环境恶化，土地退化过程。只有实现环境改造，经济发展和社会进步 三者的协调发展，即只有生态意识，生态工程，生态经济三者充分结合，提高一 个地区或流域整体的经济实力，石漠化等环境问题才能得到真正的全面解决。让 退化土地自然恢复的思路已不切实际，必须通过投入人力和物理，对退化土地进 行生态重建。生态重建工作必须以基础科学研究为先导。岩溶石漠化治理的前提 是开展土地石漠化成因机制的研究，只有得到岩溶石漠化成因理论的有力支持， 才能有效地避免大规模生态重建的盲印性，并降低其风险性。鉴于石漠化研究涉 及自然，社会和经济多学科的问题，综上所述，笔者认为在目前阶段应主要关注 以下6个方面的的问题11：(1) 不同成因类型石墨化景观的生态示范区建设；(2) 石漠化在不同空间尺度下的驱动机制，特别是人类驱动力，确定自然 因素和人文作用对石漠化过程正负面影响以及各自的贡献率；(3) 石漠化基础信息系统，灾害评价和辅助决策系统的研究；(4) 石漠化的水文生态过程与植被恢复重建机理；(5) 岩溶生态系统退化和石漠化过程中的生物地球化学过程；(6) 石漠化综合防治战略与模式。参考文献王德炉，朱守谦,黄宝龙石漠化的概念及内涵J.南京林业大学学报.2004,28 6):115126.2 王世杰.喀斯特石漠化-西南最严重的生态地质环境问题J.矿物岩石地球化学通报,2003,22(2):120126.3 刘拓,周光辉，但新球等中国岩溶石漠化，中国林业出版社,2009.4 贺庆棠，陆佩玲.中国岩溶山区山地石漠化问题及对策J.北京林业大学学 报,2006,28(1):117120.王世杰喀斯特石漠化概念演绎及其科学内涵的探讨J.中国岩溶,2002,2 H 2):101105.陈起伟.贵州喀斯特石漠化的人为因素分析J.贵州教育学院学报(自然科 学),2006,17(2):8285.7 李阳兵,谭秋,王世杰喀斯特石漠化研究现状，问题分析与基本框架J.中国水土保持科 学,2005,3(3):2734.8 吕涛.3S技术在贵州喀斯特山区土地石漠化现状调查研究中的应用J.中国水土保 持,2002,2(6):2627.9 肖笃宁，李秀珍.当代景观生态学的研究进展J.地理科学,1997,17(4):356363.10 肖笃宁宏观生态学研究的特点与方法J.应用生态学报,1994,5(1):95104.11 袁道先全球岩溶生态系统对比:科学目标与执行计划J.地球进展,2001,16(4):461466.