中國巖溶生態(tài)地質(zhì)研究

PAGE280生態(tài)環(huán)境第14卷第2期（2005年3月）郭純青等：中國巖溶生態(tài)地質(zhì)研究PAGE281生態(tài)環(huán)境2005,14(2):275-281EcologyandEnvironmentE-mail:editor@基金項目：國家科技攻關項目（2001-K01-04-08）；廣西自然科學基金項目（桂科基0448077）作者簡介：郭純青（1955－），男，研究員，主要研究領域為巖溶水文水資源、巖溶災害及生態(tài)安全。收稿日期：200中國巖溶生態(tài)地質(zhì)研究郭純青，王莉，王洪濤桂林工學院資源與環(huán)境工程系，廣西桂林541004摘要：因自然地理條件特殊，中國南方巖溶區(qū)形成組構(gòu)相對脆弱的巖溶多重介質(zhì)環(huán)境。加上不適當?shù)恼J為干擾，巖溶多重介質(zhì)環(huán)境遭受嚴重破壞，導致各類物種急劇減少或消失。文章主要對巖溶多重介質(zhì)環(huán)境的脆弱性、水資源合理開發(fā)利用、土壤質(zhì)量、生態(tài)承載力、化學元素遷移演變規(guī)律和人類參變作用等方面進行了討論；針對上述問題提出了解決方案，即劃分巖溶多重介質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)和功能區(qū)，并結(jié)合數(shù)學物理模型和實驗，建立巖溶生態(tài)地質(zhì)研究系統(tǒng)理論框架和實用技術方法庫，使巖溶生態(tài)地質(zhì)研究走上科學、合理的軌道。關鍵詞：中國；巖溶生態(tài)地質(zhì)；巖溶多重介質(zhì)環(huán)境中圖分類號：X14文獻標識碼：A文章編號：1672-2175（2005）02-0275-07“巖溶”或稱“喀斯特（Karst）”，主要指水對可溶性巖石____碳酸鹽類（石灰?guī)r、白云巖等）、硫酸巖（石膏等）和鹵化物巖（巖鹽等）的溶蝕作用，并伴有水流侵蝕、沖蝕和重力崩塌等次生作用，形成多種地表、地下奇異的景觀與現(xiàn)象組合。因此，“巖溶”可概括為以巖石化學溶解作用為主的地質(zhì)作用及其結(jié)果現(xiàn)象的總體。“喀斯特”一詞起源于前南斯拉夫的伊斯特里亞（Istria）石灰?guī)r高原的地理專名，至今“喀斯特”一詞已成為世界通用的專門術語。1966年5月在中國第二次全國巖溶學術會議上將“喀斯特”以“巖溶”作為中國的通用術語。而在中國民間，明代《徐霞客記》中，就把湘、桂、黔、滇地區(qū)的地形和自然環(huán)境分為“石山”和“土山”兩大類，“石山”主要是指中國西南部裸露地面的可溶巖（主要是碳酸鹽巖）所分布的地區(qū)，可理解為各類巖溶地貌分布區(qū)，至今各地還習慣沿用?！皫r溶”是地學中的一個分支，其本質(zhì)是“富鈣巖石圈”（不連續(xù)，構(gòu)成土壤的不可溶物質(zhì)不超過10%）通過碳、水、鈣的物質(zhì)能量交換而形成“地表和地下多重復合結(jié)構(gòu)”，以及“成土條件極差”兩大特點，從而引發(fā)一系列特殊的巖溶環(huán)境地質(zhì)問題，如水源漏失、旱澇交迭、土壤薄瘠、石漠化、地面塌陷、山體崩塌、滑坡、礦坑突水突泥、地裂等，構(gòu)成類似于沙漠邊緣一樣的脆弱生態(tài)環(huán)境帶（區(qū)）。因此，世界各國地質(zhì)與環(huán)境科學家已把“巖溶”作為世界性難題給予極大的關注。1中國巖溶與發(fā)育特征全球巖溶地區(qū)面積2200萬km2，居住著約10億人口。中國境內(nèi)碳酸鹽巖類巖層縱深橫廣，巖溶現(xiàn)象普遍，類型繁雜，形式多樣，發(fā)育強烈。中國巖溶地區(qū)若按含可溶巖的地層分布面積計，可達344.4萬km2，已占國土面積的1/3；若按碳酸鹽巖的出露面積計，則為90.7萬km2，也接近國土面積的1/10；基本分布于天山-陰山構(gòu)造帶以南，即大致在北緯42°~43°以南，此線以北僅有小面積的碳酸鹽巖零星分布。如以北緯34°的秦嶺為界，分為北方干旱、半干旱、溫帶與南方潮濕、亞熱帶兩大巖溶區(qū)。中國南方巖溶區(qū)主要分布于滇、黔、桂、川、渝、鄂、湘、粵一帶；中國北方巖溶區(qū)主要位于晉、魯、豫、冀一帶。中國碳酸鹽類巖層從太古代至近代都有沉積，晚古生代分布面積最大，早古生代次之。新生代海相沉積僅見于西藏及北回歸線以南的海岸、陸棚和海洋之中。中國南方巖溶區(qū)從古生代至三疊紀有巨厚（3000~10000m）的碳酸鹽類巖層分布。它包括揚子準地臺和華南地槽褶皺系。第四紀以來，該巖溶區(qū)是上升區(qū)，碳酸鹽巖出露面積廣而大，且連成一片。目前，中國南方巖溶區(qū)處于熱帶-亞熱帶、濕潤氣候條件下，年平均氣溫為15~20℃，年降雨量800~2000mm；干燥度小于1，溶蝕速度大于20mm/ka，巖溶作用以溶蝕和侵蝕為主。中國北方巖溶區(qū)主要分布于中朝準地臺區(qū)。該巖溶區(qū)碳酸鹽巖雖直接出露面積不是很廣，但隱伏狀態(tài)下則是大片相連。目前，中國北方巖溶區(qū)處于暖溫帶、半干旱-亞濕潤氣候條件下，年平均氣溫6~14℃，降雨量200~900mm；干燥度大于1，溶蝕速度一般小于20mm/ka（存在個別大于20mm/ka的地區(qū)），巖溶作用以侵蝕為主。巖溶按其空間展布的位置可劃分為三大類型，即裸露型、覆蓋型和埋藏型。中國南方巖溶區(qū)巖溶以裸露型與覆蓋型為主，且受氣候和地質(zhì)條件的影響，發(fā)育強烈；中國北方巖溶區(qū)巖溶以埋藏型和覆蓋型為主，且受氣候和地質(zhì)條件的影響，發(fā)育遠不及中國南方巖溶區(qū)（見表1）。因此，中國巖溶區(qū)巖溶生態(tài)地質(zhì)研究的重點應放在中國南方巖溶區(qū)。表1中國南北方巖溶發(fā)育綜合形態(tài)對比Table1ContrastofthecomprehensiveshapeofChina'ssouthernandnorthernkarstdevelopment地區(qū)地表地下包氣帶（過渡區(qū)）飽水帶南方（調(diào)和型）峰叢山區(qū)、峰林平原、高低洼地、深淺洼地、落水洞、豎井、溶潭、天窗、溶溝、溶痕、溶盤、腳洞及大量洞穴垂向和斜向的管道、裂隙、裂縫和洞穴巖溶孔隙、裂隙、裂縫、管道和溶洞多重組合北方（單調(diào)型）常態(tài)山、干谷、干溝、陷落柱、少量淺洼地、溶痕和洞穴垂向和斜向的裂隙及少量的裂縫和洞穴以巖溶孔隙、裂縫為主，存在溶洞和少量的巖溶管道和裂縫

2巖溶多重介質(zhì)環(huán)境[1~7]農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題是全球共同關注的焦點問題。巖溶地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展已是中國西部大開發(fā)過程中引人關注的熱點問題之一。因自然地理條件特殊，中國南方巖溶區(qū)形成組構(gòu)相對脆弱的巖溶多重介質(zhì)環(huán)境。加上不適當?shù)娜藶楦蓴_，使巖溶多重介質(zhì)環(huán)境遭受嚴重破壞，導致各類物種資源急劇減少或消失。尤其是水土流失問題日趨嚴峻，其面積已達該區(qū)國土面積的44.5%（粗略估計）。部分巖溶山區(qū)石漠化問題更為突出，以水力侵蝕為主，伴隨有大量的重力侵蝕，并有擴大趨勢，而巖溶災害亦時有發(fā)生。中國南方巖溶區(qū)主要是由于巖溶多重介質(zhì)環(huán)境脆弱和承災易損，致使當?shù)剞r(nóng)業(yè)與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展緩慢，人民生活水平相對較低。2.1巖溶多重介質(zhì)環(huán)境的基本特點巖溶多重介質(zhì)環(huán)境是一個非常復雜的系統(tǒng)，系指巖溶地區(qū)的水體（大氣水、地表水、地下水）、碳酸鹽巖（巖溶化程度不同的地表和地下結(jié)構(gòu)）、土體、生物及其它物質(zhì)組成的復雜體系。巖溶多重介質(zhì)環(huán)境富鈣，在地殼運動和巖溶的雙重作用下，使其內(nèi)的巖體、水體、土體、生物群落具有層次結(jié)構(gòu)，形成了特殊的巖溶-水文-地貌-生態(tài)系統(tǒng)。（1）巖溶作用強烈，地表、地下巖溶形態(tài)多重組合與復合，構(gòu)建了巖溶多重介質(zhì)環(huán)境生態(tài)脆弱的基礎。中國南方巖溶區(qū)地處亞熱帶，水熱條件較好，水巖作用強烈，碳酸鹽巖空隙空間發(fā)育強度大且復雜多變。（2）降水豐沛，降水歷時長，強度大。因下墊面透水性強，加上巖溶多重介質(zhì)環(huán)境內(nèi)廣泛發(fā)育巖溶地下河系，且?guī)r溶地下河系多以地表江河為排泄基準，致使巖溶多重介質(zhì)環(huán)境內(nèi)巖溶水文過程分為地表與地下兩大部分，通常地下巖溶水文過程占主導地位。（3）巖溶地貌景觀奇特，多類峰體（塔狀、錐狀）、多級（高中低位）洼地、多層次化洞穴、谷地、平原等形態(tài)組合復雜，類型配置多樣。（4）碳酸鹽巖質(zhì)地較純，不溶成分少，成壤能力低，土層薄而貧瘠，且分布零星。因特殊的地質(zhì)、水文和氣候條件組合，使巖溶多重介質(zhì)環(huán)境中“水-土-石”呈多元結(jié)構(gòu)，大多互為分層，相互獨立，造成石多土少，水源漏失，水分和土壤的可獲性嚴重制約著植物的分布和覆蓋度，使生態(tài)系統(tǒng)功能有限，生產(chǎn)力低下，承災易損，且難恢復。2.2巖溶多重介質(zhì)環(huán)境主要資源優(yōu)勢與幾個癥結(jié)問題巖溶地區(qū)是一種適于資源開發(fā)的區(qū)域，其環(huán)境資源優(yōu)勢明顯表現(xiàn)在：（1）有可持續(xù)開發(fā)的水力資源與巖溶地下水資源。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國南方巖溶區(qū)內(nèi)擁有巖溶地下河系3000多個，總長度近14000km，總流量達1500m3/s，其水資源潛力巨大。（2）旅游資源豐富，地表、地下均有可供開發(fā)的誘人的巖溶景觀。（3）礦產(chǎn)資源多，且分布廣。尤其非金屬礦（碳酸鹽巖）蘊藏量巨大，易于開采，用途極廣。（4）氣候溫暖濕潤，且具垂直分帶性，特別是巖溶山區(qū)多呈“島嶼”小氣候，生物多樣性明顯，具有發(fā)展農(nóng)林牧副業(yè)的廣闊空間，適宜培育和開發(fā)不同種屬的植物群落及名特優(yōu)經(jīng)濟作物。困擾中國南方巖溶區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的“瓶頸”主要是巖溶多重介質(zhì)環(huán)境中的幾項癥結(jié)問題：（1）森林覆蓋率低，水利工程保水性差，水土流失嚴重，石漠化速度快。（2）通行不便，信息閉塞。（3）巖溶災害（塌陷、滑坡、旱澇、浸沒內(nèi)澇等）頻繁發(fā)生，酸雨危害面積較大。3巖溶生態(tài)地質(zhì)研究的核心內(nèi)容[8~19]巖溶生態(tài)地質(zhì)研究內(nèi)容可分為六部分：一是研究構(gòu)成巖溶多重介質(zhì)環(huán)境的各種因子的性質(zhì)、特征及其整體行為和功能，即其自身的脆弱性；二是研究構(gòu)成巖溶多重介質(zhì)環(huán)境主要組成部分之一的水體開發(fā)利用的選擇、調(diào)蓄、配置和保護，以滿足巖溶生態(tài)安全的需要，即其水資源合理開發(fā)利用研究；三是巖溶多重介質(zhì)環(huán)境中土壤的形成與演化，即其土壤的質(zhì)量；四是巖溶多重介質(zhì)環(huán)境中巖溶植被生態(tài)特征與演替，即其生態(tài)承載力；五是巖溶多重介質(zhì)環(huán)境中地球化學元素與生物的相關關系，即其內(nèi)地球化學元素存留、富集與遷移規(guī)律；六是人類參變作用強度與方式。3.1巖溶多重介質(zhì)環(huán)境脆弱性研究巖溶多重介質(zhì)環(huán)境的脆弱性是因巖溶與大氣、水體聯(lián)系甚密，又與生物、有機質(zhì)關聯(lián)過深，導致其環(huán)境容量低，自穩(wěn)定能力小，自身的變化呈振蕩性。巖溶多重介質(zhì)環(huán)境脆弱性在時間尺度上，其變化表現(xiàn)為突變和漸變；在空間尺度上，其變化的范圍和規(guī)模多是從點到線再到面，從部分到部分再到整體。在特定的規(guī)律制約下，其脆弱性的屬性以巖溶災害____巖溶氣象災害、巖溶地質(zhì)災害和巖溶區(qū)表2巖溶多重介質(zhì)環(huán)境水資源的四大基本特性Table2Fourmajorbasiccharacteristicsofthewaterresourcesofthemultiplemediumenvironmentofkarst類別宏觀表述微觀表述1特殊的地表巖溶形態(tài)組合，形成特殊的地表輸蓄水空間。環(huán)境內(nèi)，地表巖溶正負地形多為峰叢山區(qū)、峰林平原、高低和深淺洼地、各類谷地、落水洞、豎井、溶潭、天窗、溶溝、溶痕、溶盤、腳洞及大量層次化洞穴等，系統(tǒng)形成了峰叢山區(qū)匯水-谷地-輸水-洼地、溶潭蓄水-落水洞、豎井、天窗漏水（排水）的地表水循環(huán)的組合模式。2特殊的地下巖溶含水介質(zhì)體，構(gòu)成特殊的地下輸蓄水空隙空間。據(jù)巖溶含水介質(zhì)形態(tài)組合的復雜多變性，按介質(zhì)空隙空間的連通程度與空隙空間的大小及輸蓄水能力，巖溶含水介質(zhì)組合功能可分三種類型：（1）蓄水介質(zhì)，主要由巖溶孔隙、巖溶裂隙和巖溶洞穴組成，有很大的蓄水空間，但連通性多受控于巖溶裂隙，一般占環(huán)境地下巖溶含水介質(zhì)體總空間的大部分（約占60%~70%）。（2）輸蓄水介質(zhì)，具有一定的蓄水空間和輸水能力，包括巖溶洞穴和巖溶裂隙之間的組合及少量的巖溶管道等，主要指在季節(jié)變動帶（含巖溶表層帶）附近的巖溶含水介質(zhì)體。（3）輸水介質(zhì)，包括巖溶大裂縫、巖溶主管道和相互連通的巖溶洞穴等，一般占環(huán)境地下含水介質(zhì)總空隙空間的小部分（15%~20%），主要作用是匯水和輸水，有時僅起輸水作用。以上三類功能介質(zhì)的空間配置，使環(huán)境地下巖溶含水介質(zhì)體產(chǎn)生“微型水庫”群與地下河系組合的“管-庫”輸蓄水功效。3環(huán)境內(nèi)，降水-徑流（地表、地下）-調(diào)蓄效應，形成雨水資源、地表水資源、地下水資源循環(huán)過程的量變與質(zhì)變這一主線，并產(chǎn)生三位一體化，致使三類水資源相互作用，引發(fā)環(huán)境水資源控制與利用的風險性。4特殊的4維時空組構(gòu)，決定了環(huán)境水資源時空分布的特殊性環(huán)境內(nèi)，水資源補給域時空分布的不穩(wěn)定性，補給量時空變化的隨機性，補給方式時空配置的特殊性和多樣性（“點”、“面”、“線”、“快”、“慢”、“滲”、“流”、“灌”、等方式），決定環(huán)境水資源“源”的時空分布的特殊性。水資源傳輸方式的時空分異性，構(gòu)成其傳輸有“匯流”（地表河流、地下河流、河谷流、管流等）和“散流”（坡面流、滲流）之分，并存在“穿跨”、“懸托”和“改造”等現(xiàn)象，決定環(huán)境水資源“流”的時空分布的特殊性。水資源儲存空間與組成部分的時空不均勻性，產(chǎn)生資源組分和存在狀態(tài)有“快速”、“中速”、“慢速”、承壓、無壓、連續(xù)、非連續(xù)及多相之分，致使其水力參數(shù)有漸變、突變、線性和非線性等多種性質(zhì)，決定水資源“場”、“效應”時空分布的特殊性。

人類地質(zhì)作用綜合集成的形式表現(xiàn)，其承災易損性和難恢復性是其脆弱性的組成和內(nèi)涵。巖溶多重介質(zhì)環(huán)境脆弱性的地學因素，主要是碳酸鹽巖性質(zhì)、構(gòu)造活動、水巖作用、地形地貌、氣候影響、巖溶化作用生成的地表地下多重復合結(jié)構(gòu)（特別是負的地形和空隙空間體）____高低位洼地和谷地、落水洞、腳洞、孔隙、裂隙、洞穴、裂縫和管道等。巖溶多重介質(zhì)環(huán)境脆弱性通常以水流運動形式貫穿其中，在其內(nèi)形成多個動態(tài)的、呈等級的、分層次的、可反饋的、相對獨立的脆弱體（帶）。3.2巖溶多重介質(zhì)環(huán)境水資源合理開發(fā)利用研究巖溶多重介質(zhì)環(huán)境的地表巖溶形態(tài)組合、地下巖溶空隙空間結(jié)構(gòu)、地表地下巖溶水系發(fā)育、“三水”（大氣降水、地表水、地下水）間的轉(zhuǎn)化等均構(gòu)成其水資源變化特殊規(guī)律（見表2）。把握巖溶多重介質(zhì)環(huán)境水資源形成演變規(guī)律，合理配置雨水集蓄工程、地表水攔蓄工程和地下水提蓄工程，是有效利用和合理保護巖溶水資源，保證巖溶區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的基礎。3.3巖溶多重介質(zhì)環(huán)境土壤質(zhì)量研究在巖溶多重介質(zhì)環(huán)境中，地表基質(zhì)是由可溶性礦物和少量酸性不溶物組成的石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖類巖石。碳酸鹽巖風化成土作用是中國南方巖溶區(qū)土壤資源的一種重要成土機制。因碳酸鹽巖中可溶性礦物一般占90%以上，而酸性不溶物僅占不到10%，致使土壤的物質(zhì)來源少，巖溶地區(qū)成土過程緩慢。又因碳酸鹽巖成土主要為化學風化作用，土壤穩(wěn)定性差，易成上、下兩層，上層質(zhì)地松軟，孔隙度大；下層質(zhì)地粘重，孔隙度小；加之碳酸鹽巖母巖與土層間缺少過渡層，造成土巖間附著力弱，在雨季極易引發(fā)水土流失和滑坡等巖溶災害。受巖溶多重介質(zhì)環(huán)境的綜合影響，其內(nèi)土壤一般呈弱堿性，類型復雜，富鈣且土壤多屬幼年期，相對缺乏有機質(zhì)、全氮、全磷及鉀等，土壤肥力低下。加之地形等因素控制，巖溶山地土層薄，巖溶谷地和平原區(qū)土層較厚。巖溶多重介質(zhì)環(huán)境土壤質(zhì)量是巖溶地區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展和生態(tài)安全的基礎保障。因此，研究巖溶多重介質(zhì)環(huán)境土壤形成演變規(guī)律、質(zhì)量變化趨勢及人類地質(zhì)作用等，是巖溶生態(tài)地質(zhì)研究中的一個重要部分。3.4巖溶多重介質(zhì)環(huán)境生態(tài)承載力研究巖溶多重介質(zhì)環(huán)境對其內(nèi)生存的植物種類成分有強烈的選擇性——喜鈣性、耐旱性、石生性及混雜性的植物種群，并存有常綠闊葉林、落葉闊葉林廣泛分布（例如茂蘭國家級保護區(qū)巖溶森林）。森林植被發(fā)育可提高其生產(chǎn)量，有益于動物種類發(fā)展，致使生物多樣性得以長期保存。因巖溶多重介質(zhì)環(huán)境脆弱性，加之人類地質(zhì)作用強度加大，致使巖溶多重介質(zhì)環(huán)境內(nèi)森林植被減少，生物多樣性降低，發(fā)生生態(tài)退化問題。巖溶多重介質(zhì)環(huán)境如同生命體一樣，具有自維持和自調(diào)節(jié)功能。當巖溶多重介質(zhì)環(huán)境處于穩(wěn)定態(tài)時，其內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)保持平衡；當巖溶多重介質(zhì)環(huán)境處于非穩(wěn)定態(tài)時，其內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)就失去了平衡。為進一步更深刻了解巖溶多重介質(zhì)環(huán)境這一復合系統(tǒng)間物能轉(zhuǎn)換及其形成規(guī)律和維護其生態(tài)系統(tǒng)所必需的周期之間的聯(lián)系，界定人類對巖溶多重介質(zhì)環(huán)境干擾的臨界點，避免導致生態(tài)退化和生態(tài)債務，必須查清巖溶多重介質(zhì)環(huán)境生態(tài)承載力區(qū)域差異性、動態(tài)性與在特定時間內(nèi)其量值的變化區(qū)間。因巖溶多重介質(zhì)環(huán)境生態(tài)承載力＝“水-土-巖”（基礎資源承載力部分）＋“氣候-巖溶地貌類型-人類參變作用”（環(huán)境承載力部分）＋“特殊的巖溶地區(qū)植物群落”（生態(tài)彈性力部分），合理確定其資源承載力、環(huán)境承載力和生態(tài)彈性力，并將它們綜合集成研究，是解決問題的關鍵．3.5巖溶多重介質(zhì)環(huán)境地球化學元素存留、富集、遷移演變規(guī)律研究巖溶多重介質(zhì)環(huán)境內(nèi)的地質(zhì)學、地球化學、環(huán)境科學和生命科學的相互作用和相互聯(lián)系主要是通過元素在巖溶多重介質(zhì)環(huán)境的地球化學行為和存留、富集、遷移來實現(xiàn)的，這是巖溶生態(tài)地質(zhì)研究的重要內(nèi)容之一。巖溶地區(qū)的生物與其賴以生存的巖溶多重介質(zhì)環(huán)境密切相關，并以地球化學元素傳輸為主鏈，通過在巖溶多重介質(zhì)環(huán)境中的“水-土-巖-生物”系統(tǒng)中的存留、富集、遷移，最終對生物的生理生化作用產(chǎn)生影響。因此，將地質(zhì)學和地球化學的一些理論和方法聯(lián)合運用，并以地球系統(tǒng)科學為基礎，因地因時選擇合理的理論、技術和方法體系，將巖溶多重介質(zhì)環(huán)境中巖石、水系沉積物和土壤中的元素地球化學異常，作為有機生物體系中某個（或幾個）元素豐度的背景，用以研討生物個體或群體（特別是農(nóng)作物）對該元素的吸收和代謝功能，及其在食物鏈中的傳輸作用，以求巖溶多重介質(zhì)環(huán)境農(nóng)業(yè)與食品安全之目的。組成生物體的化學物質(zhì)與巖溶多重介質(zhì)環(huán)境整體保持著動態(tài)平衡，并隨之演變而發(fā)生變化。在巖溶多重介質(zhì)環(huán)境中，各處地球化學元素的分布是非均勻的，致使不同地區(qū)的地球化學背景值存有差異，對生物生長發(fā)育的影響亦不盡相同。要研究巖溶多重介質(zhì)環(huán)境中的化學元素，特別是與生物個體和群體生長發(fā)育相關的特殊元素，它們的種類、數(shù)量、形態(tài)與傳輸條件，以及元素間的協(xié)和或拮抗關系，影響生物體的機理等等。3.6人類參變作用的強度與方式巖溶多重介質(zhì)環(huán)境與巖溶地區(qū)特有的人文環(huán)境構(gòu)成獨特的人地復合系統(tǒng)，二者相互作用是引發(fā)巖溶多重介質(zhì)環(huán)境退化與災害的主要因素。中國南方巖溶區(qū)這一特有的人地復合系統(tǒng)的獨特性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（１）耕地少且質(zhì)量差，糧食短缺，毀林擴墾坡耕地，致使水土流失加劇和生態(tài)破壞，并造成巖溶多重介質(zhì)環(huán)境破壞，難修復。（２）人口數(shù)量過多，農(nóng)業(yè)人口比重大，農(nóng)業(yè)科技與資金不足，在一定程度上制約“三農(nóng)”經(jīng)濟發(fā)展。（３）資源缺乏合理充分利用，沒能完全把資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢，并存在資源開發(fā)的環(huán)境問題。中國南方巖溶地區(qū)人口-資源-環(huán)境的矛盾十分突出，使得研究人類參變作用已成為巖溶生態(tài)地質(zhì)研究的一個必不可少的組成部分，確定人類參變作用最佳方式和巖溶區(qū)人口-資源-環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的科學對策，是當務之急的重要工作。4巖溶生態(tài)地質(zhì)研究方案[20,21]上述提出的研究內(nèi)容，需有一個完整的研究方案。鑒于各項研究內(nèi)容緊密相關，它們有序完成才能體現(xiàn)巖溶生態(tài)地質(zhì)研究全貌。4.1劃分巖溶多重介質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)與功能區(qū)巖溶多重介質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)與功能分區(qū)的目的是：（１）在系統(tǒng)研究中國南方巖溶區(qū)巖溶多重介質(zhì)環(huán)境各環(huán)境介質(zhì)的空間分異、演變規(guī)律和承載力，研究生態(tài)資產(chǎn)的空間分布，探討不同元素地球化學行為和生態(tài)過程對人類活動脅迫反應的敏感性的基礎上，建立中國南方巖溶區(qū)巖溶多重介質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)與功能綜合區(qū)劃的原則、方法和指標體系，對其進行結(jié)構(gòu)與功能分區(qū)。（２）以巖溶多重介質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)與功能區(qū)劃為基礎，揭示中國南方巖溶區(qū)巖溶多重介質(zhì)環(huán)境問題的形成機制，提出綜合整治對策，為區(qū)域資源開發(fā)、農(nóng)業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護提供決策依據(jù)，為中國巖溶區(qū)生態(tài)地質(zhì)研究與環(huán)境整治服務。巖溶生態(tài)地質(zhì)研究的關鍵是更新觀念，進行理論與技術方法體系創(chuàng)新。巖溶多重介質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)與功能區(qū)劃的技術關鍵主要有：（1）將巖溶多重介質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)區(qū)劃（或特征區(qū)劃）與功能區(qū)劃有機結(jié)合，既要統(tǒng)一考慮地質(zhì)、氣象、水文、生態(tài)與人類活動諸多因素的特征，如水分、熱量、土壤、元素地球化學、植被、地貌等特征和區(qū)劃分異，又要兼顧生態(tài)系統(tǒng)的功能，如生態(tài)敏感性、生態(tài)脅迫過程和生態(tài)系統(tǒng)服務功能。（2）中國南方巖溶區(qū)碳酸鹽巖賦予巖溶多重介質(zhì)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)具富鈣性和偏堿性，又受氣候條件與人群數(shù)量、生活習性和素質(zhì)的影響，自然環(huán)境特征與人類地質(zhì)作用相結(jié)合，要將人類地質(zhì)作用與人口分布作為區(qū)劃的重要因素，并研究不同類型的巖溶生態(tài)系統(tǒng)與人類地質(zhì)作用之間的因果關系。（3）中國南方巖溶區(qū)碳酸鹽巖出露特點是以巖溶縣區(qū)分布為主，已構(gòu)成獨特巖溶縣區(qū)經(jīng)濟與社會發(fā)展模式，巖溶生態(tài)與巖溶縣區(qū)經(jīng)濟相結(jié)合，根據(jù)各縣區(qū)巖溶多重介質(zhì)環(huán)境結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)及其功能的地域分異規(guī)律，進行地域劃分，并將經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)保護、生態(tài)效益與經(jīng)濟效益綜合集成，建立若干“生態(tài)和經(jīng)濟”指標，解決生態(tài)與經(jīng)濟的矛盾。4.2巖溶生態(tài)地質(zhì)研究的技術與方法從上世紀初以來，特別是近30年來國內(nèi)外巖溶研究的情況分析，對巖溶多重介質(zhì)環(huán)境時空演變規(guī)律和巖溶生態(tài)保護與資源開發(fā)利用的認識深化，需要巖溶生態(tài)系統(tǒng)形成條件與機理、實地保護與利用過程、后期管理等方面研究的有機結(jié)合，協(xié)同創(chuàng)新，并有賴于新的學術思想和現(xiàn)代地質(zhì)學、生物學、環(huán)境學、數(shù)學、物理學、化學及計算機等方面的新理論、新技術、新方法的引入和工程技術手段的革新與推廣，跨巖溶地區(qū)（省區(qū)）和全球巖溶對比，及長期定點、定時、定位觀測來實現(xiàn)。目前，中國巖溶生態(tài)地質(zhì)研究與國際水平并無大差距，在某些方面處于國際領先水平，并具有原始性創(chuàng)新的基礎?？v觀國內(nèi)外有關巖溶生態(tài)地質(zhì)的研究，主要存在以下幾方面的問題：（1）巖溶生態(tài)地質(zhì)缺乏研究與實地示范工程的連續(xù)性，理論研究大于工程實踐。（2）中國南方巖溶區(qū)內(nèi)多數(shù)省市縣（區(qū)）在其社會與經(jīng)濟發(fā)展的科學規(guī)劃與可行性研究中，大都未考慮巖溶生態(tài)地質(zhì)特殊性與巖溶生態(tài)系統(tǒng)的安全性，隱患甚多。（3）在巖溶區(qū)水、土、巖、礦產(chǎn)資源開發(fā)利用過程中，對巖溶災害防治認識不足，時常引發(fā)或誘導各種巖溶災害群發(fā)或相繼發(fā)生。（4）巖溶多重介質(zhì)環(huán)境具很高的脆弱性，致使其破壞后，其內(nèi)各環(huán)境介質(zhì)均受影響，其整體結(jié)構(gòu)與功能很難恢復。針對上述問題，以巖溶多重介質(zhì)環(huán)境安全為主題，論證巖溶生態(tài)系統(tǒng)時空變化的復雜性與多樣性，基于地球系統(tǒng)科學、生命科學、環(huán)境科學和相關的現(xiàn)代技術與方法，建立巖溶生態(tài)地質(zhì)研究系統(tǒng)理論框架和實用技術方法庫，使巖溶生態(tài)地質(zhì)研究走上科學、合理、安全、永續(xù)的軌道。以中國南方巖溶區(qū)巖溶多重介質(zhì)環(huán)境為主要依托背景，以其生態(tài)系統(tǒng)安全為綱，以地球系統(tǒng)科學和系統(tǒng)方法為經(jīng)，以“巖溶-生態(tài)-經(jīng)濟-社會”的復雜關系為緯，建立其研究方法體系。（1）將區(qū)域資料和信息收集、現(xiàn)場實地調(diào)查和室內(nèi)分析及模擬試驗等研究方法和技術手段集成，更深入的研究巖溶生態(tài)地質(zhì)的形成演變規(guī)律。（2）重視巖溶多重介質(zhì)環(huán)境內(nèi)“水-土-巖-生物”間的質(zhì)能傳輸，對它們內(nèi)部元素的組成及其運動規(guī)律的耦合作用，用地球系統(tǒng)科學的理論與方法，輔之生命科學、環(huán)境科學的原理與方法，從區(qū)域地質(zhì)條件分析、地球化學勘查、水文地質(zhì)和地貌調(diào)查與試驗、水文氣象觀測與測量、工程勘探、生態(tài)調(diào)查與監(jiān)測等項資料、數(shù)據(jù)樣品和信息入手，分析和確定巖溶多重介質(zhì)環(huán)境組構(gòu)、其內(nèi)物質(zhì)流和能量流傳輸機制及其內(nèi)各環(huán)境介質(zhì)的“資源-環(huán)境-生態(tài)”承載力。（3）重視“3S（RS、GPS、GIS）”相結(jié)合的野外監(jiān)測、調(diào)查與室內(nèi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、處理的新技術、新方法的引入、開發(fā)和應用。以巖溶生態(tài)系統(tǒng)安全利用為主，對類巖溶區(qū)水、土、巖、各類礦產(chǎn)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工程及多種巖溶區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展方式進行綜合分析，以“元素鏈”在巖溶多重介質(zhì)環(huán)境“水-土-巖-生物”體系中的流通為基礎準則，確定巖溶生態(tài)地質(zhì)研究評價指標體系。（4）在上述基礎上，綜合集成，再輔之其它技術與方法，建立巖溶生態(tài)地質(zhì)研究技術方法體系。巖溶生態(tài)地質(zhì)研究的技術路線核心是把區(qū)域分析、典型試驗場區(qū)選擇、地質(zhì)學定性、支配序參量確定、構(gòu)建巖溶生態(tài)地質(zhì)模式與研制數(shù)學-物理模型有機結(jié)合起來。（1）區(qū)域分析。區(qū)域范圍限定在中國南方巖溶區(qū)，區(qū)域重點界定在紅水河流域巖溶區(qū)，研究巖溶生態(tài)地質(zhì)特征。（2）研究典型試驗場區(qū)確定。擬在滇、黔、桂三?。▍^(qū)）巖溶區(qū)內(nèi)選定典型峰叢洼地、典型峰林谷地、典型峰林平原和典型孤峰平原與丘陵所處縣區(qū)作為研究典型試驗場區(qū)。（3）地質(zhì)學定性。從地質(zhì)學角度定性確定區(qū)域及典型試驗場區(qū)、巖溶多重介質(zhì)環(huán)境組構(gòu)與巖溶生態(tài)地質(zhì)類型及其“地質(zhì)-生態(tài)”模式。（4）支配序參量確定。基于元素地球化學、應用環(huán)境生態(tài)學、巖土動力學、農(nóng)學、林學、生物技術等多學科手段，構(gòu)建巖溶多重介質(zhì)環(huán)境元素遷移的連續(xù)性方程，確定巖溶生態(tài)系統(tǒng)變化的支配序參量。（5）定性模式與定量模型。對典型試驗場區(qū)巖溶多重介質(zhì)環(huán)境進行典型化和概化，確立巖溶生態(tài)地質(zhì)模式，結(jié)合室內(nèi)分析與室外調(diào)查，建立其相應的數(shù)學與物理模型。在此基礎上，研制實驗方案：（1）現(xiàn)場實驗方案。對典型試驗場區(qū)巖溶生態(tài)地質(zhì)重點調(diào)查與研究，在相關位置設站點系統(tǒng)監(jiān)測，研究巖溶多重介質(zhì)環(huán)境內(nèi)“水-土-巖-生物”體系內(nèi)元素傳輸?shù)逆準綑C制及巖溶生態(tài)系統(tǒng)綜合效應。（2）室內(nèi)實驗方案。研制和組裝專項測試巖溶生態(tài)地質(zhì)要素的裝置和儀器，構(gòu)建測試實驗體系，完善實驗標準。5結(jié)語結(jié)合學科前沿，圍繞中國南方巖溶區(qū)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展對巖溶生態(tài)安全的需求，巖溶生態(tài)地質(zhì)今后研究工作的重點是：（1）利用現(xiàn)有工作基礎和條件，對已有巖溶生態(tài)地質(zhì)研究的方法與技術集成組裝，探索巖溶生態(tài)系統(tǒng)利用和服務的安全模式，引進、開發(fā)、集成、組裝巖溶生態(tài)地質(zhì)評價指標體系與技術和方法體系，確定中國巖溶生態(tài)地質(zhì)研究的基本模式。（2）加大區(qū)域綜合調(diào)查和研究力度，奠定中國巖溶生態(tài)地質(zhì)研究的理論基礎，發(fā)展建立“巖溶-生態(tài)-資源-安全-利用服務系統(tǒng)模式”，消除中國巖溶區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略瓶頸。參考文獻：[1]HERAKM,STRINGFIELDVT.Karst[M].Amsterdam:ElesevierPublishingCompany,1972:1－39.[2]STRACKOTTODL.GroundwaterMechanics[M].EnglewoodCliffs,N.J.:PrenticeHall,Inc.,1989:23－67.[3]USNRC.ValuingGroundwater[M].WashingtonDC:[4]DAVISAD,LONGAJ,WIREMAN.Karstic:asensitivitymethodforcarbonateaquifersinKarstterrain[J].EnvironmentalGeology,2002,42(1):65－[5]DROZHKOEG.Assessmentofhydrologicalparametersinheterogeneousfracturedrock[J].EnvironmentalGeology,2002,42(2~3):178－186.[6]GRASSODA,JEANNINP-Y.Aglobalexperimentalsystemapproachofkarstsprings’hydrographsandchemographs[J].Groandwater,2002,40(6):608－617.[7]SSINGHALBB,GUPTARP.Appliedhydrogeologyoffracturedrocks[J].HydrogeologyJournal,202,10(5):600.[8]ORASEANUI,MATHERJ.KarsthydrogeologyandOriginofthermalwaterintheCodruMomaMountains,Romania[J].HydrogeologyJournal,2000,8(4):379－389.[9]GOGURC,DASSARGUESA.SensitivityanalysisfortheEPIKmethodofvulnerabilityassessmentinasmallkarsticaquifer,SouthernBelgium[J].HydrogeologyJournal,2000,8(3[10]張惠遠,蔡運龍.喀斯特貧困山地的生態(tài)重建:區(qū)域范型[J].資源科學,2000,22(5):21－26.ZHANGHUIYUAN,CAIYUNLONG.Ecologicalrehabilitationofpoorkarstmountainarea:regionalmodel[J].ResourcesScience,2000,22(5):21－26.[11]周國富.喀斯特峰叢洼地系統(tǒng)土地利用與人口聚落分布:以貴州為例[J].中國巖溶,1995,14(2):194－198.ZHOUGUOFU.Karstpeakcluster-depressionsystem-landuse,populationandsettlementdistributionutilizationofstonemountains[J].ChinaKarst,1995,14(2):194－198.[12]蔡運龍.中國西南喀斯特山區(qū)的生態(tài)重建與農(nóng)林牧業(yè)發(fā)展:研究現(xiàn)狀與趨勢[J].資源科學,1999,21(5):37－41.CAIYUNLONG.Ecologicalrehabilitationanddevelopmentofagriculture,forestryandanimalhusbandryinkarstmountainareasofsouthwestChina:statusquoandtrendofstudy[J].ResourcesScience,1999,21(5):37－41.[13]周興.廣西石灰?guī)r山地受害生態(tài)系統(tǒng)的改建[J].山地研究,1995,13(4):241－247.ZHOUXING.RehabilitationofdamagedecosystemoflimestonehillsinGuangxi[J].MountainResearch,1995,13(4):241－247.[14]陳慧琳.南方巖溶區(qū)人地系統(tǒng)的基本地域分異探討[J].地理研究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