1、桂西北喀斯特石山區(qū)石漠化產(chǎn)生的地質(zhì)背景及治理措施研究    桂西北喀斯特石漠化不僅造成土地退化、土壤資源逐步消失、干旱缺水和土地生產(chǎn)力下降,而且還導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)退化和植被消亡,是桂西北嚴(yán)重的地質(zhì)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,威脅著當(dāng)?shù)鼐用竦幕旧?嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展1。近年來(lái),對(duì)廣西喀斯特石漠化成因的研究,目前主要集中在人為植被破壞、水土流失、地表水文條件的改變上25;對(duì)地質(zhì)背景條件與石漠化的關(guān)系在貴州研究得較多并有過(guò)一些成果發(fā)表610,而在桂西北地區(qū)則甚少11。在廣西石漠化治理研究方面,目前已開(kāi)設(shè)了一些科研課題,發(fā)表了一定的論文1218。經(jīng)過(guò)各種途徑的研究與

2、治理1920,雖然在局部地區(qū)取得了一定的成效,但除人為活動(dòng)造成石漠化之外的自然石漠化問(wèn)題還沒(méi)有得到有效遏制,根據(jù)桂西北喀斯特石漠化地質(zhì)背景條件的差異提出生態(tài)恢復(fù)治理方案的研究還很少。為此,本文側(cè)重以桂西北地質(zhì)背景條件為基礎(chǔ),判別成土、保土的地質(zhì)、地形條件與石漠化程度的關(guān)系,為采取適當(dāng)?shù)氖卫泶胧┖徒⑦m宜的生態(tài)恢復(fù)模式提供科學(xué)依據(jù)。1 桂西北石漠化現(xiàn)狀桂西北巖溶石山區(qū)主要包括廣西壯族自治區(qū)的河池和百色兩地區(qū),是典型的亞熱帶巖溶地區(qū)之一。該地區(qū)受古地理沉積環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及亞熱帶季風(fēng)氣候的影響,發(fā)育典型的巖溶地貌,是我國(guó)西南連片巖溶區(qū)的重要組成部分,其中巖溶地貌面積占全區(qū)總面積的50.1%

3、。桂西北山高谷深,地形陡峭,特別是在巖溶石山區(qū),由于其成土和土壤保持能力差,水土極易流失,導(dǎo)致石漠化呈大面積連片分布。其中石漠化分布面積較大的主要有都安、馬山、大化、東蘭、南丹、隆林等縣。以都安縣為例,石漠化面積占全縣土地面積的29.8%,占碳酸鹽巖出露面積的93.47%11。其中輕度石漠化的比例為17.39%,中度石漠化的比例為8.5%,強(qiáng)度石漠化的比例為3.28%。由此可見(jiàn),在桂西北碳酸鹽巖中石漠化的普遍性和嚴(yán)重性。2 研究區(qū)地質(zhì)背景桂西北地處云貴高原向廣西盆地的過(guò)渡地帶,位于南華準(zhǔn)地臺(tái)的華南加里東褶皺系右江印支褶皺帶上。基底為上寒武統(tǒng),蓋層為泥盆系中三疊統(tǒng),出露上寒武統(tǒng)、泥盆系、石炭系、

4、二疊系、三疊系、白堊系、第三系和第四系(圖1)。除白堊系、第三系和第四系為陸相沉積和上寒武統(tǒng)、下泥盆統(tǒng)下部、中三疊統(tǒng)為海相陸源碎屑沉積外,其余地層均為海相碳酸鹽巖沉積。由于晚古生代早三疊世長(zhǎng)期處于淺水臺(tái)地環(huán)境,沉積了厚度>6 000m的碳酸鹽巖建造21。區(qū)域內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育,構(gòu)造變形較為復(fù)雜,褶皺較為平緩、寬闊,以NW向最為發(fā)育,次為NE向、EW向。斷裂構(gòu)造與褶皺緊密伴生,按走向大致可劃分為三組,以NW為主,次為NE向,少數(shù)近EW向。NW向斷層遍及全區(qū),多數(shù)為正斷層,少數(shù)為逆斷層,大部分為印支、燕山期形成21。其中右江大斷裂為區(qū)域性斷裂,其余大部分為與褶皺軸向基本一致的縱張斷層,NE

5、向斷層發(fā)育常晚于NW向斷層(圖1),并切割錯(cuò)斷NW向斷層。區(qū)域上巖漿巖不發(fā)育,分布零星。僅西部地州、龍臨、盂麻一帶,晚泥盆世和早石炭世曾發(fā)生過(guò)多次小規(guī)模海底火山噴發(fā)活動(dòng),形成數(shù)十米至百余米厚的華力西期中、基性噴出巖;德?？h欽甲、紅泥坡出露加里東晚期花崗巖。3 調(diào)查范圍及研究方法調(diào)查范圍包括都安、東蘭、巴馬、鳳山和樂(lè)業(yè)等巖溶石山廣泛分布的縣,總面積約1.2萬(wàn)km2,約占桂西巖溶山地總面積的1/3。調(diào)查研究主要采用文獻(xiàn)資料調(diào)查、野外調(diào)查和室內(nèi)化學(xué)分析相結(jié)合的方法。通過(guò)對(duì)桂西北喀斯特石漠化區(qū)文獻(xiàn)資料調(diào)查,基本掌握了該地區(qū)石漠化情況和相關(guān)研究現(xiàn)狀。野外調(diào)查主要采用線路調(diào)查與樣地調(diào)查相結(jié)合的方法。線路調(diào)

6、查主要觀測(cè)調(diào)查范圍內(nèi)的喀斯特地貌特征、特殊地質(zhì)現(xiàn)象、巖石裸露情況和典型樣地的選擇等。共布設(shè)面積20m×20m的樣地調(diào)查11個(gè)(圖1)。調(diào)查內(nèi)容主要包括地質(zhì)、地貌、土壤和植被等。其中,地質(zhì)地貌調(diào)查主要包括地層巖性、斷裂裂隙、地貌形態(tài)及坡度等;土壤調(diào)查包括土壤對(duì)巖石覆蓋程度、土壤層厚度等,并在每個(gè)樣地深120cm、基本無(wú)污染的碳酸鹽巖層之上或裂隙中的土壤層采集35個(gè)土壤混合樣品。植物調(diào)查包括植物種類(lèi)、植被覆蓋率、地被物厚度和植被平均生長(zhǎng)高度5個(gè)因子。室內(nèi)分析測(cè)試pH值、氧化氮、氧化磷、氧化鉀、可溶性鈣(CaO)和鎂(MgO)以及硅、鋁、鉀、鈉、鐵含量等。土壤pH值測(cè)定采用電位法,全氮測(cè)定

7、采用半微量開(kāi)氏法,由桂林市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)檢測(cè)中心測(cè)試;其它項(xiàng)目由有色金屬桂林礦產(chǎn)地質(zhì)測(cè)試中心根據(jù)GB/T14506-1993的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。4 調(diào)查結(jié)果討論根據(jù)野外地質(zhì)、植被調(diào)查和室內(nèi)分析結(jié)果,分別從巖石性質(zhì)、地形地貌、土壤特性、植被特征以及地質(zhì)構(gòu)造等對(duì)桂西北石漠化的影響作用進(jìn)行討論。4.1 地形、地貌對(duì)石漠化的影響石漠化是土壤、森林植被減少的具體表現(xiàn),土壤保持與地形、地貌密切相關(guān),其屬性主要取決于坡度和地貌特征等因子。樣地的調(diào)查結(jié)果(表1、2)表明,桂西北碳酸鹽巖分布區(qū)的土壤蓋度非常低,坡度與土壤的蓋度關(guān)系密切,地形為45°的緩-中坡型時(shí),土壤蓋度一般在6%20%之間,平均蓋度

8、為10.8%;而坡度>45°時(shí),土壤蓋度在2%5%之間,平均蓋度僅3.2%。相應(yīng)地,植被蓋度也受地形坡度的影響,緩-中坡型的平均蓋度為83.0%,陡坡型的植被蓋度為78.4%?？傮w上,坡度與土壤蓋度及植被蓋度之間呈現(xiàn)為反相關(guān)關(guān)系,坡度越大,土壤蓋度及植被蓋度越小,石漠化程度更強(qiáng)。反之,石漠化程度較弱。   地形、地貌控制了水土流失的水動(dòng)力條件。野外路線調(diào)查結(jié)果表明,桂西北的喀斯特地貌多呈巖溶峰叢洼地、溝谷,具有山高、坡陡、地形起伏大的特征,因此降水形成的坡面流沖刷能力較強(qiáng),導(dǎo)致在自然營(yíng)力作用下峰叢的錐峰地帶和基座的陡傾斜地帶的石漠化程度相對(duì)較高,土壤的平均最

9、低蓋度為2.7%,植被平均最低蓋度雖然不低,可達(dá)78.2%,但植物主要靠分布于巖石裂隙中的十分有限的土壤維系,潛在石漠化的可能性相當(dāng)大。地形相對(duì)較平緩的峰叢基座與錐峰過(guò)渡緩坡地帶,土壤平均最低蓋度為10.0%,植被平均蓋度為88.5%。與前者相比,石漠化程度相對(duì)較低。4.2 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)石漠化的影響總體上,桂西北石山區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造以北西向?yàn)橹?同向斷層比較發(fā)育,褶皺較緊密,變形較強(qiáng)烈。在褶皺構(gòu)造分布區(qū),由于碳酸鹽巖區(qū)的褶皺構(gòu)造變形,呈現(xiàn)出兩種較為明顯的現(xiàn)象。一是在背斜構(gòu)造上,坡向與地層傾向相同且坡度較大時(shí),土壤難以保持,植被覆蓋度差,容易石漠化。如樂(lè)業(yè)大石圍天坑四周呈現(xiàn)為一個(gè)穹隆狀的大背斜,土壤保

10、持較差,植物種類(lèi)較少,多數(shù)植物均為一些蕨類(lèi),植被覆蓋率僅為70%(DSW-1樣地);而在一些褶皺構(gòu)造地帶上,巖層傾角與地形坡度不一致時(shí),常形成凹凸不平的地表,有利于土壤賦存。如東南縣巖灘水庫(kù)邊七百弄至鳳凰間的DL-2樣地區(qū),除該樣地主要出露灰質(zhì)白云巖中含硅質(zhì)團(tuán)塊而導(dǎo)致成土物質(zhì)較為豐富外,由于背斜構(gòu)造翼部巖層傾角大于地面坡度而多形成階梯狀地表,比較有利于土壤賦存,植被比較發(fā)育,覆蓋率達(dá)到95%。在這種背斜構(gòu)造部位,石漠化程度非常弱,或者說(shuō)幾乎沒(méi)有石漠化。在斷裂和裂隙構(gòu)造發(fā)育區(qū),斷裂、裂隙構(gòu)造往往直接影響巖石的溶蝕、風(fēng)化成土和保土的作用。在DA-4和DA-5兩個(gè)樣地的調(diào)查表明:DA-4和DA-5兩

11、個(gè)樣地分別位于一條向西傾斜的北北西向逆斷裂帶的東、西兩側(cè),出露巖層均為灰質(zhì)白云巖類(lèi),土壤蓋度非常低,分別為6%和2%;植被蓋度分別為90%和75%(表1)。從土壤和植被的蓋度看,斷裂帶東側(cè)的植被蓋度明顯高于西側(cè)。主要原因在于DA-5樣地位于該逆斷層的上盤(pán),與位于逆斷層下盤(pán)的DA-4樣地相比,巖層破碎程度和裂隙發(fā)育程度或者說(shuō)巖溶發(fā)育程度都更強(qiáng)烈、不利于水土保持所致。為此,斷裂西側(cè)的石漠化程度也明顯高于東側(cè)。4.3 巖石性質(zhì)對(duì)石漠化的影響桂西北喀斯特地層自泥盆統(tǒng)至上二疊統(tǒng)均為連續(xù)沉積的淺海相碳酸鹽巖,其中石炭系和二疊系分布最廣。根據(jù)巖石的野外地質(zhì)特征和巖石化學(xué)成分(表3)的差異,總體上可以把桂西北

12、的碳酸鹽巖類(lèi)巖石分為可溶性較強(qiáng)的石灰?guī)r類(lèi)(含白云質(zhì)石灰?guī)r)和可溶性相對(duì)較弱的灰質(zhì)白云巖類(lèi)(含白云巖)。從兩類(lèi)巖石的化學(xué)成分看,桂西北兩類(lèi)碳酸鹽巖中酸不溶物含量利于植物的生長(zhǎng),石漠化程度較高。而在白云巖類(lèi)分布區(qū)形成土壤的pH值在7.17.5之間,平均為7.36,表現(xiàn)為中性弱堿性,對(duì)植物生長(zhǎng)較為有利,石漠化程度相對(duì)較低。成土母巖對(duì)植物種類(lèi)的影響也較為明顯(表5)。石灰?guī)r類(lèi)地區(qū)生長(zhǎng)的植物種數(shù)較灰質(zhì)白云巖類(lèi)地區(qū)的植物種數(shù)少。而少數(shù)植物(如崖棕)又只生長(zhǎng)在石灰?guī)r類(lèi)分布區(qū)的土壤中。這也與石灰?guī)r類(lèi)地區(qū)的土壤中pH值偏高有關(guān)。從植被高度和長(zhǎng)勢(shì)看,前者藤本植物較多,灌木和喬木較少,長(zhǎng)勢(shì)較弱,平均高度為1.8m;后者灌木較多,喬木和藤本植物較少,長(zhǎng)勢(shì)較好,平均高度為2.0m。由此不難看出,石灰?guī)r類(lèi)分布區(qū)其石漠化程度較強(qiáng);而白云巖類(lèi)分布區(qū)其石漠化程度相對(duì)較低。6 結(jié) 論(1)桂西北碳酸鹽巖中酸不溶物含量非常低、成土速率特別慢、水土保持差是該區(qū)產(chǎn)生自然石漠化的最主要原因。(2)桂西北喀斯特石山區(qū)的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖石和土壤性質(zhì)等地質(zhì)背景條件的差異對(duì)石漠化程度具有較大的影響?？扇軒r中酸不溶物含量的差別直接影響成土速率;土壤中pH值的差別直接影響植物生長(zhǎng)的種類(lèi)和高度;穹隆狀背斜構(gòu)造以及斷裂裂隙發(fā)育地帶不利于水土保持和植被生