粤北岩溶山区土地石漠化研究

【摘要】： 石漠化是普遍发生在亚热带喀斯特背景下的土地退化过程,其显著特征为土壤严重侵蚀、基岩裸露、植被退化、土地生产力下降,制约着当地的经济发展,被列为我国严重的生态环境问题之一。粤北岩溶山区处于我国西南岩溶区的东部边缘,北江源头及上游水源涵养区,其石漠化威胁到珠江下游地区的生态安全。本文通过遥感影像判读、解译,土壤中137Cs含量测定及损失量分析,降水侵蚀观测与模拟试验,对粤北岩溶山区近30年来石漠化时空格局特征、不同等级石漠化土地土壤侵蚀速率、侵蚀特征作了探讨。 (1)以1974、1988、2004年遥感影像为基础,绘制出3期石漠化土地分布图,2004年,研究区石漠化面积534.56 km2,占研究区总面积的3.85%。30年来粤北石漠化一直处于逆转状态,比1974年减少68%,后期(1988-2004)逆转速度高于前期(1974-1988)。重度石漠化与中度石漠化土地比重持续上升,景观破碎度增大,具备较强的发展潜力和扩张趋势。 (2)石漠化是岩性、地貌、坡度、土壤、植被、降水以及人为扰动等诸多因子综合作用的结果。粤北石漠化土地主要集中在碳酸盐岩分布区,其分布范围多与石灰土分布区重合,中度、重度石漠化土地与坡耕地的分布密切相关。不合理的人为活动是造成石漠化发展的最主要原因。 (3)137Cs示踪法测定粤北石漠化地区多年平均土壤侵蚀模数为2433.2 t km-2 a-1,远高于喀斯特地区土壤允许侵蚀量。耕作土壤侵蚀模数高于非耕作土壤,坡耕地侵蚀模数高达4968.3 t km-2 a-1。随石漠化程度增加,土壤侵蚀速度逐渐增加,但由于可供侵蚀的土壤量有限,石漠化末期土壤侵蚀量逐渐降低。高处的土壤物质不断被流失,低凹处接受堆积。土壤分布逐渐趋于斑块化,残存在低洼之处,是维系受损的岩溶生态系统存在的基础。 (4)土壤侵蚀小区一年的降水侵蚀观测记录显示,2005年5月-2006年4月一年间不同人为扰动下的土壤侵蚀量分别为:未扰动草坡,67.92 t km-2 a-1;耕地,1756.96 t km-2 a-1,是草坡侵蚀量的25.87倍;裸地,2455.37 t km-2 a-1,是草坡侵蚀量的36.15倍。虽然喀斯特地区土壤分布的特殊性决定了其绝对侵蚀量低,但在一些土层厚、土壤分布连续的小区域,土壤侵蚀模数会高于其他条件相同的非喀斯特区域。 (5)有植被覆盖的未扰动草坡地及耕地的侵蚀量与次降水量的相关性高,而裸地侵蚀量则与连续30分钟最大雨强相关性更高,较好的植被覆盖可以抵御短时间的强降水。植被覆盖率是影响土壤侵蚀量高低的主要因素:裸地的次降雨土壤侵蚀量大约是草坡地的60倍,耕地次降雨土壤侵蚀量平均约是草坡地次降雨侵蚀量的15倍,因受人为耕作活动的干扰,变化幅度很大。 (6)人工降雨试验结果显示研究区地表产流具有超渗产流的特征。雨强低时,地表产流量及土壤侵蚀量随降水时长增加,增量变化不大;高雨强时二者的增量很大。裸地侵蚀量的变化与可供侵蚀的土壤量相关,在短时间内迅速增大,表层土壤很快被地表径流冲刷带走,土壤面积减少,之后由于土壤源减少,土壤侵蚀量增量逐渐减小。草坡的侵蚀变化与裸地相反,降水前期土壤侵蚀量变化不大,后期地表径流量增加,流水侵蚀力超过植被保护强度,土壤侵蚀量骤增。耕地的侵蚀量随降水时间持续增加,波动不大。 (7)随着石漠化的发展,表层土壤中胶结性差的松散砂粒易于随水流失,粉砂与粘粒的比重略有上升,土壤容重增大,孔隙度降低,土壤通透性下降,结构恶化。土壤侵蚀使土壤中养分迅速流失,土地退化严重。石漠化的发展导致土壤理化性质的恶化,既制约着植被的生长发育,又加大地表径流产生的可能,促进石漠化的进一步发展,形成相互反馈的恶性循环。