“近觀明暗相間的河流，遠(yuǎn)眺神奇秀美的石峰”，談起喀斯特景觀，普通游客的反應(yīng)該是山青、水秀、洞奇、石美，但對人類生存來說，若不重視它地質(zhì)背景制約的脆弱生態(tài)系統(tǒng)，奇山異水很可能就變成了“窮山惡水”。
近日，科技部根在基層調(diào)研團(tuán)來到廣西環(huán)江，調(diào)研廣西地區(qū)典型峰叢洼地區(qū)域的石漠化治理?！澳銈兛?，這是生態(tài)修復(fù)后村民又復(fù)墾的地方，新生的灌草叢又變成了基巖裸露地。”在廣西環(huán)江古周生態(tài)恢復(fù)示范區(qū)的一塊對照地上，中科院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站站長王克林指著斑駁的石頭說道，“在喀斯特地區(qū)，種植玉米對水土保持而言是一種極為負(fù)面的效應(yīng)。人為耕作大大加劇了對土壤的侵蝕?！?/p>
如何改善西南喀斯特地區(qū)石漠化問題，上演“點(diǎn)石成金”的生態(tài)大戲？從“九五”期間開始專門立項(xiàng)研究石漠化問題，到“十三五”期間國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃四個專項(xiàng)的接續(xù)攻關(guān)，20多年間，廣西地區(qū)石漠化面積由3.21萬平方千米下降到1.5萬平方千米，生態(tài)恢復(fù)后的喀斯特峰叢洼地正在顯現(xiàn)綠水青山的美貌。
兩萬年才形成1厘米厚土壤，水土流失元兇藏于地下
“在這里，溶解30立方米巖石，只能生成1立方米土壤，95%的巖石物質(zhì)碳酸鈣在雨水溶蝕下變成可溶性的碳酸氫鈣隨水流失。砂頁巖紅壤地區(qū)50年左右就可以形成1厘米厚度的土壤，在喀斯特地貌下可能要5000年到20000年?！蓖蹩肆直硎荆瑓^(qū)域遙感對比監(jiān)測表明在碳酸鹽巖的特殊地質(zhì)背景下，中國西南喀斯特地區(qū)植被的整體演替速度較慢。
剛開始做喀斯特研究時，研究人員發(fā)現(xiàn)喀斯特石漠化主要以缺水少土為特征，但驅(qū)動機(jī)理并不清楚，初期觀測表明地表徑流很少，大多在3%左右?！拔覀儼延^測方向下沉到地下，發(fā)現(xiàn)降水及其驅(qū)動的土壤流失主要進(jìn)入了地下系統(tǒng)?！蓖蹩肆指锌?，地下水土漏失是主要渠道而非地表的順坡水土流失。
若做等高梯土或者砌墻保土工程，攔蓄地表水土是否有效？這在黃土高原和紅壤丘陵山區(qū)是行之有效的措施，但在喀斯特地區(qū)作用甚微，因?yàn)樗亮魇н^程以地下垂直漏失為主，地表順坡流失很少。
喀斯特地表土壤少，外加地下水土漏失多，農(nóng)民進(jìn)行種植勞作，人為擾動土壤會加劇石漠化過程。王克林說：“在某些土層很厚、石漠化不大的地區(qū)，隨著人為活動的干擾會加劇土壤漏失。漏失渠道主要在與地下河相連的落水洞、地下管道或裂隙中?！?/p>
傳統(tǒng)耕種模式人為導(dǎo)致土壤漏失、石漠化加速
喀斯特地區(qū)土壤侵蝕是怎樣產(chǎn)生的？客觀原因來自于地表與地下的二元空間結(jié)構(gòu)——土層淺薄且不連續(xù)，地下裂隙發(fā)育，水文過程變化迅速。大自然給與的二元結(jié)構(gòu)“缺陷”讓喀斯特水土生態(tài)系統(tǒng)具有先天脆弱的特征。
從“九五”期間開始，科技部對石漠化立項(xiàng)研究。王克林團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，喀斯特地區(qū)石漠化及水土流失涉及面廣泛，初期高強(qiáng)度耕種下人為干擾導(dǎo)致物理結(jié)構(gòu)的破壞、化學(xué)過程的加強(qiáng)、微生物種群的改變都會加劇土壤養(yǎng)分的丟失。結(jié)論比較簡單，“脆弱的喀斯特區(qū)域不適合過度的農(nóng)業(yè)開發(fā)活動?！蓖蹩肆终f。
然而，在西南喀斯特地區(qū)，地表缺水造成的農(nóng)業(yè)種植首選作物就是玉米。成片的玉米種植使土壤被擾動，引起坡地水土流失。物理結(jié)構(gòu)破壞、化學(xué)過程加強(qiáng)、微生物改變、有機(jī)碳開始丟失……一系列潛藏地下的變化導(dǎo)致的結(jié)果就是林草退化、石頭裸露。記者在環(huán)江縣古周生態(tài)示范區(qū)看到，有些土地上玉米種了20多年后，地表石芽裸露，非?？膳?，“這些都是人為高強(qiáng)度擾動下土壤漏失的后果。”王克林表示。
徑流觀測與土壤養(yǎng)分研究提供生態(tài)恢復(fù)新思路
“喀斯特峰叢洼地地處西南季風(fēng)區(qū)，六月前后旱澇同現(xiàn)，災(zāi)害比較嚴(yán)重，通過觀測研究摸清水土過程的機(jī)理后，我們對它的利用模式進(jìn)一步優(yōu)化，看哪一種方式更有利于涵養(yǎng)水源、提升地力?！敝袊茖W(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員陳洪松告訴記者，研究站十三個大型記錄徑流小區(qū)通過地表與地下同步監(jiān)測二元空間結(jié)構(gòu)及不同耕種模式對峰叢洼地結(jié)構(gòu)水土過程的影響，包括種植耕種玉米、牧草、經(jīng)濟(jì)林、封育等不同利用方式，觀測水土效應(yīng)，再推測出土壤侵蝕的效果，再將認(rèn)識上升到對喀斯特地區(qū)景觀與流域尺度的認(rèn)識，從而形成喀斯特石漠化地區(qū)的系統(tǒng)治理方案。
微觀方面，植被恢復(fù)過程中土壤養(yǎng)分的變化是可持續(xù)演替的關(guān)鍵，人為干擾往往導(dǎo)致土壤中氨氧化細(xì)菌和纖維素分解菌豐度增加、固氮菌豐度減少，不利于土壤“碳”與“氮”的儲存?！巴说粲衩椎鼗謴?fù)植被比較容易，但土壤理化性質(zhì)的恢復(fù)是個緩慢過程，你看著小小的苔蘚，它對土壤養(yǎng)分的固持與水分的涵養(yǎng)有著重要的作用。”王克林指著封育的巖石與保護(hù)性種植的牧草地上的一塊塊苔蘚感慨道，“我們將高強(qiáng)度種植變?yōu)楸Ｗo(hù)性種植，多年生牧草種能提升土壤肥力，水土保持效果大大高于玉米，但每畝1萬多千克生物量要移走喂牛，移走的草是含氮的，這么大生物量的移走，只靠生物結(jié)皮、大氣沉降還是不夠，所以我們考慮通過豆科牧草的引入增加固氮量。”
與之相關(guān)的試驗(yàn)初步表明：共生豆科植物通過生物固氮能促進(jìn)土壤養(yǎng)分提高，為牛羊所喜食，根部發(fā)達(dá)且有大量根瘤來固氮，土壤蓄水率能提高16%，土壤侵蝕量削減32%。在下塘試驗(yàn)區(qū)，大量任豆、合歡等典型適宜性樹種已由樹苗長成連片山林，顯示出林牧農(nóng)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)是喀斯特區(qū)域生態(tài)恢復(fù)的有效途徑。
中國石漠化治理要做到“一方水土養(yǎng)一方人”
“我國的喀斯特地區(qū)治理與歐美國家是不一樣的。發(fā)達(dá)國家對喀斯特注重保護(hù)，人口稀少；我國因?yàn)槿丝趬毫εc資源分布問題，農(nóng)業(yè)活動強(qiáng)度大，要努力做到‘一方水土養(yǎng)一方人’。這就需要通過生態(tài)適應(yīng)性的模式、技術(shù)提升喀斯特地區(qū)生態(tài)服務(wù)。”王克林強(qiáng)調(diào)。
生態(tài)服務(wù)需要集成與權(quán)衡生產(chǎn)、調(diào)節(jié)、支持、文化等方面，其解決辦法就是改變單一的玉米種植模式和種植、養(yǎng)殖二元分割模式，構(gòu)建牧、農(nóng)、林耦合的草食畜牧業(yè)混合生產(chǎn)模式，科學(xué)設(shè)計(jì)與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)條件相適應(yīng)的種養(yǎng)結(jié)構(gòu)，提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，減緩旱澇災(zāi)情的后果。
在石漠化地區(qū)將高強(qiáng)度的種植系統(tǒng)變成保護(hù)性種養(yǎng)殖系統(tǒng)，可使原本只能維持4年—5年的單一種植系統(tǒng)調(diào)整到20年左右的種養(yǎng)結(jié)合的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)持續(xù)性得到增加，百姓的收入來源更加多元化，虧損風(fēng)險(xiǎn)也可逐步降低，從生態(tài)經(jīng)濟(jì)的角度而言就是把石漠化地區(qū)變成綠水青山?！跋乱徊轿覀兝^續(xù)努力，在科技部、中國科學(xué)院重大專項(xiàng)支持下進(jìn)一步提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，構(gòu)建美麗鄉(xiāng)村，把初步恢復(fù)的綠水青山變成可持續(xù)的金山銀山?！蓖蹩肆终f。