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贵州喀斯特地区水土流失研究进展
第29卷第4期2011年11月
贵州师范大学学报（自然科学版
JournalofGuizhouNormalUniversity（NaturalSciences
Vol．29．No．4Nov2011
文章编号:
1004—5570（201104－0106－05
贵州喀斯特地区水土流失研究进展
熊康宁,胡顺光
（贵州师范大学中国南方喀斯特研究院,贵州贵阳550001
摘要:
根据贵州喀斯特地区水土流失研究的主要成果,揭示了了喀斯特地区水土流失特点、水土流失的影响因素及各相关因子分析、水土流失的模型预报系统、水土流失的防治等方面的研究。
最后,提出了今后喀斯特地区水土流失研究的重点和趋势。
关
键
词:
喀斯特;水土流失;进展
中图分类号:
S157．1
文献标识码:
A
EvolutionofsoilandwaterlossinGuizhoukarstarea
XIONGKang-ning,HUShun-guang
（InstituteofSouthChinaKarst,GuizhouNormalUniversity,Guiyang,Guizhou550001,China
Abstract:
ThemainfindingsofsoilandwaterlossinGuizhouKarstareahavebeenintroduced．Tohighlightsoilandwaterlosscharacteristics,soilandwaterlossaffectivefactorsandrelevantfactorsa-nalysis,soilandwaterlosspredictionmodelsystem,soilandwaterlosspreventionofKarst．ThenthekeyproblemsandtrendsofsoilandwaterlossstudyinginKarstinthefuturehavebeenputfoward．Keywords:
karst;soilandwaterloss;evolution
0引言
一个国家的水土流失是加剧还是得到控制,不
仅直接关系到农林牧生产,
而且影响到资源利用与环境保护、防灾减灾,乃至社会的发展和进步
[1,12]
。
区域水土流失是我国水土流失研究中的重点领域。
深入研究不同自然和社会条件下水土流失的区域
分布规律,演变特征,预测变化趋势,能为水土流失防治宏观决策的制定提供理论依据和基础信息
资料[2,15]
。
近年来,在贵州喀斯特地区实施了大量
的水土保持治理措施,进行了一系列水土流失的相
关研究。
由于喀斯特地貌所独有的地表－地下二元结构特点,导致该区水土流失规律有明显区别于非喀斯特地区的特殊性。
另外,喀斯特地区是生态环境脆弱区,严重的水土流失给贵州生态环境带来严重不良影响,主要危害有:
地表土大量流失,土层减薄,肥力下降;造成水库、河道淤积,形成破坏性
巨大的泥石流,毁坏农田、房屋,造成人畜伤亡[3]
。
喀斯特地区的脆弱生态环境,贫困落后的生存状况使在这些地区开展水土流失研究具有重大的理论与实践意义。
6
01收稿日期:
2011－07－09
基金项目:
水利部科技创新项目（SCX2004－07。
作者简介:
熊康宁（1958－,男,汉族。
教授,研究方向:
喀斯特与洞穴、资源与环境、石漠化生态治理,
E－mail:
xiongkn@163．com．
1研究现状
20世纪80年代以来,贵州先后实施了长江上
游防护林工程、珠江上游防护林工程、山区农业综合开发工程、以工代坡改梯工程、基本绿化贵州工程、联合国粮食计划署《中国3365项目工程》等多项大型生态建设工程、
退耕还林（草、封山育林等。
这些工程的实施在缓解水土流失、增大植树造林面积的同时,也推动了贵州水土流失研究的飞速发展。
1．1
水土流失分布
贵州水土流失分布总的趋势是西北部严重于东南部。
从流域水系看,牛栏江流域、乌江流域、北
盘江中上游最严重;赤水河流域、南盘江上游、乌江
下游次之。
从行政区划单位看,毕节、六盘水的水
土流失最严重[3]。
20世纪,全省水土流失面积达7.67万km2
占
全省总面积的43.5%;石漠化面积32480km2
约
占全省土地总面积的18.44%,而且每年仍以3.5%6%的速度递增;土壤侵蚀面积高达50%以上。
从土壤侵蚀程度看,微度侵蚀约占55.46%,轻度侵蚀约占21.53%,中度与强度约占20.2%,极度侵蚀约占1.77%。
在侵蚀地域上,微度与轻度侵蚀主要分布在黔南、黔东地区,中度与强度侵
蚀主要分布在黔中、
黔北与黔东北的一些地区,极强度侵蚀主要分布在黔西、黔东北的部分区
域
[9,11]
。
表1
贵州水土流失分布
Tab．1
DistributionofwaterandsoillossinGuizhou
贵州省水土流失分布无明显侵蚀
轻度侵蚀
中度侵蚀强度侵蚀极强度侵蚀侵蚀模数（km2
·a
＜50050025002500500050008000800015000面积/km2
99445.637917.120681.114962.63122.9比例/%
55.46
21.53
11.7
8.5
1.
77
图1
贵州省水土流失分布
Fig．1
DistributionofwaterandsoillossinGuizhou
1.2水土流失机制研究
研究大都从自然因素与社会因素两方面来展
开分析。
刘飞雁[18]
认为:
自然因素和社会经济互相交叉影响着贵州山区的水土流失,
讨论贵州山区水土流失的问题必须把自然因素和社会因素作为
互相影响、互相制约、互相依靠的一个整体。
研究显示:
人为因素是造成贵州省水土流失的主要方面,而人为活动又主要是通过改变植被覆盖来影响水土流失。
另外,喀斯特地区水土流失剧烈的客观基础为其脆弱的生态环境:
透水性强的碳酸盐岩,贫瘠层薄的土壤,加上降雨时空分布不均匀,地形
崎岖,山高坡陡。
所有这些都加剧了贵州喀斯特地
区水土流失的强度与潜在危险程度
[9,10,11]
。
岩性土壤因子:
由于石灰岩地区土岩界面不存
在过渡结构（土层常缺乏C层过渡层,即母岩与土壤通常存在着明显的软硬界面。
使土壤与母岩
之间的亲和力与粘着力差,
一遇暴雨则极易产生水土流失和块体滑移[28]
。
其次,在湿热的气候条件下,强烈的化学淋溶作用,使风化物中较高的粘粒
发生垂直下移,形成上松下粘,这又造成一个不同
物理性质的界面,也容易产生水土流失
[29,30]
。
另外,土壤与母岩界面是一化学侵蚀面,当降雨渗透
到岩石表面时,本身也产生化学侵蚀作用。
在自然状态下（无人为干扰,由于土壤水的渗透能力很强,使得地表径流常不足以在地表产生土壤侵蚀,化学侵蚀常常就在喀斯特地区占主导地位。
岩性与构造不同的岩性组合对土壤侵蚀程度产生较大影响,据研究,在石漠化的自然背景指标中,石漠化的发生与碳酸盐岩出露面积百分比相关系数达0.644,为显著相关。
土壤侵蚀受内部岩性的影响表现为:
碎屑岩的比重越大,土壤侵蚀模数也越大
[6,7,16,17,27]
。
植被、地貌因子:
肖进原
[8]
在研究水土流失过
程中将乌江流域划分成三大地貌类型,
分别是乌江7
01第4期熊康宁,胡顺光:
贵州喀斯特地区水土流失研究进展
上游高原山地区、乌江中游丘陵山地区、乌江下游山原山地区。
并将植被在遥感解译分类中分成7种类型:
针叶林、阔叶林、针阔混交林、疏林、灌丛、草丛以及堤岸防护林。
不同等级石漠化:
李瑞玲等认为:
喀斯特石漠化从本质上来讲是喀斯特地区的成土速率远小于水土流失的速率而造成的土地生产力的退化过程。
坡度起伏决定着地表现代侵蚀作用的强弱,影响着水土流失的强度;坡度越大,地表物质的不稳定性就越强,土壤越容易遭受侵蚀而变薄[5]。
龙明忠[14]等分别选取有机质含量、植被因素、降雨等5个相关性较大的土壤侵蚀因子,与石漠化等级相联系,探讨不同石漠化等级下土壤侵蚀因子变化及其对土壤侵蚀的影响。
认为轻度石漠化与中度石漠化的土壤侵蚀是最严重的,强度石漠化地区由于土层非常薄,土壤侵蚀已经达到极限,面临无土可流。
1.3水土流失模型预报
张宏群等选择贵州省喀斯特山区17个闭合流域的降水强度、土壤颗粒粒径与土层厚度、坡面坡度、地面植被的覆盖度等土壤侵蚀相关因子,建立了水土流失的动力遥感信息模型:
E=1.855ˑ10－10·（I－I
I
0.613（sin2α4.950ˑ
h·（D
d
1.864exp[－13.273N
DV1
]
式中:
E为坡面土壤侵蚀强度（mm/a;
I－I
I
为无量纲降水因子团,即降水强度减去不产生侵蚀的降水强度（临界降水强度;sin2α指坡度无量纲
因子团;h为坡面径流强度（mm/a;D
d
为土层厚
度除以颗粒粒径的无量纲因子团;NDV1为遥感影像上的“绿度”,即归一化植被指数NDV1计算式为:
N
DV1=
N
IR
－R
eN
IR
+R
e
式中:
NIR为近红外波段;Re为红色波段;NDV1与地表植被覆盖率及生物量有密切关系。
安和平等以土壤水稳性团聚体含量作为立地抗蚀性的评价指标,建立了土壤中石砾含量与立地抗蚀性的数学模型,为有效地进行立地蓄水保土功能的评价提供了方法。
李丹宁等基于贵州各地地理与气象条件的不同,利用GIS决策支持系统,把不同数据来源的数据和工具以及模型集成到系统中,解决了数据格式不同、各种误差以及系统中互不兼容的技术问题。
刘武林等基于长江中上游的水土流失经验模型与物理模型作了详细的评述,提出了当前的模型还远远不能满足生态环境建设的需求。
[11,19,20,23,24]
1.4水土流失研究方法
目前对喀斯特地区水土流失的研究采用的方法主要分为两大类型:
室内遥感调查分析法与野外监测法。
而室内的遥感解译一般应结合野外的实地考察才能建立更为准确详实的指标体系,包括植被类型的解译,地貌解译等等;野外的监测方法目前主要有坡面径流池监测、小流域尺度的监测。
另外,近年来中科院地化所采用元素示踪法进行的水土流失研究主要属于野外监测研究方法。
1.5水土流失类型及危险程度评价
按土壤侵蚀类型划分:
主要有重力侵蚀和水力侵蚀。
重力侵蚀以崩塌、滑坡为主;水力侵蚀以面蚀、沟蚀为主;还有混合侵蚀泥石流等,水力侵蚀主要发生在坡面上,所有坡耕地都有不同程度水土流失;而公路旁容易发生泥石流、滑坡等剧烈的水土流失[4,13]。
由于贵州省水土流失强度大、土层薄,水土流失的潜在危险程度也比较高。
按水土流失潜在危险程度划分:
全省属无险型的面积约54245.7km2,仅占土地总面积的30.8%,而较险型以上的面积达121882.3km2,占土地总面积的69.2%。
由于贵州喀斯特地区较险性、危险性的大面积分布,水土流失的危害非常巨大,主要的危害表现为:
喀斯特山地石漠化、土壤严重退化、喀斯特丘陵山区涝灾以及喀斯特山地与玄武岩、砂页岩结合部的泥石流[13,32]。
表2水土流失潜在危险性程度分级表
Tab．2Classificationoftwaterandsoil
losslatencyfatalnessdegree
编号分级Ye=Z0/e（年
11无险型＞1000
21较险型1000100
31危险型10010
41极险型101
51毁坏型＜1
1．6水土流失治理措施
在贵州局部地区水土流失有所好转,整体还在恶化,前景令人担忧。
针对于此,贵州师范大学、贵州科技厅、贵州水利厅等科研单位先后开展了大量水土流失治理措施的研究。
何谋军等[21]认为:
针对贵州水土流失严重,因
801
贵州师范大学学报（自然科学版第29卷
其独特的喀斯特山区环境,决定了水土流失的治理必须实施工程措施与生物措施相结合方法,而其主要又应要以生物措施为主。
在大于25ʎ的坡耕地必须退耕还林还草,在部分石漠化、水土流失严重山区进行封山育林育草。
同时增大财政投入,有计划有步骤地加强乌江上游,北盘江中上游,牛栏江流域及南盘江上游防护林建设工程及部分地区小流域治理工程。
在农村积极发展薪炭林、饲草、绿肥植物,发展生态农业,调整农业结构,积极稳妥地发展农村经济,把农民从贫困－生态破坏－更贫困的恶性循环中解脱出来。
部分水土流失极严重的贫困地区可采取草海自然保护与社区发展模式,在农村经济水平提高的同时又保护了生态环境,而且是农民自愿自觉参与保护[31]。
龙忠富等[22]研究发现:
针对喀斯特脆弱的生态环境,在这些地区种草要比种树成活率高,见效快。
林草结合不仅能有效防治水土流失,而且还能有效促进林木的生长,并进一步提出变粮－经二元种植结构为粮－经－草（饲三元结构,大力实施草业开发,是实现畜牧大省目标与可持续发展的有效途径。
贵州目前的水土流失治理措施研究主要分为三个方面。
首先是基础理论的研究。
如在喀斯特地区进行改土培肥科技措施的土壤基础理论研究中,引进了新的作物品种,使作物的保持水土能力大大加强;其次,生物、工程、技术措施的组合配套研究。
投入实施的有:
坡改梯工程与生物梯埂相配合以及建设配套的拦沙谷坊;发展沼气,以气代柴解决能源,减少林、灌、草的砍伐;再次,从综合治理与可持续发展的角度进行研究。
充分重视控制人口增长、改变落后的农业生产模式以及合理调整产业结构相结合的方式[3,25,26]。
目前喀斯特地区水土流失综合治理采取的措施主要包括:
退耕还林（草;节水工程、坡改梯工程、封山育林、植被重建;培育与推广良种;小流域综合治理;调整农村能源结构;种植生态经济型林（果、药草;条带种植等[4,13]。
2问题分析
贵州地处湿润的亚热带地区,加上其岩石基础以可溶性的石灰岩、白云岩为主,喀斯特典型发育。
其独特的地表、地下二元结构是非喀斯特地区所不具备的特点,针对于此,在贵州开展喀斯特地区的水土流失研究具有优越的地理条件,但由于贵州喀斯特地区水土流失的特殊性,自然环境的复杂性以及人为活动影响的深刻性,加之基础数据零散、研究协作不得力等原因,就目前的研究来看,还存在很多问题:
喀斯特与非喀斯特两种截然不同的地貌发育系统导致了影响水土流失的动力因子差异性显著,目前有关喀斯特地区与非喀斯特地区水土流失的对比研究较少;3S技术等现代技术手段在喀斯特土壤侵蚀研究的应用还处于起步探索阶段,相关纵向比较的资料收集只能从现在做起,还没有形成全省统一布点监控数据的规范;有关喀斯特地区土壤侵蚀机理的研究,土壤侵蚀各相关因子的分析,目前还主要处于性质描述阶段,在建模研究及各因子参数量化的研究上还不成熟,一套基于喀斯特地区大片范围的、通用的水土流失监测预报系统还没有建立起来。
另外,在喀斯特地区的水土流失研究仍停留在小流域及坡面尺度上,对于适应范围更广,更具普遍性的规律探索与治理模式研究较少,还没有形成一套完整的喀斯特水土流失制约因子指标体系,这与大面积集中治理不相适应。
3结论与展望
（1水土流失坡面、小流域尺度的研究应逐步推向几个小流域乃至全省更大范围的区域尺度,基于贵州坡面、单个小流域的水土流失研究已经不能适应大面积开发治理的要求。
研究全省区域尺度的水土流失,可以结合几个典型小流域的代表性特征,将水土流失因子及其格局的小流域尺度按照一定尺度转换特征转换为全省范围的区域尺度,然后推测贵州省区域尺度的水土流失的现象与过程。
（2充分考虑贵州地表、地下喀斯特发育导致的土壤迁移流失的两种形式（一是地表迁移流失,即坡面上的土壤顺坡向低处迁移;另一种是土壤从地表经溶蚀裂隙、溶洞、落水洞等迁移至地下,在划分流域集水区界线时可以结合考虑地表汇集部分与地下汇集部分,在此基础上,深入研究贵州喀斯特地区水土流失的动力机制,综合考虑降雨、径流、重力等侵蚀营力作用下水土流失的发生发展过程。
（3针对原型小流域观测虽然简单,但由于研究对象全部为自然状态,而且小流域下垫面情况复杂,坡度、坡长、坡向、植物覆盖等因子的空间变化
901
第4期熊康宁,胡顺光:
贵州喀斯特地区水土流失研究进展
较大,且上游的因子变化会影响下游侵蚀状况,存在研究因子的不可控性,造成研究结果的随机误差较大,鉴于此,将小流域划分成若干个分析单元,在流域内设点观测,采用相应的数学工具,建立各单元的状态方程,进行模拟分析。
（4有关喀斯特地区坡耕地土壤侵蚀发生发展的物理过程的研究对确定退耕地上限坡度、建立适合贵州喀斯特地区坡耕地水土流失预报方程以及指导治理措施配置等能提供重要的理论依据,应为贵州水土流失研究的重要方向。
参考文献:
[1]唐克丽．中国土壤侵蚀与水土保持的特点及展望[J]．
水土保持研究,1999,6（2:
2-7．
[2]唐克丽,郑粉莉,史德明．土壤侵蚀研究的回顾与展望
[J]．土壤学报,1989,26（3:
226-233．
[3]高贵龙,邓自民,熊康宁,等．喀斯特的呼唤与希望—贵
州喀斯特生态环境建设与可持续发展[M]．贵阳:
贵州
科技出版社,2003．
[4]彭琴,林昌虎,何腾兵．贵州喀斯特水土流失特征与水
土保研究进展[J]．贵州科学,2006,24（3:
66-70．[5]李瑞玲,王世杰,熊康宁,等．贵州省岩溶地区坡度与土
地石漠化空间相关分析[J]．水土保持通报,2006,26
（4:
82-86．
[6]熊康宁,黎平,周忠发．喀斯特石漠化的遥感－GIS典
型研究————以贵州省为例[M]．北京:
地质出版社,2002．
[7]彭建,杨明德．贵州花江喀斯特峡谷水土流失状态分析
[J]．山地学报,2001,19（6:
511-515．
[8]肖进原．乌江流域自然植被遥感解译分析研究[J]．贵
州地质,1996,13（4:
357-362．
[9]安裕伦,蔡广鹏,熊书益．贵州高原水土流失及其影响
因素研究[J]．水土保持通报,1999,19（3:
47-52．[10]朱安国,林昌虎,杨宏敏,等．贵州山区水土流失影响
因素综合评价研究[J]．水土保持学报,1994,8（4:
17-24．
[11]张宏群,安裕伦．贵州省喀斯特山区水土流失遥感信
息模型的建立[J]．水土保持通报,2003,23（5:
39-42．
[12]郑粉莉．浅谈我国土壤侵蚀学科函待加强的研究领域
[J]．水土保持研究,1999,6（2:
26-31．
[13]林昌虎,朱安国．贵州喀斯特山区土壤侵蚀与防治
[J]．水土保持研究,1999,6（2:
109-113．
[14]龙明忠,杨洁,吴克华．喀斯特峡谷区不同等级石漠化
土壤侵蚀对比研究[J]．贵州师范大学学报:
自然科学
版,2006,24（1:
25-30．[15]焦超卫,赵牡丹,曹颖．区域水土流失地形因子的研究
与展望[J]．人民黄河,2006,28（4:
58-60．
[16]龙健．贵州喀斯特地区土壤障碍因素分析及其调控对
策[J]．土壤通报,2005,36（5:
795-798．
[17]朱安国．水土流失与水土保持[M]．贵阳:
贵州人民
出版社,1996．
[18]刘飞雁．贵州山区水土流失现状与对策[J]．耕作与栽
培,2002（4:
60-61．
[19]安和平,金小麒．南、北盘江流域（贵州部分防护林立
地分类与评价研究[J]．贵州林业科技,1999,27（2:
12-17．
[20]李丹宁,廖小罕．基于GIS的贵州省生态重建决策支
持系统设计研究[J]．贵州科学,2003,21（1－2:
175-180．
[21]何谋军,屠玉麟,王密．贵州农村生态环境前景预测及
生态建设对策[J]．贵州师范大学学报:
自然科学版,2002,20（4:
20-24．
[22]龙忠富,唐成斌,莫本田．贵州草业在喀斯特山区水土
流失治理中的作用[J]．贵州农业科学,2000,28（1:
57-58．
[23]刘武林,邓玉林,李春燕,等．长江中上游土壤侵蚀预
报模型研究进展[J]．水土保持应用技术,2006（3:
27-32．
[24]文安邦,张信宝,王玉宽,等．云贵高原区龙川江上游
泥沙输移比研究[J]．水土保持学报,2003,17（4:
139-141．
[25]江兴龙,马兰．贵州坡地水土保持配套技术与策略探
析[J]．邵阳学院学报:
自然科学版,2004,1（1:
110-112．
[26]姜德文．以生态修复为指导思想的水土保持技术路线
探讨[J]．水土保持通报,2004,24（6:
86-89．
[27]张殿发,王世杰,周德全,等．贵州省喀斯特地区土地
石漠化的内动力作用机制[J]．水土保持通报,2001,21（4:
1-5．
[28]朱安国．贵州西部山区土壤侵蚀研究[J]．水土保持通
报,1990（6:
1-7．
[29]王世杰,季宏兵,欧阳自远,等．碳酸盐岩风化成土作
用的初步研究[J]．中国科学（D辑,1999,29（5:
441-449．
[30]高道德．黔南岩溶研究[J]．贵阳:
贵州人民出版社,
1986．
[31]安和平,周家维．贵州省岩溶山区旱坡耕地现状与陡
坡退耕对策[J]．水土保持通报,2001,21（1:
77-80．[32]杨胜天,朱启疆,张卫国．贵阳市土壤侵蚀危险程度评
价分析[C]．中国西南（贵州喀斯特生态环境治理与
可持续发展咨询会议论文集,2003．
011
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