Groundwater Systems and Eco-hydrological Features in the Main Karst Regions of China

1 Introduction Karst topography is widespread in China (Lu et al., 1973; Lu, 1986a), but its basic features are quite different in the main karstified areas in southern and northern China (Lu, 1999, 2003). The karst development appears to differ not only in the karst geomorphological types but also in the forms of the different karst water systems. The eco-hydrological features have obviously been influenced by human activities. The eco-hydrogeology is thus of great importance to study. Th…     

喀斯特断陷盆地环境地质分区及功能

喀斯特断陷盆地是随着新生代高原隆升产生的断裂活动所引起的断块差异沉陷及溶蚀作用共同形成的山间盆地。由其以局部地块断陷为主导并伴随侵蚀及溶蚀的成因机制所决定,具有地貌分区明显、新构造运动强烈、水资源分布不均、土壤植被分带性强、气候垂向变化明显、人类活动区间差异大等特征。其中,地貌形态—成因类型既是地质环境本质特征的综合反映,又是对生境具有重大影响的自然因素,而且容易认识和识别,是环境地质分区的良好标志。以地貌形态—成因类型为标志,喀斯特断陷盆地可划分为侵溶蚀山区、溶蚀丘峰谷地区、沉积平坝区、侵溶蚀河谷区4个环境地质分区。侵溶蚀山区生态功能突出,溶蚀丘峰谷地区生态与经济功能并重,沉积平坝区经济功能尤显重要,侵蚀河谷区视所处大江大河流域的区位及宏观影响而定。资源开发和环境恢复治理,应与环境地质分区功能相协调,按流域系统评价和全面权衡利弊、科学规划布局,才能取得可持续的成效。      

石漠化景观生态优化途径初探——以贵州清镇王家寨小流域为例

以治理石漠化、维护喀斯特景观生态安全和土地资源的可持续利用为目标,以景观生态学理论为指导,选择西南典型喀斯特石漠化地区— — 贵州清镇王家寨流域为研究区,并建立了源于最小累计阻力模型的生态恢复耗费表面模型,其步骤如下: 首先以2005年SPOT影像为基础,依托遥感和地理信息系统软件,对研究区土地类型进行分类,同时从数字高程模型中提取两种地形因子(坡度和坡向) ,并按其对生态的影响进行分级;其次对土地利用类型、坡度、坡向进行综合优先级评价;最后在IDRI SI软件中建立生态恢复耗费表面模型。随后通过景观功能分区和生态廊道(这些廊道可组成一个生态网络)的构建,探讨了本小流域土地利用空间格局优化的途径和生态恢复模式。      

我国岩溶资源环境领域的创新问题

中国岩溶地区资源环境问题突出,制约着经济社会的发展。“十八大”以来国家大力推进科技创新和生态文明建设。科技创新不仅有助于解决和应对岩溶地区的资源环境问题,也将推动岩溶科学的发展,服务我国生态文明建设。今后的岩溶研究应当落实地球系统科学在岩溶学中的应用,发挥我国岩溶研究的地域优势,探索我国岩溶关键带的特征和重要过程;加强岩溶作用应对全球变化、岩溶碳汇速率和稳定性的研究,建立应对极端气候的长效机制;考虑古纬度和古气候对古岩溶形成的影响;深入探索微生物对深部碳酸盐岩岩溶形成的作用;系统梳理和总结我国第一期石漠化治理工程的经验和存在的问题,更好地指导下一步的治理工作;思考从南北方岩溶分界线的角度开展岩溶自然遗产地的申报工作;将现代大数据等技术运用到岩溶资源环境、水文地质研究中,做好地质灾害的预警预报和应对资源短缺问题的研究,服务国家需求。      

Palaeoseismic Events in Karst Terrains along the Northern Bulgarian Black Sea Coast

The study of the palaoseismic events in the karst terrains of the Bulgarian Black Sea coast is a very important up-to-date problem. The investigated region is one of the highest-energy regions in Bulgaria with established and recorded catastrophic historic and contemporary earthquakes. The terrain is subjected to the influence not only of its own earthquake foci but also of those in Romania and Russia. The palaeoearthquakes that caused considerable disturbances in the karst terrains along the Northern Bulgarian Black Sea coast have left significant traces. They caused disturbances in the environment and the relief (rearrangement of the surface and ground water karst basins, partially or entirely collapsed caves, deformed caves, oil, gas and salt intrusions and gravitationally formed caves). The ecological consequences in historic and contemporary aspects were catastrophic. The palaeoseismic dislocations were formed as a result of global, regional and local geodynamic events related with the destruction     

西南喀斯特地区地表水热过程研究进展与展望

西南喀斯特地区水文二元结构以及生境条件的异质性导致地表水热过程异常复杂。水热过程机理研究薄弱,已经成为生态系统退化关键过程识别、生态恢复重建推进的关键限制因素。首先从野外科学实验、陆面过程参数化、遥感反演技术3个方面简要论述了地表水热过程的研究方法,指出在喀斯特地区,目前亟需开展的工作是在样地和坡面尺度上对地表水热过程进行系统的观测和实验,以深化水热过程机理研究,并发展适用于喀斯特地区的陆面过程模式和遥感反演模型。进而评述西南喀斯特地区地表水热过程已有研究进展与存在问题:水分循环研究的重视,但在特殊的地质背景与复杂的生境条件下,土壤水分时空异质性及降雨入渗产流和土壤侵蚀过程的机理仍不明晰,而且水热耦合研究非常缺失。最后从地表水热过程机理、水热过程变化影响机制、生态系统恢复重建水热调控等方面展望了其未来发展趋势。     

水化学—稳定同位素技术在岩溶水文地质研究中的应用

水化学—稳定同位素技术在岩溶水系统分析中得到了广泛的应用,尤其是在指示岩溶水文地球化学过程、识别岩溶水补给循环途径、溶质溯源及岩溶水污染监测防控等方面显示了独特的优势,产生了丰富的成果。本文着重阐述了环境稳定同位素δD、δ18O、87Sr/86Sr的工作原理,及水化学—稳定同位素技术在岩溶水文地质研究中的应用。此外,论文还以娘子关泉域和北京西山岩溶水系统为例,介绍了运用水化学—稳定同位素技术分析岩溶水系统补给的思路和方法,展望了该技术在岩溶水文地质和岩溶生态环境领域中的应用前景。      

中国西南岩溶石山贫困地区的生态重建

我国西南岩溶石山地区的贫困－环境退化问题非常突出，这里的生态重建研究，对当地的消除贫困和持续发展至关重要，也是我国扶贫攻坚的重点和难点。生态重建研究还有助于促进岩溶学的综合化、人文化、模型化和实用化。     

西南喀斯特地区石漠化综合治理:成效、问题与对策

西南喀斯特地区石漠化与贫困问题相互交织,是该区域社会经济可持续发展的瓶颈。近二十年来,通过实施植被恢复、水土保持、生态移民等一系列治理措施,石漠化整体扩展的趋势得到初步遏制,由过去持续扩展转变为净减少,西南喀斯特地区生态状况呈良性发展态势,但防治形势仍很严峻,迫切需要寓经济发展于生态治理之中。本文在分析石漠化综合治理成效、存在问题的基础上,探讨了基于民生改善的石漠化防治对策。认为今后应在系统梳理和总结一期治理经验和不足的基础上,进一步加强石漠化演变规律及其关键驱动因子、喀斯特关键带结构与功能变化、植被与水文过程相互作用等基础研究,将植被恢复与生态服务提升、民生改善有机结合,健全“造血”功能,培育和发展与生态治理方向相适应的生态衍生产业,助力扶贫攻坚,实现生态治理与脱贫致富双赢,促进该区域社会经济协同发展及西南生态安全屏障建设。      

Progresses and Prospects of the Research on Soil Erosion in Karst Area of Southwest China*

The karst area of Southwest China is suffering from serious ecological and environmental problems due to soil erosion while the research on soil erosion is not sufficient. Primary achievement was systematically reviewed in this paper in three aspects: erosion characteristics, current researches about erosion on different spatial scales, and key scientific problems. Based on the review, the authors figured out the shortcomings of the existing studies and pointed out the directions on erosion study in southwest China karst region. The results showed that: ① Due to the existence of a dual structure in karst environment including ground and underground erosion, the process of runoff and sediment production on slope scale and confluence and sediment transportation processes on catchment scale were more complex under the unique geological and hydrological backgrounds; ② At present, most researches about erosion mechanism in karst area focus on slope scale and some achievements on quantitative evaluation of erosion factors have been made. Continuous data with high quality about relationship between water and sediment on catchment scale is limited. When data is scarce, river sediment data can be used as an effective way to study soil erosion intensity and spatial-temporal variation in karst area; ③ It is more reasonable to use 50 t/(km²·a) as the grading standard of soil loss tolerance than the previous grading standard of soil erosion intensity. Given the complex relationship between rocky desertification and soil erosion, more quantitative studies about the effects of rocky desertification on soil erosion are still necessary. There are different viewpoints on soil leakage definitions, leakage mechanism and leakage ratios, and new breakthroughs could be achieved by combining different methods and matching multi-scales. In conclusion, in order to further reveal soil erosion laws and establish and revise available regional soil erosion forecasting models for Southwest China karst areas, synchronous test and monitoring on slope, watershed, and channel spatial scales are urgently needed. The results can provide theoretical and technical support for promoting soil and water conservation work for the karst area of Southwest China.     

论岩溶作用对全球碳循环的意义与碳汇效应——兼对《对<中国岩溶作用产生的大气CO2碳汇分区估算>一文的商榷》的答复

岩溶作用促进大气二氧化碳汇过程不仅局限于碳酸盐岩地区,而是涉及全球陆地地质岩石地区,因此以前仅考虑岩溶面积计算的岩溶碳汇量偏低,需要以河流流域为单元全面计算全球岩溶碳汇效应。除了产生河流溶解无机碳被带入海洋外,岩溶作用还可通过水体生物吸收形成颗粒有机碳以及在岩溶土壤中固定有机碳等方式形成碳汇,因此,岩溶地质过程固碳形式多样。其中,仅全球水生生物固定岩溶水重碳酸根产生的有机碳近0.5Gt,生态恢复可促进岩溶土壤有机碳固定及岩溶流域碳汇,我国西南石漠化治理工程至少可增加岩溶碳汇2~3亿t,如果重视岩溶增汇技术的应用,全球岩溶碳汇效应将非常显著。所以,岩溶碳汇研究意义重大,岩溶碳汇效应更不可忽略。      

生态系统变化对湘西岩溶水资源的影响

本文在分析岩溶山区典型生态系统类型及其演化特征和岩溶水资源特点的基础上，通过湘西20年来的生态系统变化的对比，就其对岩溶水资源的影响进行了详细的论述。认为生态的恶化是引起岩溶石山区水资源短缺的一个重要因素，生态系统变化对岩溶水资源的影响主要是通过对岩溶水的补给、迳流、排泄等的影响，使岩溶水资源产生水质和水量的变化。明确生态系统变化是如何影响岩溶水资源的质与量这一重大问题，将有助于岩溶水循环机制的深入研究，为揭示岩溶水资源的形成、演化规律及控制机理，建立岩溶水资源评价、开发利用和保护的系统理论，探索岩溶水资源可持续利用模式提供科学的依据。     

全球岩溶生态系统对比:科学目标和执行计划

由我国提出的新的国际地质对比计划“全球岩溶生态系统对比”（IGCP 448）已于2000年初由IGCP科学委员会批准，在2000－2004的5年中执行。该项目的科学目标是：对比全球不同气候条件下的宏观岩溶生态系统，揭示其形成机理；对比不同地质条件下微观岩溶生态系统，揭示其对物种选择的影响，为岩溶地区石漠化治理，重建良性生态系统探索新思路，从地理，地质角度对比地下岩溶生态系统；研究岩溶生态系统与人类活动的相互作用。5年中除40余个参与国将作好本国岩溶生态系统研究作为全球对比的基础外，还将重点联合考察罗马尼亚，巴西，中国，西班牙，法国，美国，俄罗斯，澳大利亚等国的典型岩溶区，并作深入对比研究，IGCP448的核心科学问题是岩溶生态系统的运行规律，对如何利用我国地域优势和组织该多边国际合作计划的有利条件，进一步做好我国岩溶生态系统研究提出了若干建议。     

喀斯特石漠化研究存在的问题与发展趋势

喀斯特石漠化代表了世界上一个比较独特的荒漠类型，即湿润区石质荒漠化。目前石漠化面积快速扩展的总体趋势并没有得到有效遏止，因对石漠化发生机制与喀斯特生态系统稳定性机制还不清楚，同时缺乏比较完善的石漠化防治理论和技术体系也是重要的原因之一。较为详细地介绍了目前西南喀斯特山区石漠化过程和适应性生态修复研究方面存在的基础理论问题，包括喀斯特石漠化的时空格局变化与驱动力、喀斯特山地的侵蚀过程、驱动力与危险性、以水为纽带的喀斯特生态系统退化和石漠化过程中的生物地球化学过程、喀斯特受损生态系统的适应性修复、喀斯特生态系统的服务功能优化和综合调控等方面，阐述了上述几个研究领域的研究现状与可能的发展方向；强调喀斯特石漠化是一个非地带性问题，不是纯自然过程，而是与自然、社会与经济紧密相关，需要以喀斯特科学为主的多学科交叉与综合集成研究。     

我国西南岩溶石漠化土地生态建设分区治理思路与途径探讨

论述了实施岩溶石漠化分区治理的必要性;根据岩溶石漠化土地分布特点及区域自然地理、社会经济、生物资源等差异性,将我国西南岩溶区分为中高山、岩溶断陷盆地、岩溶高原、岩溶峡谷、峰丛洼地、岩溶槽谷、峰林平原及溶丘洼地（槽谷）8个岩溶石漠化综合治理区,其建设重点与主要措施分别是:中高山区重点实施封山育林育草与营造生态防护林与薪炭林,利用自然景观和原生态文化,发展生态旅游业;岩溶断陷盆地区对盆地周边山地实施封山育林育草,盆地内修缮水利设施,建设高效经果林或中草药基地;岩溶高原区保护好现有林草植被,积极发展水源涵养林与经济林,完善生态体系结构,培育生态经济型产业,合理开展生态移民;岩溶峡谷区通过封造、乔灌治理相结合,提高岩溶植被的生态功能,积极发展生态旅游业与特色农林牧业;峰丛洼地区开展封山育林育草,发展南亚热带特色林业,适度进行生态移民;岩溶槽谷区加强对石漠化区域的生态建设,提高非石漠化土地的开发利用力度;峰林平原区合理开发利用地表和地下水资源,实施封山育林和人工造林,提高森林生态功能与景观价值;溶丘洼地（槽谷）区则围绕洞庭湖流域、岩溶景观区开展封山育林育草、人工造林,加强薪炭林与沼气池建设。      

花江喀斯特峡谷地区石漠化成因初探

花江喀斯特峡谷区地下水埋藏深,地表干旱,存在显著的人为加速土壤侵蚀过程,植被次生性明显,生境干热特征显著,是已石漠化和半石漠化的生态系统。其中地质构造、地貌演化、岩溶形态、可开发利用的水资源、植被群落可能是石漠化过程的主要自然成因,以土地利用为表现形式的强烈人类活动是石漠化的驱动力。基于此,提出了石漠化地区的土地利用方式和生态恢复过程的建议,旨在为石漠化的演化研究及生态重建提供参考。     

岩溶峰丛洼地水土漏失及防治研究

中国地质科学院岩溶地质研究所岩溶生态研究团队在国家科技支撑计划和广西科技攻关项目联合资助下,自21世纪以来一直从事西南岩溶山区水土漏失创新性研究。2013年取得了一系列进展,阐明了水土漏失的概念、过程和数学模型;运用野外监测和先进的同位素技术,首次系统揭示了岩溶峰丛洼地不同地貌部位和不同生态环境的水土漏失定量差异和原因,建立了适宜岩溶区特点的水土流失强度分级标准和土壤侵蚀回归模型,创建了生物措施与工程措施有机结合的岩溶峰丛洼地水土保持模式和技术规程,开辟了岩溶石漠化环境生态效益与经济效益俱佳的火龙果生态产业,为西南岩溶地区石漠化综合治理和水土保持提供了技术支撑和示范样板。     

岩溶IGCP国际合作30年与岩溶关键带研究展望

全球岩溶类型多样,对环境变化敏感,资源与环境问题突出,是地球关键带监测与研究的重点,IGCP661项目的执行为岩溶区关键带类型划分与监测对比研究提供了契机和国际合作平台。近30年岩溶IGCP执行始终强调岩溶系统与人类活动环境的相互作用,其轨迹实际上与地球系统科学到地球关键带理念是一脉相承的。IGCP299提出了岩溶形态组合概念,揭示各种岩溶形态与其形成环境之间的因果关系。岩溶动力系统(IGCP379), 岩溶生态系统(IGCP448)概念的提出有助于我们更好地理解岩溶系统的整体功能,及系统内水、生物地球化学过程、人类活动的相互作用,进而形成了一整套岩溶动力学研究方法体系。开辟了岩溶记录与全球变化、碳循环与应对气候变化、石漠化形成演变与生态修复等研究新领域,并取得了丰硕的研究成果,有力地推动了现代岩溶学的发展。      

喀斯特石漠化的形成背景、演化与治理

喀斯特石漠化是青藏高原隆升在其东南翼所诱发的重要地质生态灾害问题,是制约中国西南地区社会经济发展的关键因素.它不是一种纯自然过程,而是与人类活动密切相关,不仅造成土地资源丧失,干旱缺水,生态系统退化,而且使该区的贫困问题加剧,具有明显的自然和社会学属性.本文着重从地质和生态的角度,阐述喀斯特石漠化的形成特点和演化方式,及其对综合治理的指导意义.对西南岩溶山地而言,土壤和植被是生态环境中最为敏感的自然环境要素,与非岩溶区相比,具有明显的脆弱特征.它们在干扰下发生迅速演替,诱发地表水文条件的改变,导致石漠化的形成.文中特别强调岩溶山区碳酸盐岩基底岩性的不同、生态环境类型与植被演替的方式和进程的多样性对于岩溶生态系统的影响作用.基于上述认识,对石漠化地区的土地利用方式和生态恢复过程以及可能发展的方向提出了一些建议和看法.     

岩溶峰丛洼地不同环境水土流失差异及防治研究——以广西果化岩溶生态研究基地为例

与碎屑岩地区相比,特殊的岩溶水文地质结构,导致岩溶区存在不同的水土流失过程和特点,尤以峰丛洼地区最具代表性。通过广西平果县果化岩溶峰丛洼地土壤地表侵蚀和地下漏失的调查研究显示:洼地不同地貌部位水土流失差异较大,从山峰、垭口、山坡、山麓到洼地底部,土壤地下漏失模数分别为49.09 t/(km2·a)、212.06 t/(km2·a)、727.71 t/(km2·a)、1104.03 t/(km2·a)、909.11 t/(km2·a),分别占该点年均总土壤侵蚀模数的92.43%、96.24%、78.57%、70.88%和38.68%;不同土地利用方式下的土壤侵蚀存在差异,其土壤侵蚀模数大小依次为坡耕地苦丁茶地苏木林地灌草坡牧草地。通过对该地区水土流失防治及石漠化综合治理,山峰主要涵养水源林、山坡主要发展生态产业防治水土漏失、洼地修建排水系统工程得到良好的效果,治理区土壤侵蚀模数从2003年到2010年下降了65%。