第1章 亚喀斯特概念、景观特征的探讨——以贵州省为例
1.1 概述
喀斯特(Karst)原是位于克罗地亚和斯洛文尼亚境内的伊斯特拉半岛上的石灰岩高原的地名，意思是岩石裸露的地方，在中国又称岩溶。随着现代地学对喀斯特的认识和理解不断加深，喀斯特作为一门具有独*研究对象的地理学科分支，越来越受到重视，研究内容不断扩展，如从地貌的研究扩展到对整个喀斯特景观的研究，从理论研究扩展到对其应用和资源环境效应的研究，其内涵研究也不断细化。
全球喀斯特分布很广，面积近2200万km2，约占陆地面积的15%，居住人口约10亿人(王世杰，2003)。集中连片的喀斯特地貌主要分布在欧洲中南部、北美东部和中国西南部地区。在国内，碳酸盐类岩石分布面积约为125万km2，主要分布在北方的山西高原及相邻地区，以及以云南、贵州和广西为中心的西南喀斯特地貌区。中国西南喀斯特地区面积约为54万km2，位于长江、珠江中上游，既是我国重要的生态屏障区，又是我国经济欠发达地区，曾分布有多个国家*贫困县，原贫困人口超过1000万人，还是我国重要的能源基地和生物多样性保护的重要区域。贵州省是我国喀斯特分布面积*大、发育*复杂的省份，出露碳酸盐岩面积达15万km2，占全省面积的85%(笔者制图显示，若扣除夹层则为61.9%)，喀斯特地貌发育强烈，山地和丘陵面积占全省总面积的92.5%，是全国特有的没有平原支撑的省份(张志才 等，2008)。在喀斯特脆弱生态本底及长期不合理人类活动影响下，贵州喀斯特山区水土流失严重，并存在不同程度的石漠化问题。根据安裕伦等(2001)的遥感分析，贵州省“中度以上石漠化面积占到全省土地面积的7%以上，标志着石漠化面积占比已经相当高；轻度以上石漠化面积占到全省土地面积的20%以上，如加上具有潜在石漠化的土地，面积可以达到45%以上”。其他学者进一步认为，中度以上石漠化面积为15441.60km2，治理与恢复的难度非常大；潜在石漠化面积为34026.58km2，占全省面积的19.31%，总体分布范围广、面积大，严重制约区域可持续发展与生态文明建设(熊康宁，2009)。
贵州高原山区地域分异规律复杂，喀斯特地表景观具有十分显著的异质性特征。不同喀斯特生态环境区(或流域)的地质或水文地质、地形、地貌、土壤、植被及局地小生境均存在程度不同的差异。喀斯特地表景观异质性深刻影响其地理过程与生态过程，而喀斯特环境内部差异*明显的当属典型喀斯特和亚喀斯特的差异。因此，以贵州省为例，开展亚喀斯特及其自然特征、资源环境效应与生态重建研究，是研究整个喀斯特地区资源利用和环境保护的重要基础，可以为优化景观格局、生态过程、生态环境演变及该类地区的恢复重建提供科学依据。
1.2 亚喀斯特概念
喀斯特是指地表水与地下水对可溶性岩石的溶蚀与沉淀、侵蚀与沉积，以及重力崩塌、坍陷、堆积等作用形成的一种地貌形态(伍光和 等，2008)。典型喀斯特地貌是指在可溶性岩石(如石灰岩和白云岩等含碳酸盐纯度较高的基岩)上，以溶蚀作用为主发育的地貌类型。由于岩溶作用强烈，在不同的地貌部位和气候条件下，地形表面石沟和石芽发育，形成了峰丛、峰林、溶丘、孤峰、漏斗、洼地、槽谷、溶洞、天生桥等典型的喀斯特地貌。但在广袤多样的现实环境中，或由于岩石成分的差异带来岩石可溶性差异，或由于岩石结构存在的可溶性带来岩石与不可溶岩石混合互层等现象，景观通常有相对厚的土层，植被覆盖较好，没有大量的洞穴发育，且极少有石漠化的现象。这类明显不同于典型喀斯特地貌的景观很早便引起了研究者的关注。
1926年，南斯拉夫学者司威治(J.Cvijic)将石灰岩的地貌形态分为完全喀斯特、半喀斯特、过渡喀斯特(杨明德 等，1998)。安裕伦等(2001)提出了不纯碳酸盐区的石漠化程度划分指标，指出在不纯碳酸盐岩石组成的半喀斯特区相对于典型喀斯特区分布有较好的土被和植被，并据此完成了遥感(remote sensing，RS)、地理信息系统(geographic information system，GIS)和全球定位系统(global positioning system，GPS)(简称3S)技术支持下的贵州省石漠化类型制图。贺中华(2004)提到了半喀斯特低中山地貌类型概念。吕红梅等(2009)认为，从喀斯特、半喀斯特到非喀斯特，自然景观镶嵌结构越来越复杂且越来越不稳定，人为景观在喀斯特地区显得较为复杂。胡锋等(2015)在大量野外考察基础上，根据概念的内涵，将半喀斯特称为亚喀斯特，特指发育在不纯碳酸盐岩及碳酸盐岩与非碳酸盐岩的夹层上、形状介于典型喀斯特和非喀斯特景观之间的景观地域综合体。
从地貌发育角度看：典型喀斯特地貌是在可溶性岩石上以高溶蚀作用发育的地貌类型，由于岩溶作用强烈，其地貌特征明显，在不同的地貌部位和气候条件下形成了石沟和石芽、峰丛、峰林、孤峰、大型负地形、大型溶洞等一套典型喀斯特地貌。亚喀斯特(非典型喀斯特)地貌发育于不纯的可溶性岩石或者可溶性岩石与不可溶岩石交互分布的基岩上，虽有相当的溶蚀作用，但综合溶蚀速率相对较低，并且由于有不可溶杂质的存在，兼有一定程度的侵蚀剥蚀作用。在溶蚀和侵蚀两种过程的共同作用下，形成了既不同于典型喀斯特地貌又不同于非喀斯特地貌的一种中间过渡类型，即亚喀斯特地貌，其上发育相应的景观。亚喀斯特地貌是发育在不纯碳酸盐岩及碳酸盐岩与非碳酸盐岩夹层之上的一种过渡地貌形态，整体而言，岩石含非碳酸质成分较高，溶蚀速率较典型喀斯特地区慢，它是介于典型喀斯特与非喀斯特之间的一种过渡形态。这种过渡形态特征表现为地貌效应、水文效应、土壤植被效应等不同于典型喀斯特地区［图1.1(a)和图1.1(b)］，区域岩石节理张性不如典型喀斯特地区发育，夹层区因为透水层、隔水层出现重复分布，地貌形态相对平缓，局部地段地下水出露较多；成土母质相对丰富，土层较厚，土壤保水保肥性较强，在温暖湿润的亚热带，植被生长较好，地表缺水干旱情况不如典型喀斯特地区严重，同等条件下具有比典型喀斯特地区相对高的自然生产能力，在山区能提供相对多的宜农耕地，从生态环境角度看其生态环境脆弱性优于典型喀斯特环境，石漠化的威胁程度低。上述情形在一定程度上可以缓解广义喀斯特山区尖锐的人地矛盾。同时，在亚喀斯特地区坡度较陡部分，由于长期频繁的人为干扰，垦殖率过高，水土流失、生态环境破坏的情况也较为严峻。
图1.1 贵州省亚喀斯特、典型喀斯特、非喀斯特林-灌植被及耕地景观
1.3 亚喀斯特景观特征
与典型喀斯特地貌相比，如图1.1所示，从喀斯特发育的程度上看，亚喀斯特主要发育在不纯碳酸盐岩及碳酸盐岩与非碳酸盐岩夹层之上。不纯碳酸盐岩包括泥质白云岩、泥质石灰岩，地层以中三叠统关岭组*为典型；非碳酸盐岩包括白云岩夹黏土岩、碎屑灰岩、灰岩夹黏土岩、碎屑岩夹黏土岩等，以紫云组、罗楼组互层段较为常见。岩石都含有较高的泥质成分，酸不溶物含量高，溶蚀速率相对较缓慢，成土速率较典型喀斯特地区快。因此，亚喀斯特地区往往拥有较厚的土层，土壤保水保肥性好，土被覆盖连续，自然植被生长较茂密，植被覆盖度高，宜农耕地多，土地利用价值大。
从地貌景观上看，亚喀斯特地区地貌成因有侵蚀-剥蚀和溶蚀-侵蚀，从形态类型上看，包括缓丘洼地、丘陵谷地、浅低丘、浅中丘、深中丘、低中山及中山等(地貌分类标准参照《贵州省农业地貌区划》)。以贵阳市为例，浅中丘面积为739.97 km2，低中丘面积为662.59 km2，分别占该地区亚喀斯特面积的36.84%、32.98%；遵义等地低中山面积为1107.47 km2，占该地区亚喀斯特面积的比例为69.3%，深中丘面积为305.03 km2；而西秀平坝则以浅中丘为主，面积为758.22 km2，占该地区亚喀斯特面积的比例为59.12%。因此，亚喀斯特地区地表起伏度相对较缓，受切割程度较浅，坡度为8°～35°，峰丛、峰林不发育。但是从喀斯特地下溶洞发育情况来看，由于亚喀斯特地区岩石本身固有的属性，地下洞穴发育程度不高、分布极少。在统计的贵阳市地下洞穴中，绝大部分洞穴分布在典型喀斯特区，而亚喀斯特地区分布甚少；同时，地下岩溶水以碳酸盐岩类岩溶水为主，产水模数相对较高，地下水资源较为丰富，地表干旱缺水情况不明显。
从土壤植被效应上看，亚喀斯特地区拥有较厚的土层，土壤以黄壤和黄色石灰土为主，土壤酸碱性适中，植被生长茂密。在酸性土壤中多生长马尾松林，在偏碱性的土壤中多生长柏树。灌木林次生性较强，土被覆盖连续，植被覆盖度较高，宜农耕地多，土地农用价值较大。因此，这类地区有别于典型的喀斯特地区，生态效应积极作用比较明显，需要对其进行保护和专门研究。
造成亚喀斯特与典型喀斯特景观区别的地域分异因素主要是岩性(包括纯度型和夹层组合型)，分异的结果既体现在构成自然地理景观的每一个要素上，也综合体现在整个景观外貌和结构上。岩性不纯型亚喀斯特景观内部相对均一；夹层组合型亚喀斯特景观结构相对复杂，从较小尺度看，其内部有异质性表现，而从较大尺度看，亚喀斯特景观效应表现明显。
亚喀斯特作为一种过渡地貌形态，与典型喀斯特在岩性发育、地貌形成、水文复杂性、土壤侵蚀等方面拥有诸多的共同点，两者同属典型的敏感区和生态脆弱区，都发育在含碳酸盐类岩石之上，地貌发育既有溶蚀又有侵蚀，地下水文特征复杂，易发生水土流失等，但是二者在度与量之间存在明显差别，表现在地貌发育、土层厚度、植被效应等方面。亚喀斯特地貌不同于非喀斯特地貌，后者以常态地貌为主，岩性以砂岩、黏土岩、页岩等沉积岩、变质岩及火成岩为主，在研究区通常具有很厚的土被覆盖，地表不透水，洼地易积水，坡度适宜时是宜农耕地的主要场所，坡度陡峻时也常为优质的林用地，植被生长茂密［图1.1(d)］。相比之下亚喀斯特地区生态系统较脆弱，稳定性较差，对外界干扰敏感，容易遭到破坏。
第2章 亚喀斯特自然特征和景观地域分异
2.1 亚喀斯特的数据来源与自然特征
2.1.1 数据来源与处理
1. 数据来源
(1)野外调查资料。根据亚喀斯特区域不同的地质条件，选取黔中地区，毕节的纳雍、乌蒙山地区等典型研究区，开展野外调查，结合高分辨率遥感数据和GPS定位，进行地质地貌、水文、土壤环境、自然植被及相关土地利用、生态效应等考察。
(2)空间数据。遥感影像包括ALOS(10m分辨率)、ASTER(15m分辨率)多光谱贵州省2010年数据、Landsat TM(thematic mapper，专题制图仪)(30m分辨率)贵州省2010年数据。其他资料包括贵州省DEM(digital elevation model，数字高程模型)(90m分辨率)数据、1∶50万贵州省地貌图，以及2000年、2005年、2010年土地利用数据。
(3)文献资料与统计数据。包括贵州省亚喀斯特地区各县市统计年鉴、贵州省自然资源厅出版的《贵州省自然资源地图集》等。
2. 指标体系
指标是体现区域差异的关键尺度，因此指标体系的选择至关重要。根据主导性、差异性及区域完整性原则，考虑景观的空间格局，选取地势地貌、土壤、气候、植被、土地利用、生物多样性和水文7类自然条件构建地域分异指标体系，如表2.1所示。
表2.1 地域分异指标体系
序号自然条件评估指标
1地势地貌相对高度、形态、坡度、正负地形比例、石沟和石芽
2土壤土壤类型、成土母质、土层厚度、连续性、酸碱度、利用类型
3气候降水、温度、日照时数
4植被群落类型、植被结构-覆盖度、生物量
5土地利用适宜性、限制性因素、潜力、环境问题、土地利用时空变化
6生物多样性生物丰度
7水文水系分布、水网密度、土壤含水状况、水利条件
3. 技术路线
按照图2.1的技术路线对亚喀斯特地域分异规律进行研究。
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