破译环境气候周期性变化“密码”

在广东罗定河口开展红土壤野外调查。 卜建军 摄

近日，中国地质调查局地质力学研究所组织相关人员在北京进行下一年度地质调查项目立项论证时，一项有关南方红土的基础地质调查项目引起了人们的关注。那么，广泛分布于我国南方地区的红土有着怎样的地质生态意义？即将推进的地质调查工作，将对开发这类土地资源、解决红色荒漠化等地质环境问题发挥哪些作用？请看地质力学所有关专家的解读——

探寻红土水热、植被、母质条件与水、气、生物、岩石圈层物质循环的关系

“南方红土是我国热带、亚热带以各类岩石和第四纪松散沉积物为母质发育的红色风化壳，也是我国分布最广的第四纪土状堆积之一。它与我国西北地区深厚的黄土—古土壤沉积物相对应，精确记录了第四纪的古气候环境信息。”

地表作用与系统演变基础地质调查工程首席专家、地质力学所研究员胡健民介绍说，“早中更新世以来，在中国南方自秦岭—淮河以南、青藏高原以东广大地区发育红土沉积物，据推测面积达220万平方公里。它们是我国中、低纬度地区受第四纪季风气候影响下形成的特征沉积物，其分布、成因、来源及理化特征与新构造运动的发展、东亚季风系统的建立及第四纪全球气候变化的纬度效应均有着潜在耦合关系。”

比如，南方网纹红土属富铝红色沉积物，呈强酸性，高度风化，主要形成于中更新世—晚更新世早期，经历了长期相对湿热的气候环境。但从沉积物颜色变化、粒度组成、化学成分、孢粉组合等指标看，网纹红土并不是在持续湿热背景下形成的，其间可能经历了相对冷湿或凉干的气候。这样说明中国南方古气候存在多个“沉积—成土—构造”过程的旋回。

可见，红土中隐藏着反映气候周期性变化的“密码”，记录了全球气候变化、青藏高原隆升所引发的季风环流的形成与发展的过程，特别是中更新世全球气候和环境巨变等构造—气候事件，并且可与北方黄土—古土壤序列以及深海沉积记录相对比。

那么，为什么与西北地区的黄土沉积相比，有关南方红土的研究相对薄弱呢？

专家指出，中国南方湿热气候导致的强化学风化作用，使得红土的原始沉积学信息在成土过程中被显著改变。而正是由于红土成因的多元性、物质来源及沉积模式的不确定性，阻碍了科学家对中国南方红土的认识以及对其所含古气候信息的提取，阻碍了对第四纪全球变化及区域气候相应的认识。

地球系统科学是地质调查工作的理论基础。

近年来，地学界已开辟红土成土过程与全球变化研究的新方向，将红土的成土过程与宏观时空变化相结合，探寻红土水热、植被、母质条件与水、气、生物、岩石圈层物质循环的关系，以及红壤物质循环对环境和全球变化的影响。“目前，亟需获得中国南方红土沉积物地球化学信息及有效物源指标，探究南方红土表生风化特征及沉积物的来源，从而认识南方红土蕴含的有关圈层相互关系的地质记录。”胡健民说。

探查红土区生态地质环境演变规律，助力南方红土丘陵区生态脆弱性的改善

自然资源部成立之后，基础地质调查工作正在从支撑矿产资源向自然资源转变。只有查明自然资源的物质基础和空间载体，才能为支撑自然资源管理、经济社会发展、生态文明建设提供基础信息资料和科学决策依据。

“在当前和今后一段时间，基础地质调查工作将着力解决自然资源和生态环境关键基础地质问题，深化多圈层交互作用调查，全面支撑服务自然资源管理和生态文明建设。”胡健民告诉记者，红土分布区涉及多种类型重要生态系统，是生态环境比较脆弱的地方，人地关系矛盾极为突出。

这与红土区地形起伏多变、降水时空不均匀等自然条件和红土自身酸、瘦、黏的性质有着很大关联。加上人类的不合理开发利用，导致中国南方红土生态系统面临着水土流失、土壤酸化、肥力退化、季节性干旱、土壤污染、生物退化、石漠化及土地沙化、耕地面积缩减和系统功能衰减等一系列生态环境问题。

红土区的生态环境脆弱性表现为：土层较薄，肥力贫瘠；人口密度大，人为活动强烈、土地严重过垦，土壤质量下降明显；自然植被破坏严重，雨量多而集中，暴雨强度大，水土流失严重。

资源潜在的生产能力得不到应有的发挥，整个地区农业及经济持续发展必然受到严重影响。

目前，我国对红土的认识尚存在一些不足：一是对红壤肥力的现状及其分布认识的不足；二是对红土质量的评价指标和保护认识不足，评价指标上偏重于土壤化学和物理性质的评价；三是对红土的认识缺乏系统性和整体性，未将其看成一个生态系统。

认识上的不足，也大大限制了人类对红土区自然资源的合理开发和利用。

“因此，我们在明年的地调项目中特地安排了有关南方红土覆盖区的基础地质调查项目，着重对红土与环境变化进行研究。”胡健民说。

地质力学所副研究员傅建利告诉记者，当前国际土壤学围绕环境与农业问题，形成了以研究土壤与环境保护、土地覆被与土地利用、土地评价、土地退化与修复、全球变化与区域治理等重大问题为核心的综合研究趋向。我国也应加强对红土的综合性研究，尤其要关注自然和人为活动影响下红壤生物地球化学循环、红壤丘陵区地表侵蚀速率及其动力学、红壤退化的时空变化和退化机理、土壤温室气体及其源汇领域研究，从而揭示现代生物气候条件和人类活动对红土表层的影响与改变，为现代生态环境恢复奠定基础。

深化对“红土荒漠化”等灾害的认识，服务区域经济发展规划和防灾减灾工作

严重的水土流失还会造成红土覆盖区“红土荒漠化”等地质灾害。

华南红土区具有中亚热带优越的生物气候条件，是我国热带和亚热带经济及粮食作物的重要生产基地。由于该区雨量丰沛但时空分布极不均匀，洪涝与干旱并存，同时坡面分布广泛，加上长期对土地资源的不合理开发与利用，整个地区水土流失十分严重，其严重程度并不亚于黄土区。

据统计，长江流域以南的红土丘陵地区水土流失涉及琼、粤、桂、湘、赣、闽、鄂七省( 区 )，水土流失面积已达 220万平方千米，仅长江上游地区就达35.2万平方千米，水土流失区的土壤流失量高达15.6亿吨。

另据国家林业局统计，我国南方的湿润沙化土地分布面积达到0.88万平方千米，范围包括浙江、福建、江西、湖南、湖北、广东、广西、海南、贵州、云南、四川、重庆等12个省（区、市）的260个县（市、区）。

红土荒漠化是中国南方湿润区水土流失的一种重要形式。如东南沿海及江南丘陵山地区的花岗岩、红色岩系和红土分布区等生态脆弱带出现的土地荒漠化，其基本特征为基岩裸露和生态功能丧失，其中劣地式红层荒漠是通过表土层被流水侵蚀，造成红层基岩或其风化壳斑点状暴露作为开始，进而形成大面积的裸露的红层基岩或密集侵蚀沟的劣地式红色荒漠，俗称“红砂岭”或“牛肝地”。这些地区植被演替脱离湿润区的生态发展轨迹，形成旱生灌丛群落，并最终失去生物生产力，土壤含水量降低，有机质减少直至完全检测不到有机质，变成寸草不生的裸地。

红土荒漠化不仅造成大量的水土流失，而且也存在严重的地质灾害、水资源和水环境以及土地退化等问题，对区内的道路建设与养护、城镇建设、工农业生产和居民区安全也构成隐患。

“严重的水土流失，已严重影响了人民的生存环境，不仅危害人类的健康和生命，也严重影响了人类的生产和生活活动。加深对红土区地质灾害发育规律的认识，不仅能有效服务于区域的防灾减灾工作，而且对于国土资源的合理开发利用、城市建设和区域经济发展规划等提供科学依据。”胡健民表示。

加强现代化地质调查，促进人类对红土区自然资源的合理开发和利用

人地矛盾的解决，依赖于该区基础地质调查资料的支持，特别是对反映地区特点的自然资源和地质环境条件，综合评价地区资源环境承载能力的综合调查。

虽然，之前地质工作者曾对南方红土区进行过基础地质调查等多方面的区域地质工作，对红土区分布区的基岩和构造等基础地质有了清晰的认识，对长江下游流域的红土层的沉积结构和元素地球化学特征及成壤作用过程和古气候记录等也开展了大量研究，但是对于不同红土类型的划分和空间分布及其与之相关的生态环境问题方面的研究仍显不足，无法满足当前区域经济发展和生态文明建设对基础地质调查工作的要求。

自然资源部成立之后，地质调查工作积极拓展工作领域，将开展数量、质量与生态“三位一体”的多门类自然资源综合调查。不仅将针对山水林田湖草共同体，大力加强资源环境承载能力调查评价、监测预警和国土空间适宜性评价，而且将加强地球多圈层交互作用研究，提供地球系统科学解决方案。

傅建利说：“地球表层系统是一个相互作用的耦合系统，红土作为地球表面最表层的地质体，是深、浅部和人类及大气等圈层综合作用的结果。红土的形成演化既受母质基岩岩性控制，又受到气候的影响；同时，红土的发育受地表水圈和人类活动的影响，同时又影响地表水圈的演化和人类的活动。加强对地表红土层为重心的综合调查，深化对红土成因机理的认识，将对科学合理、绿色高效开发利用红土区资源有着重要意义。”

“地质力学所正在组织力量，从统一的生态系统整体角度，针对南方不同类型红土地层记录的热带亚热带地区古气候古环境演变过程、南方红土区水土流失和红色荒漠化等地质灾害发育规律、不同类型红土的理化性质和发育过程对地球表层系统的响应等三个方面开展地质调查和研究，为优化国土空间开发格局、构建可持续的山水林田湖草生态体系提供基础地质图件及科学理论依据。”傅建利介绍说。

 

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南方红土是我国热带、亚热带以各类岩石和第四纪松散沉积物为母质发育的红色风化壳, 也是我国分布最广的第四纪土状堆积。因此，南方红土大致可以划分为两种类型：一类是以第四纪松散堆积物为母质发育的红色风化壳，另一类是以各种基岩为母质发育的红色风化壳型。

加积型红土是以松散沉积物为母质的红色风化壳，一般称为南方红土，其中分布在长江中下游地区的加积型红土，主要包括网纹红土、下蜀土和成都黏土等。

风化残积型红土以各类基岩为母质发育的红色风化壳也可称为风化残积型红土，主要分布在长江以南地区。按照其母质的分布，大致又分为两个区域，第一个区域以碳酸盐岩为母质发育的风化壳，主要分布在我国西南的云贵高原、四川东部、广西、广东北部、湖南西部及湖北西部的岩溶山区，厚度一般较小；第二个区域以花岗岩、砂岩、变质岩、玄武岩为母质发育的风化壳，主要分布在我国华南的广大区域，厚度不一。

另外，在我国浙江、福建、广东等地的沿海岬湾地区的向岸风岸段台地上断续分布着一种红色、棕红色半胶结的中细砂风成沉积物，经后期风化，这些沉积物的上部呈红色、棕红色甚至出现网纹红土，地质调查中一般泛称这些砂质沉积为“老红砂”。