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    2018年10月1日,中国生态学学会组织“喀斯特石漠化治理、成效评估与发展规划”咨询专家组考察自然资源部果化岩溶石漠化野外基地。考察组由中国科学院傅伯杰院士、中国科学院大学常务副校长王艳芬教授、中科院昆明分院周杰书记、中科院东北地理所何兴元所长、中科院新疆生态与地理研究所陈曦所长、中科院华南植物院任海研究员、中科院亚热带农业生态所王克林研究员等10余名院士、专家组成。 

    自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所罗为群副研究员向考察组详细介绍了果化生态农业模式、岩溶区水土保持及土地整理和土壤改良等石漠化治理实践中取得的科学认识及经验,汇报了石漠化治理新阶段出现的新的科学问题。考察组重点考察了果化基地的科学试验区、监测站点和火龙果生态农业产业示范区,询问了基地在岩溶石漠化综合治理、水土漏失及旱涝灾害防治、生态农业产业开发等方面取得的研究进展。院士专家们高度赞扬了果化基地在岩溶石漠化综合治理、表层岩溶水调蓄利用、生态农业产业等方面取得的成果,评价其为西南生态治理与扶贫攻坚典型样板,建议继续深入开展科学研究与示范推广工作,更好为岩溶石漠化治理、生态建设与精准扶贫工作提供科技支撑。

    傅伯杰院士总结了果化基地科研示范推广工作响应“十九大”提出的“建设美丽中国”,真正做到了将“绿水青山”转变为 “金山银山”,同时希望果化基地进一步加大科技力量投入,争取建成国家级多功能岩溶生态试验与示范野外台站,为推进西南岩溶石漠化综合治理,构筑国土生态安全屏障,促进水土资源保护、生态建设和经济社会全面协调可持续发展提供科技支撑与成功样板。

                         

     

     
     
    中国科学院傅伯杰院士一行考察果化岩溶石漠化野外基...

    中国岩溶类型划分示意图

    桂林山水甲天下。而你可曾知道,在这美丽的山水背后,还有人类难以言表的痛。

    最近,荣获广西壮族自治区自然科学奖一等奖的《岩溶动力学与全球变化研究》,就把这些常人忽略的东西系统成为了一门科学。依托他们的这一科研成果,人类在喀斯特地区就可以避害趋利、化害为利,在贫瘠的土地上唱出欢乐的歌。

    站到世界最前沿

    在桂林,沿江看到的是奇峰林立、云雾缭绕,石芽、石林、峰林、溶沟、漏斗、落水洞让你目不暇接;走进地下溶洞沿地下河顺流而下,多姿多彩的石笋、钟乳石和石柱在灯光的照耀下,让你仿佛进入到梦幻世界。

    这里就是中国典型的喀斯特(岩溶)地形分布区。做为游客,你也许会不由地沉醉在如画的风景里。但做为当地居民,感受更多的则是这类地貌带来的诸多不便:“地无三尺平”不说,若远离江河,做饭洗衣的水都难以取得。

    因为在喀斯特地区,表层多为破碎的坡积物,而其基底是碳酸钙,在千百年的雨水侵蚀下早就成了“筛子”,根本存不住水。而且,这种情况还在持续且逐年加剧。

    在雨水的侵蚀下,喀斯特地区地表土地日渐贫瘠并加速了荒漠化趋势。对此,科学家称之为石漠化。

    我国石漠化土地面积到底有多大?中国地质调查局岩溶地质研究所《岩溶动力学与全球变化研究》给出了具体数据:我国岩溶区面积约344万平方千米,占国土面积的1/3 强,约占全球岩溶面积的1/6,是世界上岩溶分布面积最大的国家。其中,我国南方岩溶峰林地貌是举世公认的热带岩溶地貌典型模式。

    西南岩溶地区,还是世界上连片分布面积最大、岩溶发育最为强烈的典型生态脆弱区,也是我国贫困和环境退化问题最为严重的“老、少、边、山、穷”地区,石漠化、岩溶塌陷、干旱内涝、地下河污染等环境地质问题突出。

    如何解决西南岩溶地区的这些问题?自1987起,岩溶地质研究所就开始了持续研究。在袁道先院士的带领下,研究团队以地球系统科学思想为指导,先后在国家科技支撑计划、国家自然科学基金、广西自然科学基金、国土资源部重点科技项目、中国地质调查局项目、联合国教科文组织国际地球科学计划等几十项国际、国家科技项目的支持下,到2014年形成了国际公认的岩溶动力学理论。

    基于中国在岩溶地质研究领域的突出成果,2008年,联合国教科文组织国际岩溶研究中心在中国落户。

    从此,在岩溶地质研究领域,中国站到了世界最前沿,为国际岩溶地学的进步贡献了中国智慧。

    从此,在喀斯特地形分布区避害趋利、化害为利上,中国向世界提供了可复制的中国方案。

    绘制四大圈层运行图

    这一中国智慧的最大特点,就是改变了过去岩溶地质研究中单一以地质体为主要研究对象的思维方式,而是以地球系统科学思想为指导,将岩溶地区的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈作为一个完整的系统进行综合研究,总结出其内在运行规律,绘制出四大圈层运行图。

    利用岩溶动力学理论,人类发现岩溶动力系统是控制岩溶形成演化,并常受制于已有岩溶形态的,在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈界面上的,以碳、水、钙循环为主的物质和能量传输转换系统;建立了四大圈层间岩溶动力系统碳—水—钙循环概念模型和监测指标体系,研发了现场捕捉碳、水、钙行踪的现代监测和实验技术方法;揭示了岩溶动力系统的四大功能,即形成岩溶地貌、驱动元素迁移、调节大气温室气体浓度、高分辨率地记录全球气候变化;揭示了中国南方表层岩溶化过程与机制,以及对岩溶水资源的调蓄功能,并发现岩溶作用是短时间尺度的地质过程,且与地表生态过程关系密切。

    温室气体排放导致全球变暖,利用地质体固定大气中的碳一时成为国际前沿学科。岩溶动力学研究成果表明,岩溶地区其实就是最好的固碳场地。这一研究,在揭示出岩溶动力系统碳循环机制的同时,还初步估算出全球岩溶碳汇量为6.1×108吨/年,约占“全球遗漏汇”的1/3;在石笋古环境重建研究中,获得了16.3万年以来高分辨率的古气候记录,揭示了末次间冰期亚洲季风的起始时间、持时、转换及其太阳辐射驱动机制;发现了石漠化治理、水生生物固碳等岩溶动力系统固碳增汇新途径,从而开拓了全球环境变化研究新领域。

    而研究中的一系列思路创新和新发现,也为人类更深入地认识地球提供了全新的视角和启示。研究中,项目组创新性地提出了能够反映区域岩溶动力条件的“岩溶形态组合”方法,科学地划分全球岩溶动力系统及中国岩溶动力系统类型,进而成功地实施了全球岩溶地貌对比;发现内生成因CO2和水动力控制,并首次在野外观测到了水动力条件对钙华沉积速率的控制;率先开展了利用洞穴石笋开展古气候、古环境变化记录重建研究,使得当前石笋的时间分辨率达到了季,建立了新的时间标尺;发现了石漠化治理、水生生物固碳等岩溶动力系统固碳增汇新途径……

    这些中国智慧,得到了国际地学界的广泛认可。早在1994年,IGCP执行局主席、英国皇家学会会员M.Brown教授就专门撰文指出:“岩溶动力学理论是国际岩溶研究的核心理论。”

    2011年,国际著名《Science》期刊报道评价“桂林岩溶动力学研究团队是站在国际岩溶研究前沿的研究团队,其在岩溶作用与碳汇方面的研究对全球碳减排具有重要意义”。

    世界共享中国方案

    碳若排放到大气中,就会成为导致地球变暖的罪魁祸首,但若固定在大地和岩石中,就成了提升农作物品质的肥料。因为在这一转换中,无机碳变成了有机碳。

    利用这一机理,项目组在西南岩溶地区开展了变害为利的石漠化综合治理示范,有效推动了西南岩溶地区生态文明建设和精准扶贫。

    广西平果县果化镇就是其中一个点。果化示范区,面积1000公顷,2000年还是重度石漠化区,农民人均纯收入不足600元。2001年起,通过复合峰丛洼地立体生态农业模式以及一系列石漠化治理新技术的成功应用,该示范区目前植被覆盖率由不足10%提高到85%,农民人均纯收入增加到1万多元。

    广西马山县弄拉屯在开发表层岩溶水资源的基础上,通过对裸露石山环境进展综合治理,形成了以休闲旅游观光附加绿色农产品的生态旅游产业链,100多村民人均年收入10万多元,还带动周边村民2000多人就业……

    这些可被复制的治理模式,被新西兰、坦桑尼亚等6个国家引进并应用于本国的石漠化治理工作,让这些国家生活在石漠化地区的居民享受到中国方案带来的幸福。

    而这,只是项目解决石漠化地区经济社会问题、助推经济社会发展的一个侧面。在研究中,项目组立足科研服务社会、造福社会的宗旨,形成阶段性成果后就通过多种渠道向政府汇报,通过示范开展应用转化,极大地提升了科研成果的社会生命力。

    从宏观角度看,成果的应用转化还体现在以下几方面:

    成果的应用转化已上升为国家行动。西南岩溶生态系统研究成果,为国家《岩溶地区石漠化综合治理规划大纲(2006~2015)》提供了重要的科技支撑,有力支持了国家在“十一五”“十二五”期间实施的《岩溶区石漠化综合治理重大工程项目》。

    以南方表层岩溶带及表层岩溶水资源分布规律为指导,建立的表层岩溶水开发示范工程,支撑了广西岩溶区地下水开发利用,并在西南岩溶区得到有效推广。自1995年以来,先后在广西马山、都安、环江等20多个县实施水利工程项目100多个,解决20万余人的饮水困难,改善灌溉面积2万多亩。

    总结出中国南方岩溶形成发育的四大地域优势,使广西桂林、环江等七大南方喀斯特自然景观列入世界自然遗产名录,为岩溶地区贫困群众脱贫致富打造了金山银山。

    在上世纪80~90 年代,国际著名岩溶学家M.M.Sweeting(英国)、D.C.Ford(加拿大)在考察和了解了中国岩溶发育特征后预言:国际岩溶学新理论的发展将会在中国得到启示。如今,岩溶动力学理论体系的创立与应用,使这一预言成为现实。岩溶动力学与全球变化研究成果,将开创我国石漠化地区在新时代更美丽的未来。

    西南喀斯特再揭秘


    学科带头人:夏日元 研究员

    一、研究背景

      1、岩溶地区经济发展缓慢(贫困)、生态环境恶化,水资源未能有效利用是主导因素之一;

      2、岩溶地区孔、隙、缝、管、洞并存,岩溶地下水流运动规律复杂,时空分布极不均匀,导致水资源的调查、研究和开采利用都存在一定难度。

    二、社会需求

      1、岩溶水资源分布规律、控制因素、开发潜力亟待查明;

      2、岩溶水资源调控与有效开发利用优化模式有待建立;

      3、水资源可持续利用与生态建设、经济发展的协同途径需要探索。

    三、科技创新思路

      以地球系统科学为指导,以水土资源的有效开发利用为切入点,综合运用岩溶动力系统调查与监测、遥感(RS)与地理信息系统(GIS)一体化技术、地下水示踪技术以及物理与数学耦合模拟试验,开展岩溶地下水循环机制与水资源演化规律、不同岩溶环境类型水资源开发利用优化模式等研究,进行地表与地下水资源联合调蓄、节水灌溉和生态重建示范,探索符合生态环境良性发展的水土资源利用与农村生态经济可持续发展模式。

    四、技术路线

      1、通过水文地质调查,查明不同岩溶环境类型区地下水循环的主要过程与演化特征

      包括不同时空尺度(区域性与单元流域)下大气降水 、地表径流、地下水及生物的水循环全过程特征,相互转化规律与机制,水文循环演化对地下水资源的形成、变化的作用机制,岩溶水资源的控制因素与分布规律,岩溶水资源类型划分等。

      2、通过地下水动力试验和综合研究,提出岩溶地下水开发潜力评价的理论方法,进行岩溶水资源可持续利用能力评价

      包括多重岩溶含水介质结构与水流运动规律定量研究,非线性快速流、管道多相流等复杂水流运动的模拟与评价模型,表层岩溶带结构、功能与水循环机制研究,水资源可持续利用能力评价理论与方法等。

      3、通过地下水开发利用示范,建立不同岩溶环境类型区岩溶水资源有效开发利用优化模式。

      鉴于岩溶地下水资源在时空分布上不均匀,浅部涵水调节能力差,因地制宜,采取合适的水资源调节措施,堵洞蓄水、暗河截流、大泉壅水、钻井、大口井、斜井等多种开发方式相结合,是地下水资源有效开发利用的关键。对地表水与地下水联合调度、综合利用进行攻关,同时研究水资源开发利用与环境、社会、经济协调关系,探索水资源开发利用、生态环境保护和经济发展协同模式。

    五、工作开展情况

      1990-2002年,开展了“西南岩溶山区典型流域水资源保护示范”、 “西南典型石漠化地区地下水调查与地质环境综合整治示范”,国土资源部科技攻关项目“表层岩溶带调蓄与生态重建试验示范(20010303)”,国家科技攻关项目“广西岩溶区水资源有效开发利用研究与示范(2002BA901A13)”,广西科技攻关项目“热带、亚热带岩溶地区生态重建及桂中旱片治理技术开发(桂科攻0133001)”,原国家计委科技攻关项目“滇黔桂湘岩溶贫困区岩溶水有效开发利用规划建议与开发示范”等。

      2003—2015年,中国地质科学院岩溶地质研究所联合8省(区、市)地矿局和大专院校等30多家单位,开展了“西南岩溶地区地下水与环境地质调查综合研究”、“西南岩溶石山地区地下水及环境地质调查”、“西南岩溶地区水文地质环境地质调查”和“南方岩溶水文地质环境地质综合调查与整治示范”。

    六、工作进展与团队建设

      完成中国岩溶区1:25万水文地质调查78万平方千米,组织开展了岩溶区1:5万水文地质调查25万平方千米,查明了3066条岩溶地下河的分布,评价岩溶区地下水资源可开采量达600亿方/每年。组织实施了西南、华北岩溶区应急抗旱找水打井行动,施工探采结合井2300多眼,解决了520万人的干旱缺水问题。主持国际对比(IGCP)513“岩溶含水层与水资源”项目,创立了“五水”(大气水、地表水、土壤水、表层岩溶水、地下河水)循环模型,有力支撑了岩溶水资源合理开发利用。

      建成了“岩溶水文地质—桂林丫吉试验场”和“岩溶地下河系统—海洋寨底试验基地”国土资源部野外科学观测研究基地,通过人才培养与业务团队建设,在西南岩溶地区形成了600多名技术人员组成的稳定的岩溶水文地质环境地质调查研究队伍。

    七、成果应用

      2003-2015年,在西南岩溶地区,针对不同类型区水文地质特点和地下水开发利用条件,采取堵洞蓄水、暗河截流、大泉壅水、钻井、大口井、斜井等多种方式,开展了岩溶地下水开发利用示范。实施岩溶地下河和大泉开发利用工程12处,表层岩溶水调蓄20余处,开挖浅井50多口,岩溶蓄水构造钻探成井300多眼,解决了100多万人饮用水和50多万亩耕地灌溉用水问题。

      (1)贵州平塘县巨木地下河拦蓄和提引工程

      在巨木地下河出口处筑坝拦蓄地下水,形成库容63万立方米的地下水库,抬高水位20米,建设水电站1座。解决了塘边镇5000多人和10000头大牲畜的饮用水以及6000亩农田灌溉用水问题。促进了粮食产量提高,水稻增收90.0万公斤/年,油菜增产8.82万公斤/年,年经济收入145 万元。



    贵州平塘巨木地下河筑坝拦蓄工程

      (2)云南泸西盆地皮家寨岩溶大泉束流调压壅水工程

      在泸西县皮家寨大泉,采用防渗束流和调压壅水措施,建成引水自流灌溉工程,将泉口水位壅高4.4米,供水量6万立方米/日。既解决了泉口下游8000亩耕地的排涝问题,又解决了2000亩水稻、1000亩烤烟、1000亩除虫菊的灌溉用水困难,还改善了泸西盆地东部边缘25000亩耕地的灌溉以及东沟沿线15000人的生活用水条件。2011年,利用束流调压池建成了冷水鱼养殖场,年产值达到100多万元。



    云南省泸西盆地岩溶大泉束流调压壅水开发示范工程

      (3)广西都安峰丛洼地表层岩溶带调蓄工程

      在广西都安县三只羊示范区,在表层岩溶泉和坡面流汇集的山凹部位,分散修建蓄水池7处,采用滴灌技术,满足果树和药材基地的用水需要,建立了峰丛岩溶区立体生态农业模式和名特优果树基地。生态恢复与经济建设相结合,当地居民人均年收入增加了1200多元。



    广西都安县三只羊表层岩溶带调蓄水柜与药材基地

    八、学科带头人

      夏日元,男,1963年6月出生,博士,二级研究员。1988年起从事岩溶水文地质研究工作,长期担任岩溶资源研究室主任。近几年承担完成了“岩溶地区水文地质环境地质综合调查”、“南方岩溶水文地质环境地质综合调查与整治示范”、“西南岩溶石山地区地下水及环境地质调查”、“西南岩溶地区水文地质环境地质综合研究与信息系统建设”、“典型岩溶地下河系统水循环机理监测与试验”等40多项调查研究项目。在岩溶含水介质结构与水流运动规律定量研究、岩溶水资源评价和有效开发利用模式研究方面取得了新进展,为严重缺水贫困地区经济社会发展提供了技术支撑。建成了国土资源部野外科学观测研究“岩溶地下河系统—广西海洋寨底试验基地”,建立了岩溶水文地质调查研究方法体系。发表论文50余篇,出版专著4部。《广西峰林平原大农业与地下水开发示范研究》(2007年)、《碳酸盐岩缝洞系统模式及成因研究》(2013年)等成果获得国土资源科学技术二等奖。

      
       
    岩溶地下水循环机制与水资源可持续利用研究

    中国西南地区岩溶景观 资料图

    持续观测西南岩溶资源环境30余载

    中国是世界上碳酸盐岩分布最为广泛的国家之一,碳酸盐岩出露面积达125万平方千米,约占国土总面积的13%。其中,以云南、贵州、广西、重庆、四川、湖南、湖北、广东等省(区、市)组成的西南岩溶区,是世界上最大的连片裸露碳酸盐岩分布区,总面积达50万平方千米。然而,岩溶地质体在赋予大自然独特秀美风光的同时,也带来了石漠化、干旱、岩溶塌陷、湿地退化、水污染,以及岩溶地貌、洞穴、水、土等资源的可持续利用与保护等资源和环境问题。

    为破解岩溶区资源环境难题,1986年,在桂林市东部一片岩溶峰丛洼地中,地矿部中国地质科学院岩溶地质研究所(现为中国地质调查局岩溶地质研究所)选址建立了我国开展岩溶水文地质专项研究的第一个野外试验场——丫吉试验场,以中法科技合作为基础,借鉴国际先进经验,通过对典型岩溶泉流域的长期观测和建模,研究岩溶水运动规律。

    从丫吉起步,经过30余年建设,岩溶所已逐步建立起由一个主站和5个分站组成的西南岩溶环境野外科学观测研究站,针对岩溶关键带石漠化时空演变的控制因素及其资源环境开展持续观测、试验、研究与示范,目前已形成覆盖广西、贵州、云南、重庆、广州等地典型岩溶环境,涵盖10类30多个观测指标的岩溶环境观测网络。2019年,该站纳入自然资源部野外科学观测研究站管理序列。

    截至目前,该野外站建有3000多平方米的多功能综合科研实验用房、600多亩试验用地、23个专题试验场、208个表层岩溶泉等观测站点,配备了野外观测和室内分析试验仪器设备200多台(套),取得了一批基础观测数据。

    如今,西南岩溶环境野外科学观测研究站不仅是解决我国西南岩溶区重大资源环境问题的长期观测、试验研究与科技示范的基础平台,开展全球现代岩溶学研究、岩溶关键带监测试验的重要基地,而且还是联合国教科文组织国际岩溶研究中心、国际标准化组织岩溶技术委员会、岩溶动力系统与全球变化国家级国际联合研究中心开展国际对比研究、学术交流与培训的重要野外台站,为推动国际岩溶地质研究及岩溶学科创新发展提供了重要支撑。

    建成覆盖典型地貌区的岩溶关键带观测网络

    为探索解决岩溶地区重大资源环境问题的技术方法,岩溶所从地球关键带的视野出发,通过西南岩溶环境野外科学观测研究站建设,建成了覆盖典型岩溶地貌区的系统性岩溶关键带观测网络,对热带岩溶峰丛洼地、岩溶峰林平原、岩溶平原、岩溶槽谷、岩溶断陷盆地、亚热带岩溶峰丛洼地等岩溶关键带进行野外科学观测和研究。

    其中,广西平果热带岩溶峰丛洼地关键带野外观测研究站,主要开展岩溶关键带地质与生态过程、生态系统修复与保护、石漠化形成演化与综合治理等示范与监测研究工作,为实现我国西南岩溶地区石漠化综合治理的国家目标提供技术支撑和科技示范。

    广西桂林岩溶峰林平原关键带野外观测研究站建立在会仙湿地、寨底地下河、毛村地下河以及丫吉试验场S31岩溶泉上,以溶洞湿地生态系统内部的能量转换和物质运移(循环)为研究对象,通过开展地下水与地表水相互作用观测,进行典型溶洞湿地、岩溶石山景观脆弱生态系统的修复试验,揭示溶洞湿地生态系统的结构、功能和运行规律。

    重庆武隆岩溶槽谷关键带野外观测研究站,建有土壤水分运移试验场、岩溶碳循环试验场、石灰岩埋片溶蚀试验场以及径流试验场等综合性岩溶生态科技示范区,并设立了洞穴环境自动监测系统,对洞穴内主要环境要素进行长期、自动观测,以获取现代洞穴环境特征以及旅游活动对洞穴环境、景观的影响。

    云南蒙自岩溶断陷盆地关键带野外观测研究站点,选择岩溶断陷盆地的超大型地下河流域,开展水文、地质、气候、生态等一系列观测,研究岩溶断陷盆地岩溶动力系统的循环及其驱动机制,开展石漠化演变机理科学研究及其治理技术研发,以解决岩溶断陷盆地区重大资源环境问题和重大地球系统科学问题。

    贵州荔波亚热带岩溶峰丛洼地关键带野外观测研究站点,主要开展岩溶地下河流域水均衡和碳通量观测,通过水流与碳通量观测,认识森林生态系统调节水文的过程和增加碳汇的机制,并于1997年执行了国际地球科学计划“岩溶作用与碳循环”项目(IGCP379项目)。

    广州岩溶平原关键带野外观测研究站,从岩溶塌陷形成机理入手,围绕诱发(触发)岩溶塌陷的岩溶管道裂隙系统的水(气)压力突变过程的捕捉、地下岩土体变形监测和隐伏土洞形成演化过程的监测定位等关键科学问题,通过集成研发岩溶塌陷动力监测系统、岩溶土洞光电传感监测技术和地质雷达探测识别技术,有效破解岩溶塌陷地质灾害的监测难题。

    为岩溶区资源环境开发利用提供示范

    在对岩溶环境进行观测、研究的同时,西南岩溶环境野外科学观测研究站还开展了大量的探索与实践,推动开展岩溶资源环境开发利用示范。

    广西平果市果化镇龙何屯及周边山地,曾是桂西南石漠化程度最严重的区域之一,石漠化面积占土地面积的70%,植被覆盖率不足10%,森林覆盖率不足1%,生态环境脆弱,旱涝灾害频繁。石漠化已经严重威胁当地居民的生存和珠江流域的生态安全。

    平果站在此建立示范基地,持续20年对石漠化与水土流失等生态环境问题进行了系统性、创新性研究,探索形成的“果化模式”实现了生态、经济、社会效益三丰收:植被覆盖率增加60%,土壤侵蚀模数下降80%,水资源利用率增长5倍,土地利用率提高60%;形成了以火龙果种植为主的特色生态产业,并建立了以表层岩溶水开发为龙头的立体生态农业模式。“果化模式”及相关技术在西南八省300多个县40万平方千米岩溶区辐射推广,带动了西南岩溶区治理石漠化2万平方千米,指导30多个县实施土地整治500万亩;推动平果市开发生态产业,带动近20万人脱贫致富;推动百色市推广生态产业,辐射带动1000多万人脱贫致富。

    南方岩溶地区地表水系不发育,但地下却分布着3000多条地下河,开发利用率只有10%。桂林站通过开展水文地质自动化监测,在地下水循环机理、地下河系统结构特征、地下水流动规律与水循环转化机理等研究的基础上,实施岩溶水资源开发利用示范工程200多处,指导了100多个岩溶大泉、40多条地下河的水资源开发利用,使水资源利用率提高30%,并带动地方开发1300多条地下河,直接解决了岩溶石山严重缺水地区和贫困地区600万人饮用水困难,为2000多万人提供了饮用水源保障。

    被称为“桂林之肾”的会仙湿地,具有涵养水源、净化水质、调蓄洪水、维持碳循环的功能,是岩溶区特殊的、价值最高的生态系统。桂林站围绕岩溶湿地退化机制及湿地生态保护与修复问题,开展了岩溶水文过程、岩溶水化学、岩溶生物地球化学作用等研究,首次给出了岩溶湿地的科学概念,初步建立了岩溶湿地的分类体系和典型湿地生态模型,揭示岩溶湿地特殊的水—土—生物地球化学循环是生态功能的主要驱动机制。

    荔波站所处的茂兰国家级自然保护区是中国亚热带地区岩溶原始森林保护区,其生物多样性与同纬度其他类型原始森林有很大差异。保护区内超高的森林覆盖率和丰富的生物多样性不仅为西南岩溶地区生态环境恢复树立了标杆,也为石漠化治理提供了生物资源宝库。由于土壤缺失,这里的森林被称为“石头上的森林”,因此森林调蓄径流和促进碳转化的机理会有所不同。而这正是荔波站要解决的关键科学问题。该站开展的流域水均衡和碳通量研究,与保护区进行的人与生物圈和谐统一、林业资源调查、生物多样性保护、保护区管理等工作相互配合,对原始森林参与岩溶流域水循环和碳循环的机理进行研究。

    这些成功的案例,不仅为中国破解岩溶区资源环境难题提供了解决方案,而且还伴随着一批批到中国学习考察的国际岩溶学者的脚步走向了世界。其中,石漠化治理的“果化模式”,让新西兰、坦桑尼亚等6个国家生活在石漠化地区的群众,享受到了中国智慧带来的幸福。

    立足岩溶,走向世界。今后,西南岩溶环境野外科学观测研究站将进一步规范完善一站多点式岩溶关键带站网监测体系,推动不同岩溶关键带和资源环境治理模式与技术试验示范研究,构建全球岩溶关键带监测网络及信息共享平台、石漠化区生态修复与保护效果监测与信息共享平台,建成岩溶关键带资源环境可持续利用技术试验示范区、多类型石漠化生态修复示范区以及岩溶流域资源环境综合调控大型试验场,力争为破解全球岩溶地区重大资源环境难题作出更大的贡献。

    技术人员在广西平果热带岩溶峰丛洼地关键带野外观测研究站裸岩面径流小区测量水质。 胡兆鑫 供图 

    探寻岩溶环境的时空演变

    弄拉示范区内的金银花种植区

    “可把你们给盼来了!”

    近日,自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所所长胡茂焱和所党委书记、副所长蒋忠诚到广西壮族自治区马山县弄拉屯调研石山区乡村振兴对地质工作的需求。刚一下车,他们就看到李荣光期盼的目光。

    李荣光是弄拉屯的小组长,也是马山县弄拉旅游专业合作社的理事长。见到胡茂焱一行,他迫不及待地说起了当前合作社发展中遇到的一个个难题,特别是如何协调好旅游产业与自然保护的关系。

    “如何在新形势下处理好保护与发展的关系,正是科学研究的目标方向。”听到胡茂焱和蒋忠诚的话,李荣光紧张的心一下放松了。因为在近30年间里,他看到岩溶所为弄拉实现从温饱、脱贫、致富三级跳提供了一个又一个科学方案。

    石漠化地区的明星村

    弄拉位于广西大石山区,是典型的岩溶高峰丛深洼地石山区地貌。60年前的弄拉,四周被石头山环绕,“地无三尺平,山无三寸泥”。

    其实,这里曾经森林广布,村民也能自给自足,但由于上世纪五六十年代森林遭到毁灭性砍伐,村民赖以生存的泉水也干枯了,生存就成了大问题。村民们曾经想整体迁走。

    是搬走,还是留下?面对满目疮痍的山岭,上世纪八九十年代的弄拉屯小组长李义康带领全村人开始植树造林,制定了护林公约,开展了经济林种植的摸索。后经岩溶所等科研单位的帮助和资助,慢慢地,原来季节性水源变成长流水,绿水青山又开始重现了。

    依托良好的生态优势,弄拉开启了变绿水青山为金山银山的致富新模式——发展生态旅游。2008年,在李荣光的动员下,弄拉屯100多名村民成立了广西第一个旅游专业合作社。所有社员全部搬迁,统一建房居住,以土地承包经营权和林地量化入股参与开发经营合作社。

    弄拉的巨变,吸引了时任广西壮族自治区党委书记、区人大常委会主任郭声琨的目光。2010年5月,他在专程调研后指出,“弄拉新模式走出了一条生态保护和农民增收相结合的新路子。”

    2010年和2011年的全国两会期间,“弄拉模式”连续两次在中央电视台两会特别报道《又是一年春来到》节目播出,中央电视台、人民日报、农民日报等中央主流媒体对弄拉成功治理石漠化的经验进行了集中报道。弄拉从此闻名于全国,吸引了多个省区的干部、学生和群众到此学习生态恢复和石漠化治理的知识、经验、技术和措施。

    现在的弄拉,已成为我国岩溶山区生态恢复最成功的地区之一。不仅地里长满了枇杷、黄皮果等水果和金银花、两面针等药材,还形成了以竹子、任豆树、椿树等为主的石山区用材林,全屯森林覆盖率达90%以上,被游客誉为“喀斯特地貌区的香格里拉”。

    2015年以来,弄拉年均接待游客人数超过30万人次,餐饮收入和农特产品销售年均收入超过60万元。全屯贫困人口于2012年实现全面脱贫,弄拉居民人均可支配收入从2008年的3500元左右提高到2019年的2万多元。

    地质科研助力弄拉腾飞

    岩溶所对弄拉的关注始于1994年。这一年,中国科学院院士袁道先组织院士考察团深入石山腹地调查石漠化现状,到了马山县弄拉屯,发现其绿油油的景象与其他岩溶地区大面积光秃秃、白花花的石漠化面貌大不一样,于是带领科研人员开始了以形成可复制、可推广的石漠化治理模式为主线的石漠化治理研究。

    “我就是随着袁先生的脚步走进弄拉的。”蒋忠诚说。1995年以来,蒋忠诚带领的岩溶所科研团队以袁道先提出的岩溶动力系统理论为指导,在弄拉实施了国家科技支撑课题、地质调查和广西科技攻关等项目30余项。他们走遍了弄拉屯的25座山峰和4个弄场,开发利用表层岩溶泉6个,配套修建水柜、蓄水池8个共4000多立方米,年可利用水资源量超过4万多立方米,配套引水管2000多米,解决了弄拉屯的生活用水、农作物灌溉用水以及生态休闲旅游发展用水难题。而且,还发展了以青冈栎为优势群落的水源林,保障了表层岩溶泉的长流不断;修建洼地排水沟500多米,拦水坝100米,沉沙池6个,落水洞坊1个,基本解决了下弄拉洼地的排涝问题。

    项目组还与广西植物研究所和广西药用植物园合作,开发引进了大量适生名特优植物新品种。弄拉屯栽培的中草药品种也由当初的苦丁茶、金银花、木豆等几种,扩展到赤苍藤、绞股蓝、双勾藤、青天葵、黄精、吴茱萸等十几种。中草药种植也成为全屯经济发展的一大支柱。

    经过30多年的持续研究,岩溶所不但彻底弄清了弄拉屯适合种什么、怎么种的问题,而且帮助弄拉解决了植被修复、干旱缺水和洼地内涝等问题。依托这些研究成果,岩溶所针对弄拉地质地貌和生态特点形成了协调发展经济与保护生态的思路、模式和技术体系,为弄拉变生态优势为经济发展优势注入了动力,指导当地在生态保护中找到了合适的发展路径。

    弄拉模式走进千峰万弄

    蒋忠诚将弄拉模式总结为峰丛洼地立体生态农业模式:“山顶林、山腰竹、山脚果、洼地粮”。而弄拉模式的成功,则为我国西南岩溶地区石漠化综合治理提供了重要思路和经验。

    从2000年开始,岩溶所将弄拉屯的蓝靛堂泉作为评价岩溶地区生态水文效应的观测点,正式设立岩溶动力学监测站;2005年,他们又将弄拉建成国家科技支撑计划生态重建示范区,为全国岩溶峰丛洼地生态重建提供了样板。

    借鉴弄拉模式及其理念,岩溶所的生态团队相继在广西平果县建立了“果化模式”,在云南泸西县建立了“泸西模式”,均取得巨大成功。弄拉形成的表层岩溶水开发利用技术和生态产业技术,为西南岩溶山区岩溶水开发和脱贫攻坚工程提供了重要科技支撑,在今年四川凉山州和云南怒江州的脱贫攻坚中发挥了重要作用。

    如今,随着石漠化治理和发展生态经济系统研究的深入,岩溶所有关石漠化地区生态扶贫的科技团队不断壮大,研究内容也逐渐丰富。森林恢复后服务及经济功能提升、次生林生态系统与弄岗原始森林生态系统对比、森林正向演替促使岩溶作用呈现波动式增强、森林促进元素迁移和提高水文调蓄功能等成果,也渐次融入弄拉屯的发展中。当前,岩溶所正为在弄拉建设西南地区岩溶关键带和石漠化治理观测站作准备。

    “弄拉及其所在的西南岩溶脆弱环境区是我们科技创新的主战场,科研人员将继续围绕岩溶地区生态文明建设中遇到的问题开展观测和研究。”胡茂焱说。

     

    石漠化乡村的生态蝶变

    2020年7月17日,广西壮族自治区林科院一行10人赴自然资源部广西果化岩溶石漠化野外基地考察。

    果化基地负责人向考察组详细介绍了基地的科学试验与相关的科研进展。考察组先后考察了“火龙果+树仔菜”、“黄花梨+赤苍藤”等复合型立体种植试验区、水土漏失与防治监测站点,询问了岩溶所在石漠化生态修复技术研发、生态农业产业开发、石漠化综合治理等方面取得的研究进展,对岩溶所基地建设与科研工作给予了充分肯定,高度评价了岩溶所在石漠化生态保护修复、峰丛洼地复合型立体生态农业模式开发等方面取得的成果。同时,希望在石漠化生态修复与综合治理方面加强与岩溶所的交流合作,更好的支撑服务广西岩溶石漠化区生态保护修复、脱贫攻坚和区域经济社会可持续发展。

    广西林业局、百色市林业局相关同志参加考察。

    广西林科院一行到果化基地考察

    2018年10月8日的《人民日报》用整版篇幅刊载了“中国中小城市科学发展指数研究成果”,同时发布了2018年度全国中小城市综合实力百强县市名单。广西百色市平果县自2011年以来已经连续第八次入选该名单,最新排名为全国第83位,而且仍然保持着广西唯一一个上榜“全国百强县市”城市的记录。

    因为邓小平1929年发起的“百色起义”,平果县成为了意义非凡的红色革命老区;因为丰富的铝土矿等矿产资源,这里成为了全国举足轻重的有色金属产业基地;因为以火龙果种植等为代表的特色农业,这里又成为了我国西南地区石漠化生态修复助推产业发展、助力精准扶贫的典型范例。

    平果县为何能在短短时间里摘掉贫困帽,一跃进入全国百强县?这是该县积极调整产业结构、创新发展理念的必然结果。我们也要看到,在该县开展生态保护修复、推进资源型城市转型升级、打赢脱贫攻坚战的过程中,地质科技创新成果发挥了不可替代的引领作用。

    要知道,石漠化是我国西南岩溶区最为严重的生态问题之一,贫困和生态恶化的双重压力是制约当地实现可持续发展的主要因素。以平果县等为代表的石漠化问题严重的地区,如何才能突破自然环境的桎梏,在生态文明建设的实践中实现自身的蜕变?

    陡坡地种植生态经济植物苦丁茶对比图(平果示范区) 向悟生 摄

    洼地种植优质果树对比图(平果示范区) 向悟生 摄

    近日,由自然资源部中国地质调查局、广西科学技术厅、广西自然资源厅共同主办的“石漠化生态修复技术成果研讨会”在南宁落下帷幕。会议期间,与会代表就石漠化生态修复工作的成果和经验进行了交流。记者也随着众多专家的脚步,来到“果化模式”的诞生地——平果县果化镇石漠化生态修复示范区和国家重点研发计划项目太平生态示范区进行了野外实地考察,探寻推动石漠化地区可持续发展动力之源。

    科学研究助力产业发展

    “平果县果化镇龙何屯及周边山地曾是桂西南石漠化程度最严重的区域之一,石漠化面积占到了土地面积的70%。”据自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所副所长蒋忠诚介绍,自上世纪90年代起,广西石漠化面积以年均3.3%的速率高速增长,到2005年全区石漠化面积已经达到3.07万平方千米,不断恶化的生态环境不仅导致了耕地丧失、土地质量下降、水源枯竭、旱涝灾害频繁,还严重制约着岩溶山区经济社会的健康可持续发展,威胁着珠江中下游地区人民的生态安全。

    “广西岩溶地区的高速石漠化只是我国西南地区石漠化持续加剧的一个缩影。”蒋忠诚说,我国西南地区石漠化面积由1990年的9.12万平方千米增加到2005年的12.96万平方千米,引起的水土漏失、植被退化、岩石裸露以及每年一个中等县(约30万亩)耕地流失,导致了4200万人缺水和5000万贫困人口。

    据了解,虽然当时国家和地方采取了一系列治理措施,由于对西南岩溶的特点、区域石漠化成因及其形成演变规律以及石漠化对水土资源、生态环境和区域经济的影响机理和过程认识不清,尤其是缺乏有效的地下水探测与开发利用技术、适宜性生态重建技术和生态产业,人们的努力没有取得明显的效果,石漠化加剧、生态环境和区域经济恶化的严峻形势迫切地需要一套更为科学的治理方案。

    2001年以来,自然资源部中国地质调查局组织岩溶地质研究所等局属单位,联合中国科学院、相关高校和地勘单位等20多家单位联合攻关,以地球系统科学理论和岩溶动力学理论为指导,在以广西百色等为代表的西南岩溶区,针对岩溶峰丛洼地石漠化严重、缺水少土、旱涝灾害频繁、生态环境脆弱、居民贫困等问题和特殊岩溶地貌结构特点造成的“土在楼上、水在楼下”水土格局,提出了以“岩溶流域为单元-地质调查为基础-岩溶水开发为龙头-选择适生植物发展生态产业为突破口-人与自然协调发展”的石漠化综合治理科学思路和“试验先行-示范带动-辐射推广”的行动方略。

    10多年来,岩溶地质研究所在西南岩溶石漠化区组织实施了120多个地质调查项目及国家、省部级科技项目,累计投入经费约2亿元,取得了石漠化生态修复基础理论、技术研发、产业示范等方面的工作成果,建立了20处石漠化综合治理示范区,在支撑服务石漠化地区脱贫攻坚和生态文明建设方面取得了实效。

    “2001年,我们以果化镇龙何屯为中心,建立了果化石漠化生态修复示范区,这也是中国地质调查局建立的第一个石漠化生态修复示范区。”蒋忠诚介绍说,在科技部实施的“喀斯特峰丛洼地生态重建技术与示范”项目等支持下,科技人员在龙何屯引进火龙果并进行试种,很快就获得了成功。通过十几年的系统研究和实践,目前果化示范区已经形成了以火龙果种植为主的特色生态产业,建立了以表层岩溶水开发为龙头的立体生态农业模式,总结形成的一套可复制可推广的石漠化综合治理模式及关键技术体系——“果化模式”也已经在西南八省300多个县40万平方公里岩溶区辐射推广,取得了较好的生态、经济和社会效益。

    保留住脱贫攻坚的种子

    在果化石漠化生态修复示范区现场,岩溶地质研究所岩溶生态与石漠化室主任罗为群介绍说,火龙果具有耐旱耐瘠、根系发达、适应性强、管理粗放、经济效益高等特点,在石漠化地区发展火龙果产业,有利保持水土、改善生态环境,可收到农业增效、农民增收、石山增绿三重效果。他还向与会专家介绍了这样一组数据:

    自实施综合治理以来,果化示范区植被覆盖率增加60%,土壤侵蚀速率下降80%,水资源利用率增长5倍,土地利用率提高60%;石漠化区火龙果等生态产业经济效益由治理前的800元/亩提高到1.5万元/亩,农民人均纯收入由不足600元/年增加到1.8万元/年;平果县推广火龙果种植5万亩,直接经济效益7.5亿元/年;百色市推广火龙果种植20多万亩,年产值30多亿元,带动近20万人脱贫致富;带动西南地区治理石漠化2万平方公里,解决1500万人饮用水困难,指导30多个县实施土地整治500万亩;“果化模式”吸引西南八省干部和农民群众近20万人次前往考察学习,1000多万人间接受益……

    “我们的研究成果,可以说在推动百色市革命老区、广西乃至整个西南岩溶区石漠化综合治理与脱贫攻坚、生态保护修复与经济社会发展中发挥了重要的科技支撑作用。”罗为群颇为自豪地向记者说到。

    资料显示,广西共有28个国家级贫困县,其中有25个地处岩溶石漠化地区,“果化模式”无疑为这些县取得脱贫攻坚的胜利打开了希望之门。

    记者在位于平果县太平镇的贫困山区红色果业核心示范区了解到,该镇火龙果种植面积已达5000亩,目前正在进行万亩示范区建设规划。该镇镇长冯晓东说,科学种植火龙果已经成为了贫困石漠化地区农民增加收入的主要渠道,一方面,当地政府通过引进龙头企业、对农民种植进行补贴、鼓励成立农业专业合作社等方式,保证了农户的种植收入;另一方面,通过土地流转和到基地务工,农民又可以增加土地租金和劳务收入,“从多方面保障了当地农民的收入问题”。

    据了解,果化镇、太平镇等示范开展石漠化综合治理的村镇,均已在近几年先后全面脱贫。记者在采访中看到,不少农户家里已经盖起了新房。一位村民与记者闲聊时说道:“原来我们村(龙何屯)是下雨淹水、晴天大旱,石头山上除了种点玉米啥也不长,收成还不够一家人自己吃的。专家们来了后,村子里的石头山变绿了,下雨天村里也基本没再被淹过。而且,现在我们很多人都不再出去打工了,有种火龙果的,有在基地打工的,钱也不比在外打工挣得少。”

    回忆起十几年前刚到果化镇开展石漠化综合治理研究工作的情景,蒋忠诚也是记忆犹新。“刚来时,当地的村民确实相当贫困,烧的是柴火、牛粪,电也没通,玉米糊糊加辣椒面就是一顿饭。我们既要开展岩溶石漠化地区的地质调查和科学研究,也要想办法帮助当地人民脱贫致富。但一开始,当地村民对我们不够熟悉、不够信任,我们的工作推进得非常缓慢。”蒋忠诚说,在建设果化石漠化生态修复示范区的最初一段时间里,当地村民认为他们是来走马观花地做做“形象工程、面子工程”,因此几乎没有人出面支持他们,“就连项目组想付钱请村民们来帮忙搬运基建材料都没人来”。

    为了赢得当地村民的信任和支持,岩溶地质研究所的科技人员先是充分发挥专业优势,帮助村子里解决了用电、吃水、内涝等实际问题,而后又通过与村委会积极沟通协调,在村民中确定了第一批愿意“吃螃蟹”的火龙果种植示范户,这才算迈出了示范区建设的第一步。

    没过多久,从国外引进的第一批火龙果苗顺利入土了,看着一天天变绿的石头山,科技人员的眼中充满了期待。可新的问题又出现了:原来,当地盛产一种名叫“霸王花”的植物,与火龙果同种同属,外形也十分相似,但是只开花、不结果,无法给人们带来任何经济收入。当地不明真相的村民误将还没有长成的火龙果苗认为是霸王花,纷纷到地里拔掉了还在生长的火龙果苗,又重新种上了玉米。

    中国科学院广西植物研究所研究员李先琨回忆起这一段故事,也有点哭笑不得:“我们好说歹说,总算从村民们手中‘抢’过来几亩地没让拔苗。这几亩地里的火龙果苗,就像是石头地里的星星之火,保留住了脱贫攻坚的种子。第二年,这几亩‘星星之火’开花了、结果了,这才让村民们相信我们不是‘大忽悠’。”

    李先琨说,为了让火龙果真正成为石漠化地区贫困群众脱贫致富的帮手,项目组先后开展了岩溶石山火龙果栽培管理技术的系统研究与应用推广,内容涉及增强抗病抗旱性能、增加可溶性固形物(甜度)、与同属的霸王花嫁接、火龙果花粉储藏保鲜、适应性强品种培育、花果兼收等,不断提升了当地火龙果的产量、质量和附加经济价值。

    科学研究不能架在空中

    据了解,对石漠化的研究起源于1977年联合国召开的荒漠化大会,中国学者在会上首次提出:石漠化是荒漠化的一类。石漠化也被称作“地球癌症”,几十年来,全球众多国家相关行业的专家们不遗余力地开展相关研究,一直在寻找攻克这一“恶疾”的良药良方。

    1976年成立的自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所,是我国从事岩溶地球科学领域相关研究的专门机构,也是我国最早开展岩溶生态系统与石漠化治理科学研究的科研机构之一。几十年来,该所不仅形成了一大批原创性的理论、技术研究成果,为我国岩溶地区生态环境的改善提供了重要的科技支撑,也逐渐形成了以袁道先院士、蒋忠诚、罗为群等为代表的老中青三代梯队人才团队。

    “科学研究不能架在空中,要落到地里。”这是罗为群经常挂在嘴边的一句话。别看他只有38岁,却已经是岩溶生态与石漠化治理工作的“老同志”,我国西南广袤的岩溶山区到处都留有他的足迹。

    由于常年工作在岩溶贫困山区,罗为群对当地百姓生活的疾苦有着真切的体会。他深入农户,了解他们的困难和需求,向他们讲解石漠化、水土流失的危害,宣传推广先进的种植模式和经验,引导村民树立起治理石漠化和脱贫致富的信心。为了获取第一手资料,他在野外一直都与当地村民同吃同住,一边从事研究,一边深入田间地头,指导当地村民进行表层岩溶泉水开发和生态农业建设,手把手传授优质水果、药材、牧草等先进种植技术,耐心指导土地整理和土壤改良的技术方法。

    罗为群还兼任着果化石漠化生态修复示范区的项目野外临时党支部书记。果化镇龙何屯的一位村民告诉记者,不管是田边的排水沟堵了,还是地里的种植出现疑问,甚至是家中发生什么琐碎趣事,村民们有事没事总爱去找“罗书记”聊聊天。只要时间允许,罗为群基本都是“来者不拒”,他对记者说,野外临时党支部是联系群众的纽带,“我们带领当地农民脱贫致富,他们也会把我们当做家人一般对待”。

    罗为群只是岩溶地质研究所石漠化生态修复人才团队中的一个典型代表。据了解,该所近年来共承担了石漠化生态修复相关项目 120 多项,获得国家级国际合作奖 1项、省部级一等奖 4 项与二等奖 8 项,培养了自然资源部首批科技领军人才 1 人、自然资源部杰出青年科技人才 3 人、广西高层次人才 2 人,还培养了百余名研究生,获得专利 13项,注册商标 2 项,获批立项国家技术标准 4 项,编写了中国地质调查局地调技术标准 1 项、中国地质调查百项技术 2 项、中国地质调查百项理论 1 项,研发了技术规程 12 项,为制定相关地方和行业技术标准提供了科学依据。

    几十年来,这支队伍在岩溶地区石漠化综合治理研究方面也实现了重要理论创新和技术突破。

    据蒋忠诚介绍,在理论研究方面,团队创建了岩溶生态系统、石漠化、水土漏失理论和研究方法。首次提出岩溶生态系统概念、结构特征、驱动机制和主要功能,创立岩溶生态系统理论,开拓岩溶生态学研究方向,揭示全球不同类型岩溶生态系统的运行规律。明确石漠化概念及其分级,揭示了石漠化在加剧水土流失和漏失、减弱岩溶环境对降雨和地表水资源的调蓄能力、破坏植被、加速植物入侵速度、降低土壤质量、加深居民贫困等方面的危害,奠定了石漠化生态修复理论基础。

    在水土调蓄和生态重建方面,团队取得了关键的技术突破。形成了表层岩溶水综合调蓄技术、岩溶地下河水资源开发利用技术、岩溶石山景观生态型土地整理技术、岩溶土壤改良技术、岩溶石山火龙果栽培管理技术和人工诱导植被恢复等12项关键技术,为岩溶区水土调蓄和生态重建提供了技术支撑。

    此外,在石漠化生态修复和综合治理示范方面,团队将西南岩溶区划分为八大石漠化治理类型区,明确451个石漠化县,对各区提出因地制宜的石漠化综合治理对策建议。通过建立示范区和总结提出“果化模式”等,形成了可复制可推广的石漠化综合治理模式及其配套的关键技术体系,构建了“科研单位+政府+公司+农户+市场”的运作方式,为实施石漠化综合治理和水土流失防治工程提供了经验。

    当记者置身于平果县石漠化生态修复示范区,一眼望见那绿意盎然、绵延千亩的火龙果园,忽然意识到,当年的星星之火如今已成燎原之势,正要将石漠化地区人民的生活烧得愈发红红火火。

    石头地里的星星之火

    中国网5月24日讯(记者韩琳) 记者从昨天在广西南宁开幕的“石漠化生态修复技术成果研讨会”上获悉,自2001年以来,自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所在西南岩溶石漠化区组织实施了120多个地质调查项目及国家、省部级科技项目,累计投入经费约2亿元,目前已取得石漠化生态修复基础理论、技术研发、产业示范等方面的工作成果,在支撑石漠化地区脱贫攻坚和生态文明建设方面取得了实效。 

    石漠化是我国西南岩溶区最为严重的生态问题之一。贫困和生态恶化的双重压力是制约当地实现可持续发展的主要因素。参加此次会议的专家和地方政府的领导们认真研讨了石漠化生态修复技术的发展状况,展示了我国所取得的石漠化生态修复技术成果,并就石漠化生态修复工作的经验进行了交流。据会议主办方介绍,有关石漠化生态修复基础理论、技术研发、产业示范等方面的工作成果包括以下几个方面。

    一是创建岩溶生态系统、石漠化、水土漏失理论和研究方法。首次提出岩溶生态系统概念、结构特征、驱动机制和主要功能,创立岩溶生态系统理论,开拓岩溶生态学研究方向,揭示全球不同类型岩溶生态系统的运行规律。明确石漠化概念及其分级,揭示了石漠化在加剧水土流失和漏失、减弱岩溶环境对降雨和地表水资源的调蓄能力、破坏植被、加速植物入侵速度、降低土壤质量、加深居民贫困等方面的危害,奠定了石漠化生态修复理论基础。

     

    贵州省黔西南州贞丰县北盘江镇银洞湾村是典型的石漠化地区,这是当地农民开垦出来的花椒种植地。(韩琳 摄) 

    二是在水土调蓄和生态重建方面取得关键技术突破。形成了表层岩溶水综合调蓄技术、岩溶地下河水资源开发利用技术、岩溶石山景观生态型土地整理技术、岩溶土壤改良技术、岩溶石山火龙果栽培管理技术和人工诱导植被恢复等12项关键技术,编制技术标准10余项,为岩溶区水土调蓄和生态重建提供了技术支撑。石漠化生态修复成果获国家和省部级科技成果奖10余项。

    三是石漠化生态修复和综合治理示范取得实效。将西南岩溶区划分为8大石漠化治理类型区,明确451个石漠化县,对各区提出因地制宜的石漠化综合治理对策建议。建立20余个石漠化治理示范区,形成了可复制可推广的石漠化综合治理模式及其配套的关键技术体系,构建了“科研单位+政府+公司+农户+市场”的运作方式,为实施石漠化综合治理和水土流失防治工程提供了经验。

    会议期间,与会代表到广西平果县果化镇石漠化生态修复示范区和国家重点研发计划项目太平生态示范区进行了野外考察。

    果化镇龙何屯及周边山地曾是桂西南石漠化程度最严重的区域之一,石漠化面积占土地面积的70%。2001年,岩溶地质研究所联合相关单位,以果化镇龙何屯为中心,建立了果化石漠化生态修复示范区。通过十几年的系统研究和实践,果化示范区形成了以火龙果种植为主的特色生态产业,建立了以表层岩溶水开发为龙头的立体生态农业模式,“果化模式”及相关技术在西南八省300多个县40万平方公里岩溶区辐射推广,取得了较好的生态、经济和社会效益。

     

    贵州黔西南州贞丰县北盘江镇银洞湾村村民上山照看花椒。(韩琳 摄) 

    自实施综合治理以来,果化示范区植被覆盖率增加60%,土壤侵蚀速率下降80%,水资源利用率增长5倍,土地利用率提高60%。带动西南地区治理石漠化2万平方公里,解决1500万人饮用水困难,指导30多个县实施土地整治500万亩。石漠化区火龙果等生态产业经济效益显著,由治理前的800元/亩提高到1.5万元/亩,农民人均纯收入由不足600元/年增加到1.8万元/年。

    平果县推广火龙果种植5万亩,直接经济效益7.5亿元/年,带动近20万人脱贫致富。百色市推广火龙果种植20多万亩,年产值30多亿元。“果化模式”吸引西南八省干部和农民群众近20万人次前往考察学习,1000多万人间接受益。

    此次会议为期两天,自然资源部中国地质调查局党组副书记、副局长王研,中国科学院院士袁道先,自然资源部科技发展司,国家林业和草原局荒漠化防治司,广西科学技术厅、自然资源厅有关负责同志出席会议。中国地质调查局有关部室和直属单位,中国科学院有关研究所,广西自治区有关部门和单位,平果县人民政府,有关高校、地勘单位、企业相关负责人参加会议。

     

    贵州黔西南州关岭自治县板贵乡的火龙果种植园。(韩琳 摄) 

    中国网:地质调查服务石漠化生态修复 120个项目结出...

     

    岩溶地质专家现场研讨

    由贵阳市出发,沿着国道G60上省道S45,一路向南,车行近4小时,是贵州省平塘县。

    贵州省平塘县最近声名鹊起。因为这里建了迄今为止世界最大的单口径射电望远镜FAST工程。贵州大窝凼洼地是典型的喀斯特洼地,一大片漏斗天坑群,它就像一个天然的“巨碗”,可以架设望远镜,而且喀斯特地质条件可以保障雨水向地下渗透,而不在表面淤积,腐蚀和损坏望远镜。

    然而,却很少有人知道,这一全球聚焦的伟大的天文工程却是集中体现了岩溶地质地貌景观综合利用的最典型的范例。更少有人知道,岩溶地质地貌对所在区域经济社会发展产生的系列影响。

    在我国,岩溶地质地貌多分布于南方。包括云南、贵州、广西、湖南、湖北、重庆、四川和广东8个省(区、市)的部分地区,总面积达到78万平方千米。区内多为亚热带气候,湿热多雨。径流时空分布不均,丰水年和枯水年水量之比高达7倍之差。区域内极易发生洪涝或旱灾。

    从区位角度看,西南岩溶区为珠江和长江流域的补给和径流区。珠江流域和西江主干流贯穿该区域南部,主要支流有南盘江、北盘江、红水河、柳江、右江、左郁江等;而长江中上游位于该区域的北部,主要有大渡河、岷江、嘉陵江、乌江、沅江和湘江等。而这些区域恰恰是珠三角、长三角和西部开发的几大战略区域的汇集区,区域位置非常重要。

    相关专家表示,受地形、地貌和岩溶条件的控制,西南地区地表水和地下水在空间上分布极其不均匀,地表水具有支流少、切割深、坡降大等典型特征,对区域性供水十分不利;地下岩溶含水介质则以管道、大型溶蚀裂隙和溶蚀孔隙为主,具有极高的非均质性和各向异性特征。西南岩溶水系统范围较小,且分布分散,地表和地下水的分布、动态和转化特征完全不同于北方地下水系统,这也决定了开发利用条件和方式相较于北方更加复杂多样,应因地制宜,分类开发利用。

    (一)

    长期以来,西南岩溶地区亟待解决的水资源环境问题主要在4个方面:受全球气候变化和特殊岩溶地质条件影响,岩溶区干旱缺水严重,急需开展水文地质调查工作,查明水资源开发利用条件,为当地居民生活和经济发展提供必要的水资源保障。西南岩溶系统对水资源的调蓄能力较差,水土流失严重,导致岩溶石漠化,其综合治理需要水文地质和环境地质综合调查作为技术支撑。岩溶地区地下水质恶化,有部分地下河水质变差,给供水安全和当地居民健康带来安全隐患,急需解决地下水污染防治和水质保护问题。岩溶管道堵塞导致洼地排洪能力不足,岩溶内涝成为当地农村经济发展的制约因素。

    但是,随着城镇化及交通工程建设的快速推进,环境受到的影响也在日趋明显。

    中国地质调查局“岩溶地区水文地质环境地质综合调查”工程首席专家蒋忠诚表示,目前,西南岩溶面临石漠化、岩溶塌陷、植被退化、水土漏失、干旱、内涝、水污染等一系列环境问题。石漠化地区已经无土可流。且气候变化导致的地质灾害、生物入侵、地下水药物污染、作物连作障碍等新的生态环境问题也应高度重视。

    中国地质调查局地质科学院岩溶地质研究所资源研究室主任夏日元也表示,受全球气候变化和特殊岩溶地质条件影响,岩溶地区干旱缺水严重。

    数据显示,2009年秋至2012年,西南地区持续发生严重干旱,仅云南、贵州和广西有1900多万人饮水困难,1亿多亩耕地受旱,直接经济损失 250多亿元。截止2010年,贵州全省仍有1299.8万农村人口饮水不安全,其中水质不达标人口9.4369万人;全省耕地2358万亩,尚有1461.43万亩旱地无水浇灌。而在云南,2010年旱灾造成2702万人受灾,965万人、619万头大牲畜饮水困难,744条中小河流断流、564座小型水库和7599个小坝塘干涸,农作物受灾4740多万亩。在广西,饮水不安全人口1779.64万人,无灌溉设施耕地面积4330万亩;万亩以上岩溶旱区共有83片,总面积643.14055万亩,其中干旱片57片共464.45705万亩,既旱又涝26片共178.6835万亩。

    夏日元表示,岩溶地质的特点是既旱又涝,洪涝灾害频发,给人民生命财产安全带来了威胁,急需查明洪涝分布、规模、产生原因,提出洪涝灾害治理措施或方案。岩溶管道堵塞,洼地排洪能力不足,岩溶内涝成为农村经济发展的制约因素。同时,水土流失与石漠化问题严重。江河上游生态功能区石漠化治理、生态恢复与保护规划需要水文地质和环境地质综合调查技术支撑。目前,石漠化整体上呈改善趋势,已经由1999年11.4万平方千米减少到2015年9.2万平方千米,平均每年减少1.2%。但局部地区石漠化恶化现象严重。岩溶石山地区经济发展缓慢,居民生活困难,为西南地区主要的贫困分布地区。以水资源有效开发利用为龙头,以生态经济综合发展为模式,可以促进扶贫攻坚工作的进程。需要综合集成岩溶地质、水文地质、环境地质和农业地质等地质背景资料,建立水资源开发利用、经济发展和生态环境保护可持续模式。另外需要特别关注的问题是,国家重点生态功能区生态环境恶化。岩溶地下水污染越来越严重,地下河水质变差,给供水安全和人民生命健康带来了安全隐患。急需解决地下水污染防治和水质保护问题。近20年来,部分地下河水质变差,且岩溶地下水深埋于地下,污染具有隐蔽性,处理难度大。

    (二)

    在距离平塘县克度镇不远的地方,早在2005年,由中国地质调查局地质科学院岩溶地质研究所主导的巨木地下河开发示范工程就已经建成应用。

    巨木地下河为大小井地下河系统中游,发源于惠水县抵季乡和羡塘乡,于平塘县塘边镇巨木寨集中排泄。示范工程由地下水开发工程、洪涝洼地治理工程及农业种植3部分组成。其中地下河开发工程又包括了蓄水、提水和输水3个部分。

    平塘县国土资源局和平塘县水利局于2008年联合发布的关于巨木地下河示范工程成果应用评估报告中这样评价道:“地下河出口一下6000亩农田在有了稳定的灌溉水源后,可增收粮食90万千克/年。按照当地市场价格测算,仅农业生产一项就可以实现经济增收171万/年,其中还不包括地下河开发带动的其他经济收益。在巨木地下河流域中,利用石漠化治理地学模式对环境综合治理、石漠化综合治理取得了良好的社会效益、经济效益和环境效益,石漠化得到了有效的控制。”

    事实上,在超过10年的时间里,中国地质调查局地质科学院岩溶地质研究所一直为解决上述问题而努力。

    2003年~2015年,中国地质调查局地质科学院岩溶地质研究所联合西南8省地勘单位及有关科研院所、高校等30多家单位,开展“西南岩溶地区地下水与环境地质调查综合研究”、“西南岩溶石山地区地下水及环境地质调查”、“西南岩溶地区水文地质环境地质调查”、“南方岩溶水文地质环境地质综合调查与整治示范”计划项目,共完成1∶5万水文地质调查面积25万平方千米,综合地球物理探测90000点,岩溶洞穴探测60000米,水文地质钻探68000米。查明了工作区水资源开发利用条件,制订了岩溶水资源开发利用方案和地质环境综合整治区划。选择典型地段进行了岩溶地下水开发利用和生态环境综合治理示范,建立了地下水开发利用和生态环境综合治理模式,解决了620万人饮水困难,为西南岩溶干旱缺水区水资源合理利用、石漠化治理和生态环境保护提供了技术支撑。

    据蒋忠诚介绍,目前,正在实施的国家岩溶环境治理项目《岩溶地区石漠化综合治理规划大纲》(2006-2015) 是以县为单位,共有451石漠化县纳入规划,涉及面积105.1万平方千米,主要实行封山育林育草、人工造林、改良草地、人工种草、发展草食畜牧业、基本农田建设和配套水利水保设施“六大工程”。这一项目从2008年100个试点县算起,到2014年已经扩大到314个县,石漠化治理区面积7万平方千米。中央财政共投入77亿元。云南、贵州、广西、四川、湖南、湖北、重庆、广东石漠化分布的8省区自2000年到2015年石漠化共减少21502平方千米。50%的区域植被覆盖度增加,植被覆盖率提高了6.22%,森林覆盖率增加10.29%。金银花、花椒、火龙果、文山三七等生态种植业得到培植与发展,也带动了很多地区生态旅游产业的兴盛。岩溶水开发工程解决了1000多万人的饮水和一些耕地的灌溉问题。促进了新农村建设的开展;形成了一批综合治理有效模式和经验。

    另据了解,而在其他生态环境治理方面,国家也投入了相当大的力度。21世纪以来,在西南岩溶区还实施了退耕还林工程,长江、珠江防护林工程,“长防”和“长治”工程、“珠治”试点工程,以及国土资源大调查、国家科技计划、抗旱打井工程,各省的土地整理工程等。

    当前,中国地质调查局地质科学院岩溶地质研究所已经形成了6大特色业务,并且成果迭现。一是创立了岩溶动力学。将全球气候变化引入现代岩溶学研究,认识到岩溶作用具有短时间尺度特点,在全球碳循环中具有重要意义。石笋气候变化记录研究达年际精度,解释了岩溶碳循环的主要过程与碳汇稳定性影响因子,提出了人工固碳增汇新途径,可为应对气候变化及实现碳减排做出潜在贡献。二是岩溶生态理论与技术支撑石漠化治理。查明了中国西南石漠化分布、成因、演变及危害,明确了显著石漠化的县域和八大典型区域。建立了广西马山弄拉、平果果化等综合治理示范基地,率先阐明岩溶生态系统、石漠化、水土流失的概念和评价方法,创建了石漠化综合治理模式和技术体系,为岩溶生态修复和精准扶贫提供依据。三是岩溶地下水资源调查为饮水安全提供保障。针对岩溶地区干旱缺水问题开展水文地质综合调查研究,查明了岩溶地下水分布规律和开发利用条件,建立了岩溶地下河系统水循环理论,提出岩溶地下水有效开发利用模式。为岩溶石漠化、地下水污染等环境地质问题治理提出有效措施,探索了水资源利用与生态恢复、经济发展协同途径。通过示范推广直接服务于脱贫攻坚,为饮水安全提供保障。四是岩溶塌陷调查服务岩溶区城镇化和重大工程建设。针对具有隐蔽性和突发性特点的岩溶塌陷地质灾害问题,开展岩溶塌陷调查评价、监测预警和早期识别技术研究,形成中国岩溶塌陷调查评价技术方法体系,为岩溶地区城市规划建设、新型城镇化建设和重大工程建设的地质环境安全提供有力保障。五是岩溶景观与洞穴调查研究支撑世界遗产保护。建立完善了岩溶景观与洞穴发育演化理论和评价方法体系,完成20多处世界遗产、地质公园申报,为岩溶地质遗迹保护和开发利用、生态文明建设和脱贫攻坚提供科技支撑。六是油气藏岩溶储层研究助力油气勘探与开发。以塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地及渤海湾盆地为研究对象,建立不同地貌单元岩溶发育模式与地震形影模式,研究古岩溶发育分布对油气岩溶储层的控制,建立了碳酸盐岩岩溶储层形成与演化地质模式,实现了对油气聚集有力的岩溶储层预测,对碳酸盐岩油气勘探与开发提供地质理论依据。

    (三)

    中国地质调查局地质科学研究院岩溶地质研究所所长刘同良表示,岩溶地区资源环境问题突出,制约着经济社会的发展。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。当前,岩溶研究面临一系列科技创新方面的挑战。比如,如何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;如何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;怎样考虑古纬度和古气候对古岩溶形成的影响;如何深入探索微生物对深部碳酸盐岩岩溶形成的作用;如何系统梳理和总结我国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;如何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,服务国家需求等等。

    夏日元表示,事实上,从解决问题的具体层面,岩溶环境治理也取得了部分重要的科技创新成果。一是建立了岩溶环境监测研究技术体系:自动化监测仪器,自动化监测站,便携式监测仪器。岩溶环境条件、水化学、碳循环观测和试验;岩溶塌陷自动化监测;查明了21世纪以来石漠化环境演变规律。石漠化面积由逐年增加演变为下降,总体趋势好转;区域发展不平衡,局部地区石漠化进一步恶化。二是查明岩溶作用驱动元素迁移,形成特殊岩溶环境。从岩溶动力系统驱动元素迁移的角度,揭示了岩溶环境富钙、偏碱的特点及其制约土壤营养元素的有效性、影响植物和农作物生长的规律,成为因地制宜选择适生树种治理石漠化的理论基础。三是揭示了岩溶环境的空间异质性。但从更高层面来看,岩溶环境研究科技创新仍然面临诸多尚未解决的问题。比如区域生态功能没有形成;多数生态产业缺乏持续性;水土漏失没有得到治理;缺水困难没有根本解决;对新的环境问题缺乏对策等。仅就西南岩溶生态脆弱区地下水而言,水文地质具有岩溶发育与控制因素的复杂性、岩溶分布的非均一性、岩溶含水介质多重性、岩溶水流的多相性、动态变化的剧变性、水资源开发的调节性等特点。由此,解决岩溶地区地下水资源环境问题,必须首先解决天然水资源量大,开发利用率低的问题。目前,西南岩溶地区地下水可开采资源量534亿立方米/年,现开采量仅66亿立方米/年,开发利用潜力巨大。

    目前,中国地质调查局地质科学院岩溶地质研究所针对不同类型区开发条件,提出了堵洞成库、建柜蓄水、抽水调节和束流壅水4种岩溶地下水有效开发利用模式,通过示范推广,直接服务于脱贫攻坚。拦截地下河形成地下调节水库5座,地表溶洼成库2处,钻探成井300多眼,表层岩溶水调蓄20余处,开挖浅井50多口,应急抗旱打井2800多口,解决了620多万人饮用水、100万多亩耕地的灌溉用水问题。例如,岩溶峰林平原区开发利用浅层地下水与节水生态农业模式。利用峰林平原浅层岩溶化强、储水性和透水性好的特点,在农作物需水的干旱季节,开采地下岩溶径流带水资源,形成调节空库容,雨季来临后通过天然降水入渗而恢复地下库容;通过喷灌、滴灌、移动式灌溉等节水灌溉技术的应用,提高水资源利用率。宾阳县黎塘镇谢村桥美示范区,通过开发表层岩溶系统地下水,建设以蔬菜为主的高效农业基地,年产值达1300多万元,增收20%~30%。再如溶丘洼地区堵洞引水与庭院经济模式。在地下水补给区的高位洼地,选择岩溶管道集中发育的部位,堵洞形成地表——地下联合水库;径流区开凿隧洞,拦截地下河,引水灌溉和发电。贵州省巨木地下河岩溶水开发示范工程。在地下河出口处筑坝拦蓄地下水成库,库容239.2万立方米地下水库、300立方米的高位蓄水池、水轮泵站。解决了区内5000余人和10000余头大牲畜的饮水、缓解了6000余亩农田缺水灌溉。

    (四)

    不可否认,所有环境地质问题都与人有关。所以,一切地质环境研究都必须“以人为本”。

    国家发展研究院瑞意高等研究所城市与环境学院土地科学中心蔡运龙教授就表示,岩溶地区的地质环境当前面对诸如岩溶区地下水循环转化、岩溶地下水污染、水土流(漏)失与石漠化、石漠化综合治理与生态修复、岩溶生态脆弱区水资源开发利用等多个问题,但可以更广义地归纳为两大问题:即石漠化治理模式的可推广性和石漠化治理模式的可持续性;退化土地生态重建的社会工程途径。但是,必须意识到,生态系统退化表面上是生态环境问题,归根结底是社会发展问题,要从社会经济方面寻求根本的解决途径。只有社会经济发展了,才能改变“土里刨食”那样对土地(生态系统)的严重依赖,进而解除人类活动对生态系统的干扰。

    他认为,欲使农村人口尤其是岩溶分布区的农村人口摆脱掠夺土地(生态系统)的状况,需要提高人口素质,掌握其他的生存和发展手段。教育与培训的作用至关重要。生态修复工程项目的投资不要只用在“地”上,而需要把更多的财力和科技投入到“人”的能力建设上。

    当岩溶地区遭遇科技克星