岩溶植被的脆弱性
随着农业用地的扩张和大量使用化肥农药，引起地下水中硝酸盐、硫酸盐浓度升高和杀虫剂、六六六、DDT等含量显著增加，造成地下水水质恶化。工业化和城市化发展产生的“三废”，引起岩溶水的酸化以及水中氮、磷酸盐、氯化物、硫酸盐、重金属、有机溶剂、大肠菌群等污染物增加，造成污染。地下水污染问题早已引起了全世界的关注，同时也推动了地下水脆弱性概念的发展。在寻求解决地下水污染的方法的过程中，1968年Margat首次提出地下水脆弱性的概念，最初的定义称为“地下水对污染的脆弱性”[14]。之后许多学者从不同的角度给“地下水脆弱性”以新的定义。
Albinet与Margat(1970年)认为地下水脆弱性是在自然条件下，污染源从地表渗透与扩散到地下水面的可能性。Olmet与Rezac(1974年)则认为地下水脆弱性是地下水可能遭受危害的程度，这种危害程度由自然条件决定，而与现有污染源无关。
Vrana(1981年)则这样定义地下水脆弱性：地下水脆弱性是影响污染物进入含水层的地表与地下条件的复杂性。Villumsen等于1983年给予地下水脆弱性这样的定义：地下水脆弱性是应用中的或废弃于地表的化学物质对地下水的危害性。关于定义地下水脆弱性所应该考虑的因素，许多学者都提出了自己的看法。Vierhuff等于1981年认为定义地下水脆弱性离不开以下两方面：一是包气带的保护能力；二是饱水带的净化能力。他们进一步提出定义地下水脆弱性应着重考虑以下3个因素：含水层类型，含水层在水文地质循环中的位置，包气带性质。Gppsens与Vandamme于1987年在定义地下水脆弱性时，以同等重要的程度看待静态与动态因素。Klauco于1987年认为描述地下水流的变量是影响地下水脆弱性最重要的因素，而Friesel于1987年则认为补给量是至关重要的。Johnston于1988年认为地下水的脆弱性由地下水流系统，水文地质结构和气候3个要素确定。在1987年的“土壤与地下水脆弱性国际会议”上，专家们结合影响地下水脆弱性的内外因素提出了不少定义方式。一些学者给出了直接定义，一些学者则只是提出了定义地下水脆弱性应该考虑的因素。Foster认为地下水污染是由含水层本身的脆弱性与人类活动产生的污染负荷造成的。在此基础上，他提出了“含水层脆弱性”这一术语。
近十年来，大多数学者主张在定义地下水脆弱性时应该结合考虑含水层本身的易污染性和人类活动与污染源的影响。Bachmat与Collin认为地下水脆弱性是地下水质对现在或将来有害于地下水使用价值的人类活动的敏感性。他们进一步建议地下水脆弱性应该用特定化学成分相对于特定人类活动的浓度变化来表示。Sotnikova与Vrba则从水文地质的角度来考虑脆弱性问题，他们指出水文地质系统的脆弱性是这个系统对从时间和空间上影响它的状态与性质的外部(天然与人类活动)冲击的处理能力。Vrba于1991年将时间尺度引入到地下水脆弱性定义中。他认为地下水脆弱性相对人文历史时期来说是地下水系统的一个不变的本质特征，它依赖于这个系统消化自然演化和人类活动影响的能力。Plamquist于1991年这样定义地下水脆弱性：地下水脆弱性是人类活动或污染源施加于地下水的一种危险性度量。他同时指出，如果没有污染源与人类活动存在，即使最易污染的地下水也不可能受到污染，因而脆弱性就无从谈起。美国审计署于1991年应用“水文地质脆弱性”来表达含水层在自然条件下的易污染性，而用“总脆弱性”来表达含水层在人类活动影响下的易污染性。美国国家科学研究委员会于1993年给予地下水脆弱性如下定义：地下水脆弱性是污染物到达最上层含水层之上某特定位置的倾向性与可能性。但与此同时，这个委员会将地下水脆弱性分为两类：一类是本质脆弱性，即不考虑人类活动和污染源而只考虑水文地质内部因素的脆弱性；另一类是特殊脆弱性，即地下水对某一特定污染源或污染群体或人类活动的脆弱性。
国内关于地下水脆弱性的研究开始于20世纪90年代中期，因而“地下水脆弱性”这一术语在国内出现的较晚。目前，国内学者引用水源地卫生防护条件评价的经验，多从水文地质本身内部要素的角度来研究地下水的脆弱性，因而多是研究地下水的本质脆弱性，至今尚没有明确的“地下水脆弱性”定义，定义多引用外文资料[15]。
本书所研究的也着重是岩溶水的本质脆弱性，主要由水文地质内部因素和其他相关的地质环境因素所决定。
岩溶地区由于存在地下空间及水文网，大气圈、水圈、生物圈都具有地表、地下双层结构特征。随着人口的快速增长，人类不合理的活动带来了一系列特殊的环境地质问题，如：石漠化、水土流失、旱涝交替、地面塌陷、矿坑突水等。以上不同类型的环境地质问题，均从不同侧面反映出了岩溶地块的高度渗透性。这种特性，使得地表的各种物质能够顺畅地进入到岩溶水赋存空间中，引起岩溶水的污染，这是岩溶水系统脆弱性较高的本质原因。
岩溶水的脆弱性，除了与岩溶含水层本身的固有水文地质属性有关，上覆岩土层地质特征(岩性、结构、厚度、透水性能等)、含水介质特征、地形地貌、岩溶水补给量以及植被覆盖度等也是起决定作用的自然因素。同时，不合理的人类活动对岩溶水脆弱性的影响也不容忽视。
岩溶含水层的盖层条件对岩溶水脆弱性的影响非常显著。岩溶含水层的上覆盖层通常为以下几种类型：一是固结的岩层；二是松散土层；三是处于裸露状态的岩溶包气带多空隙岩层。另外还有介于三者之间的过度类型。在岩溶含水层裸露情况下，大气降水、地表水容易通过落水洞、漏斗、竖井等通道集中灌入地下，在岩溶水获得补给的同时，当有污染源存在，也易造成岩溶水的直接污染。20世纪80年代，人类对工业“三废”随意排放，有的固体废弃物堆放场就选择于裸露的岩溶洼地中，而落水洞往往成为废水排泄口。如昆明化工厂，酸碱废渣、废水堆放场位于地表溶沟、洼地、落水洞发育的岩溶水补给区，对距堆放场最近的开采井取样分析，其水化学类型为SO4·HCO3-Ca·Na型， 含量最高达236.07mg/L，是该地区浅循环岩溶水平均含量的16倍，Na+含量为88mg/L，远远高于该地区浅循环岩溶水的化学背景值。而表层泉域多处于裸露或半裸露的岩溶石山区，岩石、水、生物和大气四圈的密切交互带，表层岩溶水与外界环境联系最为密切。所以它们都与外界水交替迅速，对外界影响非常敏感，水质变化频繁。岩溶含水层上覆岩层或松散土层，且它们的渗透性差的地区，岩溶系统的开放程度较低，地表水、大气降水对岩溶水系统的垂向入渗补给量减少，并且上覆盖层能够通过过滤、吸附等物理、化学作用，降解渗流污染物的浓度，有利于保护岩溶水。很多国家和地区的地下水脆弱性评价工作中，将含水层上覆土层和其他弱透水地层的厚度作为评价地下水脆弱性的重要特征参数，认为土层越薄，地下水的脆弱性越高。如：爱尔兰把岩溶分布区上覆土层厚度小于30m的区域都划为脆弱性极高的类型。我国西南岩溶石山地区是我国岩溶塌陷灾害重点发育区，仅广西、云南、贵州、四川和重庆5个省市区就发生岩溶塌陷859次，占全国的78%。研究表明：可溶岩中的岩溶发育情况、覆盖层性质以及水动力条件是控制岩溶地面塌陷形成的主要地质环境因素，而其中覆盖层的厚度和物理性质是关系到是否发生岩溶塌陷的关键因素。通常情况下，上覆盖层愈厚，透水性愈弱，则塌陷发生率愈低。塌陷一般都分布于上覆土层厚度小于30m的地段，在昆明地区的翠湖、海口、大板桥发生的岩溶塌陷，塌陷区上覆土层厚度一般为 0～10m。据对广西地区 614 处岩溶塌陷调查，76.55%的塌陷点位于上覆土层厚度为0～6m的岩溶区，94%的塌陷点出现在上覆土层厚度小于10m的地段。当然，岩溶塌陷的产生与否，还与土层的物理性质有很大的关系，有的地区尽管土层不厚，并未因此出现塌陷。岩溶塌陷不仅毁坏农田、公路和建筑物等，造成巨大经济损失，还可能使地表污染物直接进入地下，造成岩溶水的严重污染。岩溶塌陷造成的突发性岩溶水污染事故，如果不能被及时发现和处理，将会很快地造成岩溶含水层的大面积污染。如昆明肉联厂，因岩溶塌陷，位于塌坑旁排污沟中的废水，通过岩溶管道直接灌进岩溶水中，造成岩溶水中总硬度、细菌、三氮、Fe、Mn、COD等物质超标，污染了饮用水水源。因此，岩溶含水层上覆的土层和其他弱透水地层的厚度对岩溶水脆弱性影响最大，上覆一定厚度的土层和其他弱透水地层既能对污染物起到阻隔和过滤作用，还会降低岩溶塌陷产生的可能，从而保护下伏岩溶含水层。如果上覆盖层渗透性好，往往容易与下伏岩溶含水层发生水力联系，脆弱性也随之增高。
岩溶含水层的赋水空间类型及透水性对岩溶水脆弱性的影响也很显著。暗河、大泉系统岩溶含水层分异溶蚀突出，岩溶发育不均匀，地下溶洞、管道发育。降水既可以通过溶隙成面状入渗补给散流层，再汇入溶洞管道流；也可以通过落水洞、天窗、脚洞形成点状补给，直接灌入补给溶洞管道流。溶洞管道流流速极快，岩溶水的净化能力弱。如开远南洞暗河，其水中的细菌总数、大肠菌群以及Fe、Mn等污染指标，雨季含量明显高于旱季，与地表水相似。反映出溶洞管道流与大气降水、地表水联系密切，降水和地表水极易将地表的各种污染物带入到岩溶水中。溶隙扩散流主要分布于岩溶含水层被非可溶土(岩)层覆盖或埋藏、均匀溶蚀为主的岩溶盆地、槽谷、大型洼地底部和平原区，岩溶发育相对均匀，网状管道、溶隙为岩溶水的赋存及径流空间。岩溶水主要从裸露型岩溶含水层侧向径流及其他含水层(带)的越流获得补给，以二维平面渗透流的形式运动为主，岩溶水往往以泉、渗流带的形式排泄。由于溶隙扩散流岩溶水系统的开放程度远不及溶洞管道流系统，与大气降雨等自然和人为的环境因素联系相对较弱，卫生防护条件较好，不易受各类污染源的影响，其水化学组分较稳定，季节变化不明显，岩溶水的自净能力也较强，水质普遍较好。此外，一般往往随着岩溶水埋藏深度增大，水化学环境条件趋于封闭，水交替逐渐迟缓，其脆弱性会有所下降。
岩溶水的脆弱性与地形地貌条件有一定的关系。一般而言，地表水容易汇集的地区，同样易于聚集污染物，岩溶水容易形成污染；地表水快速径流的地区，污染物不易下渗污染岩溶水。此外，由岩溶山区到盆地、河谷底部，一般岩溶水从补给、径流区向排泄区运移，随着水力坡度减小，岩溶水径流沿程排泄，径流速度逐渐减缓。补给区水交替强烈，污染物能够很快被淡化和带走，岩溶水化学成分含量较低。而岩溶水的排泄区，往往是地形较平坦或较低洼的地带，岩溶径流逐渐汇集，水交替较缓慢，随着各种化学成分的积累，岩溶水中大部分化学成分含量往往较高。如云南泸西岩溶盆地，周围裸露型岩溶山地补给区，岩溶水水质较好，多为良好和较好级；盆地底部平坝覆盖型岩溶排泄—径流区，水质以良好为主，少部分为较好；下游裸露型岩溶河谷集中排泄带水质较差，主要因为地表水大量转化为地下水，受污染严重，大部分岩溶水已不适宜饮用。反映出在岩溶水的溶解与搬运作用下，污染物质逐渐向下游累积的趋势。
岩溶水补给量对其脆弱性也有一定的影响。大气降水是西南地区岩溶水的主要补给源，年降水量一方面决定着岩溶水系统中水及其溶解组分的输入和输出量，引起水质的变化；另一方面也影响岩溶水的开采量，一般情况下，丰水年岩溶水的人工开采量会减少，而枯水年由于岩溶水天然排泄量减少，人工开采量增加，水位降幅增大，受污染的机会也相应增大。
植被覆盖情况对岩溶水脆弱性的影响主要表现在两个方面：一方面，植被系统能够拦截滞留大气降水，减少地表径流，增加大气降水对岩溶水的有效补给，且与植物相关的根系通道、动物通道、结构性孔隙等在岩土体中形成的相对稳定的大孔隙系统还可以显著优化岩溶水的补给条件，增加渗入补给量[16]；另一方面，植被生态系统养分循环的各个过程能够过滤、吸收或吸附各种营养元素及污染物质，减少细菌数量，保护和改善水质，并减轻因水土流失造成的岩溶水污染。
不合理的人类活动对岩溶水脆弱性的影响主要是通过破坏生态地质环境来实现的。如：西南岩溶石山地区生态环境脆弱，有约25.03%的面积属于石漠化地区，从20世纪80年代至90年代末，西南岩溶石山地区的石漠化平均每年净增1650.26km2。岩溶生态环境的恶化，对岩溶水的脆弱性影响主要表现在以下几个方面：①植被涵养水源能力下降，地下径流变化幅度增大，表层岩溶泉流量减少或枯竭；②水土流失加剧，导致土壤颗粒及其所吸附的营养元素和农药易于转移到水中，既污染了水质又造成土壤肥力下降；③破坏土壤层，土壤层中的植物根系能够通过微生物、化学或物理作用有效的吸收和分解污染物，缺失土壤层，损坏了能够缓解和降低污染物浓度的过滤层，使岩溶水容易遭受污染。
为给岩溶水源地的合理开发利用和保护提供确切的地质环境依据。本书尝试以岩溶水源地类型为单元，综合考虑岩溶水源地的本质因素和人为因素，将岩溶水源地脆弱性等级相对地定性评定为极高、高、中、低4级，结合开发技术条件进行岩溶水的脆弱性评价。并选择了云南泸西小江流域的典型岩溶水源地进行研究。共取岩溶水化学分析样42 组，经过分析评价，岩溶水质量级别以较差和良好为主，各占41.03%和35.90%，较好和极差各占12.82%和7.69%，优良零星分布，占2.56%。主要超标项及旱雨季超标倍数见表2-2，主要为农业和生活污染所致。
表2-2 岩溶水主要超标项统计表
2.3.2.1 天然出露的岩溶水源地
(1)暗河：暗河补给区多分布于裸露岩溶山区，一般地形坡度大，植被覆盖率低，以大气降水补给为主。一方面大气降水通过落水洞、漏斗、竖井等垂直岩溶通道以点状灌入式补给，这是暗河接受补给的主要方式，并且少数暗河除大气降水补给外还有地表水直接灌入补给，由于其补给方式过于集中，补给速度快，单个补给点补给量大，导致大量的地表水未受任何阻滞作用就直接汇入暗河通道，污染物的迁移基本不受阻碍；另一方面暗河含水层多呈裸露状态，覆盖层一般为厚度小且分布不连续的粘土，阻止污染物渗透的能力弱，对地表的一部分面状渗入补给径流基本不能起到预防性的吸附、过滤作用。因此，暗河系统的污染防护功能极低。
暗河系统的导水、储水空间为溶洞、管道、溶隙系统，裸露的包气带和含水层岩溶高度发育。虽然包气带的厚度大，但垂直渗透性强，输水的有效空隙度大，而含水层中的径流又为集中的溶洞管道流，水动力条件好，为快速急变流，循环交替迅速，动态极不稳定。一旦发生岩溶水污染，污染物传播速度极快，一般来不及稀释或弥散就随水流到达暗河出口。因此，暗河的污染自净能力弱。
暗河水源地的脆弱性表现为动态不稳定，流量变幅很大，岩溶水卫生防护条件差，对污染十分敏感，自净能力弱，极易受污染。并且含水层的盖层多为结构松散的粘土，稳定性差，加上地下溶洞管道发育，容易在人类活动的影响下发生岩溶塌陷，产生新的污染途径。
泸西小江流域暗河分布区一般除有少量水库、水电站外，其他厂矿稀少，农业生产以旱作农业和少量畜牧业为主。但随着农业所用化肥、农药的增加，以及人口的增长带来的生活污染物的增加，目前所有暗河均受到一定程度的污染。随着人口的增加、工农业的发展，污染有加重的趋势。本次研究取暗河水样3 组，全部为 HCO3-Ca·Mg型淡水，pH=7.63～7.97，矿化度211.38～297.84mg/L，总硬度213.77～257.47mg/L。暗河水质均为较差，水质旱雨季基本无变化。综合评价暗河水源地脆弱性等级为极高。
(2)泉：岩溶泉多分布于裸露岩溶山区及盆地、槽谷边缘，导水、储水空间为岩溶管道、裂隙系统，岩溶水补给源为大气降水，补给方式以面状入渗为主，水动力较强，径流主要为溶隙管道流，动态变幅较暗河小。由于溶隙系统对污染物有一定的净化作用，本质脆弱性表现为岩溶水遭受污染的程度较暗河小，但一旦遭受污染，污染物排出的时间较暗河缓慢。泸西小江流域岩溶泉域分布区现状条件多与暗河相同，所以，泉水也都受到了一定程度的污染。部分处于盆地、槽谷边缘的泉水，出口附近环境卫生条件差，有地表污水汇入或渗入，污染较严重。随着人口的增加、工农业的发展，泉水水源地的污染有加重的趋势。本次研究取泉水样13组，除岩溶盆地上游溶丘台地槽谷区的2个泉水为HCO3-Ca型淡水外，其余全部为 HCO3-Ca·Mg型淡水，pH=7.4～8.39，矿化度184.36～330.49mg/L，总硬度179.64～350.38mg/L，水质以良好为主，部分优良和较差。综合评价泉水水源地脆弱性等级为高。
(3)表层泉：表层泉主要分布于裸露型岩溶山区，泉域补给区导储水岩层表面只有极薄的松散粘土覆盖层或完全裸露于地表，含水层埋藏浅，基本不具备污染防护功能；其导水、储水空间主要为表层的网状或脉状溶隙系统，虽可以过滤部分污染物，但含水层厚度一般仅为2～30m，径流距离短，岩溶水储量有限，含水层的天然调节能力较差，动态不稳定，部分表层泉枯季干涸。加之汇水范围也小，补给量不大，污染自净能力弱，对污染敏感程度高。总体上表层泉易受污染，一旦遭受污染，污染物排出相对较慢。在泸西小江流域东部高寒山区取了3组表层泉水样，1个为HCO3-Ca·Mg型淡水，2个为HCO3-Ca型淡水，pH=7.65～8.87，矿化度126.53～350.22mg/L，总硬度131.26～265.01mg/L，水质均为较差—极差，主要受到了农业和农村生活污染。综合评价表层泉水源地脆弱性等级为极高。
2.3.2.2 隐伏的岩溶水源地
(1)饱水带富水块段：饱水带富水块段含水层上覆一定厚度的松散土层或隔水岩层、包气带，松散层岩性为粘土、粉质粘土，多呈可塑-硬塑状，力学强度较高，透水性弱。下伏岩溶含水层储水空间主要为溶蚀裂隙系统，细密的导储水空间使得径流为慢速的缓变隙流，岩溶水具有较强的污染自净能力。岩溶水接受周边山区的侧向补给，具有较大的储存量，犹如地下水库或湖泊，枯水期调节能力强，岩溶水水位和流量、水质动态变幅小。泸西小江流域饱水带富水块段主要分布于地势平缓的盆地底部平坝、槽谷区。盆地、槽谷边缘，松散土层薄，岩溶水易受污染，开采过程中易产生岩溶塌陷。盆地底部平坝、槽谷中部，人口密集，工农业发达，农业大量施用化肥，工业和生活“三废”排放量大。但由于存在稳定的隔水层保护，岩溶水不易遭受污染，但如遭受污染，污染物很难排出，对污染的处理十分困难。盆地底部平坝、槽谷中部已有较多的开采井，经多年开采未出现岩溶塌陷，预测在岩溶水的开采过程中，注意合理布井和合理核定开采量，出现岩溶塌陷、地面沉降等环境地质问题的可能性小。在饱水带富水块段内取水样7组，均取自于管井，5组为 HCO3-Ca·Mg型淡水，2 组为 HCO3-Ca型淡水，pH=7.46～8.34，矿化度119.26～756.78mg/L，总硬度113.52～454.51mg/L。水质以优良—良好为主，主要在盆地下游有部分含水层受到了由落水洞灌入的地表污水轻微污染，水质较差。综合评价饱水带富水块段脆弱性等级为低。
(2)表层带富水块段：主要分布于盆地底部或槽谷边缘的溶丘台地区，一般村庄规模小，人口密度较小，经济欠发达，污染源较少。除少数溶蚀残丘裸露外，多数地段被松散土层覆盖。含水层的导水、储水空间为表层岩溶带的溶隙和溶孔，岩溶水主要接受周边山区的侧向补给，少量为裸露岩溶区的垂直入渗补给，水位埋深浅，动态变幅较大。由于覆盖层厚度较小，岩溶水受污染的可能性较大。泸西小江流域表层带富水块段岩溶水化学类型为HCO3-Ca·Mg型，pH=7.6，矿化度518.1mg/L，总硬度454.51mg/L，水质综合评价为较差。Ca2+、 含量较之一般岩溶水高，与盆地内孔隙水较为接近，主要超标项为 、溶解性总固体、总大肠菌群、细菌总数。说明表层带岩溶水与孔隙水关系较为密切，孔隙水是其补给源之一。保护性覆盖层渗透性较弱，但厚度较薄，连续性较差，由于农村环境卫生差，垃圾、生活废水散乱排放，通过渗透补给容易污染孔隙水，进而污染表层岩溶水水质。综合评价该类水源地脆弱性等级为中等。
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气候因素和水文因素是塑造生态系统长期、缓慢的驱动力，而地质、地貌则是生态系统得以存在和发展的载体和物质基础（舒惠国，2001）。地质、地貌与生态系统之间物质循环的协调与否决定着生态系统的结构、运行若干方面的特征。在岩溶石山地区，尤其纯碳酸盐岩区，其碳酸盐岩的易溶性，地表、地下的双层水文地质结构，强的水土流失和薄的土层，使植被的立地条件严酷，从而使岩溶生态系统中的植被群落在以下几个方面表现出脆弱性。
4.2.1 岩溶森林生态系统的自然生产力低下
将贵州茂兰亚热带岩溶森林生产力与其他地区非岩溶区的森林生产力进行对比，可以发现岩溶森林的生产力是很低的（表4-5）。其生物量既低于水热条件相似的常绿阔叶林，同时也低于高纬度的温带针阔混交林和亚高山的针叶林。分析导致岩溶石山森林群落低生物量的可能原因：岩溶石山地区植被立地条件的恶劣，尽管具有相同的光照条件、降雨条件，但由于岩溶地区对水的调蓄能力弱，土层薄，养分少，植被为适应其恶劣环境，需要消耗更大的能量来维持生存，因而即使植被具有相同的初级生产力，但在岩溶区其植被生物量的累积也是偏低的。
表4-5 岩溶区森林生物量与其他林区生物量的对比
图4-3 白云岩区、砂页岩区松树生长曲线
图4-4 砂页岩区、白云岩区的松树木质部各元素含量对比
松树是植树造林的主要树种，但在岩溶区与碎屑岩区这一树种的生长状况是有很大差异的。在湖南保靖县分别取生长在白云岩区和碎屑岩区的松树（图版Ⅰ-3）：发现在碎屑岩区松树的直径8.2cm、有12a；而白云岩区的松树直径7.8cm，有19a（图4-3）。按树轮取样品，进行P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、Co、Pb的测试分析，发现该10种元素在松树径中的含量特征有4种类型：①P、K元素含量在砂页岩区明显高于白云岩区（图4-4a）；②Ca、Mg、Mn元素含量白云岩区的高于砂页岩区的，且随松树的生长发育，元素含量不断积累（图4-4b）；③Cu、Zn元素在两区中含量相当（图4-4c）；④Pb、Fe、Co元素在白云岩区略高于砂页岩区（图4-4d）。这是否暗示着营养元素的差异带来松树生长的差异，还需要进一步的研究。
周政贤等人（2001）的对比模拟生长试验结果则揭示了石灰质白云岩风化形成的石灰土对马尾松生长的制约作用，在7种不同母质风化形成的土壤中，马尾松在石灰土的生长状况最差（图4-5）。4年的试验结果表明，生长在石灰土上的马尾松的树高为玄武岩土上的46%、紫色砂岩土上的59%；平均树径为玄武岩土上的51%、紫色砂岩土上56%；而生物量仅为玄武岩土的27%、紫色砂岩土上的35%。
图4-5 马尾松栽培生长对比结果图
4.2.2 植被的生长发育受到水分的胁迫
西南岩溶石山地区地表崎岖不平，在典型的峰丛洼地系统中，虽然绝对高差仅为100～200m，但不同地貌部位的水文条件相差却很大，在石峰的顶部受干旱的胁迫，在洼地（漏斗）底部常受到涝灾的胁迫。通过对广西弄拉已有封山育林40多年的鸡蛋堡上的青冈栎的调查，在山顶生长的青冈栎与山腰的相比（绝对高差60m），具有明显的受水分胁迫的特征（表4-6）。不仅如此，生长在山顶的青冈栎的树径（4～12cm）明显比生长在山腰的青冈栎的（16～21cm）要小得多（图版Ⅰ-4）。由于不同地貌部位导致水分对植被生长的胁迫和生物量的影响，这一结果在贵州茂兰原始森林区的调查也得到佐证。在贵州茂兰原始岩溶森林区中，石峰顶部，缺水少土，光照充足，日温差大，生长着旱生、耐瘠薄的树种：广东松，圆果化香，生物量102.08t/hm2；而在洼地（漏斗）底部，虽然土厚，水分、养分充足，但光照不足，而且还常遭受涝灾，因此，生长着耐阴植物：巴东荚莲等，生物量147.74t/hm2；而在山腰部位，自然条件相对较好，以青冈栎为建群种，其生物量为最高164.07t/hm2（周运超等，2001）。
表4-6 广西弄拉鸡蛋堡山青冈栎对水分胁迫的响应
4.2.3 经济作物的生长和收成受岩溶地球化学背景的制约
广西弄拉自20世纪80年代以来就是广西岩溶石山治理获得成功的典型之一。当地居民获得脱贫致富的经验就是在石峰的上部封山育林（水源林），在坡地栽植效益好的经济作物，洼地及邻近的山麓坡地播种粮食作物。金银花是其中主要的经济作物之一，1999年全村农民的人均收入3000元，而金银花的收入就达人均420元。因此，农民对金银花的栽种很重视，有些农民就将山坡上不占耕地的金银花移植至洼地耕地边，但这样的金银花的经济收益年份很短，一般在6～8a后就很少有收益。而生长在石缝，很少有土的金银花的经济收益年份却很长，个别金银花可生长30～35a仍有好的收益。我们取此两种金银花的茎、根部的土壤进行了化学分析（图4-6）结果揭示：其一，金银花植物体中的元素与土壤有一定的对应关系，这表明土壤的地球化学背景对植物化学有制约作用，而土壤的矿物营养从根本上来源于母岩，亦即岩溶地球化学背景对经济作物的生长发育有制约作用；其二，与耕地边生长的金银花相比，坡地上的金银花植物体中、土壤中的元素丰度特征是高碳和高C∶N比，高钙、镁，而低其他营养元素。
图4-6 广西弄拉30a、8a金银花木质部（a）及其生长环境中的土壤（b）元素含量对比
4.2.4 岩溶石山地区植物群落的演替与西南岩溶区植被分布特征
喻理飞等（2000）在研究贵州茂兰退化岩溶森林自然恢复演替过程中发现，退化的岩溶森林在早期阶段，恢复潜力较大、恢复度低、恢复速率慢；中期阶段，恢复潜力大，恢复度中等、恢复速率快；而后期阶段恢复潜力低、恢复度高、恢复速率慢。退化群落从草本群落恢复至灌丛阶段需20a，至乔木林阶段需47a，至顶级群落则需80a以上。若以植被群落生物量的恢复度（顶级群落为1，毁灭性砍伐后为0）计算，则恢复度从0提高到0.1，则需时20～30a；提高到0.5需60a；提高到0.8需80a（图4-7），得出此结果的前提是退化的群落保留有原群落的繁殖体。如果先锋植物，土壤种子库退化或受到破坏，则植被群落的自然恢复将是更加困难，甚至出现长期封山而不见植被恢复的现象。
图4-7 贵州茂兰岩溶森林区植被群落生物量恢复度随演替的变化
依据广西现存植被的分布状况和特征就可略见岩溶石山区植被恢复的难度和岩溶生态系统的脆弱性。广西在20世纪60～80年代森林遭受几次大规模的砍伐，在80年代中后期实行封山育林，恢复至今岩溶石山区与非岩溶区有较大的差异：岩溶区灌丛平均覆盖率为14.81%，森林覆盖率平均为12.13%；而非岩溶区的灌丛群落覆盖率仅为1.92%，森林覆盖率平均为31.32%。而且它们的空间分布与碳酸盐岩的分布有较好的对应关系（图4-8，图版Ⅰ-5）。如果以碳酸盐岩分布面积的比例为横坐标，则灌丛覆盖率与碳酸盐岩分布面积的比例成正比（r=0.69），而森林覆盖率与碳酸盐岩分布面积比例成反比（r=-0.75）（图4-9）。这意味着岩溶石山区植被恢复的缓慢性和困难程度。另外从植被群落活力指标净初级生产力（NPP）与碳酸盐岩分布面积成显著正相关关系（图4-10），可以认为岩溶石山区的植被群落是处于初级演化阶段，从森林生物量累积模型看，岩溶区的植被群落处于生物量快速累积阶段（李博，2000）（图4-11）。植被群落在演化发展的初期，其植被群落的稳定性较差，生态功能不完善，群落对环境变化的响应敏感，即该群落具脆弱性。
图4-8 广西岩溶县的分布与灌丛覆盖、森林覆盖之间的空间关系
图4-9 广西灌丛覆盖率、森林覆盖率与碳酸盐岩出露面积百分比之间的关系
图4-10 广西植被净初级生产力与碳酸盐岩出露面积比例之间的关系
图4-11 植被演替与群落生物量之间的关系
广西岩溶生态脆弱区评价
答：广西岩溶区的生态环境脆弱性反映了岩溶区特殊的自然因素与人为活动的综合作用，从脆弱性评价结果看，广西岩溶区生态极度、重度脆弱区面积分别占岩溶区总面积的3%和43%，主要发生纯碳酸盐岩、峰丛洼地地貌及旱涝灾害频繁复合地区。中度脆弱区面积占总面积的44%。由图34可见，脆弱程度高的峰丛洼地地貌县为都安...
岩溶水脆弱性的概念及影响因素
答：这种特性,使得地表的各种物质能够顺畅地进入到岩溶水赋存空间中,引起岩溶水的污染,这是岩溶水系统脆弱性较高的本质原因。 岩溶水的脆弱性,除了与岩溶含水层本身的固有水文地质属性有关,上覆岩土层地质特征(岩性、结构、厚度、透水性能等)、含水介质特征、地形地貌、岩溶水补给量以及植被覆盖度等也是起决定作用的自然...
石漠化成因实质分析
答：岩溶干旱缺水是岩溶山区生态环境的脆弱性特征之一。该特征主要源于碳酸盐岩区的岩性、地质构造、地形地貌、水岩作用、气候影响及岩溶作用等生成的地表及地下多重复合的岩溶空间结构———地表高位的岩溶洼地和谷地、落水洞与岩溶漏斗,和地下岩石中的空隙、裂隙、溶蚀洞穴、管道等,成为大气降水、地表水和地下水转换的通道...
岩溶植被特征
答：2.4.3.2 旱生性 由于岩溶地区发育地下排水系统,加上土层薄,岩石裸露,地表蒸发强烈,降雨时地表水常沿溶蚀裂隙、落水洞等很快向地下漏失,只有少量的水保存在土壤-表层岩隙-森林生态系统中。因此,在岩溶区生长的植物常表现不同的旱生性。为了适应这种水分供应不足的生境,岩溶植被在长期的演化过程中形成各种各样的适...
岩溶水系统的脆弱性评价与保护区划分思路
答：1968年法国人Margat首次提出“地下水脆弱性”术语，1993年美国国家科学研究委员会给出了地下水脆弱性的定义：地下水脆弱性是污染到达最上含水层之上某特定位置的倾向性与可能性，并发展衍生出定量评价的DRASTIC模型，美国不少地区进行地下水脆弱性编图。针对岩溶地下水源的脆弱性，在欧洲科技协作组织开展的...
岩溶水系统含水层水质脆弱性与保护区分区评价
答：结合娘子关泉域岩溶系统的具体条件,本次岩溶含水层水质脆弱性评价选择的有包气带厚度、垂直入渗补给强度(包括大气降水入渗补给及河流、水库渗漏补给量)、包气带岩性(碳酸盐岩分布埋藏类型)及岩溶含水层导水性能(以保护娘子关泉水水质为核心,1年期内抽水时泉水量削减度响应)4个因子。 1.包气带厚度 包气带是指地面与...
岩溶水系统脆弱性评价因素
答：一、岩溶水系统脆弱性评价因素 1.岩溶水系统水量脆弱性评价的因素 与水量有关的岩溶水环境问题包括了泉水断流与过量衰减、区域水位持续下降、水资源超采以及相关的岩溶塌陷、地裂、海水入侵和由于区域流场变化引起的水文地质条件改变等等。岩溶大泉作为北方岩溶水系统最普遍的一种自然排泄形式,除了供水功能以外,还有重要的...
岩溶水系统含水层水量脆弱性与保护区分区评价
答：与岩溶地下水水量相关的水文地质环境问题都是由水位或水量不合理变动所致。地下水动力学的非稳定流解析法、数值法、野外测试方法以及一些统计学方法能够计算刻画地下水对施加外力的响应,并以此可以评价水量脆弱性问题。对于非均质各向异性的区域性岩溶水流系统,数值法更能详细地描述整个流场的变化响应。 一、数值模型的建...
喀斯特地区生态环境脆弱的原因
答：喀斯特地区生态脆弱的原因是流水溶侵作用强,地表崎岖,土层薄,土壤贫瘠,地表水易渗透,植被稀少,石漠化现象严重。喀斯特（KARST）即岩溶，是水对可溶性岩石（碳酸盐岩、石膏、岩盐等）进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生的现象的总称。由喀斯特作用...
岩溶区地表植被多矮生多刺耐旱的原因
答：水资源原因导致的。岩溶区主要集中在西南地区，地表植被多矮生多刺耐旱的原因水资源原因导致的。岩溶区为岩石裸露的地方，地形地貌复杂，生态环境脆弱。
