& ldquo；喀斯特& rdquo或者& ldquo喀斯特)& rdquo，主要指水对可溶岩& mdash& mdash碳酸盐(石灰石、白云石等)的溶解。)、硫酸盐(石膏等。)和卤化物(岩盐等。)，伴随着水蚀、侵蚀、重力崩塌等次生作用，在地表和地下形成各种奇特的景观和现象组合。因此，& ldquo喀斯特& rdquo它可以被总结为地质过程及其产生的现象的总和，这些过程受石化溶解作用的支配。& ldquo喀斯特& rdquo“伊斯特拉”一词源于前南斯拉夫伊斯特拉石灰岩高原的地理专有名称，一直沿用至今& ldquo喀斯特& rdquo“”一词已成为国际通用的技术术语。1966年5月，在第二届全国岩溶学术会议上& ldquo喀斯特& rdquo用& ldquo喀斯特& rdquo作为中国的通称。但在中国民间，明代徐霞客编年史把湖南、广西、贵州、云南的地形和自然环境分为& ldquo石头& rdquo还有& ldquo山& rdquo两类，& ldquo石头& rdquo主要指我国西南地区裸露地面上的可溶岩(主要是碳酸盐岩)分布的地区，可以理解为各种岩溶地貌的分布区，至今仍在各地使用。

1中国岩溶及其发育特征

全球喀斯特面积2200万平方公里，人口约10亿。我国碳酸盐岩地层深度广，岩溶现象普遍，类型和形式多样，发育性强。中国岩溶地区含可溶岩地层分布面积可达344.4万平方公里，占国土面积的1/3。按碳酸盐岩出露面积计算，为90.7万km2，也接近陆地面积的1/10。基本分布在天山山脉& iexcl& ordf& iexcl& ordf阴山构造带以南，大致在北纬42 & deg& iexcl& ordf43度；在这条线的南面和北面，只有一小块地区散布着碳酸盐岩。例如34度北纬；秦岭山脉北部分为干旱、半干旱和温带地区，南部分为湿润和亚热带地区。我国南方岩溶地区主要分布在云南、贵州、广西、四川、重庆、湖北、湖南、广东等地。中国北方的喀斯特地区主要分布在山西、山东、河南和河北。

中国的碳酸盐岩从太古代一直沉积到现代，分布面积最大的是晚古生代，其次是早古生代。新生代海相沉积仅见于西藏和北回归线以南的海岸、陆架和海洋。中国南方岩溶地区从古生代到三叠纪厚度巨大(3000米& mdash10000米)的碳酸盐岩。它包括扬子准地台和华南地槽褶皱系。第四纪以来，这个岩溶区一直是上升区，碳酸盐岩出露面积广、大，而且连在一起。目前，我国南方岩溶地区处于热带& mdash& mdash在亚热带湿润气候条件下，年平均气温为15℃-mdash；20℃，年降雨量800mm & mdash2000mm干燥度小于1，溶蚀速率大于20mm/ka，岩溶以溶蚀和侵蚀作用为主。中国北方岩溶地区主要分布在中国和朝鲜的准地台地区。虽然该岩溶区碳酸盐岩的直接暴露面积不是很广，但它们在隐蔽状态下是大面积相连的。目前，我国北方岩溶地区处于暖温带和半干旱& mdash& mdash在半湿润气候下，年平均气温为6℃—mdash；14℃，降雨量200mm & mdash900mm干燥度大于1，溶蚀速率一般小于20mm/ka(个别地区大于20mm/ka)，岩溶以侵蚀作用为主。

岩溶按其空展布位置可分为三种类型，即裸露型、覆盖型和埋藏型。中国南方岩溶地区岩溶以裸露和覆盖为主，受气候和地质条件影响强烈发育。中国北方岩溶以埋藏和覆盖为主，受气候和地质条件影响，其发育程度远不如中国南方(见表1)。因此，中国岩溶地区的岩溶生态地质研究应以南方岩溶地区为重点。

表1中国南北方岩溶发育综合形态对比

2.1岩溶多介质环境的基本特征

多介质环境是一个非常复杂的系统，是指岩溶地区由水(大气水、地表水和地下水)、碳酸盐岩(岩溶作用程度不同的地表和地下构造)、土壤、生物等物质组成的复杂系统。多介质环境富含钙，在地壳运动和岩溶的双重作用下，其中的岩体、水体、土体和生物群落具有层次结构，形成了特殊的岩溶& mdash& mdash水文& mdash& mdash地貌学& mdash& mdash生态系统。

(1)强烈的岩溶作用，地表和地下岩溶形态的多重组合和复合，奠定了岩溶多介质环境生态脆弱性的基础。中国南方岩溶地区地处亚热带，水热条件好，水岩相互作用强烈，碳酸盐岩空间隙空之间发育强度强且复杂。

(2)降水丰富，持续时间长，强度大。由于下垫面透水性强，加之岩溶多介质环境中普遍发育以地表河流为排泄标准的岩溶地下河系，岩溶多介质环境中的岩溶水文过程分为地表和地下两部分，地下岩溶水文过程通常占主导地位。

(3)喀斯特景观奇特，组合复杂，类型多样，有峰(塔、锥)、多级洼地(高、中、低)、多级溶洞、沟谷、平原。

(4)碳酸盐岩质地纯净，不溶性成分少，成土能力低，土层薄而贫瘠，分布分散。由于地质、水文和气候条件的特殊组合，岩溶多介质环境& ldquo水& mdash& mdash土壤& mdash& mdash石头& rdquo多结构，多为层状，相互独立，导致岩石多，土壤少，漏水，水土可用性严重制约植物的分布和覆盖，使生态系统功能受限，生产力低下，易受灾害，难以恢复。

2.2喀斯特多媒体环境的主要资源优势和几个关键问题

喀斯特地区是一种适合资源开发的地区，其环境资源优势明显，表现在:

(1)有可持续发展的水力资源和岩溶地下水资源。据不完全统计，我国南方岩溶地区有3000多条岩溶地下河系统，总长近14000km，总流量1500 m3/s，水资源潜力巨大。

(2)旅游资源丰富，地表和地下有诱人的喀斯特景观可供开发。

(3)矿产资源丰富，分布广泛。特别是非金属矿产(碳酸盐岩)储量巨大，易开采，用途广泛。

(4)气候温暖湿润，垂直分带，尤其是岩溶山区& ldquo岛屿& rdquo小气候，生物多样性明显，发展农、林、牧、副业的空间广阔空，适宜培育和发展不同物种的植物群落和名优经济作物。

干扰中国南方喀斯特地区农业的可持续发展& ldquo瓶颈& rdquo岩溶多媒体环境中的几个关键问题是:

(1)森林覆盖率低，水利工程保水能力差，水土流失严重，石漠化速度快。

(2)交通不便，信息闭塞。

(3)岩溶灾害(崩塌、滑坡、旱涝、内涝等。)频繁发生，酸雨大面积破坏。

3岩溶生态地质研究的核心内容

岩溶生态地质学的研究内容可分为六个部分:一是研究构成岩溶多介质环境的各种因素的性质、特征、整体行为和功能，即它们自身的脆弱性；二是为了满足喀斯特生态安全的需要，研究喀斯特多介质环境的主要组成部分之一水资源开发利用的选择、调控、配置和保护，即其水资源合理开发利用的研究；三是岩溶多介质环境中土壤的形成和演化，即其土质；第四，喀斯特多介质环境中喀斯特植被的生态特征和演替，即其生态承载力；第五，岩溶多介质环境中地球化学元素与生物的相关性，即地球化学元素的滞留、富集和迁移规律；第六，人类参与的强度和方式。

3.1岩溶多介质环境脆弱性研究

多介质环境的脆弱性在于岩溶与大气、水关系密切，与生物、有机质关系深厚，导致其环境容量低，自稳能力小，自身振荡。在时间尺度上，多种岩溶介质的环境脆弱性表现为突变和渐变。在空的尺度上，其变化的范围和尺度大多是由点到线再到面，由局部到部分再到整体。在特定法律的约束下，其脆弱性属性为岩溶灾害& mdash& mdash岩溶地区岩溶气象灾害、岩溶地质灾害和人类地质作用综合集成的形式，其脆弱性和不可恢复性是其脆弱性的构成和内涵。

岩溶介质环境脆弱性的地质因素主要包括碳酸盐岩性质、构造活动、水岩作用、地形地貌、气候影响以及岩溶作用产生的地表和地下多重复合构造(特别是负地形和空gap空inter body)& mdash；& mdash高低洼地和山谷、天坑、山麓、孔隙、裂缝、洞穴、裂缝和管道等。岩溶介质的环境脆弱性通常以水流运动的形式贯穿其中，在其中形成多个动态的、层次性的、反馈性的、相对独立的脆弱体(带)。

3.2喀斯特多介质环境水资源合理开发利用研究

多介质环境下地表岩溶形态的组合，地下岩溶空 gap 空的结构，地表地下岩溶水系统的发育，& ldquo三水& rdquo(大气降水、地表水和地下水)之间的转化构成了水资源变化的特殊规律(见表2)。

掌握岩溶多介质环境中水资源的形成和演化规律，合理配置雨水集蓄工程、地表水蓄水工程和地下水蓄水工程，是有效利用和合理保护岩溶水资源，保障岩溶地区农业可持续发展的基础。

表2岩溶多介质环境中水资源的四个基本特征

在岩溶多介质环境中，地表基质为石灰岩、白云岩等碳酸盐岩，由可溶矿物和少量酸不溶物组成。碳酸盐风化是中国南方岩溶地区土壤资源的重要成土机制。一般碳酸盐岩中可溶性矿物占90%以上，而酸性不溶物不到10%，导致土壤的物质来源较少，岩溶地区成土过程缓慢。而且由于碳酸盐岩的化学风化，土壤稳定性差，容易形成上下两层，上层松软，孔隙度大。下层粘稠，孔隙度小；此外，碳酸盐岩母岩与土层之间缺乏过渡层，导致土与岩之间的粘附力较弱，容易引发雨季水土流失、滑坡等岩溶灾害。

在喀斯特多介质环境的综合影响下，喀斯特土壤普遍呈弱碱性，类型复杂，富含钙，多为幼龄，有机质、全氮、全磷、全钾相对缺乏，土壤肥力较低。再加上地形等因素的控制，岩溶山区土层较薄，岩溶河谷和平原地区土层较厚。

喀斯特环境土壤质量是喀斯特地区农业可持续发展和生态安全的基本保障。因此，研究岩溶多介质环境中土壤的形成演化规律、质量变化趋势和人类地质作用，是岩溶生态地质研究的重要组成部分。

3.4喀斯特多介质环境生态承载力研究

多介质岩溶环境对生活在其中的植物种类和成分具有很强的选择性& mdash& mdash喜钙、耐旱、石生、混交植物种群与常绿阔叶林、落叶阔叶林(如茂兰国家级自然保护区喀斯特森林)共存。森林植被的发展可以增加其产量，有利于动物物种的发展，并导致生物多样性的长期保存。由于岩溶多介质环境的脆弱性和人类地质作用强度的不断加大，岩溶多介质环境中的森林植被减少，生物多样性降低，生态退化。

岩溶介质环境和生命一样，具有自我维护和自我调节的功能。当喀斯特多媒体环境处于稳定状态时，其内部生态系统保持平衡；当喀斯特多介质环境处于不稳定状态时，其内部生态系统失去平衡。为了进一步了解喀斯特多介质环境复杂系统之间的物质和能量转化关系、形成规律及其生态系统维持的必要时期，明确人类对喀斯特多介质环境干扰的临界点，避免生态退化和生态负债，有必要查明喀斯特多介质环境生态承载力的区域差异和动态及其在特定时间内数值的变化区间。喀斯特多介质环境的生态承载力= & ldquo水-土-岩& rdquo(基础资源承载力)+& ldquo；气候-喀斯特地貌类型-人文参数变化& rdquo(环境承载力)+& ldquo；特殊岩溶地区的植物群落& rdquo(生态弹性的一部分)，合理确定其资源承载力、环境承载力和生态弹性，并综合考虑，是解决问题的关键。

3.5岩溶多介质环境中地球化学元素的保留、富集、迁移和演化规律研究

岩溶多介质环境中地质学、地球化学、环境科学和生命科学的相互作用和相互联系主要是通过元素在岩溶多介质环境中的地球化学行为、滞留、富集和迁移来实现的，是岩溶生态地质学研究的重要内容之一。喀斯特地区的生物与其赖以生存的喀斯特多介质环境密切相关，并以地球化学元素迁移为主链，通过& ldquo水& mdash& mdashEarth & shy& mdash& mdash摇滚& mdash& mdash生物& rdquo系统的滞留、富集和迁移最终会影响生物体的生理生化功能。因此，结合地质学和地球化学的一些理论和方法，以地球系统科学为基础，因时因地选择合理的理论、技术和方法体系，以岩溶多介质环境中岩石、河流沉积物和土壤中元素的地球化学异常作为有机生物系统中一种(或几种)元素丰度的背景，来探讨该元素在生物个体或群体(尤其是农作物)中的吸收代谢功能及其在食物链中的传递。

生物的化学物质与岩溶多介质环境整体保持动态平衡，并随其变化。在岩溶多介质环境中，地球化学元素分布不均匀，导致不同地区地球化学背景值存在差异，对生物生长发育产生不同影响。需要研究岩溶多介质环境中的化学元素，特别是与生物个体和群体生长发育有关的特殊元素及其种类、数量、形态和传递条件，以及元素之间的和谐或拮抗关系，影响生物的机制等等。

3.6人类参数动作的强度和模式

喀斯特地区的多媒体环境和独特的人文环境构成了独特的人地复合系统，二者的相互作用是造成喀斯特地区多媒体环境退化和灾害的主要因素。中国南方喀斯特地区这一独特的人地复合系统的独特性主要表现在以下几个方面:

(1)耕地缺乏且质量差，粮食短缺，乱砍滥伐和开垦坡耕地，导致水土流失和生态破坏加剧，造成喀斯特多介质环境破坏，难以修复。

(2)人口过多，农业人口比例大，农业科技和资金不足在一定程度上制约了& ldquo三农& rdquo经济发展。

(3)资源利用不合理、不充分，资源优势未能充分转化为经济优势，资源开发的环境问题。

中国南方喀斯特地区的人口& mdash& mdash资源& mdash& mdash环境的矛盾十分突出，这使得人类参与的研究成为岩溶生态地质研究中不可缺少的一部分。确定人类参与的最佳方式和喀斯特地区的人口& mdash& mdash资源& mdash& mdash环境协调发展的科学对策是一项紧迫而重要的任务。

4岩溶生态地质研究方案

4.1划分喀斯特多介质环境结构和功能区

多媒体环境结构和功能分区的目的是:

(1)在系统研究中国南方岩溶多介质环境中各种环境介质的空分异、演化规律和承载能力，研究生态资产的空分布，探讨不同元素地球化学行为和生态过程对人类活动胁迫响应的敏感性的基础上，建立了中国南方岩溶地区岩溶多介质环境结构与功能综合区划的原则、方法和指标体系，进行了结构与功能分区。

(2)基于岩溶多介质环境结构和功能分区，揭示中国南方岩溶地区岩溶多介质环境问题的形成机理，提出综合整治对策，为区域资源开发、农业发展和环境保护提供决策依据，为我国岩溶地区生态地质研究和环境整治服务。

岩溶地质研究的关键是更新观念，创新理论和技术方法体系。多媒体环境结构和功能分区的关键技术如下:

(1)将岩溶多介质环境的结构分区(或特征分区)与功能分区有机地结合起来，既要考虑地质、气象、水文、生态、人类活动等诸多因素的特征，如水、热、土壤、元素地球化学、植被、地貌等特征和不同的分区，又要考虑生态系统的功能，如生态敏感性、生态胁迫过程和生态系统服务功能等。

(2)中国南方岩溶地区的碳酸盐岩赋予岩溶多介质环境生态系统富钙碱性，这种富钙碱性还受到气候条件、人口数量、生活习性和素质的影响。结合自然环境特征和人文地质作用，将人文地质作用和人口分布作为区划的重要因素，研究不同类型岩溶生态系统与人文地质作用的因果关系。

(3)中国南方岩溶地区碳酸盐岩出露特征主要是岩溶县的分布，形成了独特的岩溶县经济社会发展模式。将喀斯特生态与喀斯特县域经济相结合，根据喀斯特多介质环境结构、经济结构和各县域功能的区域分异规律，进行区域划分，将经济发展与生态保护、生态效益和经济效益融为一体，形成一批& ldquo和生态经济& rdquo解决生态与经济矛盾的指标。

4.2岩溶生态地质研究的技术和方法

自上世纪初以来，特别是近30年来国内外岩溶研究的分析，对岩溶多介质环境演化规律和岩溶生态保护与资源开发利用认识的深化，需要岩溶生态系统形成条件与机制、野外保护与利用过程、后期管理的有机结合和协同创新。有赖于现代地质学、生物学、环境学、数学、物理、化学、计算机等学科的新学术思想、新理论、新技术、新方法的引进，工程技术手段的创新和推广，岩溶地区(省)与全球的对比，长期定点、定时、定位观测。

目前，我国岩溶生态地质研究与国际水平差距不大，在某些方面处于国际领先水平，具备原始创新的基础。纵观国内外岩溶生态地质研究，主要存在以下问题:

(1)岩溶生态地质学研究与野外示范工程缺乏连续性，理论研究大于工程实践。

(2)我国南方岩溶地区大部分省、市、县(区)在社会经济发展的科学规划和可行性研究中，没有考虑岩溶生态地质的特殊性和岩溶生态系统的安全性，隐患较多。

(3)在岩溶地区水、土、岩、矿产资源开发利用过程中，对岩溶灾害防治认识不足，往往导致或诱发各种岩溶灾害成群或相继发生。

(4)岩溶多介质环境非常脆弱，破坏后很难恢复其整体结构和功能。

针对上述问题，本文以喀斯特多介质环境安全为主题，论证了喀斯特生态系统时间空变化的复杂性和多样性，以地球系统科学、生命科学、环境科学及相关现代技术和方法为基础，建立喀斯特生态地质研究体系的理论框架和实用技术方法库，使喀斯特生态地质研究走上科学、合理、安全、可持续的轨道。

以中国南方岩溶地区的岩溶多媒体环境为主要背景，以其生态系统安全为主要环节，以地球系统科学和系统方法为经典，并& ldquo喀斯特& mdash& mdash生态& mdash& mdash经济& mdash& mdash社会& rdquo复杂关系是纬度，其研究方法体系是建立起来的。

(1)综合区域资料信息收集、野外调查、室内分析、模拟试验等研究方法和技术手段。，进一步研究岩溶生态地质的形成和演化规律。

(2)关注喀斯特多媒体环境& ldquo水& mdash& mdash土壤& mdash& mdash摇滚& mdash& mdash生物& rdquo本文以地球系统科学的理论和方法为基础，辅以生命科学和环境科学的原理和方法，从区域地质条件分析、地球化学勘探、水文地质地貌调查与实验、水文气象观测、工程勘探、生态调查与监测等方面，分析和确定岩溶多介质环境组构、物质流和能量流传输机制。资源& mdash& mdash环境& mdash& mdash生态& rdquo承载能力。

(3)注意& ldquo3S(遥感、GPS、GIS)& rdquo；野外监测和调查与室内数据统计、分析和处理相结合的新技术、新方法的引进、开发和应用。围绕岩溶生态系统的安全利用，综合分析了岩溶类地区的水、土、岩、各种矿产和农业生产项目，以及岩溶地区的各种社会经济发展模式，以便& ldquo元素链& rdquo在喀斯特多媒体环境中& ldquo水& mdash& mdash土壤& mdash& mdash摇滚& mdash& mdash生物& rdquo基于系统的循环，确定了岩溶生态地质研究的评价指标体系。

(4)在上述基础上，综合集成，辅以其他技术和方法，将建立岩溶生态地质研究的技术方法体系。

喀斯特生态地质研究技术路线的核心是整合区域分析、典型试验点选择、地质表征、优势序参数确定、喀斯特生态地质模型构建和数学发展& mdash& mdash这些模型有机地结合在一起。

(1)区域分析。区域限于中国南方岩溶区，重点区域为红水河流域岩溶区，以研究岩溶生态地质特征。

(2)研究典型考点的确定。在云南、贵州、广西三省(区)的喀斯特地区，选择典型的峰丛洼地、典型的峰林峡谷、典型的峰林平原和典型的孤峰平原、丘陵作为典型的试验点进行研究。

(3)地质特征。定性确定区域和典型试验场地、岩溶多介质环境组构、岩溶生态地质类型及其& ldquo地质学& mdash& mdash生态& rdquo模式。

(4)优势序参数的确定。以元素地球化学为基础，应用环境生态学、岩土动力学、农学、林学、生物技术等多学科手段，构建了岩溶多介质环境中元素迁移的连续性方程，确定了岩溶生态系统变化的优势序参量。

(5)定性模型和定量模型。对典型试验场的岩溶多介质环境进行了典型化和概化，建立了岩溶生态地质模型。结合室内分析和室外调查，建立了相应的数学和物理模型。

在此基础上，制定了实验方案:

(1)现场实验方案。重点开展典型试验场的岩溶生态地质调查研究，在相关地点设立系统的监测站，研究岩溶多介质环境& ldquo水& mdash& mdash土壤& mdash& mdash摇滚& mdash& mdash生物& rdquo系统中元素迁移的链式机制与喀斯特生态系统的综合效应。

(2)室内实验方案。开发和组装测试岩溶生态地质要素的专用装置和仪器，建设测试实验系统，提高实验水平。

5解语

结合学科前沿，着眼于我国南方岩溶地区国民经济和社会发展对岩溶生态安全的需求，岩溶生态地质学未来的研究重点如下:

(1)利用现有的工作基础和条件，整合和汇编现有的岩溶生态地质研究方法和技术，探索岩溶生态系统利用和服务的安全模式，引进、发展、整合和汇编岩溶生态地质评价指标体系和技术方法体系，确定我国岩溶生态地质研究的基本模式。

(2)加强区域综合调查研究，奠定中国岩溶生态地质研究的理论基础，发展和建立& ldquo喀斯特& mdash& mdash生态& mdash& mdash资源& mdash& mdash安全性& mdash& mdash使用服务系统模式& rdquo消除中国喀斯特地区社会经济发展的战略瓶颈。

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