中国岩溶生态水文学 文章节选bsp; 前 言
本教材是根据教育部“十一五”高等学校水利类专业教材要求组织编写的。
在编写过程中，力求运用最新科研成果，并注意贯彻教材简明、理论与实践
相结合的原则，着重阐述岩溶生态水文学的基本概念、原理和方法，紧密结合中
国岩溶区水文与水资源工程中的主要岩溶问题——岩溶水文和岩溶生态安排教材
体系。此外，还适当反映了本学科的成就和发展方向。
本教材适用于水利类、地质类和相关专业高等院校学生，也可供其他专业和
工程技术人员参考使用。
参加本教材编写的有：桂林工学院郭纯青、刘羽、赵相忠、代俊峰；中国地
质科学院岩溶地质研究所曹建华；河北省环境地质勘查院田西昭等。
全书由郭纯青主编，其中，曹建华编写了第四章，郭纯青、田西昭编写了第
六章，余下章节均由郭纯青编写，刘羽、赵相忠、代俊峰为全书图件描绘和初校，
最后，由郭纯青对全书统编、定稿。本教材出版得到桂林工学院教材建设基金和
环境工程博士点建设基金联合支持。
本教材由中国地质科学院岩溶地质研究所朱德浩、裴建国主审，，对教材进行
了认真的审阅，提出了许多宝贵的意见和建议。桂林工学院研究生胡君春、马婷、
王佳佳、邓坤等参加本书初稿的打字、排版和校对工作。在此，一并致谢。
对于本教材存在的缺点和错误，诚恳地希望读者提出宝贵意见。
编 者
2007年8月 第四章 岩溶生态系统
第一节 岩溶生态系统(特指中国南方岩溶区)
中国生态学会创始人马世骏(1991)认为：生态学是研究生物系统与环境系统之间
的相互作用规律及其机理的科学。生物系统包括微生物、植物、动物及人类；环境系统包
括生物活动生活中的无机因素、生物因素和人类社会构成的各种生境环境。
岩溶生态系统则是随着国际岩溶学与生态学科的发展，交叉渗透而产生的新的岩溶学
科领域，归属于地质生态学。岩溶生态系统的概念由袁道先(2001)首先提出的，岩溶
生态系统是受岩溶多重介质环境制约的生态系统，其内涵既包括岩溶多重介质环境如何影
响生命，也包括生命对岩溶多重介质环境的反作用。
岩溶生态系统由无机环境和生命系统两个部分组成。无机环境属岩溶多重介质环境中
的一部分，有两个特点，一是碳酸盐岩富钙、镁，偏碱性，土壤贫瘠；二是地下空间的存
在，使水、空气都有双层结构，构成特殊的岩溶生态一水文系统。无机环境的两个特点决
定了生命系统的两个特点：一是旱生、石生和喜钙的岩溶植被；二是无光、潮湿、相对恒
温条件下的地下生物群。
岩溶生态系统的功能也主要包括两方面。其一，驱动岩溶形成；调节大气CO，缓解
环境酸化；驱动元素迁移，影响生命发育和物种选择；记录环境变化。这些功能不但可用
于全球变化研究，而且可以用于岩溶石山治理的地质工程。其二，把岩溶地区的各种环境
信息(如富钙、缺土、双层结构、缺水、无光、潮湿、恒温等等)传递到生命体中，从
而进行物种选择，或改造生物习性，形成岩溶地区特有的生产者、消费者和分解者群落。
这种功能为人类利用基因工程实现环境恶劣的岩溶地区的可持续发展提供了可能。
岩溶生态系统的运行受到岩溶多重介质和环境中多个介质的联合作用的驱动，以碳、
水、钙(及其他金属元素)循环为主要形式的物质能量传输系统，并受到已有岩溶形态的
影响。碳、水、钙(及其他金属元素)循环制约岩溶生态系统中的无机环境方面两个特点
(即易溶的碳酸盐岩和偏碱性、贫瘠的土壤，以及双层水文地质结构和地下空间)的形
成，并影响生命的演化过程；同时，通过遗传信息按照中心法则由DNA到RNA到蛋白质
的传递，制约着无土、缺水、富钙的地面环境，和无光、潮湿、相对恒温的地下环境的特
殊生产者、消费者和分解着群落的形成和演化，从而构成岩溶生态系统的基础。
一切能促使岩溶生态系统发生运动、变化的作用都可成为其驱动力。在岩溶生态系统
中碳、水、钙在岩溶多重介质有机和无机环境中的循环是阐述其运行规律的关键环节。
一、岩溶生态系统研究的意义
1．岩溶生态系统概念的提出是地球系统科学在岩溶研究领域的进一步延伸
20世纪的岩溶研究经历了三个发展阶段：①地质地理描述阶段(30年代前)，代表
人物是美国的Davis、Swinnerton，欧洲的Grund、Katzer等；②物理化学(水一岩相互作
用)阶段，代表人物是前苏联岩溶学家索科洛夫，他发表了著名的岩溶学论著《岩溶发
育的基本条件》(1962)，提出岩溶发育的四个基本条件：可溶性岩石、岩石的透水性、
侵蚀性的水和水的运动；③地球系统科学阶段(70年代以后)，以袁道先等的《岩溶环境
学》(1988)为代表，90年代以来，由中国岩溶学者袁道先院士申请获准、实施的三个国
际地质对比项目，体现了地球系统科学指导下的岩溶发展的第三个显著阶段。
(1)IGCP299“地质、气候、水文与岩溶形成”(1990～1994)，将岩溶形态与形成
的环境背景结合起来，提出利用岩溶形态组合特征辨别同质异相、异质同相的混淆，提出
了地球系统科学岩溶观(袁道先等，2002)。
(2)IGCP379“岩溶与全球碳循环”(1995～1999)，将岩溶作用与全球碳循环、全
球变化联系起来，即从岩溶作用的基本原理揭示了岩溶作用与全球碳循环密切相关，同时
岩溶洞穴石笋中保存着高分辨率的古环境信息。提出岩溶动力学理论，从地球表层系统中
的四层圈(大气圈、岩石圈、水圈、生物圈)问物质、能量迁移的角度认识岩溶动力系统
的运行规律、演化机制，以及岩溶地区的资源、环境形成演变的特征(袁道先等，
2003)。
(3)IGCP448“全球岩溶生态系统对比”，将岩溶地质作用与生物作用有机地结合在
一起，探索岩溶地质背景条件、岩溶过程对生态系统运行、演化的制约。
2．岩溶生态系统是地球表层系统中的重要组成部分
全球岩溶面积达2200×104km，占陆地面积的15％(王世杰等，1999)。中国是一个
岩溶大国，岩溶面积334×104km，占国土面积的1／3(李大通，1985)。以贵州为中心的
中国南方岩溶区是全球3大块岩溶集中分布区(欧洲地中海沿岸、美国东部、中国西南
部)之一，其面积达54×10km，其中滇、黔、桂、湘碳酸盐岩出露面积有37×10km2，
占该区总面积的36％(欧阳自远，1998；洪业汤，2000)。因此岩溶生态系统运行规律的
掌握对岩溶地区的资源开发、环境保护、经济发展都有重要的意义。
3．中国南方岩溶生态系统及退化生态环境综合治理在国际上具有范例性
中国的岩溶发育有四大优势：①可溶岩古老而坚硬(三叠纪以前为主)，孔隙度小；
②水、热配套的季风气候；③新生代强烈的地壳抬升；④未受末次冰期的刨蚀，使中国的
岩溶类型发育齐全，在全球岩溶研究中具有很好的示范性(Yuan，1991)。因此，许多著
名的国外岩溶学家在参观、了解了中国岩溶发育特征后都认为：国际岩溶学新理论的发展
将在中国得到启示。这充分显示了中国岩溶研究的地域优势。
4．中国南方岩溶生态系统是一地质环境制约的脆弱环境，也是中国西部大开发中需
要解决的重要科学问题
早在1983年美国科学促进会149届年会上，就把岩溶环境作为一种像沙漠边缘一样
的脆弱环境加以讨论。近年来由于人口的增长，对资源掠夺性利用、对环境的破坏，给本
就脆弱的岩溶生态环境的恢复和重建带来更大的困难。中国南方岩溶区的脆弱性主要表现
在以下几方面。
(1)水文系统。长期的岩溶作用构成地表、地下双层空间结构，地表是崎岖复杂的
地形，地下是规模巨大的岩溶地下河系，地表径流常常流失于地下，造成水土流失，泥沙
充填地下岩溶管道，常常形成阻塞和内涝灾害。
(2)地球化学背景。富钙、镁的偏碱性环境。母岩的成土速率低，加上水土流失，
造成岩溶区缺土、缺水，同时，赋予岩溶土壤特殊的理化性质及连带的植物营养状态的差
异。
(3)岩溶植被。岩溶地区的植被具有石生性、旱生性和喜钙性，而植被生产力偏低。
植被一旦被破坏就难以恢复，石漠化面积不断增加。
(4)人类活动。人类活动改变土地利用方式，对岩溶生态系统的稳定性、生产力产
生越来越大的冲击。该地区的人口密度为163人／km，比全国平均人口密度ll 1人／km
高46．8％。这一地区也就成为全国贫困县集中分布区，是国务院“八七”扶贫攻坚计划
的重点地区。为了改善中国南方岩溶地区生态环境，提高其人口承载力和区域经济可持续
发展，国务院在已将“推进岩溶地区石漠化的综合治理”列为国家目标。
从国际地质对比计划的宗旨(地球科学为人类服务)和生态学早期的内涵(生态学
是关于居住环境的科学)，岩溶生态系统研究的目标是：揭示岩溶生态系统的运行演化规
律，探索协调岩溶区的人口资源环境之间关系的有效措施。
5．岩溶生态系统研究需要的理论基础
岩溶生态系统是受岩溶多重介质环境制约的生态系统，隶属地质生态。因此，研究岩
溶生态系统需要地球系统科学基本理论支撑。
(1)地学。岩石学、水文学、地球化学、同位素地球化学和第四纪地质，地貌学、
自然地理学等，尤其是碳酸盐岩岩石学、岩溶水文地球化学和岩溶地貌等。
(2)生态学。植物、动物和微生物学及相关生态学理论。
(3)土壤学。土壤是联系岩石与植物的桥梁，对土壤学的深入了解和相关研究方法
的掌握，是深入研究和掌握岩溶生态系统运行规律的重要环节。
’ 二、中国南方岩溶生态系统研究前景
岩溶生态系统是近年来发展起来的岩溶学研究新领域，由于面积分布广、生态环境脆
弱性、对经济社会发展制约等多方面因素，岩溶生态系统研究在理论和实践中都具有很重
要的意义。
1．中国南方岩溶生态系统理论的完善
岩溶生态系统被定义为“受岩溶环境制约的生态系统，它包括无机环境和生命部
分”。目前，对岩溶生态系统中的无机环境已有较深入的研究，而对生命部分还缺乏总结
和研究，尤其是生态系统中的消费者和分解者。因此，生态工作者应与地学工作者密切合
作，多学科交叉渗透，充分发挥中国岩溶研究的地域优势，坚持不同类型岩溶生态系统的
动态监测和研究，掌握岩溶生态系统运行规律，逐步完善中国南方岩溶生态系统理论。
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