西南喀斯特地区耕地撂荒生态环境效应研究进展_易兴松.pdf

第 卷第 期 年 月生态学报 ，：基金项目：国家自然科学基金项目（，）；中国博士后科学基金项目（）；贵州省研究生科研基金项目（黔教合）收稿日期：；网络出版日期：通讯作者 ：易兴松，戴全厚，严友进，张吟，何洁，王勇，姚一文西南喀斯特地区耕地撂荒生态环境效应研究进展生态学报，（）：，（）：西南喀斯特地区耕地撂荒生态环境效应研究进展易兴松，戴全厚，严友进，张 吟，何 洁，王 勇，姚一文，贵州大学林学院，贵阳 贵州大学土壤侵蚀与生态修复研究中心，贵阳 贵州省森林资源与环境研究中心，贵阳 贵州省城乡规划设计研究院，贵阳 摘要：耕地撂荒是多驱动力综合作用的结果，不同地域下的撂荒地生态环境影响具有其特殊性。针对当前西南喀斯特地区耕地撂荒现象，综述了目前在西南喀斯特地区撂荒地生态环境影响方面取得的研究进展及未来的研究展望。综合现有研究结果发现：务农机会成本增加，以粗放经营为主要特点的隐性撂荒可能是现代石漠化发展的潜在动力；喀斯特地区的土壤异质性决定了耕地撂荒后地块尺度的景观均质性或者区域尺度的景观异质性；喀斯特地区耕地撂荒后植被恢复能在一定程度上改善土壤结构、维持土壤水分、促进土壤养分恢复；撂荒初期土壤侵蚀加剧，撂荒后期植被恢复防治土壤侵蚀；耕地撂荒植被恢复后增强了喀斯特地区植被碳汇、土壤碳汇和岩溶碳汇效应。未来，应明确隐性撂荒对喀斯特地区生态环境的具体影响，创新技术手段动态监测优等地和石漠化耕地的撂荒面积及趋势变化，定量显性撂荒在水土流失防治和石漠化生态恢复中的贡献，综合评估撂荒地的碳汇效应，从而为合理配置喀斯特地区耕地的社会、生态功能建言献策。关键词：喀斯特；隐性撂荒；显性撂荒；生态效应；石漠化 ，：，：（）；（）；（），：；（），；（），：；近年来，弃耕撂荒地成为土地利用 土地覆盖变化最重要的研究热点之一。随着我国城市化进程的不断加快，农村地区人地矛盾减缓，耕地边际效应进一步促进耕地撂荒。现阶段我国耕地撂荒呈现撂荒面积、撂荒率双增长，撂荒现象趋于普遍和由贫瘠、破碎地块向肥沃、连片耕地蔓延的新特征。孔祥斌研究发现西南山区耕地撂荒面积在 左右。而西南喀斯特地区土层浅薄不连续，土地贫瘠且坡耕地较多，优质土地资源稀缺，石漠化面积达到了 万。耕地撂荒是粮食安全的潜在威胁，但石漠化耕地撂荒后植被次生演替促进区域生态恢复，也有利于西南喀斯特地区防治石漠化。中国西南（约 万）是全球三大岩溶集中分布区中连片裸露碳酸盐岩面积最大、岩溶发育最强烈的地区。由于不合理的土地利用，植被破坏、水土流失严重，石漠化现象突出，也是生态环境问题最严重的地区之一。如何有效地遏制石漠化发展和科学地促进生态恢复是中国西南喀斯特地区可持续发展中的首要难题。投入有限的情况下，耕地撂荒自然恢复可能是一种切实有效的生态恢复措施。耕地撂荒的定义有很多种，从农户的主动撂荒形式可分为显性撂荒和隐性撂荒。显性撂荒是指除自然灾害等不可抗拒的外部因素外，由于耕地承包经营者主观方面的原因，导致耕地没有种植农作物而闲置的状态；隐性撂荒指田块上依旧播种农作物，但投入田块的人、财、物有意识的降低，导致耕地利用效率下降、产出水平降低。而耕地撂荒因子的区域响应并不一致，导致耕地撂荒具有地域性。目前，国外研究主要以耕地撂荒对自然环境的具体影响为主，国内则重点关注的是耕地撂荒对粮食安全的潜在威胁，而针对于中国西南喀斯特地区耕地撂荒的生态环境效应研究更是少见。为此，本文在剖析了西南喀斯特地区耕地撂荒原因及特点基础之上，结合耕地撂荒前后的生态响应，从隐性撂荒和显性撂荒的角度，分别探讨了耕地撂荒对景观格局、土壤肥力、土壤侵蚀及碳汇方面的生态环境效应，提出其中存在的科学问题，对未来重点研究方向进行展望，以期为喀斯特地区遏制石漠化发展、低成本生态恢复和合理规划耕地用途提供启示和借鉴。西南喀斯特地区耕地撂荒原因及特点中国耕地撂荒大多发生在山地丘陵较多的省份。自 年以来，由于劳动力流失和快速城镇化等原因，山区耕地利用边际化特征和现象明显。李升发等对全国山区抽样调查发现，个调查村庄里面有的村庄出现撂荒现象，年全国山区县耕地撂荒率为。目前，耕地撂荒呈隐性撂荒向显性撂荒，季节撂荒向常年撂荒趋势发展，总体呈“西南高、东北低”的空间格局。其中西南山地在脆弱的喀斯特地质背景下形成的“石漠化耕地”容易撂荒（图）。比如，等基于遥感调查数据指出，年贵州和广西山区的耕地面积已被撂荒。究其撂荒原因，西南喀斯特地区山高坡陡，土层浅薄不连续，地下漏失导致地表土壤缺水，土壤肥沃但土壤总量少，土地贫瘠，是典型的生态脆弱区。坡耕地占比高，在不合理的人为活动下水土流失强烈，土壤及养分流失后土地生产力急剧下降，石漠化严重。在上述客观条件下，务农机会成本增加，劳动力析出，农地边际效应促使该区域耕地撂荒事件频生 态 学 报 卷：发。而水力侵蚀的严重程度更是决定该区域撂荒地空间分布差异的关键因素。图 喀斯特石漠化坡耕地（种植玉米）及撂荒地 （）耕地撂荒是多尺度多因素综合作用的结果，其影响因素的复杂性导致不同地区的耕地对撂荒影响因子的响应不一，即表现出耕地撂荒地域性，。西南喀斯特地区耕地撂荒生态环境特点如下：地貌类型多样，地形切割破碎。因家庭联产承包制影响，耕地地块进一步分散。地块小而分散阻碍机械有效替代，增加通勤成本，导致撂荒可能性增大。山高坡陡，坡耕地较多。西南地区坡耕地占耕地资源的比例高达。土层浅薄不连续，成土速度慢，土壤流失后演变为石质坡地无法耕作。多数碳酸盐岩酸不溶物含量低于，纯石灰岩或白云岩甚至低于，其中纯碳酸盐岩母质上发育 厚的土层需要，是非岩溶区的 倍。碳酸盐岩发育的土壤富钙镁，但其他营养元素缺乏，尤其是钾含量低的土壤环境仅适宜生长耐瘠、抗旱嗜钙的岩生性植被，有碍农作业发展。地下孔隙发育，水土地下漏失，工程性缺水导致耕作困难。受全球气候变化影响，西南地区极端暴雨或者干旱较为频繁，自然灾害严重，农作业呈低收益高风险态势。历史时期人地矛盾突出，广种薄收，遗留大面积的陡坡耕地。例如，贵州省 年土地利用变更调查统计显示，坡耕地面积仍有 万，占耕地资源比例高达。脆弱的耕作环境增加了务农机会成本，促进了耕地撂荒现象的发生，但耕地撂荒后的自然植被演替和恢复改变了农村土地利用状况和农业景观，并带来了巨大的生态环境改变。图 喀斯特地区耕地撂荒对石漠化发展的影响 西南喀斯特地区耕地撂荒的生态环境效应研究进展喀斯特生态系统恢复力稳定性低，生态环境脆弱。然而尖锐的人地矛盾造成地表土壤大量流失，石漠化面积持续扩大，进一步破坏了生态平衡。随着社会经济发展，受耕地边际效应驱动，劳动力析出到第二、三产业，人地矛盾减缓，耕地撂荒就是人地关系缓和的直接体现，。石漠化耕地的显性撂荒一定程度上促进了石漠化区域的生态恢复，粗放经营的隐性撂荒则可能是潜在的石漠化动力（图）。石漠化发展新形势下，喀斯特地区撂荒地的生态环境效应将成为石漠化生态恢复研究的焦点。西南喀斯特地区隐性撂荒生态环境效应郭贝贝等对包含贵州、广西、云南等 个省（自治区）的家庭追踪数据分析发现全国耕地隐性撂荒比例较高，达到了，隐性撂荒概率最低的浙江省为。可见，耕地隐性撂荒的概率已经不容小视。而喀斯特地区地表地下二元水文结构极易导致水土漏失，抗旱保墒能力差。农户粗放经营又导致隐性 期 易兴松 等：西南喀斯特地区耕地撂荒生态环境效应研究进展：撂荒耕地水土保持措施缺乏，常年不翻耕影响土壤入渗。受全球气候变化影响，极端暴雨和干旱频繁，隐性撂荒方式进一步紊乱了坡耕地土壤水分调节功能。同时，有机肥投入不足，化肥使用不平衡，土壤有机质减少，孔隙度变差，阳离子吸附能力减弱，土壤板结严重，影响水热气肥循环；轮作转换为单作，犁底层加厚，耕层变浅，严重影响作物生产力，降低粮食产量。综合来看，水土流失导致土地生产力下降的基础上，隐性撂荒可能造成喀斯特地区耕地土壤肥力进一步退化。与显性撂荒相比，隐性撂荒的指标鉴定相对困难，其中耕地细碎化、农业生产投入减少和土地征用是隐性撂荒的主要原因，但缺乏有效的定量评估，。有研究表明，喀斯特地区人地矛盾推动了生态环境的恶化，而农户对土地的依赖比对土地的负荷产生的环境影响更大。因此，隐性撂荒可能是现代石漠化发展的潜在动力。而石漠化景观的不均一性是高度异质性的地质地貌在差异性的人类活动中形成的。按成因分为以下 种类型（图）：一是第四纪以来自然环境变化引起的原生石漠化，人类只能加速或者减缓这一过程；二是是由于人口压力超过了土地承载力，不合理的人类活动加剧土壤侵蚀，造成基岩大面积裸露的次生石漠化。但历史时期的次生石漠化是人为粗放利用下广种薄收、只种不养造成的，该时期土壤侵蚀强度大、石漠化面积广；而现代时期的次生石漠化则是部分耕地在劳动或者农业生产性投入减少的粗放经营下，隐性撂荒或者缓坡耕作导致的石漠化，石漠化发展趋势大幅减缓。喀斯特地区成土速度极慢，保住土壤是喀斯特地区防治石漠化的关键。隐性撂荒背景下，小面积低强度的土壤侵蚀依然会促进石漠化的发展。当前关于喀斯特耕地隐性撂荒的研究较为匮乏，相关的报道也不多。李阳兵等、苗建青通过分析喀斯特地区耕地与石漠化之间的内在关系指出粗放经营是石漠化形成的本质。目前喀斯特地区隐性撂荒的生态环境效应更是少有人关注，隐性撂荒对耕地土壤肥力变化、土壤侵蚀强度等的影响尚不明确，需要在以后的研究中进行专题调查。整体而言，喀斯特地区隐性撂荒的生态环境效应需要引起足够的重视。图 石漠化发展阶段 西南喀斯特地区显性撂荒生态环境效应耕地停止耕种之后，缺少管理的半自然人工生态系统随时间逐渐演替为自然生态系统，同时带来显著的生态环境效应（图）。本文将基于喀斯特地区特殊的地质背景，从景观格局、土壤肥力、土壤侵蚀和碳汇等方面阐述耕地显性撂荒的生态环境效应研究现状与进展。显性撂荒对喀斯特地区景观格局的影响撂荒耕地随着植被次生演替的进行，传统的农业景观彻底改变。常态地貌撂荒地次生演替植被的均质性较高，由于撂荒时间和范围的差异，可能存在单一地块尺度的均质性、也可能存在异地搬迁的区域均质性，高度均质化的植被恢复容易引起火灾风险。然而喀斯特地区的耕地环境异质性导致该区域的撂荒地景观格局相对复杂。地貌类型从宏观上控制着喀斯特地区的侵蚀特征，高原山地水土流失严重、高原盆地侵蚀量小、高原峡谷区侵蚀量极少。次生植被的恢复程度取决于地表物质的组成情况。土壤侵蚀强度则影响着不同地貌条件下的耕地石漠化等级，基岩出露形成石槽、石缝、石沟等小生境，从而造成了耕地环生 态 学 报 卷：图 喀斯特地区显性撂荒地生态环境效应 境异质性，进而导致了石漠化耕地和非石漠化耕地撂荒后植被恢复的景观格局异质性。比如，王玲玉等结合地块时序归一化植被指数（，）进行了喀斯特山区撂荒地的精准识别指出，非喀斯特撂荒地 总体水平比石漠化撂荒地高，石漠化等级高低与 曲线整体水平呈反比关系。由于坡度、高程、年降雨量、年均温、地块破碎度等也是影响耕地是否撂荒的客观因素。因此，喀斯特地区撂荒地景观格局变化还需结合不同的环境因子和地貌特点进行专项研究。喀斯特地区耕地撂荒之后，植被正向演替主要分为两种类型。比如，沿自然过程恢复：草本群落阶段草灌群落阶段灌丛灌木阶段灌乔过渡阶段乔林阶段顶级群落阶段；此时，植被次生演替较为缓慢，自然恢复 年可有较为正常的组成、外貌和结构。而当撂荒耕地周围有种源存在时，群落演替可不经历草坡、灌丛草坡、灌木林阶段，而直接演替至乔木阶段。植被指数、植被覆盖度以及景观格局指数等都能在一定程度上反映撂荒地生态恢复的景观格局或者撂荒地面积的变化。例如，徐倩等用景观格局指数分析郎溪槽谷区撂荒地演变，指出郎溪槽谷区撂荒地聚集度指数、最大斑块指数、景观形状指数和斑块密度在整个研究区变化较为明显，撂荒之后耕地演变为林灌草并存，生态环境得到一定改善；李阳兵等通过高分辨率遥感影像和实地调查数据发现，茂兰喀斯特自然保护区由较小的耕地闲置逐渐发展到斑块面积较大的优质耕地撂荒。目前针对于喀斯特地区撂荒地景观格局变化的研究较少，喀斯特地区地块破碎，山区气候原因导致高清影像获取较为困难是其限制因素。未来亟需针对西南喀斯特地区开发更高精度的撂荒地遥感调查方法，整合多时相多来源遥