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喀斯特湿地:将不可能化作神奇

  在南斯拉夫西北部伊斯的里亚半岛的高原上,有一处土壤稀少,到处是裸露岩石的高地,矮小稀疏的草木扎根在石头缝里艰难地生长。一场大雨过后,短时间内洪水来势汹汹,但很快就消入地下无影无踪,既而是干旱缺水,给人们留下的印象只剩下严酷与荒凉。因为满视野都是坚硬的石头(kras),当地人干脆就用“kras”来作为那个高地的地名。19世纪末,南斯拉夫学者司威依奇首先对kras高地进行了研究,在德语论文中将原来的“kras”写成了“karst”,并用这一词作为石灰岩地区的一系列溶蚀作用过程和产物的名称。最后“karst”一词作为英语词汇成为世界各国的专门术语,中文音译为“喀斯特”

  在中国,类似于伊斯的里亚半岛kars高地的地貌并不少见,也是一样的岩石裸露,也是一样的满目疮痍,只不过中国人没有用地名来代表这种地貌,而是用它的“岩石可溶”的特点将其命名为“岩溶”。到今天,在中国“喀斯特”和“岩溶”完全通用,是指“水对可溶性岩石(碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物岩等)进行以化学溶蚀作用为特征(并包括水的机械侵蚀和崩塌作用以及物质的携出,转移和再沉积)的综合地质作用,以及由此所产生的现象的统称。”也就是说喀斯特既是过程也是结果,“喀斯特”一词既是动词也是名词。

  因为喀斯特地区的岩石为可溶性碳酸盐岩,在水的作用下形成丰富的溶沟、溶孔、溶洞、裂隙等,不仅是地表破碎,地下也破碎复杂。广泛发育的地表、地下不均一的双重空隙结构,使得地面塌陷、漏水漏土漏肥成了常态,加之喀斯特环境中土壤与母质、母岩层间往往是一个比较光滑的石灰岩层面,土壤表层物质淋失后,较薄的土层与母质母岩层之间没有一个紧密的接触面,地表水下渗以后,即很快在这一接触面上产生侧向径流,使得土层更加松散,最后很快整个土体被地表径流所浸蚀。导致土壤较薄、土被不连续,雨水、地表水、地下水“三水”转换明显正所谓“地下水滚滚流,地表水贵如油”。“喀斯特”似乎成了“缺水”的代名词。

  喀斯特地貌总面积约占地球陆地总面积的10%。喀斯特地貌发育的物质基础是可溶性岩石,包括碳酸盐类岩石(石灰岩、白云岩、泥灰岩等)、硫酸盐类岩石(石膏、硬石膏和芒硝)和卤盐类岩石(钾、钠、镁盐岩石等),分布最广泛的是碳酸盐岩类。这些岩石绝大多数是来源于化学沉积,也有些是来源于生物骨骼堆积(如珊瑚)。它们最大的特点就是“可溶”,有些是直接被水所溶,有些是被水与二氧化碳结合形成的碳酸所溶,因此,不同的岩石背景下喀斯特形态差异很大。

  由于碳酸盐岩形成的裸露形喀斯特地区多以“石山”的形式表现,所以又将喀斯特地区称为“石山地区”,在中国约有1/8的国土都是这种石头山,主要分布在贵州、广西、云南三省以及川东、川南、湘西南、鄂西等地区。特别是西南地区,喀斯特分布集中,面积最大,约占全国喀斯特面积的31.5%,在大多数喀斯特山区岩石的裸露率在一半以上,喀斯特面积所占比例很大。在这种地方湿地要存在确实困难,比如贵州,湿地占国土面积的比例仅为1.18%。

  由于受人类活动的影响,加上喀斯特地区具有岩石裸露、水文特殊、缺水少土等特殊自然条件,大多数地区喀斯特森林逐渐丧失,许多地方已石漠化,喀斯特环境进一步恶化。生活在喀斯特地区的人们为了生存,还在进行着破坏性的开发,开发的结果只能使喀斯特环境更进一步恶化,形成恶性循环。大多数喀斯特地区最典型的就是水土流失加重和土壤退化,大气降水直接冲涮地面,带走土壤和肥力。一场雨后,地表径流通过孔隙迅速渗漏进入地下深层,不易被利用,导致地表缺水,而在地势较低的地方又有多股水出露,迅速形成浸水,造成洪涝,待雨停后水又快速漏掉,再形成干旱缺水。

  通过研究得知,喀斯特森林植被破坏后,很快会导致土壤退化,最终使整个喀斯特森林破坏后变成灌丛的过程中,土壤有机质含量将从20%以上下降到10%左右,而在灌丛林条件下进一步开荒耕种后,如没有适当的土壤退化防治措施,土壤有机质将下降到5%以下,氮、磷、钾也有同样翻倍递减的趋势。喀斯特环境维持在一个低水平层次的物质、能量动态平衡状态或者负向演潜状态。喀斯特石漠化问题成为各级政府最为头痛的问题,通过各种工程性治理,花费了大量的人力物力,但收效甚微。喀斯特几乎与贫穷、落后等同。

  喀斯特是缺水的,而“湿地”,顾名思义是离不开“持续有水”的。这样一来,好象湿地与喀斯特是风马牛不相及的两类东西。

  湿地,按照《国际湿地公约》定义:“湿地系指不论其为天然或人工、常久或暂时之沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带,带有静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者,包括低潮时水深不超过6米的水域。潮湿或浅积水地带发育成水生生物群和水成土壤的地理综合体。是陆地、流水、静水、河口、和海洋系统中各种沼生、湿生区域的总称。”湿地是位于陆生生态系统水生生态系统之间的过渡性地带,是地球上有三大生态系统(森林、海洋、湿地)中具有多种独特功能的生态系统,它不仅为人类提供大量食物、原料和水资源,而且在维持生态平衡、保持生物多样性和珍稀物种资源以及涵养水源、蓄洪防旱、降解污染调节气候、补充地下水、控制土壤侵蚀等方面均起到重要作用。

  河流是湿地的一种,如此看来,喀斯特似乎又可以与湿地扯在一起了,至少喀斯特地区也一样有河流,只是可能是地面河流,也可能是地下河。

  乌江、北盘江、南盘江、漓江,这些都是喀斯特地区的河流,之所以有那么多美丽的景观,其实也得益于强烈的喀斯特作用。“桂林山水甲天下,阳朔风光甲桂林”,其实所说的阳朔风光,更准确地说就是漓江风光。“乌江百里画廊”无非就是水与喀斯特的交融,在干与湿、明与暗间留给人们充分的想像空间。长江三峡也好、北盘江大峡谷也好,或者什么洒金谷、鱼洞峡、黑鹅峡、恐怖峡,那不是地球的伤疤,是地质历史对水的记忆,是喀斯特峰丛间上一道美丽的风景,更是喀斯特河流湿地给人们美的贡献。

  与河岸那些刀削斧劈的悬崖陡壁和形态各异的峰丛峰林相比,瀑布、跌水和钙华这些微景观可能更能诠释喀斯特河流湿地的美丽。黄果树瀑布、九寨沟、黄龙沟、荔波大小七孔,这些非主流的喀斯特湿地,却留给了地球更多的神奇。

  钙华是溶解在水中的碳酸氢钙在释放二氧化碳后将碳酸钙还原出来,并在附着物上沉积下来的结果,当然应该是喀斯特湿地的杰作。在四川的黄龙,钙华景观类型齐全,钙华边石坝彩池、钙华滩、钙华扇、钙华湖、钙华塌陷湖、坑,以及钙华瀑布、钙华洞穴、钙华泉、钙华台、钙华盆景等一应俱全,是一座名副其实的天然钙华博物馆。九寨沟的诺日朗大瀑布、五彩池等、贵州黄果树瀑布水帘洞、荔波的小七孔68级瀑布,都是喀斯特湿地的成果。

  高达77.8米的黄果树大瀑布是世界最阔大壮观的瀑布之一,宽101米,由于在喀斯特极为发育的地方存在,表层岩溶水形成的各式各样的钙华,更增加了大瀑布的神秘色彩,是世界上唯一可以从上、下、前、后、左、右六个方位观赏的瀑布,是有水帘洞自然贯通且能从洞内外听、观、摸的瀑布。明代伟大的旅行家徐霞客考察大瀑布赞叹道:“捣珠崩玉,飞沫反涌,如烟雾腾空,势甚雄伟;所谓'珠帘钩不卷,匹练挂遥峰’,俱不足以拟其壮也,高峻数倍者有之,而从无此阔而大者”。

  喀斯特地区一样有湖泊,只不过可能是喀斯特洼地因通道堵塞而形成的堰塞湖,如草海,亦或是如荔波小七孔鸳鸯湖那样的因有稳定补给而形成的动态平稳水体。

  喀斯特地区最典型的水文特征是“三水转换明显且快速”,即大气降水到达地面,较难以地表水形式存留,而是迅速转入地下,以地下水的方式存在。因此,喀斯特地区的地上的河流显而易见,其实地下河更丰富,只不过它藏于地下,你没有发现它,或者感受不到它的存在而已。据科学家研究,仅在贵州,常年有水且长度大于2公里的地下河就有1130条,总长度约6246公里。

  有些地下河规模宏大,有些地方甚至形成了地下湖盆,如安顺龙宫、大方九洞天、荔波地峨宫等。地下河和地表河其实都是喀斯特湿地生态系统的一部分,有些地下河可能在某一地方因为地质塌陷、堵塞等原因露出了地表,成了地表河,而有些河流却以落水洞、伏流等形式入到地下,成了地下河。也有可能在地下经历了一段地下河,再通过地下管道在某处暴露出来,形成岩溶大泉。比如在贵州,偶测流量大于10L/s的岩溶大泉有5214个,总流量538060 L/s枯季流量大于10 L/s的常年性岩溶大泉3152个,总流量2578171.5 L/s。其中流量大于1000 L/s的岩溶特大泉也有几十个。

  实际上,一个岩溶大泉或地下河的存在,乃特定环境的产物,受偶然的和季节的降水影响变化很大,它们的个数及其流量不是一个定值。

  地下河虽然处于地下的黑暗世界,但它却并不是一个寂静的无生命世界。由于有水带入作用,地下河中的物质能量来源比洞穴还要直接丰富。因此,除了需要光源来实现光和作用的绿色植物外,在地表河中的生命形式地下河中都有存在,像鱼、钩虾、蟹、贝类等,只不过它们在地下无光的这样一个特殊环境中,身体发生了变化,有些身体的颜色消失,甚至变得透明。有些为了在黑暗中感受环境,触须变长,或者头顶骨变薄,总之利用一切资源适应黑暗环境。

  湿地还有一大类就是沼泽,喀斯特地区也一样存在有沼泽,而且喀斯特地区的沼泽想比一般的沼泽更独特。

  在贵州的娘娘山、韭菜坪、独山都柳江源、都匀螺丝壳这样一些地方,同样属于喀斯特地区,但却存在一定面积的泥炭沼泽地。准确地说,这些地区只是在喀斯特地貌的大背景下,利用了一定范围的特别地质结构,在厚层可溶性岩石上一定的隔水层,形成了喀斯特台地,在台地上形成的泥炭沼泽,还算不得真正的喀斯特沼泽湿地。

  事物都有其特殊性,因为有了特殊的生态效应,把这两种不可能并存的东西扯在了一起。

  在贵州南部的荔波县与广西北部环江县交界地带,封存了若干个世纪的喀斯特森林在二十世纪八九十年代相即被专家发现,那一系列的几乎是颠覆喀斯特常理的现象在那里累见不鲜。

  在这片喀斯特森林里,虽然也有极高的喀斯特出露,但由于森林的作用,在喀斯特森林生态环境下,已不再是一个恶劣的环境。大量的森林凋落物腐烂以后,形成泥炭土,附着在岩石表面,阻堵可溶岩导管和裂隙,减缓了水分的直接下渗速度。茂密的植物根系对岩石机械破坏作用强烈,物质分解产生大量有机酸,有利于地表岩石裂隙发育,裂隙又被枯枝填充,裂隙及枯枝落叶孔隙表现有极高的持水、保水能力。

  在森林中不再是令人生畏的景象,有丰富的地表水源,森林沼泽随处可见,小环境、小气侯多样。植物发达的根系对固着土壤具有很大的作用。森林枯枝落叶形成的泥炭土和腐殖土以及森林中的黑钙土,具有很强的蓄水能力,这多种因素的综合作用使喀斯特森林土壤免受流水的侵蚀。降雨后,林冠截流雨水,起到降势作用,减少雨水对地表的冲击。森林穿透水和树干茎流水缓慢到达地面,被土壤层吸收,有利于雨水中的营养成分的贮存,雨水缓慢渗入可溶岩中,成为岩溶含水介质的补给水源,再通过森林滞留泉、裂隙水等形式逐渐汇出地面。

  由于喀斯特森林的存在创造了独特、罕见的喀斯特森林湿地。它不同于其它类型的湿地,它是由无数、无处不在的喀斯特泉、喀斯特潭、地下河的明流段、溪流、喀斯特森林沼泽、喀斯特滞留泉、喀斯特森林沼泽等组成的综合体,对喀斯特森林具有很强的依赖性。它与传统意义上的湿地有很大差别,即是零星的、不连续的、可变的。

  在整个茂兰与木伦之片喀斯特原始森林中,在许多的洼地和鞍部都有喀斯特森林湿地的分布。独特的喀斯特森林水文二元结构使地表水与地下水并存,地下河系发达,地下水露头形式多样,形成了丰富的下降泉、上升泉、多潮泉、潭、地下河天窗等。

  有了这些丰富的可利用的水源,当地群众的生产生活基本上不会受缺水的影响。就算是在大干旱,许多喀斯特地方群众生活用水困难,在到处找水喝时,喀斯特森林沼泽以它顽强的生命力支撑着当地社区用水和生态环境中的供水。

  许多走遍世界的喀斯特专家在未见到茂兰喀斯特森林前,也会对这里有湿地提出置疑,因为在他们的脑海中喀斯特地区是极度贫瘠和干旱的,如果在喀斯特地区出现沼泽,那一定是在一片明显的隔水层上!2007年在申报“中国南方喀斯特世界自然遗产”时,中科院宋林华教授听了人们的介绍,怎么也想不能在喀斯特高位洼地会有沼泽地存在,无论如何坚持一定要到现场去一探究竟,但是很遗憾,他乘坐的车辆被对面驶来的车辆压顶,出现了车祸,宋林华教授不幸当场死亡,永下了永远的遗憾。世界遗产成功申报,人们没有忘记他们的名字,他们的灵魂也许在天国也在庆幸还有这样一块地区,能告知人们喀斯特环境也可以友好经营的真理。

  这些森林湿地不仅给人们直接提供水源,还为全球环境作出贡献。既是碳库,也生物多样性基因库。

  森林植物通过光合作用,将大气中的二氧化碳(无机碳)转变为植物形式的有机碳(纤维素、淀粉、糖等),这是生态系统中最重要的碳汇。随着森林的生长与代谢过程,大量的凋落物和枯朽木回到地面,被土壤动物取食、粉碎,被微生物分解或降解,有机碳又以二氧化碳形式重新回到大气中,这是一个普通的碳循环过程。但是,在喀斯特森林中,特别是保存完好的喀斯特原生林中,大量的地表水以森林沼泽形式存在,在森林沼泽中聚集大量的由半分解的森林代谢物形成的泥碳,即泥碳地沼泽。森林滞留水能源源不断地补给沼泽地水源,使水热条件得到保障,沼泽中的泥碳的分解过程因缺氧和PH值变低而放慢速度或终止,大量的碳被“锁”在泥碳中,不参与大气二氧化碳循环,起着碳库的作用。那些依赖于湿地环境生存的生物,在这里寻找到了避难所,天知道哪一种植物或动物有一天会成为人类生存下去的依赖?

(此文文字发表在《森林与人类》)

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