李玉辉
我的喀斯特科学系统化认知历程 精选
2021-2-14 09:10
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       喀斯特与我自幼就有亲密接触。但真正知道喀斯特是碳酸盐岩在水溶蚀侵蚀作用形成的地貌类型,是在大学上过《普通地质学》后的事。我出生、长大在桂林所属的县份,很小的时候在桂林皇城小巷生活过。观赏桂林山水,知道了“桂林山水甲天下,阳朔风景甲桂林”的民彦;从《刘三姐》电影中记住了山水人情的故事,从桂林甑皮岩溶洞古人类遗址知道了人与喀斯特洞穴的悠久渊源。洞穴既是人类最早的住所,又保留了人类早期创造的文化遗存,甑皮岩古陶文化遗存就是代表。大学第一学年回家路过桂林,再看到桂林峰林漓江山水时,心中有一种知识就是力量的自豪。

       大学专业认识实习到过云南石林,那是“山石冠天下,风情醉游人”的天下奇观。看到如树木森林般排列的石柱阵,欣赏石柱上横竖有序的细小沟痕与岩面上大小悬殊的坑洼,认知了雨水、裂隙、构造、生物、隆升塑造地形与名胜的威力。《阿诗玛》电影更加深了来自《刘三姐》电影的人文山水情怀。后来读到屈原的《天问》“焉有石林?何兽能言?”与柳宗元千年后的《天对》“石胡不林?往视西极!”之应答,认知了人的自然好奇心之悠久渊源,正是人们对自然的恒古好奇,地学等学科知识不断完善深化。

      进入专业队伍做科研与教学,对石林地貌与水文做过地学研究,带过实习,写过专著,发过文章。认知了专业学者对自然景观探索的逻辑与视角广泛,接触了具有世界性的杰出科学、美学价值的自然景观与符合世界级保护地的共性要求与社会需要。评价石林是否具有世界性的杰出普遍价值是从上世纪90年代开始。地学、生物学、美学与社会经济发展协调关系的内在机制认识开始进入视野。这开始了喀斯特科学的系统认知,并在博士研究生学习过程逐步实现。

     我的博士研究生导师是杨一光教授。他1957年北京大学毕业回到云南,在云南大学从事植被地理研究直到退休。在认知云南植被分异与云南水热空间规律的协同机制上,他有独特贡献,云南水热条件的水平分异和垂直分异与地貌结构动力复杂性的结合,塑造了云南植被的水平地带性与垂直地带性的特色组合。这是《云南植被》阐述云南以八个纬度带距离而具有全国四十个纬度带的植被与植物多样性等的机制,也为揭示占全国面积不到百分之五的云南国土面积拥有全国百分之60以上的高等植物物种多样性等提供了理论。用地理学分异规律与景观生态学结构、过程、功能协同机制认识保护地景观的整体性、自然性、独特性、优美性、多样性构成了博士研究生的研究方向。落在石林喀斯特地区,就是如何从地学与美学价值特有性基础上构建喀斯特整体性、自然性、多样性的功能协调保育机制。当时的景观生态学流行态势是景观生态的水平结构与垂直结构的协调认知与重构,落实区域与景观层次的结构-过程-功能融合,构建生物多样性、景观多样性、地学多样性的保育与区域可持续发展的生态安全格局。石林保护区就是岩石、构造、水文、植被、人文与经济的系统分析,特别是喀斯特地区生产生活用水的供给保障,虽然人类聚落最早的起源有依喀斯特泉水、湖泊选址定居扩展,并有喀斯特一泉多用的传统,从饮用水、洗菜淘米、洗衣、牲畜用水、再到灌溉的循环,但人口增加与生产生活来源的一成不变,喀斯特承载力局限日益突出,喀斯特生态系统退化不可避免。用时尚语言讲,就是自然-社会-经济复合生态系统的认知。

      博士研究生期间,加入了国家留学基金委员会首次公开选拔的出国留学进修人员队伍,分配到意大利进修。出国前在北京语言文化学院进修意大利语一年。期间进行了游学调研。先是到中国农科院试着能否拜见中科院院士李博教授。电话联系,先生听说是云南大学生态学博士生,立刻答应见面。我们在他的农科院办公室,见了面。我首先转达他的云大同业的问候,他也委托代他转达对同业的问候,接着他听了我的简单介绍,谈到我的选题,他推荐了当时刚回国的俞孔坚博士的生物多样性安全格局的研究成果,以及相关的生态学前沿。先生热情渊博大方。在聆听先生指导,大受启发之时,我也感受了先生落落大方的博雅。见面的小事让我肃然起敬。那就是先生答应见我的激情表现,一只皮鞋是系带子的,一只是不系带子的。我坐在先生椅子对面看到这样的情景,想到他的真情。后来又到了北大蔡运农教授的博士研究生开题报告会;拜会了俞孔坚教授。北语一年充分利用了北京国家图书馆与北语图书馆,查阅了以前不会接触的典籍。里面真的有我关心县域的自然社会经济变迁数据与事件。这为全面认识我关心的喀斯特区域景观生态学研究提供了新的基础。

      意大利语培训结束,到了意大利帕多瓦(Padowa)大学地理系研修,指导教授是Sauro U先生,地地道道的喀斯特研究专家,主持过上世纪80年代国际地理学会欧洲地区的《人与喀斯特》专题研究,出版过专辑。这次研修是实地考察与文献研读经典喀斯特资源环境演变。考察地区是喀斯特术语起源与喀斯特生态系统退化研究最早与深入的地方。先生安排我到阿尔卑斯山前缘地带维罗纳市(罗密欧与朱丽叶故事的家乡)的喀斯特山地实地考察,也安排到蒂利亚斯特与斯洛文尼亚交界喀斯特地区。

      实地考察与文献研读,知会了喀斯特术语最早的含义,那就是意大利与斯洛文尼亚交界区的地形崎岖不平、地表无土无水无林之区域境况。现代喀斯特地貌学之父斯维奇在19世纪末至20世纪初的博士论文研究选题,就是针对该类地区的公路建筑工程问题引发的地貌分析。他在Penck教授指导下进行。他选用了意(carso)、斯(kras)两国该区的地方名称组合,创造了德语喀斯特(karst)地貌术语,后该词进入英语词汇,成为地貌科学分支学科的代名词,专指地球表面碳酸盐岩为主的可溶性岩石经水作用形成(CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2)的地貌族,后来增加了这种地貌的地下形态与水文系统,即以水对可溶性岩石的溶蚀过程为特点的水文地质作用所形成的地下管道系统。我国明朝徐霞客先生观察记录了可溶性岩石地貌形态的气候带分布规律,这是后来我国有岩溶与喀斯特名词中文混用的渊源。我国侯学煜教授在上世纪40年代关注过喀斯特地区植物、土壤、岩石化学成分的关系,今天的语系就是生物地球化学研究,喀斯特植物有喜钙特性,喀斯特土壤有富钙属性等。

        欧洲在20世纪80年代的“人与喀斯特”研究,发现了喀斯特无水、无土、无林的现象是人类活动的结果,即耕地、放牧、家庭薪柴、砍伐木材造船、战争等活动,消耗了该区温带森林,可溶性岩石地表的保护层消失,森林阻隔降雨全部直接冲击可溶性岩石的调节过程消失,水化学过程与物理过程溶蚀侵蚀拓展地下通道,喀斯特少得可怜的土壤与枯枝落叶就这样被地表径流与地下径流带走得干干净净。

       尽管在经典喀斯特地区,千年前有治理喀斯特水土流失的意图与法规,但依赖土地种养牧、薪柴、建筑树木的生产生活加上战争烧毁,森林再也没有回来,年复一年,水土流失越发彻底,石牙裸露的崎岖地形愈发突出,喀斯特生态系统脆弱性表现也愈发迅速,溶蚀通道加速发育,水土流失无法遏制,带走种子带走养分,森林植被更难以再生,喀斯特泉枯,喀斯特溪流消失。这种喀斯特生态系统的自毁性认知是上世纪80年代喀斯特生态系统被列入世界脆弱生态系统类型的关键。

      意大利蒂里亚斯特到阿尔卑斯前沿山地的维罗纳山区考察,见识了这种地形与资源环境演变。二战结束,工业化为基础的城镇化,扭转了土地生产超重负荷,生活承载力负担下降,农村劳动力转移成为现实,耕地转化为林地有了可能。城市工业人口生活与生产活力的保持更新,需要增加城市公园以外的郊区、山区、农村的田野、文化、土产供给。这就给喀斯特山地农村农民农业增加了恢复森林、开发民俗文化产品、增加农副生态食品、保持传统民俗建筑等的旅游文化产业动力,喀斯特生态系统恢复有了可能。这增加了喀斯特生态系统与生产力的新内容。喀斯特生态系统修复需要区域社会经济支持系统保障。

       我国在上世纪80年代末,农业部门开始了全国性石山农业粮食类生产难题的研究对策,贵州学者关注喀斯特山地人居生存研究。喀斯特科学内涵就这样从区域地形形态与水土林的综合景象,上升为水溶蚀为代表的特殊地貌水文学科名称,再到资源环境演变机制揭示,进一步上升到集岩石地形森林土壤人口的社会-经济-自然复合生态系统与可持续发展内涵的大学科内涵。袁道先教授团队通过联合国教科文组织资助的系列课题,从上世纪90年代初陆续开始了从喀斯特地貌与动力、喀斯特水文、喀斯特生态等的全球性对比研究。

      出国研学10个月回到云南大学继续博士学位论文。按照先生要求,系统汇报总结了研学游学成果,再开始学位论文调查研究。以喀斯特内涵演变为线索,在原来地学研究有基础的云南石林,以世界自然遗产杰出普遍价值的标准和自然性、完整性认知为目标,设计了从地貌、水文、土壤、植物区系、森林、人文活动集成的博士论文研究调查。野外调查得到石林县农林、水利、计划、城镇、风景区风部门支持。邀请陆树刚教授、周跃教授实地指导帮助植物调查,金振洲教授提供了研究区已有的植被调查全部资料;地矿部门耿弘、任坚等同行提供了研究区岩石土壤的化学分析数据;王开林工程师帮助完成了景观生态图件制作,梁永宁教授帮助绘制了石林地质演化图。

      有了上述基础,借鉴国际喀斯特生态系统演变的经典范例,我历时4年,于2000年10月完成了喀斯特地貌型自然保护地景观生态研究的博士论文。先生修改过4次。论文建立了以地貌和水文地质为基础,用土壤、植物群丛到群系的石林保护地的景观生态分类系列,建立了顶极群系为目标的景观生态格局演进分析逻辑与指标系统,实现了景观生态演化进程与管理目标的融合,识别了喀斯特地貌型保护地的基质、廊道、斑块的结构、过程、功能空间格局与演化动力,为保护具有杰出普遍价值的地貌、水文地质系统与修复自然性、完整性提供了动力机制与空间管理原理。

      博士学位与毕业论文外审得到崔海亭教授、肖笃宁研究员、张林源教授、包忠谟教授、宋林华研究员、朱华研究员、张汝源教授级高工、秦德先教授的肯定与进一步指导。学位毕业答辩受到姜汉桥教授、党承林教授、周跃教授、谢寿昌研究员、曾觉民研究员的指导。

       博士论文的研究内容与成果,是后来的石林国家地质公园、世界地质公园、世界自然遗产申报与评价的主要依据,并在中国南方喀斯特第一期世界自然遗产地的综合调查与评价、管理规划编制中提供思路与作出贡献。按博士学位内容的研究思路申报了各类课题。先后获得了岩石与植被关系的石林地区地带性植被景观恢复的省级重点基金项目,喀斯特退化地质生态系统景观恢复机制的国家基金,喀斯特水源地水源涵养功能恢复机制的国家基础研究重点计划课题,喀斯特界面系统与植被协同演化机制的国家基金课题等。

      喀斯特从表述地方景致的地方名称转变为地貌学科分支领域,到再具有生态系统与资源环境内涵的系统科学领域,人们已深刻领会了它最初的“无土、无林、无水、地形崎岖”所代表的人地关系演变,喀斯特还是全球变化响应的生物地球化学循环与水文地质系统演变的独特岩石生态系统区域,其关键带演变与居民福祉改善对可持续发展与绿色发展事业有深刻影响。我国扶贫攻坚与小康社会建设在喀斯特区域的成就为全球喀斯特事业提供了新范例,那就是区域经济发达和喀斯特地区的适宜性的种养育与特色产业结合。喀斯特科学仍旧任重道远。


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