土地石漠化的生态地质环境背景及其驱动机制--以贵州省喀斯特山区为例

在分析贵州省喀斯特山区的土地石漠化的生态地质环境背景基础上 ,探讨了土地石漠化内、外动力驱动机制。认为地质构造运动塑造了陡峻而破碎的喀斯特地貌景观 ,由此产生的较大地表切割度和地形坡度 ,为水土流失提供了动力潜能 ;古环境演化为喀斯特石漠化提供了广泛分布的碳酸盐物质。温暖潮湿的季风气候为喀斯特地貌的强烈发育提供了必要的溶蚀条件 ,超载的社会经济压力则是导致喀斯特山区土地石漠化最重要的驱动力。     

西南喀斯特山地的土壤侵蚀研究探讨

西南喀斯特山区具有独特的喀斯特土壤特征与土壤侵蚀的环境效应,普遍面临着因土壤侵蚀导致的"石漠化"问题.已有研究认为,在气候、地质地貌、植被和人为活动等环境因素的影响下,喀斯特山区土壤侵蚀以混合侵蚀方式进行.但由于对喀斯特山区土壤侵蚀过程的认识不同,致使研究者得出土壤侵蚀强度差异较大的研究结果.有关喀斯特土壤侵蚀系统研究重点应该在土壤侵蚀机制、土壤侵蚀分级强度与土壤合理流失量等方面开展研究.     

喀斯特石漠化过程中土壤重金属镉的地球化学特征

喀斯特石漠化是喀斯特背景下的土地退化.文章对喀斯特高原区贵州省清镇市王家寨峰丛洼地同一流域内不同类型石漠化、不同等级石漠化以及不同干扰方式石漠化土壤重金属镉的含量变化及其空间分布特征进行了研究.结果表明:研究区土壤Cd含量在0.034～0.635 mg·kg-1之间,平均值为0.243 mg·kg-1.其中,黑色石灰土Cd含量普遍高于黄壤,且存在极显著性差异(p≤0.01).土壤Cd含量总体随石漠化程度的加深而呈降低趋势,但除强度石漠化和轻度石漠化之间有显著性差异外(p≤0.05),其他石漠化等级之间无显著性变化.不同干扰方式石漠化之间,土壤Cd含量表现为开垦＜放牧＜火烧＜樵采,其中,开垦与火烧、开垦与樵采在对土壤Cd含量的影响上存在显著性差异(p≤0.05).土壤Cd含量在不同坡位间无明显变化规律,也无显著差异.研究区土壤Cd含量受土壤组分、有机质、pH和CEC等诸多因素的影响,其中,土壤有机质、pH和土壤组分是其主要影响因素.     

喀斯特石漠化生态系统恢复演替过程中土壤质量特性研究——以广西都安县澄江小流域为例

采用空间序列代替时间序列的方法,以广西都安县澄江小流域为例,研究广西喀斯特山区石漠化生态系统恢复演替过程中土壤质量的变化特征.在研究区内选择石漠化恢复演替的8个阶段,即石漠化土地、坡耕地、矮草丛、高草丛、灌草丛、灌丛、人工恢复乔木林、自然恢复乔木林的典型样地,对土壤化学和生物学性状进行了比较研究,以探讨石漠化生态系统恢复演替过程中土壤质量的修复状况.结果表明:不同的演替阶段导致了土壤化学和生物学性质的显著差异,而且在植被向更高一级阶段发展过程中土壤各项指标都得到提高,土壤质量总体呈现改良的态势.随着植被演替的正向进行,土壤质量指数呈增长趋势,不同演替阶段土壤质量综合指数分别为:石漠化土地,134.78;坡耕地,192.24;矮草丛,235.18;高草丛,260.67;灌草丛,317.89;灌丛,359.80;人工恢复乔木林,363.39;自然恢复乔木林,460.77.自然植被的正向演替是提高土壤质量的有效途径,恰与石漠化过程相反.     

喀斯特峡谷石漠化地区生态重建模式及其效应

贵州碳酸岩盐出露面积达12万多km^2，占全省国土总面积的73％，是我国喀斯特地貌最发育的省份；山多坡陡，人地矛盾尖锐，生态环境极为脆弱，水土流失和石漠化问题突出，是我国石漠化面积最大、危害最严重的省份。石漠化地区缺水少土，属于造林困难地带和生态治理的重点地区。文章以喀斯特石漠化发育典型的花江大峡谷右岸的贞丰县兴北镇顶坛片区为例，在阐述顶坛片区的自然环境条件及石漠化现状的基础上，详细分析了目前正在实施的几种石漠化生态治理模式，对这几种模式的效益进行了对比研究，指出了它们的优点与存在问题，并提出了相应的对策建议。     

两种等级喀斯特石漠化地区生物结皮对土壤养分恢复的影响

生物结皮是喀斯特生态系统中重要的地表覆盖植被,在石漠化土地恢复和生态治理工程中扮演着关键角色。通过土壤农化学分析方法研究不同石漠化等级下各类型生物结皮对其下层土壤理化性质的影响,对于探索喀斯特生态脆弱区土壤的形成发育及土壤环境的稳定至关重要。研究结果表明:在结皮层中全氮、速效氮、全磷、速效磷、速效钾、土壤有机碳、土壤田间持水量、土壤孔隙度均表现为苔藓结皮混生结皮地衣结皮藻类结皮(P0.05),土壤容重则表现为藻类结皮地衣结皮≥混生结皮≥苔藓结皮(P0.05)。生物结皮下0—5 cm和5—10 cm土层理化性质的变化规律与结皮层相似。整体上看,生物结皮在潜在-轻度和中度-强度这两种典型石漠化区域内,对下层土壤理化性质改善有较好的影响,土壤恢复指数体现为苔藓结皮混生结皮地衣结皮藻类结皮,不同类型的生物结皮对下层土壤理化性质的影响随着土层的加深而减小。在撒拉溪研究区中,对比空白组,苔藓结皮、混生结皮和藻类结皮的土壤养分恢复指数分别为25.1%、18.6%、10.4%和6.3%;而在花江研究区中,苔藓结皮、混生结皮和藻类结皮的土壤养分恢复指数分别为25.8%、18.9%、7.6%和5.7%。除pH值外,不同类型的生物结皮各土层间土壤理化性质均呈显著相关。生物结皮能有效改善土壤的理化性质,增加土壤养分含量,提升土地承载力与抗侵蚀能力,加速石漠化地区土壤养分的积累及恢复,平衡土壤环境稳定,为植被的生长发育提供良好的先决条件。因此研究并掌握喀斯特石漠化地区生物结皮对土壤理化性改良机理及其与土壤环境的交互机制进而对研究喀斯特生态系统的生物多样性建设,物质能量循环及石漠化生态治理措施等意义重大。     

喀斯特生态恢复过程中土壤原生动物的指示作用研究

为了揭示土壤原生动物对喀斯特生态恢复的指示作用,进而为深入了解喀斯特生态恢复的过程机制和构建恢复技术体系提供科学依据,本研究以广西古周村典型喀斯特景观为代表,选取不同种植年限(2、4、8、12年)人工林生态恢复样地和石漠化对照样地,研究了表层土壤原生动物对人工林生态恢复的响应特征。在本研究的喀斯特样地,共鉴定到土壤原生动物22种,其中鞭毛虫8种,优势类群包括动基体目、金滴目和眼虫目;肉足虫4种,优势类群有变形目和表壳目;纤毛虫10种,优势类群包括下毛目、前口目、肾形目和侧口目。土壤原生动物总数从石漠化样地的1 g干土425×10~3个,逐渐增加到12年人工林恢复样地的633×103个,年恢复速率为1 g干土17.7×103个。土壤原生动物的类群数从石漠化样地的17种显著增加到12年人工林恢复样地的22种。人工林恢复样地的土壤原生动物丰富度指数(3.10~3.30)显著高于石漠化样地(2.64),平均高出19%~27%;香农多样性指数(2.59~2.77)和均匀度指数(0.86~0.91)随生态恢复的变化不明显。土壤孔隙度、湿度、总有机碳、可溶性有机碳、全氮、速效氮和微生物碳含量均随恢复年限的延长而逐渐增加或升高,其年增长速率分别为3.84%、6.85%、3.89%、11.5%、4.20%、7.13%、24.8%,并与原生动物总数、类群数和香农指数(除了总有机碳与类群数、速效氮与香农指数)均呈显著正相关关系(P0.01)。本研究表明,土壤原生动物群落大小和多样性对喀斯特生态恢复的响应敏感,与土壤基本肥力形成协同演变,可以作为喀斯特生态恢复的指示生物。     

贵州喀斯特山区不同种植年限花椒根际土壤细菌群落结构特征研究

以贵州花江峡谷花椒(Zanthoxylum bungeamun)林为研究对象,采用16S rRNA高通量测序技术,分析种植5、10、20、30 a花椒根际土壤细菌群落结构和多样性特征,探讨不同种植年限花椒土壤理化因子对根际细菌群落分布的影响,为喀斯特石漠化地区花椒农业可持续发展提供有效的理论依据.结果表明,随着花椒种植...     

喀斯特高原不同石漠化程度土壤C、N、P化学计量特征和酶活性的关系

探究岩溶区不同石漠化程度土壤环境因子与土壤酶活性的关系对石漠化区的生态恢复具有重要意义。以云南省石林彝族自治县鹿阜镇为研究区,探究了4种石漠化程度(潜在石漠化、轻度石漠化、中度石漠化、重度石漠化)土壤碳、氮、磷养分计量特征及6个土壤酶活性(淀粉酶、脲酶、酸性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、脱氢酶和FDA水解酶)随石漠化程度的变化特征及其相关性,并分析了环境因子对土壤酶活性的影响。结果表明,研究区不同石漠化程度土壤有机碳、全氮含量变化特征为重度轻度潜在中度,全磷含量变化特征为重度中度潜在轻度;C?N为潜在、轻度石漠化土壤高于中度、重度石漠化土壤,C?P、N?P变化特征为轻度潜在重度中度。有机碳、全氮、全磷含量均为重度石漠化土壤最高;C?N、C?P、N?P为潜在石漠化、轻度石漠化土壤最高。不同土壤酶活性在不同石漠化程度中变化特征不一致,其中,重度石漠化土壤脲酶、脱氢酶活性最高;中度石漠化土壤淀粉酶、脲酶活性最低,酸性磷酸酶活性最高;轻度石漠化土壤酸性磷酸酶活性最低。冗余分析及相关性分析表明,土壤有机碳、全氮与酸性磷酸酶活性呈负相关关系,与其他酶活性均呈正相关关系;TP与淀粉酶、FDA水解酶呈负相关,与其他酶活性呈正相关;C?N、C?P、N?P与淀粉酶活性呈极显著正相关关系,与酸性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶活性呈负相关关系。冗余分析显示土壤因子对土壤酶活性变异影响大小排序为:全氮有机碳p H全磷C?NN?PC?P,其中全氮解释了64.4%的土壤酶活性变异。结合碳氮磷生态化学计量和土壤酶活性特征,该研究表明,全氮是影响喀斯特高原石漠化区土壤质量的主要限制因子。     

贵州水城盆地人类活动及其地质环境效应

由于强烈的人类活动：过量开采地下水、工业三废和城市生活垃圾的任意排放以及其它一些工农业活动，贵州水城盆地岩溶环境问题十分突出，如地下水严重污染、岩溶塌陷、水土流失、土地石漠化以及频繁的旱涝灾害。通过分析水城盆地主要人类活动，评价其负面地质环境效应，为规划岩溶区土地利用、指导人类行为提供决策依据。     

西南岩溶山区景观生态特征与景观生态建设

探讨了西南岩溶山区景观生态结构与功能以及景观生态过程的不同于其他区域的基本特征，尝试从景观角度认识西南岩溶区生态空间特性与演化过程。受地质地貌和土地利用的影响。西南岩溶山区景观基质脆弱、景观格局分异明显，具破碎化与景观结构粗粒化、景观动态变化范围大且速度快、整体退化明显的特点，以石漠化为特征的景观演化削弱了岩溶生态系统的生态服务功能。岩溶山区的景观生态建设须充分认识岩溶山区资源环境优势，充分利用当地的适生植物资源，协调生态效应和水文效应，促进水土资源的有效保持向高效利用发展，形成新的高效、和谐的人工自然景观。今后应把景观格局与生态过程结合起来、与人文因子和地学背景结合起来，加强小尺度的景观变化研究。     

贵州普定喀斯特森林3种优势树种叶片元素含量特征

为探讨喀斯特森林优势树种叶片营养特征及环境变化对其可能带来的重金属胁迫,测定了贵州普定山区喀斯特森林3个优势乔木树种——大叶栎(Quercus griffithii)、猴樟(Cinnamomum bodinieri)和刺楸(Kalopanax septemlobus)的叶片元素(N、P、K、Ca、Mg、Mn、Cu、Zn、Cr、Ni、Pb和Al)含量,并分析了N、P、Ca、K、Mg和Al含量比值。结果表明,3种优势乔木叶片营养元素含量特征均表现为CaKMgNPMn型,重金属元素含量特征均为AlZnCuNiPbCr型;Ca和K是喀斯特森林乔木最主要的营养元素,根据叶片Ca+Mg含量,3种优势乔木均属于随遇型喀斯特植物;3个优势树种叶片的重金属含量均处于正常范围,但大叶栎叶片Cu、Zn、Ni和Pb含量已接近其在植物正常范围的上限;对叶片元素含量比值的分析表明,喀斯特山区森林优势树种都属于N制约性植物,其叶片还未受到Al毒的潜在危害.图3表1参43     

典型石漠化生态系统演替过程优势植物种叶片功能性状特征及影响因素

为了明确喀斯特石漠化生态系统不同演替阶段优势种的叶片功能性状特征及其影响因素,探讨石漠化梯度上优势种的适应策略,在中国南方喀斯特2个典型石漠化地区(贵州关岭-贞丰花江、毕节撒拉溪),以不同等级石漠化地区植物优势种为研究对象,运用单因素方差分析、主成分分析、相关性分析和冗余分析,对优势种叶片功能性状以及与环境因子的关系进行分析。结果表明,随着石漠化的加剧,比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和水分利用效率(WUE)呈先增后降的趋势,变化范围分别为101.89—195.68cm~2·g~(-1)、0.40—0.32g·g~(-1)、6.44—12.82μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.36—0.95mol·m~(-2)·s~(-1)和2.49—4.99μmol·mmol~(-1),而叶厚度(LT)、叶面积(LA)呈降低趋势,变化范围分别为0.35—0.18 mm和3 57.41—15.90 cm~2。环境因子中,pH(6.24—7.13)和岩石裸露率(PER)随着石漠化的加剧逐渐升高,而SWC(46.90%—29.10%)呈逐渐下降的趋势,TN、AN和AK呈现先升高后降低的趋势;TP、AP和光和有效辐射(PAR)呈先降低后升高的趋势。主成分分析显示无石漠化地区优势种具有较高的LT和LDMC,较低的SLA,而强度石漠化地区优势种具有较高的Pn、SLA,较低的LMDC。相关性分析显示SLA与Pn、Gs和WUE呈显著正相关,与LT呈显著负相关,WUE与Tr呈显著负相关;TN与AN和TP呈显著正相关,与AP呈显著负相关,PER与SWC呈极显著负相关(r=-0.62,P=0.001),与PAR呈极显著正相关。结合RDA分析,环境因子对优势种叶片功能性状和光合的影响大小为PERSWCpHTKTN,表明PER是最大影响因子,随着石漠化的演替,SWC、pH和土壤养分随之发生变化,SWC、pH、TK和TN是石漠化梯度上优势种功能性状变化的主导因素。综上,石漠化生态系统正向演替伴随着植物生境条件的改善,但优势种适应策略由演替早期的开拓型适应策略转变为演替后期的保守型适应策略。     

桂西北喀斯特地区6种退耕还林（草）模式的效应

针对桂西北喀斯特地区森林生态系统退化造成的水土流失加剧以及石漠化严重的现状，筛选适合该地区植被快速恢复的5种人工造林(草)方式和自然抛荒恢复模式，分析评价各种模式的生态效应。结果表明，随着经营年限的增加，6种退耕还林(草)模式都使土壤肥力、生物生产力明显提高。对水土保持最好的是自然抛荒，其次是牧草、板栗 金银花、毛竹和木豆，最差的是任豆；经济效益最好的是牧草，其次是任豆、毛竹、板栗 金银花和木豆，最差是自然抛荒。     

基于地理探测器的喀斯特植被NPP定量归因

植被净第一性生产力(NPP)作为生态系统功能的重要指标,既可以反映植被的生长状况,又是生物圈内碳循环的重要分量。喀斯特地区植被NPP的研究是植被建设和生态系统恢复的重要基础,其影响因素的定量识别对喀斯特地区的生态恢复与区域可持续发展具有重要意义。在高精度NDVI数据反演的基础上,运用CASA模型模拟贵州省典型峰丛洼地区三岔河流域2015年区域尺度的植被NPP,分析喀斯特地区植被NPP的空间变化特征,综合海拔、坡度、降水、温度、植被覆盖度和土地利用类型等影响因子,应用地理探测器方法在不同地貌形态类型区内进行喀斯特植被NPP空间异质性的定量归因研究。结果表明:植被覆盖度与温度是植被NPP的显著控制因子,其交互作用对NPP的解释力为77.8%;地貌形态类型对植被NPP的空间分布具有宏观控制作用,土地利用类型在相对平缓的平原、台地地区对NPP的解释力是山地丘陵等地势起伏较大地区解释力的近两倍;海拔因子在小起伏中山和中起伏中山等山地地区对NPP的解释力强于较平缓地区;各个地貌形态类型区内因子的层间差异均随地貌特征的变化而显现出不同程度的差异性。双因子的交互作用均能增强对植被NPP空间分布的解释力,且在各个地貌形态类型区中,解释力排在前三位的主导交互作用方式均为植被覆盖度因子与另一影响因子的叠加。因此,在喀斯特地区未来的发展过程中,应考虑多种环境因子之间的交互作用,从多视角、多维度探究环境因子对植被NPP的影响,为喀斯特石漠化的治理工作提供参考依据。     

贵州高原喀斯特流域浅层地下水化学特征及质量评价——以普定后寨河为例

为研究贵州典型喀斯特流域浅层地下水化学特征及水质状况,于2015年5月—12月对贵州普定后寨河流域进行现场调查并采集浅层地下水样品28个,测定K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-、NO_3~--N、NH_4~+-N等20种指标,利用Duncan差异显著性检验法进行水化学特征分析,用水质质量综合评价法对水质进行评价.结果表明,浅层地下水呈微碱性,主要阴离子为HCO_3~-、SO_4~(2-)、Cl~-,主要阳离子为Ca~(2+)、Mg~(2+).从季节变化来看,Cl~-、SO_4~(2-)、K~+、TN是春季夏季秋季,在冬季时其含量升高,HCO_3~-是春季≈夏季秋季冬季.NO_3~--N是夏季春季秋季冬季.Na~+、Mg~(2+)是秋季和冬季较低.pH、NH_4~+-N是春季和秋季较低,4个季节中呈"N"型分布,可见,在喀斯特山区浅层地下水具有明显的季节变化特征.水质综合评价表明,在喀斯特山区秋、冬季节水质较春、夏季节好,总体质量较好.而从单项组分来看,部分地区有的指标已超过Ⅳ类水的限值,主要是总Fe和NH_4~+-N质量浓度较高影响水质.总Fe的最高质量浓度为1.2948 mg·L~(-1),NH_4~+-N的最高质量浓度为0.71 mg·L~(-1),这与当地人类生产生活活动有关,对浅层地下水质量具有潜在的影响.综上,研究贵州高原喀斯特流域浅层地下水化学特征及水质,可为喀斯特山区水资源的保护和管理提供科学依据.     

喀斯特山区石漠化生态治理效益模糊综合评价——以广西都安瑶族自治县为例

以广西都安县石漠化治理示范区为例,建立了石漠化生态治理效益的评价指标体系,运用模糊综合评价模型对石漠化生态治理效益进行了评价.结果表明,石漠化治理前生态效益、经济效益和社会效益等级分别为:一般、差、很差;治理后为:一般、一般、良好.石漠化治理前综合评价等级为差,治理后为一般,这说明广西都安县的石漠化治理已取得一定成果.     

喀斯特山地修复的生态学研究

喀斯特山地矿产资源开发引起地表植被和土壤破坏,而植被破坏后不易恢复,对此采取自然生态修复是目前较合适的修复策略。研究种子生态学对生态修复,尤其是喀斯特森林的自然生态修复有重要意义。设计了种子雨强度实验和枯落物覆盖受损土地的实验。在种子雨强度实验中,样地间(P=0.001 7)和不同年份的种子雨强度(P0.000 1)有显著性差异。种子萌发实验中,种子自然萌发率低,低发芽率均导致低密度的种群依靠种子的实生更新能力低。枯落物实验中,枯落物生物量的变化与其持水率变化一致,利用枯落物覆盖受损土地,有利于提高生态修复中污染土壤的保水性能。在花溪进行的土壤修复实验中,使用周边未受损森林采集的土壤来修复样地,1年后覆盖4 cm厚度土壤的样方的盖度接近实验结果的最大值,这对于土壤分布零星、土层稀薄的喀斯特山地修复来说有重要的意义。喀斯特山地的修复策略包括利用未受损森林的土壤种子库、森林枯落物来对受损地进行覆盖,增加其自然更新的潜力。在此研究的基础上,可以开展更多的种子库和枯落物的生态学研究,掌握更多的生态恢复规律,为更好地开展喀斯特山地的生态修复提供多样化的方案。     

湘西州岩溶山地石漠化现状及治理对策

湘西州是典型的喀斯特地貌，石漠化危害十分严重．本文通过对湘西州石漠化现状、危害和治理情况及存在的问题的分析，从技术思路、营林措施、工程措施、能源建设、生态移民及开展生态旅游等方面提出了治理对策，对加速湘西州石漠化治理具有借鉴作用。     

桂西北环境移民工程土地利用类型及产业化发展

在桂西北喀斯特地区的环境移民工程中,对不同坡面及土地利用类型,连续4a定位监测移民开发活动造成的土地利用类型变化对土壤养分、水分及生态安全的影响,初步揭示了开发过程中水土流失、土壤水分、土壤养分的动态变化,提出了减少降水径流系数与土壤流失量,以及增加土壤有效水分和培肥土壤的调控措施,为土地类型的合理利用及产业化发展,提供了科学依据.