中国西南岩溶山地石漠化演变趋势

为揭示20世纪50年代末至今中国西南地区岩溶山地石漠化转型演变的时空分布及其特征,运用文献计量分析方法,对石漠化演变相关文献的总量和主题词进行了分析,并提取文献中石漠化演变的时间、类型、程度、驱动因素等信息,从县(市)域尺度对中国西南岩溶山地石漠化演变趋势及其空间分布进行综合分析,并进行了典型案例研究。研究表明,从20世纪50年代末至今,西南岩溶山地石漠化演变经历了由自然基础及人为破坏相互激发的严重石漠化向多种人为干扰、综合治理下的演变转型,即由高等级石漠化转向低等级石漠化的过程。在此基础上,研究认为石漠化存在由扩张向收缩转型演变的现象,同时对其转型演变的驱动机制和启示意义进行了探讨,以期为乡村振兴时代岩溶山地生态建设提供参考。     

岩溶山区水分时空异质性及植物适应机理研究进展

西南岩溶地区虽然降水充沛,但因具有二元水文结构,地表水大量渗漏、地下水深埋,加上土层浅薄且分布不连续、土壤储水能力低,岩溶干旱严重,水分亏缺仍然是植被恢复重建的关键限制因子。如何有效地进行植被的恢复重建和实现水土资源的协调利用,是该地区石漠化综合治理面临的主要难题。由于地质背景的特殊性、地形地貌的复杂性和生境的高度异质性,岩溶山区水分运移过程与其他类型区显著不同,亟需综合考虑岩性、地形地貌、土壤与岩石分布、植被等因素的影响。在简要介绍岩溶山区土壤-岩石环境特征的基础上,综述了降雨入渗产流规律、水分时空异质性、植物水分来源及适应机理等几个方面的研究进展,探讨了当前研究中存在的问题,并对未来研究进行了展望。今后应以大气-植被-土壤-岩石系统为研究对象,将水分运移过程与植物的水分利用方式有机结合,综合运用土壤物理学、生态水文学、植物生理学、岩溶地质学等多学科研究手段,探讨表层岩溶带的水文调节功能及其主要影响因素,揭示坡面、小流域尺度植被与水文过程的相互作用机理,为西南岩溶山区水源涵养型植物群落的优化配置提供科学依据。     

岩溶地区土地利用/覆被变化的水文效应研究进展

随着国家对西南岩溶地区社会经济发展政策的深入推进和石漠化治理等生态修复工程的建设实施, 西南岩溶地区的土地利用和覆被发生了迅速改变, 加之岩溶水文环境自身的敏感性, 土地利用/覆被变化已对区域水文水循环过程产生了重大影响。在对西南岩溶水文环境特性简要分析的基础上, 从西南岩溶地区地表植被变化、农业生产活动、城镇化进程三个主要方面对土地利用/覆被变化的水文效应研究现状进行了简要评述, 总结概括提出了加强岩溶地区土地利用/覆被变化的水文水循环响应监测、评价及其反馈机制研究、岩溶区土地利用/覆被变化对水文水环境影响的定量化模拟和预警、岩溶区土地利用/覆被变化下的水土资源优化配置研究、气候变化背景下土地利用/覆被变化对岩溶地质碳汇的影响研究、极端气候变化叠加影响下的水文效应与调控机制研究等五个主要发展方向, 并探讨了开展未来研究的重点及难点问题。     

热带岩溶植物生理生态适应性对于南方石漠化土地生态重建的启示

岩溶地质在我国分布广泛,特别是西南地区连片分布着世界上面积最大的岩溶地貌.由于长期人为活动的影响,目前我国南方地区岩溶石漠化土地面积已达1.2×105 km2,导致当地生态条件恶化,经济、社会发展面临严重困难.南方岩溶山地土层薄,养分贫瘠,保水性能差.对热带岩溶森林开展了一系列生理生态研究,研究结果对南方岩溶石漠化山地生态重建有启发意义.研究结果暗示,岩溶生境常绿、落叶木本植物和木质藤本植物共存对于维持生态系统水分平衡有重要意义.常绿植物枝条木质部耐气穴化能力强,叶片耐失水性能强.落叶植物采取避旱策略,通过落叶减少旱季蒸腾和水分消耗.岩溶山地大部分植物具有很深的根系,藤本植物根系更深,旱季能利用地下深层岩石下和缝隙水.有些植物如木棉、董棕利用树干储存水保持旱季必要的生理代谢.岩溶山地木本植物叶片和枝条木质部结构和生理功能的密切关联对于适应水分胁迫起重要作用.热带岩溶植物可能普遍缺乏锌、钾元素,这方面问题需引起重视和研究.藤蔓植物可以利用石漠化岩溶山地局部水土资源和丰富的生长空间和光照资源,并且大多数藤蔓植物气孔调节能力强,对强光的适应和利用能力强,是石漠化山地生态重建的理想植物材料.目前中国科学院西双版纳植物园正在推广的一种珍贵的油料植物—星油藤,可以作为南方热区石漠化山地生态重建的理想植物材料.石漠化土地的重建要合理利用不同功能类群植物,特别是岩溶生境的乡土植物,最好构建多层复合群落.     

西南岩溶山地石漠化近50年演变——基于5个地点的案例研究

探讨岩溶山地长期以来的石漠化变化趋势,对于理解岩溶山地人地关系演变和石漠化的进一步治理具有重要意义。基于此目的,选择了贵州省5个典型岩溶山地区域,基于高分辨率遥感影像和实地调查,对其近50年期间岩溶石漠化的变化趋势进行了实证研究。结果表明:(1)石漠化面积、石漠化综合指数与石漠化面积比重、石漠化变化的幅度和动态度等表明,从1963年到2015年,石漠化演变经历了由增到减的转型,各研究区石漠化变化存在1980年代和2004年两个明显的转折点;(2)2010年以后,强度石漠化成为主要的变化类型,明显下降;(3)5个研究区因自然条件和社会经济背景不同,分别形成不同的石漠化演变模式,体现出石漠化演变在不同时段和不同地域的多样性;(4)石漠化转型演变与退耕还林政策和石漠化治理工程有关。研究结果为阐明中国西南岩溶山地石漠化长期演变趋势提供了参考。     

西南岩溶区植被碳循环研究进展

由于岩溶关键带是地球关键带系统中重要的部分,岩溶区的植被是陆地生态系统重要的碳汇项,岩溶区植被的地上部分通过植物生长固碳的同时其地下部分的碳储量也非常可观,地下生物量生长和凋落物分解也会提高土壤有机碳和无机碳的含量,因此岩溶区植被碳循环已成为当前岩溶碳汇研究的热点之一。该文梳理了近四十年来岩溶植被固碳过程的研究文献,阐述了西南岩溶区植被特有的生理学特征,重点论述了以下4个方面的内容:(1)西南岩溶区植被生物量、生产力、碳储量评估;(2)西南岩溶区植被时空变化格局与碳源汇效应;(3)岩溶区植被碳利用特殊机制;(4)岩溶区植被碳循环模型预测与碳汇潜力。同时,提出了目前研究中存在的问题,并对今后的研究方向进行了展望,认为今后应在岩溶区植被碳循环的相关参数系统测定和机理过程研究,精细识别西南岩溶地区植被景观类型、量化固碳过程,以及对岩溶植被碳循环模型进行校正和修改等方面开展研究。该文可为深入理解岩溶区碳的时空演化规律、探索区域碳循环机理提供参考。     

试论山地的生态特征及山地生态学的研究内容

山地是一个生态复杂系统,它具有特定的结构和功能,拥有丰富的生物多样性资源、水资源、矿产资源和旅游资源。开展山地生态学研究对阐明山地系统的结构与功能、山地的生态现象与过程,以及合理开发利用和保护山地资源都有极为重要的意义。本文在简要分析山地地形的主要要素对生态因子影响的基础上,对山地的生态效应进行了归纳,探讨了山地生态学应包含的主要研究内容。作者认为,在山区,地形地貌是形成山地结构和功能以及各种生态现象和过程的最根本因素,它通过改变地表的光、热、水、土、肥等生态因子而发生作用。因此,山地生态学应把地形地貌与各种生态现象和过程的相互作用作为其核心的研究内容。作者提出,山地生态学研究主要包括：山地生态复杂性与生物多样性、山地气候变化、山地生态工程、山区可持续发展综合研究以及山地生态学研究技术与方法论等内容。     

岷江干旱河谷-山地森林交错带震后生态恢复的关键科学技术问题

作为典型的生态过渡区,岷江干旱河谷-山地森林交错带不仅是藏羌居民生活的重要区域,而且在抑制干旱河谷上延和延伸亚高山森林生态系统的功能等方面具有十分重要的作用。但这种脆弱生态系统极易受到人类活动干扰和自然灾害的损害,使其成为“5．12”汶川大地震中受损程度较高、灾后生态恢复与重建的重点区域之一。基于岷江干旱河谷-山地森林交错带受汶川大地震破坏的特点以及该区的生态重要性和本身的脆弱性,损毁生态系统的快速评估与生态重建规划、生产与生态双赢共建关键技术、震后残存植被保育、水源涵养地植被保护与恢复、震毁植被恢复与重建、耕地生产恢复与重建、边坡综合治理、低效薪炭林改良以及居民聚居点风景林营造等被认为是震后生态恢复的关键科学技术问题。震毁生态系统的生态恢复过程监测与评估、干旱河谷-山地森林交错带生态系统的脆弱性机制及生态学过程、震后生态系统对变化环境的响应与适应机制等可能是未来的重点研究领域。     

喀斯特石漠化综合治理及其区域恢复效应

国家加大生态保护与建设力度背景下,我国西南喀斯特石漠化面积实现"持续净减少",面临由传统高强度人为干扰向大规模自然恢复与人工造林的转变,石漠化治理也面临转型。现有喀斯特生态研究已阐明了喀斯特脆弱生态系统人为干扰退化机制,初步揭示了生态治理改善生态系统结构与功能的恢复机理,突破了保土集水与植被恢复的适应性石漠化治理技术与模式,评估了石漠化治理显著加速区域植被生长与恢复的固碳效应。但目前石漠化治理面临着治理成效巩固困难、治理技术与模式缺乏区域针对性、大规模低效人工林亟待改造、社会人文驱动机制不清等问题。未来喀斯特生态恢复应聚焦石漠化治理提质增效,从侧重单一生态要素、单一生态过程的研究向多要素综合、多过程综合以及喀斯特地表-地下过程耦合、景观格局与生态过程耦合、生态过程与生态系统服务耦合、自然与人文过程耦合等陆地表层系统集成的方向发展,为我国西南喀斯特地区石漠化治理与扶贫开发成效巩固、乡村振兴与美丽中国战略的实施提供科技支撑。     

岩溶山区景观多样性变化的生态学意义对比——以贵州四个典型地区为例

岩溶石漠化是中国西南典型的土地退化,但关于岩溶山区景观多样性的研究还不多见。岩溶山区景观异质性强,景观格局空间差异大,岩溶山区土地利用/土地覆被变化引起的景观多样性变化,其生态学意义有何差异,值得开展研究。本文采用高分辨率的航片和遥感影像,以100m?100m 网格为单元,分析了贵州省王家寨、后寨河、花江和茂兰4个典型岩溶地点的景观多样性指数在1963年和2004年的空间分布。 为了说明多样性指数变化的生态学意义,进一步,把4个研究地点景观多样性指数空间分布图与其土地退化图结合起来,对比其多样性指数变化与土地退化和生态恢复的关系。结果表明：（1）茂兰、后寨河和花江多样性指数都表现出随距聚落距离增加而减少的趋势,王家寨1963年和2004年则表现出随距聚落距离增加,多样性指数先减小后增加。（2）茂兰地区以森林为基质,后寨河地区坡耕地退耕为林、灌、草地,土地利用方式单一,景观破碎化程度降低;因此,茂兰、后寨河地区多样性指数的降低表明该地区生态实质上有所恢复;花江地区土地利用/土地覆被逐渐向多样化方向发展,石漠化景观逐渐被林灌斑块代替,多样性指数升高表明该地区植被有所恢复;王家寨地区峰丛坡地多样性指数增加表示生态有所恢复。（3）研究地点多样性的升、降不能简单地与生态变好、变差直接联系。只有正确区分岩溶地区的景观基质,才能准确运用景观指数分析石漠化土地的变化趋势。     

科尔沁沙地荒漠化及生态恢复研究展望

评述了科尔沁沙地荒漠化及其生态恢复的研究,从科学研究动态和生态环境退化以及恢复研究的现实需要两方面论述了科尔沁沙地荒漠化与生态恢复研究的若干核心问题;植被过程研究,生态水文过程研究,景观过程研究,科尔沁沙地区域环境评估和预测与生态恢复研究。     

喀斯特脆弱生态系统复合退化控制与重建模式

以西南喀斯特地区为例,通过总结前人的研究成就和采集中国科学院亚热带农业生态研究所喀斯特生态实验站部分收集整理和试验数据,系统分析了喀斯特脆弱生态系统及其退化的机理,从"人-自然-经济复合生态系统"的观点出发,以干扰程度、群落类型、服务功能、土地退化和贫困状况为指标,创新性地提出了喀斯特脆弱生态系统的复合退化模式(含4个阶段),运用现代生态恢复学原理、方法和现代管理学创新理论,建立了喀斯特脆弱生态系统复合退化的控制模型.以此为基础,在喀斯特石山区、半石山区和土山丘陵区3个区域环境尺度范围内,针对性地建立了生态保护型、外向经济型和双三重螺旋3种生态恢复与重建模式,以促进喀斯特区域生态、经济、社会的全面协调与可持续发展.     

中国西南喀斯特石漠化时空演变特征、发生机制与调控对策

中国西南喀斯特石漠化及发展态势的遏制与综合治理是长江、珠江流域的生态安全需要。通过总结前人的研究成果、采集中国科学院环江喀斯特生态试验站部分收集整理和试验数据,尝试性地提出了新的石漠化概念和分类标准,探讨了西南喀斯特石漠化的空间分布及动态变化规律,阐明了不同石漠化程度生态系统的植被和土壤物理、化学、微生物等属性的表现特征,从自然和人为两个方面揭示了西南喀斯特石漠化的发生机制,提出了不同石漠化程度的治理对策,以促进喀斯特区域生态、经济、社会的全面协调与可持续发展。     

重庆中梁山不同石漠化生境中石生南亚毛灰藓斑块的空间分布格局

基于重庆市中梁山喀斯特(Karst)地区3种不同石漠化生境(潜在石漠化、轻度石漠化和中度石漠化)中0.75 hm2样地的数据,以石生南亚毛灰藓(Homomallium simlaense)的3种斑块(小斑块、中斑块和大斑块)为研究对象,运用点格局O-ring的单变量和双变量统计方法对斑块空间格局以及斑块间的关联性进行生态学特性与形成过程分析,取得以下结果。(1)南亚毛灰藓总斑块数量关系为轻度石漠化潜在石漠化中度石漠化;在3种石漠化生境中,各种类型的斑块均呈现出小斑块中斑块大斑块的数量变化。(2)小斑块和中斑块在小尺度上主要为聚集分布,其它尺度上为随机分布;大斑块在整个尺度上都呈随机分布。(3)中斑块与小斑块在3种生境中均在小尺度上有显著的关联性;大斑块与中斑块仅在潜在石漠化生境中的小尺度上有关联性,其它斑块间在不同生境与尺度上均无关联性。(4)环境因子中坡度和石缝数对斑块的分布起很大作用,但是相对湿度是影响分布的主要因子。(5)在相对湿度和郁闭度胁迫方面,小斑块和中斑块随环境胁迫增大而趋于聚集分布。研究结果表明,苔藓斑块大小及其分布式样在石漠化地区裸露岩石的生态恢复中具有重要指示意义。     

Vegetation recovery and recent degradation in different karst landforms of southwest China over the past two decades using GEE satellite archives

Over the past two decades, eco-engineering has been recognized as an important restoration approach to promote vegetation regrowth and greenness in a widespread rocky desertification land of southwest China. However, it remains unclear of recovery patterns and dominating drivers in different types of karst landforms. Here we use multi-satellite archives based on Google Earth Engine (GEE) to reveal the rapid greening process although encountered severe drought, especially in Karst Peak-Cluster Depression (+0.0035y⁻¹) and Karst Trough Valley (+0.0035y⁻¹) influenced by subtropical monsoon climate and afforestation endeavor, while degradation happened recently at non-karst areas of west highland in Karst Fault Basin (−0.0043y⁻¹ since 2006) and Karst Plateau (−0.0039y⁻¹ since 2014) influenced by decreasing rainfall. Afforestation project and sloping land conversion program is found to play crucial part in explaining a large part of the greening trend in Peak-Cluster Depression and Trough Valley but not in other landforms, suggesting that geomorphic heterogeneity should be further considered in restoration implementation and vegetation assessment, in conjunction with climate change and anthropogenic factors. Our study provides a helpful perspective for karst conservation priorities of various rocky desertification region ecosystems.     

西南喀斯特高原盆地石漠化环境植物群落结构与物种多样性时空动态

为阐明西南典型喀斯特石漠化类型——喀斯特高原盆地石漠化植物群落结构和物种多样性特征及其演变规律,科学支撑喀斯特石漠化治理,选取了喀斯特高原盆地典型石漠化区贵州清镇簸箩小流域为研究区域,对其植被进行广泛的野外勘察,设置典型样方研究其植物群落结构和物种多样性特征;运用空间替代时间方法,研究石漠化演变过程中植物群落结构和物种多样性变化;基于2013—2015连续3 a的监测数据,研究其年际变化。结果表明:研究区群落结构简单,共记录到的植物分布58种,其中草本层18科24属28种、木本层17科25属30种;单种属的比例很高,为82.86%。不同等级石漠化环境植物群落高度、平均地径、平均冠幅、草本层生物量和灌木层生物量均具有显著差异;植物种群密度在不同等级石漠化环境变化依次为轻度石漠化中度石漠化潜在石漠化无石漠化。不同等级石漠化环境植物多样性指数、均匀度指数、丰富度指数和优势度指数均偏低,而且4种指数均与石漠化等级演替无明显耦合关系。不同年份植物群落高度、平均地径、种群密度和灌木层生物量随着时间的推移均呈增加趋势,但相邻年份增加不显著。研究区生态系统人为干扰逐渐减弱,植被呈现出正向演替的趋势,优势种的重要性趋于降低。该研究结果对我国西南喀斯特盆地生态功能恢复和石漠化植被重建具有一定的理论意义和实践指导价值。     

贵州省后寨河小流域地形因子、人为干扰与石漠化定量研究

为定量研究喀斯特区域地形因子、人为干扰和石漠化之间的关系。基于网格法和实地观测,建立后寨河流域石漠化信息数据库并分析。结果表明:后寨河流域石漠化面积为14.43 km~2,不同利用类型石漠化面积呈以下规律:荒地坡耕地乔木林地耕地灌木林地灌草地草地弃耕地园地乔灌木林地水田经果林地;流域内岩石裸露率和土壤厚度主要受到坡度、坡位和人为干扰的制约,而人为干扰具有主观性,主要在岩石裸露率低、土壤较厚和坡度较缓的区域进行农业生产活动。荒地和弃耕地占据了石漠化面积的32.64%,且存在较大潜在石漠化的风险。回归模型发现人为干扰程度对岩石裸露率(负效应-0.286)和土壤厚度(正效应0.264)的直接效应最大,坡向对岩石裸露率(正效应0.067)和土壤厚度(负效应-0.054)的直接效应最小。认清地形因子、人为干扰和石漠化之间的耦合关系有利于喀斯特小流域石漠化治理。     

喀斯特地区石漠化治理的理论模式探讨

基于恢复生态学的基本原理,提出了石漠化形成与治理的触发模型：生态系统所固有的推动自我发展的能力,称为主导力;使生态演替顶级偏离预定态的干扰因素,称为触发因子;主导力与触发因子相互作用,共同决定了生态演替的终态.石漠化是一系列恶性触发的结果,而石漠化治理,则是通过“人为设计”的生态恢复手段,激发生态系统“自我设计”的功能,从而实现生态恢复的良性触发过程. 以湘西凤凰县喀斯特石漠化生态系统恢复治理为例,对触发模型进行了初步检验. 结果表明,以触发模型为指导的恢复措施明显改善了土壤的理化性质,显著提高了植被覆盖率与植物多样性,与当地石漠化生态系统形成了良性触发,初步验证了触发模型的科学性.