西南喀斯特地区退化生态系统整治模式

喀斯特脆弱生态区一直是学术界关注的热点地区.由于其脆弱的自然地质环境加之强烈的人为活动影响,导致该生态系统呈退化态势.本文以中国西南典型喀斯特脆弱区生态系统退化机理和生态环境脆弱性程度为依据,参考已进行的生态系统恢复和石漠化治理经验,综合考虑各种加剧喀斯特脆弱区生态环境退化的因素,并基于不同喀斯特生态环境综合治理的模式和技术体系以及因地制宜原则,综述了3套喀斯特脆弱生态区退化生态系统整治模式（生态移民－封山育林－恢复自然植被模式、退耕还林－蓄水保土－人工造林恢复植被模式、可持续生态农业－庭园经济－资源产业模式）,详细论述了各模式的适宜地区和成本效益情况,并指出了其推广应用过程中需注意的问题.     

基于“结构—过程—功能”一体化的喀斯特退化生态系统恢复和评价指标研究

对中国西南喀斯特退化生态系统的恢复和评价,是实现"人—自然—经济复合生态系统"可持续发展的重要基础。为此,首先分析了生态系统演化特点和生态系统"结构—过程—功能"的一体化,在此基础上提出人为驱动生态系统恢复的一种新途径。即通过丰富系统要素,加强各要素与多元化生态过程的耦合,驱动退化生态系统的自调控等内在机能的恢复,最终促使生态系统回复到自维持的动态平衡。其次,以喀斯特脆弱生态系统的退化特点和影响恢复的主导因子为基础,结合喀斯特退化生态系统恢复的特殊性,初步筛选出指示生态恢复的4类要素共11项指标,可用于对喀斯特退化生态系统的恢复评价和管理。     

中国喀斯特生态保护与修复研究进展

喀斯特生态系统是地球表层系统的重要组成部分。我国西南喀斯特地区以高强度农业活动为主,人地矛盾尖锐、石漠化严重,是我国最大面积的连片贫困区。在国家科技计划项目等的持续支持下,我国围绕喀斯特区生态修复与石漠化治理,系统开展了喀斯特生态保护与修复基础理论、技术研发、产业示范等研究,在喀斯特生态系统退化机理、石漠化治理技术与模式、生态治理助力脱贫攻坚、喀斯特景观资源保护、喀斯特国际合作等方面取得突出进展,引领了国际喀斯特学科发展。面对当前石漠化治理过程中产生的治理成效巩固困难、缺乏可持续性等新问题,未来喀斯特生态保护与修复研究应以增强生态治理的可持续性为导向,加强生态恢复过程机理与机制研究,提升喀斯特生态系统服务、提高生态恢复质量、巩固扶贫成果,实现石漠化治理的提质与增效,为"美丽中国"战略的贯彻实施及全球喀斯特地貌分布区所属国家的生态治理提供"中国方案"。     

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。     

西南喀斯特石漠化区域生态系统退化与恢复探讨

中国西南喀斯特石漠化区域生态系统的退化和恢复受到人为干扰的直接影响, 并受到植被、土壤、土壤生物的协同调控。生态环境的脆弱性和持续石漠化, 增加了石漠化治理和退化生态系统恢复的难度。采用持续稳定的生态恢复长效措施, 减少不合理的生产方式, 充分发挥草本植物在生态系统恢复初期的突出优势, 重视凋落物对水土保持和生态恢复的促进作用, 有利于驱动喀斯特退化生态系统的自然恢复。     

开展高寒退化生态系统恢复与重建技术研究,助力西藏生态安全屏障保护与建设

西藏是青藏高原的核心,是我国重要的生态安全屏障。由于高、寒、旱的特点,西藏高寒生态系统极为脆弱,在自然和人为因素影响下极易发生退化,治理难度大。草地退化和土地沙化治理一直是西藏生态安全屏障保护与建设的重中之重。为此,国家在"典型脆弱生态修复与保护研究"重点专项里启动了"西藏退化高寒生态系统恢复与重建技术及示范(2016YFC0502000)"项目,旨在研究生态系统演变规律和影响机理的基础上,针对西藏高原不同的退化区域,重点研发高寒退化草地恢复、沙化土地治理、生态产业及生态畜牧业发展等技术与模式,开展县域水平的集成示范,实现高寒生态系统功能的提升与适应性优化管理的目标,为西藏生态安全屏障保护与建设提供技术支撑。     

三江源区退化高寒生态系统恢复技术与示范

"三江源区退化高寒生态系统恢复技术与示范"(2016YFC0501900)是国家重点研发计划"典型脆弱生态修复与保护研究"专项中"青藏高原生态系统功能提升与适应性管理"指南方向下的第二个项目。项目以综合生态系统管理方法为支撑点,以三江源区退化严重的三类主体生态系统——高寒草甸、高寒草原和高寒湿地为研究对象,以"土壤(土)-植被(草)-动物(畜)"协同恢复的思路为指导,通过创新性、系统性、综合性的科学研究,自主研发三江源区生态恢复与生态衍生产业发展的综合技术体系,完善生态恢复及产业发展模式评估和监测技术体系,推动生态恢复和区域发展模式的转型升级,提升生态整体恢复的技术水平和监管能力,解决三江源退化草地恢复重建及功能提升的重大问题,旨在为三江源的生态建设提供科技支撑和系统解决方案。     

桂北喀斯特峰丛洼地植物群落特征及其与土壤的耦合关系

基于喀斯特峰丛洼地草丛、灌丛、次生林、原生林4个生态系统24个样地(20 m × 20 m)的系统取样调查, 研究了喀斯特峰丛洼地不同生态系统群落的结构组成与生物多样性特征, 选取代表植物群落和土壤性质的35个指标, 对不同生态系统及整个喀斯特脆弱生态系统植物群落与土壤主要养分、土壤矿质养分和土壤微生物间的相互关系进行了主成分分析与典范相关分析。结果表明: 沿草丛、灌丛、次生林、原生林的顺向演替发展, 重要值(importance value, IV)>10.00的科、属、种及物种多样性最大值出现在次生林, 群落结构最佳值出现在顶级群落原生林; 喀斯特峰丛洼地景观异质性高, 各生态系统影响因子不同, 土壤微生物在喀斯特脆弱生态系统处于主导地位, 其次为灌丛; 不同集团因子的典范相关分析表明, 植物多样性指标与土壤氮素、Al₂O₃、Fe₂O₃、土壤微生物生物量碳(C_mic)、真菌和细菌关系密切。因此, 在喀斯特脆弱生态系统恢复与重建过程中, 应针对不同生态系统制定相应的培育管理措施。     

重点脆弱生态区生态恢复综合效益评估指标体系

生态恢复是扭转由人类活动引起的生态环境退化和生物多样性损失,并保证生态系统服务可持续供给的一项主要战略措施。20世纪90年代以来我国针对重点脆弱生态区(北方风沙区、黄土高原区、西北干旱区、青藏高原区和西南喀斯特地区)实施了一系列的生态恢复工程。科学合理地评估重点脆弱生态区生态恢复综合效益,对生态恢复措施的进一步优化调整具有重要的理论与实践意义。然而,在重点脆弱生态区生态恢复综合效益评估的集成研究方面,由于缺乏统一的指标体系,阻碍了区域内综合性和长期性的生态恢复综合效益评估和监测,因此亟需构建一套面向我国重点脆弱生态区的生态恢复综合效益评估指标体系。以我国5个重点脆弱生态区为研究区,根据"生态恢复-生态系统结构-质量-服务-效益"级联式概念框架,在指标筛选原则和方法的指导下,参考现有的生态恢复评估成果,构建科学化、系统化和规范化的生态恢复综合效益评估指标体系。研究结果以期为重点脆弱生态区生态恢复评估研究和管理应用提供理论与技术支撑。     

桂西北喀斯特地区生态系统服务功能重要性评价与空间分析

生态系统服务功能重要性评价对于明确区域生态系统服务功能空间分布规律,进行生态功能区划有重要意义.本文根据桂西北喀斯特地区的主要生态系统服务功能,选取生物多样性保护、土壤保持、水源涵养、石漠化控制和产品提供5项服务功能,采用层次分析法和多因子综合评价法建立指标体系,在GIS技术支持下,分析了5项生态系统服务功能的重要性及其空间分布特征,并进行了综合评价.结果表明:桂西北喀斯特地区生态系统服务功能重要性程度较高,其中极重要、中等重要地区面积占研究区总面积分别为25.2%和33.4%;喀斯特地区生态系统土壤保持功能和石漠化控制功能对喀斯特区域生态环境具有重要控制作用,其分布区域是桂西北喀斯特地区生态环境治理和生态恢复的重点区域;明确了桂西北喀斯特地区生态系统生物多样性保护功能、水源涵养功能及产品提供功能的重要性等级及空间分布特征,为喀斯特地区生态系统的科学管理和生态功能区划提供重要依据.     

喀斯特地区石漠化生态修复对土壤生物多样性的影响

我国西南喀斯特地区是具有土层薄和土被不连续等特征的生态脆弱区，人为过度干扰和土地不当利用导致了生境退化甚至石漠化的发生。从“九五”规划到“十三五”规划，为了有效抑制并逆转石漠化趋势，生态修复措施得到普遍的推广应用。“十四五”规划进一步提出科学推进石漠化综合治理，提高生态系统自我修复能力和稳定性。从土壤微生物、原生动物、线虫、微节肢动物、蚯蚓和线蚓等方面，综述了喀斯特地区生态修复对土壤生物多样性的影响。研究发现：(1)喀斯特生境细菌和真菌的多样性高于非喀斯特生境，原因是喀斯特具有较高的土壤pH和钙含量；(2)与非喀斯特生境相比，喀斯特生境土壤动物类群数相差不大而个体密度较低；(3)石漠化过程伴随着植被退化，降低了土壤微生物种类和功能多样性，土壤动物的个体密度和类群数也呈现降低趋势；(4)生态修复促进植被正向演替，土壤微生物量和酶类活性逐渐上升，真菌/细菌生物量比值增大，土壤动物个体密度和类群数增加，有利于土壤固碳和生态修复。因此，土壤生物多样性是适合指示喀斯特石漠化的生态修复的生物学指标。研究建议：(1)在传统分类鉴定基础上，结合宏基因组学、宏蛋白质组学和同位素标记等技术，完善生态修复的...     

贵州喀斯特石漠化地区植物多样性与土壤理化性质

以贵州典型喀斯特石漠化生态系统环境为研究对象,运用野外取样调查和实验室检测分析方法,研究不同等级石漠化环境植物多样性和土壤理化性质特征及其相关性;运用空间替代时间方法,探讨石漠化演替过程中植物多样性和土壤理化性质的响应,旨在为贵州乃至整个中国西南喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建提供理论支撑。结果表明:1)石漠化环境植物群路组成简单,物种丰富度也很低,且随着石漠化程度增加,植被物种组成呈递减趋势;不同等级石漠化环境植物多样性具有显著差异,均匀度指数变化与石漠化等级演替明显耦合,显示了随石漠化程度增加而减小的变化趋势。2)不同等级石漠化环境土壤理化性质存在显著差异,随着石漠化程度增加,土壤理化性质显示了先退化后改善的响应过程。土壤有机质、氮素、毛管持水量、容重和孔隙度与植物多样性具有明显的相关性,在改善土壤理化性质和促进植物多样性恢复方面起着关键作用。3)主成分分析表明,土壤有机质、氮素、钾素、持水状况、孔隙度和植物多样性均匀度指数等是基于土壤理化性质和植物多样性评价石漠化程度的关键指标。基于上述结果,进一步阐述了石漠化演替过程中植物多样性和土壤理化性质的变化规律和响应机制。研究结果对我国西南喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建具有一定的理论意义和实践指导价值。     

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.     

西南喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳分布特征及其影响因素

喀斯特石漠化已成为制约我国西南地区社会经济可持续发展最严重的生态地质环境问题,其恢复重建已成为我国社会经济建设中一项重要内容。土壤有机碳作为土壤质量评价的重要指标,可以综合反映土地生产力、环境健康功能,另一方面土壤有机碳也间接影响了陆地生物碳库,是陆地生态系统碳平衡的主要因子,它的转化和积累变化直接影响全球碳循环动态,已成为生态科学领域研究的热点之一。系统的总结了西南喀斯特石漠化地区不同土地覆被/土地利用、不同等级石漠化环境土壤有机碳的空间和季节分布特征。结合前人研究成果,进一步分析了影响喀斯特石漠化地区土壤有机碳分布的自然(气候、地形与土壤性质、植被等)和人为(土地覆被/土地利用变化、农业管理措施等)各因素,并提出增加喀斯特石漠化地区土壤有机碳含量的对策。研究结果为喀斯特石漠化退化生态系统恢复重建、石漠化地区土壤综合利用、增加碳截存应对全球碳循环减源增汇等提供了重要的科学参考。     

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。     

典型岩溶山区土地石漠化过程——以粤北岩溶山区为例

中国南方岩溶区是土地石漠化广为发生发展的脆弱生态区域。运用面上调查、定位观测和模拟试验相结合的方法,以粤北岩溶山区为例,从地表生态过程的角度对土地石漠化过程进行解析、研究。在轻度石漠化向极重度石漠化发展的过程中,仅2-3 a,植被就从灌草混合群落退化为草本群落,物种减少76%,植被盖度降低87.2%;土壤侵蚀量逐渐加大,土壤物质不断流失和丢失,土层变薄,侵蚀模数呈10多倍、数10倍增加。岩溶坡面特殊的水文过程和水循环模式,使石漠化土地上"四水"转化迅速。随着石漠化程度加重,地表水和壤中水流失量加大,石灰岩脉动式"生长"速度加快,使基岩裸露率由30%—50%增至90%以上,最终导致土壤粗化,养分减少,生物生产量减少89%甚至更多。这表明,土地石漠化过程是由植被退化丧失过程、土壤侵蚀过程、地表水流失过程、碳酸盐岩溶蚀侵蚀过程和土地生物生产力退化过程相互联系、组合而成的土地退化过程,也是岩溶山区土地生态系统演变为石质荒漠系统的地表生态过程。     

岩溶山区和石漠化区表土孢粉组合的差异性--以重庆市南川区为例

通过对重庆市南川区岩溶山区和石漠化区14个不同植被类型的表土调查和采样,以研究该区表土孢粉组合特征的差异性。结果显示:(1)岩溶山区的表土孢粉组合中以乔木花粉为优势,含量为34.38%-63.39%,其次是草本和蕨类植物的孢粉,含量为32.04%-58.18%,灌木花粉含量最小,为6.08%-29.77%,沼生草本也有少量,仅为0.14%,这与当地的现代植被基本相同;(2) 石漠化地区的表土孢粉组合以草本和蕨类植物孢粉占优势,含量为46.40%-76.47%,其次是乔木花粉(主要为马尾松),含量为17.73%-46.84%,灌木花粉含量最小,为5.79%-12.50%,说明其植被退化严重;(3)石漠化区的表土孢粉组合中有很多喜钙性、旱生性、石生性植物,对生态恢复和重建有很好的指示意义,为该区恢复和重建自然生态环境提供参考性依据。     

喀斯特石漠化区生态保护红线划定——以贵州省威宁县为例

科学划定喀斯特石漠化区生态保护红线,对于维护区域生态安全,促进经济社会可持续发展具有重要意义。选择水源涵养、水土保持、生物多样性维护3种生态系统服务功能以及水土流失、石漠化2种生态环境敏感性指标,构建喀斯特石漠化区生态保护红线划定方法。以贵州省威宁县为例,结合第二次全国土地调查数据和相关规划等数据,划定生态保护红线,并从生态用地、植被覆盖度与人类扰动指数三个方面评价划定效果。结果表明：（1）威宁县生态系统综合服务功能以极重要为主,占研究区总面积的40.57%。生态环境综合敏感性以敏感为主,占总面积的67.86%。优化调整后生态保护红线面积1496.13 km²,占全县面积的23.75%,红线内生态用地面积占比高于非生态用地面积占比20%以上。（2）近些年贵州省退耕还林、岩溶地区石漠化综合治理和草海自然保护区生态修复等工程的实施,威宁县植被覆盖显著增加,红线内NDVI基本不变区、轻微改善区和明显改善区面积占比达到88.42%,红线范围内植被覆盖呈增加趋势。（3）红线内人类扰动指数低于红线外人类扰动指数,雪山镇、麻乍镇需控制红线范围内人类扰动,确保生态用地性质不改变,加强生态保护和监管。威宁县生态保护红线划定研究可为其他石漠化地区红线划定及划定效果评价提供参考。