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。     

喀斯特典型坡地旱季表层土壤水分时空变异性

基于网格(10 m×10 m)取样,用地统计学方法研究了桂西北喀斯特地区典型灌丛与草灌两种植被类型坡地(90 m×120 m)旱季(2011年10月至2012年3月)表层(0—16 cm)土壤水分含量的空间变异特征。结果表明:整个采样期灌丛坡地的土壤水分含量明显要高于草灌坡地,两种类型坡地的表层土壤水分含量均属于中等程度的变异(10%Cv100%),且灌丛坡地的变异系数大于草灌坡地。两种植被类型坡地的土壤水分含量与降雨量的波动变化趋势相同,而与土壤水分变异系数的变化趋势整体相反。土壤水分含量均具有明显的空间依赖性和空间结构。两种类型坡地土壤水分的变程与块基比的变化趋势都大致相反,灌丛坡地土壤水分的变程与土壤水分含量均值的变化趋势在采样前期和中期趋势相反,在采样后期趋势相同,而草灌坡地土壤水分的变程与土壤水分含量均值的变化趋势大致相同。两块样地土壤水分的变异系数、变程与块基比均随土壤水分含量的变化有一定的季节变化规律,说明平均土壤水分含量对土壤水分空间格局的主导作用是持续存在的,结合研究目标可以有效指导后续的土壤采样。虽然两块样地表层土壤水分含量整体沿坡面自上而下呈递增趋势,但土壤水分含量最大值均分布在样地下坡位右侧地段,这主要与该地段坡度较缓、土壤厚度较大且碎石含量较低有关。     

出露基岩生境典型植物树干液流对自然降水和连续干旱的响应特征

以西南喀斯特地区常见的出露基岩生境为研究对象,针对该类生境典型乔木类植物菜豆树和圆叶乌桕,应用TDP热扩散探针技术,结合遮雨试验,分析了植物树干液流对自然降水和连续干旱的响应特征.结果表明:在生长季不同时期,降水后2树种液流密度较降水前均有一定程度的升高,但始终呈现落叶乔木圆叶乌桕高于半落叶乔木菜豆树的特征;连续2个月遮雨条件下,2树种液流密度均无明显降低的趋势,表明2树种均不依赖受近期降水主导的水源;通过对降水前后及连续干旱条件下2树种液流密度与环境因子的拟合关系研究发现,气象因素差异对水分环境变化条件下植物蒸腾耗水的影响较小.自然降水和短时期的连续干旱并未显著改变2树种的蒸腾耗水特征,这可能与出露基岩生境特殊的水分蓄持环境和乔木类植物依赖相对稳定的深层水源有关.     

桂西北喀斯特坡地典型生境不同植物叶片的碳同位素差异

通过测定7种典型植物的叶片δ13C值,比较了桂西北喀斯特坡地连片裸露石丛及其临近浅薄土层处植物叶片δ13C值及其季节性差异。结果表明:旱季(2008年11月、2009年3月)植物叶片δ13C值显著高于雨季(2009年7月)(P0.05);旱季和雨季菜豆树、铁线莲、黄荆的δ13C值无显著差异(P0.05),而盐肤木、红背山麻杆、蕨、肾蕨旱季显著高于雨季(P0.05);季节性降雨差异对乔木类菜豆树、藤本类的铁线莲以及根系较深灌木叶片δ13C值的影响较小,而对浅根系草本植物、浅根灌木影响较大;旱季和雨季2种生境下菜豆树叶片δ13C值差异均不大,旱季和雨季连片裸岩生境的红背山麻杆和黄荆叶片δ13C值与临近浅薄土层生境值的差异虽不显著(P0.05),但差异大于菜豆树,说明生境条件的差异对这2种灌木叶片δ13C值的影响较大。     

石漠化治理过程中农民参与意识与响应——以广西壮族自治区河池地区为例

基层农民在石漠化治理中有着不容忽视的作用,但对其态度及参与意愿的了解相对较少。基于参与性调查方法,按不同石漠化程度,对广西河池地区环江县、都安县、大化县33个屯154户居民石漠化治理过程中参与意识与响应进行了调查。结果表明,了解石漠化的农民所占比例较小,且随石漠化程度的增加反而减少。影响农民石漠化治理参与意识的主要因素是农民的文化程度和年龄,但生态示范区内农民参与意识要远好于非示范区。生态农业模式能被多数农民所接受,但因存在成本、农产品销路、技术等问题而实施难度大。政府支持的经济发展模式往往具有经济生态双重效益,但实施过程复杂;农民自发形成的发展模式通常具有收益高及操作简单等特点,但规模往往较小,且受市场影响较大。因此,石漠化治理过程中,一方面需要加强对重度石漠化地区农民的宣传教育,同时充分发挥生态示范区的作用,增加示范区的辐射范围;另一方面,在支持已有发展模式的同时,应重点支持种桑养蚕、手工品加工等农民自发形成的发展模式,并开拓农产品市场。总之,在石漠化治理过程中,政府加大支持力度,科研单位提供技术指导,农民群众积极配合,形成政府-科研单位-基层农民共同参与的石漠化治理模式。     

采用稳定同位素技术判定喀斯特地区植物水分来源的挑战与可能应对方案

占全球陆地面积约15%的喀斯特地区,有着不同于绝大多数非喀斯特地区的水文地质结构,使得许多在非喀斯特地区行之有效的研究方法难以直接用于喀斯特地区,而且这种限制在植物水分来源的研究上体现得尤为明显.本文从为什么要在喀斯特地区开展植物水分来源的研究、为什么一定要用稳定同位素的方法、使用该方法在喀斯特地区有何挑战,以及应对这些挑战的可能解决方案是什么等4个方面,综述了喀斯特地区植物水分来源研究普遍关注问题的由来和可能应对方案.文中重点阐述了与其他方法相比,稳定同位素技术在喀斯特地区植物水分来源研究中的优势以及难以完全满足其前提条件的挑战,结合现有相关研究的有益探索,提出在喀斯特地区的研究不必过分追求对各水源在具体深度上的细致划分,从水源特性的角度进行区分是更为适宜的途径.