喀斯特峰丛洼地植被演替对土壤微生物生物量碳、氮及酶活性的影响

采用经典统计分析与通径分析,研究了桂西北喀斯特峰丛洼地4种植被演替阶段(草丛、灌木林、次生林、原生林)表层(0—15 cm)土壤微生物生物量和土壤酶活性的变化特征,探讨了其与土壤理化性质之间的关系。结果表明:土壤微生物生物量和土壤酶活性随植被正向演替的变化规律并不完全一致。土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮和碱性磷酸酶活性整体表现为随植被正向演替而增加。而土壤蔗糖酶活性表现为:次生林草丛≈灌木林原生林,脲酶活性表现为:草丛≈次生林≈灌木林原生林。通径分析结果表明,土壤微生物生物量的直接影响因素和主要影响因素为土壤有机碳;蔗糖酶活性的直接影响因素为土壤有机碳和土壤微生物生物量碳,而从总效应来看,各因素对蔗糖酶活性的影响均较小;脲酶和碱性磷酸酶活性的直接影响因素和主要影响因素均为全氮,但全氮对脲酶活性表现为强烈的负效应,而对碱性磷酸酶活性表现为强烈的正效应。此外,土壤微生物生物量碳、氮及蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性的剩余通径系数均较大,说明存在其它未被考虑因素对其具有影响。     

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。     

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"。     

MixSIAR和IsoSource模型解析植物水分来源的比较研究

选取西南喀斯特地区次生林中主要优势植物刺楸(Kalopanax septemlobus(Thunb.)Koidz.)、香椿(Toona sinensis)和化香(Platycarya strobilacea Sieb.et Zucc.)为研究对象,通过对不同土壤深度的土壤水、泉水、雨水和植物采样,利用氢氧稳定同位素技术,借助IsoSource和MixSIAR两种模型分析植物水分来源,通过直接相关法判断植物主要吸水源来衡量两种模型的适用性。结果表明,降雨δ~(18)O值在3月—6月偏正,在6月—8月数据偏负,存在明显的季节变化。在春季不同土壤层土壤水δ~(18)O值土壤深度增加而降低,夏季呈现相反的规律。基于IsoSource和MixSIAR模型计算植物不同水分来源比例时存在一定差异。基于直接相关法定性分析植物水分来源表明MixSIAR模型计算结果可靠性高于IsoSource模型。基于均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)进行模型评价,结果显示出MixSIAR模型的RMSE结果小于IsoSource模型,表明利用MixSIAR模型计算植物对各水源的利用比例适用性高于IsoSource模型。本文结果有助于在解析植物水分来源时为模型的选择提供参考。     

喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段细根生物量、形态特征及其影响因素

以喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段的草丛、灌丛、次生林和原生林为研究对象,采用土芯法,分0~10、10~20、20~30 cm等3层获取群落活细根(直径≤2 mm),分析其生物量、形态特征及其与土壤性状的关系.结果表明:各恢复阶段细根生物量为194.63~255.19g·m^-2,集中分布在0~10 cm表层土壤中,占0~30 cm土层总生物量60%以上,不同恢复阶段群落生物量的差异不显著;细根比根长和比表面积在不同恢复阶段差异显著,随着植被由草丛向原生林正向恢复而逐渐降低;超过66%的根长和64%的根面积分布在0~10 cm表层土壤中,多数细根根长和根面积均在0~0.5 mm和0.5~1 mm径级,这两级根长和根面积占其总量的87%和72%以上.冗余分析表明,喀斯特峰丛洼地植物群落细根特征与土壤性状之间存在着不同的相关性,其中土壤有机碳、速效钾和全氮对细根特征影响较大.这是植物长期适应生境条件形成的有效策略.     

木论喀斯特森林木本植物多样性垂直格局

基于木论国家级自然保护区内西南坡一条垂直样带16个样方的调查资料,运用丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数对木论喀斯特森林木本植物多样性的垂直格局进行研究。结果表明:(1)在16个样方中共记录植株5089个,分属48科90属120种。(2)喀斯特森林木本植物群落具有明显的垂直分布格局,采用等级聚类和非度量多维标度排序方法可将植物群落沿海拔梯度划分为3个类型,分别是:下坡位以小果厚壳桂(Cryptocarya austrokweichouensis)和灰岩棒柄花(Cleidion bracteosum)为主要优势种的群落;中坡位以长管越南茜(Rubovietnamia aristata)和罗伞(Brassaiopsis glomerulata)为主要优势种的群落;上坡位以化香树(Platycarya strobilacea)和密花树(Rapanea neriifolia)为主要优势种的群落。沿海拔梯度升高,水热组合发生变化,地带性植被以及群落内的建群种和优势种都发生了变化。(3)物种生活型方面,常绿树种所占的比例高于落叶阔叶树种,针叶树种仅出现在山顶。(4)沿海拔梯度物种丰富度及α多样性指数中的Shannon-Wiener指数曲线均符合单峰格局,峰值出现在坡腰位置。(5)β多样性指数起伏较大,总体上β多样性随着海拔的升高呈递减的趋势。     

桂西北典型喀斯特峰丛洼地退耕还林还草的固碳效益评价

退耕还林还草作为桂西北喀斯特地区主要的土地利用转变方式,对该区域产生了积极的生态效益。就退耕还林还草政策的实施对该区域土壤有机碳储量的影响进行评价。结果表明:1)将剖面碳密度与深度做对数拟合得到的参数进行协同克里格插值的方法能较准确估算研究区碳密度,R2为0.723;2)退耕还林还草措施对土壤有机碳(SOC)含量产生了显著的影响,耕地(19.3 g/kg)转变为牧草(23.5 g/kg,退耕近10a)和草地(34.6 g/kg,退耕30a)的SOC含量均有增加,转变为人工林(17.8 g/kg,退耕8a)的SOC含量略有下降;3)退耕还林还草工程实施后研究区土壤碳储量提高了23.43%,退耕后单位面积土壤碳储量为2938 t C/km~2;4)种植牧草兼顾固碳效益和经济效益,是一种较好的退耕模式。     

基于TM影像的白云岩与石灰岩上喀斯特植被时空变化差异研究

喀斯特土壤主要由白云岩和石灰岩风化而来,植被生长及其分布究竟怎样响应这一特殊地质背景?以人为干扰影响较小的喀斯特自然保护区为研究对象,采用监督分类法对1990年和2011年两期TM影像进行植被分类,并利用景观格局分析方法研究两种岩性上植被变化差异。结果表明,1990年和2011年研究区内两种母岩上均以乔木林和乔灌为主,草灌和草丛分布少,白云岩上乔木林的面积比例大于石灰岩上的比例,而草灌和草丛小于石灰岩上的比例;近20年来白云岩与石灰岩上草丛、草灌、灌丛和乔灌均以正向演替为主,但白云岩上正向演替比例大于石灰岩上的比例;两种岩性上植被斑块连接性均增强、破碎程度均降低,白云岩上植被斑块的破碎化程度和多样性指数较石灰岩上低,内部连接性强。由此可见,喀斯特白云岩较石灰岩有利于草丛、草灌的自然恢复,岩性引起的水土资源配置和养分地球化学循环过程差异制约着喀斯特地区植被的时空格局。     

植被恢复对西南喀斯特地区土壤气候韧性的提升作用

土壤质量提升是生态系统应对气候变化能力增强的关键。为探究气候变化背景下不同植被恢复方式对喀斯特地区土壤质量的影响,基于黔桂喀斯特地区气候梯度样带84个样方土壤物理、化学和生物性质综合分析,分别以耕地和次生林作为退化和顶级恢复对照,探讨了自然恢复(灌木林)和人工恢复(人工林)的土壤质量提升效应及其对气候变化的响应。结果表明:(1)植被恢复不仅显著提高了土壤细菌、真菌、放线菌等微生物丰度以及有机碳、全氮、速效氮等养分含量,也对土壤质地有一定改善;(2)自然恢复和人工恢复均提高了土壤质量,两种恢复方式之间土壤质量指数无显著差异,但与次生林依然存在差距。灌木林和人工林的土壤质量仅约为次生林土壤质量的62%-66%;(3)耕地土壤质量随年均温和年平均降雨量的增加而下降,次生林的土壤质量随年平均降雨量的增加而上升,植被恢复对土壤质量的提升率与年均温和年平均降雨量呈正相关关系。阐明了在一定范围的气候变化下进行植被恢复可以显著提升喀斯特地区土壤的气候韧性,揭示了喀斯特地区植被恢复对土壤质量的提升主要是由于提高了土壤碳氮养分含量及改善了土壤微生物群落结构,这为全球气候变化背景下喀斯特退化土地生态恢复和管理提供了理论依据。