喀斯特槽谷区生态退化与修复专题导读

在国家重点研发计划项目——"喀斯特槽谷区土地石漠化过程及综合治理技术研发与示范(2016YFC0502300)"的支持下,经过项目组全体成员三年的共同努力,在喀斯特槽谷区生态退化与修复方面取得了一些重要进展。主要有:(1)2000—2015年槽谷区土壤侵蚀总量逐年减少,年平均侵蚀模数逐年降低,槽谷区植被覆盖明显提高;(2)拉巴豆地埂篱根土复合体不仅能有效提高喀斯特土壤的粒径大小和增强土体的抗剪/冲性能,并且能够利用大气N_2合成植物生长所需的氮肥,从而提高土壤肥力,可望实现石漠化治理中生态效应和经济效应的双赢;(3)喀斯特槽谷区隧道建设改变了地下水流场并降低了地下水位,进而降低了土壤微生物丰度和多样性,而增加了适应干旱的微生物种群,并导致土壤质量的降低;隧道建设加速了坡面产流和土壤流失,加剧了土地石漠化,从而导致生态退化;(4)随着槽谷区退化生态系统的恢复,生态系统的生态服务功能得到提升。     

喀斯特槽谷典型植物水分利用效率对隧道建设的响应

隧道工程建设对喀斯特槽谷地区地下水循环系统的破坏,引起地下水位下降,可能影响周围生态环境。依托重庆中梁山喀斯特槽谷,对旱、雨两季隧道影响区与无隧道影响区不同深度土层(0—20 cm、20—40 cm)土壤含水量以及典型植物(常绿乔木、常绿灌木)瞬时水分利用效率(InstantaneousWater Use Efficiency,WUE_(inst))进行对比分析,探究植物水分利用效率对隧道建设的响应。结果表明:在不同影响区,主要由蒸发与降水引起土壤含水量在垂直和季节变化上的趋势相似,但隧道影响区土壤含水量在旱、雨两季均显著高于无隧道影响区;不同影响区植物WUE_(inst)存在明显的季节差异,旱季各植物种WUE_(inst)显著高于雨季。而旱、雨两季隧道影响区植物叶片WUE_(inst)显著高于无隧道影响区;此外,植物WUE_(inst)与土壤含水量相关性分析结果表明,不同影响区植物WUE_(inst)与土壤含水量均呈显著负相关关系,但相对于无隧道影响区,隧道影响区植物WUE_(inst)对土壤含水量的变化更加敏感。以上结果表明,隧道建设导致地下水资源漏失,土壤含水量减少,进而改变了植物水分利用特性,使隧道影响区植物种应对一定程度的水分胁迫时采取更保守的水分利用策略。     

喀斯特槽谷区土地石漠化与综合治理技术研发

深入揭示流域尺度水-土-生资源格局和研发因地制宜的水-土-生治理技术是"十三五"石漠化治理工程的主要瓶颈。国家重点研发计划——"喀斯特槽谷区土地石漠化过程及综合治理技术研发与示范"项目(2016YFC0502300)针对槽谷区特点,锁定两个关键科学问题和五个关键技术,从过程机理研究-技术研发-应用示范3个层面解剖区域水/土/生物资源分布格局与地质地貌之间的关系,阐明石漠化过程中的相关生态变化机理,因地制宜地研发水土资源高效利用、土壤地上/下流/漏失阻控与生态恢复技术;研发野生砧木及经济树种互作效应与优化配套技术,构建槽谷区可持续的生态系统和生态产业模式并示范推广,为区域生态改善和贫困问题解决提供科技支撑。     

中梁山岩溶槽谷区荒草地土壤微生物群落对隧道建设的响应

隧道工程建设给地方交通和经济发展带来便利的同时,也造成地下水漏失和地下水文流场改变,可能引起土壤微环境和土壤微生物群落的改变,进而严重影响上覆区域生态系统平衡。以重庆市中梁山岩溶槽谷为例,选取隧道影响区和无隧道影响区典型荒草地,通过16S rDNA高通量测序对比微生物群落结构差异,研究微生物群落多样性对土壤pH、含水率和土壤养分变化的响应。结果表明：隧道影响区Alpha多样性反映的土壤微生物总丰度和多样性大于无隧道影响区,Beta多样性反映的土壤微生物群落结构存在显著差异;Wilcoxon检验说明norank_o__iii1-15、norank_c__Gemmatimonadetes、norank_o__MND1是隧道影响区土壤中显著增加的微生物物种,其相对丰度为无隧道影响区土壤的2倍以上;RDA分析表明土壤pH和含水率是驱动土壤微生物群落结构变化的主要因素。隧道建设使其影响区内土壤水分垂直漏失比无隧道影响区更严重,土壤含水率下降,导致pH上升、土壤养分下降,利于土壤中norank_o__iii1-15、norank_c__Gemmatimonadetes、norank_o__MND1等适应低含水率、高pH、贫营养环境的优势菌群生长繁殖。     

典型岩溶槽谷区氨氧化微生物丰度对隧道建设的响应——以中梁山为例

氨氧化微生物介导土壤中铵态氮的氧化,是土壤硝化作用的第一步。【目的】在大型隧道工程影响的岩溶区,了解氨氧化微生物对土壤含水率和营养环境变化的响应对于研究隧道建设引起的生态环境改变和氮循环过程变化都有十分重要的意义。【方法】本研究以重庆市北碚区中梁山龙凤槽谷为例,对比受隧道影响的龙凤槽谷和不受隧道影响的龙车槽谷中4种土地利用方式(荒草地、竹林地、混交林以及菜园地)下的土壤中,3种氨氧化微生物(氨氧化细菌AOB、氨氧化古菌AOA、亚硝酸盐氧化细菌CMX)的丰度变化,结合土壤含水量、pH以及土壤营养元素等的变化,分析隧道建设引起的可培养氨氧化微生物数量变化及其过程机理。【结果】结果发现:(1)由于隧道开挖揭露了地下含水层,导致地下水位下降、土壤含水率降低、pH值升高、硝态氮含量增加、隧道影响区AOA、AOB和CMX丰度显著低于非隧道影响区,后者数量分别是前者的4.8、4.4和3.9倍;(2)受岩溶区碱性土壤环境和地下水以及可溶物极易漏失的影响,铵态氮等底物浓度并不是氨氧化细菌的主要影响因素,AOA丰度与土壤含水率和土壤酸碱缓冲性能呈正相关(P<0.01),CMX和AOB丰度都与土壤硝态...     

中梁山岩溶槽谷区不同土地利用方式坡地产流规律

坡地产流是造成岩溶区水土流失的主要驱动力,研究典型岩溶槽谷区坡地产流规律,对岩溶区防治水土流失、合理利用地下水资源具有重要理论意义。在重庆市中梁山龙凤和龙车槽谷选取不同土地利用方式的4个标准径流小区,对降水、地表径流、壤中流、裂隙流和土壤含水率进行了同步监测,探讨了坡地产流特征。结果表明:(1)4个不同土地利用方式的径流小区,坡地总产流量从大到小依次为:耕地(3696.9L)果园地(3657.2L)竹林地(2922.9L)林地(2211.1L),总径流系数(3.1%—5.2%)远低于非岩溶区(约20%);(2)4个径流小区的产流形式主要为地表径流,壤中流和裂隙流产生滞后于地表径流;(3)降水因子、前期土壤含水率共同影响地表径流,但降水因子对地表径流的影响远大于前期土壤含水率。降水因子中,15min最大雨强是影响耕地、果园地的地表径流的主要因素,降水量是影响林地、竹林地的地表径流的主要因素;前期土壤含水率对耕地、林地、果园地地表径流影响较大,对竹林地地表径流影响较小。     

西南岩溶槽谷区隧道建设的水文生态环境效应研究进展

西南岩溶槽谷区隧道分布密集,隧道突水引发了一系列的生态环境问题。梳理了隧道建设产生的生态环境效应现状,包括:改变水资源分布格局及水文过程,诱发地质灾害,降低土地质量和引起土壤污染,影响植被生长与分布等。在隧道影响水文和水资源方面已有丰富的研究成果,而在对土壤和植被的影响研究方面缺乏统一认识。指出了未来研究的总体趋势和方向:隧道影响水资源分布格局与水文过程的水文地质模式,降水、地表水、土壤水、地下水及隧道水的转换过程与地下水流场演化机制,岩溶隧道区植被生理过程与多样性变化等。     

典型岩溶流域景观格局动态变化——以云南小江流域为例

根据云南小江流域 1982年的航片和 2 0 0 3年的 TM影像及实地调查资料 ,获得流域两期景观类型图 ,利用 GIS、RS和景观生态学的理论和方法 ,分析了典型岩溶流域景观格局的动态变化及驱动机制。结果表明 :流域 6 10 .12 km2的景观类型发生变化 ,占流域景观总面积的 5 9% ;景观类型变化主要由未利用地向耕地和林地以及林地向耕地的转化 ;流域景观变化速度十分迅速 ,综合变化动态度达 2 .95 % ,园地和耕地景观变化动态度达 34.0 9%、10 .5 5 % ;流域景观的斑块数增加 86 .3% ,平均斑块面积减少 4 6 .1% ,流域景观的基本构型由以大斑块为主体 ,中、小型斑块镶嵌其中转变为以中等斑块为主体 ,大、小型斑块镶嵌其中的构型 ;流域景观多样性指数增长 4 .14 % ,破碎度指数增长 84 .6 % ;未利用地、林地的分离度指数分别增加 114 .5 8%和6 9.6 4 % ,而耕地的分离度指数减少 4 5 .86 % ;流域耕地、建设地重心向东北方向迁移 ,而未利用地、林地、重心向南东、南西方向迁移 ;人文因素是流域景观格局变化的直接驱动力 ,人口增长、经济发展是流域耕地景观变化进而导致系列景观变化最根本的原因 ,而比较经济利益和理智的生态环境保护政策是流域林地景观变化的主要原因     

亚热带岩溶区典型常绿和落叶树种的蒸腾特征及其对环境因子的响应

植物蒸腾是水循环的重要组成部分,为了解亚热带岩溶区树木的蒸腾耗水情况,探究气候和水文地质条件对植物蒸腾的影响,运用Granier热耗散探针技术,对亚热带岩溶区次生林内的常绿树种女贞(L.lucidum)和落叶树种刺槐(R.pseudoacacia)的树干液流进行了连续监测,并同步监测了气象因子及土壤含水率(SMC),探讨在不同时间尺度下两种生活型树种的蒸腾特征及其对环境因子的响应。结果表明：(1)在季节尺度下,影响两树种整树蒸腾量(ET)的主要因子为太阳辐射强度(Rs)、气温(T)和水汽压亏缺(VPD);女贞蒸腾量(ET_L)表现为夏季(1.29 kg/h)>春季(0.57 kg/h)>冬季(0.15 kg/h)>秋季(0.13 kg/h),刺槐蒸腾量(ET_R)表现为夏季(0.90 kg/h)>春季(0.31 kg/h)>秋季(0.16 kg/h)>冬季(0.04 kg/h)。(2)在日尺度下,晴天两树种ET呈现出明显的单峰日变化,且主要影响因子均为T、VPD和Rs;但由于常绿和落叶树种的生理特征差异,降雨时...     

岩溶区土壤肥力的时空变异及影响因素——以云南小江流域为例

运用地统计学,结合GIS研究了云南小江典型岩溶流域1982到2005年表层(0～20cm)土壤肥力包括pH、有机质、全氮、全磷、全钾5个指标的时空变异规律及影响因素.20a来,流域土壤肥力发生显著变化,pH值、全钾含量升高,而有机质、全氮、全磷含量降低;同时土壤肥力的空间变异显著:各指标的块金方差与基台值的比值、自相关阈值明显增大;pH值在流域东部和东南部升高,而在中部降低;有机质含量在流域东部和东南部降低,而东北部、中部含量增加;全氮含量在东部降低,中部增加;全磷含量普遍降低,东部地区下降幅度最大;全钾含量在东部、西南地区升高.土壤肥力的时、空变化与地质、地貌以及土地利用密切相关.