桂西北喀斯特区域植被变化趋势及其对气候和地形的响应

基于1999—2010年的SPOT NDVI数据,分析了河池市植被变化趋势及空间差异,并结合气象和地形数据分析了植被与气候、地形的关系。结果表明:(1)桂西北喀斯特地区植被变化总体上呈恢复趋势,年均气候因子对植被变化的作用不明显;(2)200—500m的海拔范围内植被恢复显著,但400—500m的海拔范围内有小面积植被退化现象,随着海拔增加,植被变化趋于稳定;(3)6—15°的坡度范围内植被恢复最显著,而2—6°及大于25°坡度范围存在植被退化的现象;(4)不同坡向上的植被恢复差异不明显,但随着坡向由阴坡转阳坡,植被总体恢复呈减小趋势。喀斯特地区人类生态建设取得一定成效,但由于人类活动的负面影响,在海拔400—500m、坡度大于25°的阳坡区域仍存在植被减少的现象。     

喀斯特峰丛洼地旱季土壤水分的空间变化及主要影响因子

基于动态监测样地(200 m×40 m)的网格(10 m×10 m)取样,用地统计学方法研究了喀斯特峰丛洼地4类典型生态景观类型旱季表层土壤(0—10 cm)水分的空间变化,通过主成分分析和相关分析,探讨了其生态学过程和机制。结果表明,沿严重、重度、中度和轻度的干扰递减梯度,喀斯特峰丛洼地产生了农作物(Ⅰ)→人工林(Ⅱ)→次生林(Ⅲ)→原生林(Ⅳ) 的4类典型生态景观格局变化,土壤水分显著提高,变异系数逐渐增大;4类生态景观类型的土壤水分均具有良好的空间自相关性,正负空间自相关距离反映了性质不同的两大斑块,Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ下半部斑块的半径为50 m,拐点在坡地和洼地的分界处,Ⅱ的下半部斑块的半径为75 m,拐点是土地利用方式的转折点;不同景观类型空间变异特征不同,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的半变异函数分别符合指数模型、高斯模型、指数模型和球状模型,基台值(C0+C)升高,变程缩小,系统的空间总变异增强,其中Ⅰ和Ⅳ的\[C0/(C0+C)\]值分别为48.3%和39.4%,空间相关中等,Ⅱ和Ⅲ的\[C0/(C0+C)\]值≤25%,空间相关强烈;Kriging等值线图清楚表明Ⅰ和Ⅳ土壤水分呈凸型分布,Ⅱ呈单峰分布,Ⅲ呈凹型分布。主成分分析显示除海拔和坡位始终是影响4类生态景观类型土壤水分的主导因子外,不同景观类型的其他主导因子不同,且同一因子在不同景观类型与土壤水分的正负作用关系和相关程度也不同。因此,应根据4类典型生态景观类型土壤水分的空间变化及主要影响因子制定相应的水资源合理利用和管理策略。     

长期施肥下亚热带典型农田(旱地)土壤木质素的积累特性

以广西环江(石灰土)、湖南桃源(红壤)两个亚热带典型农田(旱地)长期定位试验为平台,采用碱性氧化铜-固相萃取-气相色谱法,分析两种长期施肥制度[化肥(NPK)、秸秆还田配施化肥(NPKS)]下土壤中木质素V、S、C等3类单体含量及组成的变化,并阐明影响旱地土壤中木质素积累的主要因子.结果表明:长期施用化肥(NPK)对石灰土木质素总量(SumVSC)无显著影响,而红壤木质素总量显著增加(55±1)%;秸秆还田配施化肥(NPKS)均显著增加了两种土壤木质素总含量(P<0.01),增加比例分别为(328±4)%、(456±9)%.长期施肥处理增加了红壤木质素单体C的比例,石灰土则表现为单体V的比例增加,表明农田土壤中木质素的转化具有单体特异性;长期施肥后木质素单体的酸醛比(Ac/Al)V和(Ac/Al)S均有所降低,其中石灰土高于红壤,说明石灰土的木质素分解矿化程度较红壤高.有机质、全氮与木质素单体含量无显著相关,而对木质素单体V、S、C组成有显著影响;木质素V、S和C类单体含量及组成均与土壤速效养分(碱解氮、速效磷、速效钾)显著相关(P<0.05),由此认为土壤速效养分是木质素积累特性的关键影响因子.     

基于稳定同位素的喀斯特坡地尾巨桉水分利用特征

利用稳定性氢氧及碳同位素技术,与邻近乡土植物枫香比较,对喀斯特坡地尾巨桉水分来源与水分利用效率的季节性差异进行研究,分析喀斯特地区桉树人工林建设的干旱胁迫风险.结果表明: 浅层(0～50 cm)土壤水同位素值渐变特征明显且与近期雨水同位素值相近,而深层(50～100 cm)土壤水同位素值整体较稳定且明显区别于浅层.土壤含水量整体呈现雨季(5、9月)高于旱季(10月),且上坡高于下坡的基本特征.枫香不受旱、雨季土壤含水率差异的影响,始终以浅层土壤水为主要水源,水分利用效率持续较高.尾巨桉水分来源受不同季节、坡位土壤含水率差异的影响:雨季上坡以浅层土壤水为主,雨季下坡对深层土壤水利用比例明显增加;旱季上坡主要利用较深层水分,旱季下坡依赖浅层土壤水.桉树水分利用效率始终低于枫香,但旱季时显著升高.尾巨桉水分来源灵活多变,但干旱条件下水分利用效率显著升高,表明其并未能获得充足的水分供应,预示着生长速率及经济收益遭受负面影响,干旱致死的风险较高.     

桂西北典型喀斯特区生态服务价值的环境响应及其空间尺度特征

Study on ecosystem service values (ESVs) is the bridge of understanding ecosystem and economic decision-making. To investigate the response of ESVs to ambient environment and their spatial scales is an urgent work in the process of ecological restoration and sustainable development in southwest China. Based on the previous research results, the remote images, and weather data of 31 years (1975-2005), the response of ESVs to ambient environment and their spatial scales in a typical karst area of northwest Guangxi, China were evaluated with the method of empirical mode decomposition (EMD) in this paper. The results showed that ESVs had obvious variations with changes in elevation, rocky types and soil types, and had corresponding characteristics of spatial scales. The ESVs in middle and low elevation areas were higher, but they decreased due to human activities such as deforestation. The ESVs in peak-cluster depression areas were lower, and they would increase as influenced by policies such as returning farmland to forestland. The ESVs were influenced by rocky types, showing lower values but an increasing trend in the typical karst regions while higher values but a decreasing trend in non-karst regions. The average ESVs in the west part of the study region, which is not only the main nature reserve for rare wildlife species in Guangxi, but also one of the best preserved natural vegetation regions in China, were more than 15,000 RMB Yuan ha-1,. Comparatively, the ESVs were less than 10,000 Yuan ha-1 in the middle part of the region attributed to low vegetation coverage, serious peak-cluster depression and karst rocky desertification. After about 20 years, that is from 1985 to 2005, the ecosystem conditions had been improved and the ESVs had increased in the middle and eastern part of this study region. On the contrary, in most western part, which was dominated by subtropical evergreen broad-leaved forest, they had been worsened, and the balance values of ESVs were negative. As for the relationships of ESVs with rocky types and soil types, lime soil and red soil were the two main soil types that contributed to ESVs (The total contribution was above 60%, and it is 63.77%,64.37%,64.56%,64.91% respectively in the four years of 1985, 1990, 2000 and 2005.). The variance contribution of intrinsic mode function (IMF) and trend (R) showed that there were obvious special sales for ESVs in this study area, and the main spatial scales were about 2.7 km, 5.5 km, and 11.6 km. The variance contribution ratio was 12.29%, 11.26%, 11.49% respectively, and the trend (R) was high (17.74%). In conclusion, this study indicated that ecosystem conditions in the typical karst area were improved owing to the application of rocky desertification control policies, such as ecological migration and returning farmland to forestland. Besides, the main spatial scales of ESVs in the study area were the interactions of terrain, physiognomy, land use / land cover and human activities.     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林植被的空间异质性

基于广西环江木论国家级自然保护区喀斯特典型峰丛洼地常绿落叶阔叶混交林2 hm2动态监测样地,选择4个多样性和5个群落结构属性变量,运用地统计学和分形几何学理论方法,分析植被的空间异质性、分形特征和分布格局,以探讨其维持机制。结果表明:(1)样地树木种类和除平均高度外的4个结构属性变量均值适中,变异系数较高(48.37%～71.01%),植物多样性丰富且稳定性强,Shannon指数、Simpson指数和均匀度指数变异系数仅在5.49%～22.64%之间。(2)除均匀度的Moran’s I系数接近0且无规律外,其他8个属性变量均有不同程度的空间自相关性,分别用球状、指数和高斯模型拟合的决定系数(R2)高达0.900～0.982,C/(C0+C)值和分维数D值分别在0.582～0.827和1.738～1.871之间,具有中等以上的空间依赖性。(3)密度、平均冠幅和高度的自相关范围和变程小于其他指标,其分布和形成过程决定了整个森林植被的空间格局。(4)森林植被的Kriging等值线图充分表征了人为干扰、地形、土壤质量的综合差异。(5)自相关、半方差模型的变程和Kriging等值线图综合分析表明,喀斯特峰丛洼地常绿落叶阔叶混交林空间异质性研究的采样间隔10 m左右较适宜,但采样范围应大于10hm2,这对确定该区域动态监测样地的面积具有一定的指导意义。     

喀斯特峰丛洼地原生林土壤团聚体有机碳的剖面分布

以喀斯特峰丛洼地的伊桐、侧柏和菜豆树3个原生林植物群落为对象,分析了土壤团聚体的组成、有机碳及其剖面分布.结果表明:3个植物群落的土壤分布均以＞2 mm大粒径团聚体为主,约占土壤团聚体总量的76％.土壤总有机碳含量介于12.73 ～ 68.66 g·kg-1之间,群落类型显著影响土壤有机碳含量及其分布.＜1 mm小粒径团聚体中的有机碳含量比＞2 mm团聚体稍高,但大部分土壤有机碳储存在大粒径团聚体中,＞2 mm团聚体对土壤有机碳的贡献率约70％.2 ～5和5～8 mm团聚体含量与土壤有机碳含量呈显著正相关.提高土壤中2～8 mm团聚体的含量能有效增强喀斯特地区土壤固碳能力.伊桐群落2～8 mm土壤团聚体的含量及其全土有机碳含量分别达46％和37.62 g· kg-1,伊桐更适合作为喀斯特地区生态恢复树种.     

喀斯特地区坡耕地与退耕地土壤有机碳空间异质性及其影响因素

利用网格采样(10 m×10 m),对比分析了典型喀斯特坡耕地(长期耕作)和退耕地(自然恢复)表层(0—15 cm)土壤有机碳(SOC)的空间变异特征,以期探究退耕恢复20a后SOC的空间异质性及其主要影响因素的变化。结果表明退耕地SOC含量(75.5 g/kg)显著高于坡耕地(15.1 g/kg),为坡耕地的5.0倍,说明自然恢复能显著提高SOC累积量;半变异函数分析结果表明退耕地基台值(521.7)为坡耕地(25.7)的14.9倍,说明退耕地SOC空间异质性远大于坡耕地。坡耕地和退耕地SOC的主要影响因子存在较大差异,土地覆盖类型、坡位、岩石出露率以及三者的交互作用显著控制着坡耕地SOC的空间格局,其贡献率分别为9.1%、6.3%、4.6%以及17.0%;土壤水分、坡度、岩石出露率以及三者的交互作用显著控制退耕地SOC的空间格局,其贡献率分别为26.0%、10.7%、7.2%以及3.6%;尽管岩石出露率对坡耕地和退耕地SOC的空间格局均有显著影响,但坡耕地SOC的主要控制因子为土地覆盖类型以及各因子的交互作用,而退耕地的主要控制因子为土壤水分。以上研究表明随着植被恢复和物种多样性增加,喀斯特坡地SOC的累积量和空间异质性增强,自然因素对SOC空间格局影响凸显,而岩石出露率始终控制SOC空间格局。     

基于林业清查资料的桂西北植被碳空间分布及其变化特征

基于2005-2010年林业资源清查数据,采用材积源生物量法,运用地理信息系统技术,估算和分析了桂西北植被碳密度及其储量的空间分布及其变化。结果显示:(1) 研究区域从2005年到2010年呈现碳汇变化趋势,植被碳储量由4.19×10⁴t增加到4.27×10⁴t(增幅为1.84%),植被碳密度从29.04t/hm²增加到29.57 t/hm²。(2) 从治理措施、林种起源方式及林种类型来看,自然保护区的植被碳密度最大,超过40 t/hm²。2005-2010年,人工植苗、直播、飞播和萌生方式植被碳密度增加,退耕还林工程的植被碳密度均呈明显增长(增加3.00 t/hm²),所有林种碳密度都呈不同程度的增长。 (3)植被碳密度空间分布上,大致表现为西部高、中东部低,北部高、南部低。西部区植被碳密度均值超过40 t/hm²,中东部区植被碳密度均值低于25 t/hm²。植被碳密度变化在空间分布上表现为无论是非喀斯特区还是喀斯特区的植被碳密度都有增长趋势,其中有7个县市植被碳密度升级为更高等级。研究表明,随着退耕还林、生态移民等治理措施的实施,区域植被碳密度显著增加,生态环境好转。     

喀斯特峰丛洼地不同森林表层土壤有机质的空间变异及成因

基于动态监测样地(200 m×40 m)的网格(10 m×10 m)取样,以农作区为对照,用地统计学方法研究了喀斯特峰丛洼地人工林、次生林和原生林3类典型森林生态系统表层土壤(0—15 cm)有机质的空间变异,通过主成分分析和相关分析,探讨了其生态学过程和机制。结果表明:喀斯特峰丛洼地土壤有机质很高,沿着农作区-人工林-次生林-原生林的恢复梯度,土壤有机质显著提高,变异系数逐步增大;农作区和3类森林土壤表层有机质均具有良好的空间自相关性;农作区试验半变异函数C0/(C0+C)值为26.5%,呈中等程度的空间相关性;3类森林的C0/(C0+C)值为9.0%—22.6%,呈强烈的空间相关性;农作区和人工林土壤有机质呈单峰分布,次生林呈凹型分布,原生林呈凸型分布;不同森林的主导因子不同,农作区的主导因子为主要土壤养分,人工林为地形和物种多样性,次生林为森林结构和物种多样性,原生林为地形和物种多样性,且同一因子在不同森林与土壤表层有机质的正负作用关系和相关程度也不同。因此,农作区和3类森林应根据其土壤表层有机质的空间变异及主要影响因子制定相应的固碳措施。