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...     

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。     

典型岩溶槽谷区土壤CO2浓度变化对隧道建设的响应——以重庆市中梁山岩溶槽谷为例

为了解重庆市中梁山岩溶槽谷区隧道建设对土壤CO₂浓度变化特征的影响,于2017年12月1日至2018年11月25日对中梁山岩溶槽谷区的隧道影响区和非隧道影响区典型的白蜡树林（FC）和于2017年3月22日-2018年1月18日对耕地（CU）、灌丛（SH）、竹林（BA）下土壤CO₂浓度及其相关的环境因子进行研究,探讨了隧道影响和非隧道影响的岩溶区土壤CO₂浓度变化规律及其影响因子。研究表明：隧道影响区（A区）土壤CO₂浓度低于非隧道影响区（B区）,A区A-CU、A-SH、A-BA和A-FC土壤CO₂浓度的平均值分别为4479.26、6053.10、8152.70 mg/m³和17162.47 mg/m³,B区B-CU、B-SH、B-BA和B-FC分别为6244.67、6647.01、9422.94 mg/m³和18396.09 mg/m³。但隧道影响区和非隧道影响区的土壤CO₂浓度具有相同的垂直和季节变化趋势,在垂直方向上,土壤CO₂浓度随土壤深度的增加而增加,在季节变化上,雨季（夏季和秋季）土壤CO₂浓度大于旱季（冬季和春季）。经相关分析发现土壤温度是影响土壤CO₂浓度变化的主控因子,土壤CO₂浓度随土壤温度的升高而升高,降水较多时土壤含水率过高,会抑制土壤CO₂的生产,同时,土壤理化性质也对土壤CO₂浓度具有一定的影响。隧道影响区土壤CO₂浓度的变化受外界环境变化的影响大。     

基于地形梯度的岩溶槽谷土地利用变化特征

揭示岩溶槽谷土地利用变化特征,为地区退耕还林和生态保护提供参考。以印江、思南、石阡等5县区为研究区,选取DEM数据和土地利用数据,探究岩溶槽谷土地利用时空分异特征和地形分异特征。结果表明:(1)2000—2018年间,研究区土地利用类型以耕地、林地及草地为主,水域及建设用地其次,其中林地面积分布最多。(2)2000—2018年间,研究区耕地和草地面积有所减少,林地、水域与建设用地面积有所增加,其中建设用地面积增长迅速。(3)2000—2018年间,研究区耕地、林地峰值分布在海拔700—900 m,草地峰值分布在500—700 m或700—900 m;2018年水域和建设用地峰值分别为500—700 m、700—900 m。(4)各土地利用类型在0o—25o地区均有分布, 25o以上地区以林地为主,耕地及草地次之,建设用地主要分布在25o以下。(5)2000—2018年间,研究区耕地、林地及草地在半阴坡和半阳坡分布较多;2018年建设用地在阳坡分布最多。文章结果可为地区生态保护、土地政策制定、武陵山生态脱贫等提供实际借鉴和理论参考。     

基于地形梯度的岩溶槽谷区土地利用空间格局分析

揭示当前多因素驱动机制下岩溶槽谷区典型地貌单元在地形梯度上土地利用分布的一般规律与差异性特征具有重要意义。以2017年landsat TM高清影像和30 m×30 m DEM（Digital Elevation Model）为数据源,并结合实地调查,通过地形位分布指数、土地利用多样性指数、土地利用程度指数及土地利用相对合理性指数指标计算,探讨岩溶槽谷区地形梯度的土地利用类型空间分布共同特征与差异。结果表明：（1）岩溶槽谷区土地利用类型呈现山坡（高地形位）-槽坝（低地形位）两种分布格局特色存在,且土地利用类型在地形梯度上主要以低、中、高3种地形位组合模式;（2）土地利用类型在地形梯度上呈现梯度效应,表现出各自分布特征与差异;（3）岩溶槽谷区土地利用多样性、土地利用程度和土地利用合理性在地形梯度上分布格局既存在一些共同性特征,又存在各自差异性;（4）地形梯度土地利用特征差异性是受自然因素、社会经济因素、政策因素共同作用的结果。     

孢粉记录的重庆岩溶槽谷区700年来植被演替与喀斯特石漠化

在精确AMS¹⁴C测年的基础上,对采自重庆中梁山岩溶洼地的剖面样品进行了孢粉分析,并结合详细的历史文献资料,获取了该地区近700年以来的植被变迁与石漠化演化记录。结果显示：（1）1274-1553 cal a AD研究区周围主要分布以松属、柏科/杉科占优势的亚热带常绿针叶林,伴人植物花粉少量出现,人类活动相对较弱。（2）1553-1780 cal a AD,针叶树松属、柏科/杉科花粉含量下降,伴人植物花粉增多,指示研究区人类活动开始加强。（3）1780-1840 cal a AD,松属花粉含量急剧下降,灌木和伴人植物花粉急剧增加,指示该地区人类活动加剧,石漠化现象出现。（4）1840-2000 cal a AD,玉米花粉含量大幅度增加,表明人类活动更加强烈,石漠化现象进一步加剧。近700年来不断增加的人类活动是重庆地区植被退化、石漠化现象严重的重要因素。该研究结果对重庆岩溶地区的全面治理,恢复和重建自然生态环境具有重要的指示意义。     

隧道工程对喀斯特槽谷区坡面产流及土壤侵蚀的影响

隧道工程导致地下水系统被破坏,但由此可能带来的土壤侵蚀却很少被涉猎。在重庆观音峡背斜隧道密集影响区和非隧道影响区的两个相邻小流域建立径流小区,基于高分辨率水文数据结合δD-H₂O、δ¹⁸O-H₂O同位素,对比两径流小区坡面、壤中产流规律和地表侵蚀产沙特征。结果表明,观测年内隧道影响区坡面产流对降雨响应更快,地表径流系数0.027,侵蚀模数16.68 t km^-2 a^-1;非隧道影响区地表径流系数0.013,侵蚀模数7.73 t km^-2 a^-1。相反,隧道影响区产生的壤中流产流系数仅为非隧道影响区的31%。对一场强降雨监测发现,两径流小区坡面流中δD-H₂O、δ¹⁸O-H₂O相似,但壤中流中却差异较大。用氢氧同位素混合模型分析得出隧道影响区坡面流、壤中流中降雨贡献率均大于非隧道影响区,侵蚀能力更强。这与土壤含水率减小和土壤结构的差异有关：隧道影响区土壤中粘粒的含量高于非隧道影响区,且出现上粘下松的异常土壤结构,使土壤下渗能力降低,地表径流增加。较小的土壤含水率与土壤粒径也有利于土壤搬运。研究为隧道工程导致的喀斯特区水土流失研究提供了基础数据,为喀斯特区水土流失防治和石漠化治理研究提供了新视角。     

岩溶槽谷区植被恢复对土壤团聚体有机碳及碳库管理指数的影响

为揭示岩溶槽谷区植被恢复对土壤结构、土壤有机碳积累和碳库管理水平的影响,该研究选取了弃耕地、林地和草地三种土地利用方式,测定0～20 cm土层土壤团聚体组成、土壤有机碳(SOC)、团聚体有机碳以及土壤易氧化有机碳(EOC)含量。结果表明:(1)与弃耕地相比,林地和草地土壤团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均重量直径(MGD)和2～5 mm团聚体含量显著增加,林地和草地土壤团聚体组成以2～5 mm为主,弃耕地以0.5～1 mm和<0.25 mm为主,表明退耕还林还草能够促进土壤团聚体形成和稳定。(2)土壤团聚体有机碳含量呈现出林地>草地>弃耕地,随团聚体粒级增加而增加的趋势;林地和草地以2～5 mm团聚体有机碳贡献率最大,弃耕地则以<0.25 mm团聚体贡献为主,表明弃耕地转变为林地和草地后,土壤SOC积累主要归功于2～5 mm有机碳含量的增加,以及团聚体由小粒径向大粒径转变。(3)与弃耕地比较,林地和草地土壤SOC、EOC含量和碳库管理指数(CPMI)均显著提高,其中土壤EOC含量和CPMI变化较为明显;土壤EOC可作为土壤碳库早期变化的有效指标,CPMI能够...     

岩溶地区景观格局演变及其生态安全的时空分异——以贵州省东北部槽谷为例

景观生态安全能反映区域生态保护与经济发展之间的关系,有助于了解生态环境压力和缓解人地关系矛盾具有重要意义。基于2005、2010、2014和2017年LandSat影像为数据源,借助ArcGIS和景观格局指数法构建景观生态安全指数,对槽谷区景观格局演变及其对生态安全的时空分异规律研究,从而提出环境友好型的土地利用组合模式。结果表明：（1）2005—2017年,槽谷区景观内部整体呈现破碎化,景观斑块数量增多,景观格局由单一规则化、简单化向复杂混合型转变,多样性增加且空间异质性增强。随着时间变化,岩溶槽谷区景观生态安全整体呈现上升趋势,西、东部槽谷景观生态安全指数（Ecological Security Index,ESI）由槽坝向山坡两侧逐渐增加,而中部槽谷则由山坡向槽坝增加。（2）在200 m尺度下,西部槽谷ESI的全局正相关性最显著,其Moran''s I值呈先增加后减小的趋势,而中部和东部槽谷则相反。岩溶槽谷区ESI的空间集聚形式主要表现为高高和低低值集聚区,空间集聚程度较高,而高低和低高集聚区分布较少且变化不明显。（3）景观集聚分布格局受低地形起伏和坡度较缓区域影响较高且呈现倒"U"型共性趋势,而海拔则相反。（4）岩溶槽谷区景观格局以扩充"林地-灌木林地-草地"的土地利用组合模式能增加景观生态安全。（5）景观格局及其生态安全的时空分异是受当地自然环境、社会经济和政策导向共同作用的结果,通过分析多重因素对槽谷区景观格局及其生态安全演变趋势的驱动机制可为地区科学决策提供科学参考。     

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_ins...     

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。