典型峰丛洼地耕地、聚落及其与喀斯特石漠化的相互关系——案例研究

喀斯特石漠化,近年来已成为研究热点和引起国家层面重视,但当前研究并没揭示岩溶山地土地为什么会发生石漠化这一现象的本质,没有阐明岩溶山地农户为什么要进行不合理活动。通过典型案例研究从理论上解释岩溶山地农户为什么要进行不合理活动这个问题,以从本质上揭示石漠化发生的机理。为此,在贵州选择了6个典型峰丛洼地,采用2010年的10 m分辨率ALOS影像作为数据源,比较了6种不同的峰丛洼地组合地形中的耕地资源分布、聚落特征和石漠化发育情况。结果表明,6个研究点耕地和聚落数量、分布和石漠化的面积和分布存在一定的相互关系,这些相互关系可阐明土地承载力较低情形、土地承载力中等情形和土地承载力较高情形石漠化发生的过程;发现严重的石漠化只能出现在土地承载力低、人口压力大的区域,并据此进一步总结了峰丛洼地区石漠化形成的理论模型。从理论上揭示了峰丛洼地区土地承载力和人口压力是否协调决定了峰丛洼地区的生态质量状况,有助于从本质上认识石漠化的发生机理和指导石漠化的治理。     

贵州茂兰喀斯特森林区真菌的种类组成及其生态分布

本文报道了茂兰喀斯特森林的真菌１８２种,隶属８１属,３５科,它们分为４个生态类群：峰丛漏斗区的真菌,锥峰山腰区的真菌;锥峰顶部的真菌;峰林洼地,盆地区的真菌。     

西南喀斯特石漠化型生态旅游景区开发模式构建及其规划思路综述

喀斯特山区是我国西南典型的生态脆弱区及农村人口集中地,在自然因素和人为因素共同作用下导致喀斯特石漠化,从而引发耕地资源减少、森林生态系统受损及自然灾害频发等生态环境恶化和区域贫困问题。石漠化地区的治理模式主要侧重于生态恢复,如生物、工程和农业治理模式,治理工程的实施初步遏制了石漠化的扩张,但相对缺少在生态文明建设背景下旅游模式治理研究。生态旅游作为具有生态性、经济型双层属性的一种可持续旅游发展模式,为喀斯特石漠化地区治理提供了新思路。基于对典型地区的喀斯特生态旅游景区开发模式分析和西南喀斯特自然和人文景观资源,探讨了西南喀斯特石漠化型生态旅游景区保护性开发模式,提出西南喀斯特石漠化生态旅游模式修复治理下的规划思路,为西南喀斯特石漠化治理、生态旅游和区域经济发展提供参考。     

岩溶洼地石漠化景观格局

喀斯特石漠化是中国西南地区广泛分布的一种生态地质灾害,已成为当今生态环境领域研究的热点和难点。从景观生态学角度出发,借助于Erdas9.1和ArcGIS9.0等软件,以存在较多岩溶洼地的贵州省普定县为例,对岩溶洼地地区的石漠化景观格局进行研究,并同其他非洼地的喀斯特地貌类型区的石漠化景观格局进行比较分析。结果表明:从整体上来看,普定县岩溶洼地地区的石漠化程度较轻,石漠化斑块多呈离散分布;非洼地地区的石漠化程度较强,以大斑块的形式呈团聚状分布;岩溶洼地地区以中度及其以下水平的石漠化为石漠化土地的主体,大体上呈现出石漠化强度越高、其斑块更为破碎的趋势;通过两类岩溶地貌类型区之间的对比分析,发现洼地地区的石漠化程度低于非洼地地区;但普定县岩溶洼地的石漠化水平高于贵州省全省和安顺地区,说明研究区岩溶洼地地区的石漠化形势较为严峻,亟待解决。     

中国石漠化地区碳流失原因与固碳增汇技术原理探讨

石漠化的发生发展和迅速扩张,是导致中国喀斯特生态系统碳流失的主要原因,而石漠化地区固碳潜力巨大,是国家固碳增汇的主要地区之一。为了增强石漠化地区生态系统的固碳能力,基于喀斯特小流域是石漠化治理的基本生态水文地质单元的科学认识,使用遥感和地理信息系统,结合流域内物质组成结构与循环交换特征等,对中国南方喀斯特生态系统进行了小流域类型的划分与剖析。针对区域社会经济的优先发展方向和环境承载力,提出了不同类型小流域石漠化治理和固碳增汇的设计方案,建立了喀斯特"高原集雨灌溉型高效生态农业模式"、"峰丛洼地人工种草替代型草食畜牧业模式"、"峡谷型发挥光热资源优势的特色林果模式"、"槽谷型发挥水土资源优势的竹果产业模式",为石漠化地区发展现代农业、推进区域经济发展和生态文明建设提供借鉴和参考。     

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"。     

喀斯特峰丛洼地不同生态系统的土壤肥力变化特征

基于喀斯特峰丛洼地坡耕地、草丛、灌丛、人工林、次生林、原生林6种典型生态系统的土壤主要养分、矿质养分和微生物这3组变量共计20个指标的调查、取样和分析,运用多重比较分析、主成分分析和典范相关分析探讨了其土壤肥力变化特征、主要影响因子及两两之间的相互关系。结果表明,喀斯特峰丛洼地土壤pH值为6.60—7.75,土壤主要养分、微生物种群数量和微生物生物量明显高于同纬度地区地带性红壤,矿质养分含量相对较低,其中SiO2、Al2O3、Fe2O3占矿质全量的90%以上。土壤肥力的总体趋势为原生林>次生林>灌丛>草丛>坡耕地>人工林。喀斯特石漠化地区实行林草结合的退耕还林还草模式更有利于土壤生态系统的环境改善,坡耕地应多施有机肥和氮肥,人工林应多施氮肥。原生林植物与养分之间达到了良好的平衡状态,主要应加强森林抚育管理,改善森林环境,保障植物、土壤养分及微生物之间的良好协调关系。确保土壤资源的合理利用,促进喀斯特峰丛洼地乃至整个西南喀斯特区域植被的迅速恢复和生态重建。     

喀斯特峰丛洼地石漠化治理与生态服务提升技术研究

针对峰丛洼地区域石漠化面积削减较为迅速、亟需从前期治理侧重遏制面积扩张转向生态服务提升为主的新阶段后面临的治理投入与分区较为粗放、治理技术与模式缺乏针对性、综合效益亟待提升等问题,以生态服务提升为核心目标,系统研究生态工程实施以来区域石漠化演变的关键因子、水土流失/漏失关键过程与调控、植被恢复与人工诱导提升土壤生态功能机理,突破面向生态功能优化的区域生态系统监测评估、表层岩溶水生态调蓄与高效利用、有机物资源利用与退化土壤肥力提升、耐旱型植物群落构建与规模化建植、可持续性生态衍生产业培育等关键技术,形成生态服务提升与民生改善的区域石漠化治理系统性解决方案,为石漠化治理二期工程与扶贫提供科技支撑与示范样板。     

喀斯特峰丛洼地生态系统服务空间权衡度及其分异特征

我国西南喀斯特峰丛洼地区脆弱的生态环境与剧烈的人类活动导致石漠化现象以及生态功能退化,制约了区域生态-福祉耦合效益的提升。首先从数值变化与空间变异综合的角度,构建了融合均方根偏差法与地理探测器的生态系统服务空间权衡度指标,进而围绕喀斯特水源涵养-土壤侵蚀关系以及植被固碳-土壤侵蚀关系,在不同环境因子梯度下和地貌形态类型区内开展生态系统服务空间权衡度计算及其分异特征研究。环境因子梯度分析表明,由于植被显著的保持水土能力,水源涵养与土壤侵蚀之间的空间权衡度随植被覆盖度的增大而逐渐减小;地形因子对地表水土过程与植被功能影响深刻,植被固碳和土壤侵蚀之间的空间权衡度随海拔和坡度的升高而逐渐增大,1000 m以上中海拔以及陡坡地区的空间权衡度是低海拔与缓坡地区的4-6倍。地貌形态类型区的统计结果显示,地貌特征对生态系统服务之间的空间权衡关系具有宏观控制作用,植被固碳-土壤侵蚀之间的空间权衡度随地形起伏度的升高而逐渐增大,具体为：中海拔平原 < 中海拔台地 < 中海拔丘陵 < 小起伏中山 < 中起伏中山,水源涵养与土壤侵蚀之间则成相反趋势。因此,今后在以生态系统服务协同提升为目标的喀斯特石漠化治理工作中,应强调环境因子作用程度的空间差异以及地貌形态特征的宏观控制作用。     

西南喀斯特区域水土流失敏感性评价及其空间分异特征

西南喀斯特地区碳酸盐岩酸不溶物含量很低,成土速率慢、土壤允许流失量小,加上地形起伏大、植被破坏严重,导致该地区水土流失敏感性及其空间分异的独特特征。选取降雨侵蚀力、地形起伏度、土壤类型、植被类型及土壤允许流失量等5个指标,应用GIS技术对西南喀斯特区水土流失敏感性进行单因子和多因子综合分析评价,结果表明西南喀斯特区水土流失敏感性普遍很高,中度敏感以上区域占西南喀斯特区总面积的82.8%,不敏感区域所占面积比例为6.4%;水土流失中度敏感以上区域主要分布于贵州全境、广西峰丛洼地区、云南东南部、重庆东北部、东南部、湖北西南部及湖南西北部等区域;随着岩石中酸不溶物含量的增加,水土流失极敏感和高度敏感区面积比例减少,中度敏感区比例增加。研究结果有助于指导西南喀斯特地区水土流失防治及退化喀斯特生态系统的恢复与重建。     

典型小流域喀斯特石漠化演变特征及其关键表征因子与驱动因素

中国西南喀斯特区域土地石漠化生态灾难已经严重制约了经济和社会的发展,而对石漠化进行治理,其空间分布信息的准确提取是必不可少的。针对现有石漠化信息提取技术存在不可能发生喀斯特石漠化(Impossible to develop karst rocky desertification,IKRD)范围提取不准确,关于石漠化的时空演变分析较少及其驱动因子、表征因子繁杂等问题,本文以典型喀斯特流域后寨河流域为研究对象,基于高精度影像识别提取IKRD范围,利用植被覆盖度、岩石裸露率对研究区域准确提取石漠化信息,揭示该区域不同石漠化等级的时空演变规律,同时探明石漠化分布与地表反照率、坡度的相关性。研究结果表明:(1)2005年至2010年后寨河流域石漠化程度整体在恶化,在后寨河流域西南部分和中部极少区域石漠化程度有所减轻,其余区域基本未发生变化,而在2010年至2015年后寨河流域石漠化程度大部分区域都呈减轻状态,而且石漠化程度减轻强度较大,在南侧大部分区域石漠化程度都呈减轻状态,且强度较大。(2)2005年至2010年后寨河流域石漠化程度减轻、未发生变化以及加重的面积分别为4.23 km~2、25.736 km~2、20.81 km~2,各部分面积占比分别为8.3%、 50.7%、41%。(3)2010年至2015年后寨河流域石漠化程度减轻、未发生变化以及加重的面积分别为31.87 km~2、16.57 km~2、6.85 km~2,各部分面积占比分别为57.6%、30%、 12.4%。(4)石漠化区域的坡度、地表反照率主要集中在2°—22°、0.12—0.21之间,而且随着坡度值的增加,潜在石漠化、重度石漠化面积占比增高,轻度石漠化和中度石漠化面积占比降低,随着地表反照率增加潜在石漠化、轻度石漠化面积占比增高,重度石漠化面积占比降低。综上所述,在2005年至2015年间,后寨河流域石漠化演变因贵州省2008年至2010年开始实施退耕还林还草等石漠化综合治理工程而呈现先恶化,后减轻的状态,同时通过对该区域石漠化分布与地表反照率、坡度的相关分析发现,地表反照率和坡度可以作为石漠化研究的辅助表征因子和驱动因子。     

喀斯特石漠化过程土壤质量变化及生态环境影响评价

通过对贵州中部喀斯特地区进行植被调查与土壤样品分析 ,探讨石漠化过程中土壤质量变化及其对生态环境的影响。结果表明 :喀斯特石漠化过程中随着植物群落退化度的提高 ,土壤出现粘质化 ,有机质含量急剧下降 ,植物可利用的养分含量减少 ,提高了石漠化对生态环境影响的潜能 ;随着植被覆盖率下降、土地垦殖率增加 ,引起土壤质量明显退化 ,加剧了石漠化发生的强度和速度。石漠化区土壤有机质、物理性粘粒、有效氮磷钾含量与植被覆盖率、土地复垦率有显著的相关性 ,以这些参数作为评价指标 ,初步将喀斯特石漠化过程中土壤质量变化对生态环境潜在影响的程度分为 3个等级     

西南喀斯特地区石漠化时空演变过程分析

喀斯特地区石漠化对当地社会经济的可持续发展有严重的阻碍作用,因此,研究喀斯特石漠化时空特征及演变规律,对石漠化治理有着重要的意义。以西南八省为研究区,利用归一化差分植被指数（Normalized Difference Vegetation,NDVI）、净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）、地表反照率（Surface Albedo）和坡度（Slope）数据,借助ArcGIS等软件平台,分析石漠化在不同的坡度、土地利用和生态保护区内的变化。结果显示：（1）轻度和中度石漠化是西南主要的石漠化类型。从空间分布来看,石漠化发生分布面积最广的是贵州,其次为云南和广西。（2）从不同土地利用来看,2000-2015年间无石漠化面积最多,潜在石漠化次之。石漠化主要发生在耕地和林地两种土地类型上,其他用地上石漠化发生面积最少,但是极重度石漠化在其他用地上的发生比例很大,平均在11%左右。（3）从不同坡度来看,石漠化严重程度不随坡度的增加而加剧,在坡度6°-25°之间石漠化发生面积最大。（4）从生态保护区来看,2000和2015年西南喀斯特生态保护区是石漠化面积分布最多的区域,分别为27481.86 km²和21738.65 km²。最少的是大别山山地生态功能保护区,从变化量来看,增加最多的是三峡库区,增加1641.22 km²,减少最多的是西南喀斯特生态功能保护区,减少5743.22 km²。（5）利用NPP、NDVI、地表反照率和坡度能较精准的反演石漠化,其反演权重依次为0.33、0.42、0.15和0.1。研究时段内,西南生态环境逐渐得到改善。     

石漠化强度对喀斯特植被演替过程土壤真菌组成及多样性的影响

喀斯特是我国南方广泛分布的地貌类型,土壤真菌对喀斯特植被演替恢复具有重要调节功能,不同石漠化程度的喀斯特区植被演替受到土壤微生物影响,因此研究不同石漠化区域植被演替阶段的土壤真菌组成及多样性,探索土壤真菌在喀斯特植被演替过程中的作用机制具有重要意义。本文采用时空替代法采集了不同石漠化程度（潜在、中度和强度）的喀斯特区植被演替乔木、灌木和草本演替阶段土壤样品,通过Illumina HiSeq第二代高通量测序分析了土壤真菌组成及多样性。结果表明,试验共获得3 871个OTUs,分属4门17纲116科174属;潜在和中度石漠化区各演替阶段土壤真菌优势门均为担子菌门,强度石漠化区各演替阶段土壤真菌无相同优势门;土壤真菌组成及多样性在潜在石漠化区表现为乔木>草本>灌木,中度石漠化区为灌木>乔木>草本,强度石漠化区为灌木>草本>乔木,且石漠化程度对真菌组成及多样性的影响大于植被演替的影响;土壤理化性质随石漠化程度及演替阶段发生变化,且显著影响真菌多样性指数,以碱解氮为主导因子显著影响土壤真菌群落。     

贵州喀斯特石漠化地区植物多样性与土壤理化性质

以贵州典型喀斯特石漠化生态系统环境为研究对象,运用野外取样调查和实验室检测分析方法,研究不同等级石漠化环境植物多样性和土壤理化性质特征及其相关性;运用空间替代时间方法,探讨石漠化演替过程中植物多样性和土壤理化性质的响应,旨在为贵州乃至整个中国西南喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建提供理论支撑。结果表明:1)石漠化环境植物群路组成简单,物种丰富度也很低,且随着石漠化程度增加,植被物种组成呈递减趋势;不同等级石漠化环境植物多样性具有显著差异,均匀度指数变化与石漠化等级演替明显耦合,显示了随石漠化程度增加而减小的变化趋势。2)不同等级石漠化环境土壤理化性质存在显著差异,随着石漠化程度增加,土壤理化性质显示了先退化后改善的响应过程。土壤有机质、氮素、毛管持水量、容重和孔隙度与植物多样性具有明显的相关性,在改善土壤理化性质和促进植物多样性恢复方面起着关键作用。3)主成分分析表明,土壤有机质、氮素、钾素、持水状况、孔隙度和植物多样性均匀度指数等是基于土壤理化性质和植物多样性评价石漠化程度的关键指标。基于上述结果,进一步阐述了石漠化演替过程中植物多样性和土壤理化性质的变化规律和响应机制。研究结果对我国西南喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建具有一定的理论意义和实践指导价值。     

广西白头叶猴栖息地特征

白头叶猴是我国独有的灵长类物种,其栖息地十分狭小而分散。典型的热带喀斯特峰丛洼地-峰丛谷地地貌组合,特殊的石灰岩季雨林或次生植被和多种石灰土构成的石山景观,与周边的土山景观有明显区别。环境的异质性和不连续性,使之成为边界明显但又互相隔离的同质性斑块,为穴居和过群居生活的白头叶猴提供了至关重要的生存空间。白头叶猴这一适应于热带气候,善攀爬、植食性和穴居习性的物种,选择低峰丛洼地-峰丛谷地作为适宜的栖息地,是在长期进化过程中生态适应的结果。目前,白头叶猴仅分布于几处互相隔离的地块。近几十年来,由于人类活动的强烈干扰,使其栖息地急速缩小和更加分散。只有正确处理人地关系、人与野生动物的关系,禁止石山地区的过度开发,维持这一自然综合体的完整性和保持景观异质性,白头叶猴才有生存的可能和发展的机会。     

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。     

Vegetation recovery and recent degradation in different karst landforms of southwest China over the past two decades using GEE satellite archives

Over the past two decades, eco-engineering has been recognized as an important restoration approach to promote vegetation regrowth and greenness in a widespread rocky desertification land of southwest China. However, it remains unclear of recovery patterns and dominating drivers in different types of karst landforms. Here we use multi-satellite archives based on Google Earth Engine (GEE) to reveal the rapid greening process although encountered severe drought, especially in Karst Peak-Cluster Depression (+0.0035y⁻¹) and Karst Trough Valley (+0.0035y⁻¹) influenced by subtropical monsoon climate and afforestation endeavor, while degradation happened recently at non-karst areas of west highland in Karst Fault Basin (−0.0043y⁻¹ since 2006) and Karst Plateau (−0.0039y⁻¹ since 2014) influenced by decreasing rainfall. Afforestation project and sloping land conversion program is found to play crucial part in explaining a large part of the greening trend in Peak-Cluster Depression and Trough Valley but not in other landforms, suggesting that geomorphic heterogeneity should be further considered in restoration implementation and vegetation assessment, in conjunction with climate change and anthropogenic factors. Our study provides a helpful perspective for karst conservation priorities of various rocky desertification region ecosystems.     

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。