喀斯特灌丛坡地土壤-表层岩溶带产流及氮素流失特征

喀斯特二元结构发育,地表水大量漏失,养分表现出快速流失的特点,然而养分流失的途径和机制尚不清楚.本研究从喀斯特关键带三维空间的视角,通过监测喀斯特灌丛坡地雨季典型降雨产流和氮素流失特征,基于氢氧稳定同位素技术对主要水文路径“新旧水”比例进行划分,并探讨氮素流失的主要途径和机制.结果表明:深层渗漏和壤中流是喀斯特灌丛坡地主要水文路径,两者分别占降雨量的71%和9%,地表径流仅占2%;深层渗漏、壤中流均以“旧水”为主,“旧水”比例分别为85%、61%;硝态氮浓度在深层渗漏中最高(1.97 mg·L^-1),铵态氮浓度在壤中流中最高(1.18 mg·L^-1),深层渗漏对氮素流失的贡献率达89.4%,显著高于地表径流和壤中流;“旧水”比例与硝态氮、铵态氮浓度和流失总量均表现出显著正相关关系,“旧水”可能是喀斯特坡地土壤-表层岩溶带系统携带氮素迁移的主要介质.以上研究能够为西南喀斯特地区坡地水资源合理配置和养分流失阻控技术研发提供理论支撑.     

不同岩性背景区关键带土壤地球化学特征及生态风险

以贵州普定陈旗流域和福建九龙江流域作为研究对象,比较两个不同岩性背景区土壤重金属和稀土元素的分布特征及其控制因素,探究了地球关键带土壤元素的地球化学循环过程和环境效应。结果显示,普定浅层土壤重金属Cr、Zn、Ni、Cu和Pb含量均高于九龙江流域,主要受淋滤作用和地质背景控制。普定土壤中大部分重金属在耕地、灌丛和弃耕地高于草地和次生林地,九龙江流域部分重金属含量在废弃茶园高于林地,与两个流域大气沉降和农业活动密切相关。普定土壤稀土含量(145～248 mg·kg^-1)高于九龙江流域(51～173 mg·kg^-1),普定土壤稀土与喀斯特成土作用密切相关,而九龙江流域土壤稀土含量主要由成土母质决定。生态风险评估显示,普定土壤为轻微生态危害,九龙江流域林地也为轻微生态危害,而九龙江流域废弃茶园地表现出中等生态危害,重金属Cd生态风险较高。     

西南岩溶地区石漠化综合治理研究

我国西南岩溶地区石漠化是人地矛盾作用下生态系统退化的过程或结果,石漠化不仅带来水土流失加剧、旱涝灾害频发、生物多样性降低等生态问题,还会带来贫困落后等一系列社会问题。20世纪80年代开始进行的石漠化治理工作已经成为我国西南岩溶地区生态文明建设的重要举措与必由之路,通过近40年来的石漠化治理使得我国西南岩溶地区石漠化问题恶化的趋势开始得到扭转。面向生态文明新时期的建设目标,石漠化脆弱区仍存在人地矛盾难以全面消除、治理成果可持续性亟待提升等问题,石漠化防治需要从多年来石漠化治理研究与实践探索积累中汲取有益于促进人地和谐、提升生态系统可持续性的治理经验与做法。因此,本文以石漠化治理典型区域调研资料与文献资料为数据基础,从石漠化治理目标、技术、措施和模式四个层面梳理石漠化治理经验与做法,归纳总结出石漠化综合治理四点配置原则:(1)以治理目标与预期周期为导向,确立石漠化治理采取的措施;(2)针对解决的关键生态退化问题,结合区域特征遴选石漠化治理技术;(3)针对石漠化退化阶段的差异,确定石漠化治理途径措施;(4)结合石漠化综合治理模式的共性特征,以小流域为基本单元,因地制宜的选择与构建石漠化综合治理模式。以期通过对实践经验的总结为石漠化治理过程中选择具备区位适宜性和机理明晰性的生态技术提供参考。     

Plant community characteristics and their relationships with soil properties in a karst region of southwest China

In this study, we analyzed plant community characteristics and the relationship between plant and soil properties based on forest successional stages in depressions between karst hills. The secondary forests showed the maximum number of species, genera, and families with important values >5 and the highest species diversity, and primary forest was the optimal community structure. The arboreal layer played a dominant role in determining fragile karst ecosystem status, followed by shrubs, Al₂O₃, and Fe₂O₃. A close relationship existed between species diversity and soil organic C, total N, total P, Fe₂O₃, MnO, microbial biomass C, and microbial biomass P. Plant characteristics could be explained by the soil nutrient factors (21.6%), soil microbes (17.1%), soil mineral components (10.2%), and interactions among these variables (29.3%).     

中国西南喀斯特植物群落演替特征及驱动机制

植被恢复是西南喀斯特石漠化治理和生态重建的关键步骤。通过总结已有的结果和分析中国科学院环江喀斯特试验站部分试验数据,研究了西南喀斯特植被演替过程中群落的动态特征,结果发现:西南喀斯特沿北、中、南亚热带至北热带的海拔递减、气温和降雨量升高的梯度格局下,群落的高度、盖度增加,密度、科属种数量和物种多样性呈递减趋势;不同区域沿草丛、灌丛、灌乔丛、乔丛的顺向演替方向上,群落的高度、盖度增加、密度减小,科属种数量及物种多样性除北亚热带持续增加外,其他3个区域的最大值均出现在灌乔丛,乔丛反而有所下降;西南喀斯特植被演替是生物驱动因素与环境阻力相互作用的结果,不同区域不同演替阶段植被演替的建群种和关键种不同,其植物群落的稳定性受多样性和结构性的共同控制,因地质和生态环境恶劣,植被退化容易恢复难,充分理解和认识植被演替规律对西南喀斯特植被恢复和生态重建意义重大。     

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。     

我国西南喀斯特地区2001—2018年植被净初级生产力时空演变

植被净初级生产力（Net primary productivity,NPP）是陆地生态系统碳循环的重要指标,定量评价NPP的变化规律是碳循环机理的主要研究内容之一。以我国西南地区为研究区域,基于土地覆盖和NPP产品分析了2001-2018年西南地区NPP的时空变化特征,利用土地转移矩阵和统计分析方法,定量描述了土地覆盖类型变化导致的NPP变化量,对NPP变化的主要原因进行分析。结果表明：（1）2001-2018年,西南地区NPP均值呈波动上升趋势。（2） NPP变化趋势在空间分布上呈南高北低,NPP呈增长趋势主要集中在四川的中东部、重庆、贵州西部和云南东部;NPP呈减少趋势出现在云南、四川中西部和贵州东部。（3）森林、草地和耕地转灌丛以及灌丛转森林是对NPP变化量影响较大的土地覆盖类型转变,土地类型转变导致的NPP净增量为20.643 TgC。（4）降水与NPP相关性低,气温与NPP有一定相关性,植被叶面积指数与NPP有显著相关关系,表明气候因子对NPP的影响较小,植被生长密度对NPP有显著影响。退耕还林还草等生态工程实施,导致耕地面积减少和森林面积大量增加,是西南地区NPP上升的主导因素,因此生态工程的实施是西南地区NPP增加的重要影响因素。研究可为生态工程实施背景下NPP的变化机理研究提供参考。     

喀斯特山顶区域濒危裸子植物群落特征及其地形关联

喀斯特濒危裸子植物往往局限分布于生境恶劣的山顶区域,受保护的急迫性和必要性较强,但目前针对该区植物群落的研究较少,保护技术措施缺乏理论支持。对木论喀斯特山顶区域典型的濒危裸子植物群落进行了调查,分析了该群落特征的空间变异及其地形关联。结果表明：该群落共有植物73种,隶属于39科58属;裸子植物、双子叶植物、单子叶植物分别有3、67、3种;壳斗科、蔷薇科和樟科物种相对较多;64.1%的科和81.0%的属只含有1个物种。双子叶植物净关系指数（NRI）和最近关系指数（NTI）表现出随机格局。个体数、总基面积、NTI分别在5.66、4.75、6.51 m尺度内具有强烈的空间相关性,空间连续性相对较差;Shannon多样性指数、Simpson多样性指数、Pielou均匀度指数分别在71.01、71.01、42.44 m尺度内具有强烈的空间相关性,空间连续性相对较好。总基面积与凹凸度呈显著正相关关系;濒危裸子植物相对基面积与坡度呈显著正相关关系;NTI与相对海拔呈极显著正相关关系,与坡度和坡向均呈显著负相关关系。上述结果对于喀斯特濒危裸子植物的保护和恢复工作具有一定的指导意义。     

Nitrogen uptake and transfer in a soybean/maize intercropping system in the karst region of southwest China

Nitrogen (N) deficiency occurs in over 80% of karst soil of southwest China, which restricts regional agricultural production. To test whether N fixed by legumes becomes available to nonfixing companion species, N fluxes between soybean and maize under no, partial, and total restriction of root contact were measured on a karst site in southwest China. N content and its transfer between soybean and maize intercrops were explored in a 2‐year plot experiment, with N movement between crops monitored using ¹⁵N isotopes. Mesh barrier (30 μm) and no restrictions barrier root separation increased N uptake of maize by 1.28%–3.45% and 3.2%–3.45%, respectively. N uptake by soybean with no restrictions root separation was 1.23 and 1.56 times higher than that by mesh and solid barriers, respectively. In the unrestricted root condition, N transfer from soybean to maize in no restrictions barrier was 2.34–3.02 mg higher than that of mesh barrier. Therefore, it was implied that soybean/maize intercropping could improve N uptake and transfer efficiently in the karst region of southwest China.     

基于遥感RMMF模型的喀斯特地区水土保持功能评价

为支撑我国重点生态功能区生态效益补偿工作,以半物理水土模型RMMF (The Revised Morgan, Morgan and Finney Model)为基础,通过对模型部分输入物理量进行遥感化改进建立了遥感RMMF模型(RS-RMMF)。为在评价中进一步排除气象要素波动带来的水土流失量变化,通过RS-RMMF模型构建了单位降水截留率、单位径流冲蚀量以及单位径流运输量3项评价指标来综合评价区域生态系统本身的水土保持能力。研究选取了《全国主体功能区规划》中的桂黔滇喀斯特功能区为典型区,分别基于上述评价指标和经典RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation)模型开展了2011年至2019年水土保持功能计算与对比。结果表明：相比2011年,2019年喀斯特功能区的降水截留率PI₀升高1.94%,径流冲蚀量H₀下降5.96×10^-4 Mg/hm~2,径流运输量TC₀下降6.0×10^-7Mg/hm~2,水土保持功能综合得分增加0.83,水土...     

生态工程背景下西南喀斯特植被变化主导因素及其空间非平稳性

我国西南喀斯特地区石漠化面积已实现净减少,植被状况具有明显改善。为了更清晰的了解该区植被变化情况及其影响因素的区域差异,采用长时间序列遥感数据,综合运用空间自相关分析、主成分分析(PCA)和地理加权回归(GWR)等研究方法,分析生态工程实施以来滇桂黔喀斯特植被变化及其主要影响因素的空间非平稳性。结果表明:与1982—2000年相比,2001—2011年生长季归一化植被指数(GSN)在整个研究区域都有增加且具有显著的空间集聚性(Ig为0.90),但增加程度在空间上具有差异性(变异系数为43%);影响滇桂黔植被变化的主要因素包括气候因子、土壤质地、人类活动、水分有效性、土壤养分和社会经济条件,且对植被变化的影响程度随地理位置的变化而变化。不同工程地貌类型区内,影响植被变化的主导因素不同,且存在显著的空间差异性,需综合考虑植被变化主导因素的区域差异来调整或改进后续生态工程措施。     

喀斯特坡面生物结皮发育特征及其对土壤水分入渗的影响

作为地表植被恢复的先锋种群和景观的重要组成部分,生物土壤结皮(BSCs)对地表过程具有重要影响.为探明喀斯特地区BSCs发育特征及其对土壤水分入渗的影响,本研究选取喀斯特代表性坡面开展了BSCs实地调查和人工模拟降雨试验,探究了BSCs覆盖土壤的水分入渗过程,试验设计了5个BSCs盖度水平(0、28％、40％、70％、...