西南喀斯特石漠化区域生态系统退化与恢复探讨

中国西南喀斯特石漠化区域生态系统的退化和恢复受到人为干扰的直接影响, 并受到植被、土壤、土壤生物的协同调控。生态环境的脆弱性和持续石漠化, 增加了石漠化治理和退化生态系统恢复的难度。采用持续稳定的生态恢复长效措施, 减少不合理的生产方式, 充分发挥草本植物在生态系统恢复初期的突出优势, 重视凋落物对水土保持和生态恢复的促进作用, 有利于驱动喀斯特退化生态系统的自然恢复。     

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"。     

中国西南喀斯特石漠化时空演变特征、发生机制与调控对策

中国西南喀斯特石漠化及发展态势的遏制与综合治理是长江、珠江流域的生态安全需要。通过总结前人的研究成果、采集中国科学院环江喀斯特生态试验站部分收集整理和试验数据,尝试性地提出了新的石漠化概念和分类标准,探讨了西南喀斯特石漠化的空间分布及动态变化规律,阐明了不同石漠化程度生态系统的植被和土壤物理、化学、微生物等属性的表现特征,从自然和人为两个方面揭示了西南喀斯特石漠化的发生机制,提出了不同石漠化程度的治理对策,以促进喀斯特区域生态、经济、社会的全面协调与可持续发展。     

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。     

喀斯特地区石漠化治理的理论模式探讨

基于恢复生态学的基本原理,提出了石漠化形成与治理的触发模型：生态系统所固有的推动自我发展的能力,称为主导力;使生态演替顶级偏离预定态的干扰因素,称为触发因子;主导力与触发因子相互作用,共同决定了生态演替的终态.石漠化是一系列恶性触发的结果,而石漠化治理,则是通过“人为设计”的生态恢复手段,激发生态系统“自我设计”的功能,从而实现生态恢复的良性触发过程. 以湘西凤凰县喀斯特石漠化生态系统恢复治理为例,对触发模型进行了初步检验. 结果表明,以触发模型为指导的恢复措施明显改善了土壤的理化性质,显著提高了植被覆盖率与植物多样性,与当地石漠化生态系统形成了良性触发,初步验证了触发模型的科学性.     

西南喀斯特地区退化生态系统整治模式

喀斯特脆弱生态区一直是学术界关注的热点地区.由于其脆弱的自然地质环境加之强烈的人为活动影响,导致该生态系统呈退化态势.本文以中国西南典型喀斯特脆弱区生态系统退化机理和生态环境脆弱性程度为依据,参考已进行的生态系统恢复和石漠化治理经验,综合考虑各种加剧喀斯特脆弱区生态环境退化的因素,并基于不同喀斯特生态环境综合治理的模式和技术体系以及因地制宜原则,综述了3套喀斯特脆弱生态区退化生态系统整治模式（生态移民－封山育林－恢复自然植被模式、退耕还林－蓄水保土－人工造林恢复植被模式、可持续生态农业－庭园经济－资源产业模式）,详细论述了各模式的适宜地区和成本效益情况,并指出了其推广应用过程中需注意的问题.     

西南喀斯特高原盆地石漠化环境植物群落结构与物种多样性时空动态

为阐明西南典型喀斯特石漠化类型——喀斯特高原盆地石漠化植物群落结构和物种多样性特征及其演变规律,科学支撑喀斯特石漠化治理,选取了喀斯特高原盆地典型石漠化区贵州清镇簸箩小流域为研究区域,对其植被进行广泛的野外勘察,设置典型样方研究其植物群落结构和物种多样性特征;运用空间替代时间方法,研究石漠化演变过程中植物群落结构和物种多样性变化;基于2013—2015连续3 a的监测数据,研究其年际变化。结果表明:研究区群落结构简单,共记录到的植物分布58种,其中草本层18科24属28种、木本层17科25属30种;单种属的比例很高,为82.86%。不同等级石漠化环境植物群落高度、平均地径、平均冠幅、草本层生物量和灌木层生物量均具有显著差异;植物种群密度在不同等级石漠化环境变化依次为轻度石漠化中度石漠化潜在石漠化无石漠化。不同等级石漠化环境植物多样性指数、均匀度指数、丰富度指数和优势度指数均偏低,而且4种指数均与石漠化等级演替无明显耦合关系。不同年份植物群落高度、平均地径、种群密度和灌木层生物量随着时间的推移均呈增加趋势,但相邻年份增加不显著。研究区生态系统人为干扰逐渐减弱,植被呈现出正向演替的趋势,优势种的重要性趋于降低。该研究结果对我国西南喀斯特盆地生态功能恢复和石漠化植被重建具有一定的理论意义和实践指导价值。     

基于“结构—过程—功能”一体化的喀斯特退化生态系统恢复和评价指标研究

对中国西南喀斯特退化生态系统的恢复和评价,是实现"人—自然—经济复合生态系统"可持续发展的重要基础。为此,首先分析了生态系统演化特点和生态系统"结构—过程—功能"的一体化,在此基础上提出人为驱动生态系统恢复的一种新途径。即通过丰富系统要素,加强各要素与多元化生态过程的耦合,驱动退化生态系统的自调控等内在机能的恢复,最终促使生态系统回复到自维持的动态平衡。其次,以喀斯特脆弱生态系统的退化特点和影响恢复的主导因子为基础,结合喀斯特退化生态系统恢复的特殊性,初步筛选出指示生态恢复的4类要素共11项指标,可用于对喀斯特退化生态系统的恢复评价和管理。     

中国西南喀斯特地区植被变化时空特征及其成因

2000年以来,国家在中国西南喀斯特地区开展一系列生态治理工程,该地区退化生态系统得到一定程度的恢复,而2008年开展石漠化综合治理工程以来该地区的植被覆盖和生产力如何变化尚不清楚。本研究利用遥感增强型植被指数(EVI)和总初级生产力(GPP)数据,研究2000—2015年西南喀斯特地区植被EVI年均值和GPP年总量的时空变化特征,重点探讨2008年以来石漠化综合治理工程、气候变化等因素对植被覆盖及生长的影响,进而评估石漠化综合治理工程的成效。结果表明,2000—2015年西南喀斯特地区植被EVI总体显著增加,其中2008—2015年植被EVI均值和变化率分别比2000—2007年高6.9%和85.7%,EVI显著增加的区域占西南喀斯特地区的13.4%;该区域GPP年总量亦呈显著增加趋势(20.58 g C m-2a-1)。2008—2015年气温和降水对植被EVI变化趋势的贡献仅占28.3%,退耕还林还草等生态恢复措施、大气CO2浓度、大气氮沉降的增加可能是该区域植被覆盖显著增加的主要贡献因子。在100个首批石漠化综合治理试点县中,大部分试点县植被EVI的变化趋势受非气候因子的影响,其中治理面积大的县受非气候因子的影响显著高于治理面积小的县,表明石漠化综合治理工程的实施有效地促进了试点县植被覆盖的增加。     

生物土壤结皮在喀斯特生态治理中的应用潜力

喀斯特地区生境条件复杂,生态系统脆弱,其中石漠化成为制约喀斯特地区发展的重要因素。该文综述了生态系统中生物土壤结皮的可抗逆性特征及其对加速母岩成土速率、提高地表抗侵蚀力、改善土壤环境状态,调控降水下渗、改变土壤中水分再分配格局、促进土壤微生物和植被演替以及提高生物多样性的关键作用。探讨了生物土壤结皮与喀斯特生态系统的反馈机制及人工培育结皮植被对石漠化防治的应用潜力。此外,生物土壤结皮与生态系统间的互作机制是研究喀斯特生态治理的关键,两者间的耦合关系是一个动态过程,需要长期的不间断多维度监测。建议加强对生物土壤结皮与喀斯特生境间耦合机制及其在喀斯特岩溶过程的互作机制,喀斯特地区生物土壤结皮耐胁迫特性以及在喀斯特生境下人工培植技术与机理等方面的研究。     

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。     

喀斯特脆弱生态系统复合退化控制与重建模式

以西南喀斯特地区为例,通过总结前人的研究成就和采集中国科学院亚热带农业生态研究所喀斯特生态实验站部分收集整理和试验数据,系统分析了喀斯特脆弱生态系统及其退化的机理,从"人-自然-经济复合生态系统"的观点出发,以干扰程度、群落类型、服务功能、土地退化和贫困状况为指标,创新性地提出了喀斯特脆弱生态系统的复合退化模式(含4个阶段),运用现代生态恢复学原理、方法和现代管理学创新理论,建立了喀斯特脆弱生态系统复合退化的控制模型.以此为基础,在喀斯特石山区、半石山区和土山丘陵区3个区域环境尺度范围内,针对性地建立了生态保护型、外向经济型和双三重螺旋3种生态恢复与重建模式,以促进喀斯特区域生态、经济、社会的全面协调与可持续发展.     

喀斯特地区石漠化生态修复对土壤生物多样性的影响

我国西南喀斯特地区是具有土层薄和土被不连续等特征的生态脆弱区,人为过度干扰和土地不当利用导致了生境退化甚至石漠化的发生。从“九五”规划到“十三五”规划,为了有效抑制并逆转石漠化趋势,生态修复措施得到普遍的推广应用。“十四五”规划进一步提出科学推进石漠化综合治理,提高生态系统自我修复能力和稳定性。从土壤微生物、原生动物、线虫、微节肢动物、蚯蚓和线蚓等方面,综述了喀斯特地区生态修复对土壤生物多样性的影响。研究发现：(1)喀斯特生境细菌和真菌的多样性高于非喀斯特生境,原因是喀斯特具有较高的土壤pH和钙含量;(2)与非喀斯特生境相比,喀斯特生境土壤动物类群数相差不大而个体密度较低;(3)石漠化过程伴随着植被退化,降低了土壤微生物种类和功能多样性,土壤动物的个体密度和类群数也呈现降低趋势;(4)生态修复促进植被正向演替,土壤微生物量和酶类活性逐渐上升,真菌/细菌生物量比值增大,土壤动物个体密度和类群数增加,有利于土壤固碳和生态修复。因此,土壤生物多样性是适合指示喀斯特石漠化的生态修复的生物学指标。研究建议：(1)在传统分类鉴定基础上,结合宏基因组学、宏蛋白质组学和同位素标记等技术,完善生态修复的...     

西南喀斯特石漠化生态系统土壤有机碳分布特征及其影响因素

喀斯特石漠化已成为制约我国西南地区社会经济可持续发展最严重的生态地质环境问题,其恢复重建已成为我国社会经济建设中一项重要内容。土壤有机碳作为土壤质量评价的重要指标,可以综合反映土地生产力、环境健康功能,另一方面土壤有机碳也间接影响了陆地生物碳库,是陆地生态系统碳平衡的主要因子,它的转化和积累变化直接影响全球碳循环动态,已成为生态科学领域研究的热点之一。系统的总结了西南喀斯特石漠化地区不同土地覆被/土地利用、不同等级石漠化环境土壤有机碳的空间和季节分布特征。结合前人研究成果,进一步分析了影响喀斯特石漠化地区土壤有机碳分布的自然(气候、地形与土壤性质、植被等)和人为(土地覆被/土地利用变化、农业管理措施等)各因素,并提出增加喀斯特石漠化地区土壤有机碳含量的对策。研究结果为喀斯特石漠化退化生态系统恢复重建、石漠化地区土壤综合利用、增加碳截存应对全球碳循环减源增汇等提供了重要的科学参考。     

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。     

生态系统服务与贫困关联视角下生态扶贫策略的实施路径

生态文明建设与脱贫攻坚均是重要的国家战略。由于贫困与生态环境问题存在紧密耦合关系,在生态保护修复中探索生态扶贫措施的实施路径可获得生态环境改善与社会经济发展的双赢。构建生态系统服务-贫困关联分析模型,以山水林田湖草生态保护修复试点的山西省宁武县和静乐县为例,通过村级多维贫困指数（VPI）评价贫困程度,并结合生态系统服务识别出生态修复与生态系统服务提升的重点地区,最后在这些区域布局合适的生态扶贫措施。结果表明处于高贫困的区域占研究区总面积的41%,中贫困所占面积比例为47%,低贫困所占面积比例为12%,地形条件、劳动力状况、生活水平的差异构成了宁武县和静乐县贫困的空间分布格局。研究区水源涵养、土壤保持、食物供给等生态系统服务计算结果分别与贫困程度叠加出九种类型,并根据叠加结果将研究区划分为低贫困修复区、低贫困保护区、中贫困修复区、高贫困修复区和高贫困保护区五个区域,提出在高贫困保护区、低贫困保护区实施以保护为主的扶贫措施,在低贫困修复区、中贫困修复区、高贫困修复区要利用生态修复的契机解决乡镇的主要致贫因素。研究为贫困或欠发达的农村区域生态保护修复与生态扶贫的结合提供借鉴参考。     

喀斯特石漠化区生态保护红线划定——以贵州省威宁县为例

科学划定喀斯特石漠化区生态保护红线,对于维护区域生态安全,促进经济社会可持续发展具有重要意义。选择水源涵养、水土保持、生物多样性维护3种生态系统服务功能以及水土流失、石漠化2种生态环境敏感性指标,构建喀斯特石漠化区生态保护红线划定方法。以贵州省威宁县为例,结合第二次全国土地调查数据和相关规划等数据,划定生态保护红线,并从生态用地、植被覆盖度与人类扰动指数三个方面评价划定效果。结果表明：（1）威宁县生态系统综合服务功能以极重要为主,占研究区总面积的40.57%。生态环境综合敏感性以敏感为主,占总面积的67.86%。优化调整后生态保护红线面积1496.13 km²,占全县面积的23.75%,红线内生态用地面积占比高于非生态用地面积占比20%以上。（2）近些年贵州省退耕还林、岩溶地区石漠化综合治理和草海自然保护区生态修复等工程的实施,威宁县植被覆盖显著增加,红线内NDVI基本不变区、轻微改善区和明显改善区面积占比达到88.42%,红线范围内植被覆盖呈增加趋势。（3）红线内人类扰动指数低于红线外人类扰动指数,雪山镇、麻乍镇需控制红线范围内人类扰动,确保生态用地性质不改变,加强生态保护和监管。威宁县生态保护红线划定研究可为其他石漠化地区红线划定及划定效果评价提供参考。     

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。