湿润和干旱条件下喀斯特地区洼地表层土壤水分的空间变异性

在桂西北喀斯特洼地,用地统计学方法研究了旱季初期湿润和干旱条件下表层(0～5和5～10 cm)土壤水分的空间结构及其分布特征.结果表明,表层土壤水分存在明显的空间异质性和各向异性,呈现差异显著的斑块状分布格局.湿润条件下,土壤水分具有中等和较强的空间相关性,变程分别为33.15 m和15.75 m,其中0～5 cm层具有明显的趋势效应;干旱条件下,土壤水分则呈现出强烈的空间相关性,而且相似斑块的空间尺度有所减小,变程最小仅为8.22m;在平均含水量较低时(干旱条件)其变异程度较大,实际应用中应根据平均含水量水平采取不同的取样设计.实验区表层土壤水分空间变异及其分布格局的显著差异,主要是受地貌、平均含水量(降水)和地形等因素的影响.     

桂西北喀斯特坡地典型生境不同植物叶片的碳同位素差异

通过测定7种典型植物的叶片δ13C值,比较了桂西北喀斯特坡地连片裸露石丛及其临近浅薄土层处植物叶片δ13C值及其季节性差异。结果表明:旱季(2008年11月、2009年3月)植物叶片δ13C值显著高于雨季(2009年7月)(P0.05);旱季和雨季菜豆树、铁线莲、黄荆的δ13C值无显著差异(P0.05),而盐肤木、红背山麻杆、蕨、肾蕨旱季显著高于雨季(P0.05);季节性降雨差异对乔木类菜豆树、藤本类的铁线莲以及根系较深灌木叶片δ13C值的影响较小,而对浅根系草本植物、浅根灌木影响较大;旱季和雨季2种生境下菜豆树叶片δ13C值差异均不大,旱季和雨季连片裸岩生境的红背山麻杆和黄荆叶片δ13C值与临近浅薄土层生境值的差异虽不显著(P0.05),但差异大于菜豆树,说明生境条件的差异对这2种灌木叶片δ13C值的影响较大。     

桂西北喀斯特地区生态系统服务功能重要性评价与空间分析

生态系统服务功能重要性评价对于明确区域生态系统服务功能空间分布规律,进行生态功能区划有重要意义.本文根据桂西北喀斯特地区的主要生态系统服务功能,选取生物多样性保护、土壤保持、水源涵养、石漠化控制和产品提供5项服务功能,采用层次分析法和多因子综合评价法建立指标体系,在GIS技术支持下,分析了5项生态系统服务功能的重要性及其空间分布特征,并进行了综合评价.结果表明:桂西北喀斯特地区生态系统服务功能重要性程度较高,其中极重要、中等重要地区面积占研究区总面积分别为25.2%和33.4%;喀斯特地区生态系统土壤保持功能和石漠化控制功能对喀斯特区域生态环境具有重要控制作用,其分布区域是桂西北喀斯特地区生态环境治理和生态恢复的重点区域;明确了桂西北喀斯特地区生态系统生物多样性保护功能、水源涵养功能及产品提供功能的重要性等级及空间分布特征,为喀斯特地区生态系统的科学管理和生态功能区划提供重要依据.     

喀斯特峰丛洼地小流域表层土壤微量元素的空间异质性

基于网格取样(80 m×80 m),利用经典统计学和地统计方法分析了典型喀斯特峰丛洼地小流域163个表层(0～20 cm)土壤样点微量元素(Pb、Cr、Ni、Cu、Zn、B)的空间变异特征.结果表明:研究区土壤6种微量元素含量的差异及变异系数均较大,平均含量大小顺序为Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞B＞Cu,平均变异程度依次为Ni＞Cu＞Zn＞Pb＞B＞Cr.不同微量元素具有不同的空间结构和最佳拟合模型,除Cr呈中等程度自相关、变程较长、空间连续性较好外,其他5种元素均呈强烈自相关,变程较短,空间依赖性较强.6种微量元素的Kriging等值线图较为相似,表明研究区土壤微量元素含量有着相似的分布趋势,表现为东部高,南北两头低,洼地高,坡地低.人为干扰和自然条件(植被、裸岩率、坡度、坡向)是土壤微量元素空间异质性的主要影响因素.     

典型喀斯特小流域土壤有机碳和全氮空间格局变化及其对退耕还林还草的响应

基于定点回顾实验设计,通过对比分析2005年初(退耕还林还草初期)和2014年底典型喀斯特峰丛洼地小流域土壤碳氮格局变化,探讨石漠化治理工程实施后,植被恢复对土壤碳氮积累和碳氮空间格局的影响。研究结果发现:退耕还林还草10a后,示范区土壤有机碳(SOC)含量显著增加1.3g/kg,但土壤全氮含量无显著变化;就空间格局而言,退耕还林还草初期土壤碳氮高值聚类区主要分布在坡脚旱地和荒地(荒草)类型区,退耕还林还草10a后其高值聚类区主要分布在荒地(灌丛和荒草)类型区,而10a前后土壤碳氮的低值聚类区始终分布在洼地旱地类型区;2005年和2014年土壤有机碳半变异函数的拟合模型相同,均为球状模型,在退耕还林还草10a后空间异质性增强,土壤有机碳的空间格局受土壤母质和植被结构的影响增强;而土壤全氮半变异函数的拟合模型不同,由指数模型变为球状模型,在退耕还林还草10a后空间异质性减弱,土壤全氮的空间格局受随机因素影响增强。研究结果对石漠化区域土地利用结构的优化调整具有重要的科学参考和实践指导意义。     

石漠化治理过程中农民参与意识与响应——以广西壮族自治区河池地区为例

基层农民在石漠化治理中有着不容忽视的作用,但对其态度及参与意愿的了解相对较少。基于参与性调查方法,按不同石漠化程度,对广西河池地区环江县、都安县、大化县33个屯154户居民石漠化治理过程中参与意识与响应进行了调查。结果表明,了解石漠化的农民所占比例较小,且随石漠化程度的增加反而减少。影响农民石漠化治理参与意识的主要因素是农民的文化程度和年龄,但生态示范区内农民参与意识要远好于非示范区。生态农业模式能被多数农民所接受,但因存在成本、农产品销路、技术等问题而实施难度大。政府支持的经济发展模式往往具有经济生态双重效益,但实施过程复杂;农民自发形成的发展模式通常具有收益高及操作简单等特点,但规模往往较小,且受市场影响较大。因此,石漠化治理过程中,一方面需要加强对重度石漠化地区农民的宣传教育,同时充分发挥生态示范区的作用,增加示范区的辐射范围;另一方面,在支持已有发展模式的同时,应重点支持种桑养蚕、手工品加工等农民自发形成的发展模式,并开拓农产品市场。总之,在石漠化治理过程中,政府加大支持力度,科研单位提供技术指导,农民群众积极配合,形成政府-科研单位-基层农民共同参与的石漠化治理模式。     

桂西北典型喀斯特区生态系统服务价值对景观格局变化的响应

基于3S技术,对1985、1990、2000和2005年桂西北典型喀斯特区生态系统服务价值（ESVs）对景观格局的响应进行了探讨.结果表明：研究区ESVs与景观面积、破碎度、斑块形状复杂程度、关键类型面积、连通性以及丰富度紧密相关;景观面积与ESVs呈线性正相关,最大斑块指数、蔓延度指数、聚集度指数、有效网络面积和类相邻百分比与ESVs呈曲线正相关,随着关键景观类型比例的增加和连通性的增强,生态系统服务价值有所增加;分离度指数、分割度指数、斑块丰富度与ESVs呈曲线负相关,随着斑块的破碎与分离的加大以及关键类型比例的降低,生态系统服务价值有所减少.今后应加强对研究区林地、灌木和草地等关键景观类型的保护,加大其面积比例,保证其较大的蔓延度与有效网络面积和连通性,并减少干扰以免破碎度增加,增强生态系统服务价值,以更好地支撑桂西北典型喀斯特地区的可持续发展.     

采用稳定同位素技术判定喀斯特地区植物水分来源的挑战与可能应对方案

占全球陆地面积约15%的喀斯特地区,有着不同于绝大多数非喀斯特地区的水文地质结构,使得许多在非喀斯特地区行之有效的研究方法难以直接用于喀斯特地区,而且这种限制在植物水分来源的研究上体现得尤为明显.本文从为什么要在喀斯特地区开展植物水分来源的研究、为什么一定要用稳定同位素的方法、使用该方法在喀斯特地区有何挑战,以及应对这些挑战的可能解决方案是什么等4个方面,综述了喀斯特地区植物水分来源研究普遍关注问题的由来和可能应对方案.文中重点阐述了与其他方法相比,稳定同位素技术在喀斯特地区植物水分来源研究中的优势以及难以完全满足其前提条件的挑战,结合现有相关研究的有益探索,提出在喀斯特地区的研究不必过分追求对各水源在具体深度上的细致划分,从水源特性的角度进行区分是更为适宜的途径.     

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.     

西南喀斯特白云岩坡地土壤-表层岩溶带结构及水文特征

表层岩溶带是喀斯特关键带的核心区域,具有重要的水文调蓄功能,但岩溶发育程度对表层岩溶带水文特征的影响还不明晰。本研究采用地球物理勘探和水文地质钻探技术,结合水分和水位动态监测,量化坡地岩溶发育和水文特征,解析土壤-表层岩溶带对降雨的响应规律。结果表明: 地球物理勘探可以较好地运用到岩溶区关键带结构的探测,坡地土壤和表层岩溶带厚度平均值分别小于0.63和2.60 m。岩溶化程度强的坡地视电阻率较高,节理裂隙发育且渗透性强(0.73 m·d^-1);表层岩溶带对降雨的调节能力更强,表现为土壤水分变化具有较大的降雨阈值(＞20.50 mm·d^-1)和由降雨量主导的水位变化过程。岩溶发育程度弱的坡地视电阻率低且渗透性弱(0.07 m·d^-1);水分和水位变化对降雨的响应迅速,同时,局部(240～300 cm深度)发育岩溶管道,渗透系数达432 m·d^-1,在极端降雨事件(暴雨/大暴雨)过程中观察到明显的优先流特征,相邻洼地遭受洪涝的风险更大。该结果有助于进一步深化西南喀斯特地区水资源调控、管理及生态水文研究。