岩溶山区土壤性质及其对土下溶蚀速率的影响

以重庆中梁山岩溶山区为例,通过野外溶蚀试片法和测量土壤孔隙度、容重、水分、有机碳含量和pH值的方法,探讨雨季和全年不同土地利用方式下土壤性质变化及其对土下岩石溶蚀速率的影响。结果表明:不同季节不同土地利用方式下土下岩石溶蚀速率差异显著,雨季溶蚀速率要大于全年溶蚀速率,雨季溶蚀量对全年溶蚀量贡献较大,雨热同期有利于岩溶作用的进行。总体上,不同土地利用方式下土下岩石溶蚀速率大小顺序为:林地>草地>菜地>耕地,其中林地最大,耕地最小。土壤有机碳、pH值、孔隙度和水分等相互联系,相互作用共同影响土下岩石溶蚀速率。人类活动能够改变土壤理化性质,促进或抑制岩溶作用的进行。林地利于碳酸盐岩石的溶蚀,促进石灰岩地区溶蚀成土速率,在岩溶区提高植被覆盖率是防治石漠化的有效措施。     

石漠化治理对岩溶作用强度的影响及其碳汇效应

以贵州关岭-贞丰花江岩溶石漠化综合治理区代表石漠化治理的退耕还林地和未进行石漠化治理的耕地及对应的B泉和A泉为研究对象,分析退耕还林地、耕地的土壤CO_2浓度变化、土下溶蚀量及碳汇差异,以及对应泉水Ca~(2+)、HCO_3~-的变化,并计算岩溶碳汇效应,揭示石漠化治理对岩溶作用强度的影响及其碳汇效应。研究结果表明,研究区土壤CO_2浓度变化范围为417~10 000ml/m~3以上,表现为夏秋高、冬春低的季节变化。土壤CO_2浓度表现为土层60cm40cm20cm,在一定深度范围内随土层的增加呈现升高的趋势。相对耕地,退耕还林地能够明显增加土壤CO_2浓度,表明植被恢复有利于土壤CO_2积累。A泉和B泉的Ca~(2+)、HCO_3~-变化范围分别为78~98mg/L,207.4~280.6mg/L和118~133mg/L,323.3~396.5mg/L,B泉的Ca~(2+)和HCO_3~-含量明显高于A泉,其消耗的CO_2量也相对较大,表明植被恢复有利于岩溶作用的进行。在雨季时,泉水中HCO_3~-含量变化相对土壤CO_2滞后大约1~2个月,而在旱季时,其变化趋势一致,表明泉水中HCO_3~-敏感地响应土壤CO_2的变化。退耕还林地土下溶蚀量及碳汇量约为耕地的7倍,受土壤有机质和土壤CO_2浓度及土壤水分等理化性质的影响,退耕还林地土下溶蚀量和碳汇量表现为土下40cm处最高,土下20cm处和60cm处相当。而耕地土下溶蚀量和碳汇量主要受CO_2浓度控制,其变化趋势与土壤CO_2浓度一致。综上表明,岩溶地区石漠化治理能明显增强岩溶作用强度及岩溶碳汇效应。     

中国西南岩溶区土壤允许流失量及防治对策

中国西南岩溶区碳酸盐岩成土物质先天不足,沿用1997年水利部颁布的《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190—96),显然与岩溶区的实际情况不相适应。在分析影响西南岩溶区碳酸盐岩风化成土因素的基础上,收集了相关的资料、数据和图层,估算了西南岩溶区碳酸盐岩的风化成土速率,并将成土速率作为土壤允许流失量,重新厘定西南岩溶区水土流失强度的分级标准,微度、轻度、中度、强度、极强度和剧烈分别为<30、30~100、100~200、200~500、500~1 000、≥1 000 t/(km2.a)。同时根据西南岩溶区水土流失过程的基本特点,对该地区以后的水土保持工作提出4点建议:抓住水土流失过程关键环节重点防治;不同岩溶石漠化区采取不同水土保持对策;积极推进生物篱技术;加强岩溶区土壤改良技术研究,提高基本农田的生产效率。     

岩溶区坡面土壤侵蚀特征研究

以重庆南川岩溶区为例,用137C s法研究了岩溶区坡面土壤侵蚀特征。结果表明,坡面上部侵蚀速率较小,平均侵蚀速率为400.8 t/(km2.a),最大侵蚀速率为1 138.4 t/(km2.a);坡面中部侵蚀加剧,平均侵蚀速率2 264.8 t/(km2.a),最大侵蚀速率可达3 760 t/(km2.a);坡面下部侵蚀减弱甚至堆积。土壤表层有机质、表层粘粒及水稳性团聚体含量在坡面上的变化与土壤侵蚀速率具有负相关趋势。     

我国西南岩溶区土壤侵蚀强度分级标准研究

中国西南岩溶区碳酸盐岩成土物质先天不足,沿用水利部颁布的SL190--1996《土壤侵蚀分类分级标准》,显然与岩溶区的实际情况不适应。在分析影响西南岩溶区碳酸盐岩风化成土因素的基础上,收集相关的资料、数据和图层,估算西南岩溶区碳酸盐岩的风化成土速率,并将成土速率作为土壤允许流失量,厘定西南岩溶区土壤侵蚀强度的分级标准,结果表明,微度、轻度、中度、强度、极强度和剧烈侵蚀标准分别为〈30、30—100、100～200、200～500、500～l000、〉1000t／（km2·a）。根据西南岩溶区土壤侵蚀过程的基本特点,对该地区以后的水土保持工作提出以下建议：1）抓住土壤侵蚀过程关键环节重点防治,2）不同岩溶石漠化区采取不同水土保持对策,3）积极推进生物篱技术,4）加强岩溶区土壤改良技术研究,提高基本农田的生产效率。     

岩溶区不同土地利用方式对溶蚀速率的影响研究

以重庆市中粱山岩溶区为例,选取草地、园地、耕地、菜地和林地等5种主要土地利用类型,通过野外溶蚀试片法获得溶蚀速率,分析不同土地利用方式下土壤性质对溶蚀速率的影响.结果表明:土地利用方式的不同造成土壤性质一系列的变化,对岩石的溶蚀速率产生明显的影响.对不同土地利用方式下平均溶蚀速率进行比较:林地菜地耕地园地草地;其中林地最大.可达303.92 mg/m2·d,明显高于其它土地利用方式.溶蚀速率受土壤pH值、有机碳、土壤水分和土壤孔隙度相互作用的共同影响,并不能笼统地说有机碳含量高就会对溶蚀速率有促进作用,土壤pH值成为影响溶蚀速率一个重要的控制因素.随着土壤深度的增加,土壤性质对溶蚀速率的影响减弱.林地可以促进碳酸盐岩溶蚀成土速率,有利于岩溶区土层不断增厚,同时林地具有较好的涵养水源功能.在岩溶区提高森林植被覆盖率具有重要意义.     

典型岩溶流域不同坡度等级下的土壤侵蚀与石漠化分布特征耦合分析

为定量分析岩溶区不同坡度范围内石漠化和土壤侵蚀的关系,以南洞地下河流域为研究对象,利用该区域2016年气象数据、遥感数据,结合改进的RUSLE模型,在遥感技术和地理信息技术的支持下对不同坡度下二者的关系进行了研究。结果表明:(1)南洞地下河流域石漠化面积为740.64 km~2,其发生率为77.96%,以中度石漠化为主。区域中覆盖型岩溶区土壤侵蚀面积为444.54 km~2,发生率为66.55%,以微度侵蚀为主。裸露型岩溶区土壤侵蚀面积为688.86 km~2,发生率为72.51%,以轻中度土壤侵蚀为主;(2)裸露型岩溶区石漠化和土壤侵蚀主要发生在5°～25°坡度范围内,当坡度25°时土壤侵蚀面积随着石漠化等级的升高先减少后增加,坡度25°时土壤侵蚀面积随着石漠化等级的升高而降低;土壤侵蚀发生率在各个坡度内随着石漠化等级的升高而降低;(3)在裸露型岩溶区发生土壤侵蚀的范围内,各个坡度的石漠化面积随着土壤侵蚀等级的升高先增加后减少,在中度土壤侵蚀区石漠化面积达到最大。石漠化发生率与土壤侵蚀等级的关系复杂,其与石漠化并不存在单一相关关系。研究区石漠化问题严重,土壤侵蚀强度较大,必须加快区域尤其是5°～25°坡度范围内的石漠化和土壤侵蚀治理工作。     

人工林植被细根防蚀拦沙作用的有效性

选择我国西南山地典型人工林为对象,调查全山坡人工林的植被盖度及根系密度,利用137Cs示踪技术确定人工林坡地土壤侵蚀速率,探讨人工林坡地植被盖度及其细根与土壤侵蚀的关系.结果表明:整个人工林坡地表现为严重土壤侵蚀,侵蚀速率达25.25 t/(hm2·a).不同类型植被覆盖下土壤侵蚀再分布速率为裸地(-36.32 t/(hm2·a))＜乔木(-0.57 t/(hm2·a))＜灌木(0.53 t/(hm2·a))＜草(0.60t/(hm2·a)).回归分析表明,人工林坡地土壤侵蚀速率与植被盖度无显著相关性,土壤侵蚀速率随＜1mm的植被细根密度的增加而降低,二者之间呈显著负相关关系(P＜0.01),但与＞10 mm径级的植被粗根密度没有显著相关性.人工林地植被细根控制土壤侵蚀的有效性可以用植被细根密度与土壤再分布速率的关系方程来定量评价.当植被细根密度为60～100 g/m2时,可以看作人工林植被防蚀拦沙的有效根密度.结果表明,植被细根在控制坡地土壤侵蚀比植被盖度更为重要.因此,禁牧保护植被细根是控制人工林地土壤侵蚀与土地退化的有效措施.     

基于CSLE模型的天山北坡西白杨沟流域土壤侵蚀定量评价

[目的]定量评价天山北坡西白杨沟流域水土流失土壤侵蚀状况,分析其分布特征,为区域水土保持以及生态环境建设提供科学依据。[方法]以新疆维吾尔自治区乌鲁木齐县西白杨沟流域为研究区,采用样地调查与地理信息系统(GIS)、遥感(RS)技术相结合方法和CSLE模型,对西白杨沟流域进行土壤水力侵蚀评价及侵蚀强度空间分布分析。[结果]天山北坡西白杨沟流域平均土壤侵蚀模数748.91 t/(km~2·a)。地形对土壤侵蚀强度影响明显,在坡度20°～40°区域,土壤侵蚀模数最高,为1 127.22～1 229.62 t/(km~2·a)。缓坡(20°)区域,坡度对土壤侵蚀模数呈正效应,而在陡坡(40°～70°)区域,坡度对土壤侵蚀模数呈负效应。土壤侵蚀主要发生在南坡、东南坡和东坡;不同土地利用方式对土壤水力侵蚀程度影响不同,表现为:呈灌木林地[1 709.80 t/(km~2·a)]有林地[1 389.40 t/(km~2·a)]天然牧草地[605.20 t/(km~2·a)]人工牧草地[334.71 t/(km~2·a)]水浇地[113.69 t/(km~2·a)]的趋势。[结论]土壤侵蚀强度总体以微度和轻度为主,强烈侵蚀、极强烈侵蚀、剧烈侵蚀主要分布在流域的中下游和下游;天山北坡西白杨沟流域侵蚀强度的空间分布与地形、土地利用、土壤性质联系紧密。     

苦驴河上游小流域土壤侵蚀及其养分流失特征

[目的]定量分析苦驴河上游小流域土壤侵蚀及其养分流失特征,为巢湖上游小流域水土保持工作提供科学依据。[方法]基于遥感技术(RS)和地理信息系统(GIS),利用修正通用土壤流失方程(RUSLE)定量评估研究区土壤侵蚀及其养分流失状况,分析土壤侵蚀强度与坡度、高程和土地利用等因子的关系。[结果]①2018年研究区平均土壤侵蚀模数为394.45 t/(km~2·a),主要为微度和轻度侵蚀。②土壤侵蚀强度与坡度呈明显的正相关,且随着坡度增加,强度及以上侵蚀的面积比例逐渐增加。同一高程范围内不同土地利用对土壤侵蚀程度影响不同,以各土地利用的平均土壤侵蚀模数表示为:未利用地[1 022.55 t/(km~2·a)]林地[655.04 t/(km~2·a)]旱地[285.78 t/(km~2·a)]水田[139.80 t/(km~2·a)]。③土壤养分流失与土壤侵蚀的空间分布趋势一致,土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)平均流失量分别为3.66,0.27,0.07 t/(km~2·a)。[结论]苦驴河上游小流域土壤侵蚀及其养分流失受地形地貌影响显著,南高北低,南部丘陵水土流失较为严重,山林地和坡耕地是该地区水土保持工作的重点区域。     

花椒林在喀斯特石漠化治理中的碳汇效益

[目的]评价石漠化地区花椒林的碳汇功能,为石漠化治理工程的碳汇效益提供技术示范与参考。[方法]以贵州省花江喀斯特石漠化治理示范区生态环境综合治理模式下顶坛花椒(Zanthoxylum planispinum)为研究对象,依据当地的石漠化现状,通过测定强度、中度和轻度石漠化和不同龄级的花椒林生物量、土壤深度和持土量,对花椒林碳汇量进行估算。[结果]石漠化程度越高,花椒林碳汇量越低,反之,石漠化程度越低,花椒林碳汇量越大,其中轻度石漠化花椒林碳密度为3.24t/hm2,中度石漠化为3.12t/hm~2,强度石漠化为2.81t/hm~2,轻度中度强度;随着土壤深度和持土量的增加,花椒林碳汇量也呈现增加的趋势。[结论]花椒林的平均碳密度为3.06t/hm~2,花椒林的综合最优碳汇经济效益为1.92×10~4~2.56×10~4元/hm~2。     

典型喀斯特洼地植被恢复过程中土壤碳氮储量动态及其对极端内涝灾害的响应

西南喀斯特地区是我国主要的生态脆弱区之一,石漠化严重,旱涝灾害频发。植被恢复是提升脆弱生态系统土壤碳氮固持的有效方式,但该区不同植被恢复方式土壤碳氮动态监测的研究还很缺乏。本研究以典型喀斯特峰丛洼地为对象,选取人工林、牧草地、人工林+牧草地、撂荒地自然恢复4种最主要的植被恢复方式为研究对象,以耕地作为对照,对比分析退耕前(2004年)、退耕10年(2014年)和13年后(2017年)土壤碳氮储量动态变化特征。其中2004—2014年研究区未发生极端内涝灾害, 2014—2017年连续发生2次极端内涝灾害事件。研究结果表明,退耕10年后, 4种恢复方式下土壤有机碳(SOC)储量均显著增加,但退耕13年后,除撂荒地SOC持续增加外,其他3种恢复方式下SOC表现出下降趋势。植被恢复后土壤全氮(TN)储量提升相对缓慢,退耕10年仅牧草地显著增加,退耕13年后人工林+牧草和撂荒地TN增加,且撂荒地在退耕后呈持续增加趋势。相关性分析结果表明,土壤交换性Ca~(2+)与SOC、TN均呈显著正相关关系,且与2014年相比, 2017年不同植物恢复方式下土壤交换性Ca~(2+)均显著下降,这可能与研究区2015年和2016年连续内涝灾害有关。以上结果说明,不同恢复方式均能显著提升喀斯特地区土壤碳氮固持,并以自然恢复最佳,其生态系统能有效抵御极端气候灾害带来的负面影响。     

喀斯特山地石漠化过程中地表地下侵蚀产沙特征

喀斯特地区特殊的地表、地下侵蚀产沙是引发石漠化发生发展的重要物理过程。以喀斯特山地石漠化过程中不同石漠化状况的裸坡面为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下孔(裂)隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究其地表及地下侵蚀产沙特征。结果表明:无石漠化、潜在石漠化和轻度石漠化的裸坡在相同条件下的地表产沙量总体上高于地下产沙量,且10 min降雨时段内地下产沙量在0~100 g之间。不同石漠化强度的裸坡地表、地下侵蚀产沙量均随雨强的增大而增加;小雨强(30~80 mm h~(-1))下,随着石漠化强度加剧其地表越不易发生侵蚀,而石漠化强度达到一定程度时(基岩裸露率40%)土壤流失以地下流失为主;大雨强(150 mm h~(-1))下,地表产沙量及其分配比例随基岩裸露率变化不明显,而地下产沙量则呈先增加后减小的变化且在基岩裸露率为30%时达到最大。不同石漠化强度的裸坡地表产沙量及其分配比例随地下孔(裂)隙度变化不明显,地下产沙量及其分配比例总体上随地下孔(裂)隙度增加而增加;在不同地下孔(裂)隙度下(1%~5%),地表、地下产沙量及其分配比例随基岩裸露率变化(10%~50%)差异较大。研究结果对认识喀斯特地区石漠化发生发展机制、揭示土壤侵蚀特征、防治地表地下水土流失具有重要的理论和现实意义。     

喀斯特石漠化过程中小生境及岩性的演替对土壤有机碳的影响

为探讨喀斯特石漠化过程中地表小生境及成土母质岩性的演变对土壤有机碳的影响,以不同喀斯特地貌类型的角度出发,分别从贵州普定、兴义、关岭、荔波及印江县选取对应的喀斯特高原(KG)、峰丛洼地(KF)、峡谷(KX)、原始森林(KY)及槽谷(KC)作为研究区域,分析了0—40 cm土壤层(0—10,10—20,20—30,30—40 cm)及土壤与基岩交界面土层的有机碳含量,分别计算土壤有机碳密度及储量,并分析其空间分布特征及演变规律。结果表明:不同石漠化等级下土壤有机碳含量、密度及储量分别为113.18～163.98 g/kg,1.08～7.32 kg/m~2及4.07～24.29 kg,并且呈现出随着石漠化程度的增加而逐渐降低的趋势,同时小生境为石槽以及成土母质岩性为石灰岩及泥灰岩的土壤有机碳含量相对较高。不同喀斯特地貌类型之间土壤有机碳存在较大的差异,在同等的条件下KY及KC土壤有机碳储量相对要高于其他地貌类型。土壤有机碳在喀斯特石漠化演变链上迁移,而小生境及成土岩性的更迭对不同喀斯特地貌类型土壤有机碳在重构空间分布格局具有重要的指示意义。同时喀斯特岩溶地区生态环境复杂多变,要获得评估喀斯特地区土壤有机碳更灵敏的方法,仍需开展进一步研究。     

喀斯特石漠化过程对土壤活性有机碳的影响

以贵州省花江峡谷区典型喀斯特石漠化小流域为研究区域,对潜在、轻度、中度、强度石漠化等级样地代表性土壤活性有机碳进行了测试分析.分析结果表明,随着石漠化程度的增加,土壤微生物生物量碳(sMBc)、轻组有机碳(LFOC)、可矿化碳(MC)、微生物商(qSMBC)呈下降趋势,微生物呼吸商(qCO2)呈上升趋势,与石漠化过程有一致性,能较好体现石漠化过程中土壤退化的本质.开垦序列土壤活性有机碳库的周转速率和土壤微生物碳库的下降速率大于樵采序列,使得开垦序列土壤即使在高的生物归还量下,形成土壤有机碳的比例相对较小.土壤SMBC,LFOC,MC,易氧化有机碳(LOC),qSMBC,qCO2等生物学性质除了与人为干扰方式有关外,还与植被生物量有关,可以体现土壤质量发展的方向,是石漠化过程土壤退化及恢复评价的敏感指标.     

喀斯特地区不同土地利用类型土壤侵蚀特征研究

探明喀斯特土壤侵蚀特征,对石漠化过程研究具有重要意义.采用野外调查与室内试验相结合的方法,通过样品分析、直剪试验与模拟冲刷试验,研究了典型喀斯特地区不同地类的土壤侵蚀特征.结果表明:(1)该地区灌丛地土层厚度大于林地和坡耕地的土层厚度;(2)该区土壤紧实度由小到大的顺序为:坡耕地<灌丛地<林地;(3)在土壤崩解速率及土壤冲刷模数方面,坡耕地＞灌丛地＞林地.整体上,坡耕地土壤侵蚀特征表现出极强的差异性,灌丛地与林地间差异性不显著.因而保持与恢复喀斯特地区植被、减少耕作活动是防治土壤侵蚀和控制石漠化的主要途径.     

植被恢复对岩溶石漠化区土壤有机碳及轻组有机碳的影响

[目的]通过分析石漠化治理区不同植被恢复年限对土壤有机碳(SOC)及其组分影响,为该地区石漠化的治理提供一定的基础数据。[方法]以重度石漠化土地作为对照,运用空间代替时间的方法,研究了广西壮族自治区平果县果化岩溶石漠化区植被恢复5,10,15,20a后土壤(0—30cm)SOC和土壤轻组有机碳(LFOC)的变化。[结果]石漠化土地在进行植被恢复后,SOC和LFOC含量明显增加;植被恢复使表层0—10cm的SOC和LFOC储量明显增加,且随着恢复时间的增长逐渐变大,同时植被恢复对表层(0—10cm)SOC和LFOC储量的影响要远高于下层(20—30cm);植被恢复后LFOC储量的增幅远高于SOC储量。[结论]在石漠化区进行植被自然恢复可以有效防止土地石漠化,增加碳的流通。     

丘陵陡坡荒山灌木草丛及其造林地生态系统碳库的分配格局

植被恢复往往有利于提高生态系统的碳储量,但对南方丘陵陡坡荒山灌木草丛造林后如何影响生态系统碳库及其分配格局仍知之甚少。选取江西泰和典型丘陵陡坡(>25°)荒山灌木草丛和马尾松(Pinusmassoniana)造林19年后的林地为对象,开展上、中、下坡0～75cm土壤层和植物体碳储量的对比研究。结果表明,造林地土壤容重低于灌木草丛,土壤石砾含量与土壤碳含量和碳密度呈显著负相关,表明造林有利于改善土壤物理结构;石砾含量影响土壤碳积累。荒山灌木草丛和马尾松林土壤碳含量和碳密度均表现为随土壤加深呈下降的趋势(P<0.05),但上、中、下坡的变异规律不一致,且2种生态系统之间差异不显著。荒山灌木草丛和马尾松生态系统碳储量分别为52.85,111.31t/hm2,均表现为自上、中坡至下坡呈增加的趋势;灌木草丛和马尾松林中的植物体分别占生态系统碳储量的11.2%和59.5%。灌木草丛马尾松造林碳年均增汇3.08t/(hm2.a),林分生物量的积累是造林增汇的直接原因;推断种植耐瘠速生树种是提高困难立地造林碳增汇的有效途径。     

Responses of soil organic carbon components and their sensitivity to karst rocky desertification control measures in Southwest China

Journal of Soils and Sediments - Adequate karst rocky desertification control measures are very important in enhancing the soil quality and soil organic carbon (SOC) sequestration in the karst...