典型喀斯特峰丛洼地土壤有机碳含量空间预测研究

我国西南喀斯特地区可能是全球水循环加强背景下一个重要的碳汇[1]。植被和土壤有机碳(SOC)的增加对于该地区整体碳汇的增加,以及这部分由水驱动的碳汇的增加具有极为重要的意义。然而峰丛洼地地区从景观到群落不同尺度水平上表现出的高度异质性,为该地区碳储量的估算和碳源/汇的评估带来很大困难,亟需探索有效方法对     

典型喀斯特峰丛洼地降雨特性及浅层地下水埋深变化特征

以桂西北典型喀斯特峰丛洼地连续6年(2006-2011年)的降雨资料和浅层地下水埋深的实测数据为基础,分析研究区降雨特性和浅层地下水的变化特征。结果表明:研究区虽然降雨丰富,但年际变化大且季节分布不均。除2008年为丰水年(1 979.8mm)、2011年为欠水年(1 127.3mm)外,其余年份均为平水年(1 302.7～1 510.1mm);降雨主要集中在4-9月(雨季),其占全年降雨量的比例表现为平水年(82.4%～85.1%)>丰水年(74.7%)>欠水年(65.9%);有效降雨次数、累计有效降雨量和最大日降雨量有随年降雨量增加而增加的趋势;60min雨强大于16mm/h的降雨和最大日降雨量的最大值分别为67.4mm/h和152.9mm,主要集中在5-8月;年内50%以上为无雨天气,其中,平均出现26次连续3d以上,5次连续10d以上的无雨天气,不同水文年差异不大,且多发生在旱季,年降雨量并未因无雨天数的增加而降低。雨季地下水埋深约为2m,旱季大于3m,呈中等变异,且雨季大于旱季;地下水埋深年内随降雨呈单峰型分布,但峰值维持时间短,前期降雨对地下水位的涨落有重要影响。     

喀斯特地区不同层次土石混合介质对土壤水分入渗过程的影响

桂西北喀斯特地区土壤中常常含有土石隔层,分析其对土壤水分入渗过程的影响有助于深入研究该区水循环机理和促进植被恢复重建进程。通过室内模拟土柱试验,研究了不同土石隔层碎石粒径(5～20,20～40 mm)及土石隔层(土石质量比为1:1)位置(上层(0～20 cm),中层(10～30 cm),下层(20～40 cm))对土壤水分入渗过程的影响。结果表明,碎石粒径为5～20 mm时,土石隔层位于中层时土壤累积入渗量最大。碎石粒径为20～40 mm时,土石隔层位于下层时土壤累积入渗量最大。当土石隔层位置一定时,碎石粒径较小有利于土壤水分入渗;粒径为5～20 mm的土石隔层土壤稳定入渗速率最大,且达到稳定入渗的时间最短,但土层隔层位于下层时均质土壤及不同粒径土壤的稳定入渗速率无显著差异。土石隔层位置和隔层碎石粒径对初始入渗速率没有显著影响;土石隔层位于上层时,土石隔层的存在缩短了水分入渗运移过隔层的时间。土石隔层位于中层时,隔层碎石粒径为20～40 mm时水分入渗到达隔层及运移过隔层的时间最长。土石隔层位于下层时,隔层碎石的存在缩短了水分入渗到达隔层及运移过隔层的时间。Kostiakov入渗模型与Philip方程都可以较好地描述含土石隔层土壤的入渗过程,但Kostiakov入渗模型模拟效果更好。     

桂西北喀斯特峰丛不同土地利用方式坡面产流产沙特征

由于缺乏长期定位观测资料,西南喀斯特山区坡地水土流失规律一直不明确,严重影响了该区石漠化综合治理和水土流失防治工作的成效和进程。该文基于13个大型径流小区(宽20m、投影面积>1000m2)5a(2006-2010年)的定位观测资料,分析了桂西北喀斯特峰丛洼地不同利用方式坡面降雨产流规律和地表侵蚀产沙特征。结果表明:观测期内年降雨量为1300～2000mm,无论平水年还是丰水年,不同利用方式坡面次降雨径流系数<5%,地表产流很少,降雨几乎全部入渗。不同利用方式地表侵蚀产沙模数虽有较大差异,但土壤侵蚀以微度(<30t/(km2a))为主,部分甚至只有0～5t/(km2a)。植被类型、土地利用方式对坡面降雨产流的影响较小,但人为干扰会增加地表侵蚀产沙量。该文为喀斯特坡地植被恢复重建和水土流失防治提供参考。     

喀斯特生态系统服务价值时空分异及其与环境因子的关系

揭示西南喀斯特生态系统服务价值时空变化特征及其与环境因子的关系是喀斯特地区生态恢复与重建中亟待解决的问题。本研究基于多时相遥感影像、气象观测数据和统计资料,对桂西北典型喀斯特地区1985～2005年的生态系统服务价值进行定量评估与分析,并利用典范对应分析方法对其与环境因子的关系进行探讨。结果表明:1985年-2000年-2005年期间生态系统服务价值呈先降后升的"V"字形变化趋势,3个年份分别是1096.52亿元、1033.84亿元和1062.57亿元;营养物循环、调节气体、有机质生产和土壤形成价值较高,其总贡献率分别为72.69%、70.18%和72.10%;而涵养水源、土壤保持和娱乐文化相对较低,都远低于100亿元。林地和灌木是生态系统服务价值的主要贡献景观类型,两者的总贡献率在3个年份分别是71.22%、73.66%和67.03%;居民用地和石漠化地的生态系统服务价值非常低,3个年份贡献率分别仅有0.62%、0.52%和0.76%。CCA排序图显示生态系统服务价值与环境因子存在紧密关系,坡度、海拔等环境因子对生态系统服务价值的影响较大,且其影响存在显著的空间分异特征。研究区域生态系统服务价值呈由西向东减少的空间分异特征;1985～2005年期间,典型喀斯特地区生态系统服务价值显著增加,而非喀斯特地区生态系统服务价值明显减少。表明生态环境移民和退耕还林等石漠化控制措施实施效果显著,有利于生态系统服务的发挥。     

典型喀斯特高基岩出露坡地表层土壤有机碳空间异质性及其储量估算方法

本研究基于详尽、系统的土壤采样调查,研究了喀斯特高基岩出露坡地典型样地(100 m×100 m)内表层土壤(0~15 cm)有机碳(SOC)含量的空间异质性特征,并以土壤斑块加和法为基准,探讨了传统空间插值方法和基于岩石出露率、土深校正的空间插值方法在喀斯特高基岩出露地区土壤表层有机碳储量估算中的适用性。结果表明,研究区SOC和容重均值分别为75.5 g·kg-1和0.8 g·cm-3,变异系数分别为30.6%与47.3%,皆呈现中等变异;SOC半变异函数的最优拟和模型为指数模型,块金值和基台值分别为260.8与521.7,变程为52.5 m,其半变异函数分别在滞后距0~15.2 m与34.7~54.2 m范围内呈现明显的各向异性,说明在该尺度范围内微地貌与地形显著影响SOC的空间分布;利用土壤斑块加和法估算的样地表层SOC储量和碳密度分别为983.8 kg和0.1 kg·m-2,利用传统空间插值方法估算的表层SOC储量和碳密度分别为86 264.0 kg和8.6 kg·m-2,利用基于岩石出露率、土深校正的空间插值方法估算的表层SOC储量和碳密度分别为2 712.8 kg和0.3 kg·m-2。其中传统空间插值方法大大高估了喀斯特地区表层SOC储量和碳密度值,用该方法估算的SOC储量为该区SOC实际储量的87.7倍,其误估率为8 668.4%。说明传统地统计学方法不适合估算喀斯特高基岩出露坡地表层SOC储量及碳密度。而基于岩石出露率、土深校正的空间插值方法大大降低了估算喀斯特高基岩出露坡地表层SOC储量和碳密度的误差,为该区SOC实际储量及碳密度的2.7倍。说明校正后的地统计方法在估算该区高基岩出露坡地表层SOC储量时具有一定的适用性。以上研究表明,地统计方法是表示该区SOC空间分布的有效手段,但由于传统地统计方法难以精确拟合高基岩出露坡地土壤斑块的空间分布、微地貌特征、岩石出露率以及土层深度等信息,在估算同类坡地SOC储量和碳密度时必须修正估算公式以接近实际值。     

莽山浪畔湖国家重要湿地野生植物资源组成与园林应用推荐

通过对莽山浪畔湖国家重要湿地的野生植物资源进行实地调查,共记录野生维管植物80种,隶属于71属42科;其中,以禾本科、莎草科占优势,少种(2～5种)、单种科占总科数的95.23%,处于主导地位;浪畔湖湿地野生维管植物科以热带成分占优势(59.26%),而属以温带成分占优势地位(50.01%);在生活型和生态型组成上,以湿生草本植物最多,有28种,占总种数的35%,湿生及水生植物共43种,占总种数的53.75%,为主体地位。本研究阐述了浪畔湖湿地野生维管植物的园林应用价值,并提出了相关的保护与开发建议,为浪畔湖湿地的保护与建设管理、植物资源的开发利用提供科学依据。     

西南喀斯特地区四种造林树种光合作用日变化及生态适应性研究

以西南喀斯特地区4种造林树种茶条木(Delavaya toxocarpa)、樟叶槭(Acer albopurpurascens)、狗骨木(Cornus wilsoniana)、无患子(Sapindu smukorossi)为研究对象,分12个月每月于自然条件下利用Li-6400便携式光合测定系统测定了植物叶片气孔气体交换的相关特征和环境因子的日变化,以分析树种的生态适应性。结果表明:4种植物的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)日变化趋势均呈双峰曲线,中午出现光合午休均为非气孔因素限制,12:00~15:00光合速率降低则主要受气孔因素限制;水分利用效率(WUE)总体上呈递减趋势,傍晚CO2升高在一定程度上促进了水分利用效率的提高;对Pn影响最为显著的生态生理因子为Par、Gs,其次为Ci、Rh、Ta;茶条木、狗骨木Pn、WUE均相对较高,4种植物的初步适应性评价为:茶条木>狗骨木>樟叶槭>无患子。     

桂西北喀斯特峰丛洼地降水氢氧稳定同位素的季节变化特征

喀斯特地区特殊的二元水文地质结构增加了水文过程研究的难度。大气降水是流域水循环的重要输入因子,研究降水氢氧稳定同位素的季节变化规律及其影响因素,有利于探讨该地区水汽来源、径流划分、水分滞留时间等水文过程。该文以桂西北环江地区典型喀斯特峰丛洼地为例,基于2009年4月-2011年8月的降雨、温度资料以及月降水氢氧稳定同位素组成数据,分析了降水分布及其氢氧稳定同位素组成的季节变化规律,并探讨了各种环境因素的影响。结果表明,当地大气水线与全球大气水线存在一定的偏离,表明研究区降水云气形成过程中汽、液两相同位素分馏不平衡的程度偏大。过量氘年平均值为14.21‰,旱雨季不同,反映了水汽来源的差异。降水氢氧稳定同位素季节变化呈现正弦波动的特性,波动周期和振幅受纬度及季节因素的影响明显大于降水量及温度,表明大尺度环境因素的影响占主导地位。该研究为基于氢氧稳定同位素技术的喀斯特地区流域尺度水文过程研究奠定了基础,对深入分析该地区植被恢复与重建的生态水文效应提供参考。     

基于遥感影像的桂西北喀斯特区植被碳储量及密度时空分异

本研究基于1990年、2000年和2005年遥感影像数据, 结合高程、气象与样地调查等数据, 运用地理信息系统技术, 对桂西北喀斯特区植被碳储量及密度进行了分析。研究结果表明: 从1990年到2005年, 研究区域植被碳储量与密度呈增加趋势, 1990年、2000年和2005年植被碳储量分别为1.03×10⁸ t、1.41×10⁸ t和1.63×10⁸ t, 植被碳密度分别为14.82 t·hm^-2、20.38 t·hm^-2和23.49 t·hm^-2, 基本与四川省(18.47 t·hm^-2)、江西省(25.38 t·hm^-2)植被碳密度值一致; 在空间分布上, 区域植被储量与碳密度大致呈现西高东低、中低山(海拔>500 m)高而峰丛洼地(海拔<500 m)低的分布格局, 1990年西部大部分县市的植被碳密度为15~22 t·hm^-2, 而中东部大部分县市的植被碳密度为8~15 t·hm^-2; 而时间上的变化在空间上表现为, 植被碳储量与密度不同程度地表现为低值区的东部增加, 高值区的西部减少或轻微增加, 典型喀斯特区植被碳密度增加明显(1990年和2005年植被碳储量比例分别为45.54%和51.99%)。研究结果表明, 峰丛洼地植被碳储量与密度显著增加, 生态环境移民、退耕还林等石漠化治理措施效果显著, 有利于增强区域植被碳汇。