石漠化区露石岩-土界面流形成过程模拟试验

岩-土界面是石漠化区露石岩面流和地表径流下渗转化为地下裂隙流的主要路径。作为地下裂隙流的重要组成部分,岩-土界面流对坡面降雨径流转化、水分地下快速渗漏以及土壤侵蚀/漏失具有重要影响。为探究喀斯特石漠化区露石岩-土界面流形成过程与转化机制,通过模拟典型露石岩-土界面,采用人工模拟降雨试验研究露石面-土壤组成的岩-土结构单元下地表径流及地表下壤中流、岩-土界面流及非岩-土界面流的形成过程及输出特征,探究其对岩周径流形成转化的影响。结果表明：岩-土界面流产流量在降雨过程中呈先增加后稳定的变化趋势;相同条件下,有出露岩面流形成的岩-土界面流（岩面倾角45°、60°、75°）产流量远大于仅有土壤水分下渗形成的岩-土界面流（岩面倾角90°）,前者是后者的4.78～16.58倍。岩面倾角是影响岩周径流形成、转化的主要因素,岩面倾角越大则岩-土界面流对水分漏失总量贡献越小,而非岩-土界面流则相反;雨强次之。然而,雨强是影响初始产流时间、稳定产流时间的主要因素,二者均随雨强增大显著减小（P<0.01）;岩面倾角次之。岩-土界面的存在不仅直接形成岩-土界面流,同时对非岩-土界面流表现出较强的补给效应,约有一半的岩-土界面流最终以非岩-土界面流的形式流失。研究结果可为石漠化区产流过程及机制的深度揭示提供理论依据。     

区域尺度喀斯特区石漠化强度对土壤流失的影响

石漠化和水土流失是西南喀斯特区突出的生态问题,制约着社会经济的发展。目前,石漠化与土壤流失的耦合关系尚未系统探明,石漠化强度评价因子植被盖度、土层厚度和基岩裸露率的交互作用如何影响土壤流失知之甚少。基于石漠化现状的调查,采用RUSLE模型、Getis?OrdGi*、地理探测器等方法,测算了贵州喀斯特区土壤侵蚀状况并识别了冷热区分布,量化了石漠化强度评价因子与土壤侵蚀之间的关系,解析了因子组合对土壤流失的交互影响。结果表明：1）贵州喀斯特区土壤侵蚀以中度和微度侵蚀为主,平均土壤流失率17.69 t/(hm2·a),侵蚀热区（重点防治区）主要集中在贵州西部经济相对欠发达区,侵蚀冷区（轻微区）则主要集中在黔北遵义市和黔中贵阳市等经济相对发达区。2）土壤流失随石漠化强度评价指标植被盖度、土层厚度的增加呈降低趋势,随基岩裸露率的增加则呈增加趋势;石漠化与土壤流失之间并非简单的线性关系,而呈复杂的非线性关系,3个评价因子分别以三次曲线函数、指数函数和反正弦函数拟合优度最高。3）石漠化强度评价因子对土壤流失空间分异的解释力依次为植被盖度、基岩裸露率和土层厚度,且因子组合对土壤流失的交互影响均呈非线性增强,其中基岩裸露率与植被盖度的交互作用起主导作用,其次是土层厚度与植被盖度,基岩裸露率与土层厚度的解释力最小。研究结果可为喀斯特区水土流失、石漠化的协同防治提供理论参考。     

基于Google Earth Engine的典型峰丛洼地石漠化时空演变与驱动因子分析——以西畴县为例

石漠化是岩溶地区阻碍经济可持续发展、影响生态环境的重大问题,随着近几十年石漠化治理的开展,石漠化扩张的趋势已经得到了极大遏制。以我国典型峰丛洼地地貌的云南省文山州西畴县为研究区,基于遥感云计算平台Google Earth Engine(GEE)以1990年、2000年、2010年、2020年四期Landsat遥感影像为数据源,利用转移矩阵分析西畴县近30年石漠化动态变化,并采用地理探测器分析了西畴县石漠化形成的驱动因子。主要结论如下:(1)30年间西畴县石漠化演变总体呈现先小幅减少,再扩张,然后大幅减少的趋势,从时间上来看1990—2000年,石漠化类型转变主要是轻度和潜在石漠化向无石漠化转移,2000—2010年石漠化类型转变主要是无石漠化向潜在和轻度石漠化转移,2010—2020年石漠化类型转变主要是潜在、轻度和中度石漠化向无石漠化转移; 从空间上来看,西畴县石漠化分布北重南轻,在石漠化治理成效上,整体都呈现好转,石漠化改善面积为850.183 km²,在莲花塘乡西北部、新马街乡的东北部、鸡街乡和西洒镇的交界处也存在零星恶化,恶化面积为51.715 km²。(2)1990—2020年30年间,西畴县石漠化治理取得了巨大成效,到2020年西畴县无石漠化土地面积已经达到940.854 km²,共有648.476 km²的石漠化土地转化成无石漠化土地;(3)地理探测器分析结果表明西畴县石漠化形成的主要驱动因子为坡度和GDP交互作用(q=0.645),人口密度和GDP交互作用(q=0.639)这两对组合。(4)通过编程在遥感计算云平台Google Earth Engine(GEE)上在线获取和处理遥感数据,可以较大限度地提高工作效率。利用云计算实现石漠化表征因子的提取,解决相关地学问题,可为后续相关研究提供强有力的技术支撑。     

喀斯特石漠化形成原因及植被恢复途径探讨

喀斯特石漠化是在人的干预下,喀斯特地区植被和土壤退化导致的结果。通过回顾国内外喀斯特石漠化研究情况,在分析喀斯特植被退化的自然因素和人为因素基础上,提出喀斯特石漠化植被恢复应该选择合适的树种、合适的造林方式和治理模式,分阶段人为促进封山育林,转移剩余劳动力,用可持续理论引导当地居民逐渐改变古老的生产和生活习惯。     

基于熵权法TOPSIS模型综合评价石漠化区4种苔藓植物的生态修复效益

[目的]探讨典型苔藓植物在石漠化区的生态修复效益,为进一步把苔藓植物运用于石漠化治理中提供数据支撑。[方法]选取石漠化区4类生境中大灰藓(Hypnum plumaeforme)、牛舌藓(Anomodon viticulosus)、小石藓(Weisia controversa)、蕊型真藓(Bryum coronatum)优势苔藓物种,基于熵权法TOPSIS模型从苔藓植物饱和吸水率、蒸腾速率、抗冲刷能力、改善土壤养分这4个方面综合评价4种苔藓植物的生态修复效益。[结果](1) 4种苔藓植物的饱和吸水率和蒸腾速率具有显著差异性;饱和吸水率最高的是蕊型真藓(1384.93%±80.77%),最低的是小石藓(602.74%±34.78%)。蕊型真藓平均蒸腾速率最高值为402.43 g/(m²·h),大灰藓平均蒸腾速率最弱为146.86 g/(m²·h);饱和吸水率与蒸腾速率、干重、假根密度、假根根长呈正相关;蒸腾速率与假根密度、干重、饱和吸水率呈正相关,与假根根长呈负相关。(2)通过人工为期6个月种植苔藓植物后研究发现,与纯土组对比,苔藓植物对土壤中全...     

岩溶高原地区小流域土壤厚度的空间变异特征

土壤厚度是制约石漠化地区生态修复的重要因子。在贵州省金沙县乌箐河小流域,通过实地调查土壤厚度,结合地统计学和经典统计学方法,研究岩溶高原地区小流域中3种典型土地利用类型下土壤厚度的空间变异及其分布格局。结果表明：研究区土壤厚度总体呈中等强度空间变异,个别样地属强度变异,具有良好的半方差结构,其变异趋势大致为随着坡位的降低而逐渐减小,而土壤厚度随坡位的降低逐渐变厚。坡耕地土壤厚度空间相关性相对较好,存在一定的连续性;荒山和意大利杨树林地土壤厚度的空间变异程度均较大,斑块状分布明显。除个别样地可以用高斯模型和球状模型拟合外,其余样地均可用指数模型拟合,且拟合效果较好（R^2≈0．8）。研究结果加深了对岩溶高原地区土壤厚度的认识,为石漠化综合治理工程的合理布局和土地资源的有效开发利用提供重要依据。     

基于Hyperion和ASTER影像的喀斯特石漠化评价指标提取对比研究

中国西南喀斯特地区以石漠化为特征的生态环境退化现象严重,遥感是获取大尺度石漠化评价指标的主要手段.但目前还没有直接从遥感图像快速、客观有效地提取石漠化评价指标的应用.基于植被指数(NDVI)、石漠化综合光谱指数(KRDSI)和木质素—纤维素吸收指数(LCA),对比分析利用Hyperion 高光谱遥感影像及其模拟的ASTER多光谱遥感影像直接提取石漠化评价指标的可行性和精度.研究表明,利用Hyperion高光谱影像能够比较有效地直接反演绿色植被、干枯植被、裸土等的覆盖信息,但由于不同碳酸盐岩及其不同侵蚀程度的光谱特征差异,直接反演基岩裸露的精度较低;而利用ASTER多光谱影像能够直接有效提取直接反演绿色植被、裸土等的覆盖信息,但由于ASTER影像波段设置的局限性,使其直接提取干枯植被盖度和基岩裸露率的效果较差.     

西南喀斯特石漠化与水土流失研究进展

日趋严重的西南喀斯特石漠化问题,已严重威胁该地区的生态环境安全、人民生活和社会经济发展。系统综述了喀斯特石漠化的研究进展,主要针对石漠化概念、石漠化类型界定标准、成因等进行了论述。同时,针对喀斯特地区水土流失的研究动态进行了总结,阐述了石漠化与水土流失的相互关系,重点揭示了当前喀斯特地区地下水土流失研究存在的问题与不足。进而根据当前研究热点和不足进行了展望,提出下阶段的研究重点,即:根据当前工作重心重新制定石漠化类型界定标准,从研究方法和技术上革新,推进喀斯特地下水土流失机理及量化研究,重视喀斯特坡地地下水污染问题,研发科学、有效的地表—地下水土流失防治措施。     

北方土石山区典型坡面优先流特征研究

以太行山区崇陵流域的典型坡面为研究对象,通过亮蓝(Blue-FCF)与KI染色示踪试验,利用图像处理软件技术,计算优先流形态特征参数,分析5个不同坡位的优先流形态特征变化规律。结果表明:(1)随着坡位升高,坡面土壤厚度、容重逐渐减小,而总孔隙度、渗透系数、饱和含水量逐渐增大,凋萎系数与田间持水量则呈现波动变化趋势;(2)随着坡位的升高,染色剂运移深度不断增加,基质流区域占比减小而优先流区域占比增大;各坡位染色面积比随深度缓慢下降,在40cm以下深度范围高坡位点的土壤水分与周围土体交互作用较低坡位点较弱;染色剂入渗体积随坡位升高而逐渐增大;(3)随着坡位的升高,优先流对实际水分运移的贡献增大,高坡位坡面水分以优先流为主要方式向下入渗;(4)土壤质地与容重是影响土石山区坡面不同坡位优先流差异的主要因素。     

4种苔藓植物在喀斯特石漠化地区的生态修复意义

为探求苔藓植物在石漠化地区的生态修复意义,筛选出4种石漠化地区常见的苔藓,即美灰藓(Eurohypnum leptothallum)、小青藓(Brachythecium perminusculum)、双色真藓(Bryum dichotomum)和多疣细羽藓(Cyrto-hypnum pygmaeum),测定其生物量、饱和吸水率、根系密度、蒸腾速率和抗冲刷能力,并初次将该4种苔藓应用于石漠化修复的实践中,对其土壤酶活性进行了1年的跟踪监测。结果表明:(1)4种苔藓持水保水能力差异显著,其生物量由大到小依次为美灰藓双色真藓小青藓多疣细羽藓;饱和吸水率最低的是多疣细羽藓(660.78±3.46)%,最高的是美灰藓(1 627.82±4.68)%。(2)双色真藓的蒸发速率最高可达6.63g/(kg·h),其水分更容易丧失;美灰藓蒸发速率为0.93g/(kg·h),水分较其他苔藓不易丧失。(3)4种苔藓的抗冲刷能力与其假根的根长密度、根重密度、生物量存在显著正相关关系,美灰藓在各组冲刷试验中表现出较强的抗冲刷性,可以有效减少土壤流失。(4)4种苔藓均可有效提高被培养土壤的酶活性。苔藓层生物量、抗冲刷强化值、假根根系密度与土壤脱氢酶、脲酶呈正相关关系。4种苔藓均具有较高的水土保持效益,其中美灰藓的表现更为显著,建议利用物种演替规律将苔藓应用于石漠化修复的实践中。