基于SWAT模型的岩溶地区地下水资源评价

建立SWAT分布式水文模型来评价岩溶地区地下水资源。选取连江流域为研究对象,采用GIS和RS技术提取水文气象、地形、土壤、土地利用等模型所需要的参数,建立SWAT分布式水文模型来模拟连江流域径流过程,以流域出口黄德高道水文站2008～2010年月流量数据对模型参数进行率定和验证。结果表明,与传统的地下水资源评价方法相比,该方法充分考虑了岩溶区特殊的地质背景和降雨不均等影响因素,精确地模拟了连江流域径流过程,可以用来评价地下水资源量。该研究可为其他岩溶地区地下水资源评价提供借鉴意义。     

滇中东部典型岩溶区农田土壤肥力评价

云南省岩溶面积分布广,评价云南不同县域土壤肥力,可为岩溶区土壤资源的利用、改良和农业生产布局提供基础。通过对滇中、滇东岩溶区宣威、石林和砚山农耕地土壤及其剖面调查,采集土壤样品248份,测定土壤全氮、有效磷、速效钾、有机质和pH,采用主成分分析(PCA)法对研究区土壤肥力进行综合评价。结果表明:宣威、石林、砚山土壤5项指标属中等变异程度,土壤剖面AB层与A层(A1和A2)土壤全氮、有效磷、速效钾、有机质含量差异显著,AB层和B层土壤全氮、有效磷、速效钾、有机质含量差异不显著。通过主成分分析法提取出3个主成分,反映了原信息量的82.954%,第一主成分以有机质和全氮贡献最大,第二主成分以有效磷贡献最大,第三主成分以速效钾贡献最大,土壤肥力综合得分为宣威(0.231)石林(–0.289)砚山(–0.335)。这一结果可为岩溶区土壤养分调控和发展高原特色农业提供参考依据。     

耕作方式对岩溶区甘蔗地土壤优先流特征的影响

岩溶区特殊的岩性地质条件,使土壤优先流现象广泛发生。以广西岩溶区内的典型农地甘蔗地作为研究对象,利用野外染色示踪技术和图像解析方法,分别对传统耕作(CT)和粉垄耕作(SRT)方式下的田间土壤优先流特征进行分析,揭示耕作方式对岩溶区甘蔗地土壤优先流的发生及其空间发展变化的影响。结果表明:①在相同外部供水条件下,传统耕作甘蔗地优先流运动分化程度相对较高,多呈指状形式,且平均湿润锋下渗深度为43.19 cm,显著大于粉垄耕作(P0.05),而粉垄耕作甘蔗地优先流以横向运动形式为主,表现为团块状湿润锋形式;②粉垄耕作甘蔗地土壤优先流发生时间显著滞后于传统耕作(P0.05),是其1.67倍;③随土壤深度的增加,两种耕作方式下的甘蔗地土壤优先流发育程度总体呈现先增加后降低的变化趋势,但粉垄耕作甘蔗地优先流比(70.72%)和长度指数(527.12%)均显著小于传统耕作甘蔗地(P0.05),且在土壤空间中对应的染色形态变异系数(1.19)是传统耕作的1.38倍,优先流发育程度显著低于传统耕作甘蔗地。粉垄耕作与传统耕作方式相比,在一定程度上降低了田间土壤优先流现象,改善了田间土层中的水肥状况。     

喀斯特槽谷区的顺/逆层坡面对水动力学参数的影响

喀斯特槽谷区不仅存在地上/地下双层空间结构,还存在典型顺/逆层坡两种特殊的地质构造,因此研究喀斯特槽谷区两翼坡面水流移动规律具有重要意义。根据野外调查结果,在喀斯特槽谷区临界坡度25°条件下进行人工模拟降雨试验,采用顺/逆层坡岩层倾角(30°、60°和90°)和3种雨强(30、60和90 mm·h~(-1))作为变量因子,并以裸坡作为对照因子,研究喀斯特槽谷区顺/逆层坡面水动力参数特征。结果表明:喀斯特槽谷区顺/逆层坡主要以薄层浅流为主,顺层坡的岩层倾角越大则坡面流速越小,逆层坡则以岩层倾角60°为临界点,裸坡的流速均大于顺/逆层坡。对于喀斯特槽谷区顺层坡而言,其雷诺数Re和佛汝德数Fr均大于逆层坡而小于裸坡,阻力系数f均小于逆层坡而大于裸坡。雷诺数Re和阻力系数f两个参数呈显著的幂函数正相关关系。地表累积径流量分配比例大小排序为裸坡顺层坡逆层坡,地下累积径流量分配比例为逆层坡裸坡顺层坡。本研究可为喀斯特槽谷区顺/逆层坡的坡面的土壤侵蚀预报模型提供科学依据。     

Comparative study of the stoichiometric characteristics of karst and non-karst forests in Guizhou,China

Carbon (C), nitrogen (N), and phosphorous (P) levels and their stoichiometry in plant components (leaves, branch trunks, roots) of trees in a karst forest and non-karst forest are compared. The results show that the C contents, C:N and C:P ratios of dominant species in the karst forest were lower than those in the non-karst forest, but the N and P and the N:P ratio were higher;C:N:P ratios in plant organs of trees in the karst forest were in the order of trunks>roots>branches>leaves. However, C:N:P ratio in the non-karst forest trees were trunks>branches>roots>leaves. Moreover, ratio of C:N:P in trunks was highest and lowest in leaves in both forests. In non-karst forest trees, N:P was in the order of leaves> roots>branches>trunks. There were no significant differences in the ratio of N:P in different plant components of trees in the karst forest. However, in karst and non-karst forest trees, the ratio of N:P in leaves was highest;positive correlations between N and P contents, and N and N:P ratios were observed in both karst and non-karst forests (p<0.001). Negative correlations between P and N:P ratios (p<0.05) were observed in karst forest trees, while positive correlations were observed in non-karst forest trees.     

不同土地利用方式峰丛坡地土壤入渗特征及其模拟

喀斯特峰丛坡地的水土过程基础研究相对短缺,阻碍了相关土壤水文机理认识和适合该区模型的构建。为探明峰丛坡地上土壤入渗性能及变化过程,提出适合峰丛坡地的土壤入渗模型,通过室内一维垂直入渗试验,研究了峰丛坡地上不同土地利用方式土壤的初渗率、稳渗率及平均入渗率,并利用Horton,Philip,Kostiakov及经验通用模型拟合其入渗过程并进行评价。结果表明:(1)峰丛坡地上灌木林地的土壤砂粒含量约占50%以上,土壤渗透性能较强,而梯田旱地黏粒含量较高、有机质含量低,土壤渗透性能较差。(2)不同土地利用土壤前期入渗率均较高,为1.33～3.17cm/min,随后入渗速率急剧下降82.2%～96.2%,在20min左右达到稳定入渗率。灌木林地的前期入渗率下降幅度最大,而裸石地和梯田旱地相对缓慢。(3)Horton模型适宜于描述喀斯特峰丛坡地的土壤入渗过程,Horton模型的初始入渗率和稳定入渗率与实测值较为接近,而Kostiakov和Philip模型的拟合值与实测值存在差距。本研究为进一步认识峰丛坡地土壤水分入渗机理及构建入渗模型提供了理论依据。     

1998-2017年滇黔桂岩溶区降水时空动态特征

为了研究滇黔桂岩溶区近20 a降水时空变化特征,基于1998—2017年TRMM 3B43降水数据和72个气象站点实测数据,运用相关系数、相对偏差对TRMM 3B43降水数据在月尺度上进行了验证,并借助Sen-Median趋势分析、Mann-Kendall检验以及Hurst指数等数理统计方法对研究区降水时空动态特征进行了定量分析。结果表明:（1）TRMM 3B43降水数据与气象站点实测数据具有较高的相关性,月尺度相关系数为0.92（p<0.01）;（2）1998—2017年研究区降水量呈不显著波动上升趋势,上升速率为0.716 mm/a（p>0.05）;春、夏两季降水量以减少趋势为主,秋、冬两季降水量以增加趋势占主导;（3）降水量年、季节均值空间分布差异显著,年降水量呈增加趋势的区域（47.71%）略高于呈减少趋势的区域（41.71%）;春、夏两季降水量以减少趋势为主,秋、冬两季以增加趋势为主;（4）年降水量持续增加的区域占38.45%,集中分布在广西、贵州东南部、云南与贵州北部接壤地带;持续减少的区域占46.21%,主要分布在云南和贵州大部分地区。研究结果对研究区水资源管理、灾害监测具有重要意义。     

普者黑岩溶湿地景观格局演变及驱动机制研究

利用1990～2015年的6期遥感影像数据,结合GIS技术和景观格局指数方法,从景观整体格局和景观单一格局两个方面探讨了普者黑岩溶湿地不同时空尺度的景观格局变化。结果表明,25年来林地、农地、建筑用地面积增加,湿地、未利用地面积逐年减少,其中,2005～2010年湿地面积减少速度最快,减少率达到39.2%;整体景观类型破碎度降低,多样性指数和均匀度指数减小,蔓延度指数增加,景观分布不均匀。     

岩溶山地植被恢复中碳酸盐岩红土入渗特征及其影响因素

退耕还林还草工程实施后岩溶山地林草植被结构明显改善,研究植被恢复中碳酸盐岩红土入渗特征对岩溶生态恢复有重要意义。采用盘式入渗法在不同植被覆盖(荒草、灌草丛和乔木)下分别测定不同负压水头(-0.5,-3,-6,-15 cm)的水分入渗特征,计算不同负压下非饱和导水率、土壤孔隙分布常数、各孔隙级别对水流的贡献率,明确不同植被覆盖碳酸盐岩红土入渗特性差异。结果表明:不同水头条件下荒草、灌草丛和乔木地的土壤稳渗率均随负水头增大而递增,且碳酸盐岩红土入渗达到稳渗状态所需时间较长(约120 min),在低水头下荒草地土壤稳渗率最大(0.17 mm/min),而在高水头下乔木地最大(9.17 mm/min);荒草、灌草丛和乔木地土壤饱和导水率K_s差异极显著(P0.01),乔木地土壤饱和导水率达到最大(4.62 mm/min),而K_3、K_6、K_(15)和Gardner α差异不显著,碳酸盐岩红土饱和导水率K_s仅受土壤有机质含量和土壤电导率控制;乔木地土壤大孔隙数量及其占比显著大于灌草丛与荒草地(P0.05),碳酸盐岩红土导水性能主要受土壤大孔隙对水流的作用控制(70%)。研究结果可为西南岩溶山地生态恢复和水资源承载力分析提供数据支撑和理论依据。     

PEG和钙离子处理对全缘火棘种子萌发的影响

作为用于防治喀斯特地区石漠化的植物物种,在其种子萌发阶段就必须具有较强的适应干旱和富钙土壤的能力。本文研究了喀斯特地区乡土植物全缘火棘种子萌发过程中对干旱和钙离子的耐受能力,用不同水势的PEG6000溶液和不同浓度的CaCl2溶液分别模拟干旱和富钙土壤环境。结果表明,全缘火棘种子萌发对干旱和钙均具有很强的耐受能力,其耐旱能力强于很多其他喀斯特地区乡土植物的种子,甚至强于一些荒漠植物的种子;其对钙离子的耐受能力也明显强于与其在形态和生态特性上非常相似的同属植物火棘的种子。这或许反映了其对喀斯特地区频发干旱并富钙土壤环境的适应,同时也意味着其具有防治喀斯特地区石漠化的巨大潜力。