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.     

贵州喀斯特地区土壤石漠化的本质特征研究

喀斯特土壤石漠化是我国西南喀斯特地区诱发重要地质灾害的生态环境问题,是制约区域社会经济发展的关键因素。通过分析贵州喀斯特地区土壤的机械组成、物质成分、理化性质和微生物特性,探讨了土壤石漠化的本质。结果表明:土壤侵蚀,细粒物质减少,表层土壤消失,岩土界面缺少风化母质的过渡层,或者被裸露基岩取代;土壤质地出现砂化,颗粒变粗;土壤有机质及养分含量减少,保水保肥性能减弱;土壤微生物功能多样性降低;超载的社会经济压力等是导致喀斯特地区土壤石漠化最重要的驱动力。     

贵州喀斯特地区土壤石漠化的本质特征研究

喀斯特土壤石漠化是我国西南喀斯特地区诱发重要地质灾害的生态环境问题,是制约区域社会经济发展的关键因素.通过分析贵州喀斯特地区土壤的机械组成、物质成分、理化性质和微生物特性,探讨了土壤石漠化的本质.结果表明土壤侵蚀,细粒物质减少,表层土壤消失,岩土界面缺少风化母质的过渡层,或者被裸露基岩取代;土壤质地出现砂化,颗粒变粗;土壤有机质及养分含量减少,保水保肥性能减弱;土壤微生物功能多样性降低;超载的社会经济压力等是导致喀斯特地区土壤石漠化最重要的驱动力.     

喀斯特石漠化区治理措施对土壤质量演变的影响

为进一步探明喀斯特石漠化综合治理区不同治理措施对土壤质量演变的影响,选取3种治理措施:封山育林、人工造林和坡改梯,并以撂荒地为对照,通过长期定点监测,探索了治理措施与时间对土壤理化性质、土壤质量演变的影响特征。结果表明:治理措施和治理时间对土壤理化性质有明显的影响。封山育林、人工造林和坡改梯均能显著改善土壤理化性质,提高土壤肥力质量。随着时间的推移,土壤养分含量和土壤质量指数亦得到显著的改善。封山育林和人工造林对土壤质量的改善效果总体上优于坡改梯。此外,封山育林和人工造林能够明显优化土壤碳氮比例。但是这两种措施中土壤碳磷比(C/P)相对较高,且土壤碳磷比(C/P)随时间的推移逐渐增大,这反映出封山育林和人工造林的土壤面临土壤磷素缺乏的风险。石漠化综合治理措施中封山育林和人工造林对土壤质量的改善效果最佳。但是随着时间的推移,这两种措施可能会因土壤磷素缺乏导致植被恢复效果不佳。石漠化治理是一个漫长的过程,在其过程中需要通过人工干预以实现石漠化治理的可持续发展。     

喀斯特高原山地土壤抗冲性与土壤物理性质的关系

为探究喀斯特高原山地不同土地利用类型土壤抗冲性及其与土壤物理性质的关系,以马尾松人工林地(PMP)、桂花人工林地(OFP)、天然乔灌混交林地(ASL)、天然草地(NGL)、撂荒地(AL)、农地(CL)为研究对象,采用原状土水槽冲刷试验法,根据研究区地形及气候特点,设置3个坡度(5°,15°,25°),3个冲刷流量(3.2,4.8,6.4 L/min),冲刷时间均为15 min,结合土壤物理性质(容重、孔隙度、水稳性团聚体、机械组成等),定量分析不同土地利用类型下土壤抗冲性及其与土壤物理性质的关系。结果表明:(1)在原状土冲刷试验过程中,各地类初始径流含沙量较高,但随着冲刷时间的延长,径流含沙量呈先降低后趋于稳定趋势,且随着坡度和冲刷流量的增大,径流含沙量趋于稳定的时间有所提前;(2)土壤抗冲系数随坡度和冲刷流量的增大而减小,且坡度对土壤抗冲性的影响比冲刷流量更明显。在同等条件下,各地类土壤抗冲系数依次为NGL＞PMP＞ASL＞AL＞OFP＞CL,土壤抗冲系数分别为13.44~87.84,[JP]8.14~93.15,2.93~45.36,1.21~10.01,1.25~5.48,0.17~1.27(L·min)/g;(3)土壤抗冲性与土壤容重、砂粒含量、水稳性团聚体含量呈极显著正相关(P＜0.01),与总孔隙度、黏粒含量呈显著负相关(P＜0.05),其关系均可用幂函数表示(R²＞0.78)。研究结果可为喀斯特区土壤侵蚀研究和水土保持防治提供科学依据。     

贵州省石漠化综合治理人工种草对土壤侵蚀的影响

采用野外调查和室内分析相结合的方法,对贵州省盘县哮天龙小流域和晴隆县孟寨小流域坡耕地、人工草地和天然草地3种土地利用方式下土壤理化性质、抗剪强度和崩解速率进行研究,以揭示石漠化综合治理工程草地建设对土壤侵蚀的影响程度.结果表明:(1)在坡耕地上实施人工种草可有效改善土壤容重,调节土壤孔隙度,增加土壤保水能力,0-10 cm,10-20 cm和20-30 cm土壤容重分别降低0.07％,17.83％和15.08％,土壤孔隙度分别增加0.01％,16.06％和13.26％,土壤含水量分别增加43.45％,43.61％和30.46％.(2)坡耕地实施人工种草措施后,土壤有机质含量相对增加77.24％,其中0-10 cm,10-20 cm和20-30 cm土层土壤有机质含量分别增加48.06％,85.58％和107.78％,土壤全氮含量相对增加42.64％,土壤全磷含量相对增加45.24％,土壤全钾含量相对降低43.28％.(3)人工草地和天然草地相对坡耕地表现出良好的土壤抗侵蚀性能,人工草地土壤抗剪强度是坡耕地的2.08倍,天然草地是坡耕地的2.06倍.坡耕地0-10 cm土层土壤表现出较高的崩解速率,随着土层深度的增加而减小.与此相反,人工草地和天然草地0-10 cm土层土壤表现出较低的崩解速率,但随着土层深度的增加崩解速率表现出逐渐增大的趋势.(4)人工草地土壤相对坡耕地具有较小的容重、较高的土壤孔隙度和较强的抗剪强度,土壤整体的抗侵蚀性能强于坡耕地,在坡耕地上实施人工种草,蓄水保土效益非常明显.     

典型喀斯特地区石漠化演变过程对土壤质量性状的影响

在一个较小的时空尺度上对典型喀斯特地区石漠化过程中的土壤质量演变特征及其退化过程进行了探讨。结果表明：由于植被破坏和耕地的开垦发生土壤颗粒粗化，向石漠化景观发展，土体结构破坏，容重增加0．12～0．60g／cm^3，总孔隙度降低12．0％～39．8％，持水性能变劣，养分也随之下降；〈0．05mm的粘粉粒流失，表层土壤有机质和全氮含量下降33．4％～84．6％和43．3％～85．2％。土壤质量的演变，既有系统本身的自然属性决定的内在原因，更重要的是人为的外部干扰体系的驱动；演变的过程既有渐变型，又有跃变型。     

贵州省喀斯特山区不同石漠化等级土壤粒级特征研究

对贵州喀斯特山区不同石漠化等级土壤粒级进行了研究。结果表明,在贵州省喀斯特山区不同石漠化等级土壤垂直断面(A—B—C)<0.001mm黏粒增加;0.01～0.05mm,0.05～0.25mm细砂粒和0.25～1mm粗砂粒减少。随着石漠化程度增强土壤表层(0—20mm)黏粒含量减少,砂粒增加。在贵州省西部地区,<0.005mm的土粒随着石漠化程度的加剧含量减少。不同石漠化等级中<0.005mm土粒与有机质成极显著正相关关系,相关系数为0.95;0.05～1mm土粒与有机质成显著负相关关系,相关系数为0.63。     

喀斯特生态系统土壤表面电化学特征及其影响因子

以西南喀斯特典型石漠化生态系统土壤为研究对象,采用空间替代时间的方法,研究石漠化演替过程中土壤表面电化学特征演变规律及其与土壤理化性质的相关性。采用物质表面联合分析法对不同石漠化等级土壤表面电化学属性及进行测定。结果表明,土壤表面电荷密度、表面电场强度、比表面、表面电荷数量随石漠化强度的增加而下降,其变化范围分别为0.34 C·m-2~0.42 C·m-2、4.85×108 V·m-1~5.86×108 V·m-1、47.11 m2·g-1~53.16 m2·g-1、16.86 cmol·kg-1~22.82 cmol·kg-1,土壤表面电位随石漠化强度的增加而上升,其变化范围为-113.74 mV~ -115.10 mV;研究区黏土矿物组成为伊利石、高岭石、绿泥石、伊蒙混层、绿蒙混层,且以绿蒙混层为主;土壤黏粒、砂粒、非晶质氧化铝、胡敏酸是影响喀斯特石漠化地区土壤表面电化学属性变化的主要因素,解释率分别为48.3%、38.1%、13.0%、12.0%;土壤粒径组成、有机质组分和金属氧化物对土壤表面电化学特征影响由强到弱依次分别为：土壤黏粒>砂粒>粉粒,胡敏酸>有机碳>富里酸,非晶质氧化铝>游离氧化铁>非晶质氧化铁。本研究对中国西南喀斯特石漠化土壤管理与调控、退化植被恢复重建具有重要意义。     

植被恢复措施对退化生态系统土壤酶活性及肥力的影响

对于退化生态系统的恢复,首先是植被恢复,植被恢复是充分利用土壤-植物复合系统的功能改善局部环境,促进生物物种多样性的形成。植被恢复的生态效应不但影响林地本身,也影响周围的环境,进而对区域和全球的生态平衡有所贡献,因此,退化生态系统     

贵州喀斯特山区石漠化土壤理化性质及分形特征研究

研究了贵州喀斯特山区石漠化过程中土壤颗粒粗化和理化性质特征,土壤颗粒分形的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系。结果表明:土壤细颗粒含量越少,土壤分形维数越低,表征石漠化程度越高;土壤颗粒分形维数与土壤有机质、容重、粘粉粒含量之间存在显著的线形关系(P<0.01)。分形维数能较好地表征喀斯特石漠化过程中土壤物理性质和养分状况以及石漠化的程度,可作为评价喀斯特地区土壤退化的定量指标之一,对区域生态环境的恢复与重建有着重要的指导意义。     

喀斯特区土壤侵蚀与石漠化协同演变及交互关系

为探究喀斯特地区土壤侵蚀、石漠化协同演变规律、驱动因子及主要驱动因子下二者交互关系。采用优化后的RUSLE模型估算贵州省喀斯特地区2005—2015年土壤侵蚀,并利用贵州省全国石漠化普查数据库计算同期石漠化状况,运用地理探测器探究驱动因子以及主要驱动因子下二者交互关系。结果表明：2005—2015年贵州省喀斯特地区土壤侵蚀与石漠化均以中度及以下为主,其中土壤侵蚀中度及以下占比58%以上,而中度及以下石漠化占比达80%以上;时间上二者存在发生时间的异同性,但研究期间,二者均不同程度地趋于好转;中度及以下石漠化中土壤侵蚀发生率较大,中度以上中占比极少,其中无石漠化中土壤侵蚀发生率达70%以上;土壤侵蚀驱动因子解释力大小依次为土地利用>坡度>年降雨量>海拔>岩石裸露率>植被盖度>岩性>土层厚度,石漠化驱动因子解释力大小依次为岩石裸露率>土层厚度>年降雨量>海拔>岩性>土地利用>植被盖度>坡度。因子组合(交互)对土壤流失及石漠化的解释力均较单因子有所增强,其中土壤侵蚀的主导因子为土地利用,石漠化的主导因子为岩石...     

喀斯特石漠化皆伐迹地不同微地形和小生境下的土壤侵蚀差异

[目的]探讨喀斯特山区皆伐迹地不同微地形、小生境下土壤侵蚀的差异,为喀斯特皆伐迹地生态修复及防治提供依据。[方法]研究区采用铁栏围成封闭区域,用测钎法以1m×1m的距离布设测钎,对山地不同微地形、小生境的土壤侵蚀进行原位年监测,用箱图比较其土壤侵蚀深度差异,并作显著性分析。[结果]研究区不同微地形、不同小生境在土壤侵蚀程度上差异明显,微地形土壤侵蚀深度总体呈现为:凸形平直形凹形,微地形与土壤侵蚀呈显著相关。小生境土壤侵蚀平均深度表现为:石沟石土面石侧土面石缝,组间小生境与土壤侵蚀无明显相关,但石沟与土面呈现显著相关。[结论]岩溶区山地皆伐迹地应据微地形、小生境不同,实施差异化生态修复及防治工作,凸形微地形和石沟、石土面小生境是防治的关键。     

基于RS与GIS的桂西北石漠化景观与土壤类型关系研究

运用景观生态学理论与RSGIS技术,研究桂西北河池地区不同土壤类型石漠化的景观格局和发生率,分析石漠化的发生、分布与土壤类型的关系。结果表明:研究区石漠化形势严重,石漠化斑块密度和面积大,相互连通聚集。石漠化景观以棕色石灰土和石质土发生的石漠化占主导地位。各土壤的石漠化分布各具特征。其中,棕色石灰土的石漠化破碎度最高。石质土石漠化斑块聚集度最低,且多集中分布于峰丛石山上。酸性粗骨土石漠化景观的平均斑块面积最大,破碎度最低,受人为干扰最少。黑色石灰土石漠化分布最分散。黄壤石漠化的形状指数最小,受人为干扰最多。石灰土、粗骨土和石质土由于本身的脆弱性,导致石漠化情况严重。发生率排序为酸性粗骨土黑色石灰土石质土棕色石灰土硅质岩粗骨土。黑色石灰土地区最容易发生极强度石漠化,其次为硅质岩粗骨土。研究表明石漠化的发生与分布在不同土壤中存在明显差异,土壤的发生特点是导致石漠化形成的重要自然因素之一。     

基于格网的石漠化地区生态系统服务与经济空间耦合

[目的]分析石漠化地区生态系统服务价值与经济的空间耦合关系,为石漠化地区生态环境保护与社会经济协调发展提供依据。[方法]以贵州省盘州市为例,基于格网尺度,计算了研究区生态服务价值(ESV)与国内生产总值GDP,并利用耦合协调模型,对两者间的耦合协调发展程度进行定量评估。[结果]①盘州市ESV热点区主要分布在东北部的几个少数民族乡镇,冷点区主要分布在经济发展较快且城市化率较高的区域;②盘州市GDP在空间上呈现出局部高的特点,高值区主要集中在石桥镇、亦资街道、翰林街道等工业镇和政治、经济、文化中心;③盘州市ESV与GDP耦合协调度值较低,空间上存在明显的自相关性,耦合协调度较低的区域主要分布在盘州市东南部、北部以及中部;④盘州市ESV与GDP耦合协调度类型以严重失调衰退经济损益型为主,占区域总面积的79.95%。[结论]盘州市ESV与GDP在空间上存在一定矛盾,耦合协调度较低,兼顾生态环境保护与经济发展有助于提升协调度。     

岩溶山区石漠化生态治理的生态效应研究

以贵州省花江峡谷石漠化治理示范区为研究单元,对比分析了小流域2005和2009年生态治理下的土壤理化性质与植物数量特征的变化。结果发现,该区土壤理化性质的变异系数值降低,说明土壤理化性质的空间变异程度降低;土壤总孔隙度略微降低,非毛管孔隙度明显增加,毛管孔隙度明显下降,土壤毛管持水量明显降低,土壤田间持水量明显提高,表明土壤的孔隙结构更加合理,土壤持水能力与通气透水性能增强;土壤有机质含量变化不明显,全氮、全磷含量明显增加,全钾营养元素含量降低,土壤pH值略微降低;植物的高度、基径、冠幅、均匀度等数量特征呈明显增长趋势,土壤质量与植物群落的生态效应具有较好的一致性。经过石漠化生态治理的土壤、植被生态效应改善与提高,逐步改善岩溶山区石漠化生态环境。     

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。     

喀斯特高原石漠化区露石岩-土界面与非岩-土界面土壤入渗特性差异

为揭示喀斯特石漠化区露石岩—土界面与非岩—土界面土壤渗透特性差异,通过环刀法探究岩—土界面与非岩—土界面土壤入渗特征及入渗模型适应性。结果表明：(1)岩—土界面0—10 cm土层和10—20 cm土层土壤容重大于非岩—土界面,土壤总孔隙度小于非岩—土界面。岩—土界面含水率和毛管孔隙度总体上大于非岩—土界面,非毛管孔隙度、黏粒和排水能力总体上小于非岩—土界面。(2)岩—土界面土壤的入渗能力总体上小于非岩—土界面,其初始入渗速率、平均入渗率、稳定入渗率小于非岩—土界面(平直形除外)。(3)3种形状岩—土界面0—10 cm土层和10—20 cm土层土壤的初始入渗速率、平均入渗率和稳定入渗率均表现为平直形>外凸形>内凹形。非岩—土界面土壤入渗与岩—土界面具有相似性,主要由土壤容重和总孔隙度共同决定。(4)Horton模型对岩—土界面与非岩—土界面土壤入渗的拟合效果优于Kostiakov模型和Philip模型,能更好地模拟喀斯特地区复杂情况下土壤的入渗特征。研究以期为深入认识喀斯特地区水分入渗及水土流失提供新的研究思路与科学理论支撑。     

贵州省喀斯特石漠化与水土流失空间相关分析

喀斯特地区石漠化现象的产生与水土流失之间存在不可分割的关系。为进一步分析石漠化与水土流失之间的关系,以贵州省2010年的水土流失及石漠化解译数据为基础,运用地图代数原理,通过水土流失与石漠化转移矩阵的计算,从而得出不同水土流失等级的石漠化分布以及不同石漠化等级的水土流失分布情况。结果表明:贵州省石漠化主要发生在水土流失轻度侵蚀与中度侵蚀区,其发生率分别为24.31%,24.09%,而水土流失主要发生在轻度石漠化与潜在石漠化区,其发生率分别为35.70%,34.16%;水土流失或石漠化等级的变化并不一定呈现相应等级的石漠化或水土流失等级的变化,石漠化的发生与生态恢复存在滞后性。