基于同位素法监测岩溶槽谷区山坡土壤侵蚀和养分流失

该文利用137Cs、土壤营养元素结合表聚系数分析岩溶地区山坡水土流失,为研究区水土流失治理提供科学依据。研究表明：岩溶地区随着山坡坡位的降低营养元素含量没有增加。土壤营养元素在0～10 cm土层（表聚系数>0.25）和0～20 cm土层（表聚系数>0.5）表聚现象明显。在岩溶地区,计算土壤流失量,需要用岩石裸露率和岩溶裂隙发育程度2个指标。对137Cs计算土壤侵蚀量的公式进行修正。该研究有助于更好地了解岩溶地区水土流失特征,为治理水土流失和防治石漠化提供参考。     

岩溶槽谷区不同土地利用方式下的坡地产流产沙规律

[目的]研究岩溶槽谷区坡地产流产沙规律,为槽谷区坡面水土流失防治提供理论基础。[方法]基于重庆市北碚区中梁山岩溶槽谷区径流小区,探讨了土地利用类型(耕地、林地、果园和竹林地)、降雨等级、降雨特征对坡地产流产沙的影响。[结果]①不同土地利用方式的径流小区坡地总产流量为:耕地(3534.64 L)>果园地(3150.60 L)>竹林地(2347.75 L)>林地(1957.41 L);径流系数(3.12%~5.70%)远低于非岩溶区(约20%);地表产沙量耕地(3.37 kg)>果园地(2.60 kg)>林地(1.60 kg)>竹林地(1.43 kg);②虽然暴雨占总降雨场次的1.53%,但产流量占年产量的42.28%,产沙量占年总产沙量的33.42%。中雨占年产流总量的16.61%,产沙量占年总产沙量的20.47%,但是由于中雨的降雨次数多,其造成的泥沙流失也不可忽视。③降雨量对不同土地利用方式下的坡面产流的影响最大,是坡面产流的主要影响因素。I30对耕地和果园产沙量的影响最大,降雨量对林地和果园产沙量的影响最大。[结论]在相同的降雨条件下,耕地的产流产沙量最大,果园次之。在坡度一定的条件下,不同等级的降雨是影响产流产沙的主要因素,因此,在安排农事活动时,应尽量避开高强度降雨,减少严重侵蚀事件的发生。     

岩溶槽谷区坡面土壤磷素流失过程与影响因素——以中梁山龙凤槽谷试验场为例

为揭示自然降雨条件下岩溶槽谷区坡面土壤磷素流失规律,分析坡面径流和侵蚀泥沙中各形态磷素的迁移流失过程,并着重探讨降雨条件、土地利用方式因素对磷素流失的影响。在重庆市中梁山龙凤槽谷区设置耕地、林地和果园地3个标准径流小区（20 m×5 m）,对坡面径流及泥沙中的磷素流失开展为期1年的监测。结果表明：（1）坡面土壤磷素流失强烈依赖于坡面产流产沙过程,槽谷区土壤磷素流失以径流流失为主,泥沙流失为辅;（2）总体来看,不同土地利用方式总磷（TP）流失总负荷表现为耕地 > 果园地 > 林地,耕地TP流失总负荷为0.17 kg/hm²,约是果园地的1.76倍和林地的4.68倍;（3）径流中磷素浓度变化受降雨强度控制,雨季初期径流中磷素流失形态以水溶性总磷（TDP）为主,其余降雨事件则以颗粒态磷（PP）为主,ρ（PP）/ρ（TP）的比例为63.92%~96.97%;（4）泥沙中磷素浓度变化受降雨强度影响较小,泥沙磷素存在富集现象,且全磷富集比（ER_STP）与雨强无明显相关关系。     

退耕还林恢复年限对岩溶槽谷区石漠化土壤物理性质的影响

历史上严重的植被破坏导致西南岩溶槽谷区水土流失/漏失和石漠化加重,制约喀斯特地区经济和社会发展,而退耕还林等生态修复工程对于喀斯特地区植被恢复、生态环境改善具有重要意义。该研究在遥感解译结合野外调查及采样分析基础上,重点分析了岩溶槽谷退耕后7个恢复年限(0~5、5~10、10~15、15~20、20~25、25~30、45~50 a)土壤主要物理性质的演替规律,结果表明:1)退耕开始至15~20 a土壤尤其是表层土壤物理性质呈现恶化的趋势,土壤表层平均含水率和总孔隙度分别减少12.28%~14.75%和8.79%~11.14%,而表层平均容重和紧实度则分别增大10.06%~13.82%和54.09%~58.43%,土壤-植被系统出现旱生化发展趋势;2)退耕20~50 a表层土壤平均含水率和总孔隙度分别达到40.65%和60.38%,较退耕0~5a分别增加24.11%和9.06%,尤其是恢复45~50 a表层土壤平均容重和紧实度分别为0.93 g/cm3、7.57 kg/cm^2,土壤基本性质的变化表明了生态系统质量的显著提升;3)由于喀斯特地区土层薄且缺少过渡层,提出了喀斯特地区土壤"铁板烧效应",与植被在退耕15~20 a由灌草结构向乔灌草立体格局转变的时间转折点相符。该研究进一步阐明了喀斯特地区生态恢复对土壤系统演变的影响,并提出喀斯特地区尤其要注重对乔木树种的种植和抚育工作,对于指导喀斯特地区生态修复具有重要的理论意义和实践价值。     

西南典型岩溶槽谷小流域地表和地下河悬浮泥沙来源

为了明确岩溶槽谷小流域地表悬浮泥沙与地下河悬浮泥沙的主要来源,制定具有针对性的水土流失防治措施,该研究以青木关岩溶槽谷小流域为例,采集碳酸盐岩、碎屑岩、沟道和裂隙等4种不同泥沙源地土壤样品,测定了137Cs、磁化率、Li、As等41种土壤理化性质作为指纹因子;利用双边范围检验、均值检验和Kruskal-Wallis H非参数检验对所有指纹因子进行筛选,确定Fe、137Cs、Pb、V、质量频率磁化率5种指纹因子为最佳指纹因子组合;采用复合指纹法定量分析地表和地下河出口悬浮泥沙来源。结果表明：降雨量、降雨历时和降雨强度与流域潜在泥沙源地贡献率存在一定的规律;流域潜在泥沙源地对地表悬浮泥沙平均贡献率分别为碳酸盐岩（43.62%）> 沟道（27.34%）>碎屑岩（17.30%）>裂隙（11.74%）,拟合优度为91.88%;对地下河出口悬浮泥沙的平均贡献率分别为碳酸盐岩（36.14%）>裂隙（24.02%）>沟道（22.93%）>碎屑岩（16.91%）,拟合优度为92.56%。该研究定量分析了岩溶槽谷地表和地下河出口悬浮泥沙的主要来源,可为岩溶槽谷小流域综合治理提供参考依据。     

重庆南平镇岩溶槽谷区不同土地利用类型地表水土流失

研究岩溶区水土流失特征有助于更好地开展岩溶地区水土保持,防止石漠化。通过在岩溶区不同土地利用类型布设9个径流场,利用2008-01－2010-08野外雨季的监测资料,得到岩溶区地表水土流失特征。结果表明：速效钾在土壤中易被淋失,磷富集度平均值最低,全氮、水解氮、有机质富集度的平均含量居中。从土地利用类型来看,富集度表现明显的是坡耕地（自然坡耕地强于移土培肥坡耕地）,其次是林地,金银花地和草地富集度最低。根据相关系数可知淤泥养分含量与降雨强度呈极显著相关关系,淤泥养分含量与降雨量成正相关,但是相关性差。淤泥养分流失总量是通过泥沙量与淤泥养分含量来共同体现的。土壤侵蚀模数从大到小的顺序依次为自然坡耕地>移土培肥坡耕地>草地>金银花地 >林地。岩溶区并不是每场降雨都要产生径流,主要是大雨尤其是暴雨才生产径流。岩溶区水土流失径流系数平均值在2.31%～14.72%。该研究有助于更好地理解岩溶区水土流失特征,为治理岩溶区水土流失提供科学依据。     

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。     

运用~(137)Cs与土壤营养元素探讨重庆岩溶槽谷区山坡土壤的流失和漏失

岩溶区因为存在化学溶蚀,导致地表流失和地下漏失两种现象发生。运用137Cs与土壤营养元素研究岩溶区土壤的地表和地下漏失,得出以下结论:岩溶槽谷区山坡荒地表现出土壤向下汇集,而在菜地因为存在土壤漏失,打破了土壤向下汇集规律。岩溶区的地下漏失并非到处可见,往往发生在岩石裸露率高、人为干扰性强的地区。山坡荒地的全氮、全磷和有机质随着坡位的降低向下汇集,而在人为耕作的菜地,因为存在土壤漏失,土壤的营养元素不再遵循向下汇集的规律,而表现出土壤营养元素随着土壤的下渗向剖面深处迁移,但土壤营养元素在剖面上仍遵循土壤的表聚特性1。37Cs与土壤营养元素存在显著相关关系,说明137Cs和土壤有机质具有相同的物理运动规律。     

岩溶槽谷区不同土地利用方式土壤入渗规律研究

在保持原状土条件下,采用张力人渗仪(盘径d=20 cm,负压h0=-5 cm)对重庆市青木关典型岩溶槽谷区不同土地利用类型土壤渗透性进行了研究.结果表明,在试验条件下,不同土地利用类型土壤渗透性存在明显差别.以旱地土壤渗透性能最好,而荒地较差.旱地非饱和导水率、稳定入渗率、累积入渗量随土层深度加深而减小.而林地各项入渗指标却随土层深度的加深而增加.荒地15-30 cm层非饱和导水率、稳定入渗率、累积人渗量均较30-45 cm层低.土壤容重,孔隙度与土壤人渗性能关系密切,而初始含水量仅与初始入渗率有关,其相关系数为-0.825**.各土地利用类型入渗过程的模拟结果表明,Kostialov水分入渗模型对所研究区不同土地利用类型土壤水分拟合度较好,拟合度约为0.765,对该区研究土壤水分入渗过程具有良好的适用性.     

滇黔桂岩溶区ET时空特征及气候因子驱动

基于滇黔桂岩溶区2000—2014年MOD16 ET产品和同期72个气象站点数据,运用趋势分析法、Hurst指数、偏相关分析法和复相关分析法,探究地表蒸散发时空变化特征及其气候因子驱动。结果表明:(1)年际ET呈不显著增加趋势(p>0.05),距平相对变化率年际差异较大; 年内ET呈单峰变化趋势,7月份达到最大值; 不同生态地理区ET具有差异性。(2)ET多年均值总体呈西北部低、东南部高的空间分布格局; 季节ET均值差异显著,夏季ET最强,冬季最弱。(3)年际ET变化趋势以不显著变化为主,呈增加趋势的区域面积略大于呈减少趋势的区域面积; Hurst指数大于0.5的持续性区域占比91.41%,ET变化趋势以持续性为主导; 不同植被类型ET均值及变化趋势具有差异性。(4)不同生态地理区ET与降水和温度的偏相关系数波动较大,温度对ET的影响大于降水; ET与降水和气温的复相关系数总体呈不显著正相关,复相关系数值在空间上呈西北高、东南低的分布格局; ET受气候因子驱动的地区主要表现为气温驱动。综上,揭示了滇黔桂岩溶区ET时空变化特征,明确了ET变化的主要气候驱动类型。     

西南岩溶区NDVI时空变化及其与气候因子的关系

利用1998—2012年SPOT NDVI数据和气象站点的温度和降水数据,采用趋势分析和相关分析法,研究了我国西南岩溶区NDVI时空变化特征,并分析了NDVI与气候因子的关系。结果表明:(1)近15年来,西南岩溶区NDVI变化整体呈显著增加趋势,增速为0.052/10a,9月份NDVI达到最大值,2月份降到最小值;NDVI增加的区域占97.13%,其中显著增加(p0.05)的区域占17.60%,减少区域占2.87%,显著减少(p0.05)占0.35%。(2)从年际变化来看,NDVI与温度和降水量的相关系数各异,其中42.75%的地区NDVI与温度呈正相关,57.25%区域呈负相关;20.15%的地区NDVI与降水量呈正相关,而79.85%区域呈负相关,说明温度对研究区植被生长的影响大于降水量。(3)从年内变化来看,NDVI与当月温度和降水量的相关系数高于年际,91.62%的NDVI与当月温度呈正相关性,其中显著正相关(p0.05)约占75.94%;94.29%的NDVI与当月降水量呈正相关,其中显著正相关(p0.05)约占51.05%;表明水热因子的季节变化对植被生长影响更大。NDVI受前1个月温度和前2个月降水量的影响最显著,表现出明显的滞后效应。     

喀斯特槽谷区岩层倾向对土壤入渗特性的影响

为了解岩层倾向对喀斯特槽谷区土壤入渗特性的影响,以重庆市青木关岩溶槽谷区顺/逆层坡为研究对象,分析5种典型土地利用方式裸地(AL)、辣椒地(PL)、玉米地(CL)、林地(FL)、草地(GL)在顺/逆层坡的土壤入渗能力差异,并探讨土壤物理性质对土壤入渗能力的影响。结果表明:(1)＞0.25 mm水稳性团聚体含量、毛管持水量、黏粒以及粉粒含量在顺/逆层坡存在显著差异(p<0.05),其中在>0.25 mm水稳性团聚体含量和毛管持水量方面,分别为PL与FL的顺/逆层坡差异最大,在黏粒和粉粒方面,CL的顺/逆层坡差异最大,且均为逆层坡＞顺层坡。(2)除FL顺层坡的土壤渗透能力低于逆层坡外,其余4种土地利用方式下的土壤入渗能力均表现为顺层坡高于逆层坡。(3)土壤渗透特性在顺/逆层坡均与容重呈极显著负相关关系(p<0.01),在顺层坡与总孔隙度、非毛管孔隙度、＞5 mm水稳性团聚体含量和饱和持水量呈极显著正相关关系(p<0.01),在逆层坡与非毛管孔隙度、饱和持水量、粉粒含量呈极显著正相关关系(p<0.01);通过多元逐步回归分析与通径分析发现,顺/逆层坡土壤入渗能力的首要决策因素均为容重,其次分别为>5 mm水稳性团聚体含量和粉粒含量。(4)对比4种土壤入渗过程的拟合模型,Philip模型对顺/逆层坡的土壤入渗过程拟合效果最佳。研究结果可为喀斯特槽谷区不同岩层倾向的水土流失防治以及植被恢复提供数据支撑。     

喀斯特石漠化小流域土壤渗滤水化学特征及影响因素研究

对贵州省清镇王家寨喀斯特小流域9个样地的土壤渗滤水进行了系统监测。结果表明,随着石漠化退化程度的加剧,黑色石灰土地区土壤渗滤水中的HCO3-,Ca2＋,方解石饱和指数（SIC）和黄壤地区土壤渗滤水中的Mg2＋离子浓度均呈升高趋势。初步认为,植被和土壤的双重退化是控制石漠化发育过程中渗滤水化学组成的主要原因,当植被系统的退化先于土壤系统时,水—土反应强度的影响更大,渗滤水化学组成表现为HCO3-和Ca2＋含量随石漠化的发育而减少;当土壤系统的退化先于植被系统时,水—土反应时间的影响更大,渗滤水的化学组成则表现为HCO3-和Ca2＋含量随石漠化的发育而增加。     

1999-2019年西南喀斯特地区NDVI时空变化及其气候驱动

[目的]西南喀斯特地区生态环境脆弱,对其植被覆盖变化及气候驱动机制进行研究具有重要意义。[方法]基于1999—2019年SPOT NDVI数据和同期209个气象站点的气温和降水数据,采用Theil-Sen+Mann-Kendall趋势分析法、偏相关分析和复相关分析法,探讨西南喀斯特地区NDVI时空变化及其气候驱动。[结果]1999—2019年西南喀斯特地区NDVI呈显著上升趋势,整体植被覆盖较好;NDVI变化主要以极显著上升趋势为主,仅5.73%的地区呈退化趋势。NDVI与气温和降水整体上均呈正偏相关关系,气温对NDVI的影响强于降水,且存在空间差异性。NDVI与气温和降水的复相关显著性通过0.05,0.01水平的面积分别占15.12%,5.68%;NDVI主要受气温驱动,占研究区面积的13.90%,其他气候因子驱动类型占比均未超过3%。[结论]揭示了西南喀斯特地区植被覆盖的时空变化特征,明确了气候因子对植被覆盖变化的驱动机制。     

藏西南高原植被NDVI时空变化及其与海拔梯度的关系

青藏高原植被分布不仅与区域水热条件密切相关,而且受海拔和地形的共同影响,认知植被与海拔梯度的关系对青藏高原生态保护具有重要科学和现实意义。基于MODIS NDVI数据和植被类型数据,分析了藏西南高原近21年来不同植被类型生长季NDVI时空变化特征,探讨了植被覆盖与海拔梯度的关系。结果表明:藏西南高原植被类型有森林、荒漠、草原、草甸、高山植被、栽培植被、灌丛和其他植被8种; 随时间推移,各植被类型NDVI均显著增加且在2017年达到最大值。研究区草原、草甸、灌丛和高山植被的增加速率依次为0.006/10 a,0.004/10 a,0.01/10 a和0.006/10 a。除了局地植被呈退化趋势外,绝大部分植被覆盖不断改善。草原、草甸、灌丛和高山植被主要集中分布在海拔4 000 m以上的地区,NDVI在各海拔梯度上均存在较大差异。不同植被类型NDVI随海拔升高均呈现不同的减小趋势,不同年份间同种植被NDVI随海拔梯度变化具有相似的变化趋势。研究结果可为藏西南高原生态建设、植被恢复和畜牧业发展提供一定的科学依据和决策支持。     

基于CWSI的贵州省干旱时空变化特征及影响因素分析

为了促进贵州省农业和生态环境可持续发展,基于作物缺水指数(Crop Water Stress Index,CWSI),结合气象、植被指数等数据,采用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验、变异系数和相关性分析等方法,对贵州省2000—2019年的干旱时空变化特征、趋势及影响因素进行了分析。研究表明:(1)贵州省CWSI多年均值为0.43,整体处于轻旱等级,空间分布为东南湿润,西北干旱,多年旱情变化呈缓解趋势;(2)从地貌类型来看,非喀斯特地貌CWSI多年均值为0.37,整体处于无旱等级,喀斯特地貌均值为0.47,处于轻旱状态;(3)从植被类型来看,除针叶林整体处于无旱状态外,其他植被类型都处于轻旱等级,且针叶林的变异系数(CV)值较其他林地高,说明其对气候因子的敏感性高,抗旱能力强;(4)贵州省CWSI与降水和气温均呈负相关,负相关面积占比为95%和54%,说明降水对CWSI的影响较大。综合分析得出,贵州省东南部湿润,西北地区干旱,全省干旱受喀斯特地貌、降水的影响较大。     

滇东南喀斯特地区植被覆盖变化及其影响因素

利用MODIS NDVI数据资料集、标准气象站点的气候数据及社会经济统计数据,辅以叠置分析、空间统计分析和相关分析等方法,探讨了滇东南喀斯特地区植被覆盖的时空变化特征及其与气候因子、人类活动的关系。结果表明:滇东南喀斯特地区植被4月上旬进入生长季而9月中旬结束,2001—2010年植被覆盖呈现出上升的趋势,NDVI增加速率为0.03/10 a;滇东南喀斯特地区植被覆盖呈增加和减少趋势的面积分别占总面积的70.03%和29.97%,植被NDVI减少最为突出的区域主要集中在人口聚集的城镇周围及河流沿线,而增加的区域主要集中在高海拔山区;气候影响因素中的水分类因素即平均相对湿度、最小相对湿度和降水是滇东南喀斯特地区植被NDVI年内变化主要的影响因素,其影响有2个月左右的滞后期,温度类气候因子的滞后期为3个月左右,其他类型的气候因子滞后期约为2个月;滇东南喀斯特地区实施的退耕还林工程,极大地提升了植被覆盖度,而城镇化过程则使得城镇周边的极低、低植被覆盖度区面积增加。     

喀斯特山区生态恢复中土壤剖面无机磷形态分布特征及其影响因素

[目的]研究贵州喀斯特高原峡谷生态恢复过程中土壤剖面无机磷的形态分布特征,为喀斯特山区生态恢复过程土壤磷素的研究及科学管理提供科学依据。[方法]选取贵州省晴隆县莲城镇内4种代表性样地(耕地、退耕还草地、荒草地和林草间作地)为对象,研究土壤无机磷形态特征及影响因素。[结果] 4种代表性样地土壤全磷和速效磷含量分别在1.96～3.88 g/kg,1.16～11.25 mg/kg范围。无机磷总量在591.39～1 024.79 mg/kg之间,表现为:耕地退耕还草地林草间作地荒草地。不同土壤剖面磷素活化系数(PAC)均远小于2%。不同形态的无机磷含量依次表现为:O-PFe-PCa-PAl-P;各形态的无机磷均与速效磷呈极显著正相关关系(O-P除外);各无机磷形态之间呈显著相关关系。不同形态的钙素(水溶性钙和交换性钙)以及pH值、黏粒含量均会影响各形态无机磷的比例以及相互间的转化。[结论]在生态恢复过程中,研究区由耕地→退耕还草地→荒草地→林草间作地,地表植物逐渐恢复,土壤理化性质得到了改善,土壤磷素含量也随之增加。     

不同雨强对我国西南喀斯特山区土壤侵蚀影响的模拟研究

选取我国西南喀斯特地区作为研究区域,通过资料查询、野外考察,设计加工满足该区域雨强范围的针管式人工降雨装置,在不同地表覆盖情况下,针对不同雨强对土壤侵蚀的影响进行了16场室内模拟试验,结果表明(1)坡面径流率在产流后180～300s之后保持稳定.随着雨强的增大坡面径流率增大,同雨强时坡面覆盖的植被或岩石均有明显的减流效果.(2)坡面输沙率变化可分为快速增大、迅速减小、增大、缓慢减小和趋于稳定5个阶段.坡面平均输沙率均随雨强的增大而增大.同雨强时坡面覆盖的植被或岩石的减沙效果显著.(3)坡面总径流量随雨强的增大而增大,同雨强时裸地坡面总径流量最多.裸地、植被覆盖(70%)地、植被一裸岩覆盖(70%～60%)地坡面总侵蚀量随雨强的增大而增大.裸岩覆盖(60%)地坡面总侵蚀量随坡度的增大而先增大后减小,在60～114mm/h之间存在土壤侵蚀的雨强转折点.同雨强时裸地坡面总侵蚀量最大,植被或岩石覆盖的减沙量均在71%～88%之间.