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。     

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。     

喀斯特峰丛洼地4种典型植物蒸腾作用及其影响因素

[目的]对广西壮族自治区喀斯特峰丛洼地4种典型植物(甘蔗、五节芒、灰毛浆果楝和青冈)蒸腾作用及其影响因素进行研究,为进一步开展区域植被生态需水研究提供科学依据。[方法]于2015年4月至2016年1月对4种主要植物群落不同季节蒸腾速率(Tr)、叶面积指数(LAI)和相关环境因子开展现场观测。[结果]4种植物Tr夏季与春、秋、冬3季呈极显著差异(p0.01),不同植物类型其Tr也存在差异,其中,甘蔗Tr的季节变化为96.55~197.42g/(m2·h),五节芒为95.26~169.13g/(m2·h),灰毛浆果楝为97.20~239.11g/(m2·h),青冈四季Tr为81.65~124.42g/(m2·h)。4种植物Tr均与空气温度(Ta)呈极显著(p0.01)或显著正相关关系(p0.05),与土壤含水率(SWC),LAI,土壤容重(ρb),空气相对湿度(RH)呈显著或极显著相关关系。SWC和Ta对甘蔗Tr起主导作用,是主要决策变量;Ta是五节芒Tr的主要决策变量;SWC和ρb是灰毛浆果楝Tr的主要影响因子;LAI,SWC和Ta是青冈Tr的主要影响因子。[结论]研究区域4种典型植物蒸腾作用存在差异,且均呈季节性变化趋势,不同植物Tr影响因素不同,可通过人工诱导水、光、热等环境因子进而合理调控植被生态需水。     

喀斯特峰丛洼地次生林土壤有机碳的剖面分布特征

采用样方法研究了喀斯特峰丛洼地八角枫(Alangium chinensis)、盐肤木(Rhus chinensis)、黄荆(Vitex negundo) 3种典型次生林群落土壤有机碳（SOC）含量、密度的剖面分布特征。结果表明,土壤有机碳含量与土壤根系生物量呈极显著正相关;不同次生林群落060 cm土壤有机碳平均含量和密度不同,依次为黄荆八角枫盐肤木,盐肤木的碳含量显著低于黄荆和八角枫群落,碳密度显著低于黄荆;3种次生林群落土壤碳含量和密度都与土壤深度有较好的线性关系,随土壤深度的增加而降低,2060 cm各层次的差异不显著,但均显著低于010 cm土层;不同次生林群落土壤各层次碳含量和密度均表现为为黄荆八角枫盐肤木,其中盐肤木群落1040 cm 3个层次的碳含量及2030 cm的碳密度显著低于另外2个群落。由此可见,喀斯特峰丛洼地退化生态系统合理的植被恢复方式是促进该区域生态重建和碳贮存的关键。     

喀斯特地区典型峰丛洼地旱季表层土壤水分空间变异性初探

土壤水分空间变异性研究在喀斯特地区生态环境的恢复和重建过程中具有重要意义。通过网格(5 m×5 m)取样,用地统计学方法研究了喀斯特洼地典型区域(150 m×50 m)表层土壤水分(0~5 cm和5~10 cm)的空间变异特征。结果表明:土壤水分在采样区内呈比较简单的斑块状分布,相同性质斑块与土被连续分布区和石丛集中分布区范围相当;半变异函数在不同性质斑块内呈现出截然不同的变异特征,在整个采样区内表现出各向异性;旱季洼地表层土壤水分主要受石丛和地形两个不同尺度的环境因素影响;土壤水分具有一定的尺度效应,半变异函数的变程随着最小采样间隔增大而增大;当研究区域存在多重尺度的变异结构时,需要根据研究的目的和精度确定合理的采样尺度。     

喀斯特峰丛洼地土壤有机碳和氮素空间变异特征

本项试验在喀斯特典型峰丛洼地选择3个生态功能区,运用经典统计学和地统计学方法研究了土壤有机碳、全氮及碳氮比的空间变异特征。结果表明,随着生态系统由人工林(Ⅰ)次生林(Ⅱ) 原生林(Ⅲ)顺向演替,土壤有机碳、全氮和碳氮比平均值均呈现增加趋势,变异系数均在10.40％～80.94％之间,存在中等强度的变异性。人工林和原生林的土壤有机碳和全氮及人工林的碳氮比的块金值/基台值均＜25%,具有强烈的空间相关性;原生林碳氮比和次生林的3个土壤性质指标的块金值/基台值在32.6％～41.7％之间,具有中等的空间相关性;人工林各指标的变程明显大于次生林和原始林。Kriging插值结果表明,3个区域内有机碳和全氮的空间分布均具有显著的相似性,碳氮比变化则较不规则;人工林和原生林土壤有机碳、全氮含量呈片状平缓变化分布,次生林土壤有机碳、全氮含量及碳氮比呈支离破碎的斑块状分布。高度异质性的小生境决定了土壤有机碳、全氮和碳氮比的空间结构和格局,而受重度人类活动干扰的人工林和未受干扰的原生林空间异质性较次生林降低。     

浅层地下水埋深、矿化度及硝酸盐污染的空间分布特征

对银川平原101个观测井取样分析,测定了其浅层地下水位埋深、矿化度及硝酸盐含量。应用地统计学方法结合GIS技术对数据进行了分析。结果表明,地下水埋深服从正态分布,而矿化度和硝酸盐服从对数正态分布。银川平原地下水位埋深、矿化度和硝酸盐含量的平均值分别为1.78m,1.81g/L和3.17mg/L。三者在一定范围内均存在空间相关性,它们的空间相关距离分别为23.7、13.3和12.6km。运用Kriging方法对未测点进行了估值,绘制了三者的空间分布图。银川平原地下水埋深总体较浅,研究区约有75.1%的地区地下水埋深为1.5～2.0m,发现在平原中部的银川地区一带形成了以新旧城区为中心的地下水位降落漏斗区。地下水矿化度在整个平原内自西南向东北呈逐渐升高的趋势,其中66.4%的区域达到了农田灌溉水质标准。仅有3.7%的局部地区的地下水硝酸盐含量超过了饮用水水质标准。     

贵州省中部喀斯特山区城镇化对浅层地下水氮磷的影响及评价

以贵州中部普定县后寨河喀斯特流域为研究对象,采集林区、农区、村寨居民区、城镇居民区常年流出的泉水进行化学分析,探讨城镇化对喀斯特山区浅层地下水氮磷含量的影响及水质的变化。结果表明,调查区内浅层地下水中NO3-浓度变化范围在1.18～43.6 mg/L,NH4+浓度变化范围在0.017～0.290mg/L,其中村寨居民区浅层地下水中NO3-,NH4+含量达Ⅲ类水质标准,城镇居民区NH4+含量超过Ⅲ类水质标准;总磷含量变化范围在0.012～0.682mg/L,城镇居民区、村寨居民区总磷含量超过直接影响水质的限值。喀斯特山区城镇化造成地下水氮、磷含量增加,从而明显影响地下水的质量。     

秸秆还田替代化学钾肥对喀斯特峰丛洼地春玉米产量及土壤钾素的影响

基于中国科学院环江喀斯特站2006年开展的玉米/大豆套作长期定位施肥试验,利用2010—2014年监测数据,研究等量氮磷钾投入条件下,不同处理[对照(不施肥,CK)、全量化肥(NPK)、秸秆还田替代30%化肥钾(C7S3)、秸秆还田替代60%化肥钾(C4S6)]间秸秆还田与化肥施用的效果差异,以期为喀斯特峰丛洼地农田生态利用秸秆还田替代化肥量提供科学依据。结果表明:1)施肥处理5年春玉米平均产量是不施肥处理的4.12~4.17倍,C7S3和C4S6处理产量分别是NPK处理的98.3%和98.7%,施肥处理玉米产量及秸秆量均随时间呈增长趋势。2)施肥使玉米秸秆中含钾量、春玉米籽粒吸收氮磷钾量均显著高于不施肥处理,但施肥处理间无显著差异(P0.05)。3)在钾素回收率、钾素吸收利用率、钾肥农学利用率以及钾肥偏生产力方面,C7S3和C4S6处理与全量化肥NPK处理间均无显著差异(P0.05)。4)NPK处理年均钾素盈余量为3.00 kg·hm~(-2),显著高于C7S3处理(-1.90 kg·hm~(-2));而C4S6处理钾素年均盈余量最大,为8.22 kg·hm~(-2),实际平衡盈余率为7.4%。5)与试验初期相比,不施肥处理土壤速效钾含量下降15.9%,施肥处理极显著增加了土壤中速效钾含量(P0.01);5年间施肥处理间年均速效钾含量增幅大小依次为:NPKC7S3C4S6,各处理间差异不显著(P0.05)。6)经过8年耕作,土壤缓效钾含量在CK和C4S6处理中分别下降10.9%和4.9%,NPK和C7S3处理分别增加1.3%和22.4%。综上所述,秸秆还田替代部分化肥钾的施肥措施运用在喀斯特峰丛洼地可在保持春玉米较高产量的同时,维持土壤钾素动态平衡;其中60%秸秆钾替代量更有利于维持钾素表观平衡,而30%的秸秆钾还田量则更有利于土壤缓效钾的积累。     

河套灌区年内地下水埋深与矿化度的时空变化

该文以内蒙古河套灌区为研究区域,应用统计学方法、普通Kriging、Arc GIS9.0和GS+等工具,分析2003年3个不同特征季节的地下水位埋深和矿化度的时空分布规律。分析表明：在3月份灌区浅层地下水埋深平均为2.5 m,且绝大部分区域地下水矿化度＜4 000 mg/L;随着夏灌、秋灌、秋浇后,在11月时浅层地下水埋深减小为1.0 m,且大部分区域地下水矿化度＞5 000 mg/L。灌区浅层地下水埋深由灌区西南向东逐渐递减,且自南向北逐渐递增。灌区西北和东南部的地下水矿化度相对较高,中间部分相对较低。浅层地下水埋深与矿化度之间线性关系不明显,但是在特定地区浅层地下水埋深的时空分布规律能够定性地反映出矿化度的时空分布规律,即浅层地下水埋深较大时,相应的矿化度较小;浅层地下水埋深较浅时,相应的矿化度较大。     

典型峰丛洼地坡面土壤水分动态变化的时序分析

采用时间序列分析方法，分析了2004年5～9月广西环江典型峰丛洼地坡面上6种土地覆被类型10，20cm土壤水势与降水动态变化的相关关系。结果表明：（1）灌丛与板栗覆草土壤中的水分较充裕，其含量受天气的波动变化较小，对降水的影响具有缓效性、长期性的特点；（2）坡耕地中水分含量较低，随降雨的波动变化剧烈，但南瓜的地上植株部分对土壤水分的调节保持有积极作用；（3）撂荒草地与木豆土壤水分含量的层间差异都较显著，对降水响应的即时性也强，但撂荒地20cm土层对降水的响应期长些，能保证短时间内向10cm土层的水分补给；（4）处于幼龄期的板栗，土壤水分变化反映的是仅受天气影响下的自然裸露坡地的状况，变化介于灌丛、板栗覆草和撂荒草地、木豆之间。     

广西岩溶地区水稻土发生特性及其在中国土壤系统分类中的归属

为明确广西岩溶地区水稻土在中国土壤系统分类中的归属，以该区域不同母质发育的水稻土为研究对象，挖掘20个典型剖面，通过野外观测、分层取样与分析，依据《中国土壤系统分类检索（第三版）》进行分类检索。结果表明，大多剖面出现明显的复钙现象。供试剖面的系统分类高级单元归属为人为土土纲，水耕人为土亚纲，潜育、铁聚和简育水耕人为土3个土类，复钙、铁聚和普通潜育水耕人为土、复钙和普通铁聚水耕人为土、复钙和普通简育.水耕人为土7个亚类，在系统分类基层单元归属上，可划归出17个土族和续分为20个土系。考虑广西地区水耕人为土耕作层Ap1碳酸钙相当物含量往往低于犁底层Ap2的现象，而现行水耕人为土复钙亚类的检索中“表层土壤”的“表层”不尽明确而可能导致的亚类误判，建议将其修改为“水耕表层（耕作层或犁底层）土壤”；另外，由于实际调查发现广西地区的一些铁聚水耕人为土也具有复钙特征，建议在检索中增设复钙铁聚水耕人为土亚类。     

气候变暖背景下西北脆弱带近54年降水季节变化特征

利用西北脆弱带40个气象站点1961—2015年降水量数据资料,采用趋势线拟合、线性倾向估计、普通Kriging插值等数理分析方法,对西北脆弱带近54年的降水量季节变化特征进行了分析。结果表明:（1）随着全球变暖趋势越来越明显,西北脆弱带近54年间降水量总体呈减少趋势;（2）该区年均降水量空间变化大致是沿东南—西北方向呈现由多到少的过渡,年均降水量倾向率空间变化则大致沿东南—西北方向呈现由减少到增加的逐步过渡;（3）该区54年间四季降水距平变化趋势为春、夏、冬三季的降水量呈增加趋势,秋季降水量呈减少趋势,变化速率为夏季 > 冬季 > 春季 > 秋季。四季降水量的空间差异明显,大致都沿东南—西北方向呈现由多到少的逐步过渡趋势。     

喀斯特峰丛洼地原生林区土壤矿质元素空间异质性研究

运用经典统计学和地统计学方法研究了喀斯特峰丛洼地原生林保护区土壤矿质元素钙、镁、硅、铁、铝、锰的空间变异和相关关系,结果表明,在喀斯特峰丛洼地原生林区土壤矿质元素存在空间上的异质性。从半变异函数的模型拟合来看,块金值与基台值的比均小于25%的标准,表明变量具有强烈的空间相关性,且由结构性因素引起的空间变异占主导因素。Kriging等值线图显示,在不同的坡位出现了高值区和低值区,硅、铁和铝在中上坡出现高值区,而钙、镁和锰在中下坡出现低值区,这6个指标在研究区域均出现围绕1~3个中心点聚集分布出现高值或低值区,说明气候、母质、地形和微地貌对喀斯特原生林区土壤矿质元素空间变异起主导作用。     

近20年塔里木河干流区地下水埋深变化特征及其生态效应研究

基于塔里木河干流区近20年水文生态变化监测资料,研究了其地下水埋深时空变化特征与河道来水的相互关系及其生态效应。结果表明:塔河干流上中游段地下水埋深年度变化呈枯水期3—4月变幅在0.42～0.92 m,汛期7—9月变幅在1.06～3.67 m。经近20年的生态输水,2009—2017年9年间下游段地下水埋深平均抬升了3.75 m,地下水埋深随输水量的变化明显,总体上在输水停止后1月内达到峰值,而后逐渐降低,直至下一次输水才会明显回升。2009年之后的生态输水对下游植被恢复效果明显,下游NDVI平均值由0.05提升至0.15。本研究系统分析了塔里木河干流区生态输水以来区域生态环境对地下水的综合响应,可为区域水资源调控和进一步量化输水效益提供理论依据。     

降水对华北农业区地下水保障能力的影响

[目的] 评估降水对华北农业区地下水保障能力的影响,为该区地下水资源可持续利用提供理论依据。[方法] 建立地下水保障能力(F)评价理论体系,采用地学统计、关联度分析等方法,分析降水对地下水保障能力影响的时空特征。[结果] ①随降水量变化,F值空间分布变化明显,多年平均和丰水年以“基本保障”分布为主,枯水年则以“难以保障”为主; ②随降水量变化,不同区位F发生频次亦不同。在燕山山前平原和太行—冀中平原,当降水频率分别＞75%和＞50%时,F值均在0.5以下;太行—豫北平原,当降水频率＜75%时,F值升高至以大于1.0的频次为主;中部—豫北平原,当降水频率＜50%时,F值均增大至1.0以上;当降水频率＜25%时,中部—鲁北平原和滨海平原F值均增大至0.5以上,而中部—冀中平原只有少数年份F大于0.5。[结论] 降水是影响地下水保障能力的重要因素,对平水年和枯水年仍为“较高保障”的区域可适当扩大农业种植规模,对丰水年为“难以保障”和“较低保障”的区域,应适当压缩农业种植规模。     

地下水浅埋区土壤水TDS变化规律分析

土壤水的研究对农田水利、水文地质、生态与环境等具有很重要的意义,本文研究了黄河三角洲地区土壤水TDS变化规律及其影响因素。在研究区设立了3个试验点,分别观测裸地、棉花地和芦苇地包气带水分变化,并利用陶土头负压法获取各试验点不同深度的土壤水样。水样分析结果表明,土壤水的TDS主要与地表覆盖类型、包气带岩性和地下水及其埋深有关。