典型喀斯特峰丛洼地降雨特性及浅层地下水埋深变化特征

以桂西北典型喀斯特峰丛洼地连续6年(2006-2011年)的降雨资料和浅层地下水埋深的实测数据为基础,分析研究区降雨特性和浅层地下水的变化特征。结果表明:研究区虽然降雨丰富,但年际变化大且季节分布不均。除2008年为丰水年(1 979.8mm)、2011年为欠水年(1 127.3mm)外,其余年份均为平水年(1 302.7～1 510.1mm);降雨主要集中在4-9月(雨季),其占全年降雨量的比例表现为平水年(82.4%～85.1%)>丰水年(74.7%)>欠水年(65.9%);有效降雨次数、累计有效降雨量和最大日降雨量有随年降雨量增加而增加的趋势;60min雨强大于16mm/h的降雨和最大日降雨量的最大值分别为67.4mm/h和152.9mm,主要集中在5-8月;年内50%以上为无雨天气,其中,平均出现26次连续3d以上,5次连续10d以上的无雨天气,不同水文年差异不大,且多发生在旱季,年降雨量并未因无雨天数的增加而降低。雨季地下水埋深约为2m,旱季大于3m,呈中等变异,且雨季大于旱季;地下水埋深年内随降雨呈单峰型分布,但峰值维持时间短,前期降雨对地下水位的涨落有重要影响。     

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。     

桂西北峰丛洼地土壤水动力学性质对不同退耕措施的响应特征

以桂西北峰丛洼地石漠化治理区耕地(CL)为对照,结合原位入渗和数值模拟的方法,评估了2种典型退耕方式(自然退耕(NR)、任豆牧草(ZN),始于2007年)对土壤水动力学性质的影响。结果表明:土壤饱和导水率Ks基本呈现为CLZNNR;退耕对表层(0—10cm)和底层(30cm)Ks影响较大,其中表层和底层Ks分别提高了49.0%(ZN)和51.9%(NR),底层则分别提高了33.1%(ZN)和21.1%(NR)。参数α和n分别呈现为CLZNNR以及CLNRZN的规律,而保水性(基于残留含水率θr、饱和含水率θs,参数α和n计算得出)则呈现为CLNRZN。这说明NR和ZN 2种退耕方式对土壤水文性质均有一定改善作用。统计分析表明,CL、NR和ZN三者的土壤水动力学参数差异均无显著性(P0.05),这主要是由退耕对土壤水动力学性质的影响相对缓慢和土壤空间差异共同导致的。研究结果可为石漠化治理和生态重建提供参考依据,也可为原位确定土壤水动力学参数提供方法参考。     

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。     

桂西北岩溶山区峰丛洼地土壤水分动态变化初探

土壤水分是岩溶山区植被恢复和生态环境建设的关键性限制因素。在桂西北岩溶山区峰从洼地，分析了不同利用方式坡面、洼地土壤水分的动态变化规律，结果表明：坡面土壤水分（0～20cm）为中等变异，不同利用方式间具有一定的差异，自然灌丛、撂荒地土壤含水量较高，但板栗、木豆林地土壤含水量较低，且易受外界条件的干扰，其栽种早期应注意采取一定的蓄水保墒措施；与坡地相比，洼地受外界条件的干扰相对较小，土壤剖面含水量为增长型，其变化主要发生在表层，为中等变异；土壤水分沿坡面的分布规律较为复杂，在植被类型相对一致的条件下，坡位的影响相对较小。     

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。     

喀斯特峰丛洼地坡面土壤水分空间变异研究

以线形取样方式测定了喀斯特峰丛洼地坡面表层(0～5、5～10、10～15 cm)的土壤水分,采用经典统计结合地统计学方法分析了其空间分布特征及变异结构。结果表明：在坡面特定土地利用结构下(上坡到下坡分布有自然坡地、退耕地和耕地),表层土壤水分沿上坡向下具有不断减小的变化趋势,坡面纵向和横向土壤水分均呈中等变异,横向上由于特殊的土壤分布和地形地貌特征使得变异程度较纵向强烈,土地利用和坡度因子是造成坡面土壤水分分布和变异的重要因素;半方差分析显示,坡面表层土壤水分具有明显的块金效应和较大的基台值,呈中等或较强的空间相关性,土壤水分总体上具有较好的变异结构和空间连续性,因此可以应用地统计学方法在该地区开展土壤水分空间变异研究。     

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。     

桂西北喀斯特区域土壤水分动态变化研究

于2004年9月至2005年4月，对桂西北喀斯特峰丛洼地中耕地、牧草地和撂荒地3种利用类型的土壤水分进行定位观测，并研究了其受典型降雨过程的影响。结果表明，3种土地类型表层（0-20cm）土壤含水量最低但波动最大，越到底层含水量增加且波动变小，根系吸收和蒸腾耗水等因素使得牧草地表层土壤水分小于耕地。典型降雨对土壤水分的影响十分明显，但各利用类型土壤含水量对降雨的响应时间有所不同，耕地和牧草地表层土壤水分含量均在雨后1d就显著增加，底层在雨后6～8d才达到最高；而撂荒地在雨后3d的剖面（0-30cm）土壤含水量就达到最大值。研究发现3种类型中牧草地表层土壤水分的时间稳定性最差。降水、土地利用（植被）和土壤质地是造成研究区土壤水分变化的主要因素。     

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。     

基于GIS/RS的桂西北土地石漠化与喀斯特地形空间相关性分析

基于GIS、RS技术,探讨喀斯特地形坡度量算的适宜方法,并提取桂西北喀斯特山区地貌类型、坡度、坡向数据,结合2006年桂西北石漠化数据进行地形要素与石漠化空间相关性分析。结果表明：桂西北喀斯特石漠化与地貌类型、坡度有明显的空间相关性,表现在低山和高丘陵地形区的石漠化发生率较高;在0°-25°坡度地形区中,石漠化发生率随坡度增大而平缓下降,大于25°坡度区的石漠化发生率却大幅上升;各坡向的石漠化发生率基本相近,石漠化与坡向没有明显空间相关性。研究结果可为桂西北喀斯特山区土地利用布局、石漠化治理和生态系统恢复提供决策依据。     

等氮配施有机肥对喀斯特峰丛洼地农田作物产量与养分平衡的影响

基于自2006年在广西喀斯特峰丛洼地区开展的长期玉米/大豆套作定位施肥试验,选择2010—2014年监测数据,探讨等氮量投入条件下,不同比例有机肥替代无机氮肥对喀斯特峰丛洼地玉米/大豆套作系统作物产量及土壤养分的影响,为喀斯特峰丛洼地农田作物高效施肥及提高土壤肥力提供理论依据。试验选取4个处理:对照(不施肥,CK)、平衡施用化肥(NPK)、有机粪肥替代30%化肥氮(C7M3,按氮素计算,不足30%的PK用无机肥补充,肥料总量与NPK处理相同,有机粪肥为牛粪,下同)、有机粪肥替代60%化肥氮(C4M6,按氮素计算,不足60%的PK用无机肥补充),每个处理4次重复。于2010年、2012年、2014年大豆收获后采集土壤样品,测定土壤养分状况。结果表明:1)施肥处理土壤有机质、全氮、速效磷及速效钾含量均高于CK处理,其中C4M6处理有机质含量显著高于NPK处理(P0.05),全氮、速效磷和速效钾含量随着有机粪肥施用量的增加而增加。2)长期不同施肥处理玉米和大豆产量分别是不施肥处理的4.15~4.36倍、2.47~2.58倍。不同施肥处理的增产效果为C4M6NPKC7M3,但施肥处理间差异不显著(P0.05)。3)长期不施肥CK处理玉米产量随着试验年限推移呈下降趋势,降幅为5.45 g·m~(-2)·a~(-1),大豆产量却表现出增加趋势,增幅为1.50 g·m~(-2)·a~(-1)。长期施肥处理中,玉米和大豆产量总体呈增加趋势。4)施肥处理中,玉米季表现为钾素亏缺(NPK处理除外),大豆季表现为氮素亏缺。综合两季作物,只有C4M6钾素表现亏缺,亏缺量为7.9 kg·hm~(-2)。磷素在各施肥处理中盈余量较大,分别为81.2 kg·hm~(-2)(NPK)、83.4 kg·hm~(-2)(C7M3)和74.8 kg·hm~(-2)(C4M6)。综上,在喀斯特峰丛洼地玉米/大豆套作制度下,基于作物产量及土壤养分表观平衡特征提出有机粪肥可以代替部分化肥施用,在玉米季适当"减氮、稳磷和增钾",大豆季"稳氮、减磷和减钾"的施肥措施。     

漓江流域岩溶与非岩溶农业小流域水体硝酸盐源解析

为研究岩溶与非岩溶小流域水循环和氮循环的差异,该研究选取漓江流域青狮潭水库灌区内以农业为主的睦洞岩溶小流域和金龟非岩溶小流域为研究对象,利用水的氢氧同位素和硝酸盐的氮氧同位素结合贝叶斯同位素混合模型（Bayesian Model Stable Isotope Analysis in R,SIAR）,对比两个小流域水体硝酸盐的污染源以及迁移过程。结果表明：水体硝酸盐污染的时空分布受流域水文地质及其伴生的地形地貌、土壤特性和土地利用类型的影响,以耕地为主且土壤层分布不连续的睦洞小流域水体硝酸盐的浓度均值（0.19～15.84 mg/L）、水的氢氧同位素（分别为-44.08‰～-19.63‰和-7.24‰～-1.55‰）以及硝酸盐的氮氧同位素（-1.65‰～53.98‰和0.04‰～13.74‰）值域都宽于以林地为主且土壤层相对较深厚的金龟非岩溶小流域;空间分布上,睦洞小流域北部补给区裸露岩溶石山果园下渗的氮肥和中部密集村庄下渗的动物粪便/生活污水在中部构造盆地区分散排泄不畅,造成G4～G7采样点井水的NO3￣浓度均值（11.96～15.84 mg/L）以及氮氧同位素丰度值（分别为0.65‰～28.23‰和2.46‰～14.43‰）偏高;时间尺度上,睦洞小流域碳酸盐岩风化形成的浅薄土壤层持水能力差且渗透性强,导致旱季土壤N和雨季动物粪便/生活污水对水体NO3ˉ的贡献率小于同季节的金龟小流域。研究结果可为岩溶与非岩溶区水环境治理提供科学依据。     

喀斯特地区不同层次土石混合介质对土壤水分入渗过程的影响

桂西北喀斯特地区土壤中常常含有土石隔层,分析其对土壤水分入渗过程的影响有助于深入研究该区水循环机理和促进植被恢复重建进程。通过室内模拟土柱试验,研究了不同土石隔层碎石粒径(5～20,20～40 mm)及土石隔层(土石质量比为1:1)位置(上层(0～20 cm),中层(10～30 cm),下层(20～40 cm))对土壤水分入渗过程的影响。结果表明,碎石粒径为5～20 mm时,土石隔层位于中层时土壤累积入渗量最大。碎石粒径为20～40 mm时,土石隔层位于下层时土壤累积入渗量最大。当土石隔层位置一定时,碎石粒径较小有利于土壤水分入渗;粒径为5～20 mm的土石隔层土壤稳定入渗速率最大,且达到稳定入渗的时间最短,但土层隔层位于下层时均质土壤及不同粒径土壤的稳定入渗速率无显著差异。土石隔层位置和隔层碎石粒径对初始入渗速率没有显著影响;土石隔层位于上层时,土石隔层的存在缩短了水分入渗运移过隔层的时间。土石隔层位于中层时,隔层碎石粒径为20～40 mm时水分入渗到达隔层及运移过隔层的时间最长。土石隔层位于下层时,隔层碎石的存在缩短了水分入渗到达隔层及运移过隔层的时间。Kostiakov入渗模型与Philip方程都可以较好地描述含土石隔层土壤的入渗过程,但Kostiakov入渗模型模拟效果更好。     

中国西北地区降水相态分离及其变化分析

降水相态的转变会对中国西北地区水资源、生态环境和农业生产活动产生非常重要的影响。为明确中国西北地区降水相态转变规律,该研究基于西北地区1961-2017年国家气象站观测的日降水、气温、相对湿度、大气压以及站点高程数据,利用湿球温度动态阈值模型对降雪和降雨进行分离,并对分离结果精度进行验证;基于此分析了区域不同相态降水的时空变化特征,探讨了雨雪分离阈值变化及降水相态的影响因素。结果表明：1961-2017年西北地区不同相态的降水量均呈显著增加趋势,降雨量的增加速率为9.80 mm/10 a,降雪量的增加速率为1.07 mm/10 a,雪雨比呈不显著减少趋势,减少速率为0.07%/10 a。但空间变化趋势具有区域差异性,总体表现为\     

Using Cs‐137 fingerprinting technique to estimate sediment deposition and erosion rates from Yongkang depression in the karst region of Southwest China

Understanding the erosion and deposition rates is very important for designing soil and water conservation measures. However, existing methods of assessing the rates of soil loss present many limitations and are difficult to apply to in karst areas, and there is still very little data in this areas. Karst depressions comprise geomorphologically important sources and sinks for sediments and can provide the long‐term history records of environmental changes. But there have been few similar studies focused on its sediments in the world. In this paper, the Cs‐137 technique was employed to estimate the sediment deposition rate of karst depression to assess the surface erosion. The results indicate that the average deposition rate, deposition amount and specific deposit yield for the Yongkang catchments since 1963 were estimated to be 4·32 mm y⁻¹, 3·16 t y⁻¹and 20·53 t km⁻² y⁻¹, respectively. The results obtained were consistent with the actual monitoring data of local runoff plots, and confirm the validity of the overall approach. So it was suggested that the mean specific sediment yields of 20 t km⁻² y⁻¹ can be representative of the soil loss rates in the regions. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于GIS和RS的中国西北NDVI变化特征及其与气候变化的耦合性

整合遥感和地理信息技术,对中国西北地区近25 a来NDVI时空变化特征及其与气候变化的耦合关系进行了研究,结果表明：高寒草甸和落叶针叶林的NDVI增加趋势较明显,线性倾向率p=0.2%/10 a。枯黄期推后导致NDVI明显增加,线性倾向率达0.27%/10 a;青藏高原、天山南脉的春季气温和北疆、汉中地区的秋季气温上升较明显,半湿润和半干旱过渡地区降水变幅较大;江河源地区NDVI和气温的相关系数达到0.6,河西-阿拉善、南疆等干旱地区NDVI和降水的相关性较高,相关系数为0.65。夏、秋季汉中、祁连和天山