喀斯特森林生态系统的小生境及其土壤异质性

通过对贵州南部茂兰喀斯特森林生态系统中小生境的土壤进行调查及采样分析,探讨喀斯特微地貌的土壤多样性及土壤性质的变化。结果表明:在小生境地表微形态和微地貌空间变异的影响下,石坑、石沟、石缝、石洞和土面的土壤分布及其性质出现明显的水平空间变异。石洞土壤砂粒含量、>5 mm团聚体数量、容重明显高于石坑、石沟、石缝和土面的土壤,而<1 mm团聚体数量、通气孔隙度及腐殖酸、全氮、全磷、有效氮的含量则相反;石坑土壤<1 mm团聚体数量、通气孔隙度及有机碳、腐殖酸、全氮、有效磷、有效钾、有效铜、有效锌的含量显著高于石洞、石沟、石缝和土面的土壤,而黏粒含量、>5 mm团聚体数量、容重则明显低于土面、石沟和石缝的土壤;石沟土壤的黏粒含量显著低于土面和石缝的土壤,而<1 mm团聚体数量及有机碳、腐殖酸、全氮的含量则相反;石缝土壤有机碳、有效钾的含量明显低于土面、石沟的土壤。初步将喀斯特微地貌的土壤类型分为石洞型、石缝型、土面-石沟型和石坑型,其中土面-石沟型土壤分布最多,其次为石缝型。     

典型喀斯特山区的森林蓄积量遥感估算

[目的] 通过森林蓄积量的遥感监测了解喀斯特地区森林生态系统的健康状况和生态功能,为该地区碳汇监测与评估以及森林管理与决策提供理论依据。 [方法] 本研究选取典型喀斯特山区为研究对象,基于Sentinel-2A影像和样地调查数据,结合随机森林(RF)、K近邻回归(KNN)和BP神经网络3种机器学习模型,在山地坡度条件约束下开展森林蓄积量反演研究。 [结果] ①单波段反射率、植被指数和纹理特征等遥感因子在不同地形约束条件下的表现不同,建立模型的最优子集均不同,不同立地条件下建立蓄积量估测模型均有差异。 ②在喀斯特山区森林蓄积量估算中,RF相比KNN和BP模型鲁棒性和适应性最强。在缓坡、斜坡、陡坡立地条件下,RF模型精度分别达到80.1%,79.0%,80.5%。 [结论] 喀斯特山区空间异质性强,不同坡度立地条件下参与蓄积量遥感估测的建模自变量因子均不相同。坡度的划分可以细化复杂场景遥感估算模型,提高蓄积量遥感估算精度。     

木论喀斯特森林水土流失规律研究

森林水土流失是森林水文生态效益评价的重要指标。通过坡面径流小区测流法,于2006—2010年连续5a对木论喀斯特森林及灌草坡植被进行水土流失的对比观测研究。结果表明:(1)林地年地表径流量为0.78～2.85mm,年均值为1.77mm,占年均降雨量的0.10%,比灌草坡(5.87mm)减少了69.8%;(2)林地年土壤侵量为9.9～28.5kg/hm2,年均值为17.7kg/hm2,比灌草坡(58.7kg/hm2)减少了69.8%;(3)林地年养分(N,P,K)流失量为0.008～0.028kg/hm2,年均值为0.019kg/hm2,比灌草坡(0.064kg/hm2)减少了70.3%;(4)土壤及养分流失主要集中在5—8月,分别占全年流失总量的76.3%,92.7%,与该区同期降雨量的年内分配相匹配。     

喀斯特森林植被自然恢复过程中土壤有机碳库特征演化

采用空间代替时间的方法,研究了茂兰喀斯特森林自然恢复过程中土壤有机碳库特征,结果表明:土壤容重(0～10 cm土层0.94～1.15 g cm-3,＞30 cm土层0.98～1.19 g cm-3)、石砾含量(0～10 cm土层19.93 ～26.61％,＞30 cm土层20.36 ～32.11％)随恢复进展而减少,随土层加深而增加;土壤容积(0～10 cm土层20.13 ～22.02 m3,＞30 cm土层4.16～6.87 m3)、有机碳含量(0 ～10 cm土层21.14 ～52.67 g kg-1,＞ 30 cm土层11.15 ～25.93 g kg-1)、有机碳密度[(0 ～ 10 cm土层1.91 ～4.03 kg m-2,＞ 30 cm土层0.39～1.96 kgm-2)、有机碳储量(900 m2样地0 ～ 10 cm土层0.538 ～0.883 t,＞30 cm土层0.039 ～0.137 t)、易氧化碳含量(0～10 cm土层5.28 ～33.25 g kg-1,＞ 30 cm土层5.98 ～ 14.13 g kg-1)均随恢复进展而增加,随土层加深而减少;随恢复进展0 ～ 20 cm土层有机碳稳定性增强、活性降低,＞20 cm土层则相反;随土层加深有机碳稳定性增强、活性降低;土壤有机碳随恢复进展总体上具碳汇效应,且早期其量少质低、表聚性强、碳汇效应不显著、固碳潜力大,后期则相反.加强保护喀斯特森林,使其自然恢复,有利于土壤质量的提高和有机碳的累积.     

用土壤温度估算表层土壤导温率与热通量的研究

对比研究了6种用土壤湿度计算表层土壤导温率的方法结果表明，振幅法、相位法、反正切法、对数法虽需较少观测值，计算简单，但结果却不太稳定；谐波法计算过程虽较复杂，但导温度的估算值较稳定，是最可靠的方法之一。利用计算的土壤导温率估算近地表土壤热通量，结果与由温度积分法决定的土壤热通量值非常一致。     

喀斯特森林随降水流动的主要元素动态研究

研究了喀斯特森林随降水流动的主要元素动态。结果表明:随降水流动的NO3-,NH4 ,K ,Ca2 ,Mg2 ,SO42-,Cl-,Na 浓度,在林隙、林内、树干茎流和溪流水中的月动态以夏季较低、冬季较高。沿着"大气→森林→集水区溪流水"的流动轨迹,部分离子浓度呈"富集"或"扩散"状态。按其空间分布式样可划分为:持续富集型,包括Ca2 和Mg2 ;地表富集型,包括K ,Na ,Cl-,NO3-和NH4 ;其它型,包括SO24-。黔中喀斯特山地每年随降水输入森林-土壤系统的N量为9.479~12.692 kg/(hm2.a),随地表径流和90 cm壤中流的流失量为0.452~0.727 kg/(hm2.a),净增量为9.027~11.965 kg/(hm2.a),占森林-土壤系统总量的0.08%~0.10%;K的相应量分别为12.749~19.557 kg/(hm2.a),1.701~4.670 kg/(hm2.a),8.071~17.856 kg/(hm2.a),0.01%;Ca的相应量分别为50.800~84.064 kg/(hm2.a),10.103~12.939 kg/(hm2.a),40.697~71.125kg/(hm2.a),0.39%~1.29%;Mg的相应量分别为9.712~16.287 kg/(hm2.a),1.590~3.439 kg/(hm2.a),8.122~12.848kg/(hm2.a),0~0.03%。     

亚热带喀斯特森林的水土保持效益研究 ——以贵州茂兰国家级自然保护区为例

茂兰喀斯特森林是亚热带地区幸存下来的一片面积最大,分布最集中,原生性最强的喀斯特森林.通过一年多时间的连续观测发现在1 593.2 mm的年总降雨量中,有207.4 mm被林冠截流,占13%;有119.1 mm为树干径流,占7.5%;森林穿透雨为1 266.7 mm,占79.5%.枯枝落叶的最大持水率可达235.67%,岩面苔藓的最大吸水率可达650.35%,腐殖土的最大持水率为64.43%,而钙质土的最大持水率仅为45.25%,腐殖土比钙质土的持水性高12%～22%.在自然失水过程中,失水速度为岩面苔藓＜钙质土＜腐殖土＜枯枝落叶.同一场降雨非森林喀斯特地区比森林区更易形成地表径流,且无森林覆盖区的地表径流的含沙量很大,森林区的含沙量只有非森林区的5.57‰～13.74‰,为此喀斯特森林具有很强的保护水土能力.     

亚热带喀斯特森林的水土保持效益研究——以贵州茂兰国家级自然保护区为例

茂兰喀斯特森林是亚热带地区幸存下来的一片面积最大 ,分布最集中 ,原生性最强的喀斯特森林。通过一年多时间的连续观测发现 :在 15 93.2 m m的年总降雨量中 ,有 2 0 7.4 mm被林冠截流 ,占 13% ;有 119.1m m为树干径流 ,占 7.5 % ;森林穿透雨为 12 6 6 .7m m,占 79.5 %。枯枝落叶的最大持水率可达 2 35 .6 7% ,岩面苔藓的最大吸水率可达 6 5 0 .35 % ,腐殖土的最大持水率为 6 4 .4 3% ,而钙质土的最大持水率仅为 4 5 .2 5 % ,腐殖土比钙质土的持水性高 12 %～ 2 2 %。在自然失水过程中 ,失水速度为岩面苔藓 <钙质土 <腐殖土 <枯枝落叶。同一场降雨非森林喀斯特地区比森林区更易形成地表径流 ,且无森林覆盖区的地表径流的含沙量很大 ,森林区的含沙量只有非森林区的 5 .5 7‰～ 13.74‰ ,为此喀斯特森林具有很强的保护水土能力。     

桂西北喀斯特山地草地土壤养分季节变化规律及其对植被多样性的响应

基于对不同季节喀斯特山地草地植被多样性和土壤生境的调查数据,采用Pearson相关系数法和主成分分析法研究土壤养分季节动态及其对植被的响应。结果表明:喀斯特山地草地植被多样性指数、丰富度指数、优势度指数和均匀度指数基本表现为夏季和秋季高于春季和冬季。地下土壤养分与地上植被多样性各指数的季节变化趋势相一致,间接反映了喀斯特山地草地生态系统地上植被与地下养分之间的协同性关系,与地上植被多样性季节变化相比,地下土壤养分的季节性变化并没有表现出滞后性。Pearson相关性分析表明,土壤养分在一定程度上决定了植被丰富度、多样性指数和植被盖度,土壤全碳、全氮和有效养分起着主导性的影响作用,土壤养分等因子在夏季和秋季对植被多样性的影响(相关系数)高于冬季和春季。不同季节喀斯特山地草地土壤养分垂直方向均呈现出明显的"表聚性",土壤表层以下,土壤养分急剧降低,并且表层土壤养分显著高于下层(P0.05),局部有所波动,而不同季节土壤全磷含量在各土层间差异不显著(P0.05),由此可知,季节变化并没有改变其垂直分布规律。从变异系数来看,相同土层土壤有效养分变异系数高于土壤全量养分,表明土壤有效养分较土壤全量养分更为敏感。冗余分析的结果显示喀斯特山地草地植被丰富度指数、多样性指数、优势度指数和植被盖度之间均呈正相关,与土壤各养分之间均呈正相关,随着显著性影响因子(土壤养分各指标)的增加,丰富度指数、多样性指数、优势度指数和植被盖度均逐渐增加。研究结果较好地显示了地下土壤养分对地上植被多样性的响应模式,即二者的变化存在一定的同步性,可以看作相互作用和协同影响的有机整体。     

西南喀斯特地区典型土壤碳通量原位监测的研究

为了研究西南喀斯特地区典型土壤碳通量特征,以不同植被类型和不同土石界面为研究对象,原位测定3种土壤(红壤、棕色石灰土和黑色石灰土)2个界面(土面、土石面)的乔木林地和灌丛的土壤碳通量,并用土壤碳通量的日变化和季变化指示土壤有机碳转化过程.结果表明,在雨季各土壤碳通量均高于旱季.棕色石灰土在2种植被类型条件下均没有红壤土壤碳通量稳定,受湿度影响大于红壤.黑色石灰土中,灌丛的土石面土壤碳通量与土面差异小于乔木林地,乔木林地中土面土壤碳通量显著大于土石面,土面在7月出现最高值(3.0μmol m2/s),土石面在6月出现最高值(1.5μmol m2/s);灌丛土面土壤碳通量最高值出现在7月(3.0μmol m2/s),土石面6月出现最高值(1.9 μmol m2/s).喀斯特地区土壤碳通量的变化因土壤类型不同而存在差异,土面和土石面的喀斯特土壤碳通量差异受气候、季节和植被的影响较大.     

黔中喀斯特城市新区森林生态系统水土保持及其生态效益

[目的] 研究黔中喀斯特城市新区——贵州省贵阳市观山湖区森林生态系统的水土保持及其生态效益,旨在科学评价该区生态建设成效,为喀斯特城市新区资源环境可持续利用,森林高质量发展提供科学依据。[方法] 基于多源遥感数据提取2000,2010和2020年观山湖区森林生态系统分布格局,利用土壤保持模型和水量平衡方程计算土壤保持量和调节水量,采用市场价值法和影子工程法计算其生态效益价值量。[结果] ①观山湖区森林生态系统面积2000—2010年从10 892.74 hm²增加到15 571.90 hm²。随着城市扩张的加快,森林面积持续减小,到2020年减少为13 937.54 hm²。由于生态工程和城市扩张的双向长消作用,森林生态系统在过去20 a中的变化幅度很大。②森林生态系统的固土保肥和水量调节价值量总体上呈增长趋势,单位面积生态效益有所提高,但因森林生态系统面积减少,固土保肥和水量调节生态效益增势趋缓。③单位面积土壤保持量大小顺序表现为：针叶林>针阔混交林>灌木林>阔叶林>其他林;调节水量大小顺序表现为：针叶林>阔叶林>针阔混交林>灌木林>其他林;针叶林固土保肥、水量调节生态效益价值总量最大,灌木林次之。灌木林发挥着十分重要的固土保肥和水量调节生态效益。[结论] 观山湖区森林生态系统面积变化幅度大,2000—2010年面积大幅增长,近年来呈现减少趋势,但单位面积生态效益不断提高,在固土保肥和水量调节方面发挥着重要作用。在城市新区开发中,需要十分重视森林生态系统的保护。     

喀斯特土壤与喀斯特区域土壤关系的探讨——以贵州省普定县后寨河小流域为例

当前喀斯特石漠化治理研究中出现了一个新词汇即喀斯特土壤。通过对喀斯特土壤已发表文献的研究并结合后寨河小流域内2 755个土壤剖面信息,探讨了喀斯特区域内土壤类型及其差异,对喀斯特土壤进行了定义并辨析了在纯碳酸盐岩地区喀斯特土壤与喀斯特区域土壤的区别。结果表明:后寨河流域共有石灰土、水稻土和黄壤3大土类,石灰土主要分布在海拔1 250 m以上的区域,且随着海拔的升高,分布相应增多,水稻土和黄壤主要分布于海拔1 350 m以下的区域;石灰土主要分布在流域东部峰丛洼地及中、西部山峦上,水稻土主要分布在流域东部洼地及中部河流西侧,黄壤分布无明显规律;不同土类剖面形态特征差异较大,石灰土平均土壤厚度(49.68 cm)低于水稻土(84.33 cm)和黄壤(85.54 cm),但石灰土平均石砾含量(7.94 g/kg)却远高于水稻土(4.28 g/kg)和黄壤(4.54 g/kg);石灰土、水稻土和黄壤的土壤厚度与坡度均呈负相关关系,平均坡度分别为18.92°、1.52°和3.23°。根据喀斯特的定义,喀斯特土壤应是喀斯特岩石发育形成的石灰土,而不应理解为分布在喀斯特区域的土壤,但大量文献中存在着...     

不同含水率下日光温室土壤温度变化规律的峰拟合法拟合

为了探讨中国西北寒冷干旱地区冬季日光温室内土壤含水率和温度变化规律,该文对内蒙古呼和浩特市日光温室内土壤温度和含水率进行了测试,并利用峰拟合法对不同含水率下的土壤温度进行了拟合。试验表明,在强蒸发条件下,随着土壤温度的升高,土壤非饱和导水率提高,从而将干湿发生面下方的液态水引入干湿发生面。峰拟合函数的最小拟合度为0.95907。通过计算得知,降低含水率能提高白天和夜间的土壤平均温度。验证估计Extreme函数得知,只要确定偏移y0、中心xc、宽度w、幅值A即可得土壤温度对时间的变化函数。该方法可以有效地减少测试点的数量,并把离散的数据点转化为连续函数从而进行微积分分析,提高检测效率。     

喀斯特森林表层土壤持水能力空间分布特征及其影响因素

[目的] 探究喀斯特森林表层土壤持水能力空间分布特征及其影响因素,为提升该地区森林土壤水源涵养能力提供科学参考。 [方法] 以贵州省茂兰喀斯特原始森林表层土壤(0—10 cm)为研究对象,采用环刀法与室内浸泡法对土壤物理结构和持水特性进行测定,并利用方差分析、RDA分析等方法探究不同地形部位土壤持水能力空间分布差异及其影响因素。 [结果] ①土壤物理特征呈高异质性,土壤容重、土壤含水量、孔隙度、机械组成等在不同坡向、坡位和海拔间均具有显著性差异。 ②土壤持水率在不同坡向间差异最显著,土壤持水量在不同岩石裸露等级间差异最显著。土壤最大持水率、毛管持水率、饱和持水量与毛管持水量均随着坡位和海拔的增加而增加,且随着岩石裸露等级的下降而增加。土壤综合持水能力在低裸露、低海拔地区较好。 ③相关分析表明,地形特征、土壤物理特性与土壤持水率的相关性更强,林分特征与持水量的相关性更强,林分密度与持水量显著负相关,平均胸径、平均树高与持水量显著正相关。 ④PCA分析结果表明,土壤持水量是表征茂兰喀斯特森林表层土壤持水性能的第一主要因子,土壤持水率为第二主要因子,主成分一、二累计贡献率为77.5%。RDA分析结果表明,土壤孔隙度、岩石裸露等级是茂兰喀斯特森林表层土壤持水能力的主要影响因素。 [结论] 茂兰喀斯特森林土壤持水能力具有高异质性,在不同地形部位间差异显著,非毛细孔隙度(P_nc)是影响土壤持水能力的主要因子。     

喀斯特峡谷不同植被类型土壤的呼吸及其温度敏感性

[目的]了解喀斯特地区植被恢复对土壤碳释放的影响,为精确估计区域土壤碳收支变化提供参考。[方法]以喀斯特峡谷地区典型植被类型(草地、稀灌草丛、灌丛和乔木林地)为研究对象,采用Li-8100便携式土壤呼吸仪对其土壤呼吸、土壤温度和土壤水分进行定位连续观测,系统研究土壤温度(T)和土壤湿度(W)对土壤呼吸速率(Rs)的影响。[结果](1)草地、稀灌草丛、灌丛和乔木林4种植被类型土壤呼吸均呈单峰型季节动态,土壤呼吸速率的最大值均出现在夏季,最小值出现在冬季,其土壤呼吸速率变化范围分别为0.73~1.21,1.20~1.48,1.54~2.41,1.86~2.95μmol/(m2·s);观测期内,土壤呼吸速率均值分别为1.65,2.76,2.45,3.43μmol/(m2·s)。(2)土壤温度是影响土壤呼吸速率的主导因素,单因素指数模型显示土壤温度对土壤呼吸速率变化的解释能力为72.37%;三次项模型表明土壤水分的贡献率为43.9%。双因素关系模型较好地反映了土壤温度、湿度对土壤呼吸的影响,二者可共同解释土壤呼吸变化的81.5%~91.2%。(3)土壤呼吸的温度敏感性指数Q10值与土壤温度和湿度均呈显著负相关(p0.05)。[结论]4种植被类型土壤呼吸及其温度敏感性同时受土壤温度和水分影响,当土壤含水量过低或过高时,土壤温度的主导作用相对减弱,土壤湿度的影响作用加强。     

土壤温度上升与森林衰退

土壤温度上升可能会引起土壤产生过量的ＨＮＯ３，而过量的ＨＮＯ３在酸性土壤中导致Ａｌ＾３＋浓度的升高和盐基阳离子的流失，使养分失调，细根坏死，土壤温度上升还可能会改变土壤有机质动力学、土壤水文学和土壤物理学，从而改变森林生境特征，影响森林的正常生长。     

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.     

喀斯特石林发育的土壤学视角

在对云南路南石林的实地研究基础之上，结合前人的研究成果，文章对喀斯特地区的成土过程和土壤侵蚀对石林发育的影响进行了探讨。研究表明，土壤是石林向深性发育的原动力。土壤CO2和土壤水组合形成的土下强溶蚀带的存在使得石林通过土下溶蚀不断增长拔高，但溶蚀下限一般在土下10m以内。表土的剥蚀使土壤趋于减少，一旦其速率大大快于成土速率，将导致土壤变薄，石林的向深性发育也将因此而停滞并走向消亡。