喀斯特坡地土层厚度及养分含量空间分布特征

岩溶作用下,喀斯特坡地溶沟、溶槽普遍发育,岩土分布表现出极强的空间异质性,目前对土壤分布格局及其理化性质变异特征方面的认识还极其缺乏,这严重影响了该区有限水土资源的合理规划和高效利用。本研究通过在喀斯特坡地沿坡向上开挖12条土壤岩石样沟(长24 m,宽1 m),根据土岩结构和土层厚度将样沟分为浅薄土层、中层土层、深厚土层三种样沟类型,分别选取典型样沟,探讨了喀斯特坡地土层厚度及主要养分元素的空间格局特征。研究发现:喀斯特坡地土层厚度变异性较大,变异系数介于12.0%～85.3%之间,土层厚度介于0～430 cm之间。土壤肥力整体较低,综合肥力系数随土层深度增加逐渐减少,除0～10 cm深度土层土壤肥沃程度为一般外,10 cm以下土壤肥沃程度均属贫瘠,即说明土壤养分主要集中在表层,其中全氮、全磷、速效钾与土层深度呈显著负相关关系。本研究为喀斯特区坡地土壤格局及其成土过程积累了详细的野外调查数据,有关土层厚度空间格局及其养分随土深的变化规律能为该区生态服务功能提升、国土资源空间优化布局提供理论依据。     

喀斯特小流域土壤含水率空间异质性及其影响因素

该文基于网格取样(80 m×80 m),利用地统计学和经典统计学方法,研究了典型喀斯特小流域旱季表层(0~10 cm)土壤含水率(soil moisture content,SMC)的空间变异特征,并分析了其与容重(bulk density,BD)、毛管孔隙度(capillary porosity,CP)、非毛管孔隙度(non-capillary porosity,NCP)、土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、碎石含量(rock fragment content,RC)等土壤理化性质以及坡度(slope gradient,SG)、坡向(slope aspect,SA)、裸岩率(bare rock,BR)等地形因子的关系。结果显示,SMC半方差函数的最优拟合模型为指数模型,变程为381.00 m,块基比为0.382,属于中等程度的空间相关性。普通克里格插值结果显示,SMC呈现出随海拔升高而降低的分布规律。Pearson相关分析表明,除SOC外,其他土壤理化指标均对SMC有显著影响(p0.05);各地形因子中仅SG对SMC有显著影响。协方差分析表明,RC、CP和NCP对SMC的方差解释达到显著水平(p0.05),地形部位(上坡、中坡、下坡、洼地)、土地利用类型(乔木林、灌木林、灌草丛、耕地)及二者的交互作用均未达到显著水平。这说明土壤理化性质是影响SMC的直接因素,地形部位和土地利用类型均通过改变土壤理化性质来影响SMC。该结果有利于辨别喀斯特小流域旱季SMC的主要影响因素,从而为该地区土壤水源涵养功能的提高及流域水文过程研究提供科学依据。     

退田还湖工程对洞庭湖生态承载力的影响评价

生态建设的主要目的是提高区域的生态承载力以促进可持续发展,但目前对生态建设效益的评价多为生态建设工程在经济、社会、生态上的影响效益评价,很少对生态建设前后的生态承载力变化进行评价,因而目前的生态建设效益评价对生态建设最终目的的达成效果衡量缺乏借鉴。本研究对退田还湖生态工程建设在提高区域生态承载力方面的效益进行了评价,并将生态承载力理论引入洪涝灾害频发地区,构建了在洪涝灾害风险下的生态承载力评价体系,拓宽了生态承载力理论的应用范围。最后在评价退田还湖对洞庭湖区生态承载力影响的基础上,提出该区今后可持续发展中的关键问题是寻求有效的替代产业,增强经济能力,以更高的生产力来获得更大的资源承载力。     

NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降影响初探

泥沙问题是黄河治理的关键，而黄河泥沙主要来源于中游黄土高原强烈的水土流失。在黄土高原，耕地水土流失面积占耕地总面积的71.3%［1］，其中坡耕地土壤流失量可占流域土壤总流失量的60%～70%［2］。水土流失时，土壤中的养分会随径流及侵蚀泥沙迁入水体［3］，使细颗粒泥沙发生絮凝或分散，而流失泥沙中细颗粒泥沙含量又往往高于耕层。细颗粒泥沙的絮凝或分散，对泥沙输移和沉积过程有重要作用，是造成水库、灌溉渠系以及港湾河口淤积的重要原因，也是研究高含沙水流、浑水淤灌，以及设计冲沙模型的基础［4］。同时，侵蚀径流中细颗粒泥沙的絮凝或分散也会影响表土的导水率，从而影响水土流失量［5，6］。显然，研究细颗粒泥沙的絮凝或分散对揭示土壤侵蚀机理，以及研究泥沙输移、沉积规律具有重要的意义。但以往研究多侧重于咸淡水交界地区的水质和沙样，较少考虑盐度变化对细颗粒泥沙运动的影响［7］。本文拟以天然级配的细颗粒泥沙作为研究对象，探讨不同浓度NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝及沉降的影响，以期为有关问题的深入研究提供科学依据。     

基于GEP和地理位置信息的湘鄂地区月参考作物腾发量模拟计算

参考作物腾发量(ET0)是计算植被蒸散发的关键因子,准确估算ET0对水资源管理、灌溉制度设计等具有重要意义。本研究利用湘鄂地区46个气象站点1955—2005年的逐月气象数据,包括月最高气温、最低气温、平均风速、日照时数以及相对湿度,用FAO-56 Penman-Monteith法计算各站的逐月ET0值。然后结合基因表达式编程(GEP)算法挖掘公式的能力,以各站点的地理位置信息(纬度、经度、海拔)及月序数为输入,以多年逐月平均ET0值为输出,建立基于地理位置信息的月ET0模型,并与传统ET0模型的计算结果进行比较。结果表明,所建立的模型具有足够的精度,校正、检验阶段的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别为0.934、0.951和10.050 mm、8.628 mm;与Hargreaves和Priestley-Taylor法相比,基于地理位置信息建立的GEP模型的结果均方根误差最小,变化范围为8.628~9.967 mm。本研究所建立的月ET0模型具有明确的表达式,简单易用,在湘鄂地区仅利用地理位置信息计算逐月ET0是可行的,可以利用该模型进行月尺度的灌溉制度设计和植被蒸散发的估算。     

红壤丘陵区坡地降雨壤中流产流过程试验研究

在红壤丘陵区，对自然降雨条件下坡地（上层0～40cm，下层40～110cm）降雨壤中流产流过程进行了研究，结果表明：不同土地利用方式下，油茶林壤中流产流量大于同层恢复区；壤中流峰值流量恢复区大于同层油茶林；油茶林壤中流产流过程较恢复区开始早、结束晚。随着土层加深，滞后时间延长。同一土地利用方式下，产流量、峰值流量、滞后和拖尾均为上层小于下层。壤中流对降雨及地表径流的响应均为上层快于下层。不同的降雨类型，壤中流产流机理不同。峰值型降雨壤中流产流过程滞后时间较小，壤中流产流类型多为驱赶流。     

基于随机森林算法的参考作物蒸发蒸腾量模拟计算

选取西南喀斯特地区4个气象站点(都安、河池、百色和融安)5 a(2008—2012年)的逐日气象数据,包括日最高气温Tmax、日最低气温T_(min)、相对湿度R_H、日照时数n和风速u2这5个气象因子的不同组合作为输入,并以FAO 56 Penman-Monteith法(FAO P-M)的计算结果作为标准值,建立基于随机森林(Random forest,RF)算法和基因表达式编程(Gene expression programming,GEP)算法的ET0模型,并将模拟结果与传统Hargreaves模型的计算结果进行比较。结果表明,不同气象因子组合下建立的RF模型均能较好地反映气象因子与ET0之间的非线性关系。随着气象因子的增加,RF模型模拟的精度随之提高。在仅有气温数据时,RF模型仍具有足够的精度(R~2为0.875,RMSE为0.546 mm/d),与传统Hargreaves模型相比R2平均增加了1.98%,RMSE平均减小了22.88%,因此在仅有气温数据时可用RF模型代替Hargreaves模型。RF算法对气象因子的重要性评估表明,在该区域对ET_0最重要的气象因子依次为T_(max)、n、T_(min)、R_a、R_H和u_2。相同气象因子输入下,RF模型精度高于GEP模型。     

喀斯特环境移民迁出区植物多样性研究

本文运用“空间代替时间”的方法,对移民迁出区的植物多样性进行了调查研究,结果表明：不同植物群落演替阶段草本层物种多样性指数相对较为稳定,而均匀度指数与丰富度指数相对变化较大;各样地灌木层物种多样性指数总体上有缓慢递增趋势;乔木样地乔木层的物种多样性指数基本无变化,但是物种丰富度呈现递增趋势,而均匀度先缓慢上升转而迅速下降;同一群落内物种多样性比较基本上是灌木层〉草本层;乔木林的分层多样性比较表现出灌木层〉乔木层〉草本层的规律。从整个群落总变化趋势看,随着恢复年限的增加和演替阶段的提高,整个群落的物种多样性指数呈明显的阶段跳跃性增长,出现多样性指数乔木林〉灌丛〉草丛的规律。实施环境移民工程10年来,植被群落各演替阶段的物种丰富度与多样性稳步增加,封育后植被恢复效果明显,生态环境得到了极大改善。     

生态建设政策评估研究进展

生态建设政策评估是实现生态建设政策优化的关键,也是生态建设过程中不可缺少的重要环节。本文综述了生态建设政策效益评价及政策完善的研究进展及其存在的问题,为开展系统的生态建设政策评估提供基础。     

喀斯特地区洼地剖面土壤含水率的动态变化规律

本文基于连续2年土壤水分的定位监测数据,分析探讨了喀斯特地区不同地质背景(纯灰岩与白云质灰岩)洼地剖面(0～90 cm)土壤含水率的动态变化规律。结果表明:洼地剖面土壤含水率总体较高,且从表层到深层表现为增长型;2009年和2010年土壤含水率的变化均具有明显的分层现象,从上到下依次为活跃层、次活跃层、相对稳定层,但均无速变层,不同地质背景的具体分层略有差异;活跃层和次活跃层集中分布在浅层土壤层,相对稳定层较厚,对应着较差的水文调蓄功能,洼地土壤的水分调蓄功能可能会因其相对较深厚(80～100 cm)的土层而被高估。受降雨、蒸发及植物蒸腾等因素的影响,土壤储水量具有明显的动态变化特征,一年中可分为相对稳定期、消耗期和补给期3个阶段,而土壤水分亏缺的补偿和恢复,主要依靠强度适中、历时较长且雨量较大的降雨,微雨和暴雨的作用较小。