不同放牧方式对岩溶区土壤养分的影响 ——以广西桂林岩溶区实验基地为例

根据实验数据,探讨了不同放牧方式对岩溶区土壤的肥力、微量元素含量、水涵养性等的影响。结果表明,在正常放牧的情况下,能迅速提高牧草区土壤的养分和水的涵养性,减少水土流失,灌木种植初期不宜进行放牧;而在人为破坏和过度放牧的情况下,可在短期内导致岩溶区生态环境向着恶化的方向演替,土壤养分的各项指标下降到甚至低于未修复前的状态。     

岩溶区生态恢复与重建的初步效果及意义

介绍了中国-斯洛文尼亚科技合作项目《利用有益动物繁殖系统进行岩溶地区的休养再生示范》实施的背景与岩溶区生态恢复重建的思路。通过试验,已找到桂北岩溶区适生的优良牧草和灌木品种。研究发现,这些品种对岩溶区的物种多样性、生态级别、土壤养分、土壤特性、土壤水涵养性等均有明显的改善作用,为中国南方岩溶区生态恢复与重建提供了科学依据。     

岩溶区生态恢复与重建的初步效果及意义

介绍了中国-斯洛文尼亚科技合作项目《利用有益动物繁殖系统进行岩溶地区的休养再生示范》实施的背景与岩溶区生态恢复重建的思路。通过试验，已找到桂北岩溶区适生的优良牧草和灌木品种。研究发现，这些品种对岩溶区的物种多样性、生态级别、土壤养分、土壤特性、土壤水涵养性等均有明显的改善作用，为中国南方岩溶区生态恢复与重建提供了科学依据。     

两种地质背景条件下群落物种组成及多样性与土壤因子的相关性研究

为对比岩溶和非岩溶条件下物种组成及多样性的差异,明晰不同地质背景造就的不同土壤因子对物种多样性的影响,在兼有岩溶区与非岩溶区的桂林毛村采用野外样地调查法对研究区进行物种组成及多样性的对比研究。结果表明:(1)研究区内共记录了123种植物,其中岩溶区占35科46属87种,非岩溶区占48科61属95种,非岩溶区植物科属种数量明显大于岩溶区;（2）岩溶区物种多样性为:草本样方>灌木样方>乔木样方;在非岩溶区为:灌木样方>乔木样方>草本样方;（3）不同地质背景造就了不同的土壤因子,其中土壤全氮含量对物种多样性影响最为显著。综上,岩溶区物种组成明显低于非岩溶区,物种多样性也不及非岩溶区,土壤因子与物种多样性之间存在相关性,土壤全氮对物种多样性影响最为显著,土层深度减弱了土壤因子与物种多样性之间的相关性。对比岩溶区与非岩溶区土壤因子与物种之间的关系差异,为区域生态系统恢复重建提供了理论基础。      

桂林毛村岩溶区和非岩溶区牧草养分动态的对比研究

通过进行岩溶区和非岩溶区牧草田间对比试验,测定植被在生长季内( 6- 8月)的养分动态变化,并结合N / P化学计量学的原理和方法,研究了岩溶区牧草的养分限制状况。结果表明: ( 1)在生长季节的6- 8月,岩溶区4种牧草N、P养分浓度都具有显著的随月份的增长而减少的趋势。从岩溶区和非岩溶区所测定的4种牧草养分结果来看,岩溶区牧草的N素平均值为22. 79 mg /g ,非岩溶区牧草的N素略小于岩溶区,为22. 15 mg /g ;岩溶区的P素平均值为6. 03 mg /g ,非岩溶区牧草的P素小于岩溶区,为5. 35 mg /g。( 2)无论是岩溶区还是非岩溶区,牧草的N /P与N 的相关性最大,相当系数都大于0. 6,与非岩溶区不同的是,岩溶区牧草的N /P与Ca 的相关性也很大,而非岩溶区的则较小。( 3)岩溶区牧草植物体Ca、Mg总含量分别是非岩溶区的2和1. 5倍。不同种类的牧草对Ca、Mg 的吸收和累积能力有较大的差异,本研究中的类玉米其钙含量远远小于其它3种牧草的钙含量。      

秸秆还田对岩溶区与非岩溶区土壤酶活性影响的对比研究

通过室内模拟试验,研究了岩溶区棕色石灰土与非岩溶区红壤对玉米秸秆有机物料降解过程中土壤pH值、秸秆降解率和酶活性的变化特征。结果表明:秸秆降解期间,土壤pH值在前期有下降的趋势,后期慢慢回升;秸秆降解速度最快主要集中在降解最初30 d,之后呈缓慢上升趋势,到98d 基本达到平衡,降解速度大大减慢;过氧化氢酶的变化不明显,土壤蔗糖酶、脲酶、纤维素酶和蛋白酶活性都在不同程度上呈现"前期上升,中期下降,后期上升" 的变化趋势。因素比较结果表明: 除蛋白酶的活性是非岩溶区的大于岩溶区外,其它的基本上都是岩溶区的大于非岩溶区;从降解率来看也是岩溶区的要稍高于非岩溶区。由此认为,秸秆在岩溶区土壤中的降解作用比非岩溶区更强。      

西南岩溶环境中典型植物适应机制的初步研究

岩溶生态系统是受岩溶环境制约的生态系统,中国西南7省1市岩溶环境中存在石漠化趋势。植被的恢复和生态重建具有非常重要的意义。土壤微生物和植物的碳酸酐酶(carbonic anhydrase,简称CA)在生物岩溶作用中扮演重要角色,对岩溶生态系统的良性演化具有重要作用。从元素迁移的生物地球化学特性和植物、微生物的碳酸酐酶等生理生化指标出发,考察西南岩溶环境中典型植物可能的适应机制,即植物适应偏碱性逆境、高钙逆境、土壤贫瘠逆境、干旱逆境的机制。根据典型植物在西南岩溶环境中的适应机制和植被演替规律,从改善立地条件入手,先草后灌木、乔木来进行石漠化治理。与非岩溶区植物相比,西南岩溶区植物的铝含量较低,重金属(如铅、汞)的含量较低,是一种较优良的绿色植物。由于岩溶区土壤含水量较低等原因导致植物脯氨酸含量的显著增加,脯氨酸具有抗氧化活性,螯合金属离子减少其毒性等特性,可以开发富含脯氨酸的特种食品。这表明在岩溶环境中经济植物的地域性开发意义重大。     

基于物理试验的岩溶区PSSK转化关系研究

为深入了解岩溶地区不同水源转化机理,文章以Basic Hydrology System为平台设计了4组小尺度物理试验。分别对裸露型岩溶区裂隙管道地下径流衰减规律,覆盖型岩溶区土壤达西流、裂隙管道水流转化规律,地表径流、土壤达西流、裂隙管道地下径流三者在覆盖型岩溶区和不同覆盖厚度条件下的转化关系进行了物理模拟。通过试验数据并结合指数衰减方程,得到了裸露型岩溶区流量衰减系数与降雨强度的关系;覆盖型岩溶区以及不同覆盖厚度条件下PSSK(precipitation-surface water-soil water-karst water,降水-地表水-土壤水-岩溶水)转化规律。     

奥斯纳布吕克地区不同基质矿山废弃地的植被修复差异性

以德国奥斯纳布吕克地区3种基质类型矿山废弃地作为研究对象,分别对粉煤灰场地、煤矸石山、选煤厂尾矿及煤泥水沉积区3种基质类型的工矿废弃地土壤进行分层采样和理化性质指标分析,对比研究了矿区不同类型工矿废弃地不同基质的自然修复能力以及在进行植被重建时需要修复的土壤理化性质指标。结果显示:以煤矸石为主的场地自然修复能力高于粉煤灰基质和选煤厂尾矿及煤泥水沉积区基质类型。Helmstedt粉煤灰场地周边生长着一些芦苇;煤矸石场地Ibbenbueren和Piesberg山区自然生长着一些灌木;煤泥水沉积区因选煤厂仍在生产,沉积区无植物生长。      

岩溶作用碳汇强度变化的土地利用调控规律——贵州普定岩溶水-碳通量大型模拟试验场研究

针对野外监测面临的岩溶流域边界难以确定以及多种土地利用混杂在一起的问题,在贵州普定建设了不同土地利用条件下岩溶水-碳通量大型模拟试验场,监测研究了不同土地利用条件下的入渗系数和岩溶作用碳汇强度。结果表明,不同土地利用条件下的入渗系数和岩溶作用碳汇强度差异明显,径流强度强烈影响着岩溶作用碳汇强度,模拟裸岩地、荒地、农耕地、草地、灌木地的碳汇强度分别为14.31、12.27、11.79、9.17和12.24 t/(km2·a)。与传统认识不同的发现是,生物量最大的草地,其岩溶作用碳汇强度最小,而裸岩地的岩溶作用碳汇强度最大。这表明:在试验场尺度下,不同土地利用通过改变径流强度和土壤CO2含量这两个因素,对岩溶作用碳汇强度产生影响,且因水化学的恒定行为,径流强度决定碳汇强度,因此在考虑生态系统修复时,不仅需要考虑生物量增加带来的增汇效应,还要考虑到径流强度降低带来的减汇效应。     

桂林典型岩溶区和非岩溶区土壤剖面钙镁形态迁移对比

文章以桂林典型岩溶区和非岩溶区土壤剖面为研究对象,采用改进的Tessier元素形态连续提取法,测定岩溶区和非岩溶区土壤钙（Ca）和镁（Mg）元素离子交换态（包括水溶态）、碳酸盐结合态、腐殖酸结合态、铁锰氧化物结合态、强有机质结合态（包括部分硫化物）和残渣态等形态,探讨岩溶区和非岩溶区土壤Ca、Mg形态在土壤剖面中的迁移变化特征。结果表明:（1）岩溶区石灰土剖面中,随剖面深度加深,pH值增大,而土壤有机质、全氮（N）、全磷（P）含量减少,Ca元素主要以交换态存在且在各土壤剖面中含量相近,Mg元素主要是以残渣态赋存在土壤剖面中,随着土壤剖面深度腐殖酸结合态百分比减少,存在累积现象;（2）在非岩溶地区酸性土壤中,土壤总钙较低。在土壤剖面0~60 cm以强有机结合态为主,深层剖面（大于60 cm）以残渣态为主;Mg元素有效态含量较低,非岩溶区土壤Mg元素以腐殖酸结合态和残渣态为主,与岩溶区土壤类似,非岩溶区Mg元素在土壤中也存在一定累积。      

粤北岩溶区土壤酸化的空间分异特征研究

为了解粤北岩溶区土壤酸化的空间分异特征,选择华南酸雨区的岩溶槽谷地貌和峰丛洼地地貌土壤为研究对象,对土壤pH数据进行空间插值预测,采用参数最优地理探测器分析岩溶槽谷地貌与峰丛洼地地貌中土壤酸化的空间特征及关键驱动力。结果表明:（1）区内土壤pH范围为4.62~8.19,主要以弱酸性（5.5≤pH <6.5）和酸性（4.5≤pH<5.5）为主。在不同地貌类型中,pH<6.5的土壤样品占比顺序为:岩溶槽谷（61.0%）< 峰丛洼地（69.2%）<非岩溶区（75.0%）;（2）岩溶区小生境复杂多样,在酸雨影响下,成土母质可能是研究区内控制土壤pH的关键因子,而土壤pH空间分异格局可能是多因子共同作用的结果;（3）坡度对土壤pH空间分异的影响仅次于成土母质,表现为土壤pH随坡度的增加而升高,且其与成土母质的交互作用对研究区内土壤pH空间分异的解释力最大。区内土壤酸化防治建议:（1）根据成土母质和坡度因子进行分区分类,并在岩溶槽谷和非岩溶区内设定土壤酸化重点监测区,进行精准防治;（2）除了对酸雨的防控外,还应该重视诸如氮肥使用、工业和矿业活动等外源性因素对土壤的影响。      

长江流域不同地质生态环境土壤碳酸酐酶活性、有机碳含量及其相关性

为了探讨流域岩溶生态系统土壤碳酸酐酶(CA)活性、有机碳含量及CA固碳之间的潜在关系,选取长江流域干流及支流沿岸不同地质生态环境下的10个样地,比较长江流域不同地质生态环境下表层土壤(0~20cm)中的碳酸酐酶(CA)活性与土壤有机碳(SOC)含量,并分析二者之间的关系。结果表明:(1)长江流域岩溶区的表层土壤CA活性要高于非岩溶区(P0.01),土壤CA活性的差异与样地的地质类型及植被类型不同有关;(2)位于岩溶区高场(GC)样地的年平均SOC含量最高(1.09%),而位于非岩溶区外洲(WZ)样地的年平均SOC含量最低(0.29%),而且总体比较而言,长江流域冬季表层土壤的平均SOC含量显著高于夏季(P0.01);(3)相关性分析结果显示,不同季节长江流域岩溶区表层土壤CA活性与SOC含量呈一定的正相关。研究结果为进一步研究流域岩溶生态系统土壤CA与土壤固碳能力之间的关系奠定了基础。     

岩溶区与非岩溶区不同土地利用方式下土壤Zn元素形态分析

本文采用连续提取法,对岩溶区与非岩溶区农田和林地两种土地利用形式下土壤中Zn元素形态进行了分级提取。测定结果表明,土壤中Zn元素主要以残渣态(占总量68. 5%～ 85. 0% )存在。此外,岩溶区农田、林地石灰土中Zn元素相对活泼态,即离子交换态(包括水溶态)、碳酸盐结合态、腐殖酸结合态(松结有机结合态)的含量均比非岩溶区对应的要低,而相对稳定态,即铁锰氧化物结合态、强有机结合态(包括部分硫化物态)的含量均比非岩溶区相对应的要高,残渣态含量与相对稳定态具有相同的趋势。这意味着岩溶土壤地球化学环境对土壤Zn的迁移、富集、形态转换具有明显的影响。长期耕种下岩溶区和非岩溶区土壤均会出现缺Zn状况,岩溶区情况更为严重。而适宜的土壤改良措施,可望提高土壤有效Zn形态的含量。      

岩溶与非岩溶区稻田土壤CO2固定细菌的丰度比较

以桂林毛村岩溶试验场稻田土壤为研究对象,以cbbLR1、cbbLG1和cbbM为CO2固定细菌的指示基因,采用荧光定量PCR技术,对比三者在岩溶区、混合区与非岩溶区中的丰度。结果表明,cbbLG1基因在岩溶区的丰度显著高于混合区和非岩溶区,最大值为1.42×109拷贝·g-1;cbbLR1和cbbM基因在混合区的丰度显著高于岩溶区和非岩溶区,最大值为2.06×109拷贝·g-1和3.35×107。相关性分析表明,cbbLG1的丰度与土壤中有机碳质量分数、全氮质量分数及阳离子交换量显著相关;三个cbbL基因对pH的敏感度不同:pH与cbbL G1基因呈显著正相,而与cbbM基因呈显著负相关。      

中国西南岩溶关键带结构与物质循环特征

岩溶关键带调查研究的目标是揭示岩溶生态系统的动态平衡和演化机制,旨在为经济社会提供资源环境服务的可持续管理对策,指出在合理的人为活动下增强岩溶关键带韧性的办法及修复受损部位的有效途径。碳酸盐岩作为可溶岩,赋予了岩溶关键带在结构上及物质循环过程中的岩石圈-生物圈相互作用等方面的若干特殊性。该文以中国西南岩溶区为例,总结了诸多学者的研究成果,揭示了从桂林岩溶区到重庆武隆岩溶区,岩溶关键带发育厚度由几米逐渐增厚至1 000 m的区域差异; 岩溶关键带的垂向物质循环过程以土壤-表层岩溶带为中心环节,而在横向上则呈现“岛屿状”镶嵌分布特征,地表生态具脆弱性; 岩溶关键带碳循环过程包括岩溶碳循环和生态碳循环两部分,碳汇则由植物碳汇、土壤碳汇和岩溶碳汇组成,初步估算其碳汇通量为64.36 t/(km²·a)。     

广西岩溶地区森林群落及其生态因子的比较研究

调查研究了广西岩溶地区森林群落的植被类型和主要生态因子。结果表明,岩溶区森林群落土壤化学、物理性质因地质背景以及生物作用等的不同而有所差异;由于森林群落所处的经纬度、坡位、坡度、微地形地貌以及乔木郁闭度、气候情况等的不同,生态因子具有复杂多变的特征,岩溶区生境具有很强的空间异质性。由此认为不同岩溶区森林群落中名、特、优品种的出现主要与岩溶区特殊的地质背景有关。      

亚高山不同植被类型区的雨季岩溶溶蚀速率研究

关于岩溶溶蚀速率,前人在研究中肯定了岩溶区内CO2浓度的时空变化对溶蚀速率的驱动作用,然而不同的植被条件产生的土壤理化性质差异和变化对溶蚀速率的方向和强度也具有较大的影响.通过野外溶蚀标准试片法,测试得出重庆金佛山岩溶区碧潭泉和水房泉两泉域4种典型植被类型下的5个测试点的雨季绝对溶蚀量和平均面积溶蚀量.测试结果表明不同植被条件甚至同一植被类型下不同海拔下岩溶区石灰岩标准试片的溶蚀速率都存在较大差异,5个测试点溶蚀量由大到小依次为水房泉竹林地、水房泉林地、水房泉草地、碧潭泉林地、碧潭泉灌草丛.通过测试点的土壤基本理化性质分析得出以下结论:在研究区研究时间内的降雨量、温度差异的基础上,除了土壤CO2浓度,土壤有机质也是控制金佛山两泉域岩溶速率的主要因素之一.     

生物炭对岩溶区黄龙病脐橙园土壤N2O排放的影响

岩溶区黄龙病柑橘园土壤氮转化存在特殊性。土壤改良剂生物炭对岩溶区黄龙病柑橘园土壤N2O排放的影响及其微生物调节途径目前尚不清楚。本文通过室内培育试验研究了生物炭添加对岩溶区黄龙病脐橙园土壤N2O排放、土壤氮素净硝化率/矿化率、硝化和反硝化功能基因的影响及其相互关系。结果表明, 添加生物炭改变了土壤氮素净硝化率/矿化率、反硝化相关功能基因nosZ和硝化相关功能基因AOA-amoA、AOB-amoA的丰度, 添加量为2%时是多数指标增长的峰值, 与对照差异显著。添加生物炭降低了岩溶区脐橙园土壤N2O的平均排放速率和累积排放量, 但各处理间差异不显著。DCA排序显示生物炭添加不同处理N2O的排放速率主要受NH+ 4-N含量、nirK丰度、nosZ丰度的负向影响, NO– 3-N含量和AOA-amoA丰度的正向影响。若要进一步提升生物炭对该土壤的减排效果, 应注意提升土壤NH+ 4-N水平和反硝化相关功能基因丰度, 抑制土壤NO– 3-N水平和硝化相关功能基因AOA-amoA的丰度。本研究结果可为岩溶区黄龙病柑橘园土壤N2O减排及调节机制研究提供借鉴。     

我国北方岩溶泉域生态修复策略研究

我国北方岩溶分布面积广,岩溶泉水资源丰富,是岩溶区工农业及居民生活的优质供水水源。但在全球气候变化和采煤等强烈人类活动的叠加作用下,我国北方岩溶泉水流量衰减,水质恶化,岩溶泉域生态环境功能下降。通过合理、适度的人工干预,强化岩溶大泉的自然恢复机能,并最终实现泉域生态环境修复,是当前我国生态文明建设的先行区和重点领域。论文在分析研究晋祠泉断流原因的基础上,针对性地提出并科学地评估了汾河二库强化渗漏补给、泉域岩溶水关井压采、煤矿区保水限采、近源生态补水和远源河道渗漏补给等一系列措施及预期效果,以期推进晋祠泉域岩溶地下水生态环境得到根本性改善。该研究工作有望对我国北方岩溶大泉的生态修复形成示范效应,为遏制我国岩溶区生态恶化现象提供科学依据。