贵州茂兰喀斯特地区土壤全钙含量空间估算模型与迁移分析

文章在世界自然遗产地贵州荔波茂兰保护区采集土壤全钙数据,分析采用地理加权回归（GWR）方法进行空间分析的有效性,筛选识别影响土壤全钙空间分布的主要因子,建立喀斯特地区土壤全钙含量空间分布计算模型,获取研究土壤全钙空间分布基础数据。通过土壤流失方程（USLE）计算土壤侵蚀状况,对比分析土壤全钙与土壤侵蚀空间关联,揭示土壤全钙的空间迁移规律。结果表明:（1）在岩性一致条件下,相对高差和坡度是影响土壤全钙空间分布的主导因子;（2）GWR模型的预测精度优于全局回归的（OLS）,相关系数分别是0.41和0.39;（3）通过土壤全钙含量空间估算模型,计算得到研究区土壤全钙空间分布特征,土壤全钙为0 ~37.68 gkg-1。研究结论说明,在湿润气候的喀斯特地区,尽管植被覆盖度大,但土壤全钙空间分布仍然深受成土母质影响,喀斯特峰林土壤侵蚀强度大,土壤全钙含量高,物质迁移以流失为主,峰丛洼地土壤侵蚀强度小,土壤全钙含量低,物质迁移以淋溶流失为主。      

喀斯特山地土地利用方式对土壤团粒的影响——以重庆黔江为例

土壤结构恶化是土壤侵蚀性退化的普遍现象和结果,在喀斯特地区表现尤为突出。本文以重庆黔江区为例,分析了四种不同的土地利用方式下,土壤团聚体的组成、稳定性及其影响因素。结果表明:研究区土壤颗粒组成主要集中在<0.05mm的范围内,土壤粘粒(<0.001mm)含量普遍较高;土壤经人为开垦利用转变为耕地后,表层土壤颗粒砂化明显;土地利用方式不同,风干团聚体含量相差不大,而水稳性团聚体组成和稳定性差异较大,＞5mm和＞1mm水稳性团聚体含量由大到小为:灌草坡＞林地＞退耕地＞耕地,＞0.25mm团聚体含量由大到小为:灌草坡＞退耕地＞林地＞耕地。灌草坡的水稳性团聚体含量最大,稳定性最强,耕地最差。有机质是影响水稳性团聚体的主要因素,因此,增加有机质的含量是恢复和改良喀斯特山地土壤结构状况的关键      

喀斯特小流域土壤石砾分布特征及其影响因素

为探究喀斯特土壤石砾含量的影响因素、形成机制及其分布规律,采集了3 180个土壤样品,分析后寨河流域不同影响因素下土壤石砾含量的分布规律,并利用相关性分析得出了影响后寨河流域土壤石砾含量的主要影响因子。结果表明,坡度、岩性、土层厚度和植被类型是影响土壤石砾含量分布的主要影响因素,其中坡度对喀斯特地区土壤石砾含量的分布特征影响作用最大。在不同坡度条件下,土壤石砾含量的分布规律为:坡度<30°时随坡度增加,土壤石砾含量增大。坡度>30°时随坡度增加,土壤石砾含量减小。不同土层厚度下,土壤石砾含量分布规律为:随土层厚度增加,土壤中石砾含量减少。植被类型不同,土壤石砾含量大小排序为:灌木>草本>乔木。不同岩性发育形成土壤,土壤石砾含量大小排序为:白云岩>石灰岩>泥灰岩>第四纪黄粘土>砂页岩。喀斯特地区岩性决定风化成土速率和土壤石砾总量,是土壤石砾含量的物质来源基础。坡度是促进土壤石砾含量迁移、再分配的驱动因素,植被类型和土层厚度是影响土壤石砾含量的响应因素。      

长江源区不同植被覆盖下土壤水分对降水的响应

土壤水分是连接气候变化和植被覆盖动态的关键因子,以长江源区北麓河一级支流左冒西孔曲典型小流域为研究对象,通过观测降水特征、植被覆盖情况、土壤特性、土壤水分变化、入渗过程以及蒸散发和凝结,分析了不同植被覆盖下土壤水分变化与降水之间的响应关系.结果表明:研究区内高寒草甸土壤水分对降水的响应存在十分明显的滞后现象,滞后时间较长;当植被退化较为严重时,20 cm深度范围内土壤水分对降水有一定响应,深层土壤比较干燥,对降水的响应微弱;在保持其原有植物建群和较高覆盖度时,土壤持水能力增强,深层土壤含水量明显提高,土壤水分变化剧烈,对降水的响应深度达到40 cm以下.较高的植被覆盖能有效改善土壤物理结构、提高土壤有机质含量,促进降水入渗.植物根系导致的较大孔隙优先流运动以及根系吸水作用影响了土壤水分对降水的响应和土壤水分的空间分布.不同植被覆盖度下,土壤水分的蒸散发与凝结具有明显差异,高覆盖度的高寒草甸土壤,蒸散发量较小,凝结水量较大.     

喀斯特区天然林不同演替阶段功能性状特征及其影响因素研究 ——以云南大黑山为例

不同演替阶段群落的环境条件有所不同,变化的环境因子驱使群落水平上功能性状和物种适应环境的生态对策改变,然而次生演替过程中群落功能性状和物种生态对策随演替时间的变化规律尚不清楚.本文以云南大黑山喀斯特地区弃耕后处于不同恢复阶段的天然次生林(3年,6年,20年,40年)和老龄林为研究对象,结合不同群落演替阶段的物种特征和群落结构,分析不同演替阶段叶、枝功能性状的变化规律,以及功能性状与环境因子的关系.结果表明:(1)随着演替的进行,土壤养分(除磷外)和水分逐渐增加,土壤容重先下降后趋于稳定,土壤pH变化不明显;比叶面积逐渐下降,叶片干物质含量和潜在最大高度逐渐增大.叶和枝的氮含量呈先下降后上升的趋势,磷含量均下降,N:P总体呈上升趋势.(2)冗余分析表明,演替早期灌木林阶段主要分布在土壤容重高,水分和养分相对匮乏的环境中,植物往往采取高养分含量、高光合速率、短寿命的开放性策略;演替后期乔木林阶段主要分布在土壤水分和养分相对肥沃的环境中,耐阴树种逐渐占据主导地位,植物通常采取低养分含量、低光合速率、长寿命的保守性策略.其中,土壤含水量、全氮含量、容重和有机质是影响喀斯特植物演替过程中功能性状变化的关键环境因子.研究喀斯特植物功能性状与环境因素随演替的变化规律,以及功能性状如何响应环境变化,旨在为今后科学指导人工植物群落构建和防止植被退化提供依据.     

贵州省喀斯特地区植被净第一性生产力的估算

在构建光能利用率模型的基础上,依托遥感手段,利用MODI S数据和气象资料,完成了贵州省喀斯特地区2001年植被净第一性生产力( N PP )的估算,并通过喀斯特地区与非喀斯特地区植被N P P 的对比,重点研究了喀斯特地区植被NP P 的时空变化特征,得到以下主要结论: ( 1)喀斯特地区与非喀斯特地区的植被N PP 在时空分布上存在明显差异,非喀斯特地区的N PP 平均值高出喀斯特地区约13. 3%。( 2)非喀斯特地区的N PP 频度分布呈似双峰型,而喀斯特地区的NP P 值似正态分布。( 3)年内植被N PP 的最高值和最低值均出现在7月和1月,但喀斯特地区比非喀斯特地区的整体波动性大。( 4)喀斯特地区植被N P P的季相空间变化显著,石漠化较为严重的地区其植被N P P 明显小于其它地区,且季间差异较明显。      

祁连山退化高寒草甸土壤水分空间变异特征分析

利用传统统计学方法和地统计学方法,对祁连山地区受到过度放牧影响而退化为以狼毒为优势种的高寒草甸的土壤水分垂直变异特征、水平空间异质性以及分布特征进行了系统分析. 结果表明：在垂直方向上,0~100 cm土壤水分含量随深度的增加而逐渐减少,土壤水分含量的变化速度随深度的增加也趋于减少;土壤水分分布的变异系数在浅层和深层土壤较大,在中层土壤较小. 在水平方向上,0~40 cm土壤水分具有中等空间变异性,其中10~20 cm土壤水分变异性主要受根系的影响,随机部分引起的变异性最大;而在其他土壤层,随着深度的增加土壤水分含量由随机部分引起的空间异质性程度减弱,由空间自相关部分引起的异质性程度增强. 整体上,土壤水分含量与微地形关系密切,与距离溪流的远近程度正相关,与高程分布负相关.     

喀斯特地区的水资源承载力评价研究——以贵州省为例

喀斯特地区水文运动规律特殊,生态环境脆弱,其水资源承载力也不同于非喀斯特地区。本文从喀斯特地区的水资源承载力入手,选取了供水模数、需水模数、水资源开发利用程度、人均供水量、工业用水重复利用率、耕地灌溉率、生态环境用水率等评价指标,并用多目标灰色关联投影法对贵州省各地区的水资源承载力状态进行了合理排序。最后对人口、GDP、水资源量和喀斯特面积与评价结果进行了灰色关联度分析,得出以上四因素与喀斯特地区的水资源承载力具有一定的关系,其关联程度大小顺序为: 水资源量> 人口> GDP> 喀斯特分布面积;喀斯特分布面积对其水资源承载力具有一定程度的影响,喀斯特地区经济发展的落后导致其经济发展与水资源承载力关系不明显; 随着经济技术水平的提高,喀斯特分布面积对水资源承载力的影响将逐渐减小。      

喀斯特地区土壤水分随降雨的动态变化研究——以贵阳市花溪区为例

土壤水分是喀斯特地区植被恢复和生态环境建设的关键性限制因素。选取贵阳市花溪区为研究对象,基于2013年和2015年土壤水分定位监测数据,分析了研究区土壤水分的动态变化规律。结果表明:(1)土壤剖面水分的垂直变化具有明显层次;基于标准差和变异系数两个指标,采用聚类分析将2013年和2015年研究区土壤水分垂直变化层次分为活跃层(0~10cm),次活跃层(10~30cm)和相对稳定层(30~100cm)。(2)土壤水分的动态变化主要受降雨与蒸散作用的综合影响;10~30cm土层由于没有与外部环境直接接触受其影响相对降低,同时降雨的入渗与蒸散作用的减弱,使该层次土壤水分分布范围广、停留时间长,较能准确地反映其受降雨和蒸发的影响。(3)土壤水分的动态变化具有明显季节性;2013年和2015年春季(3-5月)和冬季(12-2月)为土壤水分的补给期,夏季(6-8月)和秋季(9-11月)为土壤水分的消耗期。     

滇石林石漠化与次生林的土壤含水率时空变化比较研究

土壤水分是植被发育和生态恢复的关键。降雨、植被等影响着土壤含水率的时空异质性等的变化,这种作用在西南喀斯特地区尤为显著。以云南石林为例,选取典型石漠化样地及次生林样地,利用PR2(PR2-UM-2.0)传感器于每月月末对两类样地中0~1 000 mm土层的土壤含水率进行测定。结果表明:（1）石漠化样地各土层的土壤含水率在1年测定时间范围内均显著高于次生林样地,这与非喀斯特区域植被-土壤含水率关系不同;（2）两类样地的1年内各月土壤含水率之间差异显著,雨季各层土壤含水率高且波动较旱季小;（3）土壤含水率随土层深度增加而增加,400~600 mm范围增幅最大,600 mm以下的土壤含水率增幅会逐渐减小。      

喀斯特流域分布式水文模型及植被生态水文效应

根据喀斯特流域多孔介质与裂隙水流特征,建立了达西流、裂隙渗流与槽蓄汇流演算相结合的混合汇流演算模式,实现了对分布式水文-植被-土壤模型(DHSVM)的改进。利用贵州普定喀斯特生态水文试验站陈旗小流域观测资料,对模型计算的流量过程及植被截流、蒸散发及土壤含水率时空分布进行验证。结果表明,模型能较好地模拟喀斯特流域陡涨、陡落的流量过程。同时,模型能模拟出土壤含水率、实际蒸散发与降雨、下垫面岩溶裂隙、植被覆盖的响应关系,对分析中国南方喀斯特地区下垫面变化条件下的生态水文效应具有重要意义。     

基于MODIS NDVI的贵州省植被退化及归因

为了解森林退化的原因,利用2000-2015年的MODIS NDVI数据,在分析贵州省植被变化趋势的基础上识别了归一化植被指数（NDVI)显著下降的区域,并在NDVI显著下降区选取面积大于10 km2的森林图斑为兴趣区,分析其内气候变化趋势及对森林NDVI值的影响。研究表明:197个兴趣区主要分布在贵州省西北部的赤水—习水、东北部的梵净山和东南部的非喀斯特区域;区内春、夏季NDVI变化趋势与年NDVI值变化趋势一致,下降速率达到-0.01·yr-1,冬季与其他季节变化趋势相反,呈不显著升高趋势;区内春季和夏季气温升高显著,降水和日照时间无明显变化,整体气候变化呈暖干趋势;夏季温度升高是NDVI降低的主要驱动因素。      

青藏高原那曲中部土壤温湿分布特征

青藏高原土壤水热状况对气候变化和植被退化方面的研究具有重要意义,土壤湿度的准确刻画还会影响到数值预报模式对当地及其下游地区降水的模拟能力。为此,采用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站安多观测点2014年1—12月的土壤温度、土壤湿度观测资料以及同期安多气象站观测数据,分析了青藏高原那曲中部不同深度土壤温湿度的分布特征及其与气温、降水量等气象要素的关系。结果表明：土壤温度在浅层为正弦曲线,随着土壤深度的增加,曲线逐渐接近直线。土壤升温迅速而降温过程缓慢。封冻和解冻日期随土壤深度的增加而推迟,封冻期逐渐缩短。不同层次土壤湿度日内变化较小。月变化呈单峰型结构,峰值和谷值基本出现在8月和12月。土壤湿度上升速率较下降速率缓慢。区域尺度上GLDAS-NOAH资料显示出类似的变化特征。土壤温湿度在一年中的变化不一致,但土壤温湿度呈显著正相关。浅层土壤的温度梯度明显大于深层;浅层土壤湿度最大,中间层较大,深层土壤湿度最小。随着干季向湿季的转换,由于太阳辐射的增加,非绝热加热呈增加的趋势。土壤湿度与气象要素在不同时段的相关性存在一些差异,但总体上土壤湿度与气温、降水量和相对湿度呈正相关,与风速、日照时数相关性不显著。     

NDVI dynamic changes and their relationship with meteorological factors and soil moisture

Normalized difference vegetation index (NDVI) is an important indicator for measuring vegetation coverage, which is of great significance for evaluating vegetation dynamics and vegetation restoration. It can clearly analyze the suitable growth condition of vegetation by studying the relationship between meteorological factors, soil moisture and NDVI. Based on MODIS/NDVI data, the spatio-temporal characteristics of vegetation coverage in the Weihe River Basin (WRB) were analyzed by the trend analysis method. The relationship of NDVI with meteorological factors and NDVI with soil moisture simulated by the soil and water assessment tool (SWAT) model was analyzed in this paper. The results show that NDVI values gradually change with an increase from north to south in the WRB. The maximum of the average monthly NDVI is 0.702 (August) and the minimum is 0.288 in February from 2000 to 2015. The results of the seven grades of NDVI trend line slope indicate that the improvement area of vegetation coverage accounts for 30.93% of the total basin, and the degradation area and basically unchanged area account for 23% and 42.9%, respectively. The annual mean soil moisture is 19.37% in the WRB. There was a strong correlation between NDVI and precipitation, temperature, evaporation and soil moisture, and the correlation coefficients were 0.78, 0.89, 0.71 and 0.65, respectively. The ranges of the most suitable growth conditions for vegetation are 80–145 mm (precipitation), 13–23 °C (temperature), 94–144 mm (evaporation) and 25–33% (soil moisture), respectively.     

基于遥感计算云平台高原山区植被覆盖时空演变研究——以贵州省为例

为揭示喀斯特山区植被时空变化规律,选取2000-2018年间1 748景30 m分辨率Landsat-NDVI影像,结合35个气象站点数据,辅以像元二分模型、线性趋势分析及地理探测器等方法,对贵州省19年间年植被覆盖度进行定量估算,分析其植被覆盖度时空变化特征及驱动因素。结果表明:（1）贵州省中、高植被覆盖度以上的区域面积占比约63%,其中高植被覆盖度区域面积占21.16%,主要集中分布于碎屑岩地区。（2）近19年来,贵州省植被覆盖度总体缓慢趋好,年均增长速率为0.4%,严重石漠化样区多年最大植被覆盖度均值始终低于整体植被覆盖度均值。（3）研究期间贵州省植被覆盖度以轻微改善、基本不变两个等级为主,两者面积比重之和约为95.4%,退化区域主要分布在城镇周边,面积比重约为3.8%。（4）气象因素、地理区位各因子间交互作用对植被覆盖度空间格局影响大于单因子作用。综上所述,城镇面积扩展、石漠化治理工程、地理区位及气象因素等是影响植被恢复与生态环境重建的关键要素,研究植被覆盖度多年动态特征力求为相关部门的水土保持、生态环境保护及石漠化治理提供重要的基础数据及科学参考。      

贵州喀斯特区域土壤水分时空分布特征

基于贵州喀斯特区域2011-2015年53个自动土壤水分观测站0~100 cm的逐日土壤水分、降水、气温资料,分析了不同农业气候区土壤水分时空分布特征、变异系数以及土层之间的相关关系。得出以下主要结论:（1）各区土壤水分的范围总体相差较小,据 0~100 cm层土壤水分相对小值区的分布形态,可分为持续性土壤干旱区、季节性土壤干旱区、土壤湿润区。（2）依据各区土壤水分的变异系数相对大值区的时空分布形态类似可分为变异一致区、季节变异区及持续变异区。（3）通过10~50 cm对其下层土壤水分的关系研究发现,温暖湿润区、温和湿润区、高寒区研究土层（10~50 cm）与其下层（20~90 cm）土壤水分相关系数均>0.60,其余各区土层只与其下20~40 cm土层相关系数较大,而对其下更深土层相关系数较小;从滑动日数来看,各区10~50 cm土层与其下10~20 cm、30~50 cm、60~100 cm层最大相关系数的滑动日数随深度的增加而增加,分别为3~10日、10~20日、20~30日。（4）通过对比各区土壤水分与其变异系数分布特征发现,土壤水分的低值区发生的层次及时间与变异系数大值区基本相对应,土壤水分的变化除与降水、气温直接关系外,还可能与土质及环境等其他要素有关。      

贵州高原喀斯特石漠化遥感调查研究

喀斯特石漠化是在喀斯特脆弱生态环境下，人类不合理的社会经济活动而造成人地矛盾突出，植被破坏、水土流失、土地生产力衰退丧失，地表呈现类似荒漠景观的岩石逐渐裸露的演变过程。贵州喀斯特地区受人类活动影响，特别是由于土地资源利用的不合理，不同区域出现了一系列的环境问题，一些地区存在的石漠化现象表现得尤为突出。清镇市地处贵州黔中地带，是喀斯特发育较完备的地区之一,其中碳酸盐岩面积占全区总面积的67.96%，喀斯特面积占绝大部分。通过应用多波段、多平台的遥感信息，在野外调研基础上与GIS技术支持下，对图件进行解译、编辑处理，制作清镇石漠化动态图，为贵州喀斯特地区生态治理及环境建设等方面提供依据。     

贵州喀斯特脆弱生态区退耕还林还草与节水型混农林业发展的途径探讨

贵州喀斯特地区生态环境脆弱,山高坡陡,水土流失严重,加之土层浅薄,土壤总量少,基岩裸露面积大,贮水能力低,以及岩石裂隙渗漏性强等特殊的喀斯特地表结构和水文地质条件,形成了湿润气候背景下的临时性干旱— — 喀斯特干旱,地表严重缺水,农业和人畜用水困难,从而加速了生态环境的严重退化。本文阐述了贵州喀斯特脆弱生态环境的现状与特点,提出了实施陡坡退耕还林还草的途径与对策,以及大力发展节水型混农林业的退耕模式。      

基于网格数据的贵州土壤侵蚀敏感性评价及其空间分异

在通用土壤侵蚀方程的基础上,建立了土壤侵蚀敏感性评价指标体系,利用GIS方法对影响土壤侵蚀敏感性的单因子进行评价,并将各因子进行网格化,运用网格数据的空间叠加分析方法对贵州省土壤侵蚀敏感性进行综合评价。在此基础上探讨了贵州省土壤侵蚀敏感性空间分异规律。通过与已有的土壤侵蚀现状图比较,发现土壤侵蚀高敏感区与水土流失严重区并不吻合,并进一步指出,脆弱的喀斯特环境是产生严重水土流失和导致石漠化的地质基础,强烈的人类活动是加速这一过程的主要驱动力量。      

喀斯特峡谷区不同经济林地土壤水分变化特征——以贵州花江示范区为例

选择喀斯特高原峡谷关岭—贞丰花江示范区为研究对象,在2018年5-9月采用土壤水分传感器对0~40 cm土层的土壤含水率进行监测,以分析花椒地、金银花地、火龙果地3种不同经济林地土壤储水量的季节变化特征及土壤含水量的剖面变化特征。结果表明:（1）3种经济林地土壤储水量随着降雨的季节变化明显,与降水随时间的变化趋势一致,但在时间上滞后于降水量。在观测期内不同经济林地0~40 cm土层土壤储水量表现为火龙果地（478.97 mm）>金银花地（372.64 mm）>花椒地（322.15 mm）;（2）随着土层的加深,含水率总体呈增加趋势,观测期火龙果地、金银花地、花椒地的土壤含水率分别为35.97%、27.36%、23.55%,整体变异系数分别为9.64%、19.53%、24.27%,火龙果地为弱变异,花椒地和金银花地为中等变异。火龙果地的持水效果最好,金银花地和花椒地次之,因此在贵州省花江喀斯特高原峡谷区的石漠化治理过程中可适量种植火龙果以达到生态恢复效果,并推动当地产业发展。